1、第32卷第2期2023年2月长江流域资源与环境esources and Environment in the Yangtze BasinVol32 No2Feb 2023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吴楠1，陈凝1，程鹏1，宋婷2*(1 安徽省生态环境科学研究院，安徽 合肥 230061;2 中国环境科学研究院国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室，北京 100012)摘要: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
2、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 1650 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。关键词:陆地生态系统;碳储量;土地覆被情景;建设用地扩张;生态修复;安徽省中图分类号:S153.6文献标识码:A文章编
3、号:1004-8227(2023)02-0415-12DOI:10.11870/cjlyzyyhj202302017收稿日期:2022-03-17;修回日期:2022-05-30基金项目:安徽省国土空间规划环境影响评价专题研究(HKY20201025/4)作者简介:吴楠(1982)，男，正高级工程师，主要研究方向为区域生态评价与规划 E-mail:*通讯作者 E-mail:碳储量(存量)是生态系统碳汇(增量)功能中的重要环节。植被和土壤是陆地生态系统最重要的两大碳库，其碳汇功能在缓解气候危机、实现碳中和上发挥着重要作用13。土地覆被，特别是植被分布的变化能够直接影响生态系统的碳储量4，5，进而
4、改变地球表层的能量收支和物质循环6，7。近年来，工业化、城市化和农业现代化的快速增长与资源配置流动性的不断增强对区域土地覆被的空间结构和格局产生了深远影响8，大量碳密度较高的农田、林草转化为碳密度较低的城镇，导致大量的碳从陆地生态系统流向大气环境9，使得陆地生态系统碳储量减少，出现严峻的碳流失问题。目前，学者们对土壤和植被碳储量的研究主要采用实地调查、遥感估算和模型模拟等10 方法。土壤调查11 和植被样方调查12 等实地调查方法由于散点状分布、采样分析时间长等因素，往往适用于局地尺度碳储量相对精准测算13。也有基于土壤普查、森林资源连续清查等大范围实地调查研究，估算出的安徽省土壤(土壤剖面
5、0100 cm)有机碳储量为 12.4108t14，森林植被(未含林下植被层、枯落物层及土壤层)总碳储量为 8.51107t15。在区域(省域)尺度上，陆地生态系统碳储量估算一般基于遥感和 GIS 技术，通过文献调研、实测或模拟来获取各土地覆被类型上植被或土壤碳密度参数，进而分析碳储量总量现状及其历史演变1619。目前对未来土地覆被情景下区域碳储量变化响应的相关研究相对较少，已有研究往往基于相关数学预测模型(CA-Mark-ov、FLUS、PLUS 等)，综合自然(地形、植被、气象等)和社会(人口、交通、经济水平等)因素模拟未来可能的土地覆被空间格局2022，进而测算相应情景下碳储量的变化，这
6、种方法具有较好的数学和理论基础，但与实际的省域国土空间“三区三线”管控与发展政策23 衔接较少。2019年，中办、国办印发了关于在国土空间规划中统筹划定落实三条控制线的指导意见24，提出生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条控制线，是调整经济结构、规划产业发展、推进城镇化不可逾越的红线。三条控制线是国土空间用途管制的基本依据，要通过加强国土空间规划实施管理，严守三条控制线。基于三条控制线的约束，对区域未来土地覆被格局情景提供了一个可能发展途径的框架。安徽地处全国经济发展的战略要冲和国内几大经济板块的对接地带，近年来，其城镇化进程出现了较高的增长速率和蔓延式的空间扩张25。三条控制线范围基
7、本确定后，考虑到安徽省生态保护红线内生态保护修复工程推进、粮食安全对永久基本农田数量质量上的需求以及城镇建设用地扩张的内生动力，安徽省在未来一段时间内的土地覆被格局有了相对明确和较为清晰的情景方案。本研究在 2017 年安徽省土地覆被现状的基础上，结合文献研究，建立不同土地覆被类型上植被和土壤碳库，在三条控制线的约束框架下，构建 5 种未来可能的地表覆被情景，以此评估安徽省陆地生态系统碳储量变化的响应情况，以期为优化国土空间开发格局、减少土地覆被变化对省域陆地生态系统碳汇功能的负向影响提供科学依据。1研究区概况安徽地处我国东南部，土地面积 14.01 万km2。我国重要的秦岭淮河地理分界线横贯
8、全省，气候、生物、土壤等生态要素表现出明显的纵横双向过渡特征。安徽地跨长江、淮河和新安江三大流域，境内巢湖是我国五大淡水湖之一。全省地势西南高、东北低，自北向南依次划分为淮北平原、江淮丘陵、皖西大别山区、沿江平原和皖南山区等 5 大自然区域。安徽地处亚热带与暖温带过渡气候带，年均气温 14 17，平均降水量 7731 670 mm。2021 年末，全省常住人口 6 113 万人，常住人口城镇化率 59.4%。经济总量 42 959.2 亿 元，三 产 结 构 7.8 41.0 51.2。人均可支配收入 30 904 元26，27。2研究方法2.1空间数据来源及处理全省生态保护红线、生态空间范围
9、矢量数据来源于生态环境部门、永久基本农田(以下简称:永农)范围矢量数据来源于自然资源部门、城镇开发边界(2035 年)范围矢量数据来源于住房与城乡建设部门(参见图 1)，省级及以上各类自然保护地范围矢量数据来源于林业部门。图 1安徽省 3 条控制线及 5 大生态区范围示意图Fig 1Schematic diagram of 3 control lines and5 ecological regions of Anhui Province安徽省生态分区矢量数据来源于安徽省生态功能区划研究28，全省划分为 5 个一级生态区，即沿淮淮北平原生态区(简称淮北)、江淮丘陵岗地生态区(简称江淮)、皖西山地
