扬子江城市群土地利用时空变化及其对陆地生态系统碳储量的影响

扬子江城市群是江苏省城市化进程最快,土地利用变化最明显的区域。研究该地区地利用变化及其对陆地生态系统有机碳储量的影响,对江苏省低碳土地利用研究具有重要意义。该文利用五期30 m土地利用栅格数据、土壤样点数据、林地植被清查数据、农作物数据以及经验数据,分析了1995～2015年扬子江城市群土地利用时空变化、核算了其对有机碳储量的影响。主要结果如下:(1) 1995～2015年间,扬子江城市群约有15. 90%的土地发生了转移,其中,耕地作为主要的转出者,建设用地作为主要的转入者,耕地转移为建设用地的面积约为4 161. 78 km~2,占扬子江城市群耕地转出面积的85. 86%,是主要的土地转移类型;(2) 1995～2015年间,由于土地利用类型转移变化,扬子江城市群有机碳储量总量减少了472. 63×10~4t,其中土壤有机碳储量总量增加110. 28×10~4t,植被碳储量总量减少582. 91×10~4t;(3)建设用地占用耕地是区域有机碳储量减少的主要原因,导致有机碳储量减少406. 40×10~4t,占整个区域有机碳储量减少总量的85. 99%;(4)未来扬子江城市群可通过增加生态用地、控制建设用地、优化土地利用结构,提高区域碳储量,减少对陆地生态系统碳平衡的扰动。     

三峡库区乔木林生物量和碳储量的估算

以三峡库区为研究地点,建立库区优势树种立木生物量模型,并测定乔木含碳系数,结合库区第7次和第8次森林资源连续清查数据,估算了整个三峡库区乔木林的生物量和碳储量。研究结果表明:(1)整个库区乔木林生物量和碳储量第7次调查为12 583×104t和6 471×104t,单位面积生物量75.70t/hm2,碳密度38.93t/hm2,第8次调查为14 253×104t和7 396×104t,单位面积生物量77.46t/hm2,碳密度40.20t/hm2。可见,这5a中,三峡库区生物量和碳储量都有所增加。(2)对于不同森林植被类型来说,松类的生物量和碳储量都显著高于其他类型,分别占三峡库区生物量和碳储量的40%和50%。(3)三峡库区森林植被生物量和碳储量随龄级增大先增大后减少,在中龄林时达到最大,比较两次调查的生物量和碳储量,森林植被主要以幼林龄和中龄林占优。(4)两次调查显示三峡库区森林植被生物量和碳储量主要分布在天然林中,对于碳汇起到主要作用,同时,人工林所占的比例有所提高,其碳汇能力也逐步提高。     

区域土地用途转换的土地资源碳储量研究

土地用途转换是人类社会经济活动过程中不可或缺的重要环节,也是带来土地资源碳储量变化的重要因素。在“双碳”目标下开展区域土地用途转换的土地资源碳储量研究具有重要的现实意义。基于湖北省2000—2020年5期土地用途转换数据,运用InVEST模型和PLUS模型,研究湖北省土地用途转换引致的土地资源碳储量时空变化。研究结果表明：近20年湖北省土地资源碳储量总体上呈明显下降趋势;2000—2020年湖北省土地资源总碳储量减少约10.6×107 t;在不同土地用途类型中,林地碳储量占土地资源总碳储量比重最大,达到70.68%;在空间上,湖北省土地资源碳储量高值主要集中于4大山区,武汉城市圈土地资源碳储量损失较为严重;根据PLUS模型预测的湖北省土地用途转换结果,2030年湖北省各地区在生态保护优先状态下的土地资源碳储量值最大,达到7.32×109 t,高于自然发展状态下的7.02×109 t和耕地保护优先状态下的6.76×109 t。研究结论：2000—2020年湖北省土地资源碳储量总体上呈现明显下降趋势,主要原因是湖北省城镇化的快速发展致使建设用地迅速扩张,大量侵占耕地、林地和草地。2030年...     

