天山北坡经济带碳排放空间差异及生态补偿研究

陈 煜，孙 慧

(1.新疆大学创新管理研究中心，乌鲁木齐 830046;2.新疆医科大学公共卫生学院，乌鲁木齐 830011)

0 引言

生态环境是人类社会赖以生存和发展的基础，而保护环境、解决区际经济主体之间的利益均衡问题则是现阶段国内外学者关注的焦点。由于全球变暖的现实，建立碳排放交易市场和进行生态补偿成为必然趋势。自1997年中国加入《京都议定书》以来，我国在节能减排工作中做出了一系列努力，胡锦涛在十八大报告中明确提出要建设“美丽中国”，在中国进入全面建成小康社会决定性阶段，要分阶段、有步骤地实施低碳发展战略，实现中华民族永续发展。在此背景下，针对特定区域的碳排放空间差异以及生态补偿也必须提上日程。通过测量天山北坡经济带各市县的土地利用对碳排放的影响，对经济带内各市县的碳汇和碳源功能进行估算，揭示经济带内碳排放的空间差异，为未来经济带内CO2排放权转让和生态补偿研究提供依据。

自20世纪90年代生态补偿被引入社会经济领域以来一直倍受国内外学者关注，虽然学术界对其尚没有明确的定义，但许多国家都对此进行了广泛和深入的探讨。在概念上，国外现阶段比较认同的观点是Noordwijk等和Wunder提出的生态/环境服务功能付费(payment for ecological/environmental service)概念，受益者对提供者进行付费，其实质相当于生态补偿［1-2］。在政策实施方面，J.S.Larson等人对全球各国的多个生态交易案例做了调查分析，发现由于生态服务这种商品的特殊性，很难对其服务成本进行效益评估，导致了该市场仅能存在于特殊的需求区域［3］。在补偿标准及测算方面，Hamndar则运用线性规划和灵敏度分析确定农民退耕地的机会成本，通过与机会成本比较给出了可能的补助水平［4］;Drechsler，Johst等尝试构建了生物多样性的生态经济模拟程序，认为该程序能够解决较为复杂的生态补偿分配问题［5-6］，但是，该程序的使用现阶段尚不能推广到其他领域;在生态补偿金的区域分配问题上，Junjie Wu等提出补偿金的分配必须考虑各种生态功能间的相互作用以及生态功能的累积效应［7］。国内对于生态补偿的研究更多的偏重区域政策，如杜万平对西部地区生态补偿机制进行了构想［8］;刘金平对煤矿区农地生态收益损失进行了研究［9］;熊鹰等对洞庭湖区退田还湖生态补偿机制进行了研究［10］。路卓铭等从生态补偿的角度对我国资源型城市的可持续发展途径进行了研究［11］。综上所述，由于国家生态状况和经济实力的差异，国内外研究的侧重点差异很大，国外研究多侧重于补偿资金的有效配置，国内研究侧重于宏观政策研究，具体对补偿的对象、途径、标准等内容进行分析，并最终提出比较符合我国特殊国情的、具有创新性的理论观点和政策建议并将相关成果具体运用并代入数据进行测算的相关研究较少。近年来，碳排放量已经成为区域可持续发展的重要指标之一，本研究尝试将土地利用碳排放量作为生态补偿标准的依据，结合碳汇价格，采用国际通用的造林成本法和碳税率法，对碳排放生态补偿的上限及下限进行了初步测算，为未来建立国家生态补偿机制提供理论基础和数据支撑。

1 区域概况及数据来源

1.1 区域概况

天山北坡经济带地处亚欧大陆腹地，新疆准噶尔盆地南缘，天山北坡中段。东起哈密，西至伊宁，具体包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、五家渠市、哈密市、吐鲁番市、伊宁市、奎屯市、乌苏市、昌吉市、阜康市、博乐市和鄯善县、托克逊县、伊宁县、霍城县、察布查尔县、沙湾县、玛纳斯县、呼图壁县、奇台县、吉木萨尔县、精河县12个市11个县以及农四、农五、农六、农七、农八、农十二、农十三、建工和兵团直属9个兵团农业师。东西相距1 000余km，面积20万km2，约占新疆总土地面积的12%，2012年末人口868.19万，约占全区总人口的38.9%，生产总值5 187.48亿元，约占全区总额的69.1%。经济带中分布着新疆的两个大型油气田和3个大型煤田，是新疆现代工业、农业、交通信息、教育科技等最为发达的核心区域，对全疆经济起着重要的带动、辐射和示范作用，作为国家西部大开发战略重要环节，天山北坡经济区被列为西部地区重点培育的新的增长极之一。

