基于PLUS和InVEST模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究.pdf

第4 3卷第3期2 0 2 3年6月水土保持通报B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.4 3,N o.3J u n.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 9 修回日期:2 0 2 2-1 0-1 4 资助项目:河北省林草厅科研课题“区域森林碳汇监测评价技术研究”(2 1 1 9 0 6 1);河北省峰峰矿区4个一科技示范基地项目(2 0 2 2 0 6);河北省自然基金面上项目“模拟增温和干旱对太行山退化生境中人工林更新的影响研究”(C 2 0 2 0 4 0 2 0 2 2)第一作者:张鹏(1 9 9 6),男(汉族),河北省石家庄市人,硕士研究生,研究方向为土地利用变化及生态服务功能评估。E m a i l:z h a n g p e n g 0 6 2 6q q.c o m。通信作者:李良涛(1 9 7 8),男(汉族),河北省邯郸市人,博士,副教授,主要从事景观生态规划与生物多样性研究。E m a i l:l i l i a n g t a o h e b e u.e d u.c n。基于P L U S和I n V E S T模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究张 鹏1,李良涛1,苏玉姣1,王清涛1,韩红英2,韩宏伟3,李晓婧2(1.河北工程大学 园林与生态工程学院,河北 邯郸0 5 6 0 0 0;2.邯郸市林业和草原科研中心,河北 邯郸0 5 6 0 0 0;3.邯郸市园林局,河北 邯郸0 5 6 0 0 0)摘 要:目的分析河北省邯郸市近2 0a土地利用格局及碳储量分布,并探讨生态保护政策下未来1 0a的土地利用变化趋势,为增加城市碳汇和实现城市可持续发展提供参考依据。方法使用P L U S模型,选取自然、社会驱动因素及生态规划限制因子,分析邯郸市在2 0 0 02 0 2 0年及自然发展情景和生态保护情景下2 0 3 0年的土地利用变化规律,并结合I n V E S T模型,评估邯郸市2 0 0 02 0 3 0年3期碳储量。结果邯郸土地利用类型的分布呈现“西部林地,东中部耕地”的总体空间分布特征,耕地和人造地表之间的土地利用转移占总土地利用变化的9 6.5 8%;邯郸市碳密度空间分布呈现西部高东部低的特点,碳储量总体呈下降趋势,碳损失在2 0 1 0年突增,耕地的过度侵占是导致邯郸市碳损失的最主要原因;与自然发展情景相比,生态保护情景下土地利用变化趋于克制,虽然生态用地的提升潜力一般,但由于人类活动受到限制,避免了生态资源的消耗;2 0 2 02 0 3 0年自然发展情景和生态保护情景下邯郸市碳储量变化分别为减少4.2 31 06t和增加2.1 61 04t。各区县碳损失风险显著降低,不同区县碳汇潜力差异明显。结论人造地表侵占耕地是导致碳损失的主要原因。生态保护政策干预下,各区县碳损失风险显著降低,不同区县也存在明显差异,碳损失更易发生于东中部平原地区,西南部的太行山东麓县区则具有较强的碳汇潜力,需针对差异化表现灵活布局。关键词:碳密度;土地利用;情景模拟;空间分布;河北省邯郸市文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 3-0 3 3 8-1 1 中图分类号:X 8 7,F 1 2 4.5文献参数:张鹏,李良涛,苏玉姣,等.基于P L U S和I n V E S T模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(3):3 3 8-3 4 8.D O I:1 0.1 3 9 6 1/j.c n k i.s t b c t b.2 0 2 3 0 1 1 1.0 0 1;Z h a n gP e n g,L i L i a n g t a o,S uY u j i a o,e t a l.S p a t i a l a n d t e m p o r a l d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f c a r b o ns t o r a g e i nH a n d a nC i t yb a s e do nP L U Sa n dI n V E S T m o d e l sJ.B u l l e t i no fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,4 3(3):3 3 8-3 4 8.S p a t i a l a n dT e m p o r a lD i s t r i b u t i o nC h a r a c t e r i s t i c so fC a r b o nS t o r a g e i nH a n d a nC i t