黄河流域省区隐含碳排放及其碳转移研究

康彦霞，马 忠

（西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070）

0 引言

改革开放以来，我国在经济飞速增长的同时使用了大量化石能源，产生的碳排放带来了严重的环境问题。目前我国已成为世界上碳排放最大的国家。我国庄严承诺，到2030 年实现碳排放达峰，2060年前实现碳中和，这需要各区域分担责任共同减排。我国目前的碳排放量是各区域碳排放总和，减排必须采取自上而下的措施。减排目标由各个省份分担实施，但是因为各区域资源禀赋、产业结构、发展阶段的不同，区域间碳排放存在很大差异［1］，在总减排目标下确定各省份应承担的减排责任是重点难题。我国各省份之间贸易频繁，产生的隐含碳转移对各省份碳排放具有重要影响，这就需要估算因省份间贸易而产生的隐含碳。

黄河流域是我国重要的一次能源和二次能源供应基地，其煤炭产量约占全国的70%［2］，经济发展和环境保护之间矛盾突出，面临的碳减排压力巨大。2019年，黄河流域生态保护和高质量发展被提出并成为国家战略［3］。黄河流域高质量发展不是流域内各省区分别实现高质量发展，而是在整体上实现发展［4］，黄河流域面临的资源环境问题也只能通过整体治理才能得到有效减缓。因此，本文从各省区视角和黄河流域整体视角来探讨黄河流域隐含碳排放及转移特征，对合理分配黄河流域重要能源生产省区的减排责任意义重大。

随着全球专业化分工的发展，不同阶段的产品在不同国家或地区生产，发达国家大量进口产品导致“碳泄露”问题。我国各省份之间也存在产品的交换，有的省份在产品生产过程中排放了大量二氧化碳，生产的产品不仅仅为本地消费，还要满足其他省份的消费或出口［5］。产品生产地和消费地分离对制定碳排放责任问题增加了困难。国外已有很多从隐含碳的角度分析碳转移的研究［6，7］。研究发现，发达国家通过贸易向发展中国家转移了碳排放，发展中国家则为发达国家承接了部分碳排放。我国与主要贸易国之间的碳排放转移也受到了关注［8-10］。近年来，国内和区域隐含碳转移的研究也广泛开展。如：韩梦瑶等［11］基于嵌套网络视角研究了我国省域碳排放国内外转移情况；陈晖等［12］用MRIO（多区域投入产出模型），从污染贸易条件、碳基尼系数等多个方面分析了我国31 省份之间的碳转移及公平性；张红丽等［13］对京津冀区域内的隐含碳转移进行了研究。目前碳减排责任分担机制有3 种［14］：一是生产者责任原则，将产品生产和服务产生的碳排放归于生产者，而没有考虑为谁提供产品和服务；二是消费者责任原则，从最终消费角度显示碳排放的来源，该种核算方式对碳排放出口地区更为公平［15］；三是责任共担原则，该原则有利于促进减排公平性，其核心问题是计算责任共担分配因子［16］。

总体来看，一方面，以往贸易隐含碳转移大多是从最终产品消费的视角来计算隐含碳排放，未体现地区中间产品贸易引致的碳排放，且未对省区间碳转移的具体流向进行探讨；另一方面，以上研究多为单一年份碳转移，没有考虑年际变化。基于此，本文将省份排放的隐含碳分解为满足本地最终需求引致、满足外省中间产品需求引致和满足外省最终产品需求引致，并揭示了省区调入调出贸易隐含碳的具体流向。本文采用多区域投入产出模型，从隐含碳贸易视角探讨了黄河流域碳排放特征及其转移路径，从生产者责任、消费者责任视角测算了黄河流域9 省区2012 年、2017 年隐含碳排放情况，探讨了隐含碳排放构成及其产业结构、隐含碳转移来源和去向，以期为黄河流域高质量发展和低碳减排提供借鉴与参考。