1.2 数据来源

对天山北坡经济带的划分主要参考《新疆统计年鉴(2013)》中根据2012年国家发改委新批复的天山北坡经济带建设规划中涉及的区域，包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、五家渠市等12个市和伊宁县、霍城县、察布查尔县、沙湾县等11个县以及9个兵团农业师，其中，由于兵团数据无法获得，因此，本次研究不涉及五家渠市以及9个兵团农业师。各种土地面积及能源消耗数据主要来源于《新疆统计年鉴(2013)》、《森林资源规划设计调查成果汇编》、《中国能源统计年鉴(2013)》以及《新疆维吾尔自治区国土资源综合统计资料册》。

2 研究方法

2.1 耕地、林地、草地碳排放量的计算

土地利用变化量是仅次于化石燃料燃烧导致大气CO2升高的第二大因素，而通过有效地开发、管理和利用土地资源，通过土地利用方式改变和优化土地利用结构能够有效减少碳排放［12］。采用基于土地利用碳排放的测算方法测算天山北坡经济带总体及各市县的碳排放量。土地类型主要涉及耕地、林地、草地和建设用地，其中，耕地和建设用地为主要的碳源区域，林地和草地为主要的碳汇区域。碳排放计算公式为:

式中:A为碳总排放量;i为不同土地利用方式;Ai为不同土地利用方式产生的碳排放量;Ti为不同土地利用方式利用面积;Ei为不同土地利用方式碳排放系数。其中，农作物的碳排放系数为0.042 2 kg(C)/(m2·a)，林地和草地的碳排放系数分别为-5.770 0 kg(C)/(m2·a)和-0.002 1 kg(C)/(m2·a)。

2.2 建设用地碳排放量的计算

建设用地的碳排放量参考李颖［13］等人对江苏省区域不同土地利用方式碳排放效应分析的计算方法，通过其利用过程中能源消耗碳排放间接估算，公式如下:

式中:Aj为建设用地碳排放量;j为不同地区;Bj为消耗标准煤量;Gj为煤炭消耗的碳排放转换系数，转换系数采用国家科委气候变化项目研究中拟定的参数值0.726 0 t(C)/t。

2.3 碳源区宏观驱动因素分析方法

选用单因变量最小二乘回归模型，即 PLS模型(partial least squares mode)对碳源地区的碳排放量影响因素进行分析，PLS用 Vf(variable importance in projection)来表示，公式如下:

式中:q为自变量个数;n为提取的主成分个数;Whf为轴W的第f个分量;f为不同宏观驱动因素，它用来测量自变量;Rd(Y;N)表示轴N对Y的解释能力;Rd(Y;t1，…，tm)则表示轴t1，t2，…，tm对Y的累计解释能力。借鉴贾俊松［14］对中国能耗碳排量宏观驱动因素的Hi·PLS模型分析中的结论可以记Vf值大于1的是重要驱动因素。Vf值在0.8～1之间的因素认为是不重要驱动因素，Vf值在0.8以下认为是最不重要驱动因素。

2.4 生态补偿标准的计算

目前，较常用的计算固定CO2价值的方法是造林成本法和碳税率法［15-16］。国内研究指出，在中国种植森林，每储存1 t CO2的成本约为122元人民币，将此碳排放价格设定为生态补偿的下限标准;国内比较常用的合理价格为272.65元/t(C)，将此价格设定为生态补偿的适当标准;现阶段国际上通用的是瑞典碳税率，即150美元/t(C)相当于1 002元/t(C)，将此价格设定为生态补偿的上限标准。

