1980-2030年石羊河流域生态系统碳储存服务对土地利用变化的响应

陆地生态系统碳储量是表征碳储存服务的重要指标,其变化与土地利用变化存在着密不可分的关系。预测未来土地利用变化对认识区域生态系统服务及其变化具有重要的意义。利用石羊河流域1980-2020年土地利用数据,运用InVEST模型和FLUS模型,探究了石羊河流域在过去40年间和未来自然变化、生态保护、耕地保护3种情景下的土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：石羊河流域在1980-2020年间耕地、草地、建设用地呈增加趋势,林地、水域、未利用地呈减少的趋势。40年间石羊河流域碳储量增加了7.98×10⁶t,增幅为1.44%。石羊河流域碳储量呈现明显的空间分异,碳储量较高的地区主要分布在上游祁连山区和中下游绿洲地区,这种分布格局与流域内土地利用类型的空间分布密切相关。至2030年,自然变化、生态保护、耕地保护情景下石羊河流域碳储量分别为563×10⁶t、563.43×10⁶t、564.98×10⁶t,较2020年分别增加了0.45%、0.53%和0.80%,其中生态保护情景与其他两种情景相比既保护了生态环境还保障了生产,对未来土地利用规划有一定指导意义。     

基于InVEST模型的疏勒河流域碳储量时空变化研究

研究区域土地利用方式与生态系统服务碳储量的关系，对于区域生态系统保护及经济社会可持续发展具有重要意义。利用InVEST模型碳储量模块和CA-Markov模型，探究并预测疏勒河流域1990-2015及2015-2040年流域生态系统碳储量时空变化特征及其与土地利用方式之间的关系。结果表明：疏勒河流域1990、1995、2000、2005、2010、2015年碳储量分别为7.994×10⁸、7.996×10⁸、7.998×10⁸、8.038×10⁸、8.064×10⁸、8.071×10⁸t，呈逐年增加趋势，累计增加7.7×10⁶t。土地利用类型变化是导致生态系统碳储量变化的主要因素，未利用地向耕地和草地转化有利于碳储量增加，而草地向耕地和未利用地的转化则导致碳储量减少。疏勒河流域碳储量存在显著的空间格局，碳储量较高区域呈现"北部点状-中部带状-南部点状片状"特征，这种分布格局与流域土地利用类型紧密联系。预测表明至2040年疏勒河流域碳储量为9.128×10⁸t，较2015年增加13.1%，主要原因是草地、耕地和林地面积较大幅度增长，提高了流域内的碳储量。     

基于林业清查资料的桂西北植被碳空间分布及其变化特征

基于2005-2010年林业资源清查数据,采用材积源生物量法,运用地理信息系统技术,估算和分析了桂西北植被碳密度及其储量的空间分布及其变化。结果显示:(1) 研究区域从2005年到2010年呈现碳汇变化趋势,植被碳储量由4.19×10⁴t增加到4.27×10⁴t(增幅为1.84%),植被碳密度从29.04t/hm²增加到29.57 t/hm²。(2) 从治理措施、林种起源方式及林种类型来看,自然保护区的植被碳密度最大,超过40 t/hm²。2005-2010年,人工植苗、直播、飞播和萌生方式植被碳密度增加,退耕还林工程的植被碳密度均呈明显增长(增加3.00 t/hm²),所有林种碳密度都呈不同程度的增长。 (3)植被碳密度空间分布上,大致表现为西部高、中东部低,北部高、南部低。西部区植被碳密度均值超过40 t/hm²,中东部区植被碳密度均值低于25 t/hm²。植被碳密度变化在空间分布上表现为无论是非喀斯特区还是喀斯特区的植被碳密度都有增长趋势,其中有7个县市植被碳密度升级为更高等级。研究表明,随着退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境好转。     

