地理学报ACTA GEOGRAPHICA SINICA 第65卷第9期
2010年9月V ol.65,No.9Sept.,2010
赵荣钦1,2，黄贤金1，钟太洋1
(1.南京大学地理与海洋科学学院，南京210093；2.华北水利水电学院资源与环境学院，郑州450011)
摘要：采用2007年中国各省区不同产业各种能源消费等数据，通过构建能源消费碳排放和碳 足迹模型，对各省区化石能源和农村生物质能源的碳排放量进行了估算；建立了不同产业空
间与能源消费碳排放的对应关系，将产业活动空间分为农业空间、生活与工商业空间、交通
产业空间、渔业与水利业空间、其他产业空间等五大类；对各省区不同产业空间碳排放强度
和碳足迹进行了对比分析。主要结论如下：(1)中国2007年能源消费碳排放总量为1.65GtC ，其中化石能源碳排放占89%；(2)2007年中国产业空间碳排放强度为1.98t/hm 2，其中，生活及
工商业空间、交通产业空间的碳排放强度较高，分别为55.16t/hm 2和49.65t/hm 2；(3)2007年
中国产业空间碳足迹为522.34×106hm 2，由此造成的生态赤字为28.69×106hm 2，这说明我国的
生产性土地面积不足以补偿产业空间的碳排放，补偿率约为94.5%。各地区碳足迹差异明显，不少省份甚至存在生态盈余。总体而言，从产业活动空间的角度来看，中国目前的碳赤字不
大；(4)全国产业空间单位面积碳足迹为0.63hm 2/hm 2，其中生活与工商业空间的碳足迹最
大，为17.5hm 2/hm 2。不同产业空间单位面积碳足迹大都呈现从东到西逐渐下降的趋势。
关键词：产业空间；碳足迹；碳排放；能源消费；中国
1引言
以化石燃料为主的传统能源消费带来的碳排放是造成全球温室效应的主要人为原因。为探索人类活动对全球碳循环的影响，经济发展与能源消费造成的碳排放成为目前国内外学术界研究的热点问题[1-5]。实质上，人类经济和能源活动对区域碳循环的影响在很大程度上是通过改变产业的空间布局方式来实现的，产业空间结构变动及区域差异会改变人为能源消费的格局，并进一步影响区域碳循环的速率。因此产业活动及其碳排放效应研究也受到国内外学者的关注。比如：Schipper [6]采用因素分解方法对13个IEA 国家的9个制造业部门的碳排放强度进行了分析，解释了1990年以来碳排放增长的主要原因，并结合京都议定书的目标对其进行了评价。Chang 等[7]基于投入产出方法对台湾产业碳排放及
其结构分解进行了研究。Casler 等[8]采用模型方法，对美国碳排放进行了结构分析研究，认为替代性能源的使用是造成碳排放下降的主要因素。陈红敏等[9]利用投入产出分析方法对我国各产业部门最终消费和使用中的隐含碳排放进行了分析。余慧超[10]和魏本勇[11]在对国际贸易的碳排放研究中，运用投入产出分析方法，对不同产业的碳泄露和转移进行了对比分析。另外，也有一些学者基于不同产业与碳排放的关系开展了相关研究[12-13]，以上研究为基于产业碳减排的低碳经济规划提供了重要的理论参考。但这些研究大多侧重于产业结构对碳排放的影响研究，而未考虑不同产业空间的碳排放强度及其差异。产业活动总是与一定的收稿日期：2009-12-16；修订日期：2010-04-26
基金项目：国土资源部公益性行业科研专项经费项目(200811033)；江苏省环保科技基金(2009037)[Foundation:
Non-profit Industry Financial Program of Ministry of Land and Resources of China,No.200811033;
Environment Protection Scientific Foundation of Jiangsu Province,China,No.2009037]
