东北三省土地利用碳排放与经济高质量发展时空耦合协调关系研究

王萱 崔佳

(哈尔滨师范大学经济与管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

生态环境与经济社会是人类生存与发展联系最为紧密的2个系统[1]，作为人地关系的表现形式之一[2]，2大系统间存在彼此影响的耦合关系。二十大报告指出“推动经济社会发展绿色化、低碳化是实现高质量发展的关键环节”[3]，表明我国将持续以绿色低碳驱动经济高质量发展。土地承载着人类的一切经济社会活动，探究土地利用碳排放与经济高质量发展的协调发展关系，对于进一步促进节能减排、实现经济高质量发展具有重要现实意义。

当前对于土地利用碳排放与经济高质量发展的研究主要涉及以下2个方面。土地利用碳排放核算及影响因素分析。主要采用LMDI、STIRPAT模型、人工神经网络、PVAR模型等研究土地利用碳排放的影响因素[4，5]。经济发展多以GDP、人均GDP等指标形式，或以经济发展的某一维度，如城镇化、生态环境、产业结构、区域创新等，探究经济发展对土地利用碳排放中的效用。土地利用碳排放与经济增长的关系研究。引入EKC模型、耦合、脱钩[6，7]及Granger关系探究土地利用碳排放与经济增长之间的关系，其中耦合与解耦的广泛运用为本文提供理论基础。

梳理相关研究成果发现，现有研究主要集中于土地利用碳排放与经济发展某一维度的影响，以及土地利用碳排放同经济增长的解耦关系，鲜少引入经济高质量发展这一综合体系。基于此，本文构建土地利用碳排放与经济高质量发展综合评价体系，研究东北三省地市间土地利用碳排放与经济高质量发展2大体系的时空耦合协调关系，为东北地区新发展格局下实现碳减排与经济高质量发展提供一定的科学依据。

1 研究区概况与数据来源

东北地区幅员辽阔、资源丰富，包括黑龙江、吉林、辽宁3个省级行政区，下辖36个地级市，面积78.73万km2，煤矿、石油等化石能源丰富，耕地、林地、草地覆盖率较高。国务院确定的69个资源枯竭城市中东北地区高达20个，占比28.99%。东北地区作为传统工业发展地区，长期对土地的不合理利用和对资源的过度消耗，建设用地利用效率普遍较低，能源消耗和碳排放问题严重，区域经济体系面临结构性、体制性问题，经济发展停滞不前。因此，把握土地利用碳排放和经济高质量发展的协调发展关系，及时调整区域经济发展方式，是实现区域绿色低碳转型及高质量发展的关键。

土地利用相关数据来源于武汉大学[8]，选取2005—2020年土地利用遥感数据。社会经济相关数据来源《中国能源统计年鉴》《中国城市统计年鉴》以及各省统计年鉴，主要采用插值法和临近年份补齐法填补缺失数据。

2 指标体系构建与研究方法

2.1 指标体系构建

2.1.1 土地利用碳排放

参考国内外土地利用碳排放相关研究，基于东北三省土地利用现状，运用直接碳排放因子法和间接碳排放因子法核算包括耕地、林地、草地、水域、未利用地和建设用地6类土地利用类型的碳排放量。

耕地、林地、草地、水域、未利用地采用直接碳排放因子法，公式：

Et1=∑en=∑sn×δn

(1)

式中，Et1为土地利用碳排放总量；en为各类土地利用类型产生的碳排放量；Sn为各类土地利用类型的面积；δn为各类土地利用类型的碳排放系数，正数代表碳排放(碳源)，负数代表碳吸收(碳汇)。

建设用地碳排放主要是人类生产生活中的能源消耗活动所产生的碳排放量。由于地级市能源消费相关数据难以获取，利用各省单位建设用地面积碳排放量，进一步核算出各地级市建设用地碳排放量[9]。

Et2=∑Ei=∑Eni×θi×fi

(2)

