土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響

彭豐等

摘要土地利用/植被覆蓋是影響陸地上植被碳循環(huán)重要因子之一。該研究采用2000、2005、2010年3期的遙感影像，綜合運(yùn)用GIS和RS技術(shù)提取蕪湖縣2000～2010年土地利用變化數(shù)據(jù)，再根據(jù)前人對(duì)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力的研究成果，估算蕪湖縣土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響。結(jié)果表明：在2000～2005年期間，約33.60 km2耕地與19.50 km2林地轉(zhuǎn)化為草地、水域和建設(shè)用地，使得蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量約減少了9.54×103 t。2005～2010年林地及草地大面積轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，致使植被碳儲(chǔ)量持續(xù)下降了約9.51×103 t。該研究表明蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量減少趨勢(shì)較為明顯，其中林地面積變化對(duì)蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量影響最大。

關(guān)鍵詞蕪湖縣；植被碳儲(chǔ)量；土地利用/植被覆蓋

中圖分類號(hào)S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）24-261-04

近年來關(guān)于全球氣溫變化的研究逐漸增多，其中最受關(guān)注的就是關(guān)于陸地的研究。陸地作為人類生存的基礎(chǔ)，承受著在全球氣溫變化中最復(fù)雜、最多樣的變化。不僅如此，陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳儲(chǔ)量變化在二氧化碳變化和全球碳循環(huán)中也有著重要影響。作為人類活動(dòng)與氣候變化相互作用的重要環(huán)節(jié)，陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中起著源/匯的雙重作用，從碳庫的儲(chǔ)量和積累速率上能體現(xiàn)出碳匯功能，碳源則從碳的排放強(qiáng)度上體現(xiàn)出來。

陸地碳儲(chǔ)量變化往往受以下因素影響：①自然干擾；②人類活動(dòng)及土地利用引起地表發(fā)生變化。土地利用/覆被變化影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布和結(jié)構(gòu)，從而改變陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量。因此要客觀認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯功能，需要了解土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的影響[1]。研究表明：土地利用變化是影響陸地系統(tǒng)碳循環(huán)過程的重要原因[2-4]。土地利用變化帶來的直接結(jié)果是植被覆蓋的變化，植被覆蓋方式的變化影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響著陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量[5-7]。有數(shù)據(jù)表明，在過去一個(gè)世紀(jì)里由土地利用方式轉(zhuǎn)變引起的碳排放量占當(dāng)時(shí)同期碳排放總量的1/3左右[8-10]。近年來國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于植被碳儲(chǔ)量的研究方面建樹頗多，但是大多是對(duì)不同植被碳儲(chǔ)量的研究與土地利用變化對(duì)碳循環(huán)的影響以及氣候帶范圍內(nèi)或全國(guó)范圍的碳儲(chǔ)量和動(dòng)態(tài)變化特征等方面，較少涉及區(qū)域土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的長(zhǎng)時(shí)間及遙感高空間分辨率地表植被碳儲(chǔ)量變化影響方面的研究。該文選用2000、2005、2010年3期的Landsat 5衛(wèi)星影像，結(jié)合RS及GIS技術(shù)，重點(diǎn)研究近年來蕪湖縣土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響，以期為蕪湖縣低碳建設(shè)及城市發(fā)展提供借鑒。

1研究區(qū)概況

蕪湖縣坐落于安徽省東南部，長(zhǎng)江下游南岸。地處118°16′～118°45′E，30°56′～31°25′N。現(xiàn)轄灣沚、六郎、陶辛、紅楊、花橋5個(gè)鎮(zhèn)，總面積670 km2，人口35萬人。地勢(shì)南高北低，地形表現(xiàn)為不規(guī)則長(zhǎng)條狀；地貌類型多樣，包括平原與丘陵，且河湖水網(wǎng)密布。北與蕪湖市郊區(qū)及當(dāng)涂縣毗連，東以裘公河、東南以九連山脊與宣城市分界，西南隔漳河與南陵、繁昌2縣為鄰，西瀕長(zhǎng)江。境域呈矩形，東西境最寬處約40 km，南北長(zhǎng)約51 km，全境970 km2。蕪湖縣屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，陽光充足，雨量豐沛，年平均氣溫14～17 ℃，日照時(shí)數(shù)約2 000 h。最熱月份為7～8月，平均氣溫27 ℃，極端最高氣溫接近39 ℃，最冷月份為1月，月平均氣溫為3 ℃，曾經(jīng)出現(xiàn)過-11 ℃的極端最低氣溫。蕪湖縣降雨比較充沛，年降雨量約1 100 mm，分布不均，主要集中在初冬、春季以及梅雨季節(jié)。