作者简介：赵荣钦(1978-)，男，河南孟津人，博士研究生，讲师，研究方向为碳循环与低碳经济。
E-mail:zhaorq234@163
通讯作者：黄贤金(1968-)，男，江苏扬中人，教授、博导，主要从事土地利用、资源环境经济与政策
研究。E-mail:hxj369@nju.edu
1048-1057页
9期赵荣钦等：中国不同产业空间的碳排放强度与碳足迹分析空间相关联，因此，将产业活动碳排放落实到不同空间，对于分析和对比不同产业活动的在单位空间上的碳排放强度，进而采取合理的产业调控以降低区域碳排放具有重要意义。
碳足迹(Carbon Footprint)是在生态足迹的概念基础上提出的，它是对某种活动引起的(或某种产品生命周期内积累的)直接或间接的CO 2排放量的度量[14]。作为人类活动对环境的影响和压力程度的衡量，碳足迹成为近年来国外生态学研究的新的热点领域。比如《地球生命力报告》[15]在计算生态足迹时，把碳足迹单独列为一类，认为碳足迹既包括化石燃料燃烧带来的直接碳排放，也包括国外进口产品带来的间接碳排放。计算结果全球人均生态足迹为2.7hm 2，其中碳足迹为1.41hm 2，可见碳足迹是导致人为生态影响的重要因素；Sovacool 等[16]对全球12个大都市区的碳足迹进行了评价分析，并提出了减少碳足迹的政策建议；Kenny [17]以爱尔兰为例，对6种碳足迹计算模型的运行效果进行了对比分析。国内一些学者从碳足迹核算[18]、人均碳足迹和碳足迹产值[19]、碳足迹影响力和感应力[20]等角度开展了碳足迹研究的有益探索。但总体而言，碳足迹研究仍处于起步阶段，需要进一步深入和拓展，尤其对各种人类能源活动的碳足迹的区域差异研究有待于进一步加强。
因此，在能源消费碳排放的研究中，不仅要考虑产业活动的碳排放，也要分析不同产业空间的碳排放强度和碳足迹效应。本文从产业空间的角度，通过构建能源消费的碳排放模型，将产业空间和能源消费碳排放对应起来，对不同产业空间的碳排放强度及其碳足迹的区域差异进行研究，并据此提出降低产业碳足迹和优化产业空间布局的建议。
2数据来源与计算方法
2.1数据来源
目前主要的能源有化石能源、电能、生物质能、太阳能、水能、风能和核能等，而以化石能源为代表的传统能源是造成碳排放的主要原因。因此本文仅计算化石能源和农村生物质能等主要传统高碳能源的碳排放。研究采用2007年中国各省市自治区的不同产业各种能源消费量、土地利用数据、农作物产量、农林牧渔业产值等数据。其中，各种能源的消费数据来自《中国能源统计年鉴》，土地利用数据、农作物产量和播种面积、产值等数据来自《中国统计年鉴》，供电标准煤耗取自中经网产业数据库。由于西藏自治区、台湾省、香港和澳门特别行政区的相关数据缺失，因此本文所有源数据和计算结果均不包括这些地区。2.2能源消费碳排放氨气压缩机
通过构建能源消费的碳排放模型来计算年度各省市自治区主要能源消费的碳排放量：
（
）ＣｔＣｈＣｂ=+ (1)
式中：Ct 为碳排放总量，Ch 、Cb 分别为化石能源和农村生物质能源消费碳排放，计算式：
１１２１１２（１０００４４１０００１６ｉｉｉｉＣｈＱｈＮＣＶＣｆＭｆ=¥¥¥¥+¥¥ (2)
式中：Ch 为化石能源消费碳排放总量，Qh i 表示第i 种化石能源消费量，NCV i 为能源净发热值，Cf i 为缺省CO 2排放因子，Mf i 为缺省CH 4排放因子，NCV i 、Cf i 、Mf i 均采用IPCC 的给定值。1/1000为单位换算系数，12/44、12/16分别为CO 2和CH 4所含碳量的转化系数。其中，Cf i =A i ×B i ，A i 为缺省碳含量，B i 为缺省氧化碳因子。
