哈长城市群土地利用碳排放的时空演化及脱钩分析

王怡欣 崔佳

(哈尔滨师范大学管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

近年来，气候变暖以及极端气候的频繁出现使碳减排成为历届气候变化大会的核心议题[1]。碳排放已成为引起社会、经济、生态问题的重要因素[2]，如何减少和有效控制二氧化碳排放已经成为世界各国制定环境政策问题的重要导向。根据《中国气候变化蓝皮书》对中国过去70a碳排放的统计分析发现,虽然中国的碳排放远低于世界组织的规划，但也有逐年增加的趋势[3]。土地利用变化已成为仅次于化石能源燃烧的第2大温室气体排放源[4]。作为人类生产生活的重要载体，土地利用方式的变化总是与社会经济的发展息息相关。目前国内外对于土地利用碳排放的研究主要从土地利用碳排放的效应分析[5-9]、影响因素分解[10-13]、时空特征[14-18]、与经济发展的关系[18-20]等方面探讨，研究模式较为单一。其中，彭文甫等[21]采用直接碳排放系数法及修改后的碳排放计算模型，对四川省1996—2006年土地利用变化的碳排放效应进行估算并对其空间格局进行分析；Yang等[22]将气候变化和社会经济发展纳入城市化进程，设计了6种未来城市化情景，提出了一个集成系统动力学、土地利用模拟和碳储量评估模型的层次框架，用于预测6种气候和社会经济条件下湖北省的土地利用变化，并检验其对碳储量的协同效应；周嘉等[23]对中国30个省级行政区2003—2016年土地利用碳源/汇进行计算，探究中国省域土地利用碳排放和碳吸收时空演变。综合来看，现有研究主要以国家[24]、省市级[25]和特殊区域[26]3个维度为主，对于城市群的研究较少且多集中于沿海地区、中部核心区域及华北地区。

哈长城市群是经国务院批复同意建设的我国9大区域性城市群之首，是以黑龙江省会城市哈尔滨和吉林省会城市长春为核心，包括大庆市、齐齐哈尔市、绥化市、牡丹江市、吉林市、四平市、辽源市、松原市和延边朝鲜族自治州等11个城市(自治州)的经济合作区域，拥有丰富的煤炭、矿业、林业、石油天然气等自然资源及长白山、黑土地和松花江等生态资源[27]。本文以哈长城市群为研究对象，在传统土地利用碳排放分析基础上，将基尼系数与碳排放特征相结合，引入两项指标来衡量经济与生态容量对碳排放的公平性，通过Tapio脱钩模型分析土地集约利用与碳排放的动态关系，以期从低碳视角为该地区后续调整土地利用结构和绿色可持续发展提供建议。

1 研究方法与数据来源

1.1 土地利用集约度测算

根据科学性、系统性原则，结合哈长地区实际情况，从土地投入、利用和产出强度3个层面选取出7个指标对土地集约利用程度进行表征，见表1。由于所选各指标含义和单位各不相同，故先对原始数据进行极差标准化，为避免人为因素影响，采用熵权法逐个城市计算各指标的权重Wj。哈长城市群内部各城市的土地利用集约度为Vi，设有m个指标类，n个指标项，则：

表1 土地利用集约度评价指标

(1)

本文所涉及的社会经济发展数据、能源数据来源于《中国城市统计年鉴》、《黑龙江统计年鉴》、《吉林统计年鉴》、各市统计年鉴、IPCC报告及《中国能源统计年鉴》等，土地利用数据来源于自然资源部土地调查成果共享应用服务平台。由于延边朝鲜族自治州统计数据缺失，暂不纳入研究范围。

1.2 碳排放测算

本文探讨以耕地、园地和建设用地为碳源和以林地、草地、水域及水利设施用地和其它土地为碳汇的土地利用方式所产生的碳排放[33-35]。碳源地类碳排放系数为正，碳汇地类碳排放系数为负。其中，耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、其它土地采用直接计算的方法得出碳排放量，各地类对应的碳排放系数分别为0.422t·hm-2、0.210t·hm-2、-0.644t·hm-2、-0.021t·hm-2、-0.218t·hm-2、-0.005t·hm-2。建设用地承担着人类生产生活各方面因素引起的碳排放，是主要的碳源，其中能源消耗是最主要的碳排放来源，故建设用地的碳排放可以通过研究区内煤、石油、天然气的消耗所引起的碳排放量进行间接估算。由于统计年鉴中仅公布了全省的能源消费总量，故各市的能源消费量数据按该市人口占全省总人口比重进行估算：根据两省的能源消费总量(吨标准煤)和人口数量计算该省人均能耗系量(吨标准煤/人)，后依据各市人口数量间接测算各市的能源消费量。研究区碳净排放量E=Ei+Ec。