2數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源及處理

該文采用的數(shù)據(jù)為2000、2005年、2010年3期的Landsat5的TM影像。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)基于Arcgis10.0和ENVI5.0。首先用ENVI5.0對(duì)蕪湖的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理、輻射校正、幾何校正、圖像的配準(zhǔn)和圖像拼接以及蕪湖縣區(qū)域剪切工作。再以植被覆蓋特征以及土地的利用方式為依據(jù)，對(duì)遙感影像進(jìn)行分類，分為以下5種類型：①林地，人工林及天然林、灌木林等；②耕地，以種農(nóng)作物為主的農(nóng)田；③草地，包括天然和人工草地；④水域，主要包括池塘、河流、湖泊等；⑤建設(shè)用地，包括道路用地及農(nóng)村城市居民點(diǎn)和未利用土地等。接著對(duì)分類后的細(xì)碎斑塊進(jìn)行Majority函數(shù)平滑處理，最后導(dǎo)入Arcgis10.0中，進(jìn)而獲得土地利用/植被覆蓋的空間特征。圖1～3分別是2000、2005、2010年3個(gè)時(shí)期的土地利用類型圖。

2.2研究方法

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，該文各種地表覆蓋類型的植被凈初級(jí)生產(chǎn)力引用了前人的研究成果。 該文主要研究土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量影響，兼之研究范圍較小，故可以忽略其中氣候差異。植被固碳估算公式[11-12]如下：

Ei=Ti×δi×C（Ⅰ）

式中：Ti表示第i種植被對(duì)應(yīng)的土地面積（km2）；δi為第i種植被所對(duì)應(yīng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力[gC/（cm2·a）]；C為碳含量與植被生物量之間轉(zhuǎn)換因子（取0.45）；Ei表示第i種植被覆蓋類型的固碳量。據(jù)前人研究[13]，林地、草地、耕地凈初級(jí)生產(chǎn)力分別為672.91、296.62、458.57 gC/（cm2·a）。其中林地和草地的植被凈初級(jí)生產(chǎn)力都是各種林（草）地的生產(chǎn)力加權(quán)平均值。

43卷24期彭 豐等土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響

3結(jié)果與分析

3.1蕪湖縣土地利用變化分析

依據(jù)不同土地利用類型把研究區(qū)域分成五部分：林地、耕地、草地、水域及建設(shè)用地。利用處理后的2000、2005、2010年3期的遙感影像，從中解譯出蕪湖縣3期土地利用數(shù)據(jù)，使用Arcgis空間分析功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加工，從而獲得2000～2005年、2005～2010年2個(gè)時(shí)間段的土地利用與植被覆蓋類型變化。

3.1.1蕪湖縣土地利用/土地覆蓋的數(shù)量變化。

從蕪湖縣2000、2005、2010年不同的土地利用及植被覆蓋變化（表1）可以看出，2000～2005年耕地、林地分別減少了33.60、19.50 km2；同期草地、水域及建設(shè)用地增加了24.70、22.50、5.10 km2；2005～2010年耕地基本無變化，林地持續(xù)減少15.4 km2，草地減少了39.40 km2，水域及建設(shè)用地分別增加了570、46.50 km2。其中耕地、林地與草地占所有土地利用類型的比例分別由2000年的65.72%、10.22%、3.70%下降到2010年的61.46%、5.40%和1.66%，水域與建設(shè)用地則分別從2000年的7.73%、12.62%增加到了2010年的11.66%、1976%。不難發(fā)現(xiàn)耕地與林地的減少與建設(shè)用地的增加有直接關(guān)系，也就是說建設(shè)用地的增加導(dǎo)致了植被碳儲(chǔ)量的下降。

