山西省阳泉市旅游业碳均衡分析与低碳发展研究

李姝晓，程占红

(山西财经大学 文化旅游学院，山西 太原 030031)

IPCC第五次评估报告指出人类对气候系统的主要影响是明确的，人类同样有能力限制气候变化，建立更加繁荣和可持续的未来[1]。世界旅游组织(UNWTO)和联合国环境规划署(UNEP)发布的旅游业碳排放报告指出：旅游业碳排放占到全球碳排放的5%[2]。旅游业不再是人们头脑中固化的“无烟”形象，成为主要碳排放污染源之一，因此旅游业应当承担起其相应的碳责任，从各环节实现“环保旅游”[3]，运用低碳技术，推行碳汇机制，倡导低碳旅游创新方式[4]。

区域旅游源的测算是基础性的低碳研究工作，其测算方法主要涉及建立碳排放总量模型的方法[5]、基于碳排放系数计算的方法[6]、碳足迹法[7]、投入产出法[8]。其中袁宇杰利用投入产出法建立了旅游间接能源消耗计算模型，并提出以后的研究方向还应该加入农林部门的碳吸收[9]；文献[10]采用“自上而下”的方法；文献[11-12]采用“自下而上”的方法。然而，由于我国统计数据收集尚不完善，“自下而上”的测算方法相比“自上而下”的方法更为合理、可行。此外，丁雨莲等用质量平衡法测算了皖南查济古村落旅游净碳排放量[13]；Robaina-Alves等通过对数平均分解指数的方法计算了葡萄牙旅游业各要素碳排放[14]。

目前旅游碳源的研究区域主要涉及宏观层面和微观层面，前者主要指国家和省级层面[15-17]，后者主要指具体的景区和村落层面[18]，而市级和县级的中观层面鲜少报道。国内研究区域也主要位于长江经济带[19]、长三角[20]、京津冀[21]等经济发达或旅游业发达的东部地区，而山西等中西部地区少有涉及。关于旅游碳源的测算也大多关于旅游交通[22]或旅游住宿[23]一个方面，很少将全部旅游要素考虑其中。

自然生态系统的碳汇能力关系着全球气候变化，因而草地[24]、森林[25]、农田[26]、水域[27]等多种生态系统的碳汇是学术界关注的焦点。伴随着人类活动碳排放的剧增，自然-人文生态系统之间的碳关系逐步进入学者们的视野[28-29]，尤其是当前有关城市发展、土地利用变化与生态系统之间的碳汇变化吸引了诸多学者的关注，但是关于旅游发展与生态系统之间的碳关系尚未见报道。

关于碳均衡的研究大多围绕土壤[30]、草地[31]、农田[32]等生态系统进行，也仅限于国家[33]、某一区域[34]以及省域[35]等宏观尺度，与旅游相关的碳均衡研究则更为少见[36]。因此，本文通过计算阳泉市旅游业碳均衡，为市域低碳旅游发展充实数据，为气候变化背景下中西部城市的转型发展寻找新的增长点，并为旅游产业低碳化转型提供依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况与数据来源

山西省是一个典型的以煤炭为主的能源消耗大省，CO2排放量远高于全国平均排放水平[37]。阳泉市是我国重要的工业基地，作为以煤炭资源领跑山西的地级市，是全省资源型城市转型的重点。在山西省“煤转旅”转型发展趋势下，阳泉致力于打造“晋东旅游中心城市”， 并且阳泉市旅游资源丰富，拥有优良级旅游资源27处，其中7处为特级旅游资源，旅游发展潜力巨大。

本文原始数据来自2011—2017年《中国统计年鉴》《中国旅游统计年鉴》《山西省统计年鉴》《阳泉市国民经济和社会发展公报》《山西省旅游星级饭店统计表》及阳泉市林业局、统计局、规划局等资料，包括阳泉市森林、草地、水域、农田覆盖面积，主要农作物产量、化肥施用量、农业机械总动力、农业灌溉面积，以及阳泉市旅游收入、游客数量、旅客周转量、星级饭店情况等，其中缺失数据按照山西省整体数据推算得到。

