[摘要]利用“两型社会”先行试验区——湖北1995～2014年统计资料，从能源消耗情况、主要工业品生产、土地使用及废弃物、废水处理四个方面，探讨了湖北碳源与碳汇变化过程，明晰了湖北碳源与碳汇的时序变化及其特征，并以此为基础分析了碳源与碳汇的驱动因素，获得结论：①1995～2014年湖北温室气体排放量较大，且呈不断增长的趋势，其中温室气体排放量增加了166%，年均增速为8.7%；②湖北碳源主要来源于能源消耗部门，占比为66.11%，且能源消耗年均增速达到了9.47%，经济增长、能源消耗结构和产业结构是关键驱动因素；③湖北整体处于碳汇盈余的阶段，净碳汇保持不断增长的趋势，碳汇主要来源是林地碳汇，其驱动因素是林地碳汇项目。进而获得启示：在碳源上，湖北要坚持绿色发展道路不动摇，不断优化产业结构；要加强技术研发，在提升石化资源利用效率的同时，逐步推行新能源；建立健全碳排放管理体系，严格控制碳排放。在碳汇上，要稳步改善植被种植结构，提升湖北林地固碳能力；改善土地利用方式，重视城市绿地扩张，并加强农村湿地、种植地和造林地协调发展。
[关键词]碳源；碳汇；低碳经济；绿色发展
[中图分类号]X502 [文献标识码]A
1 引言
“两型社会”建设作为可持续发展理念践行的着力点，在加快我国国民经济绿色转型等方面发挥了积极作用。作为 “两型社会”优先试验区，该战略的实施成为湖北省最直接、最现实、最受益的重大发展机遇，其中加快经济发展方式转型，实现低碳发展成为其重要任务。当前，在全球气候变暖的背景下，低碳经济已成为当前国际社会关注的热点问题，这其中能源高效利用与温室气体减量排放成为核心内容。随着联合国全球气候会议的召开，作为负责任的中国政府积极应对气候变化问题，全面实施可持续发展与创新国家建设相结合战略，建设性参与国际气候变化合作，低碳发展成效凸显。当前在理论界研究如何减少温室气体排放，发展低碳经济成为各地区发展的普遍共识，碳循环也已成为国内外学者的研究热点之一。通过国内外碳源和碳汇相关文献的梳理，发现目前研究呈现如下特征：①研究时序需更新。碳源和碳汇时序分析即以时间为序列，研究其变化过程，但随着国家发展的不断转型升级，碳源与碳汇结构也在不断变化，因而更新时间序列比较紧迫；②研究范围可进一步扩展。由于碳源和碳汇包含内容宽泛，而当前国内研究多以区域（省份、热带或森林地区）为研究对象，生态系统的碳循环全面和整体性稍显不够；③理论与实践结合上可拓展。目前研究主要停留在理论研究阶段，结果主要反映了某一个地区的碳源或者碳汇的增减情况，而并没有将具体的数值向现实经济转化，具体而言就是缺乏对碳源和碳汇驱动因素的考量，进而有关绿色发展和碳减排的建议针对性稍显不够。基于以上认识，本文研究开展中，选取了中部湖北省为研究对象，该省作为长江经济带国家战略和中国“中部崛起”计划的中流砥柱，其发展定位对于早日建成中共十八大提出的生态文明制度体系至关重要。与此同时，湖北省作为两型社会优先试验区，在低碳经济、循环经济与发展方式转型方面均取得了长足进步，文中聚焦对其经济社会发展中碳源和碳汇的研究，是对现有文献的有益拓展和补充，另外文中还致力于探究湖北碳源和碳汇时序变动的驱动因素，相关研究结论亦能对该省低碳发展实践提供一定借鉴。
2 湖北省碳源与碳汇的测算
本文以我国“两型社会”先行试验区——湖北为研究区域，以1995～2014年为研究区间，从能源消耗情况、主要工业品生产、土地使用及废弃物、废水处理四个方面分析长江经济带湖北碳源碳汇变化过程，进而探讨该省碳源碳汇驱动因素，进而拟从碳源碳汇角度给予其经济绿色增长的对策建议。
2.1 能源消耗
具体测算时采用的燃料热量转化系数、碳排放系数、固碳率、氧化系数等指标数值参照IPCC2006年报告和陈秋红（2012）研究结果。其中，湖北省1995～2014年主要燃料生产和供应数据来源于历年《中国能源统计年鉴》《湖北省统计年鉴》《中国统计年鉴》。
2.2 主要工业产品生产工艺过程
