環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)能源消費(fèi)碳足跡測(cè)算及時(shí)空差異分析

劉繼業(yè)

環(huán)渤海地區(qū)是北方經(jīng)濟(jì)重要區(qū)域，自21世紀(jì)以來(lái)，其作為國(guó)家級(jí)發(fā)展戰(zhàn)略正在成為帶動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步走向輝煌的新“引擎”，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)最活躍的地區(qū)之一，基于此，研究該區(qū)域能源消費(fèi)碳足跡及其時(shí)空差異具有代表意義。

一、碳足跡的研究現(xiàn)狀

前期研究成果主要集中以下三個(gè)方面。一是碳足跡的概念內(nèi)涵?！疤甲阚E（Carbon Footprint）”又稱碳指紋，反映人類生產(chǎn)生活性活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境壓力程度。Wiedmann提出了相對(duì)較為全面的定義：碳足跡是某項(xiàng)生物活動(dòng)帶來(lái)的直接和間接溫室氣體排放量的量度。二是碳足跡的研究分類。眾多學(xué)者從國(guó)家、區(qū)域、家庭等尺度進(jìn)行研究。三是碳足跡計(jì)算方法，如投入產(chǎn)出法（input-output，I-O）、全壽命周期評(píng)價(jià)法（life cycle assessment，LCA）、IPCC法、碳足跡計(jì)算器等也不斷得到發(fā)展。

二、研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

（一）產(chǎn)業(yè)用地空間與能源消費(fèi)項(xiàng)目聯(lián)立模型構(gòu)建

借鑒王磊的相關(guān)研究，并結(jié)合數(shù)據(jù)的可操作性，建立不同產(chǎn)業(yè)用地空間與能源消費(fèi)項(xiàng)目聯(lián)立模型（表1）。

（一）能源消費(fèi)碳排放計(jì)算

構(gòu)建能源消費(fèi)碳排放模型測(cè)算各研究區(qū)域不同產(chǎn)業(yè)空間排碳量。

表1 產(chǎn)業(yè)用地空間與能源消費(fèi)項(xiàng)目聯(lián)立模型

其中，Ct為排碳總量，Cf、Ce、Ch、Cb為終端能源、電力、熱力、農(nóng)村生物質(zhì)能源消費(fèi)所引起的排碳量。

（二）產(chǎn)業(yè)空間碳足跡計(jì)算

其中，CF代表碳足跡（hm2），NEPa、NEPf、NEPg分別為農(nóng)田、森林和草地的NEP（NEP代表1hm2的植被1年吸碳量，即反映植被的固碳能力），Pa、Pf、Pg分別代表農(nóng)田、森林和草地各自的吸碳量占吸碳總量的比值。NEPf、NEPg借鑒謝鴻宇等[6]的計(jì)算結(jié)果，NEPa根據(jù)各區(qū)域農(nóng)作物種植的具體情況計(jì)算得出，計(jì)算方法如下：

其中，CS代表農(nóng)作物生育期總吸碳量，S代表農(nóng)作物總耕地面積，Ci表示第i種作物吸碳量。環(huán)渤海各地區(qū)2006-2014年農(nóng)田NEP均值（表2）。

依據(jù)NEPa、NEPf、NEPg測(cè)算出環(huán)渤海各地區(qū)農(nóng)田、森林和草地的吸碳量及其相應(yīng)的占比情況，以北京市為例測(cè)算吸收1tC需各種有生物生產(chǎn)能力的土地面積，其他地區(qū)同理可得（表3）。

三、能源消費(fèi)碳足跡測(cè)算分析

（一）生產(chǎn)性土地吸碳量遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)能源消費(fèi)的排碳量。環(huán)渤海地區(qū)年生產(chǎn)性土地吸碳量遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)能源消費(fèi)的排碳量，排碳量不斷上漲，從2006年54829萬(wàn)t急劇上升至2014年的84451萬(wàn)t，年均增長(zhǎng)率為6.75%；但碳吸收量增長(zhǎng)量在這9年間僅為1322t，年均增長(zhǎng)率僅為0.86%，同時(shí)表現(xiàn)為環(huán)渤海區(qū)域排碳增速始終大于碳吸收增速，碳赤字從2006年的36154萬(wàn)t急劇上升至2014年的64453萬(wàn)t，年均增速為9.78%，說(shuō)明該區(qū)域碳赤字逐年增大，環(huán)境壓力越來(lái)越大，生產(chǎn)性土地吸碳量遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)能源消費(fèi)的排碳量（圖1）。

