县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析——以云南省梁王山为例.pdf

引文格式：莫金宵,雷冬梅,李杰,等.县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例J.云南农业大学学报(自然科学),2023,38(4):694703.DOI:10.12101/j.issn.1004-390X(n).202211001县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例*莫金宵1，雷冬梅1*，李杰2，高丽萍1，冉玉菊1(1.云南财经大学财政与公共管理学院，云南省高原山地土地利用重点实验室，云南昆明650221；2.云南大学国际河流与生态安全研究院，云南昆明650500)摘要:【目的】探究土地利用景观格局变化与生态系统碳储存功能的相关性，为维护小尺度区域生态系统服务功能稳定提供参考。【方法】以云南省梁王山县级自然保护区为研究对象，运用景观格局指数评价法、In-VEST 碳储量评估模型和灰色关联法，探究梁王山 20002020 年土地利用格局与碳储量变化的时空特征及两者的相关性。【结果】(1)20 年间，耕地减少量最大，建设用地、林地和草地的面积略有提升，类型转移以林地、草地和耕地之间的相互转换为主，建设用地主要来自林地和草地的转入。(2)景观格局总体趋于复杂化与不规则化，破碎化程度增加，异质性相对减弱。其中，建设用地和草地的景观破碎度明显增加，林地斑块的连通性增加，林地最大斑块指数由 23.00 上升至 23.80。(3)总碳储量有所增加，20 年间从 227055.48t 上升至227840.14t。碳储量存在明显的空间差异性，高碳储量区域主要分布在保护区东北部和中部区域。(4)景观蔓延度指数与总碳储量的关联度最高，达 0.99。【结论】梁王山自然保护区不同景观格局指数与碳储量的相关性存在差异；林地作为景观的优势斑块，其面积是影响保护区总碳储量值的重要因素。关键词:土地利用变化；碳储量；关联度分析；时空格局；梁王山县级自然保护区中图分类号:X171.4文献标志码:A文章编号:1004390X(2023)04069410Analysis on the Relationship between Land Use Landscape Pat-tern and Carbon Sequestration Function in County-level NatureReserves：a Case Study of Liangwang Mountain inYunnan ProvinceMOJinxiao1，LEIDongmei1，LIJie2，GAOLiping1，RANYuju1(1.YunnanKeyLaboratoryforPlateauMountainLandUse,SchoolofFinanceandPublicAdministration,YunnanUniversityofFinanceandEconomics,Kunming650221,China;2.InstituteofInternationalRiversandEco-security,YunnanUniversity,Kunming650500,China)Abstract:PurposeToexplorethecorrelationbetweenchangesoflanduselandscapepatternsandecosystemcarbonstoragefunctions,providingareferenceformaintainingthestabilityofsmall-scaleregionalecosystemservices.MethodsTakingLiangwangMountainCounty-levelNature云南农业大学学报（自然科学），2023，38(4)：694703http:/JournalofYunnanAgriculturalUniversity(NaturalScience)E-mail:收稿日期：2022-11-02修回日期：2023-06-25网络首发日期：2023-08-02*基金项目：教育部人文社科资助项目(20XJAZH005)；云南省科技厅基础研究专项(202001BB050073)。作者简介：莫金宵(1996)，男，湖北武汉人，在读硕士研究生，主要从事土地生态与可持续利用研究。E-mail：*通信作者 Correspondingauthor：雷冬梅(1979)，女，福建三明人，博士，副教授，主要从事土地生态学研究。E-mail：网络首发地址：https:/ mainly involved the mutual conversion among forestland,grassland,and cultivated land,whileconstructionlandmainlycamefromthetransferofforestlandandgrassland.2)Thelandscapepatterngenerallybecametobemorecomplexandirregular,withincreasedfragmentationandrelat-ivelyweakerheterogeneity.Thelandscapefragmentationinconstructionlandandgrasslandincreasedobviously,whiletheconnectivityofforestlandpatchesincreased,withtheforestlandslargestpatchindexincreasedfrom23.00to23.80.3)Theoverallcarbonstorageincreasedfrom227055.48tto227840.14t.Therewereobviousspatialdifferencesincarbonstorage,andthehighcarbonstorageareasweremainlyconcentratedinthenortheastandcentralregions.4)Thecorrelationbetweenland-scapecontagionindexandtotalcarbonstoragewasthehighest,andthecorrelationcoefficientreached0.99.ConclusionThecorrelationbetweendifferentlandscapepatternindicesandtheecosystemcarbonstorageisdifferentinLiangwangMountainCounty-levelNatureReserve.Asthedominantlandscapepatch,theareaofforestlandisanimportantfactoraffectingthetotalcarbonstoragevalueofthisreserve.Keywords:landusechange;carbonstorage;correlationanalysis;spatial-temporalpattern;Liang-wangMountainCounty-levelNatureReserve随着人类社会工业化与城镇化的持续推进，CO2等温室气体排放量仍呈现上升态势，全球气候变暖问题日益严峻1。土地利用/覆被变化(landuse/coverchange，LUCC)作为影响全球气候变化的重要原因之一，不仅显著改变了陆地生态系统的景观结构2，而且会进一步影响以陆地生态系统为载体的碳储存等生态系统服务功能3-4。2020年，中国提出“碳中和”发展目标，碳储量相关研究逐渐成为热点5-6。当前，中国仍处在工业化与城镇化快速发展阶段，经济的快速增长势必带来温室气体排放总量增加以及土地利用格局的快速变化。在此背景下，了解 LUCC 与生态系统碳储存服务功能变化的关系，对“碳中和”以及生态文明建设目标的实现具有重要现实意义7。目前，碳储量估算研究主要集中于如森林8-10、草地11-12和耕地13-14等单一生态系统，陆地生态系统碳储存功能对土地利用格局变化的响应研究也备受关注15-16。近年来，随着地理信息技术与生态系统服务评估模型的不断发展，基于两者耦合的研究方法为探究区域土地利用格局变化与生态系统碳储存服务功能的关系提供了新思路。其中，InVEST 模型(integratedvaluationofen-vironmentserviceandtrade-offs)因所需数据较少、评估结果表达直观而被国内外学者广泛应用14，如：ISLAM 等17和 AITALI 等18通过遥感影像与InVEST 模型对碳储量进行监测，以期实现优化土地利用结构和维护生态系统服务功能的目的；在国内，基于 InVEST 模型与 3S 技术的碳储量研究也已经成功应用于省19、市20和流域21等多个区域。总体来看，已有研究成果积极地推动了土地利用与碳储量估算的相关研究，但研究区域多以大、中型尺度为主，小尺度研究相对较少。由于不同尺度的独立观测无法定量表达不同尺度下人类活动与生态系统的相互作用，因此，小尺度下区域碳储量以及相关模型的适用性研究有待进一步补充。自然保护区对于维护区域生态系统稳定有着积极的作用22。县级自然保护区作为典型的小尺度区域，其土地利用变化与碳储存功能变化具有特殊性。梁王山县级自然保护区肩负着区域水源涵养以及气候调节等多重生态系统服务功能，但近年来随着人类活动扰动的增加，保护区内土地第4期莫金宵，等：县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例695利用格局不断发生变化，势必影响区域生态系统的稳定与生态系统碳储存服务功能。鉴于此，本研究以梁王山县级自然保护区为例，基于高清遥感影像对保护区土地利用时空变化特征进行分析，并运用 InVEST 模型测算碳储量，采用灰色关联度分析法进一步剖析碳储量变化的重要相关因素，以期为保护区土地利用政策制定以及维护小尺度区域生态系统服务功能稳定提供参考。1 材料与方法1.1研究区概况梁王山县级自然保护区成立于 1998 年，位于云南省玉溪市澄江市，总面积约 2358.79hm2，地处 N244345244808，E10253101025805，坐落于滇中小江断裂地带东部边缘，山脉自西北向东南倾斜延伸，是抚仙湖、阳宗海和滇池三大高原湖泊的天然生态屏障(图 1)。地势北高南低，最高海拔 2791m，最低海拔 1956m，相对高差 835m。属低纬度高原季风气候区，年平均气温 11.7，年降雨量 11001400mm，相对湿度 76%。区内生物多样性丰富，植物种类以华山松为主。由于地理位置的特殊重要性，梁王山保护区未来旅游开发潜力较大。1.2数据来源及处理基于澄江市2000 年、2010年、2015 年和2020年的高清遥感影像数据(分辨率为 10m，由 BI-GAMAP 软件获取)，对研究区域 4 期的遥感影像进行目视解译，获取梁王山自然保护区 4 期土地利用数据。因从高清遥感影像上未发现水域，故依据土地利用现状分类标准(G/T210102007)将研究区土地类型分为耕地、林地、草地、未利用地和建设用地 5 大类。为保证相关操作在 Arc-GIS10.2 软件中能顺利完成，分别对 4 期土地利用数据以及其他相关数据进行坐标系统一和格式转换等操作。景观格局指数数据依据上述土地覆被数据，运用 Fragstats4.2 软件计算得出。碳密度值来源于云南省碳密度相关研究以及根据前人研究成果23-26计算得到。1.3研究方法1.3.1土地利用动态度土地利用动态度是定量评价土地利用变化的重要指标，包括单一和综合土地利用动态度5，计算公式为：Nc=UbUaUa100%；Lc=ni=1LUij2ni=1LUi1T100%。N23520N242230N24530N252330N244320 N244430 N244540 N244650N24480E1015230E1023330E1031430E1025345E102550 E1025615 E1025730N高 high:2 791高程/melevation低 low:1 9560 700 1 400 m图 1 梁王山自然保护区位置示意图Fig.1DiagramlocationofLiangwangMountainNatureReserve696云南农业大学学报第38卷式中：Nc和 Lc分别为单一和综合土地利用动态度；Ua和 Ub分别为某土地利用类型在研究时段内初期和末期的面积；T 为研究时长；i 和 j 为土地利用类型；LUi代表研究初期 i 类土地利用类型的面积；LUij代表研究时间段内 i 类土地利用类型向 j 类土地利用类型转化的面积。1.3.2土地利用转移矩阵土地利用转移矩阵通过追踪各地类之间的相互转换和数量分布，从而明晰研究时间段内各土地利用类型之间的流向与结构5，其表达式为Sij=S11S1nSn1Snn。n式中：Sij为研究初期和末期的土地利用状态；为土地利用类型数量；向量为各土地利用类型的面积。1.3.3景观格局分析景观格局指数可以量化土地利用的结构组成和空间配置等特征。本研究结合研究区景观分布特点并参考前人的研究成果27-29，从景观水平与斑块类别层面选择相关指数。景观层面选取斑块景观形状指数、周长面积分维数、蔓延度指数、斑块数量、斑块密度、香农多样性指数和香农均匀度指数共 7 个指数27；斑块类别层面选取最大斑块指数、斑块密度、聚集度指数和景观形状指数共 4 个指数28。1.3.4碳储量评估采用 InVEST 模型评估碳储量。InVEST 模型将生态系统碳库分为 4 个主要部分：地上生物碳、地下生物碳、土壤碳和死亡有机碳29。模型碳储量模块计算公式为：Ci=Ci1+Ci2+Ci3+Ci4。式中：i 表示某种土地利用类型；Ci表示土地利用类型 i 的总碳密度，t/hm；Ci1、Ci2、Ci3和Ci4分别表示土地利用类型 i 地上、地下、土壤和死亡碳密度，t/hm。本研究中，碳密度数据通过查阅文献23-26获得(表 1)。由于死亡堆积碳密度在碳库中所占比例较小30-33，因此在本研究中不予考虑。1.3.5灰色关联分析采用灰色关联分析法进一步量化景观格局指数与碳储量之间的相关性34。灰色关联分析旨在量化各因素之间的关联程度，并表征各因素间发展趋势的相似或相异程度。如 x1,x2,xn为N 个因素，反应各因素变化特性的数据列分别为x1(t),x2(t),xn(t),t=1,2,M。两者间关联度的计算公式为：1MMi=1ij(t)；ij(t)=min+Rmaxij(t)+Rmax。ij(t)ij(t)=?x1(t)xj(t)?max=maxjmaxiij(t)min=minjminiij(t)式中：为比较数列 xj对参考数列 xi的关联度。若 xj与 xi的关联度大，则表明 xj为对 xi影响最大的因素。表示因素 xj对 xi在 t 时刻的关联系数；R 为介于 0,1 区间上的分辨系数，通常取值 0.5。2 结果与分析2.1土地利用变化特征由图 2 可知：保护区内土地利用类型主要以林地和草地为主；各地类在空间分布上存在较强的空间分异性，其中耕地集中分布于西南区域，草地主要分布于中部区域。从各地类变化来看(表 2)：20002020 年间，保护区内耕地和未利用地面积大幅减少，且以耕地减少量最大，共计减少了 77.60hm，占比为3.29%；草地、建设用地和林地面积均得到增加，其中建设用地增加 15.08hm，占比为 0.64%。从土地利用动态度来看(表 3)：(1)单一土地利用动态度中，耕地、草地和林地 20 年间变化较为剧烈，建设用地和未利用地动态度变化相对较小，均在 1%以下。建设用地在 20102015 年呈现增加趋势，为 5.10%；林地在 20102015 年表 1 梁王山自然保护区三大碳库碳密度值Tab.1CarbondensityvaluesofthreecarbonpoolsinLiangwangMountainNatureReservet/hm2土地利用类型landusetype地上碳密度abovegroundcarbondensity地下碳密度undergroundcarbondensity土壤碳密度soilcarbondensity建设用地constructionland0062.80未利用地unusedland13.041.1861.90林地forestland41.8910.3965.70耕地cultivatedland4.110.9559.30草地grassland8.401.7246.70第4期莫金宵，等：县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例697减少态势明显，减少 9.25%；唯有耕地在 3 个研究时段内均处在负变化，面积不断减少，表明保护区内退耕还林政策得到有效落实。(2)综合土地利用动态度总体表现为不断增加的趋势，在20002010 年间为 0.71%，说明土地利用变化整体较为平稳；而在 20152020 年间为 1.57%，表明该时段土地利用变化较为剧烈。土地利用转移矩阵结果显示(表 4)：20002010 年，耕地与草地向林地大量转移，分别转入 49.17 和 143.16hm2，林地面积得到有效增加；但 20102020 年，林地向建设用地和草地的转移较为频繁，其中林地向建设用地转移34.48hm2，表明保护区的建设占用了部分林地，而耕地和草地也是建设用地增加的主要贡献源，分别转入 6.09 和 5.70hm2。2.2景观格局变化特征2.2.1景观层面由表 5 可知：20002020 年，研究区景观形状及聚集度相关指数(斑块形状指数、周长面积分维数、蔓延度指数、斑块数量、斑块密度)都呈现整体上升趋势。以景观形状指数与周长面积分维数为例，分别从 2000 年的 4.91 和 1.25 上升到 2020 年的 5.43 和 1.29，表明景观形状逐步趋于复杂与不规则化。蔓延度指数、斑块数量和斑块密度的上升则表明景观内优势斑块连通性加强，但景观整体破碎度上升。从景观多样性来看，香农多样性指数和香农均匀度指数值均表现为总体下降趋势，20 年间分别下降 0.03 和 0.02，建设用地 construction land未利用地 unused land林地 forestland耕地 cultivated land草地 grassland0 1 400 m2000201020152020N图 2 20002020 年梁王山自然保护区土地利用变化Fig.2LandusechangeinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020表 2 20002020 年梁王山自然保护区不同土地类型面积变化Tab.2AreachangeofdifferentlandtypesinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020土地利用类型landusetype2000201020152020面积/hmarea比例/%proportion面积/hmarea比例/%proportion面积/hmarea比例/%proportion面积/hmarea比例/%proportion建设用地constructionland13.460.5711.320.4836.801.5628.541.21未利用地unusedland9.430.400.710.031.420.060.240.01林地forestland1501.3763.651601.6267.901555.3865.941525.1964.66耕地cultivatedland125.015.30103.554.3961.562.6147.412.01草地grassland709.5230.08641.5927.20703.6329.83757.4132.11表 3 20002020 年梁王山自然保护区土地利用动态度变化Tab.3DynamicdegreeoflanduseinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020%土地利用类型landusetype20002010201020152015202020002020建设用地constructionland0.215.101.650.75未利用地unusedland0.870.140.240.46林地forestland10.039.256.041.19耕地cultivatedland2.158.402.833.88草地grassland6.7912.4110.762.39综合土地利用动态度comprehensivelandusedynamicdegree0.711.501.570.55698云南农业大学学报第38卷表明自然保护区内景观异质性与均匀度降低。2.2.2斑块类型层面由表 6 可知：建设用地景观形状指数和斑块密度均呈上升趋势，其中景观形状指数值由 7.20上升至 14.81，表明 20 年间建设用地形状逐渐趋于复杂化且斑块破碎程度增大；而耕地景观形状指数和斑块密度则呈降低态势，景观形状趋向于规则化与简单化。研究期内林地的最大斑块指数一直维持在较高水平并缓慢提升，由 2000 年的23.00 上升至 2020 年的 23.80，表明保护区内仍有大量优势斑块，即面积较大且完整的林地。20152020 年间草地斑块聚集度下降明显，由94.80 下降到 91.75，表明近期草地趋于分散，团聚程度下降。2.3碳储量变化特征2.3.1时间变化由表 7 可知：20002020 年，保护区总碳储量呈先增后减的总体变化趋势，20002010 年共增加 5788.22t，20102020 年共减少 5003.57t，但整体而言，20 年间研究区总碳储量增加了784.65t。从各地类碳储量时间变化来看，20002010 年，林地总碳储量共增加 11827.33t，而同时期其他地类碳储量均呈下降趋势，表明林地总碳储量的增加是该时段保护区总碳储量上升的重要原因；20102020 年，草地和建设用地总碳储表 4 20002020 年梁王山自然保护区土地类型转移矩阵Tab.4LandtransfermatrixinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020hm2土地利用类型landusetype研究时间段time建设用地constructionland未利用地unusedland林地forestland耕地cultivatedland草地grassland建设用地constructionland200020102.5905.872.922.08201020157.3902.400.980.552015202011.67019.520.095.52200020204.4305.771.142.12未利用地unusedland200020101.090.116.200.121.912010201500.410.3000201520200.010.010.900.260.24200020200.370.064.350.054.60林地forestland200020105.600.081397.2224.3374.142010201521.600.661412.0615.67151.632015202012.880.151364.778.28169.302000202017.140.121262.3014.52207.29耕地cultivatedland200020100.460.5049.1767.657.23201020155.040.3547.7341.908.53201520201.050.0413.7638.777.94200020202.690.0269.7930.2622.25草地grassland200020101.580143.168.53556.25201020152.77092.893.01542.92201520202.930.04126.240.01574.41200020203.910.04182.981.44521.15表 5 20002020 年梁王山自然保护区景观层面格局指数变化Tab.5GeneraltrendsoflandscapeindexesatlandscapelevelinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020指数indexes2000201020152020景观形状指数landscapeshapeindex4.914.655.235.43周长面积分维数perimeterareafractaldimension1.251.221.281.29蔓延度指数contagionindex68.8369.9169.2169.41斑块数量numberofpatches132124259207斑块密度patchdensity2.101.914.123.22香农均匀度指数Shannonsevennessindex0.540.520.530.52香农多样性指数Shannonsdiversityindex0.970.940.950.94第4期莫金宵，等：县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例699量分别增加 6580.70 和 1081.36t，耕地和未利用地碳储量则呈现整体下降态势，与地类面积变化保持一致。2.3.2空间变化由图 3 可知：20002020 年，碳储量高值区域主要集中于东北和中部区域，西南区域碳储能力相对较弱。20 年间研究区碳储量空间变化特征不尽相同，其中，东北区域碳储量相对稳定；西南区域碳储量变化较明显，高碳储量斑块增多，碳储量总体呈缓慢上升的趋势；中部区域碳储量随着低碳储量斑块的增多而总体呈下降态势。2.4景观格局与总碳储量的相关性由表 8 可知：各景观指数对总碳储量影响大小顺序依次为蔓延度指数、香农均匀度指数、香表 6 20002020 年梁王山自然保护区斑块类别层面景观格局指数变化Tab.6GeneraltrendsoflandscapeindexesatpatchlevelinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020土地利用类型landusetype研究时间studytime景观形状指数landscapeshapeindex斑块密度patchdensity最大斑块指数largestpatchindex聚集度指数aggregationindex建设用地constructionland20007.200.830.0741.9520108.521.030.0222.42201513.861.560.0533.17202014.812.430.0217.47未利用地unusedland20003.480.110.0772.4920101.170.020.0187.5020152.330.060.0155.5620201.250.010.0150.00林地forestland20006.320.1423.0095.8320106.110.0924.2496.1320156.790.0524.0395.5320207.320.0823.8095.10耕地cultivatedland20006.960.370.3983.4320106.710.440.4082.6220155.300.280.4082.6120203.830.190.4187.05草地grassland20006.380.237.4793.8420106.070.286.7193.8920155.530.227.3994.8020208.460.459.7991.75表 7 20002020 年梁王山自然保护区碳储量Tab.7CarbonstorageinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020t土地利用类型landusetype碳储量carbonstorage固碳量carbonsequestration2000201020152020200020102010201520152020建设用地constructionland844.35711.032310.861792.40133.321599.82518.46未利用地unusedland718.2053.87107.7317.96664.3453.8689.78林地forestland117131.72188959.05183504.56179942.4511827.335454.483562.11耕地cultivatedland8046.036664.543962.293051.421381.492702.25910.87草地grassland40315.1836455.2239980.1143035.923859.963524.903055.80总碳储量totalcarbonstorage227055.48232843.71229865.56227840.145788.222978.152025.42700云南农业大学学报第38卷农多样性指数、周长面积分维数、景观形状指数、斑块密度、斑块数量。其中，蔓延度指数对总碳储量关联度最大，高达 0.99，表明优势斑块的连通性和延展性与研究区总碳储量变化相关性最高；香农均匀度指数、香农多样性指数和周长面积分维数关联度均在 0.9 以上，表明景观空间分布、多样性以及人类的扰动程度均与总碳储量变化存在较大相关性；而斑块密度和斑块数量的关联度仅为 0.46 和 0.45，表明景观层面斑块数量和破碎化程度与总碳储量变化关联度较小。可见，不同景观格局指数与碳储量的相关性存在差异，该研究区表征优势地类和人类扰动程度相关指标明显高于表征斑块破碎化程度指标的相关性。3 讨论本研究表明：20002020 年间研究区土地利用变化明显，主要体现在林地、耕地和草地三者之间的大量转移以及建设用地对林地的侵占；景观形状趋于复杂化，破碎度增加，异质性减弱。首先，这与梁王山自然保护区的发展定位转变有关。随着自然保护区的建立，退耕还林和人口迁移等生态环境保护政策的实施，保护区在 20002010 年间生态环境得到有效恢复，生态用地面积得到有效提升。但近年来对保护区旅游开发潜力的进一步发掘，使得道路系统扩张趋势明显，建设用地面积也得以增加。20102020 年间，基础设施建设占用了大量林地，林地向其他地类的转移也进一步加剧了后 10 年间土地利用变化程度。其次，这与人类干扰程度密切相关。研究区研究初期人类活动干扰程度较小，景观斑块形状趋于简单化，连通性和聚集性相对较好；后10 年间随着人类活动的侵扰，景观格局变化越发复杂，为了开发建设的需要，建设用地面积与破碎化程度增加的同时，也割裂了其他地类之间的连接性，整体景观破碎度增大，景观形状趋于复杂；而耕地和未利用地的不断减少，则进一步降01 400 m2000201020152020高 high:1.179 8低 low:0.568 2碳储量/(thm2)carbon storageN图 3 20002020 年梁王山自然保护区碳储量空间分布Fig.3SpatialdistributionofcarbonstorageinLiangwangMountainNatureReservefrom2000to2020表 8 梁王山自然保护区景观指数与总碳储量灰色关联度分析Tab.8GreyrelationalgradeanalysisbetweenlandscapeindexesandtotalcarbonstorageinLiangwangMountainNatureReserve项目item景观形状指数landscapeshapeindex周长面积分维数perimeterareafractaldimension蔓延度指数contagionindex斑块数量numberofpatches斑块密度patchdensity香农均匀度指数Shannonsevennessindex香农多样性指数Shannonsdiversityindex2000年总碳储量totalcarbonstoragein20000.930.990.990.470.480.890.892010年总碳储量totalcarbonstoragein20100.710.840.980.410.400.920.922015年总碳储量totalcarbonstoragein20150.880.940.990.350.340.990.982020年总碳储量totalcarbonstoragein20200.740.890.980.600.620.991.00关联度relevancy0.820.910.990.450.460.950.94关联序relativityorder5417623第4期莫金宵，等：县级自然保护区土地利用景观格局与固碳功能关系分析以云南省梁王山为例701低了研究区的景观异质性。本研究还发现：梁王山总碳储量虽然呈现先增后减的变化趋势，但总体得到提升。总碳储量变化与林地面积密切相关。前 10 年总碳储量增加，主要原因是作为碳密度最高的林地面积得到大幅提升；而后 10 年间，随着保护区内人类扰动的增强，林地被建设用地以及草地大量占用，土地利用的变化直接造成高碳密度地类向低碳密度地类的转移，因此，总碳储量有所下降。景观指数中，蔓延度指数与总碳储量的关联度最高，进一步说明总碳储量变化趋势与林地面积变化高度相关。蔓延度指数表征优势地类的聚集程度和延展程度，在空间分布中，保护区优势地类为林地，林地斑块“以点成面”变化或其他地类向林地的转移均会提升蔓延度指数，且林地为碳密度最高的地类，因此蔓延度指数与林地面积变化高度相关，同时也表明林地面积是区域总碳储量变化的重要影响因素。此外，香农多样性指数、香农均匀度指数和周长面积分维数均与人类活动干扰密切相关，在 20002010 年间随着大量人口的迁出以及建设用地和耕地的减少，自然保护区人为干扰程度明显下降，该时段保护区碳储量显著增加，而后 10 年间人为因素扰动有所增强，总碳储量在该时段又呈现下降趋势，这与关联度分析结果一致。而斑块密度和斑块数量与碳储量关联度较小，原因在于斑块破碎化程度与斑块数量并不能较好地表征斑块面积变化，而碳储量主要取决于各地类的面积与碳密度。综上所述，未来梁王山自然保护区增加林地面积、减少人为活动干扰是增加总碳储量的良策，这与已有研究结果25,35相同，人类扰动的增加25和林地的减少35都会导致碳储量下降。国内外学者对不同尺度与区域下陆地生态系统的碳储量估算方法不尽相同8,16。本研究证明：InVEST 模型在县级保护区等较小尺度区域的碳储量研究中具有适用性，这与已有研究结果16,25,35相似。相关研究发现：碳密度受到气候、水文条件和地形地貌等多重因素的影响36；而本研究在构建 InVEST 模型过程中，借鉴云南省有关碳密度研究成果，降低了大多数学者使用全国各地类碳密度所造成的误差19，研究结果对于未来研究区土地利用以及维护区域生态系统碳储存功能的稳定具有一定借鉴作用。但本研究 InVEST 模型的运行主要借助不同土地利用类型的静态碳密度值，未充分考虑碳密度的动态变化。因此，未来研究中，需要获取更加长期和动态的碳密度数据，以减少静态碳密度值的不确定性。4 结论梁王山自然保护区地类以林地和草地为主，受人类活动影响，20 年间林地、草地和建设用地面积有不同程度的增加，三者间的转移尤为突出。土地利用方式变化使得梁王山自然保护区碳储量呈先增后减的趋势，但总体略有增加，碳储量共增加 784.65t。空间分布上，碳储量高值区主要集中于东北和中部区域，西南区域