淮海经济区碳排放空间格局与优化策略

赵思宇 李德林 李凯

(江苏师范大学地理测绘与城乡规划学院，江苏 徐州 221116)

引言

碳排放的增加是导致全球气候变暖、温室效应，以及出现极端恶劣天气或自然灾害的直接原因[1]。2020年第75届联合国大会上，习近平主席提出我国二氧化碳排放2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和的目标，统筹产业结构调整，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展。土地利用变化、化石燃料燃烧和工业排放已成为温室气体浓度上升的主要原因。土地承载了包括城市扩张、经济建设、能源消耗等在内的各项人类活动，而土地利用的变化，尤其是大量林地、湿地等生态用地转换为建设用地等的变化，会造成碳汇面积锐减、碳源面积增大。《2020年全球碳预算》指出：2019年全球因土地利用变化、化石燃料燃烧和工业排放产生的CO2总量约为430亿t。土地利用变化所引起的碳排放量已占人类活动碳排放总量的1/3[2]。在城镇化建设中协同优化土地利用、推动社会经济转型以推进节能提效对中国实现碳达峰、碳中和目标愿景至关重要[3]。

学者基于经济学、生态学、地理学视角，围绕土地利用碳排放的不同尺度的时空分异格局[2，4-6]、驱动机制及影响因素[7-9]、与经济的增长脱钩状态[10，11]、低碳结构优化[12，13]、碳减排潜力[14-16]等内容，在全国、省域、市域尺度展开了一系列较为详实的理论与实证研究，但现阶段对于以跨行政区域的经济区作为整体的碳排放空间分异格局研究不足。本文以淮海经济区10个城市为对象，通过测算碳源总量、碳汇总量、碳排放量、碳源经济贡献系数和碳汇生态承载系数，分析淮海经济区碳排放的空间格局特征，根据测算结果识别当前淮海经济区城市碳排放的发展问题，并提出相应的优化策略与建议，对推动淮海经济区低碳绿色发展具有重要价值。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

研究所用数据源主要包括：土地利用数据，来源于国家基础地理信息中心发布的2020年空间分辨率为30m的全球地表覆盖数据(GlobeLand30：http：//www.globallandcover.com/)；行政边界数据，来源于全国地理信息资源目录服务系统发布的2020年1∶100万公众版基础地理信息数据(https：//www.webmap.cn/)；能源与社会经济数据，来源于各省市2020年统计年鉴以及《中国能源统计年鉴》(2020)。

1.2 研究方法

1.2.1 碳排放测算

碳排放总量取决于碳源(碳排放)与碳汇(碳吸收)的差值，其中耕地和建设用地为主要碳源，林地、草地、水域和未利用地为主要碳汇。非建设用地的碳排放主要来源于耕地、林地、草地、水域及未利用地，通过各土地利用类型面积与其碳排放系数之积得到，如式(1)所示；建设用地所产生的碳排放主要来源于城镇建设或工业企业生产等人类活动，通过各类型能源消费量与其对应的标准煤折算系数和各能源对应的碳排放系数之积得到，如式(2)所示。

Edirect=∑Li=∑Ai×αi

(1)

式中，Edirect为直接碳排放量；Li为第i种用地类型的碳排放量；Ai为第i种用地类型的面积；αi为第i种用地类型的碳排放系数。在参考学者所测算的不同结果基础上，根据淮海经济区实际情况并对其进行修正，得到耕地、林地、草地、水域、未利用地的碳排放系数，分别为0.422、-0.6125、-0.021、-0.0248、-0.005[4，17]。

Eindirect=∑Si×Wi×Ti

(2)

式中，Eindirect为间接碳排放量；Si表示原煤、洗精煤、其它洗煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油等17种能源消费量[18]；Wi表示各能源对应的标准煤折算系数，见表1；Ti表示各能源对应的碳排放系数，见表2。其中，各系数将根据IPCC2006与《中国能源统计年鉴2020》整理所得，并参考相关的文献研究来测算[18，19]。

表1 各类能源标准煤折算系数

表2 碳排放系数

1.2.2 碳源经济贡献系数

碳源经济贡献系数为城市的生产总值与碳排放量在区域中的贡献程度比，反映城市在区域经济发展的生态效率，计算公式：

(3)

