主体功能区视角下碳排放核算及时空演变分析--以黑龙江省为例

杨 萍，赵光影，王 辉，郑秋宇

（哈尔滨师范大学地理科学学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

引言

自20世纪90年代以来，全球气候变化日益受到国际社会的广泛关注，已有报告和研究表明[1]，化石燃料使用产生的二氧化碳排放是气候变暖的主要原因。改革开放后，我国经济迅速增长，对于环境和区域发展不协调问题，我国针对各个省份分别制定了主体功能区规划。黑龙江省的国土空间规划包括国家重点开发区、农产品主产区、重点生态功能区和省级重点开发区。

国内外学者对不同尺度的碳排放情况均进行了相关研究。省级尺度，王瑛等利用能源消费量和能源碳排放系数[2]，对省级碳排放的时空演变及影响因素进行分析。市级尺度，赖碧海等[3]核算了江西省市级碳汇量和碳源量，据此分析各市的碳盈余亏损情况。县级尺度分为两种，一种是以传统的行政区划为县域单元，陈刚刚等[4]以兰西市城市群的县域单元为研究对象，另一种是以主体功能区为县域单元，夏四友等[5]利用夜间灯光数据，分别对京津冀城市群碳排放量的时空分异特征进行分析。

前人的研究多以行政区划为研究对象，主体功能区作为国土空间开发、规划单元，不同主体功能区所发挥的功能有所不同。同时，能源碳排放量存在显著差异，本文借鉴谭显春等[6]的核算方法，估算主体功能区视角下黑龙江省县域尺度能源碳排放量，对其县域尺度的时空演变特征进行分析。以此来表征近些年来黑龙江省县域尺度碳减排取得的成效，同时期望可以为黑龙江省主体功能区视角下县域尺度碳减排政策的制定提供基础数据和理论参考。

1 研究区、研究方法和数据来源

1.1 研究区概况

黑龙江省位于我国东北部，北部和东部隔黑龙江和乌苏里江与俄罗斯相望，西部和南部与内蒙古自治区和吉林省毗邻，是全国最北、最东和纬度最高的省份。面积辽阔，人口流失比较严重，全省区域总面积47.3万平方千米（含大兴安岭地区加格达奇区和松岭区），全省常住人口总量为3 170.9万人（2020年）。本文利用《黑龙江省主体功能区规划》中的行政分区，将黑龙江省分为80个县域单元，其中国家重点开发区5个、省级重点开发区6个、国家限制开发区（农产品主产区）32个、国家限制开发区（重点生态功能区）37个，见图1。

图1 黑龙江省主体功能区分布图

1.2 数据来源

本文以《黑龙江省主体功能区规划》中行政区划分的80个县级单元或市辖区为研究对象，所需的省级分行业分能源消费量数据来源于《中国能源统计年鉴》（2011-2021年），各县区地区生产总值、常住人口数、地级市地区生产总值、市单位GDP能耗来源于《黑龙江省统计年鉴》（2011-2021年）和2011-2021年黑龙江省13个地级市的统计年鉴。省域和县域数据存在差异，本文以县域数据加和为准来计算省域数据。Liu等测出了与《中国能源统计年鉴》中的26种能源类型相对应的能源净热值和能源低位热值含碳量，为满足对能源全类型的估算，本文采用Liu等研究的实际测算值[7-8]。

1.3 研究方法

1.3.1 碳排放量核算

借鉴Wu[9]等碳排放的估算方法，主体功能区碳排放量核算采用IPCC参考方法，其公式如下：

EC是指化石燃料消耗产生二氧化碳排放量（单位：万吨），ADi是指化石燃料消耗量（单位：PJ/104t，PJ/108m3），NCVi是指能源净热值（单位：tC/TJ），O是指氧化效率，为碳与二氧化碳转化比例。

具体计算过程：利用IPCC参考方法核算出4个部门能源消耗产生的碳排放量，能源碳排放量与省级三产产值和人口数的比值得到省级碳强度，与13个地级市的市级三产产值和人口数相乘得出市级理论碳排放量，市GDP、市单位GDP能耗和加权排放因子相乘得实际市碳排放量，市级碳排放强度为实际碳排放量比上理论碳排放量乘省级碳强度，县级碳排放量则为市级碳排放强度与县级三产产值和人口数相乘后加和。

1.3.2 基尼系数和冷热点分析

基尼系数可以衡量不同县域单元之间碳排放量的区域差异程度，具体计算公式如下：

式中Xi、Xj分别为i、j地区碳排放量，n为县域单元数，n=80，X为80个县域单元碳排放量的均值，基尼系数的取值范围在[0，1]，值越大则表示区域差异程度越大。

2 结果与分析

2.1 县域碳排放时空演变特征

为方便讨论2010-2020年黑龙江县域尺度能源碳排放量时间和空间的演变特征，选取2010、2012、2014、2016、2018、2020年拟合好的县域碳排放数据，采用ArcGIS自然段点法分为五个等级：<80万吨、80～200万吨、200～300万吨、300～500万吨、>500万吨，分别为低值区、中低值区、中值区、中高值区、高值区。黑龙江省能源碳排放量整体呈下降趋势，从2010年的10 871.29万吨下降到2020年的7 862.04万吨，见图2。