1.2 生态系统碳汇测度模型

本文根据相关研究、阳泉市实际情况和数据搜集难度，将碳汇来源划分为森林、草地、水域、农田4种生态系统类型，即

Ct=Cf+Cg+Cr+Cn。

(1)

式中：Ct为阳泉市生态系统碳汇总量;Cf为森林生态系统碳汇;Cg为草地生态系统碳汇;Cr为水域生态系统碳汇；Cn为农田生态系统碳汇。

1.2.1 森林生态系统碳汇测度模型

Cf=Cp+Cs。

(2)

式中：Cf表示阳泉市森林生态系统碳汇;Cp表示阳泉市森林植被系统碳汇;Cs表示阳泉市森林土壤系统碳汇。

对于森林植被碳汇的测算，根据刘双娜等[38]的研究成果，公式为

(3)

式中：Cp表示阳泉市森林植被系统的碳汇;Mi表示森林植被的覆盖面积;Ni表示森林植被类型的固碳强度;i表示不同森林植被类型。

对于森林土壤系统碳吸收的计算，根据方精云等[39]的研究结果，公式为

(4)

式中：Cs表示森林土壤系统的碳汇;Cp表示森林植被的碳汇。

1.2.2 草地生态系统碳汇测度模型

Cg=R×A。

(5)

式中：Cg表示草地生态系统的碳汇(t/a);R表示单位面积草地的固碳系数(t/(hm2·a));A表示草地的面积。

1.2.3 水域生态系统碳汇测度模型

(6)

式中：Cr表示水域生态系统的碳汇;Bi表示河流的水域面积;Y表示碳在水中的滞留率;i表示不同的河流。

1.2.4 农田生态系统碳汇测度模型

Cn=Cns-Ca。

(7)

式中：Cn表示阳泉市农田生态系统净碳汇;Cns表示阳泉市农田生态系统碳汇;Ca表示阳泉市农田生态系统碳源。

(8)

式中：Cns表示区域农田生态系统的碳汇;i表示不同农作物的种类;Si表示第i类作物的碳储量;Ci表示第i类作物的含碳率(%);Qi为第i类作物产量(t);Ei表示第i类作物的经济系数(收获系数)(%);fi为第i类作物收获部分(果实)的水分系数(%)[40]。

根据赵荣钦等[41]对农田碳源的研究结果，将主要农田生态系统碳排放分为化肥、农业机械、农业灌溉三类进行计算，公式为

Ca=Ch+Cw+Cm。

(9)

式中：Ca表示农田生态系统碳源;Ch表示化肥使用过程中产生的碳源;Cw表示农业灌溉过程中产生的碳源;Cm表示农机使用过程中产生的碳源。

Ch=Hi×Ai。

(10)

式中：Ch表示化肥使用过程中产生的碳源;Hi为第i类化肥使用量;Ai为第i类化肥的碳排放转化系数。

Cw=M×B+N×C。

(11)

式中：Cw表示农机使用过程中产生的碳源;M表示农作物种植面积;B为农作物种植面积碳排放转换系数；N为农业机械总动力;C为农业机械总动力碳排放转化系数。

Cm=F×T。

(12)

式中：Cm表示农业灌溉过程中产生的碳源;F为农业灌溉面积;T为农业灌溉面积碳排放转换系数。

1.3 旅游业碳源测度模型

石培华等[42]研究表明，旅游交通、旅游住宿和旅游活动的碳排放量分别占旅游业总碳排放量的67.72%、29.92%、2.36%。因此,选择从这3个方面进行阳泉市旅游业碳源的测算。本文采用谢园方等[43]的研究成果，公式为

CV=CT+CL+CA。

(13)

式中：CV表示旅游业碳源;CT表示旅游交通碳源;CL表示旅游住宿碳源;CA表示旅游活动碳源。

1.3.1 旅游交通碳源测度模型 基于阳泉市实际情况,本文采用魏艳旭等[44]对旅游业交通碳源测算的研究成果，计算公式为

CT=D×∂×CD。

(14)

式中：CT表示旅游交通碳源;D表示某种交通方式的游客周转量(人·km);∂是乘坐某种交通方式的游客在所有旅游者中所占的比重;CD为某种交通方式的碳排放系数(gCO2/(人·km))。

