基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析.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 8-2 6 修回日期:2 0 2 2-1 0-0 8 资助项目:国家自然科学基金委员会贵州省人民政府喀斯特科学研究中心项目“喀斯特生物多样性形成和维持的钙依赖机制及其应用基础”(U 1 8 1 2 4 0 1);贵州省科学技术项目(2 0 1 71 1 3 1);贵州省科技支撑项目(2 0 1 72 8 5 5)第一作者:陈大蓉(1 9 9 6),女(布依族),贵州省贵阳市人,硕士研究生,研究方向为地理信息与遥感应用。E m a i l:1 4 0 3 5 6 5 5 6 3q q.c o m。通信作者:周旭(1 9 8 1),男(汉族),四川省古蔺县人,博士,副教授,主要从事遥感水文与流域管理研究。E m a i l:z x z y 8 1 7 81 6 3.c o m。基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析陈大蓉1,周 旭1,杨胜天2,裴 宇1,胡玉雪1,胡 锋3(1.贵州师范大学 地理与环境科学学院,贵州 贵阳5 5 0 0 2 5;2.北京师范大学水科学研究院,北京1 0 0 0 0 0;3.贵州省生态气象和卫星遥感中心,贵州 贵阳5 5 0 0 0 2)摘 要:目的分析贵州省生态系统碳储量时空分布格局、演变特征及其对土地利用转移的响应,研究各县域生态系统碳储量服务的脆弱性,为贵州省区域土地利用管理决策及“双碳”目标的实现提供科学依据和参考。方法运用I n V E S T模型和潜在影响指数(P I)分析贵州省2 0 0 02 0 2 0年碳储量变化特征和生态系统碳储存服务的脆弱性。结果近2 0a间贵州省土地利用结构发生显著变化,前1 0a和后1 0a分别有1 4.1 0%,1 7.2 9%的土地发生转移,耕地是建设用地扩张的主要来源。贵州省2 0a间生态系统碳储量减少2.4 01 07t,林地的缩减和建设用地的扩张是碳储量减少的主要原因。贵州省碳储量M o r a nsI指数均大于0,空间分布具有显著的空间正相关性和集聚性。冷热点分析显示碳储量热点分布较为分散,冷点分布集中稳定。贵州省前1 0a和后1 0aP I指数分别为-1.2 7和-0.1 5,脆弱性有所改善。县域间脆弱性存在空间差异,边缘县域负向影响显著,2 0a间8 1.8 2%的县脆弱性降低。结论贵州省林地的转出和建设用地的扩张对碳储量和碳储量服务脆弱性影响显著,未来应优化土地利用结构,加强规划管理。关键词:土地利用变化;碳储量;I n V E S T模型;脆弱性;贵州省文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0-2 8 8 X(2 0 2 3)0 3-0 3 0 1-0 9 中图分类号:P 9 6,X 8 7文献参数:陈大蓉,周旭,杨胜天,等.基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析J.水土保持通报,2 0 2 3,4 3(3):3 0 1-3 0 9.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 2 1 6.0 0 2;C h e nD a r o n g,Z h o uX u,Y a n gS h e n g t i a n,e t a l.A n a l y s i so fc a r b o ns t o c ke v o l u t i o na n di t sv u l n e r a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c sb a s e do nl a n du s ec h a n g e i nG u i z h o uP r o v i n c eJ.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 0 1-3 0 9.A n a l y s i so fC a r b o nS t o c kE v o l u t i o na n dI t sV u l n e r a b i l i t yC h a r a c t e r i s t i c sB a s e do nL a n dU s eC h a n g e i nG u i z h o uP r o v i n c eC h e nD a r o n g1,Z h o uX u,Y a n gS h e n g t i a n2,P e iY u1,H uY u x u e1,H uF e n g3(1.S c h o o l o fG e o g r a p h ya n dE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e s,G u i