基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟

基于代表性浓度路径情景（Representative Concentration Pathways, RCPs）,耦合FLUS-InVEST（Future Land Use Simulation-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, FLUS-InVEST）模型,以土地利用视角模拟了中国2100年的陆地生态系统碳储量,探讨其空间分异。结果表明：1）历史土地利用变化作用下,中国生态系统碳储量减少中心由华北地区转向东北地区,增加中心由西北地区转向西南地区;碳储量的减少由林地生态系统转向草地生态系统。2）未来RCPs情景下,中国林地生态系统碳储量都将持续增加,草地生态系统碳储量持续减少。RCP 6.0情景下,中国林地面积将增加9.43%左右,草地面积减少5.42%,全国林地碳储量较2010年增加2 332.64 Tg,而草地碳储量将损失1 719.03 Tg。在RCP 8.5情景下,全国林地面积增加5.15%,草地面积将减少5.10%,林地碳储量较2010年将增加1 754.59 Tg,草地碳储量将损失2 468.80 Tg。3）RCP 6.0情景对未来碳汇贡献度较RCP 8.5情景大。在RCP 6.0情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净增加127.12和83.67 Tg。但在RCP 8.5情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净减少24.67和32.41 Tg。4）不同RCPs情景下,碳储量增长均集中在横断山-秦岭-太行山-大兴安岭和雪峰山-太行山-大兴安岭两带;减少区域主要分布于云贵高原、四川盆地和京津冀地区。     

1980—2020年气候和土地利用变化对甘肃省陆地生态系统碳储量的影响北大核心CSCD

土地利用变化对干旱区陆地生态系统碳储量影响显著,但气候变化对其的影响尚不明晰。本研究基于1980—2020年土地利用数据以及植被和土壤碳密度动态数据,利用InVEST模型测算1980—2020年甘肃省及各市州碳储量及固碳量的变化趋势,并定量评估气候变化和土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响。结果表明:(1)甘肃省气候状态整体趋向于暖湿化,同时土地利用转移强度逐渐剧烈,并由1980—2000年的耕地扩张和草地流失逐步转变为2000—2020年的未利用地治理及城镇扩张。(2)1980—2020年甘肃省生态系统平均碳储量为2651.01 Tg C(1 Tg=10^(12)g),碳密度高值区主要分布在甘南高原和祁连山山地区域,低值区主要分布在河西走廊西北荒漠区及内陆河流域下游地区;而固碳速率则呈现出自东南向西北递减的空间格局,其中固碳量排名前四的市州依次为甘南藏族自治州、陇南市、张掖市和庆阳市。(3)1980—2020年甘肃省生态系统碳储量净增长量为208.79Tg C。1980—2000年,碳储增加量主要来源于气候变化(63.01 Tg C);而2000—2020年,土地利用变化则是甘肃省陆地生态系统碳储量变化的主要驱动因素,尤其体现在林-草-沙治理和人工绿洲扩张方面。     

1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s （1979-1985年）第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s（2004-2014年）已发表的有关中国土壤有机碳储量（0~20 cm和0~100 cm）的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现：① 1980s-2010s中国土壤（0~100 cm）有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^-1,其中表层土壤（0~20 cm）的碳汇效应明显;② 森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;③ 湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;④ 中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期（1980-2009年）化石燃料和水泥生产排放CO₂总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。     

藏北高原草地生态系统碳储量及其影响因素（英文）

探究草地生态系统碳储量及其驱动因素对实现双碳目标具有重要意义,藏北高原作为我国重要的草地生态系统,其碳储量现状,空间格局以及驱动因素仍存在很大的争议。本文基于藏北高原150个实测样点数据,通过克里金插值和统计方法,评估分析了藏北高原草地生态系统的地上生物量碳密度、地下30 cm深度根系碳密度和土壤碳密度及其空间分布,以及各碳库的主要影响因素。结果表明：藏北高原地上生物量碳密度平均为0.038 kg C m^-2,地下生物量碳密度平均为0.284 kg C m^-2,土壤碳密度值最大,平均为7.445 kg C m^-2。藏北高原草地生态系统总碳储量约为4.08 Pg C,其中植被碳库0.58 Pg C(包括地上生物量和地下生物量),土壤碳库2.58 Pg C (其余分布在裸地中),碳储量分布格局呈现出从东南向西北递减趋势。植被碳库0.58 Pg C(包括地上生物量和地下生物量),约占青藏高原植被碳库的28.29%;土壤碳库2.58 Pg C,约占青藏高原土壤碳库的26.60%。降水、温度和土壤质地均影响生态系统碳储量,其中降水...     