1 研究区域概况

黄河流域总面积79.5 万km2，横跨青藏高原、内蒙古高原、黄土高原和华北平原四大地貌单元，涵盖青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9 个省区；2020 年GDP 为24.74 万亿元，约占全国GDP 总量的25%，但人均GDP 低于全国水平［17］。9 个省区发展水平差异巨大，下游省区比上游经济发达。黄河流域产业结构以第二产业为主体，其中，能矿资源采掘业占比较高。流域内煤、石油等化石能源储量丰富，在我国经济发展中成为重工业、能源及化工生产基地，中国“5 ＋1”能源基地中有3 个位于黄河流域。黄河流域是“一带一路”重要经济走廊，是联系我国东、中、西部的经济纽带，也是我国经济社会发展和生态保护的重要区域，加强黄河流域生态保护和高质量发展，对我国生态文明建设和区域协调发展具有重要的战略意义。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文采用我国2012 年、2017 年31 个省份（因数据缺失，故研究区域未包含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区）42 个部门的多区域投入产出表，根据黄和平［18］、李艳梅等［19］的方法，将42 个部门合并为7 个（表1）。各省份碳排放数据清单由中国碳核算数据库（CEADs）根据IPCC 行业碳核算方法编制，该清单包括生产水泥过程产生的碳排放和17 种化石能源燃烧产生的碳排放［20］。

表1 部门合并结果Table 1 Departmental merger

2.2 研究方法

构建G个地区N个部门多区域投入产出模型：

式中：对任一地区s，Xs表示s 地区总产出向量；Ass表示s 地区直接消耗系数矩阵；Yss表示s 地区生产并满足该地区最终需求向量；Asr（r ＝1，…，G，且r≠s）地区s 和地区r 之间的相互需求系数矩阵，表示两地区之间中间品贸易；Ysr为s 地区生产并满足于r 地区的最终需求向量，表示地区s 对地区r的最终品贸易；X 和Y 为N × 1 列向量，A 为N × N列矩阵。

由公式（1）得：

表示经典里昂惕夫逆矩阵。

在G 个地区N 个部门的经济系统中，行平衡关系式为：

隐含碳排放的测算：隐含碳排放的测算参考王安静等［21］、王育宝等［22］的研究。本文关注黄河流域隐含碳排放及其国内贸易隐含碳转移，因此不计算出口隐含碳。

式中：第一项表示s 地区为满足本地最终需求产生的隐含碳；第二项、第三项分别表示s 地区为满足其他区域中间产品需求、最终产品需求调出的隐含碳。

区域s 消费侧碳排放为：

3 结果及分析

3.1 各省区生产侧和消费侧碳排放

根据公式（5）、（6）对黄河流域各省区生产侧和消费侧碳排放进行测算，结果如图1 所示。从图1可见：①总体来看，黄河流域生产侧碳排放大于消费侧碳排放。2012—2017 年，其生产侧和消费侧碳排放均呈增长趋势，生产侧碳排放从2012 年的2818Mt上升到2017 年的3159Mt，年均增长率为2.3%；消费侧碳排放从2067Mt 上升至2363Mt，年均增长率为2.7%。②从各省区来看，2012 年黄河流域9 省区生产侧碳排放均大于消费侧碳排放。其中，山西省和内蒙古自治区生产侧碳排放分别为消费侧碳排放的1.76 倍、2 倍。山西省和内蒙古自治区为化石能源集中地，为外省生产并提供了大量能源密集型产品，导致碳排放显著增加。2017 年，除河南省、四川省、陕西省消费侧碳排放增长并超过生产侧碳排放外，其他省区依然是生产侧大于消费侧碳排放。③从地理分布看，黄河流域隐含碳排放大致呈现出中下游地区高于上游地区。中下游地区的山东省、内蒙古自治区、河南省、山西省是生产侧碳排放较高地区，2012年和2017 年均高于400Mt，占黄河流域总生产侧碳排放量的72%。山东省、河南省人口众多，能源消费量大，且制造业发达，而山西省、内蒙古自治区需要生产能源资源产品，因此产生的隐含碳排放大；四川省、陕西省的生产侧碳排放也超过210Mt，而青海省隐含碳排放量最小，不足50Mt。就消费侧碳排放来看，山东省、河南省消费侧碳排放最大，2012年和2017 年分别占黄河流域消费侧碳排放的66%、49%。2012—2017 年，山西省、内蒙古自治区、山东省、陕西省、青海省、宁夏回族自治区生产侧碳排放呈增长趋势。其中：山东省和内蒙古自治区增长量最多，分别为153Mt和95Mt，年均增长量分别为4.5%、3.4%；山西省、陕西省、宁夏回族自治区生产侧碳排放增长均超过29Mt；河南省生产侧碳排放下降了24Mt。

