土地利用的碳排放效率及其低碳优化 · 2010-12-05 · $#>l; 自#然#资#源#学#报...
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书书书
第!"卷#第$$期 自#然#资#源#学#报%&'(!")&($$#
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收稿日期!!*$*8*98!:"修订日期!!*$*8*;8$<#
基金项目!国家科技支撑计划$!**;=/+$$=*<%#
第一作者简介!游和远$$:><8%!男!浙江温州人!博士研究生!主要从事土地利用管理与土地生态研究#3?@AB'&
C&DEFCDAGHI@AB'7J&@
土地利用的碳排放效率及其低碳优化
"""基于能源消耗的视角
游和远!吴次芳$浙江大学 土地科学与不动产研究所!杭州<$**!:%
摘要!碳排放效率可以弥补碳排放总量等指标对碳排放作为成本对期望产出作用考虑不足的
弱点#研究以土地利用中能源消耗产生的碳排放为基础!基于投入导向的 55.与 =55模型测
算土地利用碳排放的总效率'技术效率'规模效率与规模报酬#研究结果表明&<*个省份中仅
内蒙古'福建'广西'青海土地利用碳排放总效率有效"技术效率与规模效率的效率值及其分布
与土地利用特征存在联系!规模效率有效地区分布远小于技术有效"规模效率有效省份与规模
报酬不变省份存在不一致!改善土地利用碳排放规模效率需要考虑地区规模报酬所处阶段#因
此对!;个碳排放非K3/有效省份的土地利用从投入与产出进行低碳优化!并给出投入冗余度
与产出不足率#最后针对低碳优化结果!设计包含土地利用能源投入控制以及基于土地资源配
置的产出优化的土地利用低碳排放对策!以实现碳排放效率有效#
关#键#词!土地资源管理"土地利用"K3/"碳排放效率"低碳
中图分类号!1<*$7!9###文献标志码!/###文章编号!$***8<*<L$!*$*%$$8$>L"8$!
人类在土地上的生产生活以及土地自身利用状态的保持与转变是陆地碳排放的主要来
源#MN55将碳源分为能源'工业过程和产品使用'农业林业和其他土地的状态保持与相互
转换($)
!*中华人民共和国气候变化初始国家信息通报+计算发现能源燃烧产生的碳排放约
占到中国碳排放总量的>*O左右!能源消耗是当前中国最重要的碳排放来源#在已有的文
献中能源消耗是现在碳排放研究的重点!王倩倩等(!)
'张雷等(<)分别从人均碳排放重心移
动'产业8能源关联及能源8碳排放关联解释了能源消耗碳排放空间特征#为了寻找影响
碳排放的因素!徐国泉等(9)运用对数平均权重 KB6BPBA分解法分析了能源结构'能源效率和
经济发展等因素的变化对中国人均碳排放的影响"朱勤等(")基于扩展的QACA恒等式建立因
素分解模型来考量经济产出规模'人口规模'产业结构'能源结构等对碳排放的影响"刘红光
等(;)利用0RKM方法对中国工业燃烧能源导致碳排放的因素进行了分解#从能源消耗去理
解碳排放演变'影响因素'效应等关键问题!可为有效管控碳排放提供支撑#涉及土地利用
中碳排放的研究主要集中在土地自身状态保持与转变!土地利用变化与碳排放之间存在着
显著关系#S&DIET&G等建立=&&UUFFVBGI@&WF'分别估算了工业革命以来全球土地利用与
覆被变化引起的排放(L)
"基于$>"*,$:>"年陆地景观重建后拉丁美洲地区陆地覆被变化所
产生的5,
!
排放量(>)
"$>"*,$::"年南亚与东南亚地区因森林及土地利用变化引起的 5,
!
