土地利用的碳排放效应及碳补偿研究——以长江经济带城市为例

刘芳 张李亮 江海涛

（安徽工程大学经济与管理学院 安徽芜湖 241000）

引言

IPCC 第五次评估报告中指出，气候变暖主要是由于化石燃料和土地利用变化等人类活动排放的温室气体增多所导致[1][2]。更准确地估计气候变化及其与土地利用变化的关系，可以提高我们对全球气候变化的理解，为土地开发政策提供更好的建议[3]。长江经济带是我国的经济核心地带。随着城镇化进程的推进和人口的高度密集，该地区土地利用方式在不断变革，聚焦长江经济带土地低碳效应研究，探索土地利用碳补偿分区优化方案，在绿色发展和生态文明建设的时代背景下对长江经济带甚至是全国的可持续发展具有积极的意义。

国际上有关“Land use carbon emissions”的研究重点从土地利用变化的碳排放效应（Zhu,et al.,2016）[4]、城市化进程的碳动态（Huang 和Du，2020）[5]、城市空间的碳通量模拟（Shi,et al.,2019）[6]、土地利用、能源消费与碳排放的关系（Wang 和Shen，2021）[7]等几个方面开展。国内有关土地利用碳排放的研究主要集中在以下几个方面：（1）对国家、省级、城市、县域及工业园区等不同尺度土地利用碳收支核算（冯源等，2020）[8]。研究发现，不同土地利用方式碳收支特征差异明显；居民点及工矿用地、交通用地等建设用地是碳排放的主要来源，林地、耕地等是主要的碳汇。（2）土地利用碳排放的驱动机制及影响因素（牛亚文等，2021；郑维熙等，2021）[9][10]。能源强度，人口增长、经济产出、产业结构、土地结构、城镇化及其空间扩展等均是导致土地利用碳排放增长的重要因素（张斌等，2021）[11]，而能源效率、单位GDP 用地强度、碳税政策是碳排放的抑制因素。（3）土地利用工程项目碳效应及低碳优化研究（张利国，2018）[12]。由于自然环境条件和人类能源物资投入强度不同，不同气候带和农作物种植区的土地整治工程的碳排放具有明显差异。

已有研究通过微观角度的土壤碳和植被碳测算土地利用变化带来的碳通量，过渡到中观角度的土地利用碳排放机理及其影响因素研究，多数侧重于土地利用数量结构的优化，而非空间布局的优化，且对土地低碳利用横向生态补偿关注度不足。鉴于此，本文对长江经济带11 省市六类土地低碳利用效应进行测度，基于比较优势理论探索空间横向碳补偿分区优化方案，旨在促进长江经济带土地资源的高效、可持续利用，并助力中国早日兑现碳减排承诺。

1 数据来源与研究方法

本文数据主要查阅《中国统计年鉴》（2006-2018）、《中国能源统计年鉴》（2006-2018）、长江经济带11 省市统计年鉴，搜集土地利用类型（包括耕地、林地、牧草地、水域、建设用地及未利用地六种）数据、GDP 经济数据和能源消耗数据等。各类土地碳排放通过面积与碳排系数之积来确定。长江经济带土地利用总碳排放量等于农用地、建设用地和未利用地的碳排放量之和。其中，由于农业用地和未利用土地主要是因为人类生产活动引起的，而人类活动对农用地和未利用地的作用方式比较单一，碳排放系数相对稳定，参考前人研究成果确定耕地、林地、牧草地、水域和未利用地的碳排系数为0.435t/hm2，-0.529t/hm2，-0.580t/hm2，-0.375t/hm2和-0.005t/hm2[13]。建设用地承载了绝大部分的人类活动，其碳排放系数的测算比农用地和未利用地要复杂很多，其碳排放主要是化石能源消耗所产生的碳排放，计算公式如下：

其中，Cj表示建设用地的碳排放总量，αj表示标准煤换算系数，Qj表示化石能源的消耗量，γj表示碳排放系数。由于国家统计年鉴中给出了全国各省份所有能源消耗转化为t 标准煤的总额，因此本文以煤炭的碳排放系数0.7402tC/t 进行计算[14]。

2 测算结果

2.1 长江经济带土地利用碳排放及碳排强度时序特征

由前文土地利用碳排放核算方法，计算得到2005-2017 年长江经济带各省市土地利用碳排量，如表1 所示：可见，2005 年到2010 年，长江经济带土地利用碳排放量从65286.02 万吨增长到97717.58 万吨，增长较快，2010 年后增速有所下降，2017 年，长江经济带土地利用碳排放量达到121158.22 万吨。总碳排放量中以碳源为主，而且建设用地承载的人类活动产生的碳排放占据总量的绝大部分比重，在碳汇中，林地碳汇占碳汇总量的比例最大。

碳排放强度是指每创造一元的国民生产总值所承担的碳排放量。该指标可以有效衡量某地区在协调经济增长和环境保护两者关系的努力程度。单位产值碳排放量的多少既是土地生态利用与经济高质量发展的协调性高低的表征，也预示了区域的可持续发展能力，单位产值碳排放量越小，则协调性越好；反之，则协调性越差。