1.3.2 旅游住宿碳源测度模型 本文采用Becken等[45]、Gossling[46]对星级饭店能耗的研究，计算公式采取石培华等[42]的研究成果，即

CL=h×E×CE。

(15)

式中：CL为旅游住宿碳源;h为旅游住宿规模;E为旅游住宿单位能耗;CE为单位碳排放。

1.3.3 旅游活动碳源测度模型 根据石培华等[42]的研究成果，将旅游活动按目的和动机划分为观光旅游、休闲度假、商务出差、探亲访友和其他5种，计算公式为

(16)

式中：CA为旅游活动碳源;p为旅游活动规模;ei为旅游活动单位能源消耗;i为不同种类的旅游活动。

1.4 旅游业碳均衡测度模型

旅游业碳均衡是在考虑旅游经济发展水平的基础上，评价旅游业对当地环境影响程度的重要指标[7]。本文通过计算旅游业收入在国内生产总值中所占的比重，来估算阳泉市生态系统碳汇对其旅游业碳源的吸纳值，从而进行阳泉市旅游业碳均衡分析，计算公式为

(17)

式中：P表示阳泉市旅游业碳均衡;I表示地区旅游收入;GDP表示地区国民生产总值;Ct表示阳泉市生态系统碳汇;CV表示阳泉市旅游业碳源。

2 结果与分析

2.1 阳泉市生态系统碳汇

2.1.1 森林、草地生态系统碳汇 如表1所示，由式(3)得阳泉市森林植被系统碳汇为4.25万t，占森林总碳汇的67.46%，其3种植被类型的年碳吸收量由大到小依次为：针叶林、阔叶林、针阔叶混交林，这主要与阳泉的植被类型有关。由公式(4)得到阳泉市森林土壤碳汇为2.05万t，占总碳汇的32.54%。因此，根据式(2)，阳泉市森林系统碳汇总量为6.30万t。

表1 森林生态系统碳汇Tab.1 Carbon sink of forest ecosystem 单位：104t

阳泉市最新草地总面积为147 669 hm2，其固碳速率为0.472 t/(hm2·a)，由式(5)计算得出阳泉市草地生态系统碳汇为6.97万t。

2.1.2 水域生态系统碳汇 阳泉市水域系统主要包括滹沱河水系、桃河水系和温河水系，根据各河流流域面积、河流长度、碳滞留率及公式(6)可分别得到各水系河流碳汇，最终得到阳泉市水域生态系统的碳汇总量为0.232万t(表2)。

表2 水域生态系统碳汇Tab.2 Carbon sink of water ecosystem 单位：104t

2.1.3 农田生态系统净碳汇

(1)农田生态系统碳汇。根据公式(8)可得阳泉市2011—2017年主要农作物碳汇。其中夏粮按照小麦的相关系数计算，秋粮按照玉米的相关系数计算，园林水果按照其他作物的相关系数计算，其他作物的经济系数按其最小值0.33计算。

由表3可知，阳泉市农田生态系统碳汇总体增加，由2011年的25.39万t上升至2017年的25.87万t，增长了0.48万t。其中，秋粮的碳汇量和总体的碳汇变化趋势吻合，形成这种现象主要是因为玉米是秋粮的重要组成部分，而玉米也是阳泉市产量最大的农作物种类；油料和蔬菜的碳汇呈下降趋势，分别下降0.04万t和0.18万t。秋粮对阳泉市农作物碳汇贡献率最高(91.94%)，这与阳泉市农作物种植结构有关，其次为园林水果(5.14%)，之后为蔬菜和夏粮，油料贡献率最低(仅为0.11%)。

表3 农田生态系统碳汇Tab. 3 Carbon sink of farmland ecosystem 单位：104t

(2)农田生态系统碳源。农田生态系统碳源主要包括化肥施用、农业机械生产以及农业灌溉(表4)。根据公式(10)可得阳泉市2011—2017年农田生产化肥施用的年均碳源为1.29万t(表5)，总体呈下降趋势，共下降0.43万t。其中氮肥和磷肥施用碳源均呈下降趋势，氮肥施用的碳源减少0.43万t，年均增长率为—8.02%；磷肥施用的碳源减少0.02万t，年均增长率为—8.16%；钾肥碳源在2011—2017年基本没有变化；复合肥碳源虽有波动但总体上升0.02万t。化肥施用碳源的贡献率依次为：氮肥(71.32%)、复合肥(24.03%)、磷肥(3.10%)、钾肥(1.55%)。

