黄河流域上游煤矿区土地利用类型变化及其对固碳服务的影响

明晰矿区土地利用变化及其对区域碳储量的影响,是“双碳”目标背景下推进矿区低碳减排和绿色高质量发展的重要手段.基于多源数据集,使用InVEST模型、土地利用动态度、转移矩阵、缓冲区分析和灰色关联度等方法,识别了1990-2020年黄河流域上游13个大中型煤矿区的土地利用类型时空变化,评估了不同矿区及其周边不同距离缓冲区的固碳服务能力,并对二者的关联度进行分析,旨在厘清矿区土地利用变化对固碳服务的影响.结果表明:(1)1990-2020年煤矿区土地利用类型主要以草地、未利用地、林地和耕地向城乡工矿居民用地转移为主,城乡工矿居民用地面积以288.8 hm^(2)/a的速度持续扩张.(2)1990-2020年不同时段城乡工矿居民用地的单一动态度均为正值,草地和未利用地则均为负值,其中2010-2015年各土地利用类型的综合动态度均较高,2015-2020年则均相对较低,并且露天开采方式矿区土地利用强度远高于井工开采方式.(3)1990-2020年各矿区内单位面积年固碳量在0.7~4.1 Mg/hm^(2)之间,在时间上呈先下降后升高再下降的趋势,并且在距离矿区50 km范围内,距离越远,平均单位面积年固碳量越高,影响程度逐渐下降.(4)不同土地利用类型与单位面积年固碳量的平均关联度从高到低表现为未利用地>耕地>草地>林地>水体.研究显示,黄河流域上游煤矿区开发过程中未利用地和耕地面积的变化是矿区生态系统固碳服务变化的重要原因.

乌江流域固碳服务时空格局及驱动机制

生态系统提供的固碳服务是实现碳中和的重要手段之一,明确环境因子的驱动机制是有效提高固碳服务的重要基础.该研究以乌江流域为研究区域,利用InVEST模型核算乌江流域2000—2020年碳储量,并综合考虑社会-经济-自然系统中的影响因素,使用随机森林模型和部分依赖图模型(PDP模型)分析各因子对固碳服务的贡献度及驱动机制.结果表明:①2000—2020年,乌江流域固碳服务空间上呈东北高西南低的分布特征,表现为下游>中游>上游,时间上呈显著增加趋势,且上游的增速大于中游及下游.②时空尺度上,自然地表类因子均是对固碳服务贡献最大的环境要素,其中植被覆盖度在空间尺度上的贡献度最高,为55.08%;坡度在时间尺度上的贡献度最高,为34.46%.③各影响因子在时空上呈现出不同的驱动机制,其中人口密度的驱动机制变化最为强烈,在空间上,固碳服务随人口的增加而降低,在时间上,固碳服务整体随人口的增加而增加.④2000—2020年,人类活动的改变是乌江流域固碳服务增加的重要原因,气候变化也是较重要的影响因素.研究显示,固碳服务的高低虽受限于自然地表类环境因子,但人类活动的正面干扰能显著提高固碳服务.

固碳服务视角下河南省生态补偿研究

通过实施生态补偿政策,对保护生态系统、协调区域发展、实现可持续发展目标具有重要意义。该研究以固碳服务为例,对河南省18个市开展基于生态系统服务供需的生态补偿研究。结果显示:河南省各市的生态补偿金额自西南向东北减少,总体上都属于生态富裕区,获得生态补偿,其中南阳市获得补偿金额最多,为49.75亿元,郑州市作为仅需支付补偿的区域,需支付补偿2.51亿元,河南省总需获得生态补偿约为229.36亿元,是固碳服务的重要来源。研究结果与河南省各地经济发展水平和生态环境状况基本吻合,为了解决环境不公问题,制定了生态补偿政策,以提供参考。

