李雪梅，周文華

（天津城建大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，天津 300384）

土地利用變化是人類與地球環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量交互作用的重要表現(xiàn)，它不僅影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的地理分布格局及其生產(chǎn)力，客觀反映人類改變地球生物化學(xué)循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能及產(chǎn)品和服務(wù)的供應(yīng)，而且再現(xiàn)了陸地表面的時空變化過程[1].土地碳排放強(qiáng)度變化是土地利用變化所引起的生態(tài)效應(yīng)之一，由于土地利用方式的改變，釋放到大氣的CO2數(shù)量相當(dāng)于人類活動引起的總排放量的三分之一，成為僅次于化石能源燃燒的第二大溫室氣體排放源[2-4].

由于土地利用變化導(dǎo)致碳排放變化的作用機(jī)理復(fù)雜，不確定因素較多，因此這一領(lǐng)域研究成為全球變化的研究熱點之一.目前，對土地利用變化與碳排放的關(guān)系大多關(guān)注于土地利用的碳排放效應(yīng)或土地利用碳排放的影響因素和時空演變[5-8]；而對碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系研究，一般從定性和定量兩個維度來分析，用定性方法分析經(jīng)濟(jì)增長過程中碳排放增加的原因與對策，或?qū)⑻寂欧帕拷Y(jié)合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP 等）進(jìn)行定量分析[9]. 在定量方法的選擇上環(huán)境庫茲涅茲法以其善于識別污染物與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系在碳排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系研究中應(yīng)用較多，為區(qū)域碳排放提供了重要理論支撐，但是這種方法忽略了碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在的非耦合現(xiàn)象，難以有效識別碳排放與經(jīng)濟(jì)矛盾所處的具體階段[10-11]. 土地利用變化在全球碳循環(huán)中的作用突出，研究經(jīng)濟(jì)增長、土地利用變化與碳排放之間的關(guān)系對實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)脫鉤、調(diào)整區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略、削減區(qū)域溫室氣體排放具有重要意義.

因此本文借鑒經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）用來描述阻斷經(jīng)濟(jì)增長和資源消耗、環(huán)境污染之間關(guān)系的脫鉤理論來研究土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系. 脫鉤就是使具有響應(yīng)關(guān)系的兩個或多個物理量之間的相互關(guān)系不再存在.目前脫鉤理論在資源消耗與經(jīng)濟(jì)增長、能源消費與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系等方面已有應(yīng)用[12-15]，在土地資源領(lǐng)域也有對耕地變化與經(jīng)濟(jì)增長、建設(shè)用地變化與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系進(jìn)行脫鉤分析的案例.諸多已有研究表明應(yīng)用脫鉤理論可以建立資源消耗與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系，其研究成果可以用來指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，因此本文選擇經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用變化都具有典型性的天津市濱海新區(qū)作為研究區(qū)，研究其土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系.

1 研究區(qū)概況

天津濱海新區(qū)成立于1994 年，處于華北平原東北部，海河流域下游，瀕臨渤海，地理坐標(biāo)位于38°40′～39°00′ N，117°20′～118°00′ E. 本文研究空間范圍涉及天津市塘沽、漢沽、大港三個濱海區(qū)的全部用地2 203 km2，東麗區(qū)無暇街、津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)兩個行政區(qū)部分用地67 km2，共2 270 km2（見圖1），研究時間跨度為1995 年至2017 年.

圖1 濱海新區(qū)地理位置圖

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)經(jīng)濟(jì)增長指標(biāo)選擇濱海新區(qū)GDP，數(shù)據(jù)來源于1998—2013 年《濱海新區(qū)統(tǒng)計年鑒》.研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)選取1995 年Landsat TM 影像（分辨率30 m×30 m）、2004 年土地利用現(xiàn)狀圖、2008 年 Landsat ETM影像（分辨率30 m×30 m）、2012 年TM影像（分辨率30m×30m）和2017 年TM影像（分辨率30m×30m）.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化研究方法

研究期土地利用數(shù)據(jù)基于遙感影像，遙感影像經(jīng)過輻射校正，在遙感分析軟件ERDAS IMAGINE9.0 中進(jìn)行解譯.根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合濱海新區(qū)的特點，將研究區(qū)分為農(nóng)用地、建設(shè)用地、水域、林草地、鹽田和未利用地6 類土地利用類型，其中未利用地包括沼澤地.解譯方法采取監(jiān)督分類方法，然后將解譯結(jié)果導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)軟件ARCGIS10.2，對解譯結(jié)果進(jìn)行目視更正，得到濱海新區(qū)土地利用變化數(shù)據(jù).同時基于ARCGIS10.2 獲取土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來分析研究期內(nèi)各類土地利用類型增加與減少的來源.