yB a s e do nP L U Sa n dI n V E S TM o d e l sZ h a n gP e n g1,L iL i a n g t a o1,S uY u j i a o1,W a n gQ i n g t a o1,H a nH o n g y i n g2,H a nH o n g w e i3,L iX i a o j i n g2(1.S c h o o l o fL a n d s c a p ea n dE c o l o g i c a lE n g i n e e r i n g,H e b e iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,H a n d a n,H e b e i0 5 6 0 0 0,C h i n a;2.H a n d a nF o r e s t r ya n dG r a s s l a n dR e s e a r c hC e n t e r,H a n d a n,H e b e i0 5 6 0 0 0,C h i n a;3.H a n d a nC i t yL a n d s c a p eB u r e a u,H a n d a n,H e b e i0 5 6 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h e l a n du s ep a t t e r n s a n dc a r b o ns t o r a g ed i s t r i b u t i o n i nH a n d a nC i t y,H e b e iP r o v i n c ed u r i n gt h er e c e n t 2 0y e a r sw e r ea n a l y z e d,a n dt h et r e n d s i nl a n du s ec h a n g e su n d e ra ne c o l o g i c a lp r o t e c t i o np o l i c yd u i r n gt h en e x t1 0y e a r sw e r ed e t e r m i n e d,i no r d e rt op r o v i d ee v i d e n c ef o rb o t hi n c r e a s i n gu r b a nc a r b o ns i n k s a n d r e a l i z i n gs u s t a i n a b l eu r b a nd e v e l o p m e n t.M e t h o d sB a s e do n t h eP L U Sm o d e l,n a t u r a l a n ds o c i a l d r i v i n gf a c t o r sw e r es e l e c t e dt oa n a l y z el a n du s ec h a n g ep a t t e r n si n H a n d a nC i t yi n2 0 3 0u n d e rt h es c e n a r i o so fn a t u r a ld e v e l o p m e n ta n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o nf r o m 2 0 0 0t o2 0 2 0.C a r b o ns t o r a g e w a sa l s oe v a l u a t e db yt h e I n V E S Tm o d e l i nH a n d a nC i t yf r o m2 0 0 0t o2 0 3 0.R e s u l t s T h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no fl a n du s e t y p e s i nH a n d a nC i t ys h o w e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f“w o o d l a n d i nt h ew e s t a n dc u l t i v a t e d l a n d i nt h ee a s t”.T h e l a n du s e t r a n s f e rb e t w e e nc u l t i v a t e d l a n da n da r t i f i c i a l h a b i t a t sa c c o u n t e d f o r 9 6.5 8%o f t h e t o t a ll a n du s ec h a n g e.T h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no f c a r b o