基于InVEST模型的大興安嶺天保工程區(qū)碳儲(chǔ)量時(shí)空變化研究*

張宇飛,王子昊,王冰,2,張秋良,2

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,內(nèi)蒙古 根河 022350)

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量是全球碳儲(chǔ)存的核心組分,與氣候變化有密切聯(lián)系,是導(dǎo)致全球氣候變暖和氣候惡化的主要原因之一[1-5]。陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳主要源于地上和地下生物量、土壤和死亡有機(jī)質(zhì)。在生態(tài)系統(tǒng)中,陸地生態(tài)碳循環(huán)和碳儲(chǔ)量的變化是由土地利用變化決定的[6],通過(guò)人類(lèi)活動(dòng)改變土地利用類(lèi)型,使得地類(lèi)表層植物發(fā)生改變,進(jìn)而改變地面固碳的方式與能力,最終導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)碳儲(chǔ)量產(chǎn)生波動(dòng)[7]。當(dāng)前,眾多學(xué)者在不同地區(qū)的土地利用變化和碳儲(chǔ)量的研究已有一定成果。InVEST模型由于其操作簡(jiǎn)單、可根據(jù)不同研究靈活調(diào)節(jié)參數(shù)、結(jié)果簡(jiǎn)單明了[8]的特點(diǎn)常用于評(píng)估土地利用變化對(duì)碳儲(chǔ)量的影響。目前在國(guó)內(nèi)研究中,大量學(xué)者運(yùn)用該模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了模擬、預(yù)測(cè)和評(píng)估。李瑾璞等[9]以1990—2015年河北省土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用InVEST模型對(duì)建設(shè)用地侵占生態(tài)用地而導(dǎo)致的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量減少進(jìn)行了定量評(píng)估;朱麗亞等[2]分析了1995—2018年遼寧省海岸帶地區(qū)的土地利用變化特征,運(yùn)用InVEST模型碳儲(chǔ)量模塊估算了1995—2018年區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量,得出土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變是研究區(qū)碳儲(chǔ)量變化的主要原因;鄒文濤等[10]基于InVEST碳儲(chǔ)量模型,以遙感影像分類(lèi)數(shù)據(jù)作為模型驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù),通過(guò)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升錢(qián)江源國(guó)家公園的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能;楊瀲威等[11]利用PLUS和InVEST模型對(duì)西安市未來(lái)不同情景下土地利用變換及碳儲(chǔ)量時(shí)空變化特征變化進(jìn)行預(yù)測(cè),分析了碳儲(chǔ)量在土地利用變化下的變化情況。

2000年起,國(guó)務(wù)院實(shí)施世界上最大和最全面的天然林保護(hù)工程(天保工程),主要目標(biāo)是解決天然林的恢復(fù)發(fā)展問(wèn)題,保護(hù)環(huán)境與促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展[12]。近年來(lái),一些學(xué)者對(duì)天保工程實(shí)施以來(lái)的碳儲(chǔ)量變化進(jìn)行了探討。魏亞偉等[13]通過(guò)構(gòu)建生物量-蓄積量回歸模型,以第7次森林資源清查為基礎(chǔ),對(duì)東北天保工程區(qū)森林植被碳儲(chǔ)量進(jìn)行了估算。張逸如等[14]利用天保工程區(qū)第6～9次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù),基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的生物量模型和碳計(jì)量參數(shù)、采用生物量加權(quán)平均法等方法,估算了全國(guó)工程區(qū)和各省工程區(qū)的森林植被總碳儲(chǔ)量。陳科屹等[15]估算了天保工程實(shí)施20年黑龍江大興安嶺重點(diǎn)國(guó)有林區(qū)累計(jì)產(chǎn)生的凈固碳量。本文將大興安嶺天保工程區(qū)選做研究區(qū),選取2000、2005、2010、2015、2020年5個(gè)時(shí)段的土地利用數(shù)據(jù),利用InVEST模型中的碳儲(chǔ)量模塊開(kāi)展了研究區(qū)該時(shí)段內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的時(shí)空估算,并分析了各組分碳儲(chǔ)量的時(shí)間變化特征及土地利用變化對(duì)碳儲(chǔ)量的影響,以期為大興安嶺天保工程區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)自然概況

大興安嶺天保工程區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北地區(qū)和黑龍江省西北地區(qū),行政范圍涉及黑龍江省大興安嶺地區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市和興安盟,面積約26×104km2(圖1)。研究區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,冬季較長(zhǎng)且寒冷,夏季較短且多雨,太陽(yáng)輻射資源豐富,全年均溫-2.5～6.8℃,年均降水量310～750 mm,該研究區(qū)內(nèi)以林地類(lèi)型為主,是我國(guó)的重點(diǎn)林區(qū),主要樹(shù)種有落葉松(Larixgmelinii)、樟子松(Pinussylvestris)、紅皮云杉(Piceakoraiensis)、白樺(Betulaplatyphylla)、蒙古櫟(Quercusmongolica)和山楊(Populusdavidiana)等。