式中，Gi、G为i市和淮海经济区全部城市的地区生产总值；Ci、C为i市和淮海经济区全部城市的碳排放总量。若ECCi>1，则表明i市经济贡献率大于土地利用碳排放的贡献率，说明其碳排放的经济效率相对较高；若ECCi<1，则说明该市碳排放的经济效率相对较低。

1.2.3 碳汇生态承载系数

碳汇生态承载系数为城市的碳汇量与碳源量在区域中的贡献程度比，表现城市对区域碳排放的消纳能力，计算公式：

(4)

式中，CAi、CA分别表示第i市和淮海经济区全部城市的碳汇总量。若ESC>1，即i市主要碳汇对碳吸收的贡献率大于碳排放的贡献率，对淮海经济区全部城市碳排放的消纳有积极作用；反之，对淮海经济区全部城市碳排放的消纳有负面影响。

2 淮海经济区碳排放的空间格局

2.1 碳源总量差异较大，单位经济生态效率东高西低

2020年淮海经济区城市碳源总量为19969.54万t，其中建设用地碳源量为19671.61万t，占碳源总量的98.51%。说明在城镇化和工业化推进中产业发展和居民生活是主要碳排放来源。为了更加直观地对比区域间碳排放差异，利用自然间断点法，将淮海经济区城市碳排放划分为5级，即1级碳排放最低，5级碳排放最高。如图1所示，淮海经济区城市的碳源总量在空间上表现出较大差异，碳源总量整体上呈现以济宁市为核心向外扩散、逐步减少的分布特征，其中济宁市的碳源总量最高，为5189.38万t；其次是徐州市和淮北市，分别为2541.86万t、2512.98万t；宿迁市和宿州市的碳源总量最小，分别为617.88万t、871.87万t。从省域角度来看，山东省、江苏省、安徽省、河北省涉市的碳源占比56.96%、20.99%、16.95%、5.10%。

图1 2020年淮海经济区碳源总量与碳源强度空间分布

碳源强度表示某区域单位经济产量所产出的二氧化碳量，碳源强度越低，说明其经济的生态效率越高。从图1可以明显看出，淮海经济区江苏省与河南省涉市碳源强度普遍低于安徽省与山东省，单位经济生态效率呈现明显的东高西低的分布特征。而碳源强度较低的区域主要是宿迁市、连云港市、徐州市和商丘市。

2.2 碳汇总量东高西低，单位面积碳汇强度差异明显

2020年淮海经济区碳汇总量为-74823.76t，其中林地的碳汇总量最大，占86.84%；水域和草地次之，分别占10.89%和2.26%；碳汇总量最少的是未利用地，碳汇总量整体上呈现出以临沂市为核心，向外扩散，逐步减少的东高西低的分布特征，见图2。其中，临沂市的碳汇总量最高，为-35435.56t，占淮海经济区碳汇总量的47.36%；其次是宿州市和徐州市，分别为-8259.60t、-6465.73t；而碳汇总量最小的是商丘市与菏泽市，分别只有-244.99t与-437.54t。总体而言，淮海经济区各城市碳汇量普遍较低，山东省、江苏省、安徽省、河南省涉市的碳汇占比分别为61.91%、21.70%、16.06%和0.03%。碳汇占比的结果与山东省大面积的山地与丘陵的自然资源禀赋相匹配，尤其是临沂市，作为山东省人口最多、面积最大的市，拥有自北而南的沂山、蒙山、尼山3条主要山脉以及10余座海拔1km以上的山峰，曾获得“中国十佳生态宜居典范城市”“国家森林城市”等称号。为了消除用地面积对碳汇总量产生的绝对影响，本文通过测算单位面积的碳汇强度，衡量单位土地面积吸收CO2的能力，发现临沂市的数值高达-0.0205t·hm-2；而商丘市与菏泽市的数值最低，分别只有-0.0002t·hm-2、-0.0004t·hm-2。

