河南省水、土、能资源综合利用效率与碳排放强度的关系研究

李凯， 赵荣钦， 张俊华， 曹连海， 张斌， 满洲

(1.华北水利水电大学 资源与环境学院，河南 郑州 450045；2.湖南科技大学 资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201)

河南省水、土、能资源综合利用效率与碳排放强度的关系研究

李凯1，2， 赵荣钦1， 张俊华1， 曹连海1， 张斌1， 满洲1

(1.华北水利水电大学 资源与环境学院，河南 郑州 450045；2.湖南科技大学 资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201)

水、土、能等资源是人类社会各种经济活动的重要基础，研究区域各种资源开发利用与碳排放的相互影响机制，对于推动资源节约和经济社会低碳转型具有重要意义。采用河南省18个地级市2006—2014年的相关统计数据，分析了河南省碳排放的时空变化特征，对水、土、能等资源利用效率和碳排放强度的关系进行了初步探讨。得出以下结论：①河南省总体碳排放量呈逐年递增趋势，但地市之间差异明显；②在河南全省及三大区域的空间大尺度上，资源利用效率与碳排放之间存在明显的相关性；③在河南省地级市空间尺度上，资源利用效率与碳排放强度的对应关系并不完全吻合;④对于不同区域而言，在今后的发展过程中，应综合考虑碳排放强度和资源利用效率的关系，对碳减排和资源利用效率提升的目标应该有所侧重和区分，采取差别化的发展策略，这对于河南省未来经济社会的低碳转型具有重要意义。

碳排放；碳排放强度；资源利用效率；河南省

工业革命以来，人类能源消费产生的大量温室气体导致了全球范围的碳平衡失调[1],这引起了国内外科学界的关注，成为国际碳减排谈判的焦点[2-3]。作为最大的碳排放国，中国面临着较大的国际谈判压力，中国政府在2014年的《中美气候变化联合声明》中做出于2030年左右达到碳排放峰值的承诺，该声明为未来一段时间中国低碳绿色转型发展提供了重要的政策指导。近年来，国内外诸多学者开展了碳排放核算、影响因素、峰值预测及能源利用效率等方面的相关研究[4-7]，为区域碳排放及低碳发展研究提供了重要的借鉴。

区域碳排放不仅受能源消费及其效率的影响，也受区域资源综合利用格局及综合利用效率的影响。因此，以资源开发利用状况与碳排放的关系为切入点，研究区域资源耦合利用与碳排放的相互影响机制，对于推动区域资源能源节约和经济社会低碳转型具有重要意义。近几年来，国内外学者针对资源利用与碳排放的关系进行的研究主要有：水资源利用过程中的碳排放[8]、土地利用变化对碳排放的影响[9]、能源消耗与碳排放的关系[10]等。也有一些学者将国家或区域经济社会发展策略与碳排放和资源开发利用结合起来进行研究，探讨了能源利用效率[11]、技术进步[12]、经济增长[13]、城市化[14]与碳排放的关系，为区域低碳发展路径的选择提供了重要参考[15-16]。但总体而言，当前研究重点关注的是单一资源要素与碳排放的关系，而对区域“水-土-能-碳”的多要素系统耦合的研究相对较少[17]。水资源、土地资源、能源是与人类经济社会活动密切相关的关键要素，深入研究各要素之间的耦合关系，并提出面向低碳的资源节约利用对策，对于合理规划人类各项生产活动、有效制定各种节能减排和环境保护政策具有重要的指导意义[17]。因此，探讨各资源要素利用效率与碳排放强度的关系，推动区域经济社会发展过程中的节水、节地、节能和碳减排，是今后区域可持续发展面临的重要研究课题。本文以河南省为例，通过研究各地市水、土、能等资源耦合利用与碳排放的内在关系和相互影响机制，提出河南省未来资源节约利用和低碳发展的政策建议，为河南省节能减排政策实施和社会经济低碳转型提供指导。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文涉及的基础数据主要是河南省18个地级市2006—2014年的相关数据，主要有：用水量,土地总面积,GDP与人均GDP,总人口数和常住人口数以及原煤、焦炭、原油、柴油、燃料油、热力、电力共7种能源的消耗量。除用水量的数据来自《河南省水资源公报》外，其他数据均来源于《河南省统计年鉴》，各种能源类型的碳排放系数来自《IPCC温室气体清单指南》。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放核算