圖1 大興安嶺天保工程區(qū)范圍

2 數(shù)據(jù)源及方法

2.1 數(shù)據(jù)源

2.1.1 土地利用數(shù)據(jù)

土地利用數(shù)據(jù)源自于武漢大學(xué)的楊杰和黃昕教授發(fā)布的1990—2021年的中國(guó)的年度土地覆蓋數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m×30 m,數(shù)據(jù)下載于AI Earth地球科學(xué)云平臺(tái)(https://engine-aiearth.aliyun.com/)。該數(shù)據(jù)集通過(guò)衛(wèi)星時(shí)間序列數(shù)據(jù)、谷歌地球和谷歌地圖目視解譯,數(shù)據(jù)精度大于80%。研究共選取了2000、2005、2010、2015、2020年5期數(shù)據(jù)。

2.1.2 碳密度數(shù)據(jù)

根據(jù)李慧穎的研究結(jié)果[16],研究區(qū)的各類(lèi)碳密度數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同土地利用類(lèi)型的碳密度

2.1.3 高程和行政邊界數(shù)據(jù)

DEM數(shù)據(jù)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn),空間分辨率90 m×90 m;行政邊界數(shù)據(jù)下載于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/data)。

2.2 土地利用單一動(dòng)態(tài)指數(shù)計(jì)算

該指數(shù)表示研究區(qū)內(nèi)某一土地利用類(lèi)型在一定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)量變化,反映一定時(shí)間段內(nèi)某土地類(lèi)型的變化速率[17]。其計(jì)算公式如下:

①

式中:K為某種土地利用類(lèi)型的單一動(dòng)態(tài)指數(shù);Ua和Ub分別為研究初期和研究末期某種土地利用類(lèi)型的數(shù)量;T為研究期,在此研究期為5。

2.3 碳儲(chǔ)量估算

研究采用InVEST模型計(jì)算研究區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量。該模型碳儲(chǔ)量共劃分為4個(gè)基本碳庫(kù)[18-20]:Cabove、Cbelow、Cdead和Csoil,分別為地上部分生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、地下部分生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、死亡有機(jī)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和土壤生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量。首先,根據(jù)土地利用的分類(lèi)情況,分別對(duì)不同用地類(lèi)型的平均碳密度Ctotal進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì),其計(jì)算公式如下:

Ctotal=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

②

然后,基于碳密度的和土地利用數(shù)據(jù)的不同,計(jì)算研究區(qū)每種土地利用類(lèi)型的總碳儲(chǔ)量:

Ctotali=(Cabovei+Cbelowi+Csoili+Cdeadi)×Ai

③

式中:Cabovei、Cbelowi、Csoili和Cdeadi為每種土地利用的平均碳密度,Ai為該土地類(lèi)型i的面積(0

3 結(jié)果與分析

3.1 各組分碳儲(chǔ)量時(shí)間變化特征

利用InVEST模型碳儲(chǔ)量模塊分別估算了大興安嶺天保工程區(qū)2000、2005、2010、2015和2020年的碳儲(chǔ)量(圖2)。研究區(qū)2000、2005、2010、2015和2020年的總碳儲(chǔ)量分別為569.87×107、573.22×107、573.69×107、572.42×107、573.14×107t。總體呈先上升后下降的趨勢(shì),20年內(nèi)碳儲(chǔ)量累計(jì)增加3.27×107t。2000—2020年間,除土壤碳儲(chǔ)量外,其他3類(lèi)碳儲(chǔ)量總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),其中死亡有機(jī)質(zhì)碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)最多,為3.053×107t;土壤碳儲(chǔ)量呈遞減趨勢(shì),減少量為1.166×107t。

圖2 2000—2020年間大興安嶺天保工程碳儲(chǔ)量時(shí)間變化

3.2 碳儲(chǔ)量空間變化特征

基于研究區(qū)選取的5期碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)繪制其空間分布圖(圖3),從空間分布上來(lái)看,2000—2020年間大興安嶺天保工程區(qū)碳儲(chǔ)量空間分布格局基本一致,無(wú)明顯空間變化。碳儲(chǔ)量較高的區(qū)域主要分布在研究區(qū)的北部和中部林地,最高值為32.68 t/km2;漠河市、塔河縣、根河市、呼瑪縣全域內(nèi)碳儲(chǔ)量均較高,且均以林地為主;額爾古納市北部和中部、鄂倫春族自治旗的北部和西部、牙克石除西部、鄂溫克族自治旗的東南部、扎蘭屯的西部、阿爾山的西北部,也屬于碳儲(chǔ)量較高的地區(qū),均以林地為主。碳儲(chǔ)量較低的區(qū)域主要分布在額爾古納市的南部、牙克石市中西部、鄂溫克族自治旗西北部、科爾沁右翼前旗全域、扎蘭屯市東南部以及鄂倫春自治旗東南部,主要土地利用類(lèi)型以農(nóng)田和草地為主(圖3)。