基于数据的可得性，本文在此计算湖北省水泥、电石、纯碱、钢铁等4类工业品生产过程中二氧化碳的排量，文中测算时使用了IPCC2006报告中的CO2排放指标，然后乘以相应的产量，相应指标系数见表1。其中，该省1995～2014年主要工业品的产量数值来源于《湖北省统计年鉴》。特别说明，主要工业产品之电石的生产数量自2007年后出现缺省，研究时按照前述年度数据做了平滑处理。
2.3 土地利用变化
文中测算时主要纳入了农用田、湿地排放的温室气体、城市绿地和经济作物净碳储量、草地、农田土壤和林地的碳储量。对此，本文借鉴的IPCC2006报告中的排放系数法。
2.3.1 农田的温室气体排放的计算。就麦田和稻田温室气体排放情况而言，囿于数据可得性，文中使用了旱田和水田的排放系数来表征。其中，该省旱田和水田面积及碳排放系数数据来源于历年《湖北省统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》。
值得说明的是，农田土壤的碳储量计算式为：和，其中和分别表示土壤年碳储量和土壤年呼吸量，和分别表示平均土壤碳储量系数和平均土壤年呼吸量，是旱田水田的总面积，表示植物非生长期与一年天数的比值，此外上述计算公式中旱田、水田植物非生长期与一年天数的比率分别是0.42和0.60，农田平均土壤碳储量系数是34.8t/hm2，而平均土壤年呼吸量則是0.1044t/hm2。
2.3.2 湿地的温室气体排放的计算。本文排放系数采用汪青（2006）研究结果来计算。特别说明：湖北省的湿地面积数据来源于《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》。其中，湿地面积的统计主要采用的是1999～2003年、2003～2006年、以及2014年这三次国家统计局的调查结果。因此，数据呈现阶段性相同的结果。
2.3.3 城市绿地、经济作物的净碳储量。文中城市绿化覆盖面积主要是指城市园林和绿化面积。另外，经济作物面积含棉花、油料、蔬菜瓜类、药材、烟草、麻类、甘蔗及其它作物种植面积。城市绿化覆盖面积数据及各类经济作物的面积来源于《中国统计年鉴》（1995～2014年）。其系数采用4.80t/hm2。
2.3.4 对于林地碳储量的计算。目前，在核算森林固碳量时多采用蓄积量法、生物量法、涡旋相关法等，综合相关研究成果，考虑地上、地下两部分碳储量，具体核算公式可表示为：
森林综合生态碳总贮量=土壤碳总贮量+植被碳总贮量+凋落物碳总贮量
本文采取的计算常数：森林土壤平均碳密度为193.55t/hm2；森林植被凋落物平均值8.21m3/hm2；含碳量为0.5CO2/3.67C。
2.4 固体废弃物、废水处理和排放
2.4.1 固体废弃物处理。文中给出了处理生活垃圾和工业垃圾的温室气体排放总量，含垃圾焚烧排放的CO2和垃圾填埋排放的CH4。鉴于核算公式相近，此处只展示垃圾填埋时的CH4排放计算公式，具体式子为：垃圾填埋时的CH4排放=排放因子×（1-含水率） ×（1-CH4捕获率）。
其中，排放因子借鉴《2006IPCC指南》中的缺省值，即：0.167；垃圾含水率参照对上海市垃圾含水率的研究（孙晓杰等，2008），另外因湖北省垃圾填埋CH4还处于初始阶段，设定CH4捕获率数值为0。
2.4.2 废水处理和排放。同样，文中还计算了生活废水和工业废水处理的温室气体排放总量。废水处理时涉及到的温室气体排放主要是CH4和N2O，其中CH4的排放系数采用了《2006IPCC指南》缺省值（0.25kg CH4/kg），另外，湖北省每年生活废水和工业废水的数据来源于《中国环境统计年鉴》和《中国统计年鉴》。