新疆耕地变化对区域碳平衡的影响

基于“Bookkeeping”模型,对1975-2005 年期间新疆耕地变化对区域碳平衡的影响进行了分析。荒漠土地开垦和耕地转移是新疆耕地变化的两种主要方式,1975-2005 年这两种耕地变化方式使新疆碳储量增加了20.6 Tg C,其中土地开垦使区域碳储量增加了51.8 Tg C,而耕地转移则向大气排放了31.2 Tg C。在1975-1985 年期间,新疆耕地大规模转移,区域碳储量的变化趋势受耕地转移的影响较大;1985 年后随新疆土地开垦规模的增加,碳储量变化趋势主要受土地开垦影响。30 年间,新疆碳储量增加主要是由草地开垦为耕地引起,而耕地转移为草地是新疆碳储量减少的主要原因。新疆地区进行合理的水土开发活动有利于区域碳固定,且长期的耕作管理活动会进一步增强耕地的碳汇功能。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明：晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

典型喀斯特峡谷区碳储量空间分配格局、演变过程及其贡献率（英文）

采用样方法和土地利用转移矩阵,以贵州省西南部的晴隆县为研究区域,研究了典型喀斯特峡谷区不同土地利用类型在1988、1999和2009年的碳储量空间格局和演变过程,并由此估算了贵州省喀斯特峡谷区的碳储量及贡献率。结果表明:晴隆县喀斯特区域的碳储量和平均碳密度呈先减少后增加的趋势。由晴隆县不同情况下的碳储量比例关系,估算出贵州省喀斯特峡谷区碳储量的实际值为42.55 Tg。同时,研究结果表明人类活动对碳储量的空间格局和演变有很大的影响。此外,估算的贵州省喀斯特峡谷区生态系统的平均碳密度远高于中国陆地生态系统的平均值,土壤平均碳密度则接近全国陆地生态系统平均值,但其植被平均碳密度却远高于全国陆地生态系统平均值,与全国森林系统的植被平均碳密度持平。这说明喀斯特峡谷区具有极大的固碳潜力,对其进行石漠化防治,是极其必要的。     

塔里木河流域生态系统碳储量的情景预测分析

土地利用方式是引起陆地生态系统碳储量变化的重要因素,对维持碳储量水平稳定有着关键作用。通过利用耦合的PLUS-InVEST模型评估与预测塔里木河流域1980—2020年土地利用与碳储量变化情况,设置自然发展、生态保护、耕地保护和城镇发展4种场景,分情景预测2030年研究区土地利用及碳储量的变化趋势,在此基础上探究土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：(1)40 a间塔里木河流域耕地、建设用地与未利用地面积显著增加,林地、草地和水域面积减少。(2)40 a间1980—2020年碳储量总体呈上升趋势,总体增加了22.66×10⁶t,碳储量增加区域主要分布在塔里木河干流及其分支上。未利用地和草地是塔里木河流域主要的碳库,占碳储量总量的24.77%和19.37%。(3)情景预测发现2020年后碳储量流失量较大且流失速度逐渐较加快,碳储量减少区域主要分布在研究区的中西南部,未来草地向未利用地及林地向草地的转移均是碳储量流失主要原因,4种情景下分别减少了0.0475×10⁸t、0.0051×10⁸t、0.0285×10^8<...     

近30年土地利用变化对新疆森林生态系统碳库的影响

土地利用及其变化是导致森林生态系统碳库变化最重要的因素。以植树造林面积、森林产品收获产量及林地转移面积为基础数据,采用《LULUCF指南》中数据分层的碳源汇计量方法,分析了1975-2005 年期间三种土地利用方式对新疆森林碳库的影响。1975 年新疆森林总碳库估算值为720.02 Tg,其中土壤碳库为528.82 Tg。近30 年土地利用变化对其碳库的影响总体表现为碳汇,固碳量为48.15 Tg,与1975 年碳库相比,森林碳储量增长了6.69%。植树造林表现出强烈的碳汇功能,总固碳量为54.24 Tg。森林采伐是最主要的碳释放来源,共释放碳5.42 Tg。林地转移呈现微弱的碳释放特征,共排放为0.66 Tg。研究结果表明,土地利用变化对该区域森林碳库具有明显的增汇效应。本研究将有利于进一步深化人类活动对区域碳平衡影响的认识。     

