中国老工业城市能源消费碳排放的驱动力分析——以沈阳市为例

开展人为因素对区域生态环境影响作用的量化分析,是国际可持续发展领域的研究热点.本文以典型的老工业城市--沈阳市为例,基于IPCC能源消费碳排放计算方法,对1978-2009年城市能源消费碳排放进行核算,并应用基于Kaya等式和岭回归的STIRPAT模型,对影响碳排放量的人文驱动因素进行时间序列分析.结果表明： 研究期间,沈阳市碳排放变化经历了3个阶段,先缓升再略降随后快速增加,2009年的碳排放总量是1978年的46倍;人口规模是影响沈阳市碳排放量增加的主要驱动因子,碳排放量与人口数量呈同比例变化;城市化显著影响碳排放量,是仅次于人口数量的另一个主要驱动因子;人均GDP与碳排放量呈正相关关系,经济发展与碳排放之间不存在Kuznets曲线假说;能源强度降低即技术进步因素是碳排放量降低的主要因素.     

安徽省温室气体排放趋势及减排路径研究

控制温室气体排放是我国积极应对全球气候变化的重要任务, 区域温室气体排放控制是实现国家减排目标的基本保障。通过建立安徽省温室气体排放量的指标体系, 计算安徽省2001-2010 年十年间各领域产生的温室气体, 并利用回归分析预测安徽省2015 年和2020 年温室气体排放量; 应用聚类分析方法将全省各地市温室气体排放类型进行划分, 利用地理信息系统(Arc GIS)软件分析碳排放空间格局。结果显示: 2001 年以来, 安徽省的温室气体排放量呈现逐年上升趋势, 至2010 年达到3.96 ×10⁸ t。单位GDP 碳排放量自2007 年开始呈现下降趋势, 表明碳减排的经济效益已有所提高。在各排放源类别中, 原煤消耗产生碳排放量最多, 且增势明显。区域格局分析表明, 马鞍山市为省内工业发达城市, 温室气体排放源主要为能源及工业领域, 排放量也较多, 温室气体排放地域差异显著。根据安徽省经济发展特点及温室气体排放特征有针对性提出的减排对策对于健全全省碳减排体系具有积极意义。     

我国典型城市化石能源消费CO2排放及其影响因素比较研究

城市是化石能源消费和CO_2排放的主要区域。分析典型城市化石能源消费CO_2排放特征,明确不同城市CO_2排放动态及主要影响因素的差异,是开展城市减排行动的重要科学依据。采用IPCC推荐方法及中国的排放参数核算11个典型城市2006—2015年间化石能源消费产生的CO_2排放量。根据各城市经济发展和CO_2排放特征将之分为四类:经济高度发达城市(北京、上海、广州)、高碳排放城市(重庆、乌鲁木齐、唐山)、低排放低增长城市(哈尔滨、呼和浩特和大庆)和低排放高增长城市(贵阳、合肥),并运用对数平均迪氏指数法(Logarithmic Mean Divisia Index,即LMDI分解法)对比分析了四类城市CO_2排放量的影响因素。结果表明:(1)研究期内大部分城市CO_2排放总量有所增加,仅北京和广州呈下降趋势,工业部门CO_2排放在城市排放总量及其变化中占据主导地位;四类城市的人均CO_2排放量表现出与排放总量相似的变化趋势;CO_2排放强度整体上表现为经济高度发达城市(均值为0.88 t CO_2/万元)低排放低增长城市(均值为2.82 t CO_2/万元)低排放高增长城市(均值为3.05 t CO_2/万元)高碳排放城市(均值为6.62 t CO_2/万元)。(2)在城市CO_2排放的影响因素中,经济发展和人口规模均是4类城市CO_2排放增长的促进因素,但经济发展效应的累积贡献值大于人口规模效应;能源强度降低是4类城市CO_2排放最主要的抑制因素,且经济高度发达和高碳排放城市的抑制作用强于其他两类城市;对第三产业GDP年平均增速高于第二产业的6个城市来说,产业结构是CO_2排放的抑制因素;能源结构的变化仅对煤炭消费比重较低且降幅较大的北京和广州的CO_2排放是抑制作用,累积贡献值分别为-21.73Mt和-0.03Mt,而对其他城市,特别是高碳排放城市的CO_2排放具有明显的促进作用。     