z h o uN o r m a lU n i v e r s i t y,G u i y a n g,G u i z h o u5 5 0 0 2 5,C h i n a;2.I n s t i t u t eo fW a t e rS c i e n c e,B e i j i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,B e i j i n g1 0 0 0 0 0,C h i n a;3.E c o l o g i c a lM e t e o r o l o g ya n dS a t e l l i t eR e m o t eS e n s i n gC e n t e ro fG u i z h o uP r o v i n c e,G u i y a n g,G u i z h o u5 5 0 0 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h e 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 np a t t e r na n de v o l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fe c o s y s t e mc a r b o ns t o r a g e,i t s r e s p o n s e t o l a n du s ec h a n g e,a n dt h ev u l n e r a b i l i t yo f e c o s y s t e mc a r b o ns t o r a g es e r v i c e i ne a c hc o u n t yo fG u i z h o uP r o v i n c ew e r e a n a l y z e d i no r d e r t op r o v i d e a s c i e n t i f i cb a s i s a n dr e f e r e n c e f o r r e g i o n a ll a n du s em a n a g e m e n td e c i s i o n-m a k i n ga n dt or e a l i z e t h e“d u a l c a r b o n”g o a l.M e t h o d sT h eI n V E S T m o d e la n dt h ep o t e n t i a l i m p a c t(P I)i n d e xw e r eu s e dt oa n a l y z e t h ec h a r a c t e r i s t i c so f c a r b o ns t o c kc h a n g e sa n dt h ev u l n e r a b i l i t yo f e c o s y s t e mc a r b o ns t o r a g e s e r v i c e s i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0.R e s u l t s L a n du s e t y p e i nG u i z h o uP r o v i n c ec h a n g e ds i g n i f i c a n t l yd u r i n gt h e l a s t 2 0y e a r s.1 4.1 0%a n d1 7.2 9%o f t h e l a n dc h a n g e dt y p e i nt h e f i r s t 1 0y e a r sa n dt h e l a s t 1 0y e a r s,r e s p e c t i v e l y.C u l t i v a t e d l a n dw a s t h em a i ns o u r c eo fc o n s t r u c t i o nl a n de x p a n s i o n.E c o s y s t e mc a r b o ns t o r a g e i nG u i z h o uP r o v i n c ed e c r e a s e db y0.2 4b i l l i o nt o n si nt h ep a s t 2 0y e a r s.F o r e s t l a n d r e d u c t i o n s a n dc o n s t r u c t i o n l a n de x p a n s i o nw e r e t h em a i nr e a s o n s f o r c a r b o ns t o r a g er e d u c t i o n.A l lM o r a nsIi n d i c e so fe c o s y s