10、生态区(简称皖西)、皖江平原生态区(简称沿江)和皖南山地丘陵生态区(简称皖南)。2017 年安徽省土地覆被栅格数据来源于世界首套 10 m 空 间 分 辨 率 的 全 球 土 地 覆 盖 产 品(FOM-GLC10)29。该数据基于“少量全球样本稳定地表覆盖分类”理论，将 2015 年采集的 30 m分辨率样本迁移到 2017 年 10 m 分辨率，进行全球地表覆盖制图。该数据划分的土地覆被类型包括 1 农田 Cropland、2 林地 Forest、3 草地 Grass-land、4 灌丛 Shrubland、5 湿地 Wetland、6 水体Water、7 冻原 Tundra(安徽无此类)
11、、8 建设用地614长江流域资源与环境第 32 卷Impervious surface、9 荒 地 Bareland、10 冰 雪Snow/Ice(安徽无此类)共 10 个类型(参见图 2，2017 年土地覆被现状)。2017 年安徽省生态系统净初级生产力(NPP)栅格数据是基于光能利用率模型 GLO_PEM 计算获取的，栅格值为单位面积年生产力，单位为kgC/m2，数据来源于中国科学院资源环境科学数据中 心(http:/www resdc cn)，空 间 分 辨 率 为500 m500 m。安徽省高程(DEM)栅格数据由 ALOS(AdvancedLand Observing Satelli
12、te，2006 年发射)卫星相控阵型 L 波段合成孔径雷达(PALSA)采集，水平及垂直精度为 12.5 m，栅格值为实际高程，单位为m。数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http:/wwwresdccn)。统一空间数据采用 2000 国家大地坐标系统，高斯克吕格投影，1985 国家高程基准;数据预处理及叠加、统计分析等基于 ArcGIS 10.6 平台实现;相关碳储量数据计算及统计等基于 Excel实现。2.2碳储量核算模型陆地生态系统碳储量是生态系统中植被地上和地下生物量有机碳、凋落物有机碳以及土壤有机碳储量的总和30，故将生态系统碳储量分为 4 个基本碳库:(1)地上碳库主要指陆
13、地表层上存活植被中的碳;(2)地下碳库主要指地下植物根系中的碳;(3)土壤碳库主要指土壤中的有机碳;(4)死亡有机碳主要指死亡植被及枯枝落叶中的有机碳。此外，还应包括收获木材产品区块的碳库折算，由于该部分碳库数据难以获得，同时其对整体碳储量的影响很小，因此本研究暂不考虑该部分碳库31。模型计算公式为:Ci=Ci，above+Ci，below+Ci，soil+Ci，dead(1)Ctotal=ni=1Ci Si(2)式中:i 为第 i 种土地覆被类型;Ci为土地覆被类型 i 的土壤及生物量总碳密度，kgm2;Ci，above为土地覆被类型 i 的地上生物量碳密度，kgm2;Ci，below为土地
14、覆被类型 i 的地下生物量碳密度，kgm2;Ci，soil为土地覆被类型 i 的 0 30 cm 深土壤有机质碳密度，kgm2;Ci，dead为土地覆被类型 i 的枯落物有机质碳密度，kgm2;Ctotal为总碳储量，kg;Si为土地覆被类型 i 总面积，m2;n 为土地覆被类型数，取值 8。2.3土地覆被格局情景构建安徽省基于 2017 年有关基础数据完成了全省生态保护红线的划定，2018 年 6 月，安徽省人民政府印发安徽省生态保护红线(皖政秘2018120 号)32。由住建部门牵头编制的安徽省空间规划(20172035 年)，以 2017 年为基准年，明确了到 2035 年全省各市、县、
15、乡的开发边界范围。永久基本农田边界由自然资源部门牵头划定并动态调控。三条控制线总体管控政策方向是:生态保护红线和自然保护地内严格人类活动管控、开展必要的生态保护修复;城镇开发边界框定总量，限定容量，防止城镇无序蔓延;永久基本农田坚持农地 农 用、坚 决 防 止“非 农 化”。结 合 国 务 院2030 年前碳达峰行动方案33 中“巩固生态系统固碳作用、提升生态系统碳汇能力”的重点任务，根据安徽省国土空间生态修复初步拟定的任务和工程，基于 2017 年土地覆被现状，在三条控制线的框架下，构建了到 2035 年省域不同的土地覆被格局情景。情景 1:仅城镇扩张型。红线和永农内土地覆被不变，城镇按开发
16、边界发展。情景 2:红线内弱修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内坡度 15 度以上农田转为林地，荒地全部转为林地，红线内自然保护地核心区内的建设用地转为林地，其余区域土地覆被相比 2017 年不发生变化。情景 3:红线内中修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内坡度 6 度以上农田转为林地，荒地全部转为林地，红线内自然保护地范围内的建设用地转为林地，其余区域土地覆被相比 2017 年不发生变化。情景 4:红线内强修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内所有农田、建设用地和荒地均转为林地，其余区域土地覆被相比 2017 年不发生变化。情景 5:生态空间内强修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，生态空间内所有农田、建设用地和荒地均转为林地，其余区域土地覆被相比 2017 年不发生变化。图 2 示例了 5 种土地覆被情景的空间格局。714第 2 期吴楠，等: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图 22017 年土地覆被现状及 5 种 2035 年的土地覆被情景Fig.2Landcover pattern in 2017 and