排放量(:)
"$L**,$::*年美国土地利用变化引起的陆地生态系统碳储量变化($*)
#葛全胜
$>L;# 自#然#资#源#学#报 !"卷
等($$)运用=&&UUFFVBGI@&WF'估算了中国过去<**A间由于土地利用'土地覆被变化!地上
植被被破坏引起的碳排放大约为<(L*NI5"土壤有机碳排放介于*(>*X"(>9NI5!植被和
土壤变化产生的碳排放为9("*X:("9NI5#这个结果与 S&DIET&G等($!)估计得到的过去
<**A由于土地利用与覆被变化中国共排放$LX<<NI5有较大差别#刘纪远等($<)基于土
壤剖面资料和2R影像分析了$::*,!***年中国土地利用变化对土壤碳氮储量的影响#
张兴榆等($9)则运用MN55建议国家温室气体清单方法利用<期遥感影像计算环太湖地区土
地利用变化对生态系统中植被碳储量的影响#周涛等($")分析得到林地与草地转变为耕地
以及人类通过灌溉'氮肥的使用全球变暖背景下土壤呼吸的碳通量有所增强#综合文献研
究发现关于土地利用对碳排放的影响主要集中在土地自身自然属性上!而占碳排放比重很
高的能源消耗与土地利用之间的关系一直被忽略!本文则试图耦合二者#
碳排放效率用以观察碳排放代价可以实现的价值大小!以兼顾碳排放的权利与义务#
碳排放效率一定程度上弥补了碳排放总量等指标过度重视碳排放作为社会环境成本!忽视
对碳排放作为成本在实现福利中所具备作用的不足#在具体实践中!单位 YKN碳排放量'
人均碳排放量'人均累积碳排放量等指标设计已经意识到碳排放效率的存在!在重视控制碳
排放的同时又强调碳排放作为现阶段发展需要的客观存在#目前关于碳排放效率的研究文
献很少!本文将估算土地利用中能源消耗产生的碳排放量!以及基于投入产出的碳排放效
率!并对碳排放无效率区域进行低碳优化!实现K3/$KATA3G6F'&V@FGT/GA'CPBP%有效#
$#研究方法
!"!#土地利用碳排放效率计算模型
K3/是衡量相对效率的重要方法!在处理多投入多产出效率问题中!K3/具有明显的优
势#K3/在分析效率中主要采用的有55.模式与=55模式#55.模式基于固定规模报酬的
假设!该模式所得到的是估算单元KR-$KFJBPB&GRAUBGI-GBT%的总效率#而=55则放宽了关
于规模报酬固定的假设!基于可变规模报酬!该模式所得到的为技术效率#55.与=55模式
根据导向不同可以再分为投入导向型与产出导向型#投入导向型对投入量进行控制!目的在于
满足既定产出水平下最小化投入量#产出导向型则在既定投入水平下期望实现最大化产出量#
在碳排放效率计算中选择投入导向型55.模式与=55模式来构建基础计算平台#
投入导向型55.模式数学表达中!假设有!个KR-!效率值的分式计算如下&
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代表第 #个 KR-的效率值$相对效率%"
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为非阿基米德无
$$期 游和远等&土地利用的碳排放效率及其低碳优化 $>LL#
穷小量#
将式$$%转为为55.对偶式方程&
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投入导向型=55模式线性规划表达式如下&假设有!个KR-!则
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代表第#个KR-的效率值$相对效率%#
利用线性规划对偶理论进行转换!并加入!