式中，Et2为建设用地碳排放量；Ei为各类能源的碳排放量；Eni为各类能源的消费量；θi为各类能源转换标准煤系数；fi为各类能源的碳排放系数。

我国碳排放总量持续上升，为有效衡量土地利用碳排放现状，选取人均碳排放量、碳排放密度、碳排放强度3个指标反映土地利用碳排放水平。

表1 土地利用碳排放系数表

2.1.2 经济高质量发展水平评价体系

近年来，构建科学的经济高质量发展多维度评价指标体系成为研究热点[10]。本文遵循新发展理念，构建“创新、协调、绿色、开放、共享”5个维度的经济高质量发展评价体系，运用熵权-TOPSIS法评估东北地区各地级市高质量发展水平[11]。

表2 各类能源折合标煤系数和碳排放系数表

2.2 研究方法

2.2.1 熵权-TOPSIS

熵权-TOPSIS法是对传统TOPSIS的改进，熵权法的客观赋值性能够有效规避TOPSIS法加权规范矩阵构造的权重缺陷，能够实现对于多目标、多因素指标体系的科学评价。

2.2.2 耦合协调度模型

“耦合”最早用于物理学领域，指系统间发生相互作用造成一定的影响，后广泛用于经济学、生态学等领域。耦合协调度模型可以用来量化并评估系统之间是否形成良好互动和健康发展。

(3)

(4)

式中，C表示系统间的耦合度；D为耦合协调度；T为土地利用碳排放与经济高质量发展2个系统的综合协调指数；U1、U2分别代表土地利用碳排放和经济高质量发展2个子系统。参考相关研究划分标准，将土地利用碳排放与经济高质量发展的耦合协调度D值划分为(0.00～0.45]严重失调，(0.45～0.55]中度失调，(0.55～0.65]濒临失调，(0.65～0.75]初级协调，(0.75～0.85]良好协调，(0.85～1.00]优质协调6个等级。

2.2.3 探索性空间数据分析

运用Geoda对于耦合协调度D值进行空间自相关和关检验，利用莫兰指数(Moran’s I)探究东北地区市际间的土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调性的空间相关关系与空间集聚情况。

公式：

(5)

式中，I为莫兰指数，通常I∈[-1，1]，I>0时表明地区间的土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度D值存在正相关性，存在空间集聚现象，I<0时则存在负相关性，空间上存在显著差异，I=0即不存在空间相关性，空间上呈现随机分布状态。

表3 土地利用碳排放—经济高质量发展评价指标体系构建

3 结果分析

3.1 土地利用碳排放与经济高质量发展的时空耦合分析

3.1.1 时序动态演进

运用核密度估计分析东北地区34个地市土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度的时序动态演进特征，选用高斯核密度函数，选取2005年、2010年、2015年、2020年4个时间的截面数据，绘制核密度曲线图。如图1所示，核密度曲线明显在x轴上向右移动，说明东北地区各市的耦合协调度呈现上升趋势，土地利用碳排放与经济高质量发展的耦合协调性增加。从分布态势来看，曲线波峰高度持续升高，波峰宽度不断缩小，无明显拖尾，表明东北地区市际间差异呈收敛态势。

图1 2005—2020年土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度时序演变

3.1.2 空间格局演变

将东北34个地级市的2005年、2010年、2015年、2020年土地利用碳排放与经济高质量发展的耦合协调度D值结果，根据耦合协调度类型划分标准进行空间可视化，见图2。从耦合协调度的时间变化来看，整体上，2005—2020年东北三省各市耦合协调平均水平明显提高，从中度失调阶段升级到初级协调阶段，东北地级市土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调性呈现上升趋势。

