基于库兹涅茨曲线的建设用地扩张与碳排放相关性研究

来源 :江苏农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xt23z
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:通过收集和处理1998—2013年重庆市城市发展新区的土地利用变更数据和能源消耗数据,进行重庆市城市发展新区16年间建设用地扩张与碳排放相关性研究,构建不同建设用地类型与碳排放强度之间的库兹涅茨曲线关系模型。结果表明:(1)重庆市城市发展新区建设用地总量逐年上升,城市用地和建制镇用地比例呈增长趋势,其他建设用地和农村居民点用地比例呈下降趋势;碳排放总量及碳排放强度呈波动增长趋势,近年来碳排放强度增长速度快于建设用地扩张速度。(2)重庆市城市发展新区建设用地扩张与碳排放强度之间呈倒U形曲线关系,曲线拐点位于建设用地总量比例为2.78%的临界处;城市用地和碳排放强度之间呈倒U形曲线关系,拐点位于0.474%的临界处;建制镇用地和碳排放强度之间呈倒U形曲线关系,拐点位于0.646%的临界处;农村居民点用地、其他建设用地与碳排放强度之间不存在明显的曲线关系。
  关键词:重庆市城市发展新区;建设用地扩张;碳排放;库兹涅茨曲线;相关性
  中图分类号: F301.2文献标志码: A
  文章编号:1002-1302(2017)09-0248-05
  20世纪50年代,Kuznets用倒U形曲线描述经济增长与收入分配间的关系,提出库兹涅茨假说[1]。1995年Grossman等在探讨环境污染物与经济增长间的关系时,引入环境库兹涅茨曲线(EKC)[2]。Wagner认为人均收入和人均二氧化碳排放量呈同步增长关系,不存在转折点[3]。胡宗义等认为EKC的形状受研究样本的影响,工业化程度很高的国家呈倒U形曲线,有可能发展为N形曲线,不发达国家存在正向线性关系[4]。曹光辉等发现不同经济发展阶段、不同环境状况的地区,EKC并不一定会存在[5]。目前对碳排放的研究主要是对碳排放测算基准和碳足迹的研究。由于分析区域的差异性,数据收集、处理手段、分析重点的不同,库兹涅茨曲线会呈现不同形状。许广月等在环境库兹涅茨曲线理论的基础上,运用面板单位根和协整检验方法,研究了中国碳排放环境库兹涅茨曲线的存在性,研究结果认为中国的东、中部地区存在人均碳排放环境库兹涅茨曲线,但是西部地区尚缺乏实证性研究[6]。目前关于大都市碳排放的相关研究较多,主要集中于碳排放测算基准和碳足迹研究。重庆市城市发展新区的定位与整个重庆市未来经济社会发展密切相关,系统研究城市发展新区建设用地扩张与碳排放之间的密切关系,可为实现低碳经济下重庆市城市发展新区从“高碳”到“低碳”时代的跨越提供参考。
  1研究区域概况
  城市发展新区作为都市功能核心区和拓展区的有效辐射区域,是重庆大都市区的重要组成部分。城市发展新区共12个区县和2个开发区,包括涪陵区、长寿区、江津区、合川区、永川区、南川区、大足区、綦江区、铜梁县、潼南县、荣昌县、璧山县和万盛经济技术开发区、双桥经济技术开发区,是全市未来工业化和城镇化的主战场。
  2数据与方法
  2.1数据来源与处理
  本研究中土地变更调查数据来源于重庆市土地利用变更调查数据(1998—2013年),能源消费数据和社会经济数据来源于重庆市统计年鉴(1998—2013年)。
  2007年全国试行新的土地分类,数据处理过程中对新旧地类体系中的相关地类进行了归并,建设用地细分为城市用地、建制镇用地、农村居民点用地、其他建设用地4类,其他建设用地包括独立工矿、交通水利、风景名胜设施和特殊用地等土地利用类型。此外,1998—2013年城市发展新区区内的行政区划经多次调整和组合,在实际统计数据中发现存在缺失数据或数据错误的情况,为减小误差采取了2端取平均值代替缺失数据或错误数据,并对细小区域进行了适当的调整。