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则第#个KR-的规模效率为&
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#
$"%
!"$#土地利用碳排放效率投入产出指标
在选择碳排放效率投入产出指标前需要确定用于效率分析的同质 KR-#本研究中以
中国大陆省级行政区为分析单元!考虑到西藏'台湾'香港和澳门部分关键统计数据无法获
得!确定<*个省$自治区'直辖市%为KR-#
现有生产技术水平下!碳排放总是伴随着能源投入而出现在土地利用环节中!碳排放某种
程度上作为一种投入总是对应着一定的期望产出#.FBGEA\W等($;)
'SAB'D等($L)
'王波等($>)将
非期望的污染排放物或者环境残余物作为投入指标进行处理!以便用K3/进行包含非期望产
$>L># 自#然#资#源#学#报 !"卷
出的环境效率分析#本研究中借鉴这种处理方法!并主要考虑土地利用中的能源消耗对碳排
放的影响!同时将具有相近性质的煤炭与焦炭消耗归为煤类消耗!油'燃料油'汽油'煤油'柴油
消耗归为油类消耗!最终将地均煤类消耗碳排放量'地均油类消耗排放量'地均天然气消耗碳
排放量作为投入指标#选用期望产出人均第一产业增加值'人均第二产业增加值'人均第三产
业增加值为产出指标#投入项个数[产出项个数]KR-个数 !!满足K3/分析要求#
表$中指标计算所需要的数据来源&分地区的煤炭'焦炭'原油'燃料油'汽油'柴油'天
然气消耗量来源于*中国能源统计年鉴!**>+!分地区的总人口数'第一产业增加值'第二产
业增加值'第三产业增加值'农用地与建设用地面积来自*中国统计年鉴!**>+#表!给出
本研究中计算所需要基础数据的统计描述#
表!#碳排放效率投入产出指标
2A_'F$#2EFBGVDT?&DTVDTBGWFZBGAPPFPP@FGT&JA\_&GF@BPPB&GFBJBFGJC
指标 指标说明
地均煤类消耗碳排放量 T.$U@
!
%
8$
煤类消耗碳排放总量 已利用土地面积#煤类消耗包括煤炭与焦炭
消耗#已利用土地面积包括农用地面积与建设用地面积$下同%
投入指标地均油类消耗碳排放量 T.$U@
!
%
8$
油类消耗碳排放总量 已利用土地面积#油类消耗包括原油'燃料
油'汽油'煤油'柴油消耗
地均天然气消耗碳排放量 T.$U@
!
%
8$ 天然气消耗碳排放总量 已利用土地面积
人均第一产业增加值 元.人 8$ 第一产业增加值 总人口数
产出指标 人均第二产业增加值 元.人 8$ 第二产业增加值 总人口数
人均第三产业增加值 元.人 8$ 第三产业增加值 总人口数
表$#基础数据统计描述
2A_'F!#4TATBPTBJA'WFPJ\BVTB&G&_APBJWATA
! 最小值 最大值 均值 标准差
煤炭消耗量 $*
9
T
<* 9$9(** <$L*<(** $*;<>(;* >$!L($;
焦炭消耗量 $*
9
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<* !!(:: "$!L(<< :;>(!; $*""(:<
原油消耗量 $*
9
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<* *(** ">:<(9; $$L"(<* $<<$("$
燃料油消耗量 $*
9
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<* *($> $<$;(99 $<9(<$ !L:(!!
汽油消耗量 $*
9
T
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煤油消耗量 $*
9
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柴油消耗量 $*
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<* 9>(<" $9<>(!$ 9<"(:" <$;(>>
天然气消耗量 $*
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农用地 $*
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建设用地 $*
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<* !*(:* !9>(:* $*>(>" ;*(>>
第一产业增加值 $*
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第二产业增加值 $*
>元 <* <;9(!; $":<:($* 9;*L(:; 9$>9(*;
第三产业增加值 $*
>元 <* !>!(9! $<99:(L< <;$L(>< <*"9(9:
总人口 $*
9人 <* ""!(** :99:(** 9<!$($L !;<L(9;
!"%#能源消耗碳排放量
碳排放计算公式如下&
5$
!
5
6
$
!
7
6
3
6
58
6
$;%
式中&5为碳排放总量!5
6
为第6种能源消耗碳排放总量!7
6
为第 6种能源消耗量!3
6
为第 6
种能源MN55给定的碳排放系数!58
6
为第6种能源平均低位发热量#
MN55在*!**;国家温室气体清单指南中+给出煤炭的缺省碳排放因子为!"(>UI5Y+!