3.1.2蕪湖縣土地利用/土地覆蓋的轉(zhuǎn)移特征。

由表2可

以看出2000～2010年蕪湖縣不同的土地利用/植被類型的變化主角是耕地、林地與建設(shè)用地。2000～2005年期間，蕪湖縣耕地面積下降，部分耕地轉(zhuǎn)變成林地與建設(shè)用地，其中林地與建設(shè)用地分別為24.22、41.11 km2。耕地不僅是土地的轉(zhuǎn)出者，同時(shí)也是土地的轉(zhuǎn)入者。在2000～2005年期間林地、水域、草地及建設(shè)用地變化為耕地。其中最突出的是草地，累計(jì)有61.10 km2的草地轉(zhuǎn)為耕地。建設(shè)用地面積增加最為迅速，是因?yàn)樗邮苤鴣碜圆莸亍⒏亍⒘值丶八虻拇罅哭D(zhuǎn)入。其他關(guān)于2000～2005年土地利用類型的具體變化詳情見圖4，表2。在2005～2010年期間，蕪湖縣經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致了各種土地利用類型變化也更加豐富多樣，其中最為明顯的是耕地變化為建設(shè)用地及林地，分別增加了58.12、24.17 km2，林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦睾筒莸胤謩e是7.09、9.03 km2，水域主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，約為25.30 km2。2005～2010年參與土地利用類型轉(zhuǎn)出與轉(zhuǎn)入的變化土地類型的面積占總土地面積的37%，具體變化見圖5，表2。

3.2蕪湖縣土地利用變化對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響

3.2.1蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量的變化。

蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量的變化是耕地、林地與草地面積的變化，利用公式（Ⅰ）計(jì)算出蕪湖縣的2000、2005、2010年植被碳儲(chǔ)量分別是123.78×103、11424×103、104.73×103 t，其中草地、林地、耕地各自的碳儲(chǔ)量如表1所示。根據(jù)表1得到：2000、2005、2010年耕地面積占土地利用總面積的65.72%、61.40%、61.46%，其碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量比例分別為79.07%、79.60%、87.22%。與此同時(shí)林地占總植被面積比例為10.22%、7.52%、5.40%，碳儲(chǔ)量占總碳儲(chǔ)量比例分別是18.06%、14.39%、11.25%。不難看出林地的植被碳儲(chǔ)量在植被碳庫中占很大優(yōu)勢(shì)。2000～2005年由于林地面積下降迅速減少的植被碳儲(chǔ)量約為591×103 t，而總體上2005年蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量相對(duì)2000年僅減少了9.54×103 t。

3.2.2蕪湖縣不同土地利用類型的轉(zhuǎn)移對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響。

近年來，蕪湖縣人口快速增長(zhǎng)，促使經(jīng)濟(jì)活動(dòng)更加頻繁以及土地利用方式變化加劇，對(duì)植被碳儲(chǔ)量變化產(chǎn)生了巨大影響。在分析不同土地覆蓋類型的同時(shí)，計(jì)算耕地、草地、林地等土地利用類型的轉(zhuǎn)變對(duì)植被碳儲(chǔ)量變化的具體影響，依據(jù)公式（Ⅰ）計(jì)算得出蕪湖縣近年土地利用變化對(duì)于植被碳儲(chǔ)量的具體影響如表3所示。計(jì)算結(jié)果表明：2000～2005年蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量?jī)魷p少了9.54×103 t，表明這段時(shí)間土地使用方式的變化使得了蕪湖縣生態(tài)系統(tǒng)中的植被儲(chǔ)碳能力下降。其中耕地、林地大面積轉(zhuǎn)化為草地及水域，雖然有部分建設(shè)用地及水域轉(zhuǎn)換為耕地、林地，但面積僅有49.08 km2，而僅僅耕地轉(zhuǎn)換為水域及草地的面積已經(jīng)達(dá)56.44 km2，以致于碳儲(chǔ)量下降了1.51×103 t。其中各種土地類型之間變化引起的碳儲(chǔ)量變化情況見表3。在2005～2010年之間碳儲(chǔ)量持續(xù)下降，其中耕地轉(zhuǎn)變林地、草地中碳儲(chǔ)量增加了733×103、2.22×103 t。但是建設(shè)用地面積的增加與草地面積的大幅度下降，仍然導(dǎo)致了碳儲(chǔ)量總量下降。