京津冀地区能源消费碳排放因素分解分析

京津冀经济快速发展的同时, 环境污染问题也不容忽视。尤其是近年来的雾霾天气, 二氧化碳排放量的加大,给京津冀的发展带来了负面影响。现将京津冀三地区的一次能源消耗量, 利用LMDI 分解法, 将三个地区能源消耗碳排放分解为人口、经济、产业结构、能源强度、能耗结构五方面原因。结果表明, 人口, 经济对碳排放起到拉动作用,能耗强度和产业结构效应对碳排放起到抑制作用; 北京的能耗结构对碳排放起到抑制作用, 天津和河北的能耗结构对碳排放起到拉动作用。     

中国30省份经济、能源与大气污染物的关联性解耦

区域经济增长、能源消耗与大气污染物排放的耦合机制研究对可持续发展至关重要。基于能值与解耦指数的分析方法, 核算2015年至2017年中国30省份经济发展、能源消耗与气体排放情况, 并构建化石能源与非化石能源比例、单位能源GDP产出、单位GDP环境成本、环境负荷强度和经济—能源—气体排放耦合指数5个指标。30个省份的评价指标结果表明: ①可再生能源消耗呈现上升趋势, 东部沿海及东北区域发展情况优于其他地区, 能源使用效率方面南部与京津地区明显优于其他区域; ②在大气环境方面, 西部及中部欠发达省份环境成本及环境负荷强度偏高, 但30省份在研究期间气体排放物造成的能值损失逐年下降(尤其是粉尘); ③中国28省份的气体排放与经济发展处于强解耦状态(DI排放-GDP < 0), 而辽宁省(DI排放-GDP=2.36)与内蒙古(DI排放-GDP=4.58)由于经济倒退处于衰退解耦的状态。区域的能源消耗与经济发展的耦合状态(DI能源-GDP)较为复杂, 但大多数省份处于强解耦状态。总体而言, 绝大多数省份的能源消耗, 气体排放与经济发展呈现可持续发展趋势, 在未来应进一步改善能源结构, 提出符合本地区的能源发展与大气环境治理模式十分重要。     

住区形态变迁与居民通勤能源消费的关系

快速城市化和城市扩张引发了住区形态的变迁,但形态变迁与居民通勤能源消费关系还不明确,如何通过城市的可持续公共管理政策来控制城市住区形态变迁过程下通勤能源消费及其温室气体排放有着重要意义.以厦门为例,通过土地利用与交通耦合模型TRANUS的情景分析研究了住区形态的变迁对人口、工作以及土地消费空间分布的影响,进而分析了不同情景下通勤能源消费和温室气体排放的水平.结果表明: 基准情景下交通出行早高峰能源消费总量为54.35 tce,CO₂排放为119.12 t;住区形态变迁情景下,通勤能耗和CO₂排放同比基准情景均增加12%;通过适当的土地利用、交通和经济政策的实施,通勤能源消费与CO₂排放同比基准情景减少7%,说明城市公共政策能够有效地控制住区形态变迁背景下通勤能源消费和温室气体排放的增长.     

我国设施农业碳排放核算及碳减排路径

设施农业作为典型的农业生产管理模式,其特有的生产环境条件和高度集约利用的特点,会对农业碳循环产生影响。本研究以设施农业生产管理过程中的农膜投入、能源消耗、农药化肥投入、气肥施用、设施土壤五大温室气体排放源为核算对象,对2018年我国31个省份连栋温室、日光温室、塑料大棚3种设施农业的碳排放量和排放强度进行估算。结果表明:我国设施农业碳排放总量为21038.17万t CO₂e,塑料大棚、日光温室、连栋温室3种类型设施农业碳排放量分别占60.2%、37.4%和2.4%。设施农业碳排放以土壤温室气体排放、农膜投入和农用品投入碳排放为主。连栋温室单位面积碳排放量显著低于日光温室和塑料大棚。科技资金配置率和设施农业规模是对设施农业碳排放影响最大的两个因素。基于此,本研究从提高设施农业的科技投入、物质消耗利用率、设施面积利用率3个角度提出碳减排路径。     

我国城市发展与能源碳排放关系的面板数据分析

城市化与城市能耗及其碳排放密切相关,城市发展过程中的人口城市化进程和产业总量与结构调整都是能源碳排放变化的主要驱动因素。以2006-2015年全国158个地级城市的面板数据为基础,从总量变化趋势和空间变化趋势两个角度分析了研究期内的我国城市发展特征及能源碳排放特征;并利用面板计量分析方法研究了城市发展因素对城市总能耗、总能耗碳排放、单位能耗碳排放量的驱动特征。结果表明：城市化每提升0.095%,总能耗上升1%。虽然城市总能耗及能耗碳排放在降低,但是单位能耗碳排放在增加;第二产业和第三产业发展对总能耗及能耗碳排放的驱动作用大;城市第三产业的发展有利于能源结构优化调整等;并基于研究发现给出一些政策建议。     