$$期 游和远等&土地利用的碳排放效率及其低碳优化 $>L:#
焦炭为!:(!UI5Y+!原油为!*(*UI5Y+!燃料油为!$($UI5Y+!汽油为$:(*UI5Y+$汽
油取自车用汽油与航空汽油平均值%!煤油为$:(;UI5Y+!柴油为!*(!UI5Y+!天然气为
$"(<UI5Y+#在已有文献中!多数研究仅将产生碳排放的能源分为煤炭'石油'天然气!并给
出各类能源的碳排放系数#王倩倩等(!)整理得到K,33M/'日本能源经济研究所'中国工程
院'国家环保局温室气体控制项目'国家科委气候变化项目'国家发改委能源研究所;个代表
性研究中采用的碳排放系数!其中煤炭碳排放系数$TTJF%区间为(*(;>*!*(L";)!石油区间
为(*(9L>!*(">;)!天然气区间为(*(<>:!*(99:)#为比较需要!对 MN55的缺省碳排放因子
进行单位转换!可得煤炭碳排放因子为*(L""TTJF!焦炭为*(>""TTJF!原油为*(">9TTJF!
燃料油为*(;$>TTJF!汽油为*("";TTJF!煤油为*("L9TTJF!柴油为*(":$TTJF!天然气为
*(99>TTJF!通过对比;个代表性研究成果可以认为本研究采用的碳排放系数是可接受的#
!#土地利用碳排放效率计算与分析
$"!#土地利用碳排放效率计算
以K3/?4,0%3.为计算平台($:)
!计算<*个省$市'区%的碳排放效率!具体包括总效
率'技术效率'规模效率及规模报酬$表<%#
表%#土地利用碳排放效率
2A_'F<#5A\_&GF@BPPB&GFBJBFGJC&'AGWDPF
KR- 总效率 技术效率 规模效率 规模报酬
北京 *($*:$ $(**** *($*:$ 规模报酬递减
天津 *(*;>! $(**** *(*;>! 规模报酬递减
河北 *(!$LL *(!!L! *(:">* 规模报酬不变
山西 *(<!$$ *(<;L> *(>L<$ 规模报酬递增
内蒙古 $(**** $(**** $(**** 规模报酬不变
辽宁 *(!*;; *(<*!; *(;>!; 规模报酬递减
吉林 *("$*: *("$;< *(:>:; 规模报酬不变
黑龙江 *(9L"9 *(9LL" *(::"9 规模报酬递减
上海 *(*9;: $(**** *(*9;: 规模报酬递减
江苏 *(*::" $(**** *(*::" 规模报酬递减
浙江 *(!"$$ $(**** *(!"$$ 规模报酬递减
安徽 *(<<!" *(9$;L *(L:L: 规模报酬递增
福建 $(**** $(**** $(**** 规模报酬不变
江西 *(>:;" *(::$9 *(:*9< 规模报酬不变
山东 *($"!* *("!L" *(!>>! 规模报酬递减
河南 *(*>:> *($$LL *(L;!< 规模报酬不变
湖北 *(<*;$ *(<<"L *(:$$> 规模报酬不变
湖南 *(9$9* *(9<>L *(:9<> 规模报酬不变
广东 *(!>9; $(**** *(!>9; 规模报酬递减
广西 $(**** $(**** $(**** 规模报酬不变
海南 *("<L> $(**** *("<L> 规模报酬递减
重庆 *($*!! *($!>: *(L:!L 规模报酬不变
四川 *(!L!L *(9L9! *("L"$ 规模报酬递减
贵州 *(!>;< *(;:** *(9$9: 规模报酬递增
云南 *(L<>" $(**** *(L<>" 规模报酬递增
陕西 *($;*: *($>!> *(>L:: 规模报酬不变
甘肃 *(<><9 *(;*$* *(;<>* 规模报酬不变
青海 $(**** $(**** $(**** 规模报酬不变
宁夏 *($$9$ *($":* *(L$L; 规模报酬不变
新疆 *(L:!! $(**** *(L:!! 规模报酬递减
$>>*# 自#然#资#源#学#报 !"卷
$"$#土地利用碳排放效率分析
