基于土地利用变化的广西碳排放时空差异分析

◎梁 博，杨小雄

南宁师范大学自然资源与测绘学院，广西 南宁 530100

土地利用变化影响着生态系统的变化，进而影响地球碳循环的过程，土地利用变化已成为影响碳排放的关键因素之一。我国对碳排放问题十分重视，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》中对“碳达峰”“碳中和”提出了明确任务。国外学者从20 世纪90 年代开始研究碳排放与土地利用变化的关系。近年来，国内学者也越来越关注碳排放的相关问题，已有不少学者进行了研究并取得了一定成果。2016 年，彭文甫等在对碳排放、碳足迹的定量分析中，构建了压力指数模型，并与常用碳排放模型、碳足迹模型结合使用[1]；2017 年，潘高等采用基于碳排放系数的碳排放模型和脱钩模型，分析湖南省碳排放效应、时空格局特征以及碳排放与经济发展之间的脱钩弹性关系[2]；2020 年，丁正满在运用碳排放模型的基础上，还运用了LMDI 因素分解法，在测算土地利用的碳排放量及其趋势的研究中，尝试分析了影响因素的作用[3]；2021 年，李彦旻等从碳源、碳汇的角度评估了安徽省净碳排放，分析了碳排放的时空特点[4]；2021 年，黄继鲜等在对广西山林地区的碳排放研究中，引入使用了碳排放模型、碳足迹模型[5]。

近年来，广西社会经济快速发展，土地利用变化显著，碳排放压力随之增大。研究小组以广西为例，研究2005—2020 年不同土地利用变化下的碳排放时空特征及空间差异，为全区的经济发展及低碳建设提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

广西壮族自治区简称桂，地处祖国南疆，位于东经104°28′～112°04′，北纬20°54′～26°23′之间，东接广东，南临北部湾并与海南隔海相望，西与云南毗邻，东北接湖南，西北靠贵州，西南与越南接壤，行政区域土地总面积为23.76 万km2。广西地势呈西北向东南倾斜，西北高、东南低。地貌总体由山地、丘陵、台地、平原、石山、水面6 大类构成。广西属亚热带季风气候，雨水丰沛，光照充足。2020 年末全区总人口为5718 万人，2020 年地区生产总值为22156.69 亿元（数据来源于《广西统计年鉴2021》）。

1.2 数据来源

研究小组通过对中国科学院资源环境科学数据中心（https://www.resdc.cn/Default.aspx）2005 年、2010 年、2015 年 和2020 年等年份的中国土地利用现状遥感监测数据进行解译，获得此次研究的有关土地利用数据；能源消耗数据来源于2005 年、2010 年、2015 年、2020年等年份的《中国能源统计年鉴》《广西统计年鉴》。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放模型

研究小组基于土地利用的变化对碳排放进行测算，测算的土地利用类型主要为耕地、林地、草地、水域和建设用地。其中，耕地和建设用地为碳源，即在碳循环的过程中表现为排放碳；林地、草地和水域为碳汇，即在碳循环的过程中表现为吸收碳。参照彭文甫等人的研究[1]，研究小组引用其研究中的模型对不同土地利用类型的碳排放量进行测算。其公式为：

式（1）中，Ce为碳排放量（t）；ei为第i种土地利用类型产生的碳排放或吸收总量（t）；Ai为第i种土地利用类型（耕地、林地、草地、水域、未利用地）的面积（hm2）；αi为 第i种土地利用类型碳排放或吸收的系数；Cb为建设用地的碳排放量（t）；mj为化石能源消费量（t）；j为煤炭类、油类和天然气类等化石能源；βj为标准煤换算系数；γj为碳排放系数。

各化石能源的标准煤换算系数及碳排放系数通过IPCC《国家温室气体排放清单》确定。

1.3.2 碳足迹模型

碳足迹为生产性土地将人类活动产生排放的含碳温室气体全部吸收所需要的面积。此次研究的不同土地利用类型中，林地和草地具有碳吸收能力属性，研究小组参照李彦旻、黄继鲜等人的研究[4-5]，引用其测算广西能源消费的碳足迹模型。其公式为：

式（2）中，Cf为碳足迹（hm2）；mj为化石能源消费量（t）；j为各类化石能源；βj为标准煤换算系数；γj为碳排放系数；Pf为林地的碳吸收比例，取值为96.6289%；Pg为草地的碳吸收比例，取值为3.3711%；EPf为林地的碳吸收能力，取值为3.8096 NEP/（t/hm2）；EPg为草地的碳吸收能力，取值为0.9482NEP/（t/hm2）；Ec为生态承载力（hm2）；Cs为林地、草地等土地利用类型的碳吸收量（t）；Ed为生态赤字（hm2）。

2 结果与分析

2.1 广西土地利用碳排放整体分析

研究小组依据碳排放模型与2005—2020 年广西土地利用数据，测算得到表1 中的碳排放数据与碳排放量及GDP 变化趋势（见图1）。

图1 2005—2020 年广西碳排放量及GDP 变化趋势图

由表1 可知，不同土地利用类型对最终的净碳排放量影响明显。其中，建设用地的碳源效应最大，在不同用地类型的碳排放过程中建设用地为主要碳源，且随着时间的推移呈快速增长趋势，2005—2010 年的涨幅最大，为1966.47 万t，2015—2020 年的涨幅降至1724.55 万t，整个研究时期内涨幅基本保持在1724.55 万～1966.47 万t。