  2.2研究方法
  根据2006年《IPCC国家温室气体清单指南》[7]和相关研究成果[8-13],城市发展新区碳排放核算按照能源活动、农业、林业及新区土地利用变化4个部分进行核算。能源消耗产生碳源效应,农业温室气体总排放量占全国排放量的17%左右,在碳问题上具有碳源和碳汇双重效应[14-15]。碳汇主要是林地、草地、水域、未利用地。林地碳汇功能最强,主要表现在直接固碳、能源的替代作用上[16]。根据相关研究并结合城市发展新区实际情况,碳排放系数为正值具有碳源效应,碳排放系数为负值则具有碳汇效应[10,17-18]。耕地、煤炭、石油、天然气为碳源,林地、草地、水域、未利用地为碳汇,具体系数参见表1。
  碳排放测算公式:
  式中:E为碳排放量;Ai为第i种土地利用方式所对应的土地面积;δi为第i种土地所对应的碳排放系数。
  建设用地碳排放测算公式:
  式中:P为建设用地碳排放量;Qi为第i种能源的消耗量;θi为第i种能源的碳排放系数。
  碳排放强度指数测算公式:
  式中:T为碳排放强度指数;C为研究区域的碳总排放量,其中C=E P;S為研究区域的建设用地总面积。
  库兹涅茨曲线模型:
  式中:利用城市发展新区1998—2013年数据并参照EKC模型原理以及相关研究[19-20],建立一次、二次、三次的库兹涅茨曲线模型。(4)式中:碳排放强度为T,待定参数为α、β1、β2、β3,建设用地面积占土地总面积的比例为L,随机误差干扰项为ε。反映建设用地及其构成与碳排放强度之间可能存在表2中的3种曲线关系,即线性、U形(或倒U形)、N形(或倒N形)曲线关系[21]。
  3城市发展新区建设用地扩张特征与碳排放特征分析
  3.1城市发展新区建设用地扩张特征分析
  城市发展新区作为城镇化改革的主战场,随着“地票交易”的实行,增加了建设用地的指标,使建设用地指标在整个重庆市内异地交换和买卖成为可能。2013年城市发展新区建设用地总量2 572.95 km2,与1998年相比绝对增长量为5578 km2。建设用地总量迅速增长,表现在城市、建制镇、其他建设用地不断增加,农村居民点用地不断减少。2013年城市用地面积 203.79 km2,与1998年相比绝对增长量为 186.67 km2;建制镇用地面积 336.39 km2,与1998年相比绝对增长量为278.13 km2;农村居民点用地面积 1 514.91 km2,与1998年相比绝对增长量为36.49 km2,所占比例下降至 58.88%;其他建设用地面积517.85 km2,绝对增长量为 56.52 km2。这种变化符合快速城镇化地区建设用地的扩张模式,即农村居民点逐步转化为城镇及工矿、交通用地,并融入城镇的主体区域,城镇、工矿、交通等用地快速扩张。   3.2城市发展新区碳排放量特征分析
  由以上公式,得到城市发展新区16年的碳排放强度。由图1可以看出,城市发展新区的碳排放总量和碳排放强度整体呈增长趋势,碳排放总量绝对增长量为1.36×107 t,碳排放强度绝对增长量为46.76 t/hm2。2001年出现拐点,碳排放总量为6.21×106 t,碳排放强度为29.83 t/hm2。2001年之前由于毁林开荒,林地面积大幅度减少,林地作为主要碳汇的功能减弱。2001年以后,随着国家植树造林、退耕还林政策的推广,林地面积逐渐增加,碳汇效应逐渐加强。但城市化进程加快,建设用地扩大,能源需求量与日俱增,导致碳排放量急剧增长。在实行“地票”过程中耕地占补平衡带来耕地面积增加,碳源作用加强。但林地面积增加所产生的碳吸收效应难以抵消建设用地面积和能源消耗增加带来的碳排放效应。