表2 環(huán)渤海各地區(qū)2006-2014年農(nóng)田NEP均值（t/h m2）

表3 三種植被吸碳系數(shù)表

從環(huán)渤海各地區(qū)來(lái)看，天津、河北、遼寧排碳量均呈現(xiàn)較為明顯的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率大于該區(qū)域均值，年均增長(zhǎng)率為11.04%、8.2%、7.05%，屬于下一步碳減排重點(diǎn)調(diào)控區(qū)域，山東、北京碳排放增長(zhǎng)速率則分別為5.94%、0.84%；碳吸收總體偏小且變化量不大，遼寧、河北、山東的碳吸收增長(zhǎng)率為1.55%、0.81%、0.69%，值得注意的是，天津、北京的碳吸收呈下降態(tài)勢(shì)，下降率分別為0.44%、0.15%，說(shuō)明各地區(qū)生產(chǎn)生活性土地（植被）面積亟待提高，尤其是天津、北京等地。

（二）從環(huán)渤海各地區(qū)來(lái)看，能源消費(fèi)碳排放量與碳足跡基本保持相同的變化趨勢(shì)（圖2）。但不同的是山東碳排放總量最大，其碳足跡卻排在第二位，原因是河北吸收1t碳需要生產(chǎn)性土地面積為0.206hm2（其中森林0.061hm2、草地0.013hm2、農(nóng)田0.132hm2），而山東吸收1t碳需要生產(chǎn)性土地面積為0.163hm（2其中森林0.03hm2、草地0.0004hm2、農(nóng)田0.133hm2），是同時(shí)期河北生產(chǎn)性土地碳吸納水平的1.27倍。通過(guò)觀察對(duì)比可知，碳排放量和碳足跡并不是嚴(yán)格成比例對(duì)應(yīng)關(guān)系，主要是因?yàn)楦鞯貐^(qū)各種生產(chǎn)性植被占比不同，致使各地區(qū)NEPa和各種生產(chǎn)性植被吸收碳比例不同（也即吸收1t碳需要生產(chǎn)性土地面積之和不同）。同時(shí)，因?yàn)镹EPa＞NEPf＞NEPg，故從植被占比來(lái)看，在一個(gè)地區(qū)中農(nóng)田占比越多，草地占比越低，則該地區(qū)單位面積吸碳能力越強(qiáng)，即吸收單位噸碳所需要的具有生物生產(chǎn)能力的土地面積就越少，如山東因?yàn)檗r(nóng)田比重較大，故其吸收單位噸碳所需用地面積最小，北京、遼寧、河北等均因?yàn)檗r(nóng)田比重小，森林比重大，故其吸收單位噸碳所需用地面積較大。

圖1 環(huán)渤海五省市碳排放與生產(chǎn)性土地碳吸收對(duì)比圖

圖2 環(huán)渤海各地區(qū)能源消費(fèi)碳排放與能源消費(fèi)碳足跡對(duì)比

環(huán)渤海地區(qū)單位面積碳足跡由2006年2hm2/hm2穩(wěn)步上升至2014年3.1hm2/hm2，漲幅為54.79%，年均增長(zhǎng)率為6.85%，如在2014年，該區(qū)域平均每單位面積產(chǎn)碳量需要約為3倍的生產(chǎn)性土地來(lái)消納。不同產(chǎn)業(yè)空間單位面積碳足跡差異明顯，如生活和工商業(yè)空間單位面積碳足跡最大，從2006年17.66hm2/hm2穩(wěn)步上升至2014年24.25hm2/hm2，漲幅為37.34%；交通空間單位面積碳足跡呈現(xiàn)先升后降得變化態(tài)勢(shì)，2006-2012年總體上呈上升趨勢(shì)，2012年為峰值（18.48hm2/hm2），之后下降態(tài)勢(shì)明顯，2014年為14.81hm2/hm2；農(nóng)業(yè)空間單位面積碳足跡以年均變化0.26%的速率緩慢下降，加之該產(chǎn)業(yè)空間用地規(guī)模相對(duì)恒定，故其與農(nóng)業(yè)空間碳排放的變化趨勢(shì)基本一致；其他產(chǎn)業(yè)空間雖在這幾年間具有最大的漲幅，漲幅達(dá)110%，但增量?jī)H從2006年0.46hm2/hm2上升至2014年0.97hm2/hm（2表4）。