通过查阅统计年鉴可以得到长江经济带11 省市GDP，计算可以得出研究区域土地利用单位产值碳排放强度。如表1 数据显示：2005-2017 年长江经济带单位产值碳排放强度总体上呈现逐年下降的趋势，2017年长江经济带碳排放强度约为0.32 吨/万元，从2005年到2017 年下降了61%。2005 年到2010 年期间下降速度较快，2010 年较2005 年下降了32%。由此可以看出近年来长江经济带在加快城市化步伐的同时也保证了土地利用与经济发展的协调性，区域的可持续发展水平也越来越高。

表1 长江经济带土地利用碳排量及碳排强度（单位：万吨，吨/万元）

2.2 长江经济带土地利用碳排放及碳排强度空间特征

由于长江经济带11 省市资源环境条件差异明显，经济和科技发展水平也不尽相同，产业结构特征差异明显，因此各地区碳排放量也有比较大的差异。根据长江经济带各省市的土地面积、能源消费总量和区域经济生产总值计算整理得到长江经济带各省市的总碳排量和碳排放强度，如表2 所示：2005-2017 年，研究区域内11 省市土地利用单位产值碳排放量呈现逐年下降的趋势，说明长江经济带地区不仅注重经济建设也越来越注重区域的生态文明建设和绿色发展。其中，四川和贵州的降幅比较大，降幅分别是64%和77%；重庆的单位产值碳排放量最低，2017 年单位产值碳排放量为0.14 吨/万元，说明重庆市的土地利用与经济发展具有良好的协调性；在研究时间段内，四川的土地利用单位产值碳排放量均为最高，到2017 年单位产值碳排放量达到0.72 吨/万元，与其他地区的差距在逐渐缩小。

表2 各省市碳排放及碳排强度

3 区域碳补偿核算

3.1 碳补偿模型构建

碳补偿以净碳收支量为确定标准。净碳收支量等于区域碳汇量与碳源量二者的差值，这个值可以用来确定该地区是否需要获得碳补偿或者支付碳补偿。如果净碳收支量为正，说明该区域的生态系统在自我吸收的同时也能帮助周边区域吸收碳排放，为该地区的生态发展做出积极贡献，则该地区应该获得碳补偿；如果净碳收支量为负，即碳汇量小于碳源量，这意味着该地区不仅不能自我吸收碳排放还需要其他地区帮忙吸收碳排放，则该地区应该为碳补偿支付方。计算方法如下：

其中：Li表示各地区的净碳收支量，Sci为i 地区的碳吸收量；Eci为i 地区的碳排放量。当Li＞0 时，则该地区应该获得碳补偿；反之则该地区应该支付碳补偿；当Li=0 时，不需要碳补偿。

3.2 碳补偿价值计算

区域碳补偿价值通常由货币量来确定，公式如下：

其中，Mi表示碳补偿额度（万元）；γ 表示单位碳的价格。根据我国相关机构的碳税机制研究结果，取γ等于10 元/吨。r 为碳补偿系数，其表达式为：

其中：r 表示第i 个地区的碳补偿系数；Ki表示第i个地区的碳补偿能力，等于i 地区GDP 与长江经济带地区GDP 总和之比；a、b 为常数，这里定为1；e 为自然对数的底；t 表示长江经济带的恩格尔系数。

3.3 碳补偿分区结果

根据比较优势理论对2017 长江经济带11 省市进行碳补偿分区。根据上文公式，将净碳收支量与0 的关系将碳补偿分为支付区、获补区、相对平衡区。从本质上来说，碳补偿分区就是帮助确定横向碳补偿的具体额度的以及碳补偿的收支状态，缓解各区域经济发展力与生态承载力之间的矛盾。所以，要全方位的考虑各地区土地利用碳收支影响的属性特征，根据各地区不同的特点确定区域发展模式，因地制宜，这样才能最大限度、最有效的发挥出区域的经济发展和生态保护潜力。根据区域碳补偿模型以及中国统计年鉴中的数据进行计算整理得出2017 年长江经济带碳补偿分区判定数据，如表3 所示。长江经济带11 省市的净碳收支量均为负数，即碳汇量小于碳源量，研究区域总体呈现生态赤字，都需要支付补偿，属于支付区。其中江苏省和浙江省经济发展水平较高，需要支付的碳补偿额比较高，支付价格分别为54145.243 万元和22352.904万元。贵州省需要支付的碳补偿额最低，为3375.792万元。

表3 2017年长江经济带11省市碳补偿价值

4 长江经济带土地低碳利用政策建议

（1）优化土地利用结构。合理规划土地，控制建设用地的快速增长，适度的退耕还林，增加林地资源，从而增加碳汇量。对于未利用土地，可以通过植树造林等方式增加森林等植被覆盖率。

（2）提高能源利用效率。实现碳减排的关键在于降低能源强度，这就依靠于技术水平提升。鼓励碳减排和碳吸收技术的创新，开展清洁能源利用相关技术研究。

（3）大力发展低碳经济。将发展低碳经济的总目标分解为土地的低碳利用、城市的低碳建设以及居民低碳生活方式的建立等；围绕低碳经济发展的各层面指标，制定具体的落实措施和责任考核机制。

结语

从土地利用视角开展碳排放研究有助于从基础层面评估人类活动对环境的影响程度。本文基于碳排放系数法，对长江经济带11 省市六类土地低碳利用效应进行测度，并基于比较优势理论量化碳补偿关系，以期为促进长江经济带土地利用空间格局调整，实现区域低碳转型发展提供学术支撑。