t e mc a r b o ns t o c k si nG u i z h o uP r o v i n c ee x c e e d e d0,i n d i c a t i n gs i g n i f i c a n tp o s i t i v es p a t i a l c o r r e l a t i o na n da g g l o m e r a t i o n.T h eh o ts p o t/c o l d-s p o ta n a l y s i ss h o w e dt h a t t h ed i s t r i b u t i o no f c a r b o ns t o c kh o t s p o t sw a s r e l a t i v e l yd e c e n t r a l i z e dw h i l e t h ed i s t r i b u t i o no f c o l ds p o t sw a sc e n t r a l i z e da n ds t a b l e.T h eP I i n d i c e sf o rG u i z h o uP r o v i n c ei nt h ef i r s ta n ds e c o n d1 0-y e a rp e r i o d sw e r e-1.2 7a n d-0.1 5,r e s p e c t i v e l y,i n d i c a t i n ga n i m p r o v e m e n t i nv u l n e r a b i l i t y.T h e r ew e r es p a t i a l d i f f e r e n c e si nv u l n e r a b i l i t ya m o n gc o u n t i e s,w i t hs i g n i f i c a n tn e g a t i v e e f f e c t s i n t h ep e r i p h e r a l c o u n t i e s.T h ev u l n e r a b i l i t yo f 8 1.8 2%o f t h ec o u n t i e sd e c r e a s e d i n2 0y e a r s.C o n c l u s i o nT h e t r a n s f e ro f f o r e s t l a n da n dt h ee x p a n s i o no f c o n s t r u c t i o nl a n d i nG u i z h o uP r o v i n c eh a das i g n i f i c a n t i m p a c to nc a r b o ns t o c k sa n dt h ev u l n e r a b i l i t yo fc a r b o ns t o c ks e r v i c e s.I nt h e f u t u r e,l a n du s es t r u c t u r es h o u l db eo p t i m i z e d,a n dp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n ts h o u l db es t r e n g t h e n e d.K e y w o r d s:l a n du s e c h a n g e;c a r b o ns t o c k s;I n V E S Tm o d e l;v u l n e r a b i l i t y;G u i z h o uP r o v i n c e 陆地生态系统碳汇功能通过光合作用固碳释氧,在全球碳循环和调节大气C O2浓度中发挥重要作用1。研究表明,全球陆地生态系统碳储量为20 0 0 25 0 0P g,其中植被碳储量约为5 0 06 0 0P g,01 0 0c m的土壤碳储量是植被的4倍,约为15 0 023 0 0P g2-3。土地利用变化通过改变陆地生态系统的结构和功能,进而影响其碳循环过程4。1 9 8 02 0 1 0年,中国因土地利用变化损失了碳储量2 7 9T g,表明土地利用变化是驱动陆地生态系统碳储量变化的原因之一5。因此,定量评估土地利用变化与陆地生态系统碳储量之间的关系,对提升区域碳固存能力、促进低碳绿色可持续发展具有重要意义。目前国内外围绕土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响开展了大量研究,主要研究方法分为:基于实地采样方法和基于模型模拟方法。实地采样方法能提高数据精度,但空间代表性不足,成本高,难以空 间 量 化。为 解 决 上 述 问 题,C E V S A,C A S A,I n V E S T等模型逐渐被用于估算生态系统碳储量。其中,I n V E S T模型具有所需参数少、操作简单便捷、运行速度快、评估结果可视化等优势6-7,被国内外学者广泛使用。