（三）環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)碳足跡呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，生產(chǎn)性土地面積和能源消費(fèi)碳足跡均具有較大地區(qū)差異（圖3）。環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)碳足跡從2006年10494萬(wàn)公頃上升至2014年16181萬(wàn)公頃，漲幅為54.2%，而同時(shí)期生產(chǎn)性土地面積從3514萬(wàn)公頃上升至3830萬(wàn)公頃，漲幅僅為9.01%，遠(yuǎn)低于產(chǎn)業(yè)活動(dòng)所引起的碳足跡，因此造成同時(shí)期生態(tài)赤字從6980萬(wàn)hm2上升至12350萬(wàn)hm2，該生態(tài)赤字相當(dāng)于同時(shí)期環(huán)渤海地區(qū)總國(guó)土面積的1.3-2.6倍，說(shuō)明環(huán)渤海地區(qū)屬生態(tài)赤字區(qū)域，其補(bǔ)償率不升反降，從2006年的33.5%下降至2014年的23.7%。另外，環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)尚未出現(xiàn)具有生態(tài)盈余的省市，一方面是因?yàn)槭艿乩砦恢玫挠绊懀搮^(qū)域生產(chǎn)性土地面積的確有限；另一方面是因?yàn)樵搮^(qū)域作為拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新“引擎”，經(jīng)濟(jì)體例逐年快速擴(kuò)大必然帶來(lái)較大的排碳量和碳足跡。以2014年為例，河北生態(tài)赤字最高，達(dá)4351萬(wàn)公頃，其次是山東、遼寧、天津、北京等地，其生態(tài)赤字分別為3369萬(wàn)hm2，2723萬(wàn)hm2，1020萬(wàn)hm2，888萬(wàn)hm2。若同時(shí)考慮各地區(qū)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)所占用的土地面積，天津、北京、河北、山東、遼寧生態(tài)赤字則分別相當(dāng)于同時(shí)期各地區(qū)國(guó)土面積的8.6倍、5.4倍、2.3倍、2.1倍和1.8倍，遠(yuǎn)高于同時(shí)期全國(guó)平均水平，各地區(qū)碳減排以及碳增匯形勢(shì)都相當(dāng)嚴(yán)峻，尤其天津、北京兩地。