nd e n s i t yw a s c h a r a c t e r i z e da s“h i g h i nt h ew e s t a n d l o wi nt h ee a s t”i nH a n d a nC i t y.C a r b o ns t o r a g ed e c r e a s e do v e r t i m e.E x c e s s i v ee n c r o a c h m e n to fc u l t i v a t e dl a n dl e dt oad r a m a t i c i n c r e a s e i nc a r b o nl o s s i nH a n d a nC i t yi n2 0 1 0.E x c e s s i v ee n c r o a c h m e n to fc u l t i v a t e dl a n dw a s t h em a i nc a u s eo f c a r b o n l o s s i nH a n d a nC i t y.C o m p a r e dw i t ht h en a t u r a l d e v e l o p m e n t s c e n a r i o,l a n du s ec h a n g eu n d e r a ne c o l o g i c a l p r o t e c t i o ns c e n a r i o t e n d e d t ob er e s t r a i n e d.A l t h o u g ht h ep o t e n t i a l f o re c o l o g i c a ll a n di m p r o v e m e n tw a sa v e r a g e,c o n s u m p t i o no fe c o l o g i c a lr e s o u r c e sw a sa v o i d e dd u et ol i m i t e dh u m a na c t i v i t i e s.U n d e rb o t ht h en a t u r a ld e v e l o p m e n ta n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o ns c e n a r i o s,c a r b o ns t o r a g ef r o m2 0 2 0t o2 0 3 0 i nH a n d a nC i t yw a s s i m u l a t e d t od e c r e a s eb y4.2 3 1 06t a n d i n c r e a s eb y2.1 61 04t,r e s p e c t i v e l y.T h er i s ko f c a r b o n l o s sw a s s i g n i f i c a n t l y r e d u c e da c r o s s t h e c i t y,a n d t h ep o t e n t i a l o f c a r b o ns i n k s i nd i f f e r e n ta r e a so f t h ec i t ya p p e a r e dt od i f f e rs i g n i f i c a n t l y.C o n c l u s i o nT h ee n c r o a c h m e n to fc u l t i v a t e dl a n dw a st h em a i nc a u s eo f c a r b o n l o s so v e r t i m e.I m p l e m e n t a t i o no f e c o l o g i c a l p r o t e c t i o np o l i c i e s s i g n i f i c a n t l yr e d u c e d t h er i s ko f c a r b o n l o s s i ne a c hd i s t r i c t a n dc o u n t y,a n d t h e r e a r eo b v i o u sd i f f e r e n c e s a m o n gd i f f e r e n t d i s t r i c t s a n dc o u n t i e s.C a r b o nl o s sw a s m o r el i k e l yt oo c c u ri nt h ee a s t-c e n t r a lp l a i nr e g i o n,w h i l et h ed i s t r i c t sa n dc o u n t i e sa tt h ee a s t e r nf o o to ft h eT a i h a n g M o u n t