三峡库区重庆段土壤保持服务时空分布格局研究

土壤保持是生态系统服务与功能的重要组成,在防止土壤侵蚀、减少径流泥沙与农业面源污染等方面具有至关重要的作用。以对国家生态安全具有重要作用的土壤保持生态功能区——三峡库区重庆段为研究区域,研究得到了2000~2013年时间序列区域土壤保持服务"流量"结果,结果表明:(1)三峡库区重庆段多年平均土壤保持量为604.39 t/hm~2·a,沿长江干流自西向东逐渐增强,区域差异显著;(2)三峡库区的土壤保持服务存在明显的垂直分异特征,随着高程的增加,以300 m与900 m为节点,出现递减-递增-递减的分段规律,与人类活动存在明显的相关关系;(3)增加森林覆被面积是改善区域土壤保持、减少水土流失的重要举措。同时,在三峡库区开展坡改梯工程,减少坡耕地的数量能够有效控制区域水土流失;     

三峡库区建坝前后森林生态系统服务动态

基于六期Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,利用生态系统服务功能评估规范及GIS空间统计方法,对三峡库区1990~2015年间森林生态系统服务价值动态变化进行分析。结果表明：三峡库区森林面积与森林覆盖率逐年增加,森林面积增长率71.04%,森林覆盖率由31.27%增加到53.48%。库区整体的森林类型结构比较稳定,表现为针叶林>混交林>灌木林>阔叶林。时间上,三峡库区森林生态系统服务价值呈上升趋势,具体表现为快-慢-快的增长特征。三峡库区单位面积森林生态系统服务价值在总体增长趋势下出现局部负增长趋势,各森林类型的单位面积价值与三峡库区整体的单位面积价值有着相同的变化趋势,均表现为增加-减少-增加的变化特征。三峡库区各类型服务价值的贡献表现为：涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>保育土壤>净化大气环境>积累营养物质>森林防护。空间上,1990~2015年,三峡库区森林生态系统服务价值的地域分布大致以巫溪至武隆一线为界,呈现出东南高、西北低的特征。1990~2015年三峡库区森林生态系统服务价值变化幅度呈现出“西增加快,东增趋缓”的格局特点。     

基于SD和CLUE-S模型的区域土地利用变化对土壤有机碳储量影响研究

土地利用/土地覆被变化改变土壤呼吸条件,进而对土壤有机碳储量变化产生影响,而土壤有机碳储量则是影响农业可持续发展和全球碳平衡领域的重要因素。以上海市崇明岛为例,运用系统动力学模型(System Dynamics Model)预测2020、2030年土地利用需求变化,结合CLUE-S模型(Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent Model)得出各种用地类型的空间分布,并引用碳密度法估算三种发展幕景下土地利用变化对土壤有机碳储量的影响。结果表明:2030年三种发展幕景土壤有机碳储量分别为:低速发展幕景为3 093.03×106kg,惯性发展幕景为3 079.47×106kg,高速发展幕景为3 059.81×106kg;研究期内土壤有机碳储量呈现缓慢下降趋势,但人类活动对其扰动较小;SD和CLUE-S耦合模型可以从时间和空间两方面对土壤有机碳储量进行模拟,具有可行性;建议通过加强城镇用地集约利用、农田保护、林地建设来减少人为活动对土壤有机碳储量的影响。     

九龙江流域河水溶解态碳的时空变化

为了研究九龙江流域河流中溶解碳变化规律,分别于2017年7月与2018年1月对九龙江河水溶解无机碳（DIC）与溶解有机碳（DOC）进行了分析。丰水季河水DIC浓度为7.50~49.04 mg/L,平均值为22.12 mg/L,枯水季DIC浓度为8.84~84.91 mg/L,平均浓度41.17 mg/L,丰水季河水中的DOC浓度为0.54~2.89 mg/L,平均值为1.04 mg/L,枯水季河水中DOC浓度变化在1.34~3.56 mg/L之间,平均值为2.34 mg/L,据此计算了九龙江河水DOC、DIC的入海通量。研究结果表明九龙江河水中溶解碳具有显著的时空变化特征,通过与中国其他河流溶解碳数据对比,解释了碳酸盐岩的风化、气候变化、河流中浮游植物以及人类活动对九龙江河流溶解碳浓度的影响。     

青海省近20年森林植被碳储量变化及其现状分析

基于林业生态功能和青海省森林资源清查数据,采用森林植被生物量换算因子连续函数法,系统估算与分析青海省森林植被碳储量、碳密度,研究其近20a碳储量变化并进行现状分析。结果表明:(1)青海省森林碳储量为11 182 642.22t,占同时期全国总碳储量的1.98%,青海省森林生态系统中面积占较大比重的中龄林,其碳储量尚未达到最大,有较大发展空间;(2)青海省近20a天然林类型中碳储量较大的前4种分别是:柏木(Cupressus funebris)、桦木(Betula)、杨树(Populus)、云杉(Picea asperata)天然林,表明这几种天然林在青海省森林植被中占有重要的地位,其集中分布对区域生态功能的发挥起主导作用;(3)所采用的碳储量估算方法尚存不足,在以后计算中应考虑根据不同林分类型的含碳量进行计算。     