ｉｉｉＣｂＱｂＤｂＥｂ=¥¥ (3)
式中：Cb 为农村生物质能源消费碳排放量，Qb i 为第i 种能源消费量(主要为：薪柴、沼气和秸秆)，Db i 为碳排放系数，取国内学者采用的煤炭排碳系数均值(表1)，Eb i 为折标准煤系数(折煤系数来自于《中国能源统计年鉴》中国统计出版社，2008年)。1049
65卷
地理学报2.3不同产业空间的碳排放强度为了对不同产业空间的碳排放进行核算，并进一步计算其碳足迹
状况，这里基于能源平衡表的能源消费项目与土地利用分类体系，参照李璞[28]的研究，进行合并、分解及适当调整，建立了不同产业空间与碳排放项目的对应关系(表2)。需要说明的是：(1)本文的产业空间并不仅仅指产业本身，而是指以土地为承载的产业活动的空间范围；(2)本表将不同产业的碳排放
进行了归并，以便于将划分的产业空间与土地利用数据相对应，并对单位空间的碳排放进行测算；(3)生活与工商业空间主要是指人类生
活和生产的空间，主要指人类常驻的区域空间；(4)考虑到农村能源使用主要集中于农村居民点，因此将其列入生活与工商业空间；(5)能源平衡表中其他行业不易再进行细分，因此将其碳排放归入其他产业空间；(6)由于农业、林业、牧业等以碳吸收为主，人为碳排放很少，因此本文将其一并归为农业空间。产业空间碳排放强度的计算方法如下：
Cp i =Ct i /S i (4)
／ｉｉ
ＣｐＣｔＳ= (5)台卡制作
式中：Cp 和Cp i 分别为全省产业空间的碳排放强度和各类产业空间的碳排放强度(t/hm 2)，i 为不同产业空间类型，S i 和Ct i 分别为第i 种产业空间用地面积及对应的碳排放量。2.4不同产业空间的碳足
迹
国际上对碳足迹主要有两种理解：一是将其定义为人类活动的碳排放量[14,29-30]，即以排放量来衡量；二是将碳足迹看作生态足迹的一部分：即吸收化石燃料燃烧排放的CO 2所需的生态承载力[14,31]，即以面积来衡量。这里结合第二种碳足迹的理解，将碳足迹定义为：消纳碳排放所需要的生产性土地(植被)的面积，即碳排放的生态足迹。由于在能源消费碳排放计算中包含了农村生物质能源的碳排放，因此这里将农业植被也看作是碳足迹的一部分。NEP 反映了植被的固碳能力，即1hm 2的植被1
NEP (碳足迹)，方法如下：（ｆｆＰＣＦＣｔＮＥＰ=¥(6)
式中：CF 为碳排放总量(Ct )带来的碳足迹(hm 2)，P f 、P g 、P a 分别为森林、草地和农田碳
吸收在总量中的比重，NEP f 、NEP g 、NEP a 分别为森林、草地和农田的NEP 。其中，森林和表1煤炭碳排放转换系数表(tC/t)
Tab.1Transfer coefficient of carbon emission (tC/t)
碳排放系数 ０．７０２ ０．７５６ ０．７２６ ０．７４７６ ０．７３２９ ０．６５１ ０．７０３ ０．７１９３８３７ ０．７１７２３５
文献来源 汪刚 ［２１］ 汪刚 ［２１］ 汪刚 ［２１］ 徐国泉 ［２２］ 谭丹 ［２３］ 高树婷 ［２４］ 王雪娜 ［２５］ 何介南／ＯＲＮＬ ［２６、２７］ 本文 （均值） 表2产业空间的划分及其与碳排放的对应关系8418模具钢
Tab.2The corresponding relationship between industrial spaces
and carbon emission items 建筑业 批发、零售业和住宿、餐饮业 生活与工商业空间 城镇用地
城镇生活消费
农村居民点 农村生活消费
独立工矿 工业 交通产业空间
交通运输用地 交通运输、仓储和邮政业 耕地 园地
农业 林地 林业 农业空间 牧草地 牧业 水域
渔业 渔业与水利业空间 水利设施用地 水利业 农林牧渔