Ei=∑Ai×δiEc=∑Mj×δj

(2)

式中，Ei为除耕地外各地类碳排放量；Ec为耕地碳排放量；Ai为除耕地外各地类面积；δi为各地类碳排放系数；Mj为各能源消耗量；δj为各能源的碳排放系数。

1.3 碳排放公平性评价模型

将基尼系数与碳排放特征相结合，引入反映区域碳排放生产率的指标经济贡献系数(ECC)和反映区域碳汇容量的指标生态承载力系数(ESC)，分别衡量经济与生态容量对碳排放的公平性。假设区域内部发展绝对公平模式下，从经济学角度来看，地区碳排放增长率应与GDP增长率保持均衡，若某一地区的碳排放增长率大于GDP贡献率，则认为该地区经济效率较低，侵犯了区域内其它地区的利益，导致内部发展不公平；反之则对其它地区有所贡献，促进公平发展。即ECC>1，碳排放的经济效率较高；ECC<1，城市碳排放的经济效率相对较低。从生态学角度来看，若某一区域的碳源地类碳排放增长率大于碳汇地类对碳吸收的贡献率，表明该地区生态承载力较差，侵犯了区域内其它地区的利益，反之对提高区域环境质量具有重要贡献。即ESC>1，地区生态承载率较高，且对区域内其它地区有所贡献；反之则侵犯其它地区利益，不公平现象情况发生。

(3)

式中，Gi、G分别表示各城市和整个地区的GDP；CAi、cai分别表示总碳吸收量和各城市碳吸收量；e、E分别表示各城市碳排放量与总碳排放量。

1.4 Tapio脱钩分析

经济发展初期，经济的增长总是伴随着资源的快速消耗，当经济发展到某个特定时期时，经济增长的速度开始大于资源能耗及环境污染的速度，之后完全摆脱发展初期正相关的关系，经济良性发展，实现经济发展与资源能耗脱钩。根据土地集约利用与土地利用碳排放的相互关系，构建出土地利用集约度与碳排放强度的脱钩模型，划分出8种脱钩类型,DI为脱钩指数；LC为碳排放强度，LC=E/S；IU为土地集约利用强度。

(4)

2 结果与分析

2.1 土地集约利用度分析

2009—2016年哈长城市群土地集约利用度在时间范围内整体呈上升趋势，在空间范围内存在一定差异，城市群内部发展不均衡。在研究起始年份，各城市土地集约利用度均较低，到研究期末，土地集约利用度最高的城市是吉林市，最低的是大庆市，两城市集约利用水平差异较大。这主要是因为城市定位不同，大庆作为我国重要的原油、石化基地，在资源开发过程中没有加强对土地的集约利用；吉林所处的长吉图经济区是我国重要的汽车、石化、生物医药、光电、农产品加工基地，吉林市近年来以生物医药为依托，不断提高自身发展实力，土地集约利用水平也不断提高。其中，哈尔滨市是哈长城市群经济社会发展水平最高的城市，土地集约利用水平较低主要是因为不合理的开发利用造成。

2.2 土地利用碳排放分析

2.2.1 碳排放量测算

2009—2016年哈长城市群总碳排放量，见图1，由8762.71×104t增至9222.99×104t。总体来看，城市化和工业化不断加速过程中煤、石油和天然气的大量消耗，导致林地与草地面积的碳吸收量远不及由于建设用地扩张所带来的碳排放量。在空间尺度上，城市群内部各市碳排放水平存在一定的差异。以2012年为例，碳排放强度最大为哈尔滨市，最小为辽源市，相差1933.1×104t。除此之外，各市的碳排放强度增长率也存在着一定程度的差异，其中,平均年增长率最大的是大庆市，最小的是长春市。大庆市地处哈大齐工业走廊，是我国重要的原油、生化基地，在资源开发过程中势必会伴随能源消耗所带来的碳排放。长春市与哈尔滨市相同，在经济总量、科教文卫、人口数量等方面具有明显的比较优势，相比于哈长地区其它城市来说，对资源的吸纳能力具有绝对的优势，也正是因为这一特殊性，长春市碳排放量相对稳定。

2.2.2 碳排放公平性评价

将各城市的ECC值划分为5个等级：0～0.5，极低；0.5～1，低；1～1.5，中等；1.5～2，高；>2，极高。研究期内，ECC分布大体呈北低南高态势。其中，齐齐哈尔市、绥化市、四平市的ECC值始终<1经济发展的贡献率小于土地利用碳排放的贡献率，碳排放的经济效率相对较低，城市未实现环境保护与经济发展相互平衡；松原市、辽源市由低水平向中等水平转化；大庆市2009年达到极高等级，但在2016降为高水平；2009年的中等水平城市中，长春市的ECC值在研究期末升至高水平，而同样作为省会城市的哈尔滨市虽仍保持中等水平，但实际数值却由1.16降为1.12。