  由图2可以看出,1998—2010年,碳排放强度的增加明显快于建设用地扩张速度;2010—2013年,建设用地扩张速度较碳排放强度的增长速度慢。说明城市发展新区在2010年之前土地利用效率处于较低水平,经济增长依托于能源的粗放式利用。随着科技提升、经济增长方式转变,积极实行节能减排政策,提高了能源利用效率,使碳排放总量和强度的增长速度减缓。
  4城市发展新区建设用地扩张与碳排放强度的相关性
  根据计算的建设用地扩张数据、图1、图2数据,将建设用地面积占土地总面积比例,4类二级用地占建设用地比例分别与碳排放强度进行相关性检验,得到建设用地总量比例及4类二级用地比例与碳排放强度的拟合图,拟合结果及曲线图分别见表3、图3。
  4.1城市发展新区建设用地总量与碳排放强度的相关性
  表3中的拟合结果说明,城市发展新区建设用地总量与碳排放强度之间存在明显的二次曲线关系,拟合效果较好,各回归系数均通过0.1水平上的显著性检验,回归模型:
  图3模型显示,城市发展新区建设用地扩张与碳排放强度间呈倒U形曲线关系,拐点位于2.78%的临界处。当建设用地总量比例低于2.78%时,其扩张会导致碳排放强度增加,当高于2.78%的临界水平时,碳排放强度出现下降趋势。当前还未达到拐点位置,说明20世纪90年代开始,在城镇化初期阶段,土地和能源低效、粗放的经济增长方式使碳排放强度随建设用地扩张而不断增强。随着城市发展新区发展过程中打造装备制造业、机械加工业、轻纺食品业、“城郊休闲旅游”集群,该区的能源结构和土地利用方式将逐步走向集约化。随着土地资源集约节约利用政策的有效实施、产业技术更新、产业结构调整、生态环境的改善,建设用地扩张和碳排放的关系会进入质变阶段。
  4.2城市发展新区二级地类与碳排放强度之间的相关性
  根据表3的数据,对各二级用地所占比例与碳排放强度进行相关性研究,得出以下结果(图4)。
  图4-a显示,城市用地比例与碳排放强度之间呈倒U形曲线关系,拐点位于0.474%的临界处。当城市用地比例小于0.474%时,其扩张会导致碳排放强度增加,当大于 0.474% 时,碳排放强度会出现下降趋势。目前城市发展新区城市用地已逐渐进入一个集约利用及精明增长阶段。
  建制镇用地比例与碳排放强度之间的关系呈倒U形曲线,拐点位于0.646%临界处。当建制镇用地比例低于 0.646% 时,扩张导致碳排放强度加大,当高于0.646%临界水平时,碳排放强度会逐步减小。图4-b中,建制镇面积地不断扩大对碳排放产生正向的推动作用减弱,碳排放效应逐渐呈现出下降趋势。
  农村居民点用地比例与碳排放强度之间无明显的曲线关系,各点随机分布。农村居民点作为一类较特殊的土地利用类型,和城镇、交通、工矿用地等相比较而言,基本上承载了生活的功能,所产生的碳排放量较小,并不作为主要碳源进行考虑。
  [JP 1]其他建设用地比例与碳排放强度之间也无明显的曲线关系,点位分布无序且分散。由于其他建设用地是集生产、生活、交通为一体的各类用地综合的特殊土地利用类型,应作为碳源进行考虑,其扩张对碳排放强度的加强有正向推动作用。
  综上所述,城市、建制镇用地比例与碳排放强度之间均存在倒U形曲线关系,随着科技的提升,对土地和能源的集约利用,它们用地面积的扩张导致对碳排放强度增强的正向作用逐渐减弱,碳排放效应逐步呈现下降趋势;农村居民点、其他建设用地比例与碳排放强度之间无明显的曲线关系。目前而言,农村居民点用地逐步减少,碳排放效应逐步减弱;其他建[CM(25]设用地对碳排放强度仍然具有较强的推动作用,随着对土地利用的集约程度加大,其他建设用地所承载的工业生产和经济增长所带来的碳排放强度有望进入逐渐下降阶段。2个二级地类组成的城市发展新区建设用地总量与碳排放強度之间呈倒U形曲线关系,但不同建设用地地类所占比例不同,且不同地类与碳排放强度之间的相互作用不同,其库茨涅兹拐点尚未到来。
