甘肅省土地利用碳排放的時序特征及影響因素

摘要：以甘肅省為研究區(qū)，在測算甘肅省2000—2020年土地利用碳排放量的基礎(chǔ)上，采用Tapio脫鉤模型和LMDI模型分析土地利用碳排放影響因素。結(jié)果表明，2000—2020年，甘肅省土地利用碳排放的貢獻值為3 755.78萬t，但是增長率呈明顯的下降趨勢。土地利用碳排放與經(jīng)濟發(fā)展間呈弱脫鉤狀態(tài)，雖然經(jīng)濟發(fā)展導(dǎo)致的土地利用碳排放量不斷增加，但這種增速要低于經(jīng)濟增長的速度，且脫鉤指數(shù)持續(xù)下降，逐漸接近于強脫鉤狀態(tài)。經(jīng)濟發(fā)展是造成甘肅省土地利用碳排放增加的主要原因，土地利用結(jié)構(gòu)對其產(chǎn)生負(fù)向影響，而土地碳排放密度、經(jīng)濟發(fā)展、能源利用和人口規(guī)模則對其產(chǎn)生正向影響。

關(guān)鍵詞：土地利用；碳排放；Tapio脫鉤分析；時序特征；LMDI模型；甘肅省

中圖分類號：F301.2；X321 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）09-0068-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.09.012 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Temporal characteristics and influencing factors of carbon emissions from land use

in Gansu Province

ZHANG Yuan-yuan， QU Li-ping

（School of Public Administration，China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan 430074，China）

Abstract： Taking Gansu Province as the research area， based on the calculation of land use carbon emissions in Gansu Province from 2000 to 2020， the Tapio decoupling model and LMDI model were used to analyze the influencing factors of land use carbon emissions. The results showed that from 2000 to 2020， the contribution value of land use carbon emissions in Gansu Province was 37.557 8 million tons， but the growth rate showed a significant downward trend. There was a weak decoupling between carbon emissions from land use and economic development，although the carbon emissions from land use caused by economic development continued to increase， this growth rate was slower than the economic growth rate， and the decoupling index continued to decline， gradually approaching a strong decoupling state.Economic development was the main reason for the increase in carbon emissions from land use in Gansu Province. Land use structure had a negative impact on it， while land carbon emissions density， economic development， energy utilization， and population size had a positive impact.

Key words： land use； carbon emissions； Tapio decoupling analysis； temporal characteristics； LMDI model； Gansu Province

實現(xiàn)碳達峰與碳中和已成為全球備受關(guān)注的熱點問題。中國在2020年的聯(lián)合國大會（General assembly of the united nations）期間向全球宣布了達成“雙碳”計劃的目標(biāo)，并將其融入到國家的全面環(huán)境保護戰(zhàn)略。中國快速發(fā)展的同時引發(fā)了土地利用的深刻轉(zhuǎn)型，形成了復(fù)雜的空間格局，城市碳效應(yīng)深受其影響。在過去的50余年，中國土地利用變化所導(dǎo)致的碳排放量相對世界平均水平而言偏高。對于土地利用碳排放的影響，存在眾多未被揭示的因素和一定的復(fù)雜性。人類不當(dāng)?shù)耐恋乩糜绊懖煌恋仡愋椭g的碳平衡，進而導(dǎo)致土地碳匯功能的下降甚至可能改變其碳匯功能，從而使得它作為一個碳源持續(xù)產(chǎn)生碳排放。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者針對土地利用碳排放問題開展了廣泛而深入的研究。在土地利用碳排放核算方面，已有研究集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)法［1-3］、能源消費法［4-6］和碳排放系數(shù)法等方面。