基于固碳服务供需视角的河南省碳平衡研究

土地利用变化影响陆地系统碳循环过程。在实现碳中和目标的背景下,分析区域碳平衡,优化土地利用结构具有现实意义。以河南省为例,以1 km网格为单元,应用InVEST碳固存模块、IPCC碳排放核算、人口密度法等方法,研究1995、2005、2015年区域碳平衡的时空变化。结果表明,研究区固碳服务的供需量与土地利用类型密切相关。固碳服务的供需在空间存在错配关系,即需求高的地区通常具有较低的供给。研究时段内,研究区的总碳固量逐年下降,总碳排放量逐年增加,研究区碳平衡表现为整体向好,局部恶化的情况。在碳平衡分析的基础上提出了空间优化利用建议,可为未来国土空间规划碳平衡目标的实现提供参考。

土地利用变化对生态系统固碳服务影响研究——以内蒙古乌审旗为例

以乌审旗陆地生态系统为研究对象,使用1987、1997、2007、2012年4期土地利用图,结合有机碳密度实测数据,在In VEST软件支持下对该旗生态系统固碳服务进行评估。结果表明:在1987—2012年25 a中,乌审旗陆地生态系统有机碳储量呈先减少后增加的变化趋势,且生态系统固碳能力相对于该旗的土地利用变化具有一定的"延迟";乌审旗沙地生态系统存在较大的碳增汇潜力,转变土地利用方式、加强湿地保育等措施是适宜该地区有效的碳增汇途径。

京津冀城市群生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征

在全球气候变暖、城市群快速发展导致景观格局破坏与生态系统服务功能受损的背景下,研究城市群生态系统服务功能与景观格局的关系具有重要的意义。基于以上背景与前人研究,选取在中国经济社会发展中最具代表性的城市群京津冀城市群,通过遥感解译、ArcGIS 10.6制图分析及SPSS软件相关性分析等,从土地利用的角度研究其生态空间固碳服务功能及其与景观格局的关系特征,并提出相关探讨。结果表明:1)京津冀生态空间中耕地、林地、草地均为碳汇用地,2000—2018年期间用地面积排序为:耕地>林地>草地,用地面积减少量排序为:林地>耕地>草地。耕地为研究区东南半部的主导类型,林地作为区域西北半部的主导类型,草地分布呈与林地相间状态。2018年北京市内西北部大面积的林地转化为耕地。2)2000—2018年期间生态空间三种用地的年固碳量排序为:耕地>林地>草地,用地年固碳量增长量排序为耕地>林地>草地。从平均单位固碳量来说,四个时间点均表现为:林地>耕地>草地。单位固碳量区域分布差异明显且随时间变化量大。3)不同生态空间用地的固碳量与不同景观指数的相关性结果不同。耕地年总固碳量与其各景观指数没有明显相关性;林地年总固碳量与最大斑块指数(LPI)、景观形状指数形状指数(LSI)、景观百分比(PLAND)有0.01级别的显著正相关性;草地年总固碳量与斑块密度(PD)、景观百分比(PLAND)有0.05级别的显著正相关性,与景观形状指数(LSI)有0.01级别的显著正相关性;生态空间总固碳量与LSI有0.01级别的显著正相关性。最后,根据研究结果提出了相关原因讨论,同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征,从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略,最后,根据研究结果提出了相关原因讨论,同时基于固碳服务功能与景观格局的关系特征,从土地利用角度提出了京津冀生态空间土地利用优化策略,对全球变暖之下城市群生态环境可持续发展提供了方法指导和借鉴。

东北森林带森林生态系统固碳服务空间特征及其影响因素

东北森林带作为国家主体生态区划"两屏三带"国家生态安全格局中的重要组成部分,在全球碳平衡中发挥着重要的碳汇作用。以东北森林带为研究区域,采用净生态系统生产力(NEP)评估其森林固碳服务,通过Anselin Local Moran's Ⅰ算法识别固碳服务的"热点"、"冷点"和"异常点",并分析探讨其空间格局与影响因素。结果表明:(1)东北森林带森林生态系统整体上是碳汇。2014年东北森林带森林固碳总量为36.41 Tg C/a,单位面积固碳量为89.57 g C m^(-2)a^(-1)。(2)固碳服务的热点区主要分布在大兴安岭北部和长白山中北部,冷点区主要分布在大兴安岭东部、小兴安岭和长白山南部,固碳服务的高值异常区域主要分布在森林边缘的农林交错带,低值异常区域主要分布在人为干扰严重的城市蔓延区。(3)东北森林带森林生态系统整体上受人为因素的影响小,其固碳服务与NDVI显著正相关。(4)城市扩张等人为干扰是固碳服务异常降低的根本原因,植被本身生长状况不佳和较高的温度是导致固碳服务的异常降低的重要影响因素。