图2 2020年淮海经济区碳汇总量与碳汇强度空间分布

图4 2020年淮海经济区经济贡献系数与碳汇生态承载系数空间分布

2.3 碳排放总体特征与碳源总量空间格局一致

碳排放量为碳源量与碳汇量的差值，2020年淮海经济区的碳排放量为19962.06万t。由于淮海经济区各城市之间碳源总量差异较大，而各城市碳汇量普遍较低，对其碳排放量影响作用不明显，因此，2020年淮海经济区碳排放总体特征与碳源总量空间格局保持一致。其中，济宁市的碳排放量最高，为5188.90万t；其次是徐州市和淮北市，分别为2541.21万t和2512.61万t，而碳排放量最低的2个城市分别为宿州市和宿迁市，分别只有871.04万t和617.54万t。总体而言，山东省、江苏省、安徽省、河南省涉市的平均碳排放量分别为2842.74万t、1396.60万t、1691.82万t和1017.63万t。济宁市在淮海经济区碳排放中占主导地位，且由于山东省其他涉市碳排放在淮海经济区中排名也较靠前，所以山东省涉市的平均碳排放量远高于其他三省。

2.4 碳源经济贡献系数与碳汇生态承载系数

2020年淮海经济区碳源经济贡献系数与碳汇生态承载系数的空间分布总体上均呈现东高西低的特征。在碳源经济贡献系数方面，宿迁市在淮海经济区碳排放的经济贡献率最高，其碳源经济贡献系数高达3.06，由于宿迁市碳排放量在淮海经济区中最少，而其GDP总量在淮海经济区中相对占比较高，说明宿迁市的经济发展生效率在淮海经济区中表现突出。此外，碳源经济贡献系数大于1的城市还有连云港市、徐州市、临沂市和商丘市，说明这些城市碳源的区域经济贡献程度较高。在碳汇生态承载系数方面，临沂市的碳汇生态承载系数高达5.49，按照首位度的概念，其碳汇生态承载系数是排名第2的宿州市(2.53)的2.17倍，说明临沂市对淮海经济区碳排放的吸收具有积极的贡献作用。此外碳汇生态承载系数大于1的城市还有宿迁市(1.49)、连云港市(1.63)、宿州市(2.53)，其他城市则是碳源贡献率大于碳汇贡献率。

3 淮海经济区碳排放的问题特征

3.1 跨省域尺度碳排放格局差异明显

淮海经济区碳排放格局在相邻或相近地市表现为明显的均质性，而在跨省域层面则表现出较大差异性，见表3，说明淮海经济区尚未形成良好的协同发展。当前，淮海经济区存在产业趋同现象严重、资源环境压力较大、生态形势严峻等问题。

表3 淮海经济区各地市碳排放核算结果

从省域角度而言，江苏省涉市碳排放格局整体表现较为良好，经济发展的生态效率在淮海经济区中处于领先地位。2020年山东省、江苏省、安徽省、河南省涉市的经济生产总量比例分别为42.12%、40.21%、9.18%、8.49%，这与其碳排放总量、碳汇总量、碳汇强度和碳汇生态承载系数格局特征基本相吻合。江苏省的经济生产总量与山东省相接近，是安徽省的4倍之多，但其碳源总量却比山东省的1/2还少，与安徽省的相差不明显，在平均碳排放量上，江苏省涉市也只有山东省的1/2，且低于安徽省涉市，江苏省的碳源经济贡献系数与其他3省之和几乎持平。主要得益于江苏省在“十三五”期间，供给侧结构性改革取得了较大成效，在工业行业结构优化上集中体现在轻重工业占比逐渐优化、战略性新兴产业以及高新技术行业产值的占比持续上升。

3.2 碳源总量与地区经济发展不协调

2020年淮海经济区城市碳源总量为19969.54万t，碳汇总量为-74823.76t。淮海经济区内部远远无法维持碳平衡，迅速扩张的人口规模、空间规模与生产规模使得碳排放大量增加。不合理的产业结构、能源结构与建设用地布局以及粗放的资源利用方式是导致淮北市、枣庄市、济宁市、菏泽市等城市的地区生产总值不高，但碳排放总量较大，即碳源强度表现较高的重要因素。

能源活动和工业生产是我国二氧化碳排放的主要来源，而煤炭开采则是淮海经济区二氧化碳消费的主导力量。淮海经济区拥有7个资源型城市，虽然各市在“十三五”时期经过经济结构战略性调整和产业结构不断优化，进入“三、二、一”的产业结构模式，但截至2020年底，菏泽市采矿业企业仍有11家，淮北市有19家，而济宁市则有64家，淮海经济区各城市第二产业产值仍占较大比重，第三产业产值普遍偏低。