表4 农田生态系统基本情况Tab.4 Basic information of farmland ecosystem

根据公式(11)(12)分别得到阳泉市农业机械生产和农业灌溉碳源(表5)。2011—2017年阳泉市农业机械生产碳源总体呈下降趋势，总计下降0.02万t，这主要得益于城市化进程的加快使耕地面积减少。而农业灌溉碳源在2011—2017年总体增加0.03万t，这主要是由于技术和效率的滞后。

根据阳泉市化肥施用、农业机械生产、农业灌溉产生的碳源及公式(9)可得阳泉市农田生态系统碳源总量。如表5所示，阳泉市农田生态系统碳源由2011年的2.13万t下降至2017年的1.71万t，总体下降0.42万t，虽然经济和技术的进步带来了生产效率的提高，但城市化导致的农业用地减少占上风。其中，化肥施用碳源对农田生态系统碳源总量贡献最大，为64.82%；其次为农业灌溉产生的碳源，贡献率为29.65%；农业机械生产的使用对阳泉市农田生态系统碳源贡献率最小，仅为5.53%。

表5 农田生态系统碳源Tab. 5 Carbon source of farmland ecosystem 单位：104t

(3)农田生态系统净碳汇。根据阳泉市农田生态系统碳汇和碳源及公式(7)，可得农田生态系统净碳汇。净碳汇由2011年的23.26万t增长至2017年的24.16万t，总体上升0.9万t，年均净碳汇量为24.67万t；其中农田生态系统碳汇总量增长0.48万t，碳源总量降低0.42万t。从当地实际情况看，农业生产碳源量的降低并非依靠技术和生产力水平推动，而是受城市化影响被动降低。

2.1.4 生态系统碳汇总量 基于数据搜集的现实难度，对阳泉市生态系统碳汇的估算不能反映出近7年完整变化趋势，因此本文采取均值的形式得出当前阳泉市生态系统碳汇总量。 根据公式(1)可得阳泉市生态系统碳汇总量为38.17万t，各类生态系统对碳吸收量的贡献率由大到小依次是：农田生态系统(64.62%)、草地生态系统(18.26%)、森林生态系统(16.6%)、水域生态系统(0.61%)。

2.2 阳泉市旅游业碳源

2.2.1 旅游交通碳源 阳泉市旅客周转量总体上升，公路的旅客周转量明显高于铁路，占总量的62%，成为最主要的游客出行方式(表6)。由式(14)计算得出阳泉市2011—2017年旅游交通年均碳源为1.94万t，旅游交通碳源总体呈波动上升趋势，从2011年的1.53万t上升至2017年的2.33万t，总体增长52.29%，主要源于经济的迅速发展和公路、铁路等基础设施的建设，人们的出行更加便捷，出游率提高(表7)。其中，公路碳源波动上升，由2011年1.08万t上升至2017年1.38万t，增长0.30万t；铁路碳排放增长速度较快，从2011年的0.45万t至2017年的0.95万t，总体增长0.50万t；公路碳源占总交通碳源比重大(64.43%)，其原因除了公路旅客周转量大外，主要由于公路相比铁路交通的能耗更高。

2.2.2 旅游住宿碳源 阳泉市星级饭店数目在2011—2017年呈现总体下降趋势，其房间数、床位数、床位出租率和出租的床位数也同样呈现下降趋势(表6)。由式(15)可计算得出阳泉市2011年—2017年旅游住宿年均碳源0.42万t。旅游住宿碳源呈总体下降趋势，其中2011—2016年逐年下降，由2011年的0.57万t下降到2016年的0.28万t，总体下降50.88%，于2017年增至0.35万t，仅增长25%(表7)。旅游住宿碳源的降低得益于星级饭店数量的减少，但其单位碳排放量仍很大。

表6 旅游交通、住宿基本情况Tab.6 Basic information of tourism transportation and accommodation