长江流域固碳服务流动路径量化及驱动因子分析

量化生态系统固碳服务的供给、需求及固碳服务流动路径,探索服务流驱动因子,以期为区域碳的空间格局管理提供依据。以长江流域为研究区,采用多源数据融合、InVEST模型、流动比率的方法、引入主风向的概念,研究长江流域固碳服务供给量与需求量的平衡关系,分析固碳服务空间流动的人为和自然驱动因子。结果表明:长江流域2015年、2020年碳固定量分别为248.7 t/hm2、249.1 t/hm2,主要的碳需求区为林地生态系统;碳排放量分别为21.7 t/hm2、22.6 t/hm2,建设用地是主要的碳供给区域。区域总体上碳需求值大于碳供给值。2) 2015、2020年长江流域上、中、下游固碳服务供需比分别为0.09、0.089、0.136和0.09、0.09、0.138,各省市固碳服务碳需求碳供给比率均小于1。3) 2015年,福建省碳服务流流量最大,为2370 t/km2;青海省碳服务流流量最小,为1523 t/km2;2020年,广西壮族自治区碳服务流流量最大,为2710 t/km2;青海省碳服务流流量最小,为1628 t/km2。4) 人口与土地利用因子是碳排放最主要的正向驱动因子,维持碳的供给。气候和降水对研究区的碳排放起负作用。长江流域2015年、2020年区域总体上碳汇值大于碳源值,依次由长江流域的上游、中游到下游区域,碳需求区域逐渐变大。未来长江流域低碳发展的实现需要加强上游碳需求区域保护,平衡中、下游固碳服务供需平衡。

海岸带景观破碎化对固碳服务流的影响

蓝碳作为解决全球气候变化问题的长期方案之一,其和谐的供需动态关系对促进区域碳平衡和可持续管理具有重要意义。随着海岸带社会经济的快速发展,海岸带景观破碎化显著,直接影响其系统中能量流、物质循环等生态过程。然而,海岸带景观破碎化对固碳服务供需关系及流的影响尚不明确。基于此,本文在建立海岸带景观破碎化对固碳服务流影响框架基础上,综合土地利用数据、碳储量采样数据和夜间灯光数据,运用移动窗口法、InVEST模型及网络模型,以中国北方典型淤泥质海岸带——辽河三角洲为例开展实证研究。结果表明:①1995—2020年随着辽河三角洲景观破碎化加剧,固碳服务需求量增加3044万t,固碳服务供给量先增后减,整体变化不显著,固碳服务供需差从1995年449万t增加到2020年3376万t;②不同人类活动强度导致的景观破碎化对固碳服务流流量的负面影响存在差异,其中对农业围垦区更为显著,对工业港口围垦区的影响呈先增后减趋势,而对芦苇湿地作用甚微;③景观破碎化对固碳服务流空间格局的影响体现在固碳服务流网络密度及连通性上,其引起服务流中断、服务流方向改变;④芦苇保护区和农业围垦区具有重要生态功能,应严格控制生态红线提升碳汇能力;工业港口围垦区应加强生态廊道建设,提升景观连通性,恢复碳汇功能。本文揭示景观破碎化与固碳服务流的关系,研究结果可为中国保护性战略重点区乃至全球其他类似淤泥质海岸带的生态修复和碳汇能力提升提供科学依据及管理参考。