2.2.2 土地利用碳排放計算方法

這里計算的土地利用碳排放是指土地利用直接碳排放，即是由于LUCC 導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)類型的更替和土地經(jīng)營管理方式的轉(zhuǎn)變，從而造成的碳排放量的變化.計算公式如下[16-17]

式中：Ec為總碳排放量；ei為第i 種土地利用類型產(chǎn)生的碳排放（吸收）量；Ai為第i 種土地利用類型面積；Bi為第i 種土地利用類型的碳排放（吸收）系數(shù)[18-20]（見表 1）.

表1 不同土地利用類型碳排放系數(shù)t/km·2a

2.2.3 脫鉤方法與脫鉤程度

本文采用脫鉤指數(shù)來描述脫鉤的狀況.脫鉤指數(shù)（DSi）是指一定時期內(nèi)土地利用碳排放量變化的速度與經(jīng)濟(jì)規(guī)模（GDP）變化的速度之比.脫鉤指數(shù)的計算公式[10，13]為

式中：DSi為第i 個研究期脫鉤指數(shù)；ΔE 為第i 個研究期土地利用碳排放變化指數(shù)；ΔF 為第i 個研究期GDP 變化指數(shù).

DSi≥1 時，土地利用碳排放量增速與經(jīng)濟(jì)增速同步，或快于經(jīng)濟(jì)增速，稱為絕對掛鉤.0 ＜DSi＜ 1 時，土地利用碳排放量增速慢于經(jīng)濟(jì)增速，即相對脫鉤現(xiàn)象出現(xiàn). 當(dāng)DSi=0 時，說明在經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的情況下，土地利用碳排放量不變.

由于濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢良好，ΔF 不存在小于0 的情況，因此對脫鉤程度的判別，本文借鑒蓋美[21]等曾經(jīng)采用的標(biāo)準(zhǔn)，把判別標(biāo)準(zhǔn)分為絕對脫鉤、相對脫鉤、絕對掛鉤3 種類型，同時弱化絕對脫鉤和絕對掛鉤的劃分而加強(qiáng)相對脫鉤的劃分，以0.25 作為脫鉤程度的區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)，將相對脫鉤劃分為四級相對脫鉤程度，如表2 所示.

表2 土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤程度判別標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與討論

3.1 研究區(qū)土地利用變化情況

在對遙感圖像進(jìn)行解譯后得到5 期濱海新區(qū)土地利用類型圖（見圖2），分別統(tǒng)計1995 年至2017 年各土地利用類型面積如圖3.

圖2 濱海新區(qū)1995 至2017 年土地利用變化圖

圖3 濱海新區(qū)1995—2017 年各類土地利用變化

圖3 顯示研究區(qū)在1995 年至2017 年耕地面積逐年減少，由1995 年的740.1 km2減少到2012 年的411.05 km2. 建設(shè)用地在研究期內(nèi)顯著增加，建設(shè)用地面積從 1995 年的 356.55 km2增至 2017 年的1 050.66 km2，尤其是2004 年之后增長速度加快，這是由于濱海新區(qū)在2006 年被納入國家戰(zhàn)略發(fā)展計劃后，經(jīng)濟(jì)進(jìn)入一個飛速發(fā)展時期，而經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展直接導(dǎo)致對建設(shè)用地需求的增加.水域、未利用地在研究期內(nèi)也整體呈現(xiàn)減少趨勢，截至2017 年未利用地的面積僅存5 km2左右，鹽田面積基本穩(wěn)定，林草地面積變化并不顯著，但是類型卻從以1995 年的草地為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?012 年的以林地為主.為深入了解各類用地的轉(zhuǎn)換方向，利用ARCGIS10.2 獲取研究區(qū)1995 至2017 年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（見表3）.