图2 2010-2020年县域尺度能源碳排放量分布图

11年间热点区分布呈现收缩变化，直至2020年有8个热点区，包括大庆市辖区、肇东县、兰西县、双城区、哈尔滨市辖区、巴彦县、五常市和尚志市，其中热点区和次热点区集中分布在黑龙江省西南地区，该地区是承载着黑龙江省产业集聚、经济增长和人口吸纳的重任，集中分布有重点开发区域和农产品主产区。冷点区县域单元数量不断扩张，大部分由次冷点转化为冷点区、冷点区多分布于大、小兴安岭地区，冷点区分布位置多数为重点生态功能区，见图3。

图3 2010-2020年县域尺度能源碳排放量冷热点分区图

2.2 主体功能区碳排放特征

黑龙江省2010-2020年县域单元能源碳排放量基尼系数在0.612-0.695，始终处于高度不均状态，各类型功能区11年间基尼系数均值表现为：国家重点开发区（0.51）>国家限制开发区（重点生态功能区）（0.46）>国家限制开发区（农产品主产区）（0.45）>省级重点开发区（0.2），表明黑龙江省县域单元间能源碳排放量差异较大，其中国家重点开发区域内的县域单元之间差异最大。

采用图和表的形式，体现出不同主体功能区碳排放量与总碳排放量的比值，和不同主体功能区碳排放增加量与总碳排放增加量的比值，分别来反映不同主体功能区对碳排放量的变化情况与增加（较少）的贡献度。考虑到黑龙江省碳排放总量2010-2011年显著增加，2011-2020年呈波动性减少的变化趋势，可以分为两个阶段分析不同主体功能区碳排放量的贡献值，见图4。

结果表明，2010-2011年黑龙江省碳排放量增加量从大到小依次是，国家限制开发区域（农产品主产区）（71.9%）>国家重点开发区（30.7%）>国家限制开发区域（重点生态功能区）（3.3%）>省级重点开发区（-5.9%）。2011-2020年黑龙江省碳排放量增加量从大到小依次是：国家限制开发区域（农产品主产区）（46.0%）>国家重点开发区（38.4%）>国家限制开发区域（重点生态功能区）（8.6%）>省级重点开发区（7.0%）。由此表明，黑龙江省碳排放量最大的是国家重点开发区，碳排放量增加贡献值最大的是国家限制开发区域（农产品主产区），这与黑龙江省总体定位相关。

3 结论与建议

3.1 结论

本文是以黑龙江主体功能区视角下的80个县域单元为研究区，利用县域单元的GDP、人口数和省级能源消费数据等，采用分级估算的方法，核算各主体功能区的碳排放量，探讨不同县域单元时空演变分异特征，及不同主体功能区间的碳排放量差异性特征。

（1）2010-2020年11年间黑龙江省碳减排取得不错的成果，高值区、中高值区和中低值区不断收缩，中值区与低值区相应扩张，碳排放量高值区集中在西南部的哈大齐工业走廊上，低值区则集中分布在黑龙江省北部的大小兴安岭地区。黑龙江省能源碳排放量具有较明显的核心—边缘结构，以哈尔滨市市辖区和大庆市市辖区为核心，大庆市市辖区向外依次为次热点，次冷区、冷点区，哈尔滨市市辖区向外则为次热点直接过渡为冷点区。

（2）黑龙江省县域单元之间能源碳排放量差异较大，其中国家重点开发区内部差异最大。11年间不同主体功能区碳排放量的贡献情况可以分为两个阶段，2010-2011年碳排放总量显著增加，2011-2020年呈波动减少，黑龙江省碳排放量最大的是国家重点开发区，碳排放量增加贡献值最大的是国家限制开发区域（农产品主产区），这与黑龙江省的战略定位有关。4种主体功能区均表现为第二产业结构能源碳排比例最大，但随着时间变化，第二产业结构和居民生活能源碳排比例逐渐下降，而第一和第三产业结构能源碳排比例上升。国家重点开发区、农产品主产区和重点生态功能区变化更为明显，省级重点开发区也有类似变化趋势，但变化较小。

3.2 建议

本文分析不同主体功能区碳排放量差异性特征，下一步可以结合不同县域单元的战略定位和碳排放量制定针对性的碳减排优化措施。重点开发区作为最主要碳减排对象，应继续加大第三产业结构碳排放量比重，推进第二产业节能降耗。近年来农产品主产区碳排放量增加的贡献值最大，针对农产品主产区，推动能源消费升级，推广农用电动车、节能环保农机和渔船、绿色农房和农房节能改造，加快太阳能、风能和生物质能等可再生能源在生产和生活中的应用，合理使用农药、合理施肥，秸秆综合利用，农膜和农药包装盒回收处理。同时，农业生产过程中应注意保护当地黑土资源，防止土壤有机碳流失。

重点生态功能区是全省碳排放量最低的地区，近些年第二产业结构和居民生活能源碳排放比例逐渐减少，第三和第一产业结构比例上升，重点生态功能区应在生态保护的前提下，推进绿色低碳的农业生产，推广旅游观光等环境友好型产业，加强对当地居民的宣传教育工作，保护生态安全重要区域，形成人与生态环境和谐相处的示范区。