3 结果分析

3.1 天山北坡经济带各市县各种土地类型利用概况

天山北坡经济带东起乌鲁木齐，西至伊宁，农业、牧业、林业总产值占全疆比重分别为14.5%，14%和12.7%，农业生产水平较高，土地利用率高达70%左右。该区域与全疆及其他区域未利用土地面积较大的特点不同，经济带内草地面积最大(表1)，2012年达到1 711万hm2，12年间的变化幅度也最大，达到746.87万hm2;与草地相比，林地面积相对比重较小且分布极不平衡，仅有乌苏、奇台等林场面积较大的市县有20万hm2以上的林地，其他地区林地面积相对较小，林地总体地均值不高，且未发挥好应有的生态效益［17-18］。随着经济的发展、人口的增长、资源的开发和城镇化步伐的加快，2000—2012年间天山北坡经济带土地资源的利用方式发生了较大变化。12年来耕地、林地、草地的土地面积年均增速分别为0.07，0.07和0.05，但建设用地煤耗的年均增速为0.14，是其他3类土地年均增速的一倍。10多年来，天山北坡经济带城镇规模在扩大，空间上形成了建设用地的扩张现象。2012年建设用地煤耗总量为6 548.28万t，其中，乌鲁木齐市建设用地煤耗所占比例最大，占28.78%，其次是石河子市，由2000年的第四跃居为第二，占12.55%，反映出这些城市工业化水平较高，社会经济相对较发达。

表1 2000，2012年天山北坡经济带各市县不同类型土地利用情况Tab.1 The states of landuse for Economic Belt on the Northern Slope of the Tianshan Mountains in 2000 and 2012

3.2 天山北坡经济带碳排放量及排放强度

12年间碳排放量增长居前三位的县(市)分别是乌鲁木齐市、石河子市和昌吉市(表2)。究其原因，主要是受新疆经济发展和西部大开发的影响，2000年以后天山北坡经济发展速度逐步加快［19］，以乌鲁木齐、昌吉、石河子、奎屯、克拉玛依等城市为主的经济发展地带成为带动区域经济发展的主要力量，以石油石化、煤炭、钢铁等为主的工业发展速度加快，以特色农产品加工和设施农业为主的集约型农业经济发展势头较好［20］，区域经济发展水平有了极大的提高。在经济发展和工业化的带动下，天山北坡经济带多数城市城市化步伐加快，尤其是区域中心城市对外用地扩展规模加大，其中，最快的是乌鲁木齐、石河子、昌吉等经济发展水平较高的城市，这直接导致了这部分城市的碳排放量大幅上涨。

对天山北坡22个市县的碳排放量分别进行计算，并分别将碳排放量除以各市县的GDP和土地面积得到各市县GDP碳排放强度和土地碳排放强度值(图1)。12年间经济带内各市县碳排放强度变化差异较大，整体呈上涨趋势。其中，作为商业中心和工业中心的乌鲁木齐和克拉玛依市，虽然碳排放总量很高，但GDP碳排放强度却涨幅不大，说明该地区12年间的GDP增长比碳排放量增长更为明显，产业结构处于相对合理的状态，而吐鲁番市、石河子市的GDP碳排放强度分别上涨了4.1万和2.9万t/亿元，远远高于其他市县，说明这两个地区的产业结构有待进一步提升。此外，乌苏和精河县的林地和草地面积扩充较大，12年间在保持经济增长的前提下实现了碳排放强度大幅下降，为区域的整体生态平衡做出了很大贡献。

表2 天山北坡经济带各市县碳排放量情况 万tTab.2 The carbon emissions for Economic Belt on the Northern Slope of the Tianshan Mountains

图1 天山北坡各市县2000，2012年碳排放强度Fig.1 Emission intensity for Economic Belt on the Northern Slope of the Tianshan Mountains in 2000 and 2012