在河南省18个地市7种能源历年消耗量的基础上，利用各种能源的碳排放量计算相关系数。计算各种能源消耗的碳排放量的公式如下[18]：

CE=∑CEi=∑QiHi(Ci+Mi)，

(1)

Ci=Ai+Bi。

(2)

式中：CE为各地市能源消费碳排放总量；CEi为第i种能源的碳排放量；Qi为第i种能源的消费量；Hi为第i种能源的净发热值；Ci为第i种能源的碳排放系数；Mi为第i种能源的CH4排放系数；Ai为缺省碳含量；Bi为缺省氧化碳因子[18]。

1.2.2 碳排放强度

碳排放强度即单位GDP的碳排放量，用来衡量经济产出与碳排放之间的对比状况，并反映区域经济发展的碳排放效率。碳排放强度计算公式为：

CI=CE÷P。

(3)

式中：CI为碳排放强度；P为国民生产总值(GDP)。

1.2.3 资源利用强度

资源利用强度指单位经济产出对应的资源消耗量，用资源利用量与国民生产总值之比来表示，它是一个逆向指标，其数值越大说明资源利用效率越低。资源利用强度计算公式如下：

IE=E÷P，IL=L÷P，IW=W÷P。

(4)

式中：IE为能源利用强度；IL为土地利用强度；IW为用水量强度；E、L、W分别为能源消耗量、土地面积、用水量。

1.2.4 资源综合利用强度

将水、土、能3种资源的利用强度按照相同权重进行加权求和，得出能够反映3种资源综合利用强度的指标，即资源综合利用强度。具体计算公式为：

(5)

式中I为资源综合利用强度。

2 结果与分析

2.1 河南省碳排放总体特征分析

河南省2006—2014年碳排放基本情况如图1所示。从碳排放总量来看，2006—2014年间，河南省碳排放总量以年均5.31%的增速呈现逐年波动递增的态势，并在2011年达到9 a间的最大值20 891.49万t。从波动趋势来看，河南省碳排放预计在2015—2016年间达到新峰值。这说明河南省作为新兴工业大省，在工业化程度不断加深的同时，碳排放量也在增多。2011年以来，河南省加强了能源利用效率的革新，并加大了对环境的保护与治理力度，使碳排放量于2011年达到峰值之后出现缓慢下降的趋势。

人均碳排放量和碳排放强度的变化趋势相反。其中，人均碳排放量总体呈波动上升趋势，与碳排放总量的波动情况完全一致，其年均增长率也与碳排放总量的年均增长率基本持平，为5.23%。这说明人均碳排放量与碳排放总量有着极为密切的相关性。与此同时，河南省碳排放强度明显下降，由2006年的1.16 t/万元下降到2014年的0.58 t/万元，年均递减率达到6.20%，反映出近年来河南省能源利用效率在不断提升，说明河南省在发展经济的同时积极倡导节能减排，并取得了一定的成效。

图1 2006—2014年河南省碳排放总量及碳排放强度的变化趋势

2.2 河南省不同区域资源利用效率与碳排放的关系分析

资源的合理、高效开发利用是保障低碳经济健康发展的关键。因此,为了在提高资源利用效率的同时降低碳排放量，必须深入研究彼此之间的关系。研究资源利用与碳排放的关系可以从多个角度进行，本文选取资源利用强度指标来衡量区域经济条件下的资源利用效率，并分析其与碳排放强度的关系。同时，为进一步分析河南省不同经济发展水平区域的资源利用效率与碳排放强度关系的空间差异，在收集整理2006—2014年河南省各市人均GDP的基础上，计算出各市年人均GDP，并按照数值由大到小的顺序将河南省18个地市划分为三大类地区。具体的分类如下：一类地区(年人均GDP较高地区)：郑州市、济源市、三门峡市、焦作市、洛阳市、许昌市；二类地区(年人均GDP中等地区)：鹤壁市、漯河市、平顶山市、安阳市、濮阳市、新乡市；三类地区(年人均GDP较低地区)：开封市、南阳市、信阳市、商丘市、驻马店市、周口市。三大类地区的空间位置如图2所示。