由于對核算及樣本的要求相對簡單，碳排放系數(shù)法被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)土地利用碳排放的測算中，主要包括直接和間接2種方式。學(xué)者運用直接碳排放系數(shù)法對農(nóng)業(yè)用地的碳排放量進行計算，以得出相應(yīng)的碳排放量或固碳量［7］。間接碳排放系數(shù)法則是生產(chǎn)和能源消耗量乘以相應(yīng)碳排放因子或系數(shù)，從而得出相應(yīng)的碳排放量［8，9］?？偟膩碚f，采用碳排放系數(shù)法對直接和間接碳排放量進行全面核算，適用范圍更廣。目前，國內(nèi)外學(xué)者在分析碳排放影響因素時，選取的因素及研究方法多樣，主要有地理加權(quán)回歸、LMDI分解模型、STIRPAT模型等［10-12］。單位GDP、人口規(guī)模等對土地利用碳排放有正效應(yīng)［13-16］。綜合來看，國內(nèi)外學(xué)者聚焦于經(jīng)濟發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模等方面，對土地利用碳排放關(guān)注不是很充分。國內(nèi)研究區(qū)域多為東部、中部經(jīng)濟發(fā)達省份，對甘肅省土地利用碳排放研究相對較少。

隨著西部生態(tài)安全屏障及“一帶一路”的提出與建設(shè)，對甘肅省區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提出新的要求，依賴當(dāng)?shù)刭Y源稟賦的發(fā)展模式以及由此帶來的碳排放增加問題亟需解決。本研究基于土地利用、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)，核算甘肅省的碳排放量，識別碳排放影響因素，對甘肅省碳減排的規(guī)劃落實和綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展有一定的實踐意義。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

甘肅省位于中國西北地區(qū)（92°13′—108°46′E，32°11′—42°57′N）， 轄12個地級市和2個自治州，總面積為42.58萬km2，2021年末，甘肅省生產(chǎn)總值為10 243億元，總?cè)丝跒? 490.02萬人，城鎮(zhèn)化水平為53.33%。

本研究采用的數(shù)據(jù)主要是土地利用數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)通過中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲取2000年、2005年、2010年、2015年和2020年5期數(shù)據(jù)；社會經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)和能源消費數(shù)據(jù)主要來源于2000—2020年《甘肅省統(tǒng)計年鑒》《中國能源統(tǒng)計年鑒》等。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用碳排放核算方法 土地利用碳排放的核算主要涵蓋土地利用的直接碳排放和間接碳排放兩方面。其中，耕地、林地、草地、水域和未利用地的碳排放量采用直接碳排放核算法，建設(shè)用地碳排放采用間接碳排放核算法，計算公式如下。

[C=CG+CL+CC+CS+CJ+CW] （1）

式中，[C]表示土地利用過程中的碳排放量；[CG]、[CL]、[CC]、[CS]、[CJ]、[CW]分別表示耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地的碳排放量。根據(jù)碳排放系數(shù)法，分別對各地類的碳排放進行核算，最后進行匯總得到最終結(jié)果，計算公式如下。

[Cz=ei=Si×？i] （2）

式中，[Cz]表示直接的碳排放量；[ei]表示各土地類型產(chǎn)生的碳排放量；[Si]表示各土地類型的面積；[？i]表示各土地類型的碳排放系數(shù)。

學(xué)者對土地利用碳排放系數(shù)進行深入分析和探討，本研究在考慮甘肅省的實際情況后，確定不同地類的碳排放系數(shù)［17，18］，如表1所示。

表1 甘肅省不同土地類型的碳排放系數(shù)

[土地類型 碳排放系數(shù) 耕地 0.049 2 林地 -0.058 0 草地 -0.002 2 水域 -0.025 8 其他用地  -0.000 8 ]

在建設(shè)用地碳排放核算中，采用間接系數(shù)法，即將人類在日常生活和生產(chǎn)過程中消耗的不同能源轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)煤計量，再乘以相應(yīng)的碳排放因子，最后進行累加得到總的碳排放量，計算公式如下。

[Cj=i=110miθiμi] （3）

式中，[Cj]表示間接的碳排放量；[mi]表示第i能源的消耗量；[θi]為第i能源的標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)；[μi]為第i能源的碳排放系數(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)煤計。表2列出各種能源的標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)和碳排放系數(shù)。

