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漓江流域陆地生态系统碳储量时空特征与预测

魏玺 邵亚 蔡湘文 林珍铭 肖连刚 刘泽昊

魏玺,邵亚,蔡湘文,等.漓江流域陆地生态系统碳储量时空特征与预测[J].环境工程技术学报,2023,13(3):1223-1233 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220378
引用本文: 魏玺,邵亚,蔡湘文,等.漓江流域陆地生态系统碳储量时空特征与预测[J].环境工程技术学报,2023,13(3):1223-1233 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220378
WEI X,SHAO Y,CAI X W,et al.Spatio-temporal characteristics and prediction of carbon storage in terrestrial ecosystems in Lijiang River basin[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(3):1223-1233 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220378
Citation: WEI X,SHAO Y,CAI X W,et al.Spatio-temporal characteristics and prediction of carbon storage in terrestrial ecosystems in Lijiang River basin[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2023,13(3):1223-1233 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220378

漓江流域陆地生态系统碳储量时空特征与预测

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220378
基金项目: 桂林市科学技术研究开发项目(20190217-2);桂林理工大学博士科研启动基金项目;广西隐伏金属矿产勘查重点实验室资助项目
详细信息
    作者简介:

    魏玺(1998—),男,硕士研究生,主要从事土地资源管理研究,2092388157@qq.com

    通讯作者:

    蔡湘文(1973—),男,副教授,博士,主要从事土地资源管理研究,598196224@qq.com

  • 中图分类号: X171.1

Spatio-temporal characteristics and prediction of carbon storage in terrestrial ecosystems in Lijiang River basin

  • 摘要:

    评估生态系统碳储量,对区域生态管理具有重要意义。利用InVEST模型和PLUS模型,基于解译的土地利用数据和未来土地利用预测数据,研究2000-2020年漓江流域土地利用变化和碳储量时空特征,并预测未来不同发展情景下碳储量的变化。结果表明:2000-2020年漓江流域土地利用变化表现为耕地、林地和草地面积减少,水域、建设用地和未利用地面积增加;受土地利用变化的影响,2000-2020年漓江流域碳储量减少了0.945×106 t,其中2015-2020年减幅最大;碳储量高的区域主要分布在流域西北、西南及东部高海拔地区,碳储量低的区域主要分布在流域中部平原地区且2000-2020年明显扩大,流域内的临桂区、兴安县和灵川县碳储量减少较为显著。预测2030年漓江流域在自然发展情景下碳储量会进一步下降,耕地保护情景下碳储量相较自然发展情景增加0.345×106 t,生态保护情景下碳储量比自然发展情景、耕地保护情景分别增加1.540×106、1.195×106 t。耕地保护情景能够保护耕地数量,但建设用地扩张受到较大限制;生态保护情景能够增强固碳能力,但不能有效控制耕地面积的缩减。未来漓江流域国土空间规划需综合统筹生态保护和耕地保护措施,提升区域碳汇能力,实现绿色可持续发展。

     

  • 图  1  漓江流域行政区划

    Figure  1.  Administrative divisions of Lijiang River basin

    图  2  2000—2020年漓江流域土地利用分布

    Figure  2.  Distribution of land use in Lijiang River basin from 2000 to 2020

    图  3  2000—2020年漓江流域碳储量变化

    Figure  3.  Changes in carbon storage in Lijiang River basin from 2000 to 2020

    图  4  2000—2020年漓江流域碳储量空间分布及变化

    Figure  4.  Spatial distribution and changes of carbon storage in Lijiang River basin from 2000 to 2020

    图  5  不同情景下2030年漓江流域土地利用分布

    Figure  5.  Distribution of land use in Lijiang River basin in 2030 under different scenarios

    图  6  不同情景下2020—2030年漓江流域碳储量空间变化

    Figure  6.  Spatial changes of carbon storage in Lijiang River Basin from 2020 to 2030 under different scenarios

    表  1  漓江流域碳密度

    Table  1.   Carbon density in Lijiang River basin t/hm2 

    土地利用类型$ {C}_{i-\mathrm{a}} $$ {C}_{i-\mathrm{b}} $$ {C}_{i-\mathrm{s}} $$ {C}_{i} $
    耕地[18-21]13.572.6547.40063.62
    林地[19-21]58.3014.5896.00168.88
    草地[21]3.0113.5360.0076.54
    水域[21]2.802.400.005.20
    建设用地[19-21]11.450.9331.4043.78
    未利用地[19-20]3.400.0031.4034.80
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    表  2  不同时段各类土地利用类型面积变化

    Table  2.   Changes in the area of various types of land in different time periods km2 

