基于土地利用/覆被动态变化的粤港澳大湾区碳储量评价与预测

土地利用/覆被变化会增加区域碳储量或引发碳损耗,进而影响全球气候.研究湾区土地利用与碳储量变化的影响机制,对区域生态系统保护及社会经济可持续发展具有重要意义.基于InVEST模型和PLUS模型,分析了粤港澳大湾区土地利用与碳储量的动态变化特征及影响机制,进一步模拟预测了2030年3种发展情景（自然趋势情景、建设用地优先情景和生态优先情景）下土地利用类型变化对碳储量的影响.结果表明：(1)2000～2020年粤港澳大湾区的耕地（减少5.38%）和建设用地（增加8.68%）变化最显著,其余用地类型的变化较小.林地作为大湾区的主要用地类型,同样也是重要的碳库,空间上集中分布于东、北、西三面的台地和丘陵地区,碳储存低值区集中于中部平原,以建设用地为主.(2)受不同用地类型相互转化的影响,粤港澳大湾区的碳损失了20.12×106 Mg.耕地和林地面积的减少以及建设用地面积的增加是碳损耗的主要原因.(3)模拟研究发现生态保护措施将有效提高区域碳储量.具体来说,当耕地、林地和草地向建设用地的转化减少20%,湿地和水体向建设用地的转化减少30%时（生态优先情景）,区域碳储量可增加2.58×106 Mg...     

塔里木河干流土地利用/覆被变化对土壤有机碳储量的影响

结合遥感影像数据与野外实测数据,对塔里木河干流2000～2010年土地利用/覆被变化及其土壤有机碳含量分布、储量等进行了分析.结果表明：2000～2010年,塔里木河干流区土地利用/覆被面积和结构均发生了变化.其中,耕地、居工用地和灌丛地呈增加趋势,且耕地与灌丛地增幅最为明显,林地、草地、水体和裸地呈减少态势且林地减少幅度最大.在林地、草地、灌丛地和裸地中,除了灌丛地之外,与2000年相比2010年林地、草地和裸地土壤中储存的有机碳量减少,且2010年储存在四种类型土地中的有机碳总量少于2000年的.10年来土地利用/覆被类型的转换导致塔里木河干流地区0～100cm土壤有机碳储量发生改变,其中土壤有机碳储量下降了的转换类型有林-灌、林-草、林-裸、草-灌、草-裸和灌-裸,相反的转换则使土壤有机碳储量增加.     

环太湖地区土地利用变化对植被碳储量的影响

土地利用变化是影响陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素。利用1980、1990和2005年三期遥感影像解译并提取了环太湖地区1980～2005年的土地利用变化数据,根据《IPCC2006年国家温室气体排放清单指南》提供的方法,计算了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,并将计算结果与国内相关研究进行了对比分析。主要结论如下：①1980~1990年耕地、林地及草地分别净减少了223.26、1182.50和178.90km²,其中耕地主要转出为林地与建设用地,转入来源为林地、草地及未利用地,草地主要转出为耕地、林地及建设用地,其他地类之间转化较小;1990~2005年耕地及林地净减少了5929.51、1381.94km²,草地面积则增加了1270.47km²,其中耕地、林地转出涉及所有地类,耕地转入来源则主要是水域、林地及未利用地,林地转入主要是耕地、草地等,草地转入则涉及所有地类。②IPCC方法计算1980~1990年土地利用变化导致植被碳储量净减少642171.27Mg,1990~2005年植被碳储量净减少了683125.18Mg。③通过对比发现,IPCC方法计算结果与国内相关研究在植被碳储量变化趋势上基本一致,但存在一定的数值误差,建议研究编制适合国情的中国温室气体排放清单指南。     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。     

不同土地利用情景下四平市生态系统碳储量时空演变

基于1990～2020年四平市土地利用类型数据,运用GeoSOS-FLUS模型,设定自然发展、耕地保护和生态优先三种情景,模拟不同情景下2030年四平市土地利用空间格局,同时结合InVEST模型定量分析研究区1990～2020年碳储量的时空分异特征,并探讨不同情境下土地利用变化对碳储量的影响,评估未来碳储量的潜力.结果表明:1990～2020年四平市耕地和林地分别减少了951.5 5km²和357.54km²,且以1990～2000年间的降幅最大.草地和建设用地呈增加趋势,分别增加了702.97km²和587.64km².2030年在生态优先情景下,林地呈扩张态势,耕地有少量增加,在耕地保护情景下,耕地数量得到有效保障,而林地和草地有不同程度缩减.建设用地在三种情景下都呈现扩张的趋势,在自然发展情景下增长幅度最大.1990～2020年,四平市陆地生态系统的总碳储量及平均碳密度呈连续减少的势态,以1990～2000年的降幅最大,主要原因是该时段内土地利用变化以耕地的减少和建设用地的增加为主.四平市碳储...     