表3 濱海新區(qū)1995-2017 年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

由表3 可知，濱海新區(qū)在1995 年至2017 年建設(shè)用地增加了694.11 km2，新增建設(shè)用地主要來源于耕地（322.69 km2）、鹽田（126.67 km2）和水域（150.84 km2），表明研究區(qū)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時一方面將大量的鹽田、未利用地等荒蕪的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)價值更高的建設(shè)用地，另一方面也占用了大量寶貴的耕地；相對建設(shè)用地的增加，耕地面積則迅速減少，減少的耕地大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地（322.69 km2），也有部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱植莸兀?0.89 km2）和鹽田（27.96 km2）等；水域、鹽田和未利用地分別有150.84 km2、126.67 km2和84.02 km2的土地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，可以說在研究期內(nèi)新增建設(shè)用地主要來源于耕地、其次為水域、鹽田和未利用地.

3.2 土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤關(guān)系

由濱海新區(qū)研究期內(nèi)各年各類土地利用面積數(shù)據(jù)和公式（1）、公式（2），得到研究區(qū)各研究期土地利用碳排放量，以及各研究期內(nèi)由土地利用變化引起的碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系，同時為解讀經(jīng)濟(jì)發(fā)展與各類用地碳排放之間的關(guān)系，又分別計算各年各類用地的碳排放量以及各研究期內(nèi)各類土地利用變化引起的碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長之間的脫鉤關(guān)系（見圖4）.

圖4 各類用地碳排放量與經(jīng)濟(jì)增長脫鉤關(guān)系

1995 年耕地碳排放在整個研究期內(nèi)與經(jīng)濟(jì)增長是絕對脫鉤關(guān)系，未利用地碳排放在2004 年之后與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系為絕對脫鉤，表明濱海新區(qū)在研究期內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速增長的同時，耕地和未利用地面積一直在減少.建設(shè)用地碳排放、總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間脫鉤關(guān)系在整個研究階段完全一致，而且建設(shè)用地的碳排放對總土地利用碳排放的貢獻(xiàn)最大，在不同研究階段建設(shè)用地的碳排放量均在總碳排放量的98%以上.四個研究階段土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的脫鉤指數(shù)分別為相對脫鉤Ⅰ級、相對脫鉤Ⅲ級、相對脫鉤Ⅰ級和絕對掛鉤，整體而言1995 年—2012 年間研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期階段對土地尤其是建設(shè)用地依賴程度較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段后對土地的依賴程度降低，2012 年后出現(xiàn)絕對掛鉤.

濱海新區(qū)1994 年正式成立，1995 至2004 年間經(jīng)濟(jì)剛處于起步階段，GDP 由1995 年的241.64 億元增長至2004 年的1 323.26 億元，期間耕地面積減少155.59 km2，建設(shè)用地面積增加85.91 km2，土地利用變化并不顯著，因而由土地利用變化引起的碳排放量的變化也不明顯，期間濱海新區(qū)土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的脫鉤指數(shù)為0.06，幾乎接近于0，該研究階段經(jīng)濟(jì)的發(fā)展沒有過多依賴土地利用的變化.

2004 至2008 年間建設(shè)用地面積快速增長，由2004 年的 399.54 km2增加至 2008 年的 732.24 km2，建設(shè)用地碳排放量從2004 年的222.94 萬t 增長至2008 年的408.58 萬t，該研究階段建設(shè)用地碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)為0.528，總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)為0.521，均為相對脫鉤Ⅲ級，是相對脫鉤程度最嚴(yán)重的一個階段.在該階段濱海新區(qū)GDP由2004 年的1 323.26 億元增至2008 年的3 102.24億元，同時土地利用方式也發(fā)生巨大變化，大量農(nóng)用地、未利用地、鹽田等用地方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地.相對脫鉤Ⅲ級表明該階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對土地的依賴程度很高，尤其是依賴于建設(shè)用地面積的增加，可以說該研究階段經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以大量的農(nóng)用地、未利用地等土地資源轉(zhuǎn)為建設(shè)用地為代價.

在經(jīng)歷經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重依賴建設(shè)用地增長的階段后，濱海新區(qū)制定了包括嚴(yán)格保護(hù)耕地、以填海造地的方式來增加土地面積等發(fā)展規(guī)劃，并在2008 年之后取得一定成效. 2008—2012 年，總土地利用碳排放和建設(shè)用地碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤指數(shù)均為0.09，脫鉤程度為相對脫鉤I 級，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對建設(shè)用地的依賴程度比2004—2008 年期間降低.說明在一系列保護(hù)土地資源的可持續(xù)發(fā)展以及低碳發(fā)展策略實施后，以犧牲耕地為代價的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢得以緩解，在正確的發(fā)展模式下，經(jīng)濟(jì)增長可以逐步實現(xiàn)與土地利用相脫鉤.