1.2.2 土地利用碳排放脫鉤分析 本研究采用Tapio脫鉤模型［19］，通過對脫鉤指數(shù)和脫鉤強度關(guān)系進行分析，確定其脫鉤程度，計算公式如下。

[TE=MCME=ΔC/C0ΔG/G0] （4）

式中，[TE]表示脫鉤指數(shù)；MC表示土地利用碳排放變化率；ME表示GDP變化率；[ΔC]、[ΔG]分別表示一段時期內(nèi)土地利用碳排放量和GDP；[C0]、[G0]分別表示初期土地利用碳排放量和GDP。脫鉤狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

在這幾種發(fā)展階段下，最優(yōu)的狀態(tài)是強脫鉤狀態(tài)，該狀態(tài)可以促進經(jīng)濟的快速發(fā)展，同時對環(huán)境造成的壓力較小，最差的狀態(tài)是強負(fù)脫鉤狀態(tài)，此時盡管沒有追求經(jīng)濟的增長甚至經(jīng)濟處于倒退階段，其對環(huán)境造成的污染仍在不斷上升，其他狀態(tài)均處于這兩種狀態(tài)之間。

1.2.3 土地利用碳排放影響因素分解模型 Tapio脫鉤模型僅評估碳排放與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系，但對其存在關(guān)系的根本原因并未深入探究。因此，本研究選取一定的模型進一步探討土地利用碳排放增長的影響因子。本研究主要針對土地碳排放密度、土地利用結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展、能源利用、人口規(guī)模多個因素進行深入分析，采用LMDI模型進行分解。

Kaya恒等式與LMDI模型是常用的因素分解方法，本研究選擇5個指標(biāo)來建立Kaya恒等式，計算公式如下。

[LC=i6CiLi×LiG×GE×EP×P] （5）

[fi=CiLi; li=LiG; g=GE;e=EP;p=P] （6）

式中，LC表示總碳排放量；[Ci]表示第i種土地的碳排放量；[Li]表示第i種土地的面積；G表示地區(qū)生產(chǎn)總值；E表示能源消耗量；P表示人口數(shù)量；[fi]表示土地碳排放密度；[li]表示土地利用結(jié)構(gòu)；[g]表示經(jīng)濟發(fā)展；[e]表示能源利用；p表示人口規(guī)模。

在建立Kaya等式后，應(yīng)用LMDI模型進行分解，考察5個指標(biāo)對碳排放和總脫鉤彈性的影響。0～t時期碳排放變化量[Δ]C的LMDI加法分解式如下。

[ΔC=Ct-C0=ΔCfi+ΔCli+ΔCg+ΔCe+ΔCp] （7）

式中，[Ct]表示目標(biāo)年的碳排放量；[C0]表示初始年的碳排放量。

根據(jù)上述描述，可以將影響碳排放的因素分解為加法模式，從而得出它們的影響程度，計算公式如下。

[Δfi=i=16Ct-C0lnCt-lnC0ln（ftif0i）] （8）

[Δli=i=16Ct-C0lnCt-lnC0ln（ltil0i）] （9）

[Δg=i=16Ct-C0lnCt-lnC0ln（gtg0）] （10）

[Δe=i=16Ct-C0lnCt-lnC0ln（ete0）] （11）

[Δp=i=16Ct-C0lnCt-lnC0ln（ptp0）] （12）

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用碳排放特征分析

根據(jù)核算模型對甘肅省2000—2020年的土地利用碳排放量進行計算，結(jié)果如表3所示。2000—2020年，甘肅省土地利用碳排放量呈明顯上升趨勢，但其增長率呈減少趨勢。在總碳排放中，建設(shè)用地的碳排放量占比從2000年的87.87%上升至2020年的95.08%，耕地的碳排放量占比從2000年的12.13%減少至2020年的4.92%。