2000-2009年芜湖市LUCC对植被碳储量的影响

LUCC是影响陆地植被碳循环的重要因子之一。采用2000、2005和2009年3期遥感影像解译及运用GIS技术提取芜湖市2000-2009年的土地利用变化数据,根据前人对植被NPP的研究成果,计算芜湖市土地利用变化对生态系统中植被碳储量的影响。结果表明:在2000-2005年,耕地大量转化为林地、草地大量转化为耕地等使其植被碳储量净增加了4.43×103～22.14×103t;2005年-2009年,林地大量的转移为耕地、建筑用地,耕地转为水域、建设用地等使其植被碳储量净减少了72.34×103～289.38×103t。研究结果显示,芜湖市植被碳储量总体呈减少趋势,且林地是影响芜湖市植被碳储量的主要因素。     

基于InVEST模型的伏牛山地区生态系统碳储量时空变化模拟

在生态文明建设高质量的发展环境下,探究国土空间规划视角下土地利用合理规划与碳减排关系有重大现实意义.山地生态系统作为自然、社会和经济的综合生态系统,对区域生态环境质量提高和可持续发展具有重要影响.以河南省伏牛山区为研究对象,采用InVEST与CA-Markov模型预测2000～2030年多情景下伏牛山生态系统碳储量的时空分布差异.结果表明：(1) 2000～2020年,伏牛山地耕地和林地大面积减少,水域和建设用地增加.自然增长情景下耕地持续减少;耕地保护情境下耕地面积减少速度得到有效缓解;生态保护情景下,林地草地面积得到了有效保护.(2) 2000～2020年,伏牛山地生态系统碳储量减少2.62×106 t;自然增长情景下,生态系统碳储量持续减少;耕地保护情景稍有缓解;生态保护措施有效缓解了碳损失.(3)碳储量随海拔升高呈驼峰状变化,随着坡度升高而呈现增加的趋势.因此,在未来伏牛山地区国土空间规划中,可综合考虑生态保护与耕地保护情景,在增加碳储量的同时也保证了粮食生产.     

区域生态系统服务对土地利用变化的脆弱性评估——以江苏省环太湖地区碳储量为例

文章在评述生态系统服务对全球变化的脆弱性研究概况的基础上,认为在生态系统服务退化和不可持续的状态下,改变土地利用变化对降低生态系统服务脆弱性具有重要意义。论文引入了生态系统服务对土地利用变化脆弱性评估方法,分析了生态系统服务对土地利用类型转变、土地利用类型渐变、土地管理方式变化的脆弱性响应机理,以江苏省环太湖地区碳储量为例进行实证研究。结果表明:①在1980—1990年、1990—2000年、2000—2005年3个时间段,农田、林地的显著减少和建设用地的急剧增加致使生态系统碳储量对土地利用强度变化表现得愈加脆弱,土地利用强度指数每增加一个单位,碳储量分别减少0.90 Tg、1.68 Tg、1.69 Tg;②2005—2015年间,通过对农田、林地、建设用地的规划控制,可以降低生态系统碳储量的脆弱性,土地利用强度指数每增加一个单位,碳储量分别由规划控制前减少0.50 Tg变为增加0.62Tg。据此得出结论,合理调整土地利用结构、加强规划管理可以降低生态系统碳储量对土地利用变化的脆弱性。最后,针对研究中存在的一些不足之处,提出了进一步研究的建议。     

基于InVEST与CA-Markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-Markov模型,分析2000～2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明：(1)昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.(2)2000～2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10⁶ t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.(3)2020～2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10⁶ t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情...     

基于InVEST-PLUS模型的碳储量空间关联性及预测——以广东省为例

构建土地利用碳储量数据库,基于InVEST模型Carbon模块,得到广东省1990~2020年碳储量时空分布情况.用Moran’s I指数和Getis-Ord Gi^*分析格网尺度下碳储量时空分布特征,用Anselin Local Moran’s I得到LISA集聚图.然后运用PLUS模型和14个土地利用驱动因子预测2050年土地利用及其碳储量分布.结果表明,土地利用变化直接影响区域碳储量高低,林地、草地等具有生态服务功能地类碳密度最高,分别是188.44,329.34Mg/hm².碳储量空间格局整体呈现出中部低、北部高、东西中等的特点.碳储量空间分布特征与土地利用特征一致,碳储量显著高值集聚区域分布在建设用地少、生态用地多且连片的粤北地区,显著低值区域分布在国土开发强度和生态用地破碎化程度高的珠三角地带.在自然发展情景下,到2050年广东省土地利用碳储量将减少4327.21万Mg,随着国土空间进一步开发,环珠江口沿岸城市碳储量持续下降.增加植被生态系统碳储量,是实现碳中和的重要手段之一.要继续维持粤北山区生态保护屏障的重要地位,减缓珠三角城市土地开发强度,提高建设用地集约节约能力,形成平衡协调的土地利用和碳储量格局.     