基于固碳服务供需视角的区域碳平衡研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生态系统固碳服务能够通过自然植被的光合作用直接固定大气中CO_(2),其供需平衡对于缓解全球变暖的趋势至关重要。然而,当前研究大多关注生态系统固碳服务的供给,基于供需视角分析区域碳平衡的研究相对较少。长三角生态绿色一体化发展示范区是实施长三角一体化发展战略的先手棋和突破口,也是长三角地区实现“双碳”目标的关键区域。以长三角生态绿色一体化发展示范区为研究区,基于CASA模型评估固碳服务的供给能力,基于人口密度法识别固碳服务的需求动态,进而基于供需比指数识别示范区固碳服务的供需变化。结果表明,供给方面,2000~2020年示范区内不同乡镇固碳服务供给空间分布较为均衡,固碳服务供给总量由1.10×10^(9)kg增加到1.24×10^(9)kg,整体呈波动上升趋势。需求方面,2000~2020年示范区固碳服务需求由7.15×10^(9)kg增长到4.16×10^(10)kg,增长近5倍,且所有乡镇的固碳服务需求均有所增加。2000~2020年,示范区固碳供给难以满足其需求,且固碳服务供需比持续下降,供需关系逐渐趋于紧张。最后,基于固碳服务供给、需求和供需比开展固碳服务分区,以期为示范区双碳目标实现提出具有针对性的决策建议。

内蒙古生态屏障区固碳服务效应分析

内蒙古自治区是中国北方重要的生态安全屏障,其生态系统具有很强的固碳能力,然而其固碳效应对区域的影响尚不清晰。采用Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型计算的净初级生产力(net primary production,NPP)推算植被部分的固碳服务供给量,使用上层土壤的有机碳含量作为每年土壤固碳服务的供给量,从碳排放的角度衡量固碳需求的空间分布,分析内蒙古生态屏障区固碳服务的供需平衡状况。在此基础上,通过计算碳汇(固碳服务供给量)和碳源(固碳服务需求量)的差值,基于ArcGIS对固碳服务的空间格局及其流动比率进行空间分析,揭示固碳服务效应。结果表明,研究区固碳服务在总体上供大于求,但在空间分布上具有显著差异。省会城市及各地级市周边普遍表现为供小于求,为需求型区域,是内蒙古固碳服务的潜在受益区范围。其中省会城市的需求程度尤为明显。内蒙古固碳服务流动的实际受益区范围涉及京津冀城市群、山西省、辽宁省、宁夏回族自治区、陕西省榆林市、甘肃省张掖市、金昌市、武威市、白银市。内蒙古作为生态屏障区,其固碳服务对周边地区碳汇效应显著。

浙江省土地利用变化对生态系统固碳服务的影响及其预测

明确土地利用变化对生态系统固碳服务的影响对于探索基于自然的碳中和解决方案至关重要。以浙江省为研究对象,运用InVEST模型和FLUS模型,分析2000—2021年土地利用变化及其对生态系统固碳服务的影响,并分别预测2035和2050年土地利用格局在自然发展、生态保护和耕地保护3种情景下的生态系统固碳服务潜力及其经济价值。结果表明:2000—2021年,浙江省耕地、林地、草地和水域面积不断减少,建设用地面积不断增加;浙江省生态系统固碳服务总量减少2996.58万t,固碳服务净收益为-17071.84万美元;生态系统固碳服务分布呈现西南高、东北低的空间格局。未来浙江省生态系统固碳服务总量均在生态保护情景下最高,耕地保护情景次之,自然发展情景最低。预计2021—2035、2021—2050年,浙江省生态系统固碳服务在生态保护情景下将分别增加323.26万和473.00万t,产生固碳服务净收益分别为7707.86万和11183.91万美元;在耕地保护情景下将分别减少1013.18万和1616.11万t,产生固碳服务经济价值净流失分别为24138.49万和38191.09万美元;在自然发展情景下将分别减少1164.90万和1616.51万t,导致固碳服务经济价值净流失分别为27753.93万和38200.63万美元。在积极应对气候变化和推动实现碳中和目标背景下,浙江省应着力保护林地、草地和水域等生态用地,扩大生态用地规模,优化生态用地空间结构,不断增强生态用地的固碳增汇功能。