在<*个KR-中!仅内蒙古'福建'广西'青海为总效率有效单位!碳排放总效率最低的
为上海#碳排放总效率有效单位主要集中在土地利用强度低'土地总产出不高的欠发达地
区"处在经济发达的长江三角洲的浙江'江苏与上海碳排放总效率偏低#这意味着目前在主
要经济发达地区土地利用的产出并不是低碳利用!地均土地的相对高效伴随着碳排放相对
无效的代价#
碳排放总效率无效的原因之一是技术效率无效#技术效率无效被认为是所投入资源
的利用无效而产生资源浪费#从碳排放理解!技术效率的无效是在考虑规模报酬影响
下!现有地均各类能源消耗碳排放量作为期望产出的伴随代价并没有实现期望产出最
大#北京'天津'内蒙古'上海'江苏'浙江'福建'广东'广西'海南'云南'青海'新疆为技
术效率有效!其余$L个省份技术效率无效#$<个技术有效 KR-中存在9个总效率有
效!技术效率有效在地域上分布比总效率有效分布广泛得多#从技术无效省份分析!$L
个技术效率无效 KR-的技术效率全部高于总效率!在技术效率无效造成土地利用碳排
放总效率无效外!同时存在着与技术效率一起制约碳排放总效率的规模效率无效#具体
到土地利用差异上!上海'江苏'浙江等土地利用高产出地区在技术效率表现上区别于总
效率无效而实现效率有效!这些地区土地利用的碳排放投入在可变规模报酬下!现有土
地利用管理水平下可以实现人均第一'二'三产业增加值的产出最大"多数土地利用低效
产出区与总效率特征保持一致#
对<*个省份进行规模效率分析#规模效率可以判断<*个省份是否处在最适规模!规
模过大或过小都将导致平均投入的增加#内蒙古'福建'广西'青海为规模效率有效单位!在
分布上与总效率有效一致!总效率无效的单位规模效率一定无效#与技术效率相比!规模效
率有效的实现要更加困难!土地利用碳排放规模效率有效的省份仅为技术有效的<*(>O#
在规模效率下结合规模报酬区间进一步分析!可以发现河北'内蒙古'吉林'福建'江西'河
南'湖北'湖南'广西'重庆'陕西'甘肃'青海'宁夏处在规模报酬不变阶段!总效率有效的9
个省份全部包含在规模报酬不变省份中#同样处在规模报酬不变阶段!但规模效率无效的
省份!如河北'吉林'江西'河南'湖北'湖南等!尽管土地利用的碳排放增加幅度与土地利用
产出增加幅度一致!然而与规模效率有效的单位相比!相同的土地利用碳排放增加幅度仍然
要低于规模有效单位的土地利用产出增加幅度#北京'天津'辽宁'黑龙江'上海'江苏'浙
江'山东'广东'海南'四川'新疆处在规模报酬递减阶段!对于这些省份!控制土地利用中碳
排放增长甚至缩小碳排放规模有利于碳排放规模效率的提高#山西'安徽'贵州'云南处在
规模报酬递增阶段!相比规模报酬不变与递减省份!处在规模报酬递增阶段的省份为少数!
有效改善这些地区规模效率一般认为可以通过扩大土地利用碳排放规模#
<#土地利用碳排放低碳优化与分析
%"!#土地利用碳排放低碳优化结果
碳排放低碳优化用以解决土地利用碳排放总效率无效地区存在的投入冗余与产出不足
问题#投入导向型K3/分析的目的在于实现既定产出水平下最小化投入量!通过碳排放低
碳优化可以改变碳排放无效地区在确保土地产出条件下!最小化碳排放的目的#土地利用
的低碳排放受土地利用水平的制约!是一定自然经济条件下形成的可接受的一定土地产出
下的土地碳排放水平#更准确地说!本研究中界定的土地利用碳排放低碳优化实质是相对
$$期 游和远等&土地利用的碳排放效率及其低碳优化 $>>$#
低碳优化!即通过减少碳排放与提高土地产出优化总效率无效地区以达到现有实现总效率
有效地区的投入产出水平#表9给出调整土地利用投入产出的方案!以优化!;个非 K3/
有效KR-#表中包括每个省份需要减少的地均煤类消耗碳排放量$0
8
$
%'地均油类消耗碳
排放量$0
8
!
%'地均天然气消耗碳排放量$0
8
<
%投入及其冗余度!和需要增加的人均第一产业
增加值$0
[
$
%'人均第二产业增加值$0
[
!