3.3 天山北坡经济带碳排放空间差异

采用重叠法对天生北坡经济带内各市县碳排放量及地均碳排放强度进行重叠划分，将两个指标均远远高于带内平均水平的地区划分为主要碳源区，将两个指标均远远低于带内平均水平的地区划分为主要碳汇区，将两个指标一高一低或在平均水平上下浮动的区域划分为碳中和区得到碳排放空间分布(表3)。分析结果基本符合发展实际，乌鲁木齐市作为新疆的首府和商业中心，现有大量的高科技产业和劳动密集型产业，不论在人口、交通还是经济发展的综合实力上都具有绝对的优势，也就造成了其碳排放量的居高不下。其次为克拉玛依市，克拉玛依长期以来的定位都是资源型城市，其经济发展主要依靠对外贸易和输出矿产资源，其发展方式只能是通过消耗本地的自然资源存量来弥补生态承载力的不足，这既是造成克拉玛依市长期以来生态赤字的主要原因，也是阻碍克拉玛依市实现可持续发展的重要因素。然后依次是吐鲁番市、阜康市、石河子市和昌吉市，在一定程度上也说明这些城市经济的发展是依靠过度开发本地区的资源或利用周围其他地区的资源，资源利用处于不可持续的状态。

3.4 碳源区碳排放宏观驱动因素分析

以重要碳源区碳排放总量数据作为因变量Y，选择与碳排放有较强相关性的20个宏观变量组成自变量集合X，构建分析数据库。采用经典PLS模型进行分析，得出各宏观驱动因素对碳排放量的弹性系数按重要性从大到小可依次排序为:城镇总人口、第一产业收入、GDP、第二产业收入、货物周转量、民用汽车量、运输公路线路长度、运输铁路线路长度、各类卫生机构床位数、邮电函件业务量、农业支出、第三产业收入、杂志出版数量、国家财政支出、国家财政收入、农村人口、贸易进口总额、贸易出口总额、耕地面积、农作物总播种面积。其中Vf值大于1的指标有城镇总人口、第一产业收入、GDP、第二产业收入、货物周转量。Vf值在0.8以下的指标有贸易出口总额、耕地面积和农作物总播种面积。

表3 天山北坡经济带各市县碳排放空间分布Tab.3 The spatial distribution of carbon emissions for Economic Belt on the Northern Slope of the Tianshan Mountains

3.5 碳排放生态补偿标准

根据天山北坡经济带各市县2012年碳排放量和不同固碳价格计算出生态补偿额度(表4)。从碳排放的角度看，乌鲁木齐市、克拉玛依市、吐鲁番市、昌吉市、石河子市、阜康市六市应该为精河县、乌苏市、察布查尔县、吉木萨尔县、奇台县五县(市)提供生态补偿，其中，以乌鲁木齐市应提供的补偿最高，补偿标准应为13.42亿～110.2亿元。而作为碳汇区的精河县、乌苏市、察布查尔县、吉木萨尔县和奇台县则应视情况的不同获得相应的生态补偿。

表4 2012年碳源区各市生态补偿额度Tab.4 Carbon source area ecological compensation in 2012

4 结论

自2000年以来，随着天山北坡经济带的迅速发展碳排放总量明显增加，12年间增加了2 979万t，年均增长1.1%，其中乌鲁木齐市、克拉玛依市、吐鲁番市、昌吉市、石河子市、阜康市为主要的碳源区，而精河县、乌苏市、察布查尔县、吉木萨尔县、奇台县为主要的碳汇区。综合来看，碳源区明显占主导地位，造成该区域碳排放量增长的主要宏观驱动因素中排前五位的为城镇总人口、第一产业收入、GDP、第二产业收入和货物周转量。该分析结果基本符合该区域发展实际，天山北坡经济带是依托克拉玛依油田的开发和兰新铁路的修筑而形成的，其工业产值常年占全疆的70%以上，是新疆地区最大的经济支持区和先导区，其碳排放主要来源于一产、二产和GDP等宏观驱动因素。其次，经济带内各市县碳排放强度差异显著，地均碳排放强度以乌鲁木齐市最高(9.86 t/hm2)，其次为石河子市和奎屯市。GDP碳排放强度以吐鲁番市最高(3.9万t/亿元)，其次为石河子市、昌吉市和阜康市，其他区域的碳排放强度差异不大。在生态补偿方面，以乌鲁木齐市最高，2012年乌鲁木齐市应提供的生态补偿标准应为13.42亿～110.2亿元，其次为石河子市，提供的生态补偿标准应为5.73亿～47.04亿元。事实上，提供生态补偿并不是实现区域经济健康可持续发展的必要条件，但是，在区域经济发展不平衡的前提下，设定适当的生态补偿标准将有利于区域经济增长方式向内涵式发展道路的转变。