3.3 经济贡献度与生态承载度不匹配

根据土地利用碳排放特征，结合各地市的经济发展情况与自然生态资源本底，划分淮海经济区的碳排放分区，见表4。淮海经济区的碳强度控制区为徐州市和商丘市，主要表现为单位碳排放量贡献出的经济价值较高，而碳吸收贡献不足。徐州市作为淮海经济区中心城市与重要经济增长极，其综合经济力稳居区域第1位，且其工业规模优势较为明显，也存在碳源经济贡献系数不突出、对淮海经济区的碳吸收贡献率明显不足的缺陷，其碳吸收贡献率需要临沂市、宿州市、连云港市和宿迁市等低碳发展区的支撑，因为这些区域碳汇资源丰富，如临沂市拥有丰富的林地资源以及作为楚汉文化和淮河文化重要发源地的宿州市拥有丰富的文化旅游资源，都将推动淮海经济区的生态修复和碳汇增强。此外，淮海经济区中无碳汇功能区，济宁市、枣庄市、菏泽市等高碳优化区主要集中在山东省。

表4 碳排放分区特征

4 淮海经济区碳排放优化策略

4.1 完善联防联控机制建设，建立生态产品价值实现机制

完善联防联控机制建设。探索建立淮海经济区减污降碳合作机制，推进区域减污降碳年度座谈会常态化，协同制定环境质量优化、环境污染防控、环境治理升级、资源消耗降低与温室气体减排目标。

建立生态产品价值实现机制。加快建设自然资源信息平台与自然资源资产动态监测评价体系，编制不同地理尺度的森林、草原、河流、湿地等自然资源资产负债表，对生态自然资源进行产权登记，及时了解自然资源资产的数量、质量、功能、权属、使用、消耗、恢复和增值等情况，根据已有的生态产品价值核算方法建立科学的生态产品价值核算体系。

4.2 建设资源友好型城市，推动区域绿色转型发展

加强资源集约节约利用，建设资源友好型城市。加强土地节约集约利用，实施建设用地总量和强度“双控”，完善“增存挂钩”机制。积极探索并推广节地模式与技术，推进城乡低效用地再开发。宣传低碳节能的生活理念，鼓励绿色出行，提高资源利用效率。

持续优化产业结构，推动区域绿色转型发展。培育经济发展新动能，大力发展新一代信息技术、大数据、智能制造、新能源、生物技术与新医药、高科技农业等战略性产业，形成各具特色的经济发展模式，如沛县光伏光电、新沂医药健康等；聚焦建设特色美丽小镇，打造一批如潘安小镇、窑湾古镇等生态特色小镇。打造京杭大运河、江淮生态大走廊、黄河故道等多条生态旅游发展带，积极开发旅游生态产品，推动建设各城市湿地公园。

4.3 依托分区特征，分类施策优化碳排放空间格局

4.3.1 低碳发展区

临沂市作为全国首个省级水生态文明城市，以沂河、沭河、祊河、东汶河、新沭河、白马河等重要河流源头所在区域为重点，提升水源涵养能力，恢复源头活水，强化生态用水保障。以武河湿地、沂河滨河湿地等重要人工湿地和国家湿地公园为重点，加强湿地恢复与建设。宿迁市应持续推进“两湖两河”保护，即加强洪泽湖综合整治、实施骆马湖生态保护修复、加强京杭大运河水质保障、加强古黄河生态环境保护。连云港市应发挥港口和海岸线优势，推动生态经济发展。宿州市应当突出农业资源优势，重点发展绿色生态农业，推进农业生产清洁化，打造长三角区域绿色农产品生产加工供应基地。

4.3.2 碳强度控制区

徐州市应推进潘安湖、大沙河、安国湖、九里湖等自然湿地保护，加强大运河、沂河、沭河、骆马湖、潘安湖等重点河湖水生态环境保护与修复，全面提升水质。商丘市应着力保护明清黄河故道、隋唐大运河生态保育带以及其他河湖、湿地公园，优化生态功能区、农产品主产区、城市化地区3大空间格局，建设韧性、绿色、低碳、海绵城市。

4.3.3 高碳优化区

包括山东省的济宁市、枣庄市、菏泽市以及安徽省的淮北市。加快区域的绿色低碳发展，积极推动产业发展生态化，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，完善绿色综合交通运输体系，制定完善的碳排放法律法规制度并构建监督体系，大力推动碳减排工作。