沂河流域土地利用时空变化图谱特征分析

基于沂河流域1995年、2005年和2015年土地利用空间数据,运用地学信息图谱方法构建1995-2005年和2005-2015年两个时序单元的土地利用转移图谱和涨落势图谱,分析了沂河流域近20年来的土地利用时空变化规律及发展过程。结果表明：（1）1995-2015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其中耕地和草地减少,林地和建设用地增加是主要变化趋势。（2）土地利用转移图谱以耕地与林地、草地之间的相互转换以及建设用地占用耕地为主,林地、草地转变为耕地主要发生在费县和平邑县中部地势平缓的山前平原,耕地转变为林地、草地则主要分布于研究区北部和西南部土壤侵蚀较为严重的山区,耕地转变为建设用地主要集中在各县市城区周边经济相对发达的区域。两个时序单元中,发生变化的主要图谱单元类型及面积存在显著差异,2005-2015年土地利用发生转换的空间进一步扩张。（3）土地利用涨势图谱中新增耕地面积最大,占新增面积的比例为33.87%;落势图谱中耕地萎缩面积最大,占萎缩面积的比例为51.38%。两个时序单元中,各县市涨落势图谱变化存在明显差异。该研究可为沂河流域土地资源的可持续利用及生态建设提供科学依据。     

基于土地利用变化的陕西省植被碳汇提质增效优先区识别

在“双碳”目标背景下,陆地植被生态系统碳汇是实现碳中和目标的重要方式。为有效识别植被碳汇服务功能提质增效的优先区,利用InVEST模型定量评估陕西省植被碳储量时空演变特征及分布格局,分析土地利用/覆被类型变化对碳储量变化的影响,研究林草生态建设碳汇增长空间差异,确定林草生态建设提质增效对象区域。结果表明：（1）陕西省土地利用类型主要以耕地、林地、草地为主,土地利用类型转移变化也主要发生在三者之间;（2）1980― 2020年陕西省生态系统碳储量总体增加91.88×10⁶ t,增幅3.16%,呈现出“总体上南高北低、局部地区明显过高或过低”的地带性分布特征;（3）退耕还林（草）工程对碳汇能力提升效果明显,存在全局空间相关性,表现为一定的空间趋同集聚现象;（4）陕北地区为生态保护修复工程极优先区和优先区,陕南地区为中等优先区,关中地区为一般优先区。研究基于不同区县生态系统碳汇年均增长率的差异,确定生态治理优先区域,可为实现生态修复工程主导模式的分区管理以及碳汇能力提质增效提供参考。     

京津冀“生态系统服务转型”及其空间格局

以1980年、2000年、2015年土地利用类型、NPP和统计数据为基础,运用GIS和生态系统服务价值测算方法,分析京津冀食物生产与固碳释氧两种服务的变化及其空间格局,揭示“生态系统服务转型”的原因。结果表明:（1）35年来,京津冀土地利用变化以建设用地扩张和耕地减少为主。1980年和2000年,NPP的高值区主要位于山区,2015年NPP的高值区主要位于平原。（2）1980-2000年京津冀生态系统服务变化以食物生产服务增加与固碳释氧服务降低为主,2000-2015年京津冀以食物生产服务与固碳释氧服务同时增加为主。“生态系统服务转型”模式为“食物生产+固碳释氧–”→“食物生产+固碳释氧+”。（3）农业生产力提升、林地面积与质量和耕地质量、草地质量提升是“生态系统服务转型”的主要原因。     

西藏生态系统碳蓄积动态的土地利用/覆被变化归因分析

论文利用InVEST模拟了2001—2010年西藏生态系统碳蓄积动态变化,并从土地覆被类型转移和土地覆被碳密度变化两方面对碳蓄积动态进行归因分析。研究发现：1）2001—2010年西藏碳蓄积增加0.5×10⁸ t。藏西北、藏东南碳蓄积变化较大,藏中、藏北相对稳定。牧区碳蓄积增加,农区、半农半牧区减少。水源涵养区和防风固沙区碳蓄积增幅大,生物多样性保护区和特色产业区下降。草原碳蓄积持续增长,森林、稀疏植被碳蓄积稳中有降,灌丛碳蓄积下降。2）草地、林地等碳密度高的地类面积增加,灌丛、稀疏植被等碳密度低的地类面积减少,土地覆被类型转移增强了碳蓄积功能,对碳蓄积变化的贡献率为269%。3）森林等碳密度较高的地类碳密度下降明显,稀疏植被等碳密度较低的地类碳密度略有增加,碳密度变化对碳蓄积变化的贡献率为-169%。     