基于InVEST模型的金沙江流域干热河谷区水源涵养功能评估

以金沙江流域干热河谷区1990年、2000年、2010年和2019年4期Landsat遥感影像为基础数据,通过目视解译和最大似然相结合的方法进行土地利用类型分类,定量分析金沙江流域干热河谷区土地利用类型的时间变化与空间转移过程;采用InVEST模型,结合气象、土壤和地形等数据评估了1990-2019年金沙江流域干热河谷区及不同土地利用类型的产水功能和水源涵养功能。结果表明：1）1990-2019年金沙江流域干热河谷区土地利用类型以草地、乔木林地和耕地为主;近30年来,灌木林地、建设用地、交通运输用地和水域的面积不断增加,建设用地面积增幅最大;草地、乔木林地、耕地和裸地面积均减少。2）1990-2019年,建设用地、灌木林地、交通运输用地和水域面积的增加来源于草地、耕地和乔木林地。3）金沙江流域干热河谷区多年平均产水量为26.09×10⁸ m³,水源涵养量为7.26×10⁸ m³,产水量的变化与分布直接影响着区域的水源含养量;平均水源涵养能力68.74 mm,呈现上升-下降-上升的波动变化趋势。4）1990-2019年不同土地利用类型的水源涵养量变化明显,不同地类平均水源涵养量的大小依次为耕地 > 草地 > 建设用地 > 乔木林地 > 交通运输用地 > 灌木林地 > 裸地 > 水域。     

竹茶混交模式对表层土壤有机碳储量及组分的影响

为探究毛竹林下种植茶树对土壤有机碳储量与碳组分的影响,该研究以毛竹纯林、竹茶混交林和常绿阔叶林为研究对象,采集这3种林分类型的表层(0～10 cm)土壤,测定土壤有机碳(SOC)、碳组分、生物与非生物因素指标。结果表明:(1)竹茶混交林林下植物多样性相较于毛竹纯林显著降低,但其土壤有机碳密度(22.54±2.09)t·hm^-2、碳组分与毛竹纯林无显著差异(P>0.05)。竹茶混交林的矿物结合态有机碳(MOC)为(20.13±1.83)g·kg^-1,占总有机碳的92.66%。常绿阔叶林土壤有机碳密度比竹茶混交林和毛竹纯林高土壤有机碳密度分别高41.15%和41.00%(P<0.05)。(2)3种林分类型土壤微生物量碳(MBC)含量范围为0.58～3.08 g·kg^-1,土壤16S rRNA丰度范围为2.18×10¹⁰ ～5.65×10¹⁰copies·g^-1,固碳基因cbbL丰度范围为0.37×10⁸～ 1.10 ×10⁸ copies·g^-1,土壤微生物碳利用效率范围为0.03～0.28; 3种林分类型之间微生物相关指标不存在显著差异(P>0.05)。(3)3种林分类型SOC与土壤pH、砂粒含量和地上凋落物生物量呈显著负相关,与土壤黏粒含量、粉粒含量、总氮、C:N、总磷和铵态氮含量呈显著正相关(P<0.05)。(4)就不同碳组分而言,颗粒有机碳(POC)和MOC均与土壤pH、砂粒含量和根系生物量呈显著负相关,与土壤含水量、黏粒含量、粉粒含量、总氮、C:N、总磷和铵态氮含量呈显著正相关(P<0.05)。综上表明,竹茶混交改造会造成原生毛竹纯林林下植被多样性下降,但并未造成土壤碳储量下降; 而相较于常绿阔叶林,毛竹经营措施需要改进,以提升其碳汇效益。     

福州市森林碳储量定量估算及其对土地利用变化的响应

基于RS与GIS技术,以遥感影像数据、土地利用数据、森林资源二类调查数据为主要数据源,采用逐步回归法建立森林蓄积量定量估测模型。根据"蓄积量-生物量-碳储量"推算方法,对福州市森林植被碳储量和碳密度进行估算。建立福州市土地利用转移矩阵,分析2000—2010年土地利用变化影响下的福州市森林碳储量变化特征。结果表明:(1)根据不同的森林类型,即常绿阔叶林、常绿针叶林、针阔混交林分别建立的多元线性回归模型修正决定系数分别为0.599、0.679、0.694,通过模型适用性检验和精度验证。(2)2000年、2010年福州市森林植被碳储量总量分别为12.499Tg、12.642Tg,植被碳密度分别为18.694、18.708 t/hm~2,森林植被碳储量增加了1.430×10~5t。(3)福州市闽清县、永泰县、闽侯县的森林植被碳密度常年保持较高水平,并呈现出增长趋势;罗源县、长乐市、连江县森林植被碳密度较低,并呈现下降趋势。(4)2000—2010年,灌木和耕地是主要土地利用类型转出者,森林和建设用地是主要土地利用类型转入者。森林主要由灌木和耕地转化,主要向建设用地、耕地进行转化。由于土地利用变化,10年间福州市总碳储量减少了1.711×10~4t,其中土壤碳储量减少2.230×10~3t,植被碳储量减少1.489×10~4t。     