表4 2006年和2014年五省市四大空間單位面積碳足跡的排序和對(duì)比（單位：hm 2/hm 2）

總體而言，環(huán)渤海五地區(qū)單位面積碳足跡都遠(yuǎn)大于1 hm2/hm2，都屬于生態(tài)赤字較為嚴(yán)重的區(qū)域，尤其是北京、天津地區(qū)。自2006年以來(lái)，各地區(qū)單位面積碳足跡排位相對(duì)較為穩(wěn)定，2006年為北京、天津、山東、河北、遼寧，其單位面積碳足跡分別為5.51hm2/hm2，4.8hm2/hm2，2.03hm2/hm2，1.83 hm2/hm2，1.58hm2/hm2，2008年天津（5.82hm2/hm2）超過(guò)北京（5.65hm2/hm2）躍居為第一位，2013年河北（3.03 hm2/hm2） 超過(guò)山東（2.87hm2/hm2）上升為第三位，遼寧一直居于末位。各地區(qū)四大空間碳足跡也表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)，在生活和工商業(yè)空間，北京雖在某些年份具有小幅度的增長(zhǎng)，但總體上已呈現(xiàn)出較為明顯的下降態(tài)勢(shì)，天津、河北、山東、遼寧除部分年份出現(xiàn)小幅度的下降外，其他年份均表現(xiàn)為增加，不過(guò)，近年來(lái)增加態(tài)勢(shì)都出現(xiàn)放緩趨勢(shì)，值得注意的是，各地區(qū)生活和工商業(yè)空間的碳足跡的趨勢(shì)線明顯較其他三個(gè)產(chǎn)業(yè)空間密集，甚至還出現(xiàn)了多次交匯，說(shuō)明環(huán)渤海各地區(qū)在該產(chǎn)業(yè)空間具有相對(duì)較為接近的單位面積碳足跡水平；在交通產(chǎn)業(yè)空間單位面積碳足跡方面，北京一直處于第一的位置，在2009年出現(xiàn)了大幅度的下降，隨后又逐年穩(wěn)步上升，這可能與北京2008奧運(yùn)期間相關(guān)的交通限行措施有關(guān)，其他地區(qū)也都呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長(zhǎng)的趨勢(shì)，雖在2013年表現(xiàn)出下降的勢(shì)頭，但隨后各地區(qū)均出現(xiàn)不同程度的微反彈現(xiàn)象；在農(nóng)業(yè)空間單位面積碳足跡方面，明顯存高值和低值兩個(gè)組別，天津、北京為高值組別，其值介于0.12-0.18hm2/hm2之間，河北、山東、遼寧為低值組別，其值介于0.04-0.08hm2hm2之間，高值組別幾乎是低值組別同時(shí)期水平的2-3倍，這并不是因?yàn)楸本?、天津的碳足跡大于河北、遼寧、山東的碳足跡，而主要是因?yàn)楸本?、天津等作為直轄市，其土地資源的稀缺程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于河北、遼寧、山東等省份，土地的更為稀缺性也必然導(dǎo)致農(nóng)業(yè)空間用地的更加集約利用；在其他產(chǎn)業(yè)空間單位面積碳足跡方面，存在高值、中值和低值三個(gè)組別，河北、山東、遼寧為低值組別，其值介于0.16-1.09hm2/hm2之間，各地區(qū)均表現(xiàn)為平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，天津?yàn)橹兄到M，其值介于1.65-6.32hm2/hm2之間，表現(xiàn)為逐年穩(wěn)步增長(zhǎng)，北京為高值組，其值介于7.67-69.18 hm2/hm2之間，也表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì)，但不同于其他地區(qū)的是，其在2009年出現(xiàn)了跳躍式的增長(zhǎng)，增長(zhǎng)為2008年水平的7倍，原因可能有以下兩個(gè)方面，一是因?yàn)楸本┳鳛槭锥?，其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)程度遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，尤其是自2008年北京奧運(yùn)會(huì)后，表現(xiàn)的更為明顯，二是不同地區(qū)對(duì)其他產(chǎn)業(yè)空間的界定可能存在一定的出入（圖4）。

圖3 環(huán)渤海各地區(qū)能源消費(fèi)碳足跡與生產(chǎn)性土地面積對(duì)比關(guān)系

四、不同產(chǎn)業(yè)空間單位面積碳足跡區(qū)域差異分析

由圖5可知，在2006年-2014年，環(huán)渤海五省市四大空間單位面積碳足跡有較明顯不同。在生活和工商業(yè)空間，該值地區(qū)排位發(fā)生較大變動(dòng)，2006年碳足跡高值組為北京，2009年碳足跡高值組為北京、天津、遼寧，2012年碳足跡高值組為天津，2014年碳足跡高值組為河北；在交通產(chǎn)業(yè)空間，各地區(qū)呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)，北京、天津、河北分別恒定位于高值組、中值組、低值組，山東經(jīng)歷了由2006年的低值組上升為2009、2012年中值組，再下降至2014年低值組，遼寧則由2006、2009年中值組上升為2012、2014年高值組；在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)空間中，除2009年山東地區(qū)短暫性下降至低值組外，其他地區(qū)所處的組別并未發(fā)生變化；在其他產(chǎn)業(yè)空間，各地區(qū)所處組別相對(duì)較為穩(wěn)定，北京恒定位于高值組，天津恒定位于中值組，河北、遼寧、山東則恒定位于低值組。