中国南北过渡带生态系统碳储量时空变化及动态模拟

山地是全球变化的敏感地带,对生态安全与发展具有重要作用,山地生态系统服务变化和生态环境承载力是地理学与生态学的研究热点。以中国南北过渡带的主体秦巴山地为研究对象,采用CA-Markov模型与InVEST模型模拟和预测（2000—2040年）不同土地利用情景下秦巴山地生态系统碳储量变化,运用热点分析（Getis-Ord G_i^*）探讨秦巴山地生态系统碳储量的空间分布差异。结果表明：（1）2000—2040年,研究区土地利用/土地覆被变化主要是耕地、林地、草地和建设用地。（2）2000—2020年,碳储量增加1.12×10⁷ t;2020—2040年自然增长情景下,碳储量损失剧烈,减少50.24×10⁷ t;生态保护情景下,碳损失幅度明显变弱,减少29.52×10⁷ t,说明采取生态环境保护政策,能够有效控制碳储量减少。（3）土地利用/土地覆被与生态系统碳储量的变化呈现显著的一致性,土地利用数量变化决定了生态系统碳储量的质量和空间分布格局。（4）随着海拔抬升,碳储量呈现出“先增后减”的趋势;随着坡度升高,碳储量呈现出“W”型变化趋势。（5）热点分析结果显示,2000—2020年间,碳储量热点区和冷点区零散分布在研究区内;2040年自然增长情景下,碳储量冷热点分布范围有逐渐变大的趋势;2040年生态保护情景较2020年,秦巴山地生态系统碳储量的冷热点分布范围整体变化不大。     

Land use structure optimization based on carbon storage in several regional terrestrial ecosystems across China

Land use change is a main driver of carbon storage in terrestrial ecosystems. Based on land use data, research results related to carbon densities in vegetation and soil as well as government policies related to development in different regions of China, this paper optimized land use structure in 2020 for different regions with the goal of increasing terrestrial ecosystem carbon storage. We defined seven types of land use: (1) cultivated land, (2) garden land, (3) woodland, (4) pasture land, (5) other agricultural land, (6) urbanized land, and (7) a mixture of other land which we call mixed land which included open water, swamps, glaciers and other land as defined below. We found: (1) For most eastern regions, woodland has the highest carbon (C) densities while C densities of pasture land and cultivated land did not differ widely. Both have C densities higher than urbanized land while urbanized land has higher carbon densities than the areas placed in the mixed land type. (2) Under an optimized land use structure projected for 2020, the area of cultivated land will decrease compared with 2005 for most regions. The areas of garden land, pasture land and other agricultural land are much smaller compared with the mixed land use type, and the changes there are not obvious and their contributions to increased carbon storage are not significant. The area of woodland will increase the most obviously and it will contribute the most to increased carbon storage. The increasing urbanization of land and the decreasing trend of other land types make it difficult to change carbon storage patterns since the Chinese economy is expanding rapidly. (3) The optimized land use structure presented here will have effects on the entire country though with regional differences. Some inland regions will always have a larger potential to increase carbon storage than other areas because the potentialities in some coastal regions are limited by social and economic development.     

新安江流域土地利用结构对水质的影响

以新安江上游流域为研究区域,用该流域2010年5月TM遥感影像图作为底图,通过实地野外调查获取了新安江流域的土地利用图.运用ArcGIS的水文、空间分析功能,将流域划分为8个子流域,并分析各子流域的土地利用结构.根据2010年1～12月的水质监测数据,分析TN、TP、高锰酸盐指数、NH4+-N、粪大肠菌群的时空变化特征,以及与土地利用结构之间的定量关系.结果表明,TN和NH4+-N有明显的时间变化特征,为枯时期>丰水期>平水期,而其他几种指标没有明显的时间变化.在空间上,整体上呈现出渔梁、浦口污染最为严重.流域内土地利用结构与水质之间的相关关系表现为:耕地、水体、建筑用地起源作用,林地、草地起汇作用.在年度上看,耕地对TN、NH4+-N、高锰酸盐指数影响最大,草地对TP影响最大;不同水期上,枯水期和丰水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地,在平水期,对TN、TP、粪大肠菌群影响最大的土地利用类型分别为耕地、草地、林地.