长江上游重庆段径流变化归因分析

近年来,受气候变化和人类活动的双重影响,长江上游重庆段的年径流量持续减少。首先利用MASH移动窗口滑动平均法分析重庆市长江干流寸滩、北碚和武隆3个主要水文站的径流变化特征,然后运用弹性系数法和回归分析法进行径流模拟,定量评价气候变化和人类活动对径流变化的贡献率。结果表明:(1)与基准期(1961~1990年)相比较,影响评价期(1991~2011年)气候变化和人类活动对3个水文站年径流减少量的贡献率分别约为25.2%~35.2%和64.8%~74.8%。(2)气候变化对月径流量的影响幅度有限,导致7月汛期径流量有一定程度的增加,8~10月的径流量普遍减少;人类活动对月径流量影响明显,导致7月份实际径流量减少,并进一步加剧了8~10月径流量减少的幅度。(3)两种方法都指示人类活动已经成为径流减少的重要原因。定量阐明径流变化的成因有助于科学制定应对措施,协调重庆市以及长江上游水资源开发利用。     

水布垭水库水体碳时空变化特征及其影响因素分析

为了评估大型水库对河流碳循环的拦截作用,选择清江流域最上游水布垭水库为典型案例,采用德国元素公司vario TOC分析仪对定期采集水样进行分析,研究新建大型水库水体碳时空分布特征及其影响因素。结果表明,水布垭水库表层水体总碳、总无机碳、溶解有机碳和颗粒有机碳平均含量分别为26.665、24.089、2.141和0.438 mg/L,在水库年内蓄水阶段呈现显著的峰值,其空间分布格局在支流库湾和坝前典型断面表现出显著的差异,在水体碳中总无机碳占据主导地位,与湖泊水体碳时空分布特征极为相似。由于受到人类活动和自然环境的双重影响,水体无机碳则与水体电导率指标具有较强的相关性,溶解有机碳则与水体温度具有直接的关系,而数量最少的颗粒有机碳则与水体叶绿素含量具有弱相关关系。研究成果可以为理解水库碳循环过程机制提供数据支持,对于开展大坝建设的河流碳循环影响评估具有重要参考意义。     

红壤丘陵区土壤有机碳储量模拟

土壤的有机碳蓄积量及其动态变化,不仅是维持农业生产可持续发展的重要因素,而且在全球变化碳循环研究中具有重要地位.本文基于GIS技术和DNDC模型,以江西省余江县为例,模拟研究了典型红壤丘陵区不同土地利用方式下的土壤有机碳储量及其变化.结果表明:余江县表层土壤有机碳储量为3.52×109 kg,平均土壤有机碳密度为4.24 kg m-2.不同利用方式中,灌溉水田的土壤有机碳密度最高,其次是望天田、园地、林地和菜地,旱地的较低,草地的最低.该县土壤有机碳库的年度变化量为8.63×107 kg, 变化率为+2.45%.土壤有机碳密度下降的地区多位于农田区内,特别是旱地,部分灌溉水田的碳密度略有增加,林地、园地、草地的土壤有机碳密度是增加的,其中园地的增幅最大.在不考虑土壤流失的情况下,自然植被覆盖下的土壤碳截留能力强于农业植被下的土壤,但是灌溉、施肥、种植绿肥等保护性农业措施可以减少土壤碳的损失,甚至增加有机碳的储量.     