2.2.3 旅游活动碳源 2011—2017年阳泉市国内游客总数逐年增加，年均增长率23.54%，游客的旅游目的从开始的以观光旅游和探亲访友为主逐渐转变为以休闲度假为主；入境游客总数总体减少，其中以观光为目的的游客占比最多(表8)。根据式(16)可得阳泉市2011—2017年各类旅游活动及旅游活动碳源总量(表7)。

表7 旅游业碳源Tab.7 Tourism carbon source 单位：104t

表8 旅游活动基本情况Tab.8 Basic information of tourism activities

阳泉市旅游活动碳源呈上升趋势，由2011年的0.77万t上升至2017年的3.13万t，总体增长2.36万t。其中各类旅游活动碳源均呈现上升趋势，不同类型旅游活动年均碳源由大到小依次为：休闲度假(1.15万t)、探亲访友(0.31万t)、观光旅游(0.19万t)、商务出差(0.17万t)、其他(0.01万t)。不同类型旅游活动碳源平均增长率由大到小依次为：休闲度假(30.88%)、探亲访友(23.22%)、观光旅游(18.96%)、商务出差(18.20%)、其他(12.25%)，这与近年来中国的经济发展状况和游客需求的转变相吻合。

2.2.4 旅游业碳源总量 由表7可知，阳泉市旅游业碳源总量由2011年的2.87万t增长至2017年的5.81万t，增长了2.94万t。其中旅游交通、旅游住宿、旅游活动的平均碳源占总碳源的比重依次为：旅游交通(46.3%)、旅游活动(43.68%)、旅游住宿(10.02%)。从变化率看，旅游交通碳源年均增长率1.28%，总体变化较小；旅游住宿碳源年均增长率为-7.81%；旅游活动碳源年均增长率26.33%，变化最大。

2.3 阳泉市旅游业碳均衡

由表9可知，2011—2017年阳泉市年均旅游业对其整体经济建设的年均贡献率为5.63%，因此阳泉市生态系统碳汇的5.63%应该抵消其旅游业发展的全部碳源。

表9 阳泉市旅游收入和地区生产总值情况Tab.9 Tourism revenue and gross regional domestic product of Yangquan city

阳泉市旅游业年均碳源为4.19万t，阳泉市生态系统碳汇为38.17万t，由公式(17)计算可得阳泉市旅游业碳均衡呈现赤字状态，为-2.04万t，这说明阳泉市旅游业碳源超过了生态系统为其提供的碳抵消量，是一个碳源产业。旅游业作为现代社会愈发重要的经济支柱产业，未来的发展趋势之一就是低碳旅游，因此阳泉市旅游业必须重视节能减排和生态增汇工作，加强旅游业低碳发展战略建设，保证旅游业可持续健康发展。

3 讨论

尽管全国各区域已有的旅游碳源测度方法有所差异，但是从测度结果的相对大小对比可知，北京(1 216.28万t)>浙江(196.01万t)>湖北(159.85万t)>江苏(140.15万t)>阳泉(4.19万t)>新疆(0.24万t)，总体印证了旅游碳源存在东高西低的特征[6,10,16,37,42]。

从各区域旅游碳源的结构看，无论是东部、中部或者西部，旅游交通依然是最主要的碳源[7-11,15-17]。不同区域旅游交通碳源大小为：北京(822.64万t)>浙江(123.28万t)>江苏(100.8万t)>湖北(86.77万t)>阳泉(1.94万t)>新疆(0.2万t)，说明东部城市和经济发达城市旅游交通的碳源贡献率比中西部欠发达地区更高。从单位旅游收入产生的旅游交通碳源看，浙江(0.61万t/亿元)>湖北(0.51万t/亿元)>江苏(0.41万t/亿元)>北京(0.26万t/亿元)>阳泉(0.013万t/亿元)>新疆(0.004万t/亿元)；但是从各区域的旅游总收入看，北京(3 210.38亿元)>江苏(244.67亿元)>浙江(203.02亿元)>湖北(171.05亿元)>阳泉(149.26亿元)>新疆(46.55亿元)，这在一定程度上说明旅游交通碳源与旅游收入关系不大，而与地理位置和交通通达度有关。阳泉市旅游交通碳源仅为1.94万t，这与其位于中部内陆的地理位置有关，仅有铁路和公路两种交通方式，而没有水运和航空。但值得注意的是，随着机场的建设和发展，航空产生的碳源将不容忽视。