图1 黄河流域各省区隐含碳排放Figure 1 Embodied carbon emissions at the provincial level of the Yellow River Basin

为了更清晰了解各省生产侧和消费侧碳排放的产生原因，本文对黄河流域9 省区隐含碳排放的结构组成进行了分析，结果如图2 所示。从图2 可见：①内需碳排放和中间产品贸易碳排放是黄河流域各省区碳排放的主要组成部分。2012 年黄河流域各省区内需碳排放、中间产品调出碳排放、最终产品调出碳排放分别占生产侧碳排放的51%、42%、5%，2017年分别占52%、40%、7%。②从各省区碳排放的组成来看，山西省、内蒙古自治区、河南省、陕西省、甘肃省、宁夏回族自治区中间产品调出碳排放均大于内需碳排放，说明这些省区生产并向其他省份提供了大量产品，从而导致碳排放的快速增长。山东省、四川省、青海省则以内需排放为主要构成部分。2012—2017 年，山东省内需碳排放、中间产品调出碳排放和最终产品调出碳排放增长量均大于35Mt，这是该省生产侧碳排放快速增加的原因。说明在快速城市化过程中，山东省不仅自身消费能源增加，还更多地参与到国内初级产品和最终产品的生产加工中。山西省和内蒙古自治区生产侧碳排放增长的主要原因是中间产品调出的增加，其增长量均大于70Mt，表明山西省和内蒙古自治区越来越多地向其他地区提供初级产品。中间产品往来产生的碳排放量增加，表明一个产品由多个省区通过生产链完成，并非单独生产，省区间的联系也越来越紧密。值得关注的是河南省，2012—2017 年其消费侧碳排放量增长了201Mt，中间产品和最终产品调入隐含碳均有所增加。近年来，河南省第二产业占比增长缓慢，而第三产业增长加快，其工业化也从中期向后期推进，因此该省调出产品减少，调入产品增加来满足第三产业的发展。

图2 黄河流域各省区隐含碳排放组成占比Figure 2 Proportion of embodied carbon emission composition at the provincial level of the Yellow River Basin