    年份区间耕地林地草地水域建设用地未利用地
    2000—2005−5.756−2.727−2.4670.46810.6030.014
    2005—2010−9.78912.534−19.6198.2658.2350.393
    2010—2015−17.059−19.6710.4843.20931.0781.821
    2015—2020−60.469−33.278−14.94014.27295.676−1.086
    2000—2020−93.074−43.142−36.54226.213145.5921.141
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    表  3  2000—2020年漓江流域土地转移矩阵结果

    Table  3.   Results of land transfer matrix in Lijiang River basin from 2000 to 2020 km2 

    土地利用
    类型
    耕地林地草地水域建设
    用地
    未利
    用地
    耕地3 421.71080.00618.20918.105101.6250.161
    林地82.57611 314.90354.04615.78537.1241.023
    草地19.60858.7631 646.4175.24228.0850.016
    水域6.5404.7211.497168.2551.5620.004
    建设用地16.3003.6451.4601.402340.5310.005
    未利用地0.0010.0700.0000.0000.0002.055
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    表  4  漓江流域不同土地利用类型碳储量

    Table  4.   Carbon storage of different land use types in Lijiang River basin 106 t 

    年份耕地林地草地水域建设用地未利用地
    200023.157194.36613.4650.0951.5910.007
    202022.565193.63713.1850.1092.2280.011
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    表  5  2000—2020年漓江流域各土地利用类型转化下的碳储量变化

    Table  5.   Changes in carbon storage under the transformation of various land use types in Lijiang River basin from 2000 to 2020

    土地利用类型转化面积/km2碳储量变化/万t
    耕地-林地80.00684.214
    耕地-草地18.2092.353
    耕地-水域18.105−10.577
    耕地-建设用地101.625−20.162
    耕地-未利用地0.161−0.046
    林地-耕地82.576−86.920
    林地-草地54.046−49.906
    林地-水域15.785−25.837
    林地-建设用地37.124−46.442
    林地-未利用地1.023−1.372
    草地-耕地19.608−2.533
    草地-林地58.76354.262
    草地-水域5.242−3.740
    草地-建设用地28.085−9.201
    草地-未利用地0.016−0.006
    水域-耕地6.5403.820
    水域-林地4.7217.728
    水域-草地1.4971.068
    水域-建设用地1.5620.603
    水域-未利用地0.0040.001
    建设用地-耕地16.3003.234
    建设用地-林地3.6454.559
    建设用地-草地1.4600.478
    建设用地-水域1.402−0.541
    建设用地-未利用地0.0050.000
    未利用地-耕地0.0010.000
    未利用地-林地0.0700.094
    未利用地-草地0.0000.000
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    表  6  不同情景下2030年漓江流域不同土地利用类型碳储量

    Table  6.   Carbon storage of different land use in Lijiang River basin under different scenarios in 2030 106 t 

    土地利用类型不同情景下碳储量
    自然发展情景耕地保护情景生态保护情景
    耕地22.20323.16222.203
    林地192.806192.684194.683
    草地13.06813.06813.068
    水域0.1160.0980.096
    建设用地2.6992.2252.384
    未利用地0.0110.0110.009
    合计230.903231.248232.443
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  • [1] 杨元合, 石岳, 孙文娟, 等.中国及全球陆地生态系统碳源汇特征及其对碳中和的贡献[J]. 中国科学:生命科学,2022,52(4):534-574.

    YANG Y H, SHI Y, SUN W J, et al. Terrestrial carbon sinks in China and around the world and their contribution to carbon neutrality[J]. Scientia Sinica (Vitae),2022,52(4):534-574.
    [2] 于贵瑞, 方华军, 伏玉玲, 等.区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展[J]. 生态学报,2011,31(19):5449-5459.

    YU G R, FANG H J, FU Y L, et al. Research on carbon budget and carbon cycle of terrestrial ecosystems in regional scale: a review[J]. Acta Ecologica Sinica,2011,31(19):5449-5459.
    [3] 方精云, 于贵瑞, 任小波, 等.中国陆地生态系统固碳效应: 中国科学院战略性先导科技专项“应对气候变化的碳收支认证及相关问题”之生态系统固碳任务群研究进展[J]. 中国科学院院刊,2015,30(6):848-857.

    FANG J Y, YU G R, REN X B, et al. Carbon sequestration in China's terrestrial ecosystems under climate change: progress on ecosystem carbon sequestration from the CAS strategic priority research program[J]. Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2015,30(6):848-857.
    [4] 陈耀亮, 罗格平, 叶辉, 等.1975—2005年中亚土地利用/覆被变化对森林生态系统碳储量的影响[J]. 自然资源学报,2015,30(3):397-408.