圖4 環(huán)渤海五省市四大空間碳足跡對(duì)比

圖5 環(huán)渤海五省市主要年份四大空間單位面積碳足跡區(qū)域差異

五、結(jié)語(yǔ)

為切實(shí)有效降低各地區(qū)碳足跡水平，可采取如下措施：

（一）釋放碳匯潛力，減少碳源產(chǎn)生。從碳匯的角度來(lái)講，應(yīng)考慮到不同土地（植被覆蓋）類型的碳代謝和碳通量，如不同植被的碳吸收能力有所不同，各地區(qū)應(yīng)因地制宜，對(duì)各種植被的用地比例從宏觀層面加以適當(dāng)調(diào)控，最大程度的增加地區(qū)碳匯，并劃定各地區(qū)相應(yīng)的生態(tài)紅線；從碳源的角度來(lái)講，應(yīng)大力提升清潔能源技術(shù)和使用占比，提高各種能源的使用效率，從而達(dá)到減物質(zhì)化生產(chǎn)發(fā)展。同時(shí)，牢固樹(shù)立碳減排理念，善于通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新手段將高碳產(chǎn)業(yè)進(jìn)行相應(yīng)的低碳化改造。

（二）加強(qiáng)森林碳匯，實(shí)現(xiàn)綠色覆蓋。前文的研究表明，研究區(qū)域近幾年產(chǎn)業(yè)活動(dòng)碳足跡上漲趨勢(shì)明顯，但同時(shí)期具有生物生產(chǎn)能力的土地面積漲幅卻遠(yuǎn)低于產(chǎn)業(yè)活動(dòng)所引起的碳足跡，生態(tài)赤字不斷變大，生態(tài)補(bǔ)償率不升反降。因?yàn)樯a(chǎn)性土地面積增加的空間有限，所以若要實(shí)現(xiàn)碳匯量增加，可通過(guò)提升森林覆蓋率，提高農(nóng)林技術(shù)手段、加大財(cái)政投資等方式對(duì)森林進(jìn)行管理，從而加強(qiáng)森林碳匯。一方面，科學(xué)規(guī)劃各區(qū)域發(fā)展優(yōu)先級(jí)，引入優(yōu)秀造林項(xiàng)目，對(duì)森林結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，引入固碳能力強(qiáng)的植物，探索各地區(qū)適宜的林木搭配方案，增強(qiáng)森林碳匯能力；另一方面，大力推進(jìn)退耕還林，做好森林火災(zāi)預(yù)防和病蟲(chóng)防害工作，做好濕地保護(hù)工作，做好季節(jié)性封山育林工作等。

（三）打造智慧城市，培養(yǎng)低碳觀念。一是夯實(shí)環(huán)?；A(chǔ)，培養(yǎng)低碳觀念。改變傳統(tǒng)的口號(hào)式環(huán)保宣傳方式，加強(qiáng)參與式環(huán)保宣傳，營(yíng)造良好的環(huán)保氛圍。二是改變傳統(tǒng)的不良消費(fèi)觀念，倡導(dǎo)低碳消費(fèi)。通過(guò)倡導(dǎo)“減物質(zhì)化”，培養(yǎng)人們消費(fèi)方式向非物質(zhì)化轉(zhuǎn)變，使精神文化消費(fèi)的比重不斷增加；同時(shí)搭建低碳信息平臺(tái)，引導(dǎo)消費(fèi)者在日常生活中使用低碳日用品，日常出行以公共交通為主。三是完善經(jīng)濟(jì)手段的補(bǔ)貼或限制方式，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)碳減排。如可對(duì)農(nóng)村地區(qū)給予適當(dāng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼和技術(shù)支持，鼓勵(lì)其使用清潔能源；因地制宜實(shí)施階梯電價(jià)和水價(jià)，以價(jià)格機(jī)制引導(dǎo)居民節(jié)約意識(shí)，從而降低碳排放。