基于FLUS与InVEST模型的北京市生态系统碳储量时空演变与预测

城市地区虽然只占世界陆地面积的2%,却产生了全球约75%的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60%-70%已耗损的碳。因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据。基于1990-2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990-2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议。基于研究得出以下结果：（1）2000-2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3%,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5%。（2）除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×10⁶ t,比最低的自然演变情景高出7.5×10⁵ t。（3）局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集。     

城市森林碳汇及其抵消能源碳排放效果——以广州为例

城市森林及其管理相关政策作为减少CO₂排放的有效策略得到了较为广泛的关注。采用材积源生物量方程与净初级生产力方法来定量分析了广州市城市森林碳储量和碳固定量,根据化石能源使用量及其碳排放因子核算了广州城市能源碳排放,最后评估了城市森林碳抵消效果。结果显示广州市城市森林碳储量为654.42×10⁴t,平均碳密度为28.81 t/hm²,而森林碳固定量为658732 t/a,平均固碳率为2.90 t·hm^-2·a^-1。2005-2010年广州市年均能源碳排放则达到2907.41×10⁴t。广州城市森林碳储量约为城市年均能源碳排放的22.51%,其通过碳固定年均能够抵消年均碳排放的2.27%,不过从城市森林综合效益来看其仍是城市低碳发展重要举措之一。分析了林型组成和林龄结构对于广州森林碳储量和碳固定量的影响,并从森林管理角度为城市森林碳汇提升提出建议。这些结果和讨论有助于评估城市森林碳汇在抵消碳排放中所起的效果。     

黄土高原羊圈沟小流域土地利用时空变化的土壤有机碳效应

土地利用变化是影响土壤有机碳储量和分布变化的重要驱动因素,为进一步探讨土地利用变化对土壤有机碳的影响,根据土壤样点数据、土地利用类型图,分析了黄土丘陵沟壑区羊圈沟小流域2006—2011年土地利用变化及其对表层土壤有机碳密度和储量的影响,主要结论如下:(1)小流域土地利用发生较大变化,主要集中在乔木林地和灌木林地面积的增加,分别为39.697、46.404 hm2;以及草地面积的减少,为64.030 hm2;(2)土地利用方式的变化会导致土壤有机碳密度及储量的变化,其中转变用地类型的土壤有机碳储量增加587.25 kg,以荒草地转出类型增加的土壤表层有机碳储量最多,为441.64 kg;灌木林地转出类型减少的土壤表层有机碳储量最多,为-21.01 kg。草地-灌木林地、草地-乔木林地、坡耕地-草地、坡耕地-灌木林地、坡耕地-乔木林地、坡耕地-坝地、梯田-草地、梯田-灌木林地、梯田-乔木林地、梯田-坝地、坝地-草地、坝地-灌木林地、坝地-乔木林地等转换用地类型的表层土壤碳密度增加值高于保持用地类型碳密度的增加值,说明这些地类的转换有利于表层土壤有机碳储量的增加,即有利于表层土壤碳汇的形成;而其他地类转换造成了表层土壤的碳排放,应该引起足够的重视;(3)土壤固碳应着眼于长期效应,频繁的土地利用类型转化可能会降低土壤碳截流效果,黄土丘陵区植被重建的长期利用和保持更有利于土壤有机碳的积累。     

北长山岛森林乔木层碳储量及其影响因子

人工林是庙岛群岛典型的陆地生态系统的组成部分,对维护海岛地区生态环境具有重要作用。采用现有生物量相对生长方程和样地调查数据相结合的方法,以庙岛群岛中北长山岛为研究区,对海岛黑松纯林与黑松×刺槐混交林两种林型的碳储量进行了估算,并分析了土壤质地及其理化性质对海岛乔木层碳储量的影响。结果表明:黑松乔木层平均碳储量为84.00 t/hm²,接近于世界平均水平(86.00 t/hm²);黑松×刺槐混交林乔木层平均碳储量为29.60 t/hm²,高于山东省乔木层的平均碳储量(27.62 t/hm²)。应用因子分析法研究影响乔木层碳储量的主要因子,结果表明:土壤质地、pH值、含水量及含盐量是影响海岛乔木碳储量重要的影响因子。北长山岛土壤全氮、总磷、土壤有机质、碳氮比等其他理化性质对乔木层碳储量影响不是非常明显。     