黑河中游土地利用/覆被变化及其对碳储量影响的预测

准确预测未来土地利用/覆盖变化及其对区域碳储量的影响对土地利用决策和气候变化研究具有重要意义。以黑河中游流域为研究对象,基于2000年和2012年两期土地利用解译数据,运用CA-Markov模型,并依据《IPCC 2006指南》提供的清单方法,在对研究区2024年土地利用变化特征进行预测分析的基础上评估了2000-2024年黑河中游土地利用/覆被变化对碳储量的影响。结果表明:2000-2012年,研究区耕地、建设用地、林地和草地面积呈增加趋势,未利用土地和水域面积呈减少趋势,土地利用/覆被变化导致碳储量增加3.22×10^6 t;预测2024年黑河中游土地利用变化同2012年相比,耕地、建设用地、林地占研究区比例分别增加3.18%、0.84%和0.77%,未利用土地、草地和水域占研究区比例分别减少3.32%、1.13%和0.33%;2012-2024年土地利用/覆被变化导致碳储量增加7.55×10^6 t,各土地利用类型变化导致碳储量变化更加明显,其中林地和耕地增加是碳储量增加的主要原因,建设用地增加是碳储量减少的主要原因。总体来看,2012-2024年耕地、建设用地、林地将继续呈增加趋势,未利用土地和水体将继续呈减少趋势;2012-2024年较2000-2012年土地利用变化导致碳储量增加4.33×10^6 t,固碳能力表现出较明显的提高。     

陆地表层碳循环模型研究及其趋势

对国外陆地表层碳循环ＯＢＭ、ＴＥＭ、ＣＡＳＡ、ＣＡＲＡＩＢ、ＤＥＭＥＴＥＲ－１、ＩＭＡＧＥ２．０、ＳＩＢ２等模型进行了评述,同时也简要介绍了国内陆地表层碳循环模型的研究。通过对国内外研究现状的对比分析,我们可以看到国外陆地表层碳循环模型的发展特点：已经从静态模型转向动态模型,综合考虑了动力学特点,并且集成陆地表层碳循环的各个过程,与气候模型耦合研究陆地表层对全球变化的响应,建立生态生理模型和决定植被对气候反应的植物生态生理机制;研究陆地生态系统与大气之间的动态响应和相互作用,揭示其中的反馈机制;加强各种情景研究,同时包括人为的影响,尤其是土地利用和土地覆盖变化对陆地碳存储的影响,预测未来全球陆地表层的动态变化及其反馈;由于遥感数据已经成为全球变化研究重要的数据来源,遥感、地理信息系统技术在陆地表层碳循环研究中得到了重视和应用。这些正是我国陆地表层碳循环模型研究应注意和加强的方面。     

中国陆地自然植被碳量空间分布特征探讨

陆地生态系统在全球碳循环动力学中的作用受到越来越多的注意。目前中国森林覆盖率为1392% , 到本世纪末全国森林覆盖率将达到15% , 对全球碳平衡具有重要作用。但是,由于我国碳循环的基础研究比较落后,致使我国陆地生态系统的碳储量和净第一性生产力 （NPP） 碳量还没有被准确确定, 而且陆地生态系统的碳通量估计存在较大差异。     

造林对陆地碳汇影响的研究进展

全球气候变化和土地利用变化影响着陆地碳源/汇的变化。造林作为一种土地利用变化,可以增加陆地碳汇,减缓大气中CO₂的积累。文中首先对陆地碳汇及其形成原因进行综述,肯定了造林在陆地碳汇中的重要作用,然后阐述了造林对陆地碳汇的影响途径、造林后植被碳和土壤碳的变化及相互联系,并对全球造林活动对陆地碳汇贡献潜力作简要介绍,最后指出当前研究中的不足及今后的努力重点。造林是重要的临时陆地碳库,加强对造林碳汇的客观研究,对我国具有重要的政治意义和科学实践意义。     

气候变化情景下中国陆地生态系统碳吸收功能风险评价

气候变化会对陆地生态系统的碳吸收产生影响,从而改变其碳的源汇功能.因此,评估未来气候变化下陆地生态系统碳吸收功能面临的风险,可以为中国应对气候变化措施的制定和国际碳排放谈判提供科学依据.本文采用大气-植被相互作用模型对气候变化情景下净生态系统生产力进行模拟,运用线性倾向估计方法确定碳吸收功能风险评估标准,对中国陆地生态...     