将ESC值分为5个等级：0～1，非常低；1～1.5，低；1.5～2，中等；2～3，高；>3，非常高。2009—2016年期间，齐齐哈尔市、绥化市、大庆市、松原市、四平市、辽源市、长春市的ESC值均未超过1，碳吸收的贡献率低于碳排放的贡献率，没有有效地促进区域环境保护工作。最高的ESC值出现在牡丹江市，在2009年和2016年分别为7.21、6.73。吉林市实现了由中等水平向高水平的转变。哈尔滨市在2009年和2016年的ESC均为中等，作为省会及哈长城市群内部较为重要的城市，研究期内建设用地碳排放量持续增加，生态承载力系数下降。

2.3 脱钩分析

以2009—2016年数据为基础，运用Tapio模型得出哈长城市群土地利用集约度与碳排放强度之间的脱钩状态。2009—2016年间，哈长城市群内部各城市土地利用集约度与碳排放强度关系主要呈现出弱脱钩、强脱钩2种。研究区10个城市的土地集约利用度与碳排放强度脱钩关系在2010年除牡丹江外均为弱脱钩状态，截至2016年，大多城市为强脱钩。说明当前哈长城市群各城市土地集约利用与碳排放基本实现脱钩，但仍有一些城市未脱钩，今后还需更多行之有效的政策与经济手段提高土地集约利用度，控制碳排放强度的增加。哈长城市群整体脱钩状态为弱脱钩-强脱钩-弱负脱钩-强脱钩，表明研究期内整个研究区土地集约利用与碳排放的关系得到了逐年的改善，土地集约利用水平的提高已不再成为碳排放增加的驱动力。

从市域层面分析，2010年哈长城市群共有9个市(哈尔滨、大庆市、齐齐哈尔市、绥化市、长春、吉林市、四平市、辽源市、松原市)处于弱脱钩状态，占样本数的90%，1个市(牡丹江市)落在强负脱钩区域。松原市的脱钩程度最高，主要是因为松原市是吉林省重要的畜牧生产加工基地、绿色农业城市、生态宜居城市，政府在促进经济增长的同时不断在生态建设方面加大投入；碳排放与土地集约利用脱钩程度最低的为齐齐哈尔市，齐齐哈尔市工业向重型化方向逐渐调整，逐步打造重型装备制造基地，这在很大程度上促进了碳排放量的上升。2016年，除哈尔滨市、大庆市仍处于弱脱钩以外，其余各市实现强脱钩。未实现强脱钩的城市中，哈尔滨市作为全国重要的装备制造业基地、东北亚地区重要的商贸中心，在大力发展第二产业的过程中以牺牲环境为代价；同样作为装备制造基地的大庆市，也是我国重要的石油化工生产基地、新材料生产基地，工业及高耗能项目的发展必然带来严重的碳排放。

3 结论与建议

研究期内哈长城市群虽整体土地集约利用水平逐年上升，但内部各城市发展不均衡，集约利用度最高的是吉林市，最低的是大庆市。哈长城市群碳排放量由8762.71×104t增至9222.99×104t，各市的碳排放强度增长率存在着一定程度的差异，其中,平均年增长率最大的是大庆市，最小的是长春市。哈长城市群各城市的经济贡献系数北低南高，生态承载力系数东南高西北低。哈长城市群11个城市的土地集约利用度与碳排放强度脱钩关系在2010年除牡丹江外均为弱脱钩状态，截至2016年，大多城市实现脱钩。

根据本文研究结果分析，结合哈长城市群当前政治经济发展现状、资源条件与战略定位，提出以下提高土地利用效率，减少碳排放的建议。明确哈长城市群各个城市功能分工，强化区域内部土地利用的协调性，在耕地保有量不变的前提下优化土地利用数量、结构，科学布局“三生”空间，提高土地利用集约度。目前哈长城市群大多城市凭借资源、区位优势大力发展以重工业的第二产业，为保证绿色可持续发展，哈长城市群在今后优化产业结构，从源头上控制高污染高耗能产业的用地审批，实现土地集约利用与碳排放的强效脱钩。哈长城市群在今后的发展中可以盘活已有建设用地，积极推动废旧建设用地二次开发利用，杜绝土地荒置现象。建设用地上所产生的能源消耗是碳排放的主要来源，因此应优化区域能源利用结构，提高能源利用效率，提高创新能力，大力发展绿色能源。