图2 河南省18地市3大类地区的空间布局

研究发现，三大类地区的能源利用强度的年均递减率分别与其碳排放强度的年均递减率相同。能源利用强度年均递减率分别为：一类地区是7.22%、二类地区是8.13%、三类地区是7.16%。土地利用强度在一类、二类、三类地区的年均递减率分别达到7.15%、7.06%、7.10%，特别在一类地区，土地利用强度从2006年的0.104 m2/元减少到2014年的0.037 m2/元，年均递减率最大；用水强度在一类、二类、三类地区的年均递减率分别是7.35%、7.64%、7.40%，其中二类地区的用水强度从2006年的0.023 m3/元减少到2014年的0.007 m3/元，年均递减率最大。综合分析可知：三大类地区的碳排放强度和各资源利用强度的年均递减率都在7.5%左右，说明水、土、能3种资源的开发利用状况与碳排放之间具有较强的相关性。

将三大类地区资源综合利用强度与碳排放强度的趋势进行对比，结果如图3所示。

图3 三大类地区资源综合利用强度与

由图3可知：同一区域中的资源综合利用强度与碳排放强度均呈现缓慢下降的态势。说明，随着社会经济的发展，单位GDP所消耗的资源和所产生的碳排放量都在下降，反映出随着时间的推移，社会经济发展过程中的资源利用效率在提升，碳排放量在相对减少。同时也说明，河南省的经济发展模式正在由粗放型向集约型转变。就时间变化特征而言，碳排放强度与资源综合利用强度的变化具有高度的一致性。通过相关分析发现，一类地区和二类地区的碳排放强度与资源综合利用强度间的相关系数为0.998，三类地区的该相关系数为0.996。总体而言，河南省三大类地区的碳排放状况与资源综合利用状况之间具有明显的相关性。

2.3 基于资源综合利用强度与碳排放强度关系的区域类型划分

资源利用强度与碳排放强度之间的较好相关性表明，在大尺度区域中，碳排放强度主要受资源开发利用强度的影响。将河南省各市的资源综合利用强度和碳排放强度依据数值从小到大的顺序进行程度划分，分为5类，其中一类数值最小，五类数值最大。2014年河南省碳排放强度与资源综合利用强度分类情况如图4所示。

对各地市的资源综合利用强度和碳排放强度进行对比分析后发现：①总体而言，河南省各市域中，碳排放强度低的地区相应的资源综合利用强度较低，一定程度上反映了碳排放与资源利用之间的空间相关性；②对具体某个地市而言，碳排放强度与资源综合利用强度的程度并不吻合，例如平顶山市碳排放强度属于五类地市，资源综合利用强度属于四类地市；济源市碳排放强度属于四类地市，资源综合利用强度属于五类地市。

图4 2014年河南省碳排放强度与资源

为了更加准确地分析研究在小空间尺度上碳排放与资源利用的关系，分别将碳排放强度的程度划分结果和资源利用强度的程度划分结果进行统计，结果见表1。资源利用强度与碳排放强度的关系分区如图5所示。