  5结论与讨论
  5.1结论
  通过对建设用地扩张与碳排放强度之间的相关性研究,可以得出以下2个方面的结论。
  (1)重庆市城市发展新区建设用地扩张与碳排放强度之间呈倒U形曲线关系。城市发展新区建设用地扩张对碳排放强度还起到正向推动作用,随着建设用地面积比例增加至2.78%临界处时,碳排放强度会逐渐下降。当前,由于建设用地所承载的能源消耗巨大,产生的碳排放量远高于农作物生长产生的碳排放量,是最主要的碳源。而随着城镇化的推进,建设用地总量不断增加的同时导致林地、草地等面积减少,碳汇作用减弱,所以当前建设用地扩张所带来的仍是正向的推动作用。随着节能技术的发展,能源利用效率的提高,将会逐渐达到临界水平,碳排放效应将逐步减弱。(2)城市用地、建制镇用地与碳排放强度呈倒U形曲线关系,农村居民点、其他建设用地与碳排放强度之间不存在明显的曲线关系。城市、建制镇用地与碳排放强度呈倒U形曲线关系,已经达到拐点位置,其面积的增加带来碳排放效应逐步减弱;农村居民点用地不是主要碳源,但随着其利用类型逐步转化为城市、建制镇用地,将会对碳排放强度有潜在推动作用;其他建设用地与碳排放强度之间整体上是正向推动作用,但随着资源利用集约化,碳排放效应有望减弱。因此,城市发展新区在经济发展转型和构建低碳社会的任务要求下,不能消极等待碳排放库兹涅茨曲线拐点的到来, 必须对土地利用政策调控作出积极的响应,实现土地利用、经济、生态之间的协调发展。   5.2讨论
  在基于库兹涅茨曲线对重庆市城市发展新区建设用地扩张与碳排放间的相关性研究中,重点在于探讨建设用地格局演变与碳排放之间的相互关系,从而为土地利用规划和资源环境政策制定提供全新的视角和思路。但是由于文章只选取了1998—2013年间的数据进行建设用地扩张碳排放效应的库兹涅茨曲线研究,未对土地利用类型结构差异性和空间布局差异性所造成的碳排放效应进行差别对比;因此,有必要再收集更长时间段的土地利用变更数据和能源消耗数据,以探讨建设用地扩张的碳排放效应,为气候变化背景下的土地利用规划提供参考。
  参考文献:
  [1]Kuznets S. Economic growth and income equality [J]. American Economic Review,1955,45(1):1-28.
  [2]Grossman G,Krueger A. Economic growth and the environment [J]. Quarterly Journal of Economics,1995,110(2):353-337.
  [3]Wagner M. The carbon Kuznets curve cloudy picture emitted by bad econometrics [J]. Resource and Energy Economics,2008,30(3):388-408.
  [4]胡宗义,刘亦文,唐李伟. 低碳经济背景下碳排放的库兹涅茨曲线研究[J]. 统计研究,2013,30(2):73-79.
  [5]曹光辉,汪锋,张宗益,等. 我国经济增长与环境污染关系研究[J]. 中国人口·资源与环境,2006,16(1):25-29.
  [6]许广月,宋德勇. 中国碳排放环境库兹涅茨曲线的实证研究——基于省域面板数据[J]. 国民经济,2010(5):37-47.
  [7]IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories[R]. Prepared by the National Greenhouse Gas Inventories Programme. IGES,Japan,2006.