3.2 各省区产业碳排放结构

2012—2017 年黄河流域各省区产业碳排放结构结果如图3 所示。从图3 可见：①从黄河流域内需碳排放产业结构来看，重制造业、建筑业和服务业是隐含碳排放量最高的产业，2012 年其碳排放分别为400Mt、377Mt、257Mt，分 别 占 黄 河 流 域 内 需 排 放 的33%、31%、21%，农业、能源工业、轻制造业、其他工业隐含碳排放占比均不到7%。重制造业碳排放最大的省区依次是山东省、河南省、四川省，2012 年重制造业碳排放分别占黄河流域总制造业碳排放的49%、38%、33%。建筑业和服务业碳排放最大的省区均为山东省。各省区建筑业占内需碳排放的比重均较大，2012 年超过22%。2012—2017 年，黄河流域重制造业内需碳排放从400Mt 下降至310Mt。山西省、内蒙古自治区、山东省、河南省重制造业内需碳排放呈下降的趋势，下降量均大于12.9Mt。而建筑业内需碳排放从370Mt上升至410Mt，成为内需碳排放最大的部门。各省区的快速城市化是建筑业碳排放大且一直增长的原因，建筑业使用的金属等材料较多，需要大量其他产业和产品的输入。服务业碳排放量从257Mt上升至290Mt，除山西省和陕西省外，其他省区服务业碳排放均呈增长的趋势。随着各地产业结构的改变，服务业隐含碳需求逐渐增长。②从黄河流域调出碳排放产业结构来看，调出隐含碳排放最大的部门是能源工业，2012 年和2017 年9省区能源工业隐含碳的总调出量分别为874Mt、1187Mt，占黄河流域总调出的54%、63%。调出隐含碳最大的产业为重制造业，2012 年和2017 年调出量分别为529Mt、459Mt，占总调出的32%、24%；农业、轻制造业、建筑业、其他工业、服务业调出隐含碳占比均不到5%。山西省、内蒙古自治区、陕西省是能源工业碳排放调出最大的地区，均超过100Mt；山东省、河南省是重制造业隐含碳排放调出最大的地区。2012—2017 年，山西省、内蒙古自治区、山东省能源工业调出隐含碳排放增长量均超过73Mt。从调入隐含碳排放产业结构来看，重制造业、能源工业依然是调入隐含碳最大的产业，2012 年和2017 年黄河流域9 省区能源工业调入隐含碳分别为327Mt、405Mt，重制造业调入隐含碳分别为353Mt、443Mt。河南省、陕西省重制造业调入隐含碳最大，河南省、山东省能源工业隐含碳调入最大，2012—2017 年间河南省能源工业调入隐含碳增长了180Mt，这也是该省调入隐含碳快速增长的主要原因。

图3 黄河流域各省区分部门隐含碳排放结构Figure 3 Embodied carbon emissions per province and sector in the Yellow River Basin

3.3 省际贸易隐含碳转移

省际贸易净碳转移时空变化：2012 年，黄河流域9 省区均为净碳转入地区，净碳转入总量为817Mt。2017 年，除河南省、陕西省、四川省外，其他省区依然是净碳转入地区，净碳转入总量为796Mt。其中，内蒙古自治区和山西省净碳转入量最大，2012年分别占黄河流域净碳转入的21%、32%，说明我国生产活动在很大程度上还是依赖能源的消耗，导致内蒙古自治区、山西省等资源型省区碳排放的转入。宁夏回族自治区净碳转入量仅次于山西省、内蒙古自治区、山东省，说明宁夏为我国其他省份提供了较多资源工业产品。2012—2017 年，山西省、内蒙古自治区、山东省净碳转入量迅速增加。近年来我国对资源能源的使用和依赖依然在加大，而山东省制造业发达，因此净碳转入大且持续增长；河南省、陕西省、四川省净碳转入量下降，变为净碳转出地区。

表2 黄河流域各省区隐含碳转移量（单位：Mt）Table 2 Embodied carbon transfer at the provincial level of the Yellow River Basin（Unit：Mt）

省区间碳转移方向：从上述分析可知，由于黄河流域净碳转入量较大，因此需要分析碳排放转移地理源特征，明晰区域碳转移去向和来源，为区域合作减排提供参考。2012 年、2017 年黄河流域9 省区隐含碳转移的主要地区结果如图4 所示。从隐含碳转移整体特征看，首先，隐含碳转移具有显著的地理邻近效应，在黄河流域各省区隐含碳的调入地区上表现更为明显，主要是黄河流域区域内部隐含碳相互转移及周边省区的调入。如2012 年河北省向河南省转移隐含碳25Mt，内蒙古自治区向山东省转移31Mt，山东省向河南省转移24Mt。其次，隐含碳转移具有明显的产业互补性［23］，这在黄河流域隐含碳调出地区表现的更为明显，如山西省、内蒙古自治区向江苏省、广东省的转移。