早期建设用地的碳排放量快速增加，是因为广西经济社会快速发展，建设用地快速增长，从而导致了碳排放量的增长。在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出“低碳建设”“绿色发展”等理念后，广西及时控制建设用地的增长，有效控制了后期建设用地的碳排放量。与碳源相比，碳汇效应表现最显著的是林地，林地由于自身的特点，在碳吸收方面起到最大的碳汇作用。根据碳吸收能力的大小，研究区内不同土地利用类型中碳汇效应最高的为林地，其次为草地、未利用地、水域。研究期内各土地利用类型的碳汇效应变化幅度较小，变化趋势不明显，从2005—2020年最大变化幅度未超过1 万t，最小变化幅度仅为0.01 万t，属于水域土地利用类型。这说明广西生态保护效果较好，在建设用地面积增长过快的前提下能够保证生态用地未被过多占用，未导致碳循环过度失衡。

2.2 广西能耗碳足迹分析

研究小组结合土地利用碳排放数据（见表1），通过碳足迹模型计算得到2005—2020 年广西能源消费的碳足迹数据（见表2）。

表1 2005—2020 年广西不同土地利用类型碳排放数据表 单位：万t

由表2 可知，2005—2020 年广西能源消费的总碳足迹整体呈上升趋势，上升幅度最大的区间为2005—2010 年，与2005 年相比，2010 年总碳足迹增长了568.70 万hm2。生态承载力变动不大，生态赤字受总碳足迹的影响也呈逐年上升趋势，上升幅度最大的区间也在2005—2010 年，与2005 年相比，2010 年生态赤字增长了568.52 万hm2。能源消费碳足迹中占比最大的能源种类为原煤，因此原煤的碳足迹直接影响最终的总碳足迹。在4 个研究年份中，总碳足迹中原煤的碳足迹占比分别为69.3%、68.7%、53.2%、59.1%。在2005—2010 年间，原煤的碳足迹涨幅为386.16 万hm2，超过其他7 种化石能源碳足迹的总和,这一结果直接表现为总碳足迹涨幅的568.70 万hm2中有67.9%为原煤部分碳足迹的涨幅。在4 个研究年份中，油类能源和天然气能源的碳足迹占比最大为2015 年的33.3%，远不及煤炭类碳足迹的占比，这说明广西是以煤炭类能源为主的能源消费结构。在生态承载力有限的前提下，广西在优化能源消费结构的问题上，应更多注重以清洁能源替代煤炭类能源。

表2 2005—2020 年广西能源消费碳足迹数据表 单位：万hm2

2.3 广西碳排放空间差异分析

鉴于数据的时效性，研究小组对2020 年广西各个地级市的碳排放量进行测算分析，得到各地级市碳排放量与GDP 数据构成情况（见表3）。

表3 2020 年广西各地级市碳排放量与GDP 数据表

由表3 可知，2020 年广西碳排放量最高的地级市为南宁市，南宁市的碳排放量与次位柳州市之差为551.25 万t，在广西总体碳排放量中占比最大。从碳排放量与GDP 呈现的增长关系来看，碳排放较高的城市，相应的GDP 也较高，但个别城市存在“高排放、低效率”的情况，这与当地依赖高能耗产业的经济增长方式有关。通过横向比较，属于“低排放、低效率”的城市有来宾市、崇左市，属于“低排放、高效率”的城市有防城港市、贺州市、河池市，属于“高排放、低效率”的城市有百色市、贵港市、玉林市，属于“高排放、高效率”的城市有南宁市、柳州市、桂林市、钦州市，其中 “高排放、低效率”的城市应成为广西开展碳减排工作的重点区域。

3 结 语

2005—2020年间广西碳排放量呈上升趋势，且增长迅速，在不同土地利用类型中建设用地的碳排放量增长最为显著，占比最高。研究小组通过碳足迹模型测算发现，广西碳足迹呈上升趋势，前期增长迅速，后期在低碳发展理念的影响下，经过调整能源消费结构后有效缓解了生态赤字的增长速率。研究小组对2020年广西各地级市的碳排放与GDP 数据对比分析后，发现各市碳排放量存在明显差异，且存在“高排低效”的现象。

针对以上研究结果，结合广西实际情况，研究小组提出以下3 个建议。

（1）优化土地利用结构。广西各市应结合当地发展优势，因地制宜、合理地规划土地。建设用地作为最大的碳源，要严格控制其增长速度，同时应保护具有碳汇属性的林地、草地不被过多占用，积极响应国家“宜农则农、宜林则林”“节能减排” 等政策。

（2）调整能源产业结构。广西由于经济发展需要，大量的基础设施建设拉动了建材、水泥等高耗能产业的发展，因此对高耗能产业的发展要适当限制，对第三产业要加大扶持力度，同时要提高企业的生产效率，降低单位产值能耗。

（3）开发低碳绿色能源。目前广西主要的能源消耗类型仍是化石能源，化石能源是主要的碳排放来源，从可持续发展的角度出发，广西应优化能源消费结构，开发绿色清洁能源的使用，积极探索循环经济发展模式。