王天福等8运用I n V E S T模型估算陕西省1 9 8 02 0 2 0年生态工程土地利用结构优化对区域生态系统碳储量提升的影响,并识别了植被碳汇提质增效优先区。虎帅等9基于I n V E S T模型对重庆市2 0 0 02 0 1 0年生态系统碳储量进行评估,结果表明建设用地扩张占用耕地和阔叶林是碳损失的主要原因。一些 学 者 将I n V E S T和C A-M a r k o v1 0,C L U E-S1 1,P L U S1 2,F L U S1 3等模型耦合,探究不同情景下的碳储量,为提高区域生态系统碳储量提供优化途径。贵州省丰富的森林资源、肥沃的土壤条件为固碳提供了基础,但关于贵州省碳储量的研究多集中在局部地区单一生态系统1 4-1 5,仅有个别学者开展了“三生”空间转型对碳储量的影响研究1 6。生态系统脆弱性是指人类生态系统容易受到或不能应对气候变化或土地利用变化等带来的负面影响导致生态系统服务供给能力下降的程度1 7。国内学者关于生态系统服务脆弱性的研究多从生态系统服务价值出发1 8,考虑生态系统碳储量变化及其脆弱性的研究为之甚少。同时,不同空间尺度上的土地利用变化对生态系统脆弱性的影响机理与过程不同,分析不同尺度的脆弱性能因地制宜地提出保护和治理措施。在上述分析的基础上,为响应国家碳达峰目标和碳中和愿景,应对土地利用变化带来的气候变化问题,本文选取喀斯特发育强烈,生态环境脆弱,生态系统稳定性较差,易受人类活动影响,生态保护与经济发展存在矛盾的贵州省作为研究对象,引入生态系统服务对土地利用变化的脆弱性评估方法,探明生态系统碳储量时空分布格局和演变特征及对土地利用转移的响应,进一步探究研究区及研究区各县域生态系统碳储量服务的脆弱性,以期为贵州省区域土地利用管理决策及“双碳”目标的实现提供科学依据和参考。1 材料与方法1.1 研究区概况贵州 省 地 处 中 国 云 贵 高 原 东 端(1 0 3 3 6 1 0 9 3 5 E,2 4 3 7 2 9 1 3 N),分属长江、珠江两大水系,是“两江”上游重要的生态安全屏障,在国家生态安全战略中具有重要地位。海拔由西向东逐渐降低,地势西高东低,自中部向北、东、南3面倾斜。全省地貌以高原、山地、丘陵和盆地为主,其中山地和丘陵占全省面积的9 2.5%,是中国唯一一个没有平原的省份。气候为亚热带季风气候,光热资源充沛,降水充足,多年平均气温为1 02 0,多年平均降水量为11 0 013 0 0mm。“十三五”期间,全省累计完成营造林1.2 11 06k m2,治理石漠化5.2 31 07k m2,治203 水土保持通报 第4 3卷理水土流失1.3 41 07k m2,森林覆盖率达6 2.1 2%。G D P由2 0 0 0年的1.0 31 01 1元增长至2 0 2 0年的1.7 81 01 2元,年均增长率为1 4.2 6%。1.2 数据来源与处理本文采用土地利用数据(2 0 0 0,2 0 1 0,2 0 2 0年)来源于全球地表覆盖数据G l o b e L a n d3 0平台(h t t p:www.g l o b a l l a n f c o v e r.c o m),该数据中国范围内的总体精度达8 2.3 9%,包含耕地、林地等1 0个大类1 9-2 0。依据实际情况以及查阅相关文献重新划分为林地、草地、耕地、水域和 建设用地5大类,空间 分辨率为3 0m3 0m。本文碳密度通过查阅文献借鉴他人的研究结果,利用已知碳密度进行估算。其中,优先使用贵州省及周边城市的实测碳密度成果,并采用碳密度与气温和降水的关系模型修正得到2 1-2 3。具体碳密度值见表1。表1 贵州省各土地利用类型碳密度T a b l e1 C a r b o nd e n s i t yo f l a n du s e t y p e i nG u i z h o uP r o v i n c et/h m2土地利用类型地上碳密度地下碳密度土壤碳密度死亡有机质文献来源耕 地3 6.4 86.9 39 2.5 00C h u a i等2 4;虎帅等9林 地5 8.2 71 7.5 01 7 3.4 05.4 8丁访军等2 5草 地1.3 21.4 01 3 5.0 00C h u a i等2 4;虎帅等9水 域0000李义平等2 6建设用地001 0 8.5 00李义平等2 6;虎帅等91.3 研究方法1.3.1 生态系统碳储量估算方法 I n V E S T(i n t e g r a t e dv a l u a t i o no fe n v i r o n m e n ts e r v i c ea n dt r a d e o f f s)模型是用于评估多种生态系统服务功能的模型,其C a r b o n模块将生态系统碳储量划分为地上生物碳、地下生物碳、土壤和死亡有机碳4个基本碳库2 7。