从旅游住宿碳源看，北京(394.14万t)>湖北(73.08万t)>浙江(72.73万t)>江苏(39.35万t)>阳泉(0.42万t)>新疆(0.004万t)。与东部及其他经济较发达地区高住宿碳排放不同[21,24]，阳泉市旅游住宿碳源贡献率很低(高于新疆)，印证了经济发展程度和城市化水平是旅游碳源结构变化的原因[19]。从单位旅游收入产生的旅游住宿碳源看，湖北(0.43万t/亿元)>浙江(0.36万t/亿元)>江苏(0.16万t/亿元)>北京(0.12万t/亿元)>阳泉(0.003万t/亿元)>新疆(0万t/亿元)，说明旅游住宿碳源可能与游客密集程度和星级酒店入住率有关。中西部地区随着经济的发展、星级酒店数量的增多，旅游住宿碳源在未来预计并不乐观。

在旅游活动碳源方面，因相关研究缺少该数据，仅知阳泉(1.83万t)>新疆(0.04万t)。这是因为一方面测度不同，另一方面受到旅游活动类型和人们消费观念的影响。新疆凭借其丰富的自然资源与独特的景观以观光型旅游为主，而阳泉市自然景观并不十分突出，但人文景观与山地森林等自然景观相辅相成，因此休闲度假型旅游比重较大，因而其产生的碳源也较大。

从生态系统碳汇看，江苏省各地市生态系统平均碳汇为881.08万t，远高于阳泉市的生态系统碳汇(38.17万t)；从旅游碳源与生态系统碳汇的比值看，江苏省各地市的平均比值(15.91%)也高于阳泉市(10.88%)。这说明东部区域森林、农田、水域等生态系统的固碳能力较强，而处于中部区域的阳泉市因自然气候条件的限制，生态系统的固碳能力较弱，相应的碳均衡难以维持，同时也加大了碳减排的压力。

在旅游业控源方面，阳泉市未来应重点关注铁路基础设施及相关建设，优化交通运输网，扩大铁路运输优势，以减少高排放的公路客运，并增加高铁班次及通达程度，这在一定程度上有利于交通碳源的减少。在住宿方面，要改变旅游住宿的高单位能耗，政府可利用碳排放税、补贴等多种方式规制酒店高能耗行为，酒店也应为游客提供相应的奖励和补偿措施，但最重要的仍是旅游者低碳环保意识的提升。在旅游活动上，倡导自然生态的休闲度假方式，因地制宜推广绿色生态旅游产品，同时在景点或城市人群集中地设立低碳宣传标语，潜移默化地形成低碳消费观。

在生态系统增汇方面，一方面要改变低效高耗的农业生产方式，增加作物种植密度，提高作物产量和生产效率，提高化肥使用效率；另一方面，要发挥森林和草地碳汇潜力，在城市化过程中关注城乡合理规划，增加城市、道路绿化带建设面积和范围，增加公路、铁路绿化里程，扩大乡村植树造林面积，打造生态文明城市的同时，使绿色植被与整体环境和旅游景观相融合，形成独特的城市风貌和特色景观。

4 结论

在碳汇方面，阳泉市生态系统年均碳汇为38.17万t。其中农田生态系统贡献率最大(64.62%)，主要由于农耕面积较大且农业机械化生产水平不高；森林和草地生态系统年均碳汇总和为13.27万t，碳汇潜力很大，预计未来能够抵消部分因城市发展而带来的农田碳汇损失。

在碳源方面，阳泉市旅游碳源总量由2011年的2.87万t增长至2017年的5.81万t。其中旅游交通是主要碳源但总量不高，随着经济进程的加快，航空碳源在未来旅游发展中不容忽视；旅游活动碳源增长速度最快，应成为制定旅游减排政策时的关注重点；旅游住宿碳源虽然不高，但未来预期并不乐观。

阳泉市旅游业碳均衡呈赤字状态，为-2.04万t，生态系统能够为旅游业提供的碳汇量仅能补偿旅游所产生碳源的51%。阳泉市旅游业是一个碳源产业，要更好地实现转型升级，必须控制碳源、增加碳汇，以维持旅游业的碳均衡。