  [8]Cai Z C,Kang G D,Tsuruta H,et al. Estimate of CH4 emissions from year-round flooded rice field during rice growing season in China [J]. Pedosphere,2005,15(1):66-71.
  [9]何勇. 中国气候、陆地生态系统碳循环研究[M]. 北京:气象出版社,2006.
  [10]方精云,過兆迪,朴世龙,等. 1981—2000年中国陆地植被碳汇的估算[J]. 中国科学(D辑:地球科学),2007,37(6):804-812.
  [11]徐国泉,刘则渊,姜照华. 中国碳排放的因素分解模型及实证分析:1995—2004[J]. 中国人口·资源与环境,2006,16(6):158-161.
  [12]张秀梅,李升峰,黄贤金,等. 江苏省1996—2007年碳排放效应及时空格局分析[J]. 资源科学,2010,32(4):768-775.
  [13]李颖,黄贤金,甄峰. 江苏省区域不同土地利用方式的碳排放效应分析[J]. 农业工程学报,2008,24(增刊2):102-107.
  [14]陈源泉,高旺盛. 中国粮食主产区农田生态服务价值总体评价[J]. 中国农业资源与区划,2009,30(1):33-39.
  [15]张大东,张社梅,黄伟. 浙江省农业系统碳源、碳汇现状评估分析[J]. 中国农业资源与区划,2012,33(5):12-19.
  [16]刘凯,江世浩,朱文珏. 广东省森林碳汇量估算及其空间效应分析[J]. 中国农业资源与区划,2015,36(3):120-126.
  [17]苏雅丽,张艳芳. 陕西省土地利用变化的碳排放效益研究[J]. 水土保持学报,2011,25(1):152-156.
  [18]顾凯平,张坤,张丽霞. 森林碳汇计量方法的研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版),2008,32(5):105-109.
  [19]桂小丹,李慧明. 环境库兹涅茨曲线实证研究进展[J]. 中国人口·资源与环境,2010,20(3):5-8.
  [20]陈勇,冯永忠,杨改河. 农业非点源污染源的环境库兹涅茨曲线实证研究——基于陕西省农业投入和废弃物排放的研究[J]. 干旱地区农业研究,2010,28(3):191-198.
  [21]吴玉鸣. 广西生态足迹与能源消费的库兹涅茨曲线分析[J]. 中国人口·资源与环境,2010,20(11):30-35.
其他文献
摘要:以厨余垃圾鸡蛋壳为原料,将其进行一定预处理后,在不同温度下焙烧并磨成鸡蛋壳细粉。将鸡蛋壳粉与甘氨酸按质量比1 ∶ 2混合后在70 ℃下反应90 min,再于室温下静置24 h后得到针状晶体,然后用红外光谱对产物进行表征,经分析可知,反应产物为甘氨酸螯合钙。用X-4数字显示显微熔点测定仪对800 ℃焙烧的鸡蛋壳有膜样品、无膜样品与甘氨酸螯合后得到的产品进行熔点测定;对未焙烧的有膜样品和无膜样品
摘要:以先玉335和郑单958为试材,通过对比分析研究淀粉粒发育与灌浆过程和籽粒淀粉含量的关系。结果表明,在授粉后30 d内,二者淀粉含量无较大差异,淀粉粒的发育从数量、形状和排布上均有差异;但在40、50 d时,先玉335淀粉粒大小较均匀,排列紧密,淀粉含量高于郑单958,而郑单958淀粉粒则大小不一,排列较疏松;到60 d时,先玉335淀粉含量增幅很小,但郑单958增幅较大;淀粉粒发育动态与灌