a i ni nt h es o u t h w e s th a ds t r o n gc a r b o ns i n kp o t e n t i a l,t h e r e f o r ea f l e x i b l ep l a ns h o u l db em a d ea c c o r d i n gt o l o c a t i o nd i f f e r e n c e s.K e y w o r d s:c a r b o nd e n s i t y;l a n du s e;s c e n a r i os i m u l a t i o n;s p a t i a l d i s t r i b u t i o n;H a n d a nC i t y,H e b e iP r o v i n c e 随着世界经济快速发展,土地利用开发规模急剧扩张,由此导致了超过全球3 0%的碳排放1。城市扩张导致大量生态土地转化向城市建设用地转化2,这个过 程 更 是 直 接 造 成 高 碳 密 度 土 地 的 流 失3。已有研究结合斑块 生成土地利 用模拟模型(p a t h-g e n e r a t i n gl a n du s es i m u l a t i o n,P L U S)和生态系统服务和权衡综合评估模型(i n t e g r a t e dv a l u a t i o no fe c o s y s t e ms e r v i c e sa n dt r a d e-o f f s,I n V E S T)碳储存模块来定量评估和预测土地利用变化及碳储存3-4。I n V E S T模型因其能有效揭示多目标、多情景下土地利用/覆被类型变化与碳储量变化之间的关系而得到广泛应用5。P L U S模型通过多目标耦合算法也可以更好地模拟不同政策情景并探索土地利用变化背后的潜在驱动因素,从而使模拟结果的形态更真实可信6。多项研究表明,P L U S模型可以为研究区国土空间规划及用地限制政策的出台提供科学建议6-9。已有部分学者结合P L U S模型与I n V E S T模型模拟未来不同土地利用情景下的生态系统服务空间格局1 0-1 3。如对伊犁河流域的研究着眼于未来不同情景生态系统服务之间的权衡/协同关系8,对博尔塔拉蒙古自治州的研究9和对广东省的研究1 0,通过构建S S P-R C P情景预测未来土地利用和碳储量变化,然而现有研究仍然较少将P L U S模型用于区县级辖区碳储量时空格局预测以及土地利用格局并分析其潜在驱动因子,难以衡量生态保护政策约束下土地利用变化路径及其驱动因素从而为区域尺度的碳损失风险预测和低碳发展政策提供有效指导。邯郸市位于太行山山脉南段与华北平原的过渡带,太行山是京津地区重要的生态安全屏障,东中部平原城市群的经济生态协调发展同样是中部地区崛起战略的关键1 4,如何兼顾经济发展与生态安全,平衡快速增长的人类用地需求和巨大的能源消耗之间的矛盾一直是山地平原过渡带研究区发展的重要问题1 5。近 年 来,邯 郸 市 土 地 利 用 格 局 剧 烈 变化1 6,对于政策制定者来说,相关生态保护政策和国土空间规划的实施路径也亟待明确。鉴于此,文章以2 0 0 02 0 2 0年邯郸市土地利用数据为基础,结合P L U S模型与I n V E S T模型,选取自然、社会驱动因素,模拟邯郸市在自然发展与生态保护两种情境下2 0 3 0年的土地利用和碳储量时空变化格局,并探讨了造成这些变化的潜在驱动因素。1 材料与方法1.1 研究区概况邯郸市为河北省南部地级市,总面积1 20 6 6k m2,跨东经1 1 4 0 3 4 0,北纬3 6 2 0 4 4 之间西依太行山脉,为中、低山丘陵地貌,东接华北平原,海拔2 418 8 5m,地势呈自西向东阶梯状下降趋势,高差悬殊,最高与最低处相差约18 0 0m,是晋冀鲁豫4省要冲和华中地区重要的交通枢纽。邯郸属暖温带大陆性季风气候,年均气温1 3.5,四季分明。截至933第3期 张鹏等:基于P L U S和I n V E S T模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究2 0 2 1年年末,邯郸市下辖6个区,1 1个县和1个县级市,常住人口9.3 71 06人,人口位居河北省全省第2位,全市生产总值4.1 11 01 1元,比上年增长6.9%,位居全省第4。自2 0 0 0年起邯郸市人口规模迅速扩大,人类活动导致土地利用格局飞速变化,尤其是2 0 1 0年后邯郸市城镇化进度加快。由此带来生态系统服务下降,碳储量功能脆弱等问题严重影响了邯郸市的可持续发展,土地利用变化格局及碳储存空间分布特征亟待明确。1.2 数据来源及预处理研究所用2 0 0 0,2 0 1 0,2 0 2 0年邯郸市土地利用数据来源于全球3 0m地表覆盖(G l o b e L a n d 3 0)数据集(h t t p:www.g l o b a l l a n d c o v e r.c o m/),在A r c M a p1 0.2中经过镶嵌、裁剪后得到邯郸市土地利用现状,土地利用类型分为耕地、林地、草地、灌木地、湿地、水体和人造地表7类,最后在A r c M a p 1 0.2统一栅格行列数及投影坐标系至与其他驱动因素数据一致。