%'人均第三产业增加值$0
[
<
%产出及其不足率#
表&#土地利用碳排放低碳优化结果
2A_'F9#0&aJA\_&G&VTB@BbATB&G&'AGWDPFJA\_&GF@BPPB&G
KR-
投入优化 产出优化
0
8
$
$T.U@
8!
%
冗余度
O
0
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!
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8!
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冗余度
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$
4$元4人%
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49
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贵州 ;9(9: $;(; *(** *(* *(** *(* *(** *(* $"*;(:< 9:(9 $L<(!L "(L
云南 <L(*< !<(* *(** *(* *(** *(* *(** *(* $>*!("L <:(L "L!(:! $9(*
陕西 *(** *(* $*(:: $$(; *(** *(* $9*(>* >(: *(** *(* !::(:L "(:
甘肃 *(** *(* $L("; <$(" *(** *(* *(** *(* $"*"(L9 <*(> 9!!(99 $*(L
青海 *(** *(* *(** *(* *(** *(* *(** *(* *(** *(* *(** *(*
宁夏 *(** *(* *(:* $(> *(** *(* !>"(9: $L(> ;:>(!L :(9 *(** *(*
新疆 *(** *(* $>(<< "L(L *(** *(* *(** *(* ;:"9($> >>(9 9*L:(*$ ;>("
##注&冗余度c0
8
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d$**O"不足率c0
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d$**O#式中以第-个KR-为对象#
从纵向对低碳优化结果进行分析#地均煤类消耗碳排放量$0
8
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%需要减少投入的共有
>个省份!0
8
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最大值$9!<(9<T.U@
8!
%出现在山西!最小值$"($$T.U@
8!
%出现在四川$0
8
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$>>!# 自#然#资#源#学#报 !"卷
最值分析不考虑*值的KR-!以下松弛变量与剩余变量分析相同%!0
8
$
投入冗余在地域分
布上主要为中西部的土地利用总产出的低效地区#地均油类消耗碳排放量$0
8
!
%需要减少
投入的有$L个省份!0
8
!
分布区间为($(*>!!*<(!9)$T.U@
8!
%!最大减排量出现在上海!最
小则为湖南!0
8
!
投入冗余在东部沿海及其他地区土地利用中都可能出现!与区域的土地利
用投入产出特征关系不显著#地均天然气消耗碳排放量$0
8
<
%需要减少投入的为海南$个
省份#从结果看!土地利用中过度消耗油类能源而产生无效率碳排放是地区土地利用投入
碳排放成本过多的主要原因!!;个总效率无效的KR-中需要减少 0
8
!
的省份是减少 0
8
$
省
份的!($倍!是减少0
8
<
的$L倍!投入冗余分布最广的并不是煤类能源而是油类能源#在技
术效率与规模效率的共同作用下!现有土地利用中煤类能源在一定碳排放强度下实际产出
水平更加接近最大产出!这一点要优于油类能源#人均第一产业增加值$0
[
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%需要提高产出
的共有$$个省份!0
[
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最大值$$$L!!($;元4人%出现在北京!最小值$$!*(!>元4人%出现在
重庆#人均第二产业增加值$0
[
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%需要提高产出的有$:个省份!0
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分布区间为(;9>(9!!
9";<;(9>)$元4人%!北京为最高第二产业增加值不足地!最小则为安徽#人均第三产业增
加值$0
[
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%需要提高产出的有$"个省份!0
[
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的平均值为$LL"(!L元 人!最大为海南!最小
为贵州#<个土地利用产出指标的产出不足在空间分布上基本接近!受地区土地利用已经
存在的特征影响!需要调整不足的产出#
从KR-内部对低碳优化结果进行分析#<*个省份中9个为 K3/有效!调整的变量全
部为*#!;个需要进行投入产出优化的省份中!其中需要调整9个变量的有!个!调整<个
变量的有$>个!调整!个变量的有;个!调整$个变量的为*#多数的总效率无效省份!在
土地利用中需要优化一半及以上的投入产出指标#进一步分析!发现调整9个变量的省份
需要提高产出不足的!个产出指标!调整<个变量的省份同样需要提高!个产出指标!产出
不足是土地利用碳排放效率的主要方面#从冗余度跟不足率比较!选取华北'东北'华东'华
中'华南'西南'西北地区代表性省份分析!华北的北京人均第一产业增加值与人均第二产业
增加值不足率远高于$**O!而唯一的地均油类消耗碳排放量冗余度则低于$*O"山西的人
均第一产业增加值不足率是地均煤类消耗碳排放量冗余度的L(:倍!人均第三产业增加值
不足率接近地均煤类消耗碳排放量冗余度#东北的吉林'黑龙江地均油类消耗碳排放量冗
余度要高于产出指标的不足率"辽宁人均第一产业增加值不足率略微高于地均油类消耗碳
排放量冗余度#华东的上海人均第一产业增加值与人均第二产业增加值不足率高于;"O!