图4 黄河流域各省区隐含碳转移流向关系Figure 4 Flow pattern of embodied carbon transfer at the provincial level of the Yellow River Basin

山东省、内蒙古自治区、山西省、河南省调出隐含碳较大，本文具体分析4 个省区的隐含碳调出主要去向。2012 年，内蒙古自治区调出隐含碳超过

20Mt的地区有北京市、上海市、江苏省、浙江省、安徽省、山东省、广东省，山西省调出超过15Mt 的地区有北京市、河北省、上海市、江苏省、山东省、广东省，山东省调出隐含碳超过15Mt的地区有北京市、上海市、江苏省、浙江省、安徽省、河南省、广东省，河南省调出隐含碳超过15Mt 的地区有北京市、上海市、江苏省、浙江省、广东省。河北省人口众多、产业以重工业为主，山西省、内蒙古自治区等因地理邻近效应向其运输能源产品。江苏省、浙江省、广东省、上海省等省区经济发展迅速，对能源产品的需求量高，消费能力强，黄河流域省区对其调出的能源资源较多。2012—2017 年，内蒙古自治区、山西省、山东省向河北省、浙江省、河南省调出隐含碳增长较多。从调入隐含碳地区来看，河南省、山东省、内蒙古自治区调入隐含碳较大。分析其具体隐含碳主要来源地区，河南省调入隐含碳超过10Mt的地区有河北省、内蒙古自治区、辽宁省、安徽省、江苏省、山东省；山东省调入隐含碳超过10Mt 的地区有河北省、山西省、内蒙古自治区、黑龙江省、安徽省、陕西省、新疆维吾尔自治区。内蒙古自治区调入隐含碳超过10Mt 的地区为河北省、辽宁省、江苏省和山东省。由于黄河流域内部各省区距离邻近、交通便捷，通过短距离运输便可实现资源和产品的贸易，因此相互之间隐含碳转移量大。江苏省、山东省制造业发达，产品贸易量大，向黄河流域各省区提供产品量大，而新疆维吾尔自治区、辽宁省也是资源量较为丰富的地区，它们向黄河流域也调入了资源和产品。2012—2017 年，河南省从山西省、内蒙古自治区、辽宁省、江苏省、浙江省、陕西省、新疆维吾尔自治区调入隐含碳增长量均大于13Mt。

3.4 区域合作减排效果

关于如何减少贸易隐含碳对各地区减排的影响的研究，Peters 等［24］在研究中提出可以通过向其他地区进口高耗能、高污染产品，从而减少本地碳排放。但对于国家、区域而言，这将会加重隐含碳出口地区的减排压力，同时不利于整体减排。因此，无论是隐含碳进口或出口地区，必须从区域合作减排的角度来实现减排目标。根据钟章奇等［25］对河南省减排的研究，表明相比于各省区独自划分碳减排责任，该省与中部6 省区的合作有利于减小贸易隐含碳排放的影响。

本文基于前面的研究，探讨了2012 年黄河流域各省区合作减排与单独减排的效果差异。钟章奇对合作区域的选择有两个原则：一是贸易隐含碳净流出地区可能更具合作的条件；二是地理邻近性。黄河流域9 省区基本具备这两个条件。Peters 等［24］认为只要区域调出和调入隐含碳占该区域总碳排放量的比重下降，该地区贸易隐含碳减排责任也会相应减小，因此区域间合作会影响贸易减排的分担。黄河流域各省区贸易碳排放占比和黄河流域区域内贸易隐含碳占比结果如图5 所示，在黄河流域区域内合作减排后，调出和调入黄河流域的贸易隐含碳分别占该区域碳排放的48%、19%。与各省区单独减排相比，除青海省和四川省的调入、调出比例上升之外，其他省区调出、调入占本地碳排放的比重都是下降的，尤其对陕西来说，其隐含碳调出、调入占比在开展区域合作后分别下降了24.7%、38.9%，说明区域合作减排可以减小黄河流域各省区减排责任。山东省、青海省、四川省可能参与黄河流域区域贸易不明显，因此获益程度也最小。