基于LEAP的厦门市节能与温室气体减排潜力情景分析

城市是人类社会经济活动的中心,聚集了世界一半以上的人口。在城市发生的温室气体排放量占全球排放总量的75%左右,因此在城市这个尺度上研究温室气体减排意义重大。从城市这个尺度出发,以厦门市为实际研究案例,应用LEAP模型进行节能减排政策情景分析,定量分析评价城市节能减排潜力,并详细分析各种控制情景和各部门的节能减排贡献率。研究结果显示:在综合控制情景下,厦门能源消费总量年均增长率、万元地区生产总值能耗和温室气体排放总量年均增长率都有所下降;清洁燃料替代措施节能减排效果最好,工业部门节能减排潜力最大;优化能源使用结构蕴藏巨大减排潜力。     

排放与森林碳汇作用下云南省碳净排放量估计

以云南省为例,用马尔科夫链计算能源结构,在经济增长模型基础上基于动态最优化理论估计能源消费碳排放,并基于CO₂FIX模型计算云南省森林碳汇,预测在能源消费碳排放和森林碳汇共同作用下的从2008到2050年碳净排放量。研究发现云南省能源消费碳排放量和碳净排放量曲线都呈"倒U"型,在2035年达到高峰,高峰值分别为和129.71 MtC和118.89 MtC;在森林碳汇中,原有森林的碳汇作用在现在和未来一段时间内处于主导地位,但新造林有着巨大的碳汇潜力,所以在保护原有森林的同时要植树造林,从生态学角度抵消碳排放;森林碳汇只能减少小部分碳排放,更主要的是改善云南省的能源结构,加快技术进步速度,开发水电等新能源,从根本上减少温室气体的排放。     

福建省行业碳排放驱动因素分解及其与经济增长脱钩关系

主要部门和重点行业的二氧化碳排放是区域碳排放的主要来源。厘清行业碳排放影响因素,分析其与区域经济增长相互关系及程度,从而推动部门和行业碳减排对于落实区域碳排放总量控制具有重要意义。本研究运用对数平均迪式指数分解法(LMDI)和Tapio脱钩模型对福建省1997—2017年13个主要碳排放行业进行碳排放驱动因素分解和脱钩分析。结果表明: 电力、热力的生产和供应业是福建省主要的碳排放行业,1997—2017年,其碳排放总量由18.89 Mt上升到120.63 Mt,增长量为101.74 Mt。有色金属冶炼及压延加工业、纺织业、黑色金属冶炼及压延加工业的碳排放增长速度最快,其年均增长率分别为18.1%、12.1%、12.1%。13个主要行业碳排放变动的驱动因素中,经济增长效应和人口规模效应是主要的正向驱动因素,能源结构效应、能源强度效应和产业结构效应的抑制作用在不断增强。从脱钩关系来看,13个主要碳排放行业的脱钩指数整体呈下降趋势。从“十一五”时期开始,部分行业开始出现不同程度的强脱钩。而在“十三五”时期,农、林、牧、渔、水利业表现为扩张负脱钩,电力、热力的生产和供应业表现为弱负脱钩。能源结构效应和能源强度效应对各行业实现脱钩的影响较大,产业结构效应的脱钩努力较小,人口规模效应未做出脱钩努力。     

基于长期能源替代规划模型的江苏省能源CO2排放达峰时间及峰值水平

为了应对全球气候变暖,中国政府提出到2030年CO₂排放达到峰值(或峰值平台)的减排目标.为了探究中国能否实现该减排目标,本研究以江苏省为例,基于长期能源规划替代模型(LEAP),耦合对数平均迪氏分解模型,运用情景分析法科学设定快速、中速、慢速达峰3种发展情景,预测CO₂排放达峰时间及峰值水平.结果表明: 2000—2015年间,经济规模效应是CO₂排放总量增长的主要驱动因素,其贡献度高达147.4%;技术进步效应是最重要的缓解因素,贡献度为-60.4%,一次能源结构效应、产业结构效应、人均收入效应、人口规模效应的贡献度分别为-5.3%、9.7%、11.0%、0.6%.在快速、中速达峰情景下,江苏省分别在2025和2029年达到CO₂排放峰值,峰值分别为7.01、7.95亿t,慢速达峰情景下未能实现2030年的CO₂排放达峰目标.综合研究分析,江苏省有着较大的减排潜力,经过相应的努力能够实现CO₂减排目标.为实现2030年的CO₂减排目标可采取以下措施:主动适应经济新常态,稳定发展增速;积极发展第三产业,平衡经济结构;持续推进节能减排技术,降低能源消费强度;大力发展天然气及核电等清洁能源,优化一次能源消费结构.     