具体计算公式为:Ci=Ci,a b o v e+Ci,b e l o w+Ci,s o i l+Ci,d e a d(1)Ct o t a l=ni=1CiAi(2)式中:i为第i种土地利用类型;Ci为第i种土地利用类型的碳密度(t/h m2);Ct o t a l为生态系统总碳储量(t);Ci,a b o v e,Ci,b e l o w,Ci,s o i l和Ci,d e a d分别为第i种土地利用类型的地上碳密度、地下碳密度、土壤碳密度、死亡有机物碳密度(t/h m2);Ai为第i种土地利用类型的总面积(h m2)。1.3.2 生态系统脆弱性评估方法 I P C C报告指出脆弱性是一个关于暴露、敏感和适应能力的函数,指一个系统容易受到或不能应对气候变化不利影响的程度2 8。S c h r t e r等2 9随后提出起点脆弱性评估方法将土地利用变化涵盖其中,拓展了脆弱性的概念。基于S c h r t e r提出的起点脆弱性评估方法和M e t z g e r等3 0提出的潜在影响指数(P I),无量纲度量土地利用变化对生态系统脆弱性3 1。具体计算公式为:P I=Cx-CyCyLx-LyLy=Lx(Cy-Cx)Cx(Ly-Lx)(3)L=1 0 0ni=1(DiPi)(4)式中:C为碳储量;L为土地利用强度;x,y分别表示期初和期末的年份;Di为第i级土地利用程度分级指数;Pi为第i级土地利用类型的面积比例;n为土地利用程度分级数。本文参考庄大方等3 2的研究,将贵州省土地利用指数分为3级,林地、草地、水域为2,耕地为3,建设用地为4。1.3.3 空间异质性分析 空间自相关能有效描述地理现象的空间聚集性,判断同一区域内变量之间是否存在依赖性。本文基于M o r a nsI指数和G e t i s-O r dG*i热点分析模型,分析贵州省生态系统碳储量空间分布的异质性。M o r a nsI指数可表征要素在空间分布的聚类或离散程度,但不能探测具体的聚集范围和位置;G e t i s-O r dG*i能准确识别聚集区域的空间分布位置,弥补M o r a nsI指数在空间布局关系特征分析的不足8。具体计算公式为:I=nni=1nj=1Wi j(xi-x)(xj-x)ni=1nj=1Wi jni=1(xi-x)2(5)式中:n为要素总数;xi,xj分别为位置i,j的碳储量值;x为碳储量的平均值;Wi j是基于固定距离范围建立的空间权重矩阵。M o r a nsI取值范围为-1,1,M o r a nsI值为正数则表示存在空间正相关关系,值越高则区域碳储量聚集程度越大;M o r a nsI值为负数则表示存在空间负相关关系,值越低则区域碳储量空间差异越大;M o r a nsI值为零值则表示空间上不具有相关性,区域碳储量随机分布。G*i(d)=ni=1Wi j(d)Xini=1Xi(6)式中:Wi j为i,j之间的空间权重矩阵;xi为i的碳303第3期 陈大蓉等:基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析储量值;n为要素总数。G*i(d)为正数则表示该空间单元与邻近单元的碳储量值相似,此时空间聚类(热点或冷点)趋于紧密,G*i(d)为负数则表示该空间单元与邻近单元的碳储量值相异,此时空间聚类趋于分散,G*i(d)为零值则表示该空间单元与邻近单元的碳储量值呈随机独立分布特征。2 结果与分析2.1 土地利用时空分布特征贵州省土地利用空间分布较为稳定,区域间存在一定差异(图1)。2 0 0 0,2 0 1 0,2 0 2 0年3个时期土地利用类型以耕地、林地和草地为主,分别占研究区总面积的3 4%,4 6%,1 7%左右。其中,林地主要分布在黔东南和黔南,分别占总林地面积的2 5%,1 8%左右;耕地主要分布在遵义市南部、毕节市东部、黔南北部、铜仁市西部和黔东南西北部,分别 占2 1%,2 0%,1 2%,1 2%和1 1%;草地主要分布在遵义市、黔西南、黔南和毕节市等地区;水域主要分布于黔东南、毕节市和遵义市;建设用地主要零散分布于各地级市。随着社会经济发展对用地需求的增大,贵州省土地利用结构发生显著变化。2 0a间共有4 15 2 8.6 8k m2面积发生变化,占研究区总面积的2 3.5 9%(表2)。2 0 0 02 0 2 0年建设用地和水域呈扩张趋势,分别净增加22 4 6.4 0k m2,4 6 5.6 0k m2。其中,建设用地增幅明显,建设用地扩张面积是2 0 0 0年的3倍,面积扩张来源主要是耕地,占建设用地面积扩张的7 2.0 4%,主要发生在贵阳、遵义和毕节市。水域的扩张来源于耕地、林地和草地,与贵州省河流治理和水利工程建设密切相关。而耕地、林地和草地均不同程度减少,分别为1 0 0.6 7,10 5 6.9 1,15 5 4.4 2k m2,主要为耕地、林地和草地之间的相互转化。2 0 0 02 0 1 0年和2 0 1 02 0 2 0年分别有1 4.1 0%,1 7.2 9%的土地发生转移,土地利用类型转移特征总体变化趋势相似,部分地类具有时段差异性(表34)。其中,耕地呈先减少后增加的变化趋势,林地呈先增加后减少的变化趋势,且林地转入耕地面积大于耕地转入林地的面积。草地持续减少,建设用地持续增加,且呈增加速度最快。