安徽省陆地生态系统碳储量变化对未来土地覆被情景的响应

基于2017年安徽省土地覆被现状,结合文献调研设定碳密度参数。在三条控制线的框架下,构建5种2035年可能的土地覆被情景,据此评估碳储量变化的响应。结果表明：(1)2017年,安徽省陆地生态系统总碳储量为1 005.4 Tg。皖西、皖南山地林区碳储量较高,皖北平原、江淮丘陵的农田和城镇区较低,沿淮、沿江河流湖泊最低;(2)5种情景下,由于建设用地(碳密度较低)的扩张对周边农田和林地(碳密度较高)的占用,总碳储量出现了16～50 Tg的下降,下降幅度取决于建设用地占用类型碳密度的高低。生态修复力度的增强对皖北、江淮和沿江区碳储量损失的减缓效果相对较好;(3)建议国土空间规划中应关注绿色低碳导向的土地利用结构和布局优化,提升城市更新质量,减少碳储量损失。     

上海土壤有机碳储量及其空间分布特征

区域土壤碳库的估算不仅是陆地土壤碳循环研究的重要内容,同时也可为国家尺度的土壤碳库的估算提供更多的数据支持。利用上海第二次土壤普查资料,结合GIS技术对上海土壤有机碳储量、碳密度及其空间分布格局展开研究,结果表明,上海地区0～100 cm深度的土壤有机碳总储量为576×107 t,占全国的0.062 6%,0～100 cm的平均土壤有机碳密度为1055 kg/m2,高于全国平均值,反映出上海土壤具有较高的碳蓄积能力。各类土壤中,水稻土的土壤碳储量最大,其次是灰潮土和滨海盐土,而黄棕壤由于面积狭小,所以土壤碳储量最小。各类土壤0～100 cm土壤有机碳密度的大小顺序依次为水稻土>灰潮土>黄棕壤>滨海盐土。从空间分布格局来看,上海土壤碳密度呈现为西高东低,在局部范围内还表现出高低相间,错综复杂的局面,这种分布规律在一定程度上体现了地形、微地貌、母质、土地利用方式等因素的影响。而快速的城市化引起的土地利用变化造成了土壤碳库的净碳损失量为39244万t,相当于2000年化石燃料产生的碳排放的9.86%,这表明在经济和城市快速发展地区,土地利用变化已经成为影响土壤碳库的重要驱动力。     

土地利用和生态系统服务功能变化研究——以三峡库区大宁河流域为例

将土地利用类型分类为耕地、有林地(森林地)、灌木林地、草地、迹地、水体、建设用地和未利用地8类.以遥感数据为数据源,通过自动分类和人工解译相结合的方法获取了以上土地利用类型,并对三峡库区大宁河流域的土地利用变化过程和驱动力做了分析.以Costanza等人的全球生态系统服务价值的估测结果为基础,对各种地类生态服务功能价值重新赋值,进而估算近30年大宁河流域的生态服务价值,分析了其变化过程.结果表明:近30年,大宁河流域土地利用总的变化趋势是林、灌、草地经历了不断破坏和缓慢恢复的过程,耕地面积经历了先增后减,建设用地不断扩展.经济发展、人口增长和国家政策是土地利用变化的主要原因.生态系统服务功能经历了一个先损害后恢复的过程,表现为生态服务价值从1973年到1995年不断减少,而1995年到2002年连续增加.     

我国三峡库区高温天气的变化分析

根据三峡库区及其周围30个气象站1961～2010年的逐日气温资料,采用常规统计方法分析了50 a来三峡库区高温的时空变化特征。结果表明: 过去50 a,三峡库区年均高温日数为2407 d,存在23和31 a尺度的周期振荡,于1979 年发生了由多到少的突变;高温日平均最高气温为3669 ℃,具有3 a尺度的变化周期。8月的高温日数最多且高温日平均最高气温最高。20 世纪80年代高温日数与高温日平均最高气温为负距平,在21 世纪最初10 a,高温日数显著增加,高温日平均高温气温增高。三峡库区高温日数呈峡谷多,山区和丘陵少,库区北部多、南部少的分布特点。三峡库区蓄水后高温趋势变化不显著     

近15a江苏省水源涵养功能时空变化与影响因素探析

定量评估生态系统服务功能是合理利用自然资源、促进人地关系与可持续发展的基础。以江苏省为研究区,基于InVEST模型产水模块,定量分析了江苏省2000~2015年产水功能和水源涵养功能的时空变化特征,并采用回归分析和主成分分析法评估了水源涵养功能与社会经济要素之间的关系。结果表明：（1）江苏省多年平均产水量为571×108 m³/a,水源涵养总量78.39×108 m³/a;（2）2000~2010年江苏省水源涵养功能呈下降趋势,2010~2015年有所回升,考虑到降水因素,江苏省实际水源涵养功能持续降低;（3）土地利用变化使15a来水源涵养功能下降15.2×108 m³,降低幅度为16.9%;（4）流域尺度上水源涵养功能与江苏社会经济因素相关关系不显著。研究结果可以为土地利用优化、流域水资源管理提供科学参考和支持。     