表1 2014年河南省各市碳排放强度与资源利用强度分类结果

图5 河南省各市资源综合利用强度与

图5中的3类区域分别如下：

1)碳排放强度的程度与资源综合利用强度的程度相同，即程度相同区。此类地区共有10个地市，在所有分类区域中数量最多，分别是郑州、开封、许昌、漯河、南阳、驻马店、信阳、周口、洛阳、焦作市。该类地区人均GDP最高的为郑州市，人均GDP最低的为周口市，说明人均GDP并不是形成该种分类结果的主要因素。一类区域大部分属于经济较为发达的区域或市域面积较大的区域。因此，在经济发展的同时，不可避免地会造成大量的能源消耗、土地利用和水资源消耗，并产生大量的碳排放。就郑州、洛阳、许昌、开封4个市而言，由于经济较为发达，特别是工业能源消费带来了大量的碳排放；而对于驻马店、信阳、周口、南阳4个市而言，虽然能源消耗总量相对较低，但土地资源消耗和水资源消耗较高，具有较高的资源综合利用强度,这些地区的碳排放强度与资源综合利用强度具有相对一致性。

2)碳排放强度的程度低于资源综合利用强度的程度区，即资源利用强度较高区，此类地区有新乡、济源、三门峡、安阳和濮阳5个地市。这5个地市均为河南省依照人均GDP划分的三大类地区中的一类和二类区域，大部分属于市域面积较小的区域，经济发展程度越高，能源消耗率相对越高。产业结构和能源消费结构是影响资源利用和碳排放效率的重要因素。如新乡市位于河南省北部，工业基础良好，产业门类齐全，结构合理，产品科技含量较高，具有较强的产品配套能力，现正逐步发展动力电池与电动车、生物与新医药、电子信息等战略性新兴产业。新兴产业的大力发展带动新乡市经济社会转向低碳型发展模式，在产生较高财政收入的同时将全市的资源利用结构转向以清洁能源为主的低碳能源结构。因此，较高的能源利用效率使该地区碳排放强度的程度低于资源综合利用强度的程度，对这类区域应该进一步提升能源资源利用效率，降低碳排放强度，推动经济发展和碳排放的脱钩。

3)碳排放强度的程度高于资源综合利用强度的程度区，即碳排放强度较高区。此类地区共有3个地市，分别是平顶山、商丘、鹤壁。从碳减排的视角来看，这类区域的总体情况要比前两类区域差，对比分析知，该类区域的碳排放强度与资源综合利用强度明显不匹配。比如，平顶山市属于资源型城市，城市经济长期过度依赖资源型产业，煤炭、钢铁、电力、建材、有色金属、化工这六大能源原材料和高耗能工业是其主要的经济支柱，且其产业竞争力、投资吸引力等明显不足。这样高碳能源大量消耗、经济发展低迷的状况导致其具有较高的碳排放量和碳排放强度。因此，在未来发展中，该类区域应重点优化产业结构和能源结构，积极开展碳排放交易，推动碳减排。

对于这三类区域，不能简单地进行优劣对比，其碳排放强度和资源综合利用强度的匹配关系主要反映了区域碳减排效果与资源利用水平之间的对比关系。对于不同区域而言，在今后的发展过程中，应综合考虑碳排放强度和资源综合利用强度的关系，对碳减排和资源利用效率提升的目标应该有所侧重和区分，采取差别化的发展策略：①河南省大部分区域属碳排放强度和资源综合利用强度的程度相同区，说明这部分区域能够在发展经济、利用资源的同时做到合理的保护环境，使环境的污染状况控制在合理的范围内，今后可根据具体情况进一步提高资源利用效率和环境保护的力度，争取在实现碳减排的同时,利用更少的资源创造出更大的经济效益；②对于资源利用强度较高区而言，碳排放强度的程度低于资源综合利用强度的程度，说明该类地区在经济发展的过程中碳减排状况保持良好，今后重点应放在资源利用效率的提升方面,可在保持环境状况良好的同时调整能源利用结构，提高资源开发利用效率，达到节约资源的同时提高经济发展效益的目的；③对于碳排放强度较高区来讲，今后则应重点关注碳减排和碳排放效率的提升，特别应根据实际情况调整产业结构和能源利用结构，加强碳减排和环境保护，减少高碳能源的消耗，更多地使用清洁低碳能源，达到在高效合理利用各种资源的同时减少碳排放、提高环境质量的目的。