碳中和视角下秸秆处置方式对碳源汇的贡献

探明农作物秸秆在不同处置方式下的碳源汇时空变化特征,对优化我国秸秆资源利用政策、实现碳减排最大化、实现碳中和目标具有重要意义。本研究以国家统计年鉴数据为基础,对我国31个省农作物秸秆不同处置下的碳排放、碳减排、碳增汇及其价值量的变化趋势进行研究。结果表明: 2008—2019年间,我国秸秆焚烧年均碳排放量为874万t CO₂e,2014年以来碳排放年均减少率为17.3%;能源化利用年均碳减排量为3982万t CO₂e,其中,秸秆生产固体成型燃料碳减排贡献最大,约占能源化碳减排总量的98%;秸秆还田碳汇量总体呈逐年上升趋势,年均碳汇量为2.71亿t CO₂e;我国秸秆处置存在碳生态盈余,净碳减排量年均增长率为9.8%,净碳减排强度及其价值量均呈增长趋势,2019年分别高达2.62 t·hm^-2和76.19元·hm^-2。我国秸秆年均碳排放、能源碳减排、秸秆还田碳汇以及净碳减排大致呈“东高西低”的空间分布规律,且地区差异及空间聚集性是三者的最主要外部特征。     

大气CO2浓度升高对植物、植食性昆虫及其天敌的影响研究进展

自世界工业革命以来,化石燃料的大量使用以及人类对自然环境的过度破坏,致使大气CO₂浓度不断升高.研究大气CO₂浓度升高介导的农业生态系统内植物、植食性昆虫及其天敌的适应机制,对于阐明气候变化下农业害虫爆发危害规律,指导防控与减排具有重要意义.本文综述了大气CO₂浓度升高对农业生态系统中植物、植食性昆虫及天敌的影响,主要包括：1)相关研究方法的改进;2)大气CO₂浓度升高介导的寄主植物营养和次生代谢物质的变化;3)大气CO₂浓度升高对以植物为食的昆虫的个体生长发育、种群数量、行为的影响;4)天敌昆虫的生物学及捕食量与寄生率变化.最后对今后的研究方向进行了展望.     

三江平原小叶章湿地碳排放对雪被变化的短期响应

为了解三江平原小叶章湿地碳排放对雪被变化的响应,利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内试验平台,采用静态箱-气相色谱法,分别对剔除雪被处理(0 cm)和添加雪被处理(50 cm)以及对照(20 cm)小叶章湿地进行了温室气体排放通量观测,并同步观测相关环境因子。结果表明:不同处理土壤温度、含水量及碳排放量均在覆雪期较低,并随时间呈逐渐升高趋势。随着时间推移和雪被厚度增加,土壤温度不断上升,处理间差异逐渐缩小;剔除雪被处理的土壤含水量始终低于对照和添加雪被处理;在融雪期和后融雪期,对照和添加雪被处理比剔除雪被处理更能促进土壤CO₂排放;各时期土壤累积CH₄排放量在不同处理间无显著性差异。土壤温度与累积CO₂和CH₄排放量均呈显著相关关系,随土壤温度的升高,土壤累积CO₂排放量持续增加,土壤累积CH₄排放量呈先减少后迅速增加趋势;土壤含水量与累积CO₂和CH₄排放量也呈显著相关关系,随土壤含水量的增加,土壤累积CO₂排放量逐渐增多,达到一定值后趋于平缓,土壤累积CH₄排放量则持续显著增加。     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。     