其中人造地表是指由人工建造活动形成的地表,包括城镇及各类居民地、工矿、交通设施等,不包括耕地及建设用地内部连片绿地和水体。由于P L U S模型采用随机森林算法,可以很好处理驱动因子间的空间自相关和多重共线性6,因此在参考前人研究6,1 0的基础上综合考虑研究区现状,共引入1 3种 自 然、社 会 驱 动 因 素(表1)。其 中2 0 0 02 0 1 5年平均年均降水,2 0 0 02 0 1 5年平均年均温,陆地生态系统服务价值空间分布,夜间灯光数据,农田生产潜力数据集均来自中国科学院资源环境科学数据中心(h t t p:www.r e s d c.c n/D O I),铁路、高速、省道、国道、县道、城市建成区、河流等矢量数据来自O p e n S t r e e t M a p数据(h t t p:www.o p e n s t r e e t-m a p.o r g/),高程、坡度数据来自S R TM9 0m分辨率高程、坡度数据产品(h t t p:www.g s c l o u d.c n/),人口数量栅格数据集来自W o r l d p o p人口数量数据集(h t t p s:www.w o r l d p o p.o r g/)。在A r c G I S1 0.2中借助栅格计算器计算2 0 0 02 0 1 5年年均温和年均降水,借助QG I S3.0提取O p e n S t r e e t M a p矢量数据导入A r c M a p1 0.2进行“欧氏距离分析”,使用“按掩膜提取”工具对数据集数进行提取分析后,统一所有驱动因素投影坐标系为WG S 19 8 4UTM4 9N,分辨率重采样至3 0m,对于如D EM值、坡度、温度、降水等连续型分布数据优先采用双线性内插法重采样,对夜间灯光数据、人口密度等基于遥感影像制作的数据集优先考虑三次卷积法重采样以获得更好的细节表现。表1 2 0 0 02 0 2 0年邯郸市土地利用变化驱动因素T a b l e1 D r i v i n g f a c t o r so f l a n du s ec h a n g e i nH a n d a nC i t yd u r i n g2 0 0 02 0 2 0自然驱动因素社会驱动因素1年均温4年均降水1人口数量5农田生产指数2高程5生态系统服务价值2夜间灯光指数6至铁路距离3坡度6至河流水系距离3至高速路距离7至主要道路距离4至建成区距离1.3 研究方法1.3.1 基于I n V E S T模型的碳储量评估 本文利用I n V E S T3.9.2的c a r b o ns t o r a g ea n ds e q u e s t r a t i o n模块进行碳储量的评估。该模型的估算包括常见的4种基本碳库:地上生物量、地下生物量、土壤有机质和死亡凋落物有机质,但是由于死亡凋落物碳库实测数据难以获取,本文主要参考三大基本碳库。(1)地上生物量碳库包括地表土壤以上所有存活植物材料中的碳。(2)地下生物量碳库主要指地下植物根系中的碳。(3)土壤有机质碳库主要指土壤中的有机碳,其原理为:Ci=Ci_a b o v e+Ci_b e l o w+Ci_s o i l(1)Ct o t a l=ni=1CiSi(2)式中:i为第i种土地利用类型;Ci_a b o v e为第i类土地利用类型的地上生物量碳密度(t/h m2);Ci_b e l o w为第i类土地利用类型的地下生物量碳密度(t/h m2);Ci_s o i l为第i类土地利用类型的土壤有机质碳密度(t/h m2);Ct o t a l为总碳储量(t);Si为第i类土地利用类型的总面积(h m2);n为土地利用类型的数量,本文取值为7。碳密度数据的选取和未来土地利用变化模拟方案的准确性很大程度上决定了最终碳储量结果的准确性1 7。碳密度的确定方法参考前人研究1 7-1 8,结合邻近研究区碳密度实测研究,分析其合理性并筛选异常 值 后 获 得。主 要 参 考 中 科 院 地 理 所 整 理 的2 0 1 0 s中国陆地生态系统碳密度数据集1 9,该数据集总结了中国2 0 0 42 0 1 4年公开发表的历史文献数据资料以及相关试验监测碳密度数据,并对相关研究的坐标进行了整理,这为区域碳密度的测定提供了便利。样点选择优先参考邻近研究区、相同气候带样点实测碳密度数据(根据地理范围优先选取邯郸市辖区内或者纬度相近样点的研究),根据样本点经纬度导入A r c M a p 1 0.2,并根据地理范围选取样本点,取各样本点碳密度平均值获得碳库数据。对于缺少样本点的碳密度类型(如草地、耕地、湿地等),补充2 0 1 4年043 水土保持通报 第4 3卷来临近研究区相关研究实测碳密度数据2 0-2 5。对于只提供生物量的研究,根据I n V E S T模型使用手册建议,采用转换系数0.4 5将生物量换算为碳密度。对于地下生物量碳密度,根据使用手册参考I P C C国家温室气体清单指南 确定根茎比获得地下碳密度值。