2 0 0 02 0 1 0年林地、草地和耕地分别向建设用地转移2 2.7 2,8 3.9 2,1 3 5.7 1k m2,净转入1 0 7.9 7k m2;2 0 1 02 0 2 0年林地、草地和耕地分别向建设用地转移3 6 7.5 2,3 1 3.2 6,15 3 8.7 2k m2,净转入21 3 8.4 3k m2。注:本图源于G l o b e L a n d3 0,并基于自然资源部标准地图服务系统G S(2 0 1 9)1 8 2 2号标准地图校准制作。下同。图1 2 0 0 02 0 2 0年贵州省土地利用类型分布F i g.1 D i s t r i b u t i o no f l a n du s e t y p e s i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0表2 2 0 0 02 0 2 0年贵州省土地利用类型转移矩阵T a b l e2 T r a n s e rm a t r i xo f l a n du s e t y p e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0k m2土地利用类型2 0 2 0年面积耕 地林 地草 地水 域建设用地变化量耕 地4 79 3 5.3 759 2 4.2 337 1 4.0 62 6 4.0 916 1 8.2 91 15 2 0.6 7林 地76 2 5.9 26 56 9 8.4 679 2 2.3 02 8 2.9 13 9 0.2 71 62 2 1.4 0积面年草 地35 6 0.0 991 0 0.5 21 99 2 1.4 32 6 0.2 63 7 2.6 91 32 9 3.5 70002水 域1 3 6.5 51 1 9.5 87 5.4 84 1 8.2 81 3.2 93 4 4.9 1建设用地9 7.4 22 0.1 62 7.3 13.2 55 3 5.8 71 4 8.1 4变化量1 14 1 9.9 91 51 6 4.4 91 17 3 9.1 58 1 0.5 123 9 4.5 4 403 水土保持通报 第4 3卷表3 2 0 0 02 0 1 0年贵州省土地利用类型转移矩阵T a b l e3 T r a n s e rm a t r i xo f l a n du s e t y p e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 1 0k m2土地利用类型2 0 1 0年面积耕 地林 地草 地水 域建设用地变化量耕 地5 32 5 4.6 229 9 7.0 629 7 3.7 39 4.9 21 3 5.7 162 0 1.4 2林 地30 3 1.9 27 32 4 1.0 455 7 2.4 05 1.7 92 2.7 286 7 8.8 2积面年草 地25 3 7.5 667 1 2.0 42 37 6 8.1 01 1 3.3 88 3.9 294 4 6.9 00002水 域1 1 5.2 01 3 3.2 31 0 0.1 54 1 1.6 52.9 63 5 1.5 5建设用地8 4.7 51 7.8 03 3.1 01.6 85 4 6.6 71 3 7.3 4变化量57 6 9.4 298 6 0.1 386 7 9.3 92 6 1.7 72 4 5.3 1 表4 2 0 1 02 0 2 0年贵州省土地利用类型转移矩阵T a b l e4 T r a n s e rm a t r i xo f l a n du s e t y p e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 1 0t o2 0 2 0k m2土地利用类型2 0 2 0年面积耕 地林 地草 地水 域建设用地变化量耕 地5 10 3 5.6 339 0 5.7 623 4 6.7 01 9 7.2 315 3 8.7 279 8 8.4 1林 地57 6 8.8 27 03 8 8.0 962 9 6.5 92 8 0.1 63 6 7.5 21 27 1 3.0 8积面年草 地24 2 8.2 365 0 2.7 62 29 6 1.6 02 4 1.6 43 1 3.2 694 8 5.8 90102水 域6 2.8 55 7.2 33 9.2 75 0 6.4 77.6 01 6 6.9 6建设用地5 9.8 49.1 11 6.4 33.2 97 0 3.3 28 8.6 6变化量83 1 9.7 41 04 7 4.8 686 9 8.9 97 2 2.3 222 2 7.0 9 2.2 生态系统碳储量时空变化特征贵州省2 0 0 0,2 0 1 0,2 0 2 0年生态系统总碳储量分别为3.3 01 09,3.3 21 09,3.2 81 09t,平均碳密度分别为1 8 7.6 3,1 8 8.5 2,1 8 6.2 7t/h m2,呈现先平缓增加后快速下降趋势,2 0a间碳储量和平均碳密度分别减少2.4 0 1 07t,1.3 7t/h m2(图2 a)。