在整個研究期間，林地的碳吸收占比為82.17%～82.50%，建設(shè)用地的碳排放占比為87.87%～95.08%，建設(shè)用地的碳排放速度超過林地的碳吸收速度。建設(shè)用地所產(chǎn)生的碳排放主要來源于生產(chǎn)和運輸環(huán)節(jié)，其中生產(chǎn)環(huán)0d5f823bfea4d8f5e05f2f53a94c2a2a69994bf57ddb47e25d77043a568102f5節(jié)的碳排放最多。

2.2 土地利用碳排放脫鉤分析

基于經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)和本研究核算的土地利用碳排放數(shù)據(jù)，對經(jīng)濟和碳排放之間的脫鉤指數(shù)進行測算。由表4可知，2000—2020年，甘肅省不同時期經(jīng)濟發(fā)展與土地利用碳排放量均處于弱脫鉤狀態(tài)。在此時期，甘肅省的碳排放量得到有效控制，通過對產(chǎn)業(yè)及能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，以減少土地利用所產(chǎn)生的碳排放。特別是自2007年起，中國政府為應(yīng)對全球范圍的氣候變化制定一系列針對氣候變化的措施和方案。碳減排政策和規(guī)劃的相繼推出，有效減緩了二氧化碳排放的速度，從而逐步達到弱脫鉤的狀態(tài)。脫鉤狀態(tài)由弱脫鉤向強脫鉤轉(zhuǎn)移，這說明甘肅省的低碳經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)取得一定成效，社會進步也朝著更加綠色健康的方向前進。盡管甘肅省的土地碳排放增速呈下降趨勢，但其總體增速仍較高，尚未達到碳排放峰值。因此，必須采取一定措施促進甘肅省早日達到強脫鉤狀態(tài)。

2.3 土地利用碳排放影響因素分解結(jié)果

以2000年為基期，對土地碳排放密度、土地利用結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展、能源利用和人口規(guī)模5個因子進行分析，以探究它們對甘肅省土地碳排放變化的累積貢獻值，結(jié)果如表5所示。

2000—2020年，甘肅省土地利用碳排放受不同因素的影響，土地利用碳排放量的貢獻值為3 755.78萬t，其中土地利用結(jié)構(gòu)對其產(chǎn)生負(fù)向影響，而土地碳排放密度、經(jīng)濟發(fā)展、能源利用和人口規(guī)模則對其產(chǎn)生正向影響。土地利用導(dǎo)致的碳排放增加，主要源于經(jīng)濟發(fā)展因素，其次是能源利用因素。

由于甘肅省土地利用碳排放的影響因素在不同時期存在差異，因此需要對不同時期的影響因素進行深入分析。

1）經(jīng)濟發(fā)展。經(jīng)濟發(fā)展因素是最大的驅(qū)動因素，2000—2020年甘肅省經(jīng)濟發(fā)展的碳排放量增長了5 075.78萬t。2000—2005年，城市化發(fā)展初期，經(jīng)濟發(fā)展水平不高，經(jīng)濟發(fā)展的碳排放受經(jīng)濟發(fā)展因素影響較小；2005—2010年經(jīng)濟增速高于碳排放增速且土地利用碳排放在經(jīng)濟發(fā)展中所占比重逐年上升；2005—2010年達到最高水平；2015年后，經(jīng)濟發(fā)展速度減緩，總體上經(jīng)濟發(fā)展影響呈弱化態(tài)勢。從變動趨勢來看，甘肅省的經(jīng)濟發(fā)展與碳排放相伴而生，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)還有調(diào)整空間。

2）土地碳排放密度。2000—2020年，土地碳排放密度因素的影響作用在減少，貢獻值較低，為1 612.00萬t，政策制定者正在積極尋求降低碳排放的方法。

3）土地利用結(jié)構(gòu)。土地利用結(jié)構(gòu)對土地利用碳排放產(chǎn)生負(fù)向影響，土地利用結(jié)構(gòu)對甘肅省土地利用碳排放增長的抑制作用在逐步減弱。