最 后 用 得 到 的 碳 库 数 据 与 研 究 区 附 近 基 于I n V E S T模型的碳储量研究采用的碳库数据进行对比1 3,筛除异常值并分析合理性,最终得到碳库数据(表2)。对比邻近研究区使用I n V E S T模型模拟碳储量的研究,经过模型计算,2 0 1 0年邯郸市平均碳密度为7 1.6 8t/h m2,与赫晓慧等对中原城市群的研究结果相一致1 4。西部高东部低的碳储量分布特征与李瑾璞对河北省碳储量分布的研究一致1 8,故碳库数据具有合理性。表2 邯郸市各土地利用类型碳密度值T a b l e2 C a r b o n i n t e n s i t yv a l u e so fd i f f e r e n t l a n du s et y p e i nH a n d a nC i t yt/h m2土地利用类 型地上生物量碳密度地下生物量碳密度土壤有机质碳密度耕 地4.1 20.4 16 2.8 6林 地3 4.6 71 2.5 81 2 5.5 0草 地0.9 28.8 97 0.6 1灌 木1.9 13.3 75 0.9 4湿 地4.3 51.9 22 9.8 3水 域0.0 00.0 00.0 0人造地表0.5 00.7 61 6.9 81.3.2 基于P L U S模型的未来土地利用变化预测 P L U S模型是一种面向栅格数据的土地利用变化模拟模型,它与传统C A模型存在区别。首先,它结合了一种新的土地扩张分析策略,并集成为L E A S模块,够更好地挖掘土地利用变化的潜在驱动机制。其次,它包含一种新的多类随机斑块种子生长机制,能更好得模拟土地利用斑块级的变化。最后,它耦合多目标优化算法,能更好模拟具体的开发和约束情景,并将后两者集成为C A R S模块。研究根据P L U S模型V 1.0用户手册 首先以土地利用数据为基础,选取包括年均降水、年均温等在内的1 3项驱动因素作为预测变量输入L E A S模块中,获得1 3项驱动因素对各类用地扩张的贡献度,用于挖掘土地利用扩张的潜在规律,并将计算得到各类用地的扩张概率输入C A R S模块中,输入空间约束数据以模拟不同政策约束下的强限制(如开放水域和自然保护区),最后调试包括土地利用需求、转换矩阵和邻域权重在内的3项模型模拟参数,以及邻域效应斑块衰减阈值等传统C A模型参数,调整模型运行强度。总体使用分为3个部分:数据准备及模拟精度验证,未来土地利用情景设置和模型模拟参数调试。(1)数据准备及模拟精度验证。基于2 0 1 0年土地利用数据,将1 3项驱动因素,输入2 0 2 0年土地利用需求,基于2 0 0 02 0 1 0年M a r k o v转移概率设置转移矩阵,根据各用地类型变化占比设置邻域权重,模拟2 0 2 0年土地利用需求,将模拟得到的土地利用现状与实际2 0 2 0年土地利用对比,验证模型模拟精度。k a p p a系数总体精度为8 9.3 2%,k a p p a系数为0.7 8,代表P L U S模型结果具有较高的可信度。(2)未来情景建模。在模拟精度满足要求的前提下模拟与未来政策更契合的土地利用情景,根据专家建议文章 设立两种情景,包括自然 发展情景(n a t u r a ld e v e l o p m e n ts c e n a r i o,N D)和生态保护情景(e c o l o g i c a lp r o t e c t i o ns c e n a r i o,E P)。N D情 景下,尊重 过往1 0a的 土 地 利 用 变 化 趋 势。2 0 2 02 0 3 0年的土地利用需求依据2 0 1 02 0 2 0年的马尔科夫链转换概率计 算得到,邻 域 权 重 参 数 也 基 于2 0 3 0年土地利用类型像元预测数量计算得到;E P情景下,假设政府加强生态保护,严格控制建设用地增长、鼓励退耕还林还草等政策。首先,在生态保护红线的基础上合并湖泊和湿地等生态涵养区,设置为约束发展区域。其次,参考前人研究4,1 1,结合 邯郸市国土空间总体规划(2 0 2 12 0 3 5年)及 邯郸市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标 相关指标描述,严格控制具有生态功能的耕地、草地、林地和湿地向人造地表的转化。然后参考前人研究2 6-2 8,通过修改2 0 1 02 0 2 0年的马尔科夫转换概率矩阵,将耕地向建设用地的转移概率降低3 0%,并将降低的概率添加到耕地向林地的转换概率中;草地和林地向建设用地的转移概率降低4 0%,分别增加到草地和林地;湿地向建设用地的转移概率降低3 0%,转为增加林地,最终得到E P情景下2 0 3 0年土地利用需求(表3)。(3)模型参数调试。模型涉及参数除C A R S模块中的土地利用需求、转换矩阵和邻域权重外,均参考用户手册以及L i a n gX u n等的研究进行设置6。未来土地利用需求根据前一步的未来情景建模得到,转换矩阵的设置遵循以下原则:森林在被保护的情况下不容易发生转换;水体不易转换为除湿地外的其他地类;限制人造地表侵占耕地、湿地和水域。