2 0 0 02 0 1 0年,研究区碳储量以平均每年1.5 61 07t的速度缓慢增长,但是在2 0 1 02 0 2 0年 平 均 每 年 减 少 量 高 达3.9 71 07t。2 0 0 02 0 1 0年,贵州陆续开展退耕还林还草、石漠化工程治理等生态恢复工程,促进碳储量的增加。2 0 1 0年以后贵州省经济发展迅速,工业化和城镇化速度加快,土地需求增加,碳密度高的地类被侵占,碳储量减少。通过统 计 贵 州 省9个 市 州 碳 储 量 变 化 情 况(图2 b)和碳储量空间分布(图3),发现贵州省生态系统碳储量存在显著的空间异质性。碳储量较高区域主要分布在黔东南一带,该地区土层较厚,宜于植被生长,且城市化水平相对较低。碳储量较低区域主要分布在贵阳市及周边区域,该地区人类活动频繁,城市化水平相对较高,耕地被大量侵占。各市州总碳储量具体表现为:黔东南遵义市黔南毕节市铜仁市黔西南六盘水安顺市贵阳市,整体呈现东南高西南低的空间格局。2 0a间,贵州省9个市州生态系统碳储量表现为:遵义市和铜仁市增加,其余市州均有所下降(图2 b)。其中,遵义市和铜仁市总碳储量分别增加1.0 91 07,1.9 81 06t;黔南、黔东南碳储量损失最多,分别为1.7 21 07,1.4 21 07t;其余市州碳损失相对较少。图2 2 0 0 02 0 2 0年贵州省碳储量和碳密度及各市州碳储量变化F i g.2 C a r b o ns t o r a g ea n dc a r b o ni n t e n s i t y i nG u i z h o uP r o v i n c ea n dc h a n g e s i nc a r b o ns t o c k so f s u b r e g i o n s f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0503第3期 陈大蓉等:基于贵州省土地变化的碳储量演变及其脆弱性特征分析图3 2 0 0 02 0 2 0年贵州省碳储量空间分布F i g.3 S p a t i a l d i s t r i b u t i o no f c a r b o ns t o r a g e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 02.3 生态系统碳储量空间自相关分析对碳储量进行全局自相关分析,可验证碳储量的空间集聚和离散规律。从表5可知:各期的全局自相关M o r a nsI指数均为正值,分别为0.4 3 12,0.4 3 31,0.4 3 06,说明贵州省生态系统碳储量的空间格局呈正相关,局部空间存在明显的集聚趋势。研究期间,M o r a nsI指数先升高后降低,由2 0 0 0年的0.4 3 12下降到2 0 2 0年的0.4 3 06,碳储量空间聚集效应有减弱趋势。采用A r c G I S空间统计 的 关 联 指 数G e t i s-O r dG*i进一步探究贵州省生态系统碳储量空间集聚现象,结果显示贵州省生态系统碳储量具有显著的冷热点效应(图4)。碳储量热点分布较为分散,极显著热点区分布在从江县和威宁县,从江县2 0 2 0年转为显著热点区;显著热点区为黎平县,热点区分布在毕节市、大方县、平塘县和独山县,2 0a均未发生变化。碳储量冷点分布集中稳定,呈片状分布在贵阳市及周边县域,零散分布在关岭县和凯里市,除贵定县于2 0 2 0年由显著冷点区转为极显著冷点区外,其他县域2 0a未发生变化。表5 2 0 0 02 0 2 0年贵州省碳储量M o r a nsI值T a b l e5 M o r a nsIo f c a r b o ns t o r a g e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0项 目2 0 0 0年2 0 1 0年2 0 2 0年M o r a nsI0.4 3 120.4 3 310.4 3 06P000Z6.6 7 206.7 0 216.6 6 36注:贵阳市包括6区(南明区、花溪区、云岩区、乌当区、白云区、观山湖区)3县(开阳县、息烽县、修文县)一市(清镇市)图4 2 0 0 02 0 2 0年贵州省碳储量冷热点空间分布F i g.4 S p a t i a l d i s t e i b u t i o no fh o t-s p o t so f c a r b o ns t o r a g e i nG u i z h o uP r o v i n c e f r o m2 0 0 0t o2 0 2 02.4 生态系统碳储量对土地利用变化的响应由表6可知,不同时期各土地利用类型的碳储量发生一定变化。具体而言,林地是贵州省生态系统碳储量的主要贡献者,贡献率达6 0%以上;耕地贡献率次之,接近2 3%;草地贡献率在1 2%左右;建设用地的贡献率不足1%。2 0 0 02 0 1 0年,林地和建设用地碳储量分别增加3.0 01 07,1.0 01 06t,耕地和草地碳储量分别减少6.0 01