湖南省森林植被碳储量、碳密度动态特征

利用湖南省4次(1983—1987年、1990—1995年、2003—2004年和2009年)森林资源清查数据,采用材积源-生物量法,结合湖南省现有森林植被主要树种碳含量实测数据,研究近20多年来湖南省森林植被碳储量、碳密度的动态特征。结果表明:从1987年到2009年,湖南省乔木林植被碳汇为66.40×106tC,碳密度提高了5.65 tC/hm~2,阔叶林碳汇最大(48.43×10~6tC),其次是杉木林(9.54×10~6tC)和松木林(6.68×10~6tC),各乔木林植被碳密度波动较大;除过熟林外,各龄组乔木林均为碳汇,中龄林碳汇最大,幼龄林、中龄林、近熟林植被碳密度依次提高了4.75、4.09、0.83 tC/hm~2,成熟林、过熟林分别下降了6.87、13.88 tC/hm~2;天然林、人工林植被碳汇分别为41.01×10~6tC、25.39×10~6tC,碳密度分别提高了7.19、4.91 tC/hm~2。湖南省森林植被(包括疏林)碳汇为84.87×10~6tC,乔木林碳汇最大,其次是竹林,分别占湖南省森林植被碳汇的78.24%和33.31%,碳密度提高了6.24 tC/hm~2,各森林类型植被碳储量随其面积变化而变化。表明近20多年来,湖南省乔木林植被单位面积储碳能力明显提高,天然林在湖南省乔木林植被碳储量占有重要地位。     

不同生态恢复模式对黄土残塬沟壑区深层土壤有机碳的影响

黄土高原退耕还林近20年来,大量生态恢复工程的实施,势必对土壤碳库产生影响。为评估生态恢复的土壤碳汇效益,本研究以黄土残塬沟壑区天然次生林、人工生态林和人工经济林等3种生态恢复模式为对象,研究其4 m土壤有机碳(SOC)储量。结果表明:(1)三种生态恢复模式具有明显的碳汇效益。天然次生林4 m SOC储量为(166.40±42.90) t/hm~2比坡中农地((58.73±4.73) t/hm~2显著增加了183.33%;人工生态林和人工经济林分别为(111.32±13.30) t/hm~2、(104.60±7.10) t/hm~2比坡中农地高89.54%、78.11%;(2)0—60 cm SOC含量随深度的增加显著降低(P0.05),由表层的(11.03±7.51) g/kg减少到(2.40±0.93) g/kg,降幅达78.22%,表现出明显的表聚性;60—400 cm SOC含量变化较为稳定,含量较低为(1.81±0.88) g/kg;(3)三种恢复模式深层(1—4 m)SOC储量与坡中农地相比分别提高109.43%、76.43%、65.06%;深层SOC储量天然次生林((77.81±8.40) t/hm~2)、人工生态林((65.55±7.71) t/hm~2)、人工经济林((61.32±3.16) t/hm~2)分别占4 m剖面有机碳储量的46.76%、58.89%、58.62%。结果表明天然次生林和人工混交林是黄土高原残塬沟壑区良好的生态恢复模式,且深层SOC在土壤碳库中不可忽视。     

南京市景观时空动态变化及其驱动力

选择南京市1995、2000和2008年的土地利用/土地覆盖数据,对其土地利用斑块动态变化与景观斑块的空间稳定性进行探讨。结果表明,全市总体上以耕地、林地和草地的减少,以及建设用地和水域的大幅度增加为典型特征。1995-2000年间耕地、林地和草地面积净减少了12017.2 hm²,2000-2008年间净减少41029.13 hm²;全市的建设用地面积1995-2000年间仅增加了11981.3 hm², 2000-2008年间面积增加了41027.06 hm²。从斑块类型的面积稳定性来看,各种土地利用斑块的空间稳定性都非常高,除了2000-2008年间未利用土地的自身空间保持率为50.66%外,其他土地景观类型的保持率都在90%以上。从不稳定斑块的空间分布看,1995-2000年间,主要集中在南京市的栖霞区、浦口区和江宁区,呈离散分布特征; 2000-2008年间,不稳定斑块一方面呈现出集中连片的分布态势,这在江宁区和栖霞区最为典型,另一方面这种集中分布趋势也扩大到了六合区与高淳县。从不稳定斑块的转化方向看,均以建设用地所占比例最大,两个时段内转为建设用地的不稳定斑块分别占到了不稳定斑块总面积的87.09%和68.46%,其次的转化方向为水域,两个时间段内分别达到了10.61%和23.86%。从景观斑块变化的原因来看,对当地景观斑块稳定性影响最大的主要是人口与经济发展、城市规划的引导和重大的生态建设工程等人为因素。     