图2 2005—2020年土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度空间演变格局

从耦合协调度的空间分布变化来看，2005—2020年市际间耦合协调度D值存在明显差异，但区域差异逐渐缩小。其中，哈尔滨、长春处于较高的耦合协调水平，但盘锦一直处于失调状态。2005年，东北三省土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度D值空间分布差异明显。耦合协调度低值区以严重失调与濒临失调阶段为主，主要分布于研究区西南部和东部，耦合协调度高值区分布于研究区的中部，其中，哈尔滨、沈阳、大连、长春、牡丹江等重要城市已实现初步协调。2010年，东北三省地市间的耦合协调度差异有所缩小，耦合协调度高值范围向南北进一步扩大，形成以哈尔滨为中心，南北纵向的条状高值区。严重失调范围明显缩小，仅剩松原、白城市，哈尔滨、长春、松花江从初级协调转变为中级协调。整体来看，耦合协调度呈现中部>东部>西部的分布态势。2015年，松原、白城市从严重失调转变为中度失调，哈尔滨、长春已经上升至优质协调阶段，但松花江由中度协调转为初级协调。初级协调范围进一步扩大，处于初级协调及其以上等级的地级市达到15个，占比44.1%。2020年，耦合协调度地市间差异进一步缩小，初级协调及其以上范围覆盖67.6%，以哈尔滨、长春为优质协调中心带动中部条状高值地区耦合协调性进一步加强，耦合协调低值区零星分布于研究区的西部以及西南部。

3.2 探索性空间数据分析

为进一步分析东北地区34个城市土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度空间集聚特征，计算全局Moran’s I值全局空间自相关情况。如表4所示，2005—2020年全局Moran’s I指数均为正值并呈现上升趋势，通过10%水平上的显著性检验，表明土地利用碳排放与经济高质量发展水平的耦合协调度D值存在明显的空间正自相关性。

表4 2005—2020年耦合协调度空间集聚性

运用局部空间自相关进一步探究2005年、2020年土地利用碳排放—经济高质量发展系统耦合协调度的空间集聚效应。

如图3所示，2020年相较于2005年空间集聚效应加强，“高高”、“低低”型城市显著增多。从空间分布上，“高高”型主要围绕哈尔滨周边地区，并呈现扩散趋势；“低低”型主要是鞍山、盘锦、营口等地市，集聚于研究区西南部。该地区为传统老工业基地集中区，近年来由于产业转型升级与经济结构化调整具有渐进性与阶段性，成为两系统耦合协调度的低值区。

图3 2005—2020年土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调度空间集聚格局

4 结论与讨论

4.1 结论

本文通过构建土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调分析框架，从时空演化视角探究2005—2020年东北地区土地利用碳排放与经济高质量发展的耦合协调水平的时空演变格局与空间集聚状况。研究发现：从耦合协调水平的总体演变特征来看，2005—2020年东北地区土地利用碳排放与经济高质量发展的耦合协调发展水平随时间推移明显提升，整体趋于协调发展，但以初级协调阶段为主。从时空动态特征来看，始终呈现相对集聚的空间分异特征，空间正相关性2013—2020年持续增强，空间集聚趋势明显增强。耦合协调度呈现中部>东部>西部>西南的空间分布态势，且差距不断缩小。

4.2 建议

东北三省各地市土地利用碳排放与经济高质量发展耦合协调存在较大发展空间，为进一步提升区域发展的协调性与持续性，提出以下政策建议。因地制宜，统筹全局，构建区域协同共治机制。发挥哈尔滨、长春、沈阳、大连等优质协调城市的引擎作用，依托辽中南、哈长两大城市群，进一步推进低碳发展战略。求“质”而非追“量”。抓住碳排放、碳中和发展机遇，推动区域绿色低碳化与经济高质量发展。深化产业转型与结构优化，持续实施供给侧渐进式调整，支持新兴绿色低碳产业发展，降低经济发展对化石能源的依赖。严格管控土地利用，提高城市建设用地效率，保护林地、草地、湿地，保证碳汇用地的质量与稳定性，提升生态系统的固碳增汇作用。