天山北坡经济带土地资源价值位居全疆三大地带之首，22个市县发展条件各不相同，因此，经济带内工农业的发展应因地制宜，结合各市县发展特点，合理布局，以实现经济带整体效益最大化。对于乌鲁木齐市、克拉玛依市这样的GDP碳排放强度不大但土地碳排放强度较大的碳源区，应增加林场、草场的种植面积;对于乌苏市、奇台县和吉木萨尔等林业相对其他市县所占比例较大的资源型市县，应在积极发展林牧业的同时适度引进加工业和生产业，这不仅有利于农村经济的繁荣，还有利于解决当地的就业问题;沙湾县、玛纳斯县均为农业大县(市)，但其农业发展与工业的关联性较低，严重制约了农村经济的发展，应加强工业尤其是轻工业与农业的关联发展;石河子和昌吉则应以农业科技园区为依托辐射带动整个区域的农业产业化发展。

［1］Noordwijk M，Chandler F，Tomich T P.An Introdution to the Conceptual Basis of RUPES［R］.Borgor:ICRAF，2004.

［2］Wunder Sven.Payment for Environmental Service:Some Nuts and Bolts［J］.CFFOR Occasional Payer，2005(8):42-43.

［3］Larson J S.Rapid Assessment of Wet Lands:History and Application to Management［J］.Global Wetlands:Old World and New，1994(6):625-636.

［4］Harnndar B.An Efficiency Approach to Managing Mississippi's Marginal Land Based on the Conservation Reserve Program［J］.Resource，Conservation and Recycling，2001(26):15-24.

［5］Drechsler M，Watzold F.The Importance of Economic Costs in the Development of Guide Lines for Spatial Conservation Management［J］.Biological Conservation，2001，97(7):51-59.

［6］Johst K，Drechsler M，Watozlod F.An Ecological-economic Modeling Procedure to Design Compensation Payments for the Efficient Spatio-temporal Allocation of Species Protection Measures［J］.Ecological Economics，2002，41:37-49.

［7］Wu Junjie，BruceA.Babcock Relative Efficiency of Voluntary Versus Mandatory Enviromnental Regulations［J］.Journal of Enviromnental Economics and Managtnent，1999，38:158-175.

［8］杜万平.构建区域补偿机制促进西部生态建设［J］.重庆环境科学，2001，23(5):1-3.

［9］刘金平.矿区直接环境成本评估［J］.能源与环境保护，2003，17(1):21-22.

［10］熊鹰，王克林，蓝万炼，等.洞庭湖区湿地恢复的生态补偿效应评估［J］.地理学报，2004，59(5):772-780.

［11］路卓铭，沈桂龙，于蕾.短缺与可持续双重视角下资源开发补偿机制研究——兼论我国资源型城市可持续发展的长效机制［J］.财经研究，2007，33(9):4-14.

［12］章铮.生态环境补偿费的若干基本问题［M］//国家环境保护局自然保护司.中国生态环境补偿费的理论与实践.北京:中国环境科学出版社，1995:81-87.

［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，2008，25(9):102-104.

［14］贾俊松.中国能耗碳排量宏观驱动因素的Hi·PLS模型分析［J］.中国人口·资源与环境，2010，20(10):23-24.

［15］孙贤斌，傅先兰，倪建华，等.安徽省会经济圈碳排放强度与生态补偿研究［J］.地域研究与开发，2012，31(1):137-138.

［16］谢正宇，高丽君，谢正君.新疆土地生态环境问题与对策［J］.干旱环境监测，2007，21(2):113-115.

［17］郭亚萍，罗勇.新疆土地实行适度规模经营的探讨［J］.经济地理，2010，30(1):122-125.

［18］郑江.对新疆土地生态环境保护的思考［J］.测绘与空间地理信息，2008，31(2):119-122.

［19］潘伟.天山北坡经济带产业结构演进与工业空间布局优化研究［D］.北京:中国科学院研究生院，2011:46-48.

［20］肖主安，彭欢.我国低碳经济型土地利用模式的路径选择［J］.求索，2010(4):81-82.