3 结语

文中以河南省为例，从三大地区尺度和地级市尺度上初步探讨了资源利用强度与碳排放强度的关系，并得出如下结论：

1)河南省总体碳排放量呈逐年递增趋势，地市之间差异明显。2006—2014年河南省碳排放量以年均5.31%的增速逐年递增，碳排放强度以年均6.20%的速度逐年递减。同时，不同地区的碳排放量与其经济发展水平之间具有较强的相关性。

2)在大尺度的空间区域中，一类地区和三类地区的碳排放强度和资源综合利用强度的年均递减率均为7.00%，二类地区的碳排放强度和资源综合利用强度的年均递减率均为8.00%。这说明资源利用与碳排放之间存在着明显的相关性，碳排放会受到区域资源利用状况的影响，并随着资源利用状况的变化发生相应变化。

3)河南省18个地市，其中有8个地市碳排放强度的程度与资源综合利用强度的程度并不吻合。这说明，在小尺度空间范围内，资源开发利用与碳排放之间的关系并不密切，碳排放不仅受到资源开发利用状况的影响，也受到产业结构、生产技术、能源消费结构等方面的影响。

4)对于不同区域而言，在今后的发展过程中，应综合考虑碳排放强度和资源利用效率的关系，对于碳减排和资源利用效率提升的目标应该有所侧重和区分，采取差别化的发展策略。

文中仅仅是在不同区域尺度上探讨了水、土、能等资源利用效率与碳排放强度的关系，并提出了区域差别化发展的策略和目标。实际上，对区域内部不同产业活动和不同土地利用方式而言，水、土、能资源的组合特征和利用效率也具有较大的差异。因此，未来应进一步从土地利用和产业活动入手，基于生命周期分析典型区水、土、能资源综合利用的碳排放效应评估，这对于分析区域“水-土-能-碳”的耦合作用机制具有重要意义，这也是今后进一步研究的方向。

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(责任编辑：杜明侠)

Study on the Relationship between Comprehensive Utilization Efficiency of Water,Soil and Energy and Carbon Emission Intensity in Henan Province

LI Kai1,2, ZHAO Rongqin1, ZHANG Junhua1, CAO Lianhai1， ZHANG Bin1, MAN Zhou1

(1.School of Resources and Environment, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.School of Resource, Environment and Safety Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China)

Water, soil, energy and other resources is an important basis for a variety of social and economic activities of mankind. It is of great significance to promote resource-saving and low-carbon transformation of economy and society by studying the mutual influence mechanism between resource development and utilization and carbon emission. Based on the statistical data of 18 prefecture-level cities in Henan Province from 2006 to 2014, in this paper, we analyzed the temporal and spatial characteristics of carbon emissions in Henan Province, and maked a preliminary study on the relationship between water, soil and energy use efficiency and carbon emission intensity. The conclusions are as follows: ①The total carbon emission of Henan Province is increasing year by year, but the difference is obvious. ②There is a significant correlation between resource use efficiency and carbon emission in Henan Province and in three regions at large scale. ③At the spatial scale of prefecture-level cities in Henan Province, the corresponding relationship of the efficiency of resource utilization and carbon emission intensity does not exactly match with each other. ④For different regions, in the future development process, we should consider the relationship between carbon emission intensity and resource utilization efficiency, focus on and distinguish the goal of carbon emission reduction and resource utilization efficiency, and take a differentiated development strategy, which is of great significance to the low-carbon transformation of Henan′s future economic society.

carbon emission; carbon emission intensity; resource utilization efficiency; Henan Province

2016-10-20

国家自然科学基金项目(41301633)。

李凯(1993—)，女，河南许昌人，硕士生，从事土地利用与碳排放方面的研究。E-mail:likai9398@163.com。

赵荣钦(1978—)，男，河南孟津人，副教授，博士后，从事土地利用与碳排放方面的研究。E-mail:zhaorq234@163.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.01.017

TV211;X24

A

1002-5634(2017)01-0087-06