水利业 其他产业空间 未利用地 特殊用地 其他行业 1050
9期赵荣钦等：中国不同产业空间的碳排放强度与碳足迹分析草原的NEP 采用谢鸿宇等[32]的计算结果，农田NEP 的计算方法为：
／／ａＳｄｉＮＥＰＣＳＣｓ
== (7)
zyzq式中：i 表示农作物类型；C S 表示农作物生育期吸收的总碳量，S 为耕地面积，C d 为某种作物全生育期对碳的吸收量；C d =C a D w =C a Y w /H ，C a 为碳吸收率，Y w 为经济产量；D w 生物产量；H 为经济系数，中国主要农作物的经济系数和碳吸收率见文献[33-34]。
在碳足迹总量分析的基础上，用不同产业空间的碳足迹除以该产业空间用地面积可以得到不同产业空间单位面积碳足迹。3结果与讨论
3.1计算结果分析
(1)中国2007年能源消费碳排放总量达到1.65GtC (1Gt =109t)，其中化石能源和农村生物质能消费碳排放分别为1.46GtC 和0.19GtC ，所占比重分别为89%和11%。各地区碳排放量最大的是河北省(0.14GtC)，碳排放总量超过1亿t 的还有山东、辽宁和河南，这主要与这些省区能源消费量较高有关；最小的是海南省仅为4.85MtC (1Mt =106t)，另外西部的青海和宁夏等地区的碳排放量也较低(图1)。全国各地区碳排放构成有所差别。总体而言，各地区碳排放均以化石能源碳排放为主。但东部地区化石能源碳排放占有较大比重，大都在90%以上，而西部地区农村能源碳排放所占比重相对较大，广西和四川甚至达到30%。这主要与不同省区的能源消费结构有关，西部地区农村能源使用比例相对较高。
(2)在五种产业空间中，生活与工商业空间的碳排放量最大，为1.47GtC ，占总碳排放的近90%；其次为交通产业空间碳排放，占7.3%；其他类产业碳排放量相对很少(表3)。这说明，能源消费主要集中在生产、生活和交通等领域。
产业空间碳排放构成具有明显的区域差异。总体而言，大部分省区以生活、生产及交通产业空间的碳排放为主。中西部生活与工商业空间碳排放比重高于东部一些发达省区，如，河南、安徽、河北、江西，山
西等省都在93%以上，河北甚至高达95.7%；北京、上海较低，分别
为75.1%和69.4%，这说明中西部地区生产、生活和工矿等的能耗偏高。经济发达的北京、上海等地交通产业空间的碳排放比重较大，上海为24.6%，而中西部地区较低，河北只有2.8%。这说明在经济、交通和人口密集区，由于图1各地区能源消费碳排放的构成图
Fig.1Carbon emission from energy consumption of different regions ２００４００６００８００１０００１２００１４００１６００北京天津 河北山西内蒙古辽宁 吉林黑龙江 上海江苏浙江江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南陕西甘肃宁夏新疆碳排放 （１０４ ｔ）
安徽福建青海山西内蒙辽宁吉林黑龙江碳排放 产业空间
总量 （１０６ ｔ） 百分比 （％） 用地 面积 （１０６ ｈｍ２） 产业空间 碳排放强度 （ｔ／ ｈｍ２） 农业空间 ３０．７４ １．８７ ５０５．４６ ０．０６ 生活与工商业空间 １４６７．５４ ８９．１２ ２６．６１ ５５．１６
交通产业空间 １２０．１９ ７．３０ ２．４２ ４９．６５
渔业与水利业空间
３．１８ ０．１９ ３６．８０ ０．０９ 其他产业空间
２５．１１ １．５２ ２５９．２０ ０．１０ 表3不同产业空间能源消费的碳排放Tab.3Carbon emission of different industrial spaces 1051