而地均油类消耗碳排放量的冗余度仅为9($O#华中的湖北人均第二产业增加值不足率为
地均油类消耗碳排放量冗余度的!(;倍#华南的广东人均第二产业增加值不足率与地均油
类消耗碳排放量冗余度接近!但人均第一产业增加值不足率是地均油类消耗碳排放量冗余
度的;(9倍#西南的重庆'四川指标不足率度要高于冗余度"而贵州'云南地区的指标优化
特征基本与东北的辽宁相似#西北的甘肃'新疆等地区投入指标的不足率与产出指标的冗
余度基本接近!差异性明显低于华东等地区"宁夏人均第一产业增加值与人均第二产业增加
值的不足率尽管都低于!*O!但地均油类消耗碳排放量冗余度仅为$(>O!差异性要高于西
北其他地区#因此!土地利用中地均产出高'土地利用效益相对理想地区的低碳优化更多表
现出不足率的明显过大"而分布在经济欠发达的西部地区的省份则要求同时关注产出率的
不足与投入的冗余#对于一个非总效率有效的省份!土地利用低碳优化需要从土地利用碳
排放投入与土地产出两个方面同时优化!而结合地区土地利用的特征选择合适的优化路径
$$期 游和远等&土地利用的碳排放效率及其低碳优化 $>><#
对优化结果会有重要影响#
%"$#土地利用碳排放低碳优化对策
将土地利用的碳排放作为投入是K3/效率计算的一种处理!在形式上土地利用碳排放
还是一种非期望的产出#K3/作为效率计算模型!在效率优化路径设计中的作用并不强
大!结合低碳优化结果!初步给出可能的土地利用碳排放优化对策设计#实现土地利用低碳
优化在对策选择上倾向于土地利用中的能源投入控制以及基于土地资源配置的产出优化#
土地利用能源投入的低碳优化策略在于合理选择投入的能源#能源是土地利用中无法
或缺的构成部分!农用地与建设用地作为生产资料进入土地利用系统中总是伴随着能源消
耗#因此选择碳排放因子较小的低碳能源是必须考虑的重要方面!在K3/优化结果中存在
的多数地区天然气消耗在碳排放效率上表现理想支持了这一点#因此天然气'太阳能'水电
等低碳及无碳能源需要在土地利用中进行推广!这或许是实现土地利用碳排放绝对有效的
最终路径#碳排放因子较大的能源!如煤类能源与油类能源!不遵守单位能耗下地均碳排放
越高则碳排放越无效率!在土地利用中选择将高碳的煤类能源用以油类能源等次高碳能源
代替在低碳优化中并不理想#中国作为一个以煤为主要能源的国家!在区域土地利用的能
源投入中业已形成了一个传统有效的煤类能源投入产出机制!因此从土地利用低碳优化结
果表现出来地均煤类能源碳排放的冗余度分布较油类能源小#当前土地利用中对高碳及相
对高碳能源的选择应该区别对待!在单位土地面积上煤类能源碳排放效率较高的地区!应保
持能源利用的现有特征!着重从提高土地利用的产出去进一步改善土地碳排放效率"同时鼓
励煤类能源的低碳转化与清洁利用!通过低碳化技术实现高碳能源在土地利用中低碳化投
入#对在单位土地面积上煤类等高碳能源碳排放效率较低地区!应在土地利用中主要安排
低碳及无碳能源投入!逐步减少煤类能源的消耗"同时促进投入的煤炭类高碳能源的高效利
用!改善土地利用中碳排放技术效率#
产出优化是土地利用低碳优化的重点!从效率出发!一定量的碳排放投入是获得产出的
前提#土地作为重要的生产要素!调控土地以实现土地利用产出是可行的#对人均第一产
业增加值产出不足的地区!要注意控制农用地非农化的压力#从低碳优化结果发现!人均第
一产业增加值不足率较高的地区集中分布在以经济发达'建设用地需求量巨大的省份!由于