基于土地利用变化的四川省碳排放与碳足迹效应及时空格局

土地利用变化的碳排放与碳足迹研究对了解人类活动对生态环境的扰动程度及其机理、制定有效的碳排放政策具有重要意义。采用1990—2010年四川省能源消费数据和土地利用数据,通过构建碳排放模型、碳足迹及其压力指数模型,对研究区20年来土地利用的碳排放及碳足迹进行了定量分析。结果表明:(1)土地利用变化的碳排放和能源消费碳的足迹呈显著增加趋势。碳排放增加5407.839×10~4t,增长率达143%;能源消费的碳足迹增加1566.622×10~4hm~2,四川全省的生态赤字达1563.598×10~4hm~2。(2)建设用地和林地分别为四川省最大的碳源与碳汇。20年间建设用地的碳排放增加5407.072×10~4t,增长率达126.27%,占碳排放总量的88%以上;林地的碳汇减少10.351×10~4t,但仍占四川省碳汇的96%以上。(3)土地利用碳排放、碳足迹和生态赤字存在明显区域差异。成都平原区碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字严重,西部高山高原区和盆周山区碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字;成都、德阳、资阳和内江等地的碳排放、碳足迹压力最大,生态赤字最严重,甘孜、阿坝等地的碳排放、碳足迹最小,未出现生态赤字。(4)土地利用结构与碳排放、碳足迹存在一定的相互关系,趋高的碳源、碳汇比导致土地利用的碳源效应远大于碳汇效应。因此,四川省减排的重点应该在保持或增加现有的林地的同时,主要以降低建设用地的碳排放、碳足迹为主。     

基于土地利用/覆被变化的荒漠绿洲碳储量动态评估

以典型的荒漠绿洲区为研究对象,基于不同时期土地利用/覆被类型图,运用Bookkeeping模型,结合土壤、植被碳密度基础资料及调查数据,评估了近30年临泽绿洲土地利用/覆被变化特征及其对碳储量的影响。结果表明:(1)临泽荒漠绿洲区的土地利用/覆被变化特征主要表现为:居民及建设用地、耕地、林地呈增加趋势,增幅分别为90.2%、75%、46.5%;盐碱地、水体、沙地、荒漠草地则呈减少趋势,减幅分别为73.9%、67.8%、46.2%、5.5%。(2) 30 a耕地面积增加了269.38 km~2,其中耕地开垦面积为372.57 km~2,开垦主要来源于盐碱地、荒漠草地和沙地,分别占耕地开垦面积的24.7%、24.4%和21.05%。耕地转变为其他土地覆被类型的面积为103.19 km~2,转变后的主要去向分别是居民及建设用地、盐碱地和荒漠草地,分别占耕地转变为其他土地覆被类型面积的32.78%、17.8%和15.37%。(3)土地利用/覆被变化导致总碳储量增加5.89×10~5t,其中土壤碳储量增加量为4.02×10~5t,植被碳储量增加量为1.86×10~5t;耕地变化使碳储量增加4.91×10~5t,其中使碳储量增加的转变分别是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、盐碱地-耕地、耕地-林地,相反的转变则使碳储量减少。总体来看,临泽荒漠绿洲土地利用/覆被面积和结构均发生了变化,耕地开垦为最主要的土地利用/覆被变化,土地利用/覆被变化导致碳储量总体呈增加趋势,耕地变化是影响碳储量变化的主要因素。     

华北平原土地利用/覆盖对CO空间分布的调控作用

CO不仅是中国主要的空气污染物之一，还是温室效应的贡献者。农业用地每年消耗了大量的CO通量，土地利用/覆盖格局对于调控CO空间分布发挥了较大的作用。针对土地利用/覆盖调控CO空间分布开展研究，以华北平原为例揭示人类活动对CO空间异质性的影响。研究发现2010至2020年华北平原CO排放量由4964×10⁴ t降低至2683×10⁴ t,大部分耕地CO浓度由90 t/km²下降至45 t/km²以下。CO浓度空间集聚程度呈现先降低后升高趋势，Moran′s I指数由0.25增加至0.41。经济发展迅速的地区CO污染较为严重，北京和周边城市形成了CO污染高-高集聚区，周口和淮北等城市则形成了低-低集聚区。总体来看，CO浓度呈低-低集聚分布的区域不断扩大，反映出CO减排措施已经初见效果。研究表明土地利用/覆盖在类型与结构方面的差异影响了CO的排放、扩散以及氧化消耗，增加了大气CO收支的不确定性，对CO空间分布具有一定的调控作用。通过分析土地利用/覆盖与CO空间分布的关联性，探究土地利用/覆盖及景观格局对区...