摘要:为建立一种快速、特异、鉴别诊断猪伪狂犬病毒野毒感染与疫苗免疫株,参考GenBank上公布的猪伪狂犬病毒gE基因序列设计了1对引物,以猪伪狂犬病毒核酸作为模板,PCR方法将扩增得到的核酸序列克隆到PEGM-18T载体上,将克隆载体转化到DH5α感受态细胞中,测序鉴定阳性重组质粒作为标准品建立猪伪狂犬病毒荧光定量PCR检测方法。结果表明,本研究所建立的猪伪狂犬病毒荧光定量PCR方法检测灵敏度可达
我是一个生长在南方的男生,我今年高一。最近一直有一个问题在困扰着我。我喜欢一个女生很久了,数数也有五年了,一直到现在,我见到她依然心跳加速得快要“超频”了。我会故意在放学的时候拖延时间等待她,然后悄悄地跟在她后面,觉得见到她就无比的幸福。当她给我一个有意无意的笑时,我仿佛得到了全世界。这五年来,我都是默默地在关注她,关心她。以前是在初中和小学,时间都比较松,可是现在步入了高中,紧张的高中生活,让我
摘要:以灯盏花组织培养苗为材料,研究He-Ne激光、半导体激光、CO2激光对灯盏花几组抗性指标的影响。使用3种激光对灯盏花组培苗进行不同时间的辐照处理。结果表明,3种激光中,CO2激光辐照60 s时,过氧化物酶活性是对照组的33倍,过氧化氢酶活性是对照组的48倍,超氧化物歧化酶活性比对照组提高3331 U/g;辐照180 s时,丙二醛含量比对照组降低244 μmol/g,可溶性糖含量急剧下降,为0
摘要:通过盆栽试验研究施用微生物有机肥对由尖孢镰刀菌引起的香蕉枯萎病防治效果以及在重金属镉(Cd)胁迫下对香蕉生长情况和土壤中微生物群落组成的影响。结果表明:(1)与对照组(CK、CK Cd)相比,施用微生物有机肥(BIO、BIO Cd)后可显著增加香蕉幼苗根、叶生物量及其总生物量(P<0.05)。此外,还能显著增加土壤中细菌总数35.1×107 CFU/g,降低真菌总数,使香蕉幼苗病情指数由3.
摘要:为研究1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin,简称DNJ)对家蚕中肠BmSuc1基因表达及其酶活性的影响,以5龄第3天家蚕为试验材料,经口添食不同剂量的生物碱DNJ,采用实时荧光定量PCR方法检测中肠BmSuc1的表达情况,同时测定β-呋喃果糖苷酶的活性。结果表明,添食不同剂量的DNJ均能引起BmSuc1基因在添食6、9 h出现上调表达,但相对表达量有一定差异,添食4 μg/
摘要:采用PCR扩增和序列测定等技术,对岩扇贝(Crassadoma gigantea)线粒体DNA 16S rRNA和CO Ⅰ基因片段进行初步研究,得到16S rRNA基因片段的大小在613.0~634.0 bp之间,A、T(U)、G、C的平均含量分別为26.5%、29.7%、24.5%、19.3%;CO Ⅰ基因片段的大小为660 bp,碱基A、T、G、C的平均含量分别为17.2%、40.3%、
摘要:西北5省(区)(陕西省、甘肃省、青海省、新疆、宁夏)作为“丝绸之路经济带”的重要依托,保证各子系统的协调发展并实现整体发展的可持续性显得尤为重要。通过构建可持续发展能力综合评价指标体系,以熵权灰色关联模型为基础分别从时间与空间视角对西北5省(区)的可持续发展能力做出评价与对比分析,并借助象限图法与ARMA(1,2)模型分别对5省(区)的可持续发展能力进行分类与预测。结果表明,5省(区)之间可
来菲律宾学英语,感受一天8小时的密集型“1对1”轰炸吧!  20年前的王军绝对不会想到,一度想要逃离英语的自己,会从事和英语教学相关的职业,而致使他命运发生改变的关键转折点,竟然是一次生病后的住院经历。  20天掌握日语口语  语言学习的奥义是环境  大学毕业之后,从小英语成绩不好的王军抱着以后再也不学习英语的念头,选择去日本留学。可入读语言学校后,王军发现他的日语水平在同年级的100多个同学之中