三峡库区降水量的空间插值方法及时空分布

三峡库区是一个特殊的地理单元,分析库区降水的时空特征具有重要意义。利用三峡库区及周边46个气象站点资料,分别采用反距离加权法、样条函数法、普通克里金法、协同克里金法等4种空间插值方法,对三峡库区1961~2005年45年间的年平均降水量、月平均降水量进行了空间插值模拟与交叉检验,并对三峡库区降水量的时空分布特征进行了分析。检验结果表明,考虑高程的协同克里金法整体插值效果要优于其他3种插值法。但通过站点误差分析,协同克里金法并非对每一个站点的插值精度都高。研究发现,在剔除其中2个高海拔站点的情况下,可以显著提高协同克里金的空间插值效果。由插值得到的三峡库区降水分布图可知,大部分区域的年平均降水量处于 1000~1200 mm ,而年内降水分配不均匀,夏季降水约占年降水量的45%。     

土地利用和生态系统服务功能变化研究 ——以三峡库区大宁河流域为例

将土地利用类型分类为耕地、有林地（森林地）、灌木林地、草地、迹地、水体、建设用地和未利用地8类。以遥感数据为数据源，通过自动分类和人工解译相结合的方法获取了以上土地利用类型，并对三峡库区大宁河流域的土地利用变化过程和驱动力做了分析。以Costanza等人的全球生态系统服务价值的估测结果为基础，对各种地类生态服务功能价值重新赋值，进而估算近30年大宁河流域的生态服务价值，分析了其变化过程。结果表明：近30年，大宁河流域土地利用总的变化趋势是林、灌、草地经历了不断破坏和缓慢恢复的过程，耕地面积经历了先增后减，建设用地不断扩展。经济发展、人口增长和国家政策是土地利用变化的主要原因。生态系统服务功能经历了一个先损害后恢复的过程，表现为生态服务价值从1973年到1995年不断减少，而1995年到2002年连续增加。     

近30年三峡库区生态系统服务价值与生态风险时空变化及相关性研究

随着空间要素的集聚和经济快速发展,大量生态用地向非生态用地转变、区域景观格局中的关键生态涵养源不断萎缩、生态服务功能弱化等,使得生态安全面临新的挑战.文章在RS和GIS技术的支撑性下,以1986、1995、2000、2007、2010和2018年6期三峡库区Landsat TM/Landsat 8OLI遥感影像为数据源,基于5 km * 5 km评价单元格,核算了 30年来三峡库区生态系统服务价值和生态风险指数的时空分异特征及二者的相关性.研究结果表明:(1)1986～2018年三峡库区生态系统服务价值总量由1 639.56×108元持续增长到1 662.01x108元,整体增幅1.37％,高级别生态风险等级占比呈现缓慢降低趋势,总体下降10.89％,研究区生态状况有所改善;(2)三峡库区单位面积生态系统服务价值和生态风险指数在数值上存在一定的负向相关性,同时在空间上也具有一定的负向相关性;(3)生态系统服务价值和生态风险指数在变化速率上具有一定的非同步性,生态风险高指数区域所对应的生态系统服务价值具有较大降低的可能性,需要特别关注.研究旨为三峡水利工程的安全运行与三峡库区的可持续开发利用提供参考.     

三峡库区耕地利用变化及其对策研究 --以重庆市忠县为例

在分析忠县近55年来耕地数量动态变化的基础上,着重对三峡二期施工以来1996～2003年忠县耕地资源数量增减状况及构成进行了详尽的剖析,揭示了忠县耕地利用变化的主要原因,提出了耕地保护开发的对策。分析表明,忠县耕地数量变化有一定增减波动,但整体呈明显减少之势。农业结构调整占地占耕地总减少量的82.25 ％,是忠县耕地减少的主要原因;其次是非农建设占地和水域淹没,分别占总减少量的4.32 ％和\{13.22\} ％;新增加的耕地构成中,开荒仍是目前耕地增加的主要来源,其次是农业结构调整,二者分别占耕地总增加量的71.92 ％和21.88 ％。严格控制非农建设占用耕地,提高耕地的比较经济效益,加强耕地的整理、复垦和开发工作,加强以农田水利基本建设为重点的综合治理,严格控制人口数量,提高人口素质等是耕地保护开发的主要对策。