    CHEN Y L, LUO G P, YE H, et al. Sources and sinks of carbon caused by forest land use change from 1975 to 2005 in central Asia[J]. Journal of Natural Resources,2015,30(3):397-408.
    [5] 朱文博, 张静静, 崔耀平, 等.基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估: 以太行山淇河流域为例[J]. 地理学报,2019,74(3):446-459.

    ZHU W B, ZHANG J J, CUI Y P, et al. Assessment of territorial ecosystem carbon storage based on land use change scenario: a case study in Qihe River Basin[J]. Acta Geographica Sinica,2019,74(3):446-459.
    [6] 赫晓慧, 徐雅婷, 范学峰, 等.中原城市群区域碳储量的时空变化和预测研究[J]. 中国环境科学,2022,42(6):2965-2976.

    HE X H, XU Y T, FAN X F, et al. Temporal and spatial variation and prediction of regional carbon storage in Zhongyuan Urban Agglomeration[J]. China Environmental Science,2022,42(6):2965-2976.
    [7] 杨小琬, 张丽君, 秦耀辰, 等.1995年以来黄河下游碳储量时空变化及驱动因素[J]. 河南大学学报(自然科学版),2022,52(1):20-33. doi: 10.15991/j.cnki.411100.2022.01.003

    YANG X W, ZHANG L J, QIN Y C, et al. Temporal and spatial variation and driving factors of carbon storage in the lower Yellow River since 1995[J]. Journal of Henan University (Natural Science),2022,52(1):20-33. doi: 10.15991/j.cnki.411100.2022.01.003
    [8] 吴佩君, 刘小平, 黎夏, 等.基于InVEST模型和元胞自动机的城市扩张对陆地生态系统碳储量影响评估: 以广东省为例[J]. 地理与地理信息科学,2016,32(5):22-28.

    WU P J, LIU X P, LI X, et al. Impact of urban expansion on carbon storage in terrestrial ecosystems based on InVEST model and CA: a case study of Guangdong Province, China[J]. Geography and Geo-Information Science,2016,32(5):22-28.
    [9] 罗楠, 滕耀宝, 胡金龙, 等.漓江流域土地利用变化及与旅游发展关系研究[J]. 西北林学院学报,2021,36(5):262-268.

    LUO N, TENG Y B, HU J L, et al. Changes of land use and its relationship with tourism development in Lijiang River Basin[J]. Journal of Northwest Forestry University,2021,36(5):262-268.
    [10] 何毅, 唐湘玲.1998—2018年漓江流域土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]. 湖北农业科学,2020,59(22):75-80.

    HE Y, TANG X L. Impact of land use change on ecosystem service value in Lijiang River Basin in 1998-2018[J]. Hubei Agricultural Sciences,2020,59(22):75-80.
    [11] 左天惠, 陆飞扬, 黄妤.漓江流域土地利用时空变化动态监测与分析[J]. 南方国土资源,2021(12):22-26.
    [12] 张钰莹, 孙美莹, 杨荣金, 等.西南地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]. 环境工程技术学报,2022,12(1):207-214.

    ZHANG Y Y, SUN M Y, YANG R J, et al. Impact of land-use change on ecosystem service value in Southwest China[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(1):207-214.
    [13] 马欢, 冯朝阳, 宋婷, 等.1990—2018年赤水河流域土地利用变化分析[J]. 环境工程技术学报,2021,11(3):428-436.

    MA H, FENG C Y, SONG T, et al. Study on the characteristics of land use change in Chishui River Basin from 1990 to 2018[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2021,11(3):428-436.
    [14] 徐自为, 张智杰.基于土地利用变更调查的2010—2016年新疆尉犁县生态系统碳储量时空变化[J]. 环境科学研究,2018,31(11):1909-1917.

    XU Z W, ZHANG Z J. Spatiotemporal variation of carbon storage in Yuli County during 2010-2016[J]. Research of Environmental Sciences,2018,31(11):1909-1917.
    [15] 吴瑞, 刘桂环, 文一惠.基于InVEST模型的官厅水库流域产水和水质净化服务时空变化[J]. 环境科学研究,2017,30(3):406-414.

    WU R, LIU G H, WEN Y H. Spatiotemporal variations of water yield and water quality purification service functions in Guanting Reservoir Basin based on InVEST model[J]. Research of Environmental Sciences,2017,30(3):406-414.
    [16] 揣小伟, 黄贤金, 郑泽庆, 等.江苏省土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响[J]. 资源科学,2011,33(10):1932-1939.