计算废水排污中氮排放年度总量的公式为：，其中，P代表了湖北省历年的人口，其数据来源于历年《湖北省统计年鉴》。蛋白质数据因可得性考虑直接采用的是中国年人均蛋白质消费量，该值是28.11 kg/（人·a）；为含氮比例，采用缺省值0.16；表征废水中所含的非消耗蛋白质因子，缺省值是1.4；是排放到下水道系统蛋白质的因子，含工业和生活废水，缺省值是1. 25；是随污泥清除的氮，缺省值是0。综上所述，核算某年度废水中N2O排放量的公式为：排放到污水中的氮含量×废水排放的N2O排放因子，根据IPCC2006的报告，N2O排放因子为0.005。
3 实证结论及相关分析
3.1 湖北省碳源的时序变化
3.1.1 波动特征。根据以上的计算方法，结合统计数据，得到了的结果如表2所示。从表中可以看出，湖北碳源的时序变化呈现如下特征。
第一，从排放量及其变化趋势来看，1995～2014年，湖北温室气体的排放量相较于中部其他省份，如邻省湖南来说，其排放量较大，且呈不断增长的趋势。期间近20年的时间，其温室气体排放量增加了166%，年平均增长为8.7%。其中，湖北1995～2000年区间上温室气体排放总量增长变化较为平缓，2000～2001年增长较快；2001～2004年温室气体排放总量变化较为平稳，在2.0亿t左右；2004～2006年间温室气体排放增加额超过了0.5亿t；2006～2011年这几年间，温室气体排放增速平稳；2011～2013年的温室气体排放量的增长趋于零，说明温室气体的排放得到了一定程度的遏制。
第二，从排放源的构成来看：本文主要探讨能源消耗、主要工业品生产、土地使用及废弃物、废水处理四个碳排放部门，其中能源消耗部门是湖北省温室气体排放的主要来源，占据了温室气体排放量来源的66.11%，接下来依次为土地利用、主要工业产品生产、固体废弃物与废水处理等部门的16.84%、15.03%和2%。总体而言湖北温室气体主要来源构成结构显得不够合理，中长期降低温室气体排放、减少碳源总量有着较大的操作空间。
第三，从排放源的变化来看：另外能源消耗、主要工业品生产、土地使用及废弃物、废水处理等4个重要碳源部门碳排放差异较大，对湖北温室气体排放总量有着不同的影响。首先，能源消耗部门的变化是最为突出的，温室气体量从0.8亿t增长至2.6亿t左右，增加了225%，年均增速高达9.47%，远高于1995～2014年间湖北碳源变化增量。其中2000～2001年、2005～2006年、2009～2011年这三个区间，湖北能源消耗部门温室气体排放增量最大，增长速度最快，这同上述年份当地大力发展工业不无关系，此外研究亦发现2011～2012年该省能源消耗的碳源出现了降低，这又同地方政府加大节能减排力度，发展低碳和循环经济分不开。
其次，主要工业产品生产部门的温室气体排放量呈平稳增长的趋势。在1995～2006年间，主要工业产品的碳源的变化不大，其温室气体的排放量稳定在0.2～0.4亿t的CO2当量左右。然而自2007年之后，湖北工业产品的生产额度加大，导致其碳源曲线也呈现缓慢增长态势。最后，土地利用、固体废弃物和废水处理这两个部门的碳源曲线变化趋于平稳。具体表现在：1995～2014年间，土地利用变化导致的温室气体排放总量基本稳定在0.4亿t的CO2当量左右，固体废弃物和废水处理导致的温室气体排放总量则一直维持在0.1亿t的CO2当量以下。
3.1.2 碳源变动驱动因素分析。结合以上湖北碳源时序变化的分析結果，将从经济增长因素、能源消耗结构因素、产业结构因素三个方面探讨其驱动因素。
（1）经济增长因素。湖北作为中部经济大省，承担了“中部崛起”计划的中流砥柱的作用。作为我国的经济较发达省份，湖北每年保持10%左右增长速度，伴随而来的是居高不下的温室气体的排放量。为此，该省必须在兼顾生态环境和经济社会发展寻求平衡，努力通过发展方式的转型推动湖北经济的中高速可持续增长。
（2）能源消耗结构因素。当前石油、钢铁、化工、煤气等资源型产业在湖北工业经济中占比较大，与此同时太阳能、风能、生物质能、核能、海洋能等在该省能源消耗结构中的比例严重偏低，这也是湖北碳排放量居高不下的关键因素。因此，促进能源结构多元化发展，调整能源消耗结构，降低碳源水平是一项重要工作。