圖3 2000—2020 年間大興安嶺天保工程區(qū)碳儲(chǔ)量空間分布圖

為清晰地反映研究區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量的變化,選取研究期的起始年2000年和截止年2020年的碳儲(chǔ)量空間分布圖,對(duì)兩期的碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算,根據(jù)結(jié)果波動(dòng)范圍,將碳儲(chǔ)量的差值結(jié)果劃分為基本不變、增加和減少(圖4)。

圖4 大興安嶺天保工程區(qū)2000-2020年期間碳儲(chǔ)量空間分布變化

從圖4中可知,2000—2020年間,研究區(qū)大部分區(qū)域的碳儲(chǔ)量基本不變,占比為93.23%;碳儲(chǔ)量減少的區(qū)域占比2.86%,碳儲(chǔ)量增加的區(qū)域占比3.91%,變化區(qū)域散點(diǎn)分布在研究區(qū)內(nèi)。碳儲(chǔ)量變化區(qū)域僅占總面積的6.77%,表明多數(shù)地區(qū)碳儲(chǔ)量較為穩(wěn)定。

3.3 土地利用變化及其對(duì)碳儲(chǔ)量的影響

3.3.1 土地利用變化

根據(jù)5期土地利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖5、表2),研究區(qū)由南到北,土地利用類(lèi)型分別為耕地→草地→林地;研究區(qū)由西到東,土地利用類(lèi)型分別為草地→耕地→林地→耕地。研究區(qū)以林地為主要土地利用類(lèi)型。主要分布在漠河市、塔河縣、呼瑪縣、根河市、額爾古納市、鄂倫春自治旗、加格達(dá)奇區(qū)、牙克石市、阿爾山市、扎蘭屯市和鄂溫克族自治旗的東南地區(qū),占研究區(qū)總面積的81%～83%;其次是草地和耕地,草地主要分布在科爾沁右翼前旗西部、鄂溫克族自治旗西北地區(qū)和額爾古納市南部,占研究區(qū)總面積的10%～12%;耕地分布較分散,一部分耕地分布在額爾古納市南部、鄂倫春自治旗東南部、扎蘭屯市東部、科爾沁右翼前旗東部、牙克石市西南角;除此之外研究區(qū)各地零星分布著部分耕地,共占研究區(qū)總面積的5%～6%。灌木、水域、雪地、荒地、建設(shè)性用地、濕地共計(jì)占比總面積的1%～2%。從整體上來(lái)看,2000—2020年間,各類(lèi)土地利用類(lèi)型在20年間變化有所差異,主要表現(xiàn)在草地、水域和濕地面積分別減少了2.16%、0.01%和0.012%,而耕地、林地、荒地和建設(shè)性用地面積分別增加了0.6%、1.41%、0.003%和0.163%,灌木和雪地面積變化不明顯。

表2 2000-2020年大興安嶺天保工程區(qū)土地利用類(lèi)型面積和占比變化

圖5 2000—2020年大興安嶺天保工程區(qū)土地利用空間分布

從土地利用單一動(dòng)態(tài)指數(shù)來(lái)看,2000年到2020年,耕地持續(xù)變化,2000—2005年耕地減少,變化率為-0.65%,2010—2015年變化面積最大,變化率最大為2.06%。從整體來(lái)看耕地變化較大,2000—2020年變化率為1.95%。林地在2000—2020年總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì),但其占地面積較大,因此相較于其他類(lèi)型,雖增加面積較大,但變化率較小,為0.35%。灌木、草地、水域和濕地面積在20年間呈下降趨勢(shì),面積變化明顯,變化率較明顯,分別為16%、3.52%、0.97%和9.93%。在此期間,荒地和建設(shè)性用地面積增加較為明顯,變化較大,變化率分別為7.16%和15.71%。雪地面積極小,影響極小。