    CHUAI X W, HUANG X J, ZHENG Z Q, et al. Land use change and its influence on carbon storage of terrestrial ecosystems in Jiangsu Province[J]. Resources Science,2011,33(10):1932-1939.
    [17] 方精云, 黄耀, 朱江玲, 等.森林生态系统碳收支及其影响机制[J]. 中国基础科学,2015,17(3):20-25. doi: 10.3969/j.issn.1009-2412.2015.03.004

    FANG J Y, HUANG Y, ZHU J L, et al. Carbon budget of forest ecosystems and its driving forces[J]. China Basic Science,2015,17(3):20-25. doi: 10.3969/j.issn.1009-2412.2015.03.004
    [18] 荣检. 基于InVEST模型的广西西江流域生态系统产水与固碳服务功能研究[D]. 南宁: 广西师范学院, 2017.
    [19] 朱鹏飞. 基于InVEST模型的广西沿海地区土地利用/覆被变化的生态效应研究[D]. 南宁: 广西师范学院, 2018.
    [20] 黄秀雨. 桂西南喀斯特-海岸带土地利用变化及其生态系统服务权衡研究[D]. 南宁: 南宁师范大学, 2021.
    [21] 张凯琪, 陈建军, 侯建坤, 等.耦合InVEST与GeoSOS-FLUS模型的桂林市碳储量可持续发展研究[J]. 中国环境科学,2022,42(6):2799-2809.

    ZHANG K Q, CHEN J J, HOU J K, et al. Study on sustainable development of carbon storage in Guilin coupled with InVEST and GeoSOS-FLUS model[J]. China Environmental Science,2022,42(6):2799-2809.
    [22] LIANG X, GUAN Q F, CLARKE K C, et al. Understanding the drivers of sustainable land expansion using a patch-generating land use simulation (PLUS) model: a case study in Wuhan, China[J]. Computers, Environment and Urban Systems,2021,85:101569. doi: 10.1016/j.compenvurbsys.2020.101569
    [23] 胡丰, 张艳, 郭宇, 等.基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测[J]. 干旱区地理,2022,45(4):1125-1136.

    HU F, ZHANG Y, GUO Y, et al. Spatial and temporal changes in land use and habitat quality in the Weihe River Basin based on the PLUS and InVEST models and predictions[J]. Arid Land Geography,2022,45(4):1125-1136.
    [24] 李琛, 高彬嫔, 吴映梅, 等.基于PLUS模型的山区城镇景观生态风险动态模拟[J]. 浙江农林大学学报,2022,39(1):84-94.

    LI C, GAO B P, WU Y M, et al. Dynamic simulation of landscape ecological risk in mountain towns based on PLUS model[J]. Journal of Zhejiang A & F University,2022,39(1):84-94.
    [25] WU C Y, CHEN B W, HUANG X J, et al. Effect of land-use change and optimization on the ecosystem service values of Jiangsu Province, China[J]. Ecological Indicators,2020,117:106507. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106507
    [26] 李妙宇, 上官周平, 邓蕾.黄土高原地区生态系统碳储量空间分布及其影响因素[J]. 生态学报,2021,41(17):6786-6799.

    LI M Y, SHANGGUAN Z P, DENG L. Spatial distribution of carbon storages in the terrestrial ecosystems and its influencing factors on the Loess Plateau[J]. Acta Ecologica Sinica,2021,41(17):6786-6799.
    [27] 张颖, 李晓格, 温亚利.碳达峰碳中和背景下中国森林碳汇潜力分析研究[J]. 北京林业大学学报,2022,44(1):38-47. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210143

    ZHANG Y, LI X G, WEN Y L. Forest carbon sequestration potential in China under the background of carbon emission peak and carbon neutralization[J]. Journal of Beijing Forestry University,2022,44(1):38-47. doi: 10.12171/j.1000-1522.20210143
    [28] 任玺锦, 裴婷婷, 陈英, 等.基于碳密度修正的甘肃省土地利用变化对碳储量的影响[J]. 生态科学,2021,40(4):66-74. doi: 10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.008

    REN X J, PEI T T, CHEN Y, et al. Impact of land use change on carbon storage in Gansu Province based on carbon density correction[J]. Ecological Science,2021,40(4):66-74. doi: 10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.008
    [29] 张志国, 班高晗.土地利用变化驱动下洛阳市生态系统碳储量时空变异[J]. 江苏农业科学,2021,49(14):226-230.

    ZHANG Z G, BAN G H. Temporal and spatial variation of ecosystem carbon storage based on land use change in Luoyang City[J]. Jiangsu Agricultural Sciences,2021,49(14):226-230. ◇
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  • 收稿日期:  2022-04-22

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