大连金普新区碳固持生态服务供需格局时空差异

碳固持服务供需匹配状况对于优化区域生态系统管理、提升生态系统碳汇能力具有重要意义。以大连金普新区为研究区,利用InVEST模型、ArcGIS模型,研究固碳项生态系统服务供需匹配及其变化特征。结果表明:(1)研究期内,2010年至2018年,碳固持服务供给总量呈现出U字型变化趋势;需求总量呈现出持续增长的变化趋势,表现为低等级需求量地区向高等级需求量地区不断转化;碳固持服务供需求不匹配,供需错配现象突出,总体上呈现出供不应求。(2)碳固持服务供需赤字缺口正持续扩大。赤字类型总面积有持续增加的趋势;盈余类型总面积表现为先增后减;供需相对平衡类型总面积不断缩减,朝着低供给高需求方向转变。(3)金普新区碳汇地面积持续缩减,2018年仅为564km^(2);碳源地面积大量增加,2018年达到1340km^(2)。(4)提出了控制城镇碳需求增长,增加绿地,提高碳供给能力,消减赤字,维持供需能力基本平衡的对策。

固碳服务供需平衡和服务流量化评估——以引黄入晋南干线为例

生态系统服务流可建立生态系统服务供需间的时空连接,因此明确生态系统服务流的传输路径和流量有利于提高生态系统服务价值评估的准确度。引黄入晋工程南干线是解决太原市供水的重要工程,工程的可持续发展必须有良好的生态环境作保障,而固碳服务供需平衡和服务流的量化研究可作为科学依据。SPANS模型旨在模拟生态系统服务从供给区到需求区的流动过程并制图,具有广阔的应用前景。为更好地评估引黄入晋工程南干线的固碳服务,本文基于SPANs模型,量化供需平衡关系,以研究区主风向路径为基础,绘制了服务流传输路径图并量化服务流。结果表明:2000—2015年,引黄进晋南干线固碳服务供给量基本保持稳定,而需求量逐年增加,导致供需盈余逐年减少,供需平衡关系呈现减弱趋势。研究区土地利用变化速率较小是固碳服务供给总量变化较小的主要原因,火力发电厂碳排放量持续稳定增加是影响固碳服务需求总量和供需差的主要因素。本文揭示了固碳服务供需盈余关系变化规律和影响因素,以期为当地的生态环境管理决策提供数据支撑,同时为使用SPANs模型分析生态系统固碳服务流提供借鉴。

雾灵山森林生态系统固碳释氧服务功能价值评估

依据2009年河北省森林资源二类清查资料,结合外业调查数据,将雾灵山国家自然保护区森林生态系统划分为13种主要林分类型,根据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)提供的方法,分别计算各林分类型固碳释氧服务功能的经济价值。结果表明:(1)雾灵山国家自然保护区森林生态系统总固碳量为5.42×104t/年,总释氧量为1.45×105t/(年.hm2),单位面积固碳量为3.085 t/(年.hm2),释氧量为10.186 t/(年.hm2)。(2)保护区森林生态系统总固碳价值、总释氧价值分别为6.50×107、1.45×108元/年,总固碳释氧价值为2.10×108元/年。(3)各林分类型固碳释氧总价值:阔杂>山杨>落叶松>柞树>桦树>油松>疏林灌木>经济林>针杂>核桃楸>椴树>刺槐>侧柏。(4)落叶松林单位面积固碳释氧价值量最高,侧柏林最低。

滇池流域森林生态系统固碳释氧服务价值评估

森林是地球上最重要的多功能生态系统,它不仅为人类社会提供多样的实物产品,同时也蕴藏着巨大的生态价值,其中固碳释氧价值更是地球生命支持的基础.研究根据2008 年完成的滇池流域森林资源调查数据,采用材积源生物量法以及碳税法和造氧成本法,计算出森林生态系统固碳释氧服务价值.结果表明,滇池流域森林生态系统固碳释氧服务价值为331.576×10^7 元/a,其中固碳服务价值为188.452×10^7 元/a,释氧服务价值为143.124×10^7 元/a.滇池流域目前所有植被种类中云南松(Pinus yunnanensis)的固碳释氧服务价值是最高的,达到39.649×10^7 元/a.单位面积竹林(Bambusoideae)的固碳释氧能力最强,每年每公顷竹林固碳释氧服务价值是50 409.519 元,目前滇池流域内竹林面积很小,增加竹林种植面积可以作为未来森林改建计划,进一步提高森林生态系统固碳释氧服务价值.