邻域权重通过各类用地扩张强度求得,具体以2 0 1 0,2 0 2 0年两期土地利用数据为基础,通过计算各类用地变化面积占总面积比重确定。143第3期 张鹏等:基于P L U S和I n V E S T模型的邯郸市碳储量空间分布特征研究表3 邯郸市2 0 3 0年未来情景土地利用需求像元数T a b l e3 F u t u r e s c e n a r i o s f o r2 0 3 0l a n du s ed e m a n d i nH a n c h a nC i t y土地利用情景 像元数/个耕 地林 地草 地灌 木湿 地水 域人造地表2 0 2 0年实际需求90 0 36 2 911 3 92 3 49 1 71 1 755 7 794 0 38 14 0 222 5 84 9 32 0 3 0年自然发展情景82 7 26 3 811 4 08 4 49 3 24 0 755 1 21 08 0 21 2 13 7 829 3 12 7 42 0 3 0年生态保护情景92 6 29 9 011 4 10 2 79 2 37 0 655 8 096 0 68 29 2 519 8 90 2 12 结果与分析2.1 邯郸市土地利用变化空间格局2 0 0 02 0 2 0年邯郸市各土 地利用类型 的分布呈现强烈的空间分异(图1),耕地用地类型主要分布在东部平原区,林地、草地等生态用地主要分布在西部太行山区及丘陵区。人类活动也呈现明显的空间分异,人造地表多分布于中东部平原区,县域尺度上呈现以邯山区、丛台区、复兴区为中心的多极化发展趋势。邯郸市各土地利用类型面积及变化见图2。比例最多的土地利用类型以耕地为主,2 0a间比例均超过6 7%,2 0 0 02 0 2 0年 耕 地 面 积 由7 4.1 1%降 为6 7.1 2%,缩减了8 4 4.7 3k m2;其次为人造地表,2 0a间占比均超过1 0%,2 0 0 02 0 2 0年人造地表面积由1 0.2 1%增加为1 6.8 4%,增加了8 0 0.2 0k m2。注:1邯山区,2丛台区,3复兴区,4峰峰矿区,5肥乡区,6永年区,7临漳县,8成安县,9大名县,1 0涉县,1 1磁县,1 2邱县,1 3鸡泽县,1 4广平县,1 5馆陶县,1 6魏县,1 7曲周县,1 8武安市。N D为自然发展情景;E P为生态保护情景。底图源于G l o b e L a n d 3 0V 2 0 0 0V 2 0 1 0V 2 0 2 0,邯郸市边界来源于全国1 1 0 0万公众版基础地理信息数据(2 0 2 1),并基于自然资源部标准地图服务系统G S(2 0 2 0)4 6 1 7号标准地图校准制作,下同。图1 2 0 0 02 0 3 0年邯郸市土地利用格局F i g.1 L a n du s ep a t t e r n i nH a n d a nC i t yd u r i n g2 0 0 02 0 3 0 2 0 0 02 0 2 0年土地利用转移主要发生在耕地、林地、草地和人造地表之间(表4)。耕地和人造地表之间的土地利用转移占主要贡献,2 0a间两类土地利用类型的面积变化之和为16 4 4.9 3k m2,占总变化面积的9 6.5 8%。总转出面积中耕地的贡献率最高,为6 9.7 7%,总转出10 3 2.6 0k m2,远高于转入面积,直接表现为耕地面积的净减少,主要转出方向为人造地表、草地和水域,这与近2 0a来邯郸市高速城镇化发展一致。总转入面积中人造地表类型的贡献率最高占6 1.4 1%,总转入9 0 8.8 0k m2远高于人造地表的转出面积,表现为正的净增加,主要转入来源为耕地和草地,人类活动侵占了大量耕地和草地,直接造成了耕地和草地的减少。草地和林地的转出面积和转入面积相当,林地和草地总变化面积不大,分析草地和林地的土地利用转移路径发现,林地和草地之间多为相互转移,总草地转入面积中林地占5 8.7 4%,而总林地转入面积中,草地占8 9.8 6%。耕地是林地与草地的主要转入源,分别占林地和草地总转入面积的9.8 6%和3 9.2 9%,与退耕还林还草政策的实施相呼应。243 水土保持通报 第4 3卷图2 2 0 0 02 0 3 0年邯郸市土地利用面积转移特征F i g.2 C h a r a c t e r i s t i c so f l a n du s ea r e a t r a n s f e r i nH a n d a nC i t yd u r i n g2 0 0 02 0 3 0表4 2 0 0 02 0 2 0年邯郸市土地利用转移矩阵T a b l e4 L a n du s e t r a n s f e rm a t r i xf o rH a n d a nC i t yd u r i n g2 0 0 02 0 2 0k m2土地利用类型耕 地林 地草 地灌 木湿 地水 域人造地表总 计转出面积耕 地79 1 5.3 91 3.1 57 4.5 20.0 35.5 74 5.0 28 9 4.3 389 4 8.0 010 3 2.6 0林 地1 9.0 08 9 1.9 2