（3）产业结构因素。产业结构对湖北省碳排放量的增长的推动作用巨大，按照《湖北省統计年鉴》数据，1995年湖北省一、二、三产比重依次为29.4%、37%和33.6%，进入到2015年上述比值进一步调整为11.2：45.7：43.1，虽然近年来该省产业结构有所优化，但是工业仍然占据了相当大的部分，进而在工业为主导的经济发展模式中，高耗能、高碳特征的重工业又占领了核心地位。因此，湖北产业结构优化路径可能在于，一方面是稳定第一产业的发展，另一方面在于是加速第二产业和第三产业的低碳化，走可持续发展之路。
3.2 湖北省碳汇的时序变化
3.2.1 波动特征。根据上述所列计算方法，结合相关统计数据，湖北碳汇变动情况如表3所示。从表3中可看出，湖北省碳汇的时序变化有如下特征。
第一，碳汇盈余情况良好。研究结果表明，湖北的碳源的历史最高值为3.98亿t的CO2当量，而碳汇的历史最低值为21亿t CO2当量。因此，1995～2014年湖北省处于碳汇盈余的阶段，并且，净碳汇保持不断增长的趋势。
第二，从碳汇总量和变化趋势来看，1995～2014年湖北碳汇总量呈阶段性增长趋势，1995～2008年的碳汇总量呈现稳定，维持在21～22亿t的CO2当量左右；到2009～2012年湖北碳汇总量迅速增长，年增长速度高达10.68%，此阶段湖北维持在24亿t CO2当量左右；2012～2013年，湖北省碳汇总量再次迎来增长高峰，从24万t迅速增加到26.6亿t CO2当量，增长速度为10.83%。上述两个阶段的快速增长，使得湖北碳汇总量攀至一个新高度。总的而言，湖北碳汇处于不断增长并将持续下去的趋势。
第三，从湖北碳汇总量的构成来看：1995～2014年湖北碳汇总量主要来源于林地碳汇、农田土壤碳储存量、经济作物碳储存量，城市绿地碳储存量、草地植被碳汇等方面。其中，林地碳汇构成比例高达92%，这同当地政府长期强化森林资源保护与利用是分不开的。与此同时，农田土壤碳储存量、经济作物碳储存量，城市绿地碳储存量、草地植被碳汇的构成比例均较低，其中，城市绿地碳储存量加上草地植被碳汇的总额竟不到碳汇总量的1%，提升空间很大。
3.2.2 碳汇变动驱动因素。结合以上分析，可以初步判断出湖北碳汇总量变动情况受土地利用方式影响较大。当前湖北土地利用方式仍存在诸多不合理因素，因此合理规划建筑用地、保护森林和林地、扩大城市绿地覆盖等均有利于碳汇总量的增加。结合湖北碳汇的实际情况，下边着重探讨林业碳汇与森林碳汇两个驱动因素。
（1）林业碳汇。当前世界上不少的发达国家和发展中国家采用“造林、再造林”碳汇项目，用来共同应对气候变化和全球变暖。林业碳汇项目也自然而然成为了湖北应对气候问题，提高碳汇的必然选择。
（2）森林碳汇。森林中的植物在碳汇的过程中有至关重要的作用：通过采取有力措施，可以增强陆地碳吸收量，如植树造林、尽力修复已经被被毁的森林生态系统、强有力的森林可持续管理等。通过耐用木质林产品对以前的材料的回收利用，可减少能源和工业部门的温室气体排放量，如能源密集型材料、生物能源、采伐剩余物等。因此，森林碳汇范围要比林地碳汇广一些。具体操作中，本文利用林业碳汇和森林碳汇总额来核算湖北省林地碳汇总量。
4 启示
为了促进湖北碳源和碳汇的均衡发展，以此带动湖北经济社会加速迈向生态文明之路，在碳源方面：①要坚持绿色发展道路不动摇，不断优化湖北产业结构，尤其是加快发展第三产业；②加快工艺和流程革新，稳步提升石化资源使用效率，以此为基础在全省各行各业逐步推行新能源；③加强省际协作，建立健全碳排放管理体系，严格控制碳排放。在碳汇方面：一是因地制宜改善植被种植结构，提升湖北林地固碳能力；二是改善土地利用方式，重视城市园林和绿化面积扩张，与此同时加强农村湿地、种植地和造林地的统筹发展。
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