八仙山森林生态系统固碳释氧服务价值的遥感估算

当今温室气体排放量急剧增多、全球温室效应不断加剧,森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,其固态释氧功能对缓解空气CO_2增多、增加氧气浓度发挥着重要作用。本文依据《森林生态系统服务功能评估规范》,利用CASA模型估算天津八仙国家级自然保护区年NPP产量,从而研究八仙山地区年固碳释氧价值,为区域生态系统的和谐发展提供理论依据和数据支持。

基于生态系统服务供需的临沂市固碳生态网络构建

碳排放的加剧是全球变暖的重要原因之一,城市作为碳排放的重点区域急需提升整体固碳能力。固碳服务可在供给与需求区域之间依靠大气的流通实现相邻区域间生态系统服务的转移。本研究以临沂市为例,应用最小累积阻力模型提取供需匹配路径并进行固碳生态网络的构建。结果表明:研究区域固碳服务供给量较高的区域位于北部和南部,现有供给总量约可解决60%的需求总量;供需空间分布不平衡,仍有54%的可解决周边固碳需求的区域被闲置;优化供需匹配路径能保持较好的物质能量传播效率,成本较低,潜在固碳能力较强的路径位于研究区中部和西北部。在固碳生态网络的建设中,需加强固碳服务供给端的保护与修复,实现固碳服务需求端的减碳排与强固碳,并做到供需匹配路径的优化与协调。该方法通过生态系统服务供给过剩区域为周边高需求区域提供服务,优化整体资源配置,可提升区域固碳能力。

石羊河流域草地覆盖与其生态服务功能变化

草地生态系统容易受到环境变化影响,研究草地覆盖及其生态服务功能变化具有较重要的意义。本研究以石羊河流域为研究区,基于遥感数据和InVEST模型,定量估算了2000年以来草地覆盖变化以及产水量、土壤保持、固碳等服务功能,并探讨了草地覆盖变化对生态系统服务的影响。结果表明,2000–2015年间,石羊河流域草地覆盖面积明显减小;草地产水量呈先减少后增加趋势,土壤保持与固碳服务呈减少趋势;除草地覆盖与流域中游产水量无显著相关关系(P> 0.05),与下游土壤保持呈显著(P<0.001)负相关关系外,与其余不同尺度不同生态系统服务间均呈显著(P<0.001)正相关关系;石羊河流域上游草地植被显著减小,引起草地生态系统服务能力下降;改善上游的草地生态系统质量对于提高全流域草地生态系统服务具有重要意义。

区域碳固持服务供需关系动态分析——以北京为例

陆地生态系统的碳固持服务能直接固定大气中的CO_2,有效减缓全球变暖趋势。该服务的供需平衡对于区域的可持续发展至关重要。目前,以空间显式的方法,定量评估城市尺度上碳固持服务供需关系动态的研究还比较少。因此,论文以北京市为例,分别选取CASA模型计算的植被净初级生产力,以及IPCC清单法和城市碳代谢法计算的人为CO_2排放量,表征碳固持服务的供应和需求量。在此基础上,分析了北京市2000和2013年碳固持服务的供需变化。结果显示,2000年北京市碳固持服务供不应求,供需比为53.5%。空间分布上,中心城区的碳固持服务供需失衡,西部和北部地区的碳固持服务则供大于求。2000—2013年,北京市碳固持服务的供需关系趋于紧张,供需比降至38.5%。碳固持服务供需关系变紧张的主要原因是碳排放总量的增加。其中,来自城市居民生活和交通运输过程的碳排放增长最多。基于此,建议在需求端加快产业转移、促进节能减排,在供应端加大生态环境保护力度、保障区域的可持续发展。