共享社会经济路径下中国碳中和路径预测

科学地预测和分析不同情景下中国碳中和路径有助于碳中和目标的合理推进,但当前研究仍缺少结合碳源—汇变化趋势的综合性分析与应用国际耦合模式情景的系统性分析。本文运用WITCH综合评估模型与IBIS植被动态模型模拟了各共享社会经济路径情景下21世纪中国碳源—汇路径,对中国碳中和时间及路径进行预测分析。研究发现：① 中国碳汇逐年值存在3~4 a的周期性波动。RCP6.0气候情景下中国碳汇总量均值稳定在约0.30 Gt C/a;RCP2.6气候情景下中国碳汇总量均值呈下降趋势,到2065—2100年下降至约0.18 Gt C/a。② 中国碳排放总量受到世界经济社会发展路径与政策强度的共同影响,在中高强度减排政策下中国碳排放均在2025—2030年达峰后呈下降趋势,其中SSP1/SSP4—高强度碳减排政策情景下碳排放在2060年降至约0.30 Gt C/a并实现碳中和目标。③ 基于典型碳中和情景的路径研究,实现碳中和目标应积极促进清洁能源技术进步与应用,推进非电力能源向电力能源转变,推广生物质能源及CCS技术,并积极倡导电动汽车的发展。     

中国能否实现2020年的二氧化碳减排目标?(英文)

本文基于动态CGE模型构建了一个能源-经济-环境模型,对2020年的CO2减排的潜力和政策选择进行了模拟。结果显示,碳税和投资调整是减缓CO2排放增长的有效政策手段,但它们对GDP会产生负面影响。加快技术进步可以同时促进减排和经济增长。在高技术进步+中碳税,以及低技术进步+中碳税+中投资调整的情景下,中国2020年的CO2排放量将达到92.7-95.5亿t,CO2排放强度将为1.38-1.43t 万元-1。根据中国政府提出的2020年的减排目标,中国CO2排放强度需要由2005年的2.41t 万元-1降到2020年的1.45t 万元-1(2007年不变价表示)。但要实现这40%的减排目标并非易事,因为在正常的技术进步条件下再提高能源效率需要更多的投资来进行设备更新和技术改造。另外,未来的能源供给约束对CO2减排也会产生深刻的影响。未来中国应该大力发展低碳技术,国际社会应该支持中国发展低碳技术。     

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

区域土地利用变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,影响其碳源、碳汇效应,但以往结合时空尺度探讨流域未来土地利用变化对生态系统碳储量影响的研究尚不多见。以太行山淇河流域为例,分析2005-2015年土地利用变化,采用Markov-CLUE-S复合模型预测2025年自然增长、耕地保护及生态保护情景下的土地利用格局,并基于土地利用数据,运用InVEST模型的碳储量模块评估2005-2015年及未来不同情景下的生态系统碳储量。结果表明：① 2015年淇河流域生态系统碳储量和平均碳密度分别为3.16×10⁷ t和141.9 t/hm²,自2005年以来分别下降0.07×10⁷ t和2.89 t/hm²。② 2005-2015年碳密度在低海拔区域以减少为主,在高海拔区域增加区与减少区比例相当,淇河中下游地区建设用地的大肆扩张以及上游林地的退化是导致碳密度下降的主要原因。③ 2015-2025年自然增长情景下碳储量和碳密度下降仍较明显,主要是低海拔区域固碳能力的减弱;耕地保护情景减缓了碳储量和碳密度的下降幅度,主要是由于低海拔区固碳能力的增强;生态保护情景下,碳储量和碳密度显著增加,分别达到3.19×10⁷ t和143.26 t/hm²,主要发生在海拔高于1100 m的区域。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减小。因此,研究区土地利用规划可统筹考虑生态保护和耕地保护情景,既能增加碳汇,又能保障耕地质量和粮食安全。     

长三角核心区碳收支平衡及其空间分异

人类活动带来土地利用覆被变化以及能源消耗加大对区域碳排放的影响, 成为关系区 域可持续发展的重要问题。本文在相关碳排放方法研究基础上, 采用物料衡算法计算人类呼 吸和化石能源消耗的释碳量, 采用植被生物量法计算区域陆地生态系统的固碳量, 据此综合 测度区域自身碳收支平衡能力, 并以长江三角洲核心区为例, 进一步研究了区域内部碳收支 平衡能力的空间分异问题。研究表明, 1995年以来随着人类活动强度的增加和陆地植被面积 减少, 长三角核心区的碳收支不平衡性不断加剧, 依靠自身陆地生态系统已无法实现平衡, 特别是在沿沪宁线地区和中心城市尤为明显。研究结果可为制定产业转型、土地利用、节能 减排等差别化区域政策提供依据。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。