存在土地利用的比较效益差异!农用地总是受非农化意图的影响而大量转用为建设用地#
因此需要加强第一产业用地的用途管制与整治补充实现低碳优化#以土地用途管制!控制
第一产业用地平均产出稳定下的大量第一产业用地的流失导致的第一产业总产量降低!确
保人均第一产业增加值的稳定与提高#通过建设用地整治补充!利用农用地碳排放强度要
低于主要用于第二产业与第三产业用地的建设用地排放强度的特征!将低效高碳排放建设
用地整治为低碳排放的第一产业用地!抑制碳排放总量及地均碳排放强度过快增长!改善整
个土地利用的碳排放#人均第二产业增加值产出不足的优化!在提高第二产业用地产出的
同时更要注重降低第二产业增加值平均碳排放强度#在低碳优化结果中与第一产业和第三
产业相比!更多的地区表现出人均第二产业增加值产出不足#避免在人均第二产业增加值
产出不足省份扩张第二产业用地时能源粗放投入与土地粗放利用!减少向高碳排放产业供
地!集约节约利用产业用地提高产出#在第二产业用地集聚区应鼓励低碳产业集聚与现有
产业低碳技术改造!加强工业产业链碳排放管理!实现第二产业用地/减碳0排放#人均第
三产业增加值产出不足主要集中在经济中等及欠发达中部与西部#提高人均第三产业增加
值产出需要耦合土地资源配置与产业结构调整#从碳排放强度看!单位第三产业增加值要
$>>9# 自#然#资#源#学#报 !"卷
低于第二产业增加值"从地均产出看!第三产业用地地均产出要远高于第一产业用地产出"
土地利用中提高第三产业产出既可以满足碳排放控制的需要!又能够实现土地高产出利用#
土地资源利用的低碳优化应与区域产业升级结合!服务于以提高第三产业比重为特征的产
业升级!利用土地资源供给产业发展的总量'结构和时序提高低碳第三产业比重"通过土地
/退二进三0对高碳排放低效工业用地进行用途转换!发展低碳生产型与生活性服务业#
9#结论
基于投入导向的55.与==5模型!将土地利用中碳排放作为投入!测算得到中国<*
个省$市'区%土地利用碳排放效率#对其中!;个碳排放效率非K3/有效的省份的土地利
用进行低碳优化!并从土地利用中能源投入以及基于土地资源配置的产出控制进行对策设
计#投入产出效率分析更加全面地揭示了土地利用碳排放效率的细部特征!重视碳排放效
率在实现土地可持续利用中的作用!同时结合现已存在的区域土地利用强度与效益特点!以
及从效率角度表现出来的能源消耗中产生的碳排放所起的作用!可以构建一个可优化的土
地利用8碳排放8土地产出低碳土地利用系统#本研究给出了一个基于能源消耗的土地利
用碳排放效率!更加完备的包含土地自身状态保持与用途转变的土地利用碳排放应该在未
来研究中进一步深入!对土地利用中受碳排放影响的期望产出的寻找与精细化也有进一步
探索的空间#
参考文献#'()(*(+,(-$!
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TEF\FPD'TP&'&aJA\_&G&VTB@BbATB&G!@FAPD\FPA\FTAUFGT&@AUF'AGWDPF'&aJA\_&GF@BPPB&G7
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K3/FBJBFGJCBTEFPF@FAPD\FPA\FB@V'F@FGTFW7
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FBJBFGJC"'&aJA\_&G