計(jì)算結(jié)果顯示，在2000～2010年期間，蕪湖縣植被碳儲(chǔ)

量減少了約19.05×103 t，期間蕪湖縣陸地生態(tài)系統(tǒng)中的植被

儲(chǔ)藏能力持續(xù)減弱，其中林地面積的減少是植被儲(chǔ)藏能力下降的主要原因。由此說明固碳能力相對(duì)較低的草地、耕地、建設(shè)用地及水域變化為固碳能力較高的林地時(shí)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的植被碳儲(chǔ)量變化起著正向影響效果，即土地利用的變化帶動(dòng)了生態(tài)系統(tǒng)中植被碳儲(chǔ)量的增加；反之當(dāng)固碳能力較高的林地變化為其他土地利用類型或者耕地轉(zhuǎn)變?yōu)楣烫寄芰Φ偷牟莸?、建設(shè)用地、水域或者草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地或者水域時(shí)，土地的利用變化對(duì)于植被碳儲(chǔ)量起著負(fù)面影響，即土地利用變化導(dǎo)致了植被碳儲(chǔ)量下降。2000年以后，林地面積持續(xù)減少，10年間大約減少了34.9 km2，導(dǎo)致碳儲(chǔ)量減少約10.56×103 t，占了10年植被碳儲(chǔ)量變化中的50%左右，因此可以說林地面積變化是影響蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量變化的重要因素。

4結(jié)論

該文利用前人對(duì)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力的研究結(jié)論，結(jié)合2000～2010年蕪湖縣遙感影像資料，綜合對(duì)蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算和分析，總結(jié)出2000～2010年蕪湖縣土地利用變化對(duì)其植被碳儲(chǔ)量的影響，研究結(jié)果如下。

（1） 蕪湖縣2000～2005年耕地、林地分別減少了3360、19.50 km2，草地增加了24.70 km2。其中耕地與林地主要轉(zhuǎn)出為建設(shè)用地、水域以及草地。2005～2010年期間耕地面積變化不大，林地略微減少15.40 km2，草地大幅度減少3940 km2，建設(shè)用地面積增加了46.50 km2。其中林地與草地大多轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，少部分轉(zhuǎn)化為水域。

（2） 蕪湖縣2000～2005年植被碳儲(chǔ)量表現(xiàn)為減少，在此期間植被碳儲(chǔ)量減少了9.54×103 t，其中固碳能力較強(qiáng)的耕地、林地大量轉(zhuǎn)變?yōu)楣烫寄芰Ρ容^弱的草地及水域是植被碳儲(chǔ)量減少的主要原因。2005～2010年期間植被碳儲(chǔ)量持續(xù)下降，植被碳儲(chǔ)量約減少了9.51×103 t，原因是蕪湖縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速以及人口增加，導(dǎo)致了城鎮(zhèn)周邊地區(qū)農(nóng)田、林地被大量占用轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，還有就是人們片面追求經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)林地進(jìn)行亂砍濫伐或者種植固碳能力比較低的植被類型。總體上表明，蕪湖縣植被儲(chǔ)碳能力持續(xù)減弱。

（3） 蕪湖縣不同土地覆蓋類型與林地變化呈現(xiàn)出雙向變化機(jī)制，植被覆蓋變化比較大。2000～2010年期間草地與林地受到人類活動(dòng)干擾比較大，從而影響蕪湖縣植被碳儲(chǔ)量變化。

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