加气灌溉对不同施氮水平的设施甜瓜土壤CO2和N2O排放的影响

为探讨不同加气灌溉施氮模式下设施甜瓜土壤CO₂和N₂O排放的动态变化规律及其与土壤温度、湿度的关系,本研究采用密闭静态箱-气相色谱法对加气灌溉不同施氮水平下土壤CO₂和N₂O排放进行监测,并分析了加气灌溉对不同施氮量下土壤CO₂和N₂O排放的影响.试验采用加气灌溉(AI)和不加气灌溉(CK)两种灌溉方式,施氮量设不施氮(N₁)、传统施氮量的2/3(150 kg·hm^-2,N₂)和传统施氮量(225 kg·hm^-2,N₃)3个施氮水平.结果表明:加气灌溉土壤CO₂和N₂O排放量高于不加气灌溉处理,但是差异不显著;相同灌溉模式下,CO₂和N₂O排放量随施氮量的增加而显著增加,施氮量是土壤CO₂和N₂O排放的主要影响因素.加气灌溉条件下,不同施氮处理N₂O排放通量与土壤温度和湿度呈显著正相关,CO₂排放通量与土壤温度呈显著正相关.加气减氮处理在氮肥减少1/3的情况下,甜瓜产量提高了6.9%,温室气体排放引起的增温潜势值从9544.82 kg·hm^-2下降到9340.72 kg·hm^-2.综上,通过加气灌溉减少氮肥施用量来抑制农业生产系统中温室气体排放是可行的.     

加气灌溉对不同施氮水平的设施甜瓜土壤CO2和N2O排放的影响

为探讨不同加气灌溉施氮模式下设施甜瓜土壤CO₂和N₂O排放的动态变化规律及其与土壤温度、湿度的关系,本研究采用密闭静态箱-气相色谱法对加气灌溉不同施氮水平下土壤CO₂和N₂O排放进行监测,并分析了加气灌溉对不同施氮量下土壤CO₂和N₂O排放的影响.试验采用加气灌溉(AI)和不加气灌溉(CK)两种灌溉方式,施氮量设不施氮(N₁)、传统施氮量的2/3(150 kg·hm^-2,N₂)和传统施氮量(225 kg·hm^-2,N₃)3个施氮水平.结果表明:加气灌溉土壤CO₂和N₂O排放量高于不加气灌溉处理,但是差异不显著;相同灌溉模式下,CO₂和N₂O排放量随施氮量的增加而显著增加,施氮量是土壤CO₂和N₂O排放的主要影响因素.加气灌溉条件下,不同施氮处理N₂O排放通量与土壤温度和湿度呈显著正相关,CO₂排放通量与土壤温度呈显著正相关.加气减氮处理在氮肥减少1/3的情况下,甜瓜产量提高了6.9%,温室气体排放引起的增温潜势值从9544.82 kg·hm^-2下降到9340.72 kg·hm^-2.综上,通过加气灌溉减少氮肥施用量来抑制农业生产系统中温室气体排放是可行的.     

灌水量对温室番茄土壤CO2、N2O和CH4排放的影响

为揭示不同灌水量对温室番茄土壤CO₂、N₂O和CH₄排放及作物产量的影响,提出有效的减排措施,试验设置充分灌溉(1.0W,W_1.0;W为充分供水的灌水量)、亏缺20%灌溉(0.8W,W_0.8)和亏缺40%灌溉(0.6W,W_0.6)3个灌水水平,采用静态暗箱/气相色谱法于2017年4—12月对两茬温室番茄土壤CO₂、N₂O和CH₄进行全生长季监测,分析土壤CO₂、N₂O和CH₄排放对不同灌水量的响应.结果表明: 番茄两个生长季中,土壤CO₂、N₂O和CH₄排放量均随着灌水量增加呈现逐渐增加的趋势(W_1.0＞W_0.8＞W_0.6),除W_0.6和W_1.0处理间土壤N₂O排放具有显著差异外,其他各处理间气体排放差异均不显著.与W_1.0处理相比,W_0.6和W_0.8处理土壤CO₂排放分别减小了12.2%和8.3%,N₂O分别减小了19.1%和8.0%,CH₄分别减小了11.0%和6.2%.番茄产量和由土壤N₂O和CH₄引起的全球增温潜势(GWP)均随灌水量增加而增加;与W_1.0处理相比,W_0.6处理产量和GWP显著减小,降幅分别为17.0%和22.9%,而W_0.8处理对两者未产生显著影响.单位产量GWP随灌水量增加表现为先增加后降低的趋势(W_0.8＞W_1.0＞W_0.6),处理间差异不显著.灌溉水利用效率(IWUE)随灌水量增加而降低,与W_1.0处理相比,W_0.6和W_0.8处理IWUE分别增加了38.3%和9.4%.回归分析表明,土壤CO₂排放通量与土壤水分呈指数负相关关系;土壤CH₄通量与土壤水分呈线性正相关关系;当土壤温度小于18 ℃和大于18 ℃时,土壤N₂O排放通量与土壤温度间均呈指数负相关关系.灌水增加了番茄产量和温室气体排放,但降低了IWUE.综合考虑番茄产量、IWUE和温室效应,推荐W_0.8处理为较佳的灌溉模式.