4）能源利用。2000—2020年，能源利用因素的貢獻值達4 232.02萬t，對甘肅省土地利用碳排放起主導(dǎo)作用，并在2010—2015年達到峰值。作為能源大省，甘肅省近年來不斷降低能源利用，通過淘汰落后技術(shù)、大力發(fā)展非化石能源等措施，能源效率顯著提高，但節(jié)能形勢仍然十分嚴(yán)峻。

5）人口規(guī)模。2000—2020年，人口規(guī)模因素對碳排放的影響較小，其對碳排放的促進作用呈增加趨勢，并在2010—2015年達到峰值。由于甘肅省10年間人口持續(xù)流出，導(dǎo)致人口因素對土地利用碳排放的影響有限。

3 小結(jié)與建議

3.1 小結(jié)

本研究從低碳土地利用的角度出發(fā)，以甘肅省為研究對象，開展土地利用碳排放影響因素的分析，探索甘肅省未來低碳土地利用模式的發(fā)展。

1）基于甘肅省土地利用變化的研究，計算土地利用的碳排放量并探討其時序變化特征。2000—2020年，甘肅省土地利用碳排放的貢獻值為3 755.78萬t，但是增長率呈明顯的下降趨勢。

2）通過Tapio脫鉤分析模型探究甘肅省土地利用碳排放和經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系，結(jié)果表明，2000—2020年，土地利用碳排放與經(jīng)濟發(fā)展間呈弱脫鉤狀態(tài)。在這個階段，雖然經(jīng)濟發(fā)展導(dǎo)致的土地利用碳排放量不斷增加，但這種增速要低于經(jīng)濟增長的速度，且脫鉤指數(shù)持續(xù)下降，逐漸接近于強脫鉤狀態(tài)。

3）通過LMDI因素分解模型量化影響碳排放的各因素，結(jié)果表明，經(jīng)濟發(fā)展是造成甘肅省土地利用碳排放增加的主要原因，土地利用結(jié)構(gòu)對其產(chǎn)生負(fù)向影響，而土地碳排放密度、經(jīng)濟發(fā)展、能源利用和人口規(guī)模則對其產(chǎn)生正向影響。

3.2 建議

甘肅省要實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，應(yīng)該多措并舉、統(tǒng)籌兼顧，建議如下。

1）優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)與方式。不同的土地利用方式對碳排放產(chǎn)生不同的效果。在土地利用過程中加強對林草資源的保護，提升碳匯能力，從而減輕碳排放對環(huán)境造成的壓力。在城市發(fā)展進程中，應(yīng)嚴(yán)控建設(shè)用地擴張，不斷提高建設(shè)用地利用效率。

2）優(yōu)化經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)。2000—2020年，第二產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中所消耗的能源以及碳排放量明顯高于其他產(chǎn)業(yè)。今后需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)，同時推進能源消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級，穩(wěn)步推動社會經(jīng)濟的發(fā)展。

3）調(diào)整能源結(jié)構(gòu)。提升能源利用效率和減少能源消耗強度是減少碳排放的有力手段。能源結(jié)構(gòu)中要優(yōu)先采用清潔可再生能源，降低化石燃料消費比重。隨著社會進步和人們生活質(zhì)量的提高，居民對能源需求也在持續(xù)上漲。因此，需要加大節(jié)能教育宣傳力度，不斷增強公眾的低碳意識，并推動實施低碳消費模式。

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收稿日期：2024-05-30

基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目（42071254）

作者簡介：張園園（1996-），女，山西太原人，碩士，主要從事土地調(diào)查與評價研究，（電話）15536524260（電子信箱）1134112639@qq.com；通信作者，渠麗萍（1973-），女，山西晉中人，副教授，主要從事土地利用與國土空間規(guī)劃研究，（電話）18602765272（電子信箱）lp_qu@163.com。

張園園，渠麗萍. 甘肅省土地利用碳排放的時序特征及影響因素［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2024，63（9）：68-72．