图5 黄河流域各省区在开展区域合作前后的贸易隐含碳排放Figure 5 Carbon emissions embodied in exports and imports before and after regional cooperation at the provincial level of the Yellow River Basin

4 结论与政策启示

4.1 结论

本文采用投入产出模型对黄河流域各省区2012年、2017 年的隐含碳排放进行了测算，分析了2012—2017 年各省区碳排放构成及其产业结构、碳转移量及其地理源特征，并对黄河流域合作减排效果进行了分析。

主要结论如下：①黄河流域各省区整体上呈现出生产侧碳排放大于消费侧碳排放，区域内隐含碳排放异质性较大，中下游碳排放规模比上游省份大。山东省、河南省消费侧碳排放相比其他省区较为突出。2012—2017 年，黄河流域生产侧碳排放和消费侧碳排放均呈增长的趋势，年均增长率分别为2.3%、2.7%。从隐含碳排放结构来看，中间产品调出和内需隐含碳排放占比最大，也是产生隐含碳的主要原因。②河南省、山东省、四川省的重制造业，各省区的建筑业、服务业是内需碳排放产生的关键部门，山西省、内蒙古自治区的能源工业和山东省、河南省的重制造业是调出隐含碳排放的关键地区和部门，而山东省的能源工业、河南省的重制造业是调入隐含碳的关键部门。③2012 年，黄河流域各省区均为净碳转入地区；2017 年，除河南省、陕西省、四川省之外，其他省区依然是净碳转入地区；山西省、内蒙古自治区、山东省净碳转入量最多，2012—2017年为增长趋势。④黄河流域9 省区隐含碳转移具有明显的地理邻近效应，向其输入隐含碳省区主要是区域内部或周边邻近省区，黄河流域输出隐含碳较大的地区具有产业互补性。⑤黄河流域各省区域合作减排后，可以减小贸易碳排放的影响，尤其对陕西省受益程度最大，而青海省、四川省、山东省的获益程度最小。

4.2 政策启示

基于上述研究结论，为促进黄河流域实现高质量发展和低碳减排提出以下政策启示：①由于资源能源的差异和地区分工的不同，黄河流域各省区尤其是山西省、内蒙古自治区生产侧碳排放远大于消费侧碳排放，它们通过向全国各地提供能源产品导致大量隐含碳输入。如果按照生产者责任制定减排政策则有失公平原则，因此应同时考虑生产者责任原则和消费者责任原则，促进共同减排的公平性，适当减轻能源地区的减排责任。②山西省、内蒙古自治区的能源工业是调出隐含碳最大的产业，其他省份应多向此行业提供节能减排技术，从隐含碳排放源头控制其转移，同时及时舍弃附加值低、耗能高的产业。③黄河流域各省区在向其他省区输出大量能源产品来供应其他依赖资源型城市发展的同时，也引致了隐含碳的大量流入，加重了黄河流域的减排压力。因此，对于能源需求量大，消费水平高的城市应改善能源消费结构，提高能源利用率，多使用清洁能源和可再生能源，从而减小能源供应省区隐含碳输入；对于提供资源而产生大量隐含碳的山西省、内蒙古自治区、宁夏回族自治区等地区，在发展资源优势产业的同时要引进脱碳技术，注重低碳开采，优化产业结构，提高能源利用效率。④加强黄河流域区域内的合作减排。黄河流域9 省区间贸易密切，合作减排可促进区域内人员、资金、技术、产业流动，相比于各省区单独减排更具优势。