2016 年政府對天津市濱海新區(qū)GDP 進(jìn)行調(diào)整，濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)增速放緩.截至2017 年濱海新區(qū)碳排放增速與經(jīng)濟(jì)增速幅度一致.2012—2017 年濱海新區(qū)總土地利用碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤指數(shù)為1.01，脫鉤程度為絕對掛鉤.碳排放強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)的同步增長，直接反映就是濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對土地利用的依賴很強(qiáng)，主要是耕地、未利用地面積的減少以及建設(shè)用地和鹽田數(shù)量的增多.土地利用碳排放和經(jīng)濟(jì)增長的理想趨勢是土地利用碳排放量隨經(jīng)濟(jì)增長而減量.雖然濱海新區(qū)處于絕對掛鉤，但不可忽視的是濱海新區(qū)林草地面積不斷增大，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展在不斷尋找降低環(huán)境沖擊的策略.

4 主要建議

利用脫鉤指數(shù)對濱海新區(qū)1995 年至2017 年總土地利用及各地類碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤關(guān)系進(jìn)行分析后得到以下結(jié)論并提出相應(yīng)建議.

（1）濱海新區(qū)占據(jù)天津市雙核發(fā)展的優(yōu)勢，一系列政策和項目促使其經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，其中濱海新區(qū)生態(tài)環(huán)境區(qū)建設(shè)、生態(tài)走廊建設(shè)更是社會關(guān)注的焦點.2016 年天津市進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)整，2012—2017 年表現(xiàn)為絕對掛鉤，脫鉤程度受宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境與政策調(diào)控變化明顯. 2017 年后天津市更應(yīng)把握經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的契機(jī)，推行低碳經(jīng)濟(jì)，加強(qiáng)城市綠化建設(shè)，有條件地區(qū)對未利用地的開發(fā)優(yōu)先考慮綠化，其次綜合運用多種技術(shù)手段對鹽堿地進(jìn)行生態(tài)治理和修復(fù)，即可滿足減碳、景觀等多方面建設(shè)需求.

（2）研究期內(nèi)濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用碳排放脫鉤關(guān)系主要表現(xiàn)為相對脫鉤. 其中2004—2008年為相對脫鉤程度最高的階段Ⅲ級.分析濱海新區(qū)土地利用碳排放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的脫鉤關(guān)系，表明整個研究期內(nèi)均表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展對建設(shè)用地依賴程度最高，濱海新區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以消耗農(nóng)用地、未利用地等土地資源為代價.為降低經(jīng)濟(jì)增長對建設(shè)用地的依賴性，建議研究區(qū)在今后的發(fā)展中，應(yīng)增強(qiáng)建設(shè)用地利用的強(qiáng)度和集約程度，加強(qiáng)對農(nóng)用地和濕地的保護(hù)，提高單位建設(shè)用地面積GDP，扭轉(zhuǎn)以農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地來推動經(jīng)濟(jì)增長發(fā)展的態(tài)勢.

（3）土地作為產(chǎn)業(yè)的載體，其利用方式的轉(zhuǎn)換能夠改變產(chǎn)業(yè)的能源消耗結(jié)構(gòu)，從而改變碳排放量，因此在提高土地集約度的同時，還應(yīng)注重對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整，支持戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，注重研究區(qū)低碳城市的建設(shè)，在土地利用以及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中融入低碳理念.此外依靠科技進(jìn)步降低能源碳排放強(qiáng)度，在提高能源利用效率的同時轉(zhuǎn)變能源消費結(jié)構(gòu)進(jìn)而降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地利用碳排放的脫鉤程度，實現(xiàn)低碳生態(tài)城市的建設(shè)與發(fā)展.

（4）協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)增長和碳排放的關(guān)系是實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵.城市發(fā)展規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、生態(tài)規(guī)劃等多規(guī)融合為統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地利用和碳排放之間的關(guān)系創(chuàng)造了良好的條件.深入推進(jìn)多規(guī)合一，明確發(fā)展邊界、控制用地規(guī)模、保留規(guī)劃彈性空間及協(xié)調(diào)多方利益，建立統(tǒng)一信息管理平臺以實現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、有效配置土地資源和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo).