喀斯特地區(qū)貴州省綏陽縣土地利用／覆被變化對陸地植被碳儲量的影響

蔡廣鵬，韓會慶，張鳳太，3，郜紅娟，朱 建

（1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)院，貴陽550001；2.貴州師范學(xué)院 地理與旅游學(xué)院，貴陽550018；3.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京210093；4.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽550003）

自20世紀(jì)90年代以來，土地利用／土地覆被變化（LUCC）研究已是地理學(xué)和相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn)，而土地利用變化的環(huán)境效應(yīng)成為國內(nèi)外LUCC研究關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。土地利用／覆被變化是造成全球碳循環(huán)不平衡的重要原因之一[2－3]，因而，精確地評估區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量以及人類活動對其的影響是必要的，這些研究將為人類理解未來陸地生態(tài)系統(tǒng)與碳循環(huán)莫定良好的基礎(chǔ)。

貴州喀斯特地區(qū)作為全國的生態(tài)脆弱區(qū)，其土地利用變化對陸地碳循環(huán)的影響將是又一個研究熱點(diǎn)，貴州省綏陽縣是典型的喀斯特區(qū)域，社會經(jīng)濟(jì)水平較高，人口比較集中，整個區(qū)域人類活動強(qiáng)度較大，土地利用／覆被變化幅度和程度均比較劇烈，對該地區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響研究顯得意義重大。目前關(guān)于土地利用／覆被類型變化對植被碳儲量影響的研究主要集中在干旱半干旱地區(qū)、東南發(fā)達(dá)地區(qū)和北方地區(qū)[4－7]，而在貴州喀斯特地區(qū)土地利用變化對植被碳儲量影響的研究尚未見報道，且由于遙感的局限性，以往對植被碳儲量的研究采用低空間分辨率衛(wèi)星影像。本文通過綏陽縣2000—2010年3期高分辨率遙感影像，對綏陽縣10a土地利用／覆被變化對植被碳儲量的影響進(jìn)行研究，估算該區(qū)域植被碳儲量變化，在此基礎(chǔ)上分析不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移對地上植被碳儲量的影響，旨在為區(qū)域陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的評估提供數(shù)據(jù)支持，為相關(guān)研究提供佐證。

1 研究區(qū)域選擇及其研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

綏陽縣位于貴州省北部，大婁山山脈中段，隸屬貴州省遵義市。地理位置：東經(jīng)106°57′22″—107°31′11″，北緯27°49′22″—28°29′34″，東連湄潭縣，南臨匯川區(qū)，西接桐梓縣，北靠正安縣，總面積2 544.52 km2。綏陽縣屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候帶，氣候溫和，雨熱同季，熱量資源豐富，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。全縣年平均氣溫15.1℃，平均降雨量1 160mm，降雨量集中在5—8月，占全年降雨量的77.1%。全縣多年平均無霜期為283d，日照時數(shù)1 114.2h。

1.2 數(shù)據(jù)獲取及處理

土地利用變化數(shù)據(jù)來源于2000年、2005年及2010年3期的ETM／SPOT影像。通過對遙感影像進(jìn)行預(yù)處理、輻射糾正和幾何糾正、圖像配準(zhǔn)等工作，以土地利用方式和覆被特征為主要分類依據(jù)，將景觀類型劃分為耕地、水域、林地、牧草地、建設(shè)用地及未利用地6大類，并建立土地利用數(shù)據(jù)庫，通過MapGIS平臺提取綏陽縣2000—2010年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

1.3 植物碳儲量的估算

通常用植物干物質(zhì)中碳所占比重所轉(zhuǎn)化的碳量來估算植被碳儲量。本文中的植被碳儲量僅指地上部分生物量，各種植被類型的轉(zhuǎn)化率，按國際上常用的轉(zhuǎn)化率（45%或50%）進(jìn)行植被碳儲量估算[5－6]。

其中：i——土地覆被／植被類型；Vi——第i種植被類型的碳儲量；Ci——第i種植被類型的碳密度；Si——第i種植被類型的面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 綏陽縣近10a土地利用／覆被類型變化特征

利用經(jīng)過圖像預(yù)處理的2000年、2005年和2010年3期遙感影像數(shù)據(jù)，通過人機(jī)交互解譯獲得綏陽縣3期土地利用／覆被變化圖（附圖4）。利用MapGIS的空間分析功能，得到了2000—2005年和2005—2010年兩個時期的土地利用與土地覆被轉(zhuǎn)移矩陣（表1）。

表1 2000－2010年綏陽縣土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

2.1.1 不同土地利用間的轉(zhuǎn)移特征 近10a綏陽縣不同土地利用的轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在耕地、林地、牧草地、建設(shè)用地、未利用地之間（表1）。

在2000—2005年的5a間，綏陽縣主要轉(zhuǎn)移的土地類型為耕地、林地、牧草地以及建設(shè)用地。其中，受人口壓力上升的影響，林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦亍⒛敛莸?；建設(shè)用地主要由耕地、未利用地轉(zhuǎn)移而來；牧草地主要轉(zhuǎn)化為林地、耕地。2005—2010年間，各土地利用類型間的轉(zhuǎn)化更加活躍。受退耕還林、天然林保護(hù)、城鎮(zhèn)建設(shè)用地增加等因素影響，耕地大幅減少，主要轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地；林地大幅增加，主要由耕地、牧草地轉(zhuǎn)化而來；牧草地、水域、未利用地則變化較小。

2.1.2 土地利用面積變化 從2000—2010年綏陽縣不同土地利用變化（表2、附圖4）看出，2000—2005年間，綏陽縣耕地面積凈增加了22.87hm2，林地面積減少的數(shù)量最大，5a間凈減少15.78hm2，牧草地、水域、未利用地面積也分別減少了8.28，0.42，1.82hm2，同期建設(shè)用地面積增加了3.44hm2。2005—2010年間，耕地面積減少了26.28hm2，林地面積增加了29.07 hm2，建設(shè)用地面積增加了5.46hm2，牧草地、水域和未利用地面積分別減少了4.09，1.74，2.41hm2。

表2 2000－2010年綏陽縣不同土地利用變化

2.2 綏陽縣土地利用變化對植被碳儲量的影響

2.2.1 土地利用面積變化對植被碳儲量的影響 根據(jù)各 指 標(biāo) 參 數(shù) 的 計 算 方 法[8－13]，計 算 得 到 綏 陽 縣2000—2010年土地利用變化對植被碳儲量影響的變化值，如表3所示。計算結(jié)果表明：2000—2005年綏陽縣土地利用變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量凈減少2 945.11 t，其中水田、旱地的植被碳儲量增加較大，牧草地、林地減少明顯。在此5a間，水田、旱地分別增加了89.35t和55.15t；牧草地和林地分別減少了29.49t和1 060.13t。2005—2010年綏陽縣土地利用變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)植被碳儲量凈增加了1 786.17t。其中水田、旱地和牧草地的植被碳儲量大幅減少，林地大幅增加。在此5a間，水田、旱地和牧草地分別減少了81.15，71.5，14.56t；林地增加了1 953.39t。少了255.56t；牧草地轉(zhuǎn)化為林地使植被碳儲量增加了1 670.6t；林地轉(zhuǎn)化為牧草地使植被碳儲量減少了145.15t；林地、耕地、牧草地等轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和未利用地也使植被碳儲量有較大幅度的減少。2005—2010年間水田、旱地、牧草地、林地之間的轉(zhuǎn)換使植被碳增加了1 786.17t，其中耕地轉(zhuǎn)化為林地使植被碳儲量增加了1 648.42t；林地轉(zhuǎn)化為耕地使植被碳儲量減少了56.54t；牧草地轉(zhuǎn)化為林地使植被碳儲量增加了713.66t；林地、耕地、牧草地等轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和未利用地對植被碳儲量的影響較小。

3 結(jié)論

表3 2000－2010年綏陽縣各地類植被碳儲量變化 t

2.2.2 土地利用的轉(zhuǎn)移對植被碳儲量的影響 通過分析土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣和參考系數(shù)可知，2000—2005年間，綏陽縣旱地、水田的增加及林地、牧草地的減少使該區(qū)域土地類型發(fā)生了較大變化。水田、旱地、牧草地、林地之間的轉(zhuǎn)換使植被碳減少了2 945.11t。其中，林地轉(zhuǎn)化為耕地使植被碳儲量減

（1）受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素影響，耕地、林地、建設(shè)用地是主要變化的土地利用類型。其中2000—2010年耕地、林地、建設(shè)用地分別出現(xiàn)先增后減、先減后增和持續(xù)增加的特點(diǎn)。耕地、林地、建設(shè)用地之間的相互轉(zhuǎn)化是這一區(qū)域土地利用／覆被變化的主要特點(diǎn)。

（2）研究區(qū)2000—2005年植被碳儲量減少了2 945.11t，2005—2010年植被碳儲量增加了1 786.17 t，植被碳儲量總體上呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。其中2000—2005年間，大量林地和牧草地被開墾為耕地，這導(dǎo)致該區(qū)域植被碳儲量大幅減少；2005—2010年間，大量耕地轉(zhuǎn)化為林地、牧草地，使得該區(qū)域植被碳儲量又大幅增加。

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