65卷地理学报交通运输等行业较为发达集中，同时其产业空间有限，因此碳排放强度较高。
宁波溲疏(3)2007年全国产业空间碳排放强度为1.98t/hm 2，其中，生活与工商业空间碳排放强度高达55.16t/hm 2，交通产业空间碳排放强度为49.65t/hm 2，其他三类产业空间的碳排放强度较低，农业空间碳排放强度只有0.06t/hm 2(表3)。产业空间的碳排放强度具有较大区域差异，总体而言，中东部地区明显高于西部地区。最高的是上海(49.68t/hm 2)，最低的是青海(0.083t/hm 2)，两者相差近600倍(图2)。另外，上海的生活与工商业空间、交通产业空间、其他产业空间、农业空间的碳排放强度分别为128.01t/hm 2、521.79t/hm 2、41.43t/hm 2和0.95t/hm 2，均为全国最高值，这说明上海具有较高的碳排放量而同时各类空间用地十分紧张，造成了较高的碳排放强度和碳密度。另外北京、天津、江苏和浙江等省市的各类产业空间也具有较高的碳排放强度。
(4)2007年中国产业活动碳足迹为522.34×106hm 2，而全国生产性土地(森林、草地和农田)面积仅为493.65×106hm 2，因此造成的生态赤字为28.69×106hm 2(表4)，相当于研究区国土总面积的3.46%，这说明我国的生产性土地面积不足以补偿产业空间的碳足迹，其补偿率约为94.5%。其主要原因在于2007年我国能源消费碳排放明显超过了生产性土地的碳吸收。该结果也表明：基于本文把农
田碳吸收也计算在内的考虑，虽然我国存在产业活动的碳赤字，但目前的碳赤字并不大，大体上我国年度产业活动能源消耗的碳排放都可以通过本国的生产性土地吸收。
就各地区而言，河北省的碳足迹最大，为44.71×106hm 2，最小的为海南，仅有1.54×106hm 2(图3)，碳足迹的地区差异与能源消费碳排放量基本一致(图1)。另外，由于全国各地区生产性土地面积具有较大差异，因此生态赤字状况也明显不同。河北的生态赤字最高，达到34.31×106hm 2，山东、辽宁、江苏、河南和广东等省也具有较高的生态赤字。而一些地区因为具有较大的生产性土地面积，因而出现了生态盈余(生态赤字为负值)，比如内蒙古、黑龙江、青海、新疆、四川、甘肃和云南等省区存在生态盈余，其中内蒙古的生态盈余最高，为74.34×106hm 2(图3)，这主要由于这些地区具有较大的植被覆盖度。因此，在省域层面上而言，部分能源消费量较低而植被覆盖度较高的地区完全能够补偿自身能源消费的碳排放。
(5)全国产业空
间单位面积碳足迹
为0.63hm 2/hm 2。不同产业空间单位面积碳足迹具有较大差异，其中，生活与工商业空间的单位面积碳足迹最图2不同区域产业空间碳排放强度
Fig.2Carbon emission intensity of industrial spaces in different regions
产业空间 碳足迹 （１０６ ｈｍ２） 生产性土地面积 （１０６ ｈｍ２） 生态赤字 （１０６ ｈｍ２） 土地面积 （１０６ ｈｍ２） 单位面积碳足迹 （ｈｍ２／ｈｍ２） 农业空间 ９．７５ ５０５．４６ ０．０２ 生活与工商业空间 ４６５．４９ ２６．６１ １７．５０
交通产业空间
３８．１２ ２．４２ １５．７５ 渔业与水利业空间
１．０１ ３６．８０ ０．０３ 其他产业空间 ７．９６ ２５９．２０ ０．０３ 表4不同产业空间碳排放与碳足迹的主要计算结果对比Tab.4Main results of different industrial spaces 京 津 北 西 蒙古 宁 林 龙江 海 苏 江 徽 建 西 东 南 北 南 东 西 南 庆 川 州 南 西 肃 海 夏 疆
碳排放强度 （ｔ／ｈｍ２
） 1052