根據(jù)轉(zhuǎn)移矩陣法得到(表3)。從各地類(lèi)變化上看,2000年林地轉(zhuǎn)化為耕地和草地分別為0.96%和0.18%,減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為12.31%的草地和6.45%的林地,減少的草地主要轉(zhuǎn)為15.96%的林地和8.44%的耕地,說(shuō)明林耕地和草地三者土地類(lèi)型之間相互轉(zhuǎn)化。荒地和灌木主要轉(zhuǎn)化為草地,超過(guò)50%以上的面積轉(zhuǎn)為草地。濕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?、林地、草?到2020年濕地轉(zhuǎn)出面積超出2000年原面積的一半,但從耕地、林地、草地轉(zhuǎn)入濕地比例極小。減少的水域面積主要轉(zhuǎn)為林地、草地和建設(shè)性用地;建設(shè)性用地增加主要由水域和荒地轉(zhuǎn)入,建設(shè)性用地主要轉(zhuǎn)為水域、耕地、林地、草地;其中耕地、林地和草地轉(zhuǎn)入建設(shè)性用地很小,水域轉(zhuǎn)出主要為建設(shè)性用地,說(shuō)明水域與建設(shè)性用地之間呈現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化的趨勢(shì);但是水域轉(zhuǎn)出為耕地、林地和草地比例也較高,耕地、林地和草地轉(zhuǎn)入水域比例很低,形成水域縮減?？傮w上,2000—2020年間,該地區(qū)耕地、林地、荒地、建設(shè)性用地等地類(lèi)面積呈現(xiàn)增加趨勢(shì),草地、水域、濕地面積明顯減少趨勢(shì)。

表3 2000—2020年大興安嶺天保工程區(qū)土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣

3.3.2 土地利用變化對(duì)碳儲(chǔ)量的影響

從各土地利用類(lèi)型的碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)圖(圖6)可知,2000—2020年間,各地類(lèi)轉(zhuǎn)變導(dǎo)致碳儲(chǔ)量波動(dòng),林地、耕地和建設(shè)性用地面積增加,導(dǎo)致碳儲(chǔ)量分別增加91.55×106、5.87×106和2.22×106t,水域、濕地和草地等地類(lèi)面積的減少導(dǎo)致碳儲(chǔ)量下降,2000—2020年間碳儲(chǔ)量分別下降65.62×106、1.13×106和0.17×106t,其中灌木地所占面積較小,對(duì)總體結(jié)果影響較小,故忽略不計(jì)。研究區(qū)不同土地利用類(lèi)型碳儲(chǔ)量對(duì)總碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)值由小到大分別為雪地、灌木、濕地、水域、建設(shè)性用地、耕地、草地和林地。研究區(qū)林地和草地碳儲(chǔ)量分別占整個(gè)研究區(qū)碳儲(chǔ)量的92.25%和6.55%;兩者面積分別占研究區(qū)總面積的82.57%和12.28%,其中林地面積最大,且最大時(shí)面積達(dá)211 127.23 km2?？傮w來(lái)說(shuō),建設(shè)性用地、林地和耕地面積增加;草地、濕地和水域面積減少;從碳密度變化來(lái)看,由于土地利用類(lèi)型由低碳密度向高碳密度轉(zhuǎn)化,故研究區(qū)碳儲(chǔ)量呈增加趨勢(shì)。

圖6 2000—2020年大興安嶺天保工程區(qū)不同土地利用類(lèi)型的碳儲(chǔ)量

由大興安嶺天保工程區(qū)各土地利用類(lèi)型碳儲(chǔ)量比例分布圖(圖7)可知,林地是大興安嶺天保工程區(qū)最主要的碳庫(kù),其碳儲(chǔ)量約占研究區(qū)總碳儲(chǔ)量的93.31%,其次是草地5.37%、耕地1.15%、建設(shè)性用地0.09%、水域0.06%、濕地0.02%和灌木小于0.01%。自天保工程實(shí)施后,不同土地類(lèi)型的比例趨勢(shì)發(fā)生變化,林地碳儲(chǔ)量比例明顯增加,草地碳儲(chǔ)量明顯下降。雖然草地固碳能力相比林地固碳能力低,但草地仍是重要的碳庫(kù)之一。本研究與高銘陽(yáng)等[21]具有相同的結(jié)論,藍(lán)綠空間中林地、草地、水域聚集程度與碳儲(chǔ)量呈顯著正相關(guān),林地、草地為碳儲(chǔ)量變化第一、第二主導(dǎo)地類(lèi)。

圖7 大興安嶺天保工程區(qū)各土地利用類(lèi)型碳儲(chǔ)量比例分布

由于不同地類(lèi)轉(zhuǎn)變,對(duì)碳儲(chǔ)量的影響也不同,變化情況如表4。耕地面積的變化使得碳儲(chǔ)量增加37.90×104t,主要是由于退耕還林還草工程的實(shí)施,使得耕地轉(zhuǎn)化為林地和草地兩類(lèi)高碳密度地類(lèi)。在本研究中,林地的固碳能力較高,所以林地轉(zhuǎn)化為其他地類(lèi)時(shí)碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)下降,共計(jì)下降50.0×104t,因此林地轉(zhuǎn)化為其他地類(lèi)皆不利于固碳。林地減少主要轉(zhuǎn)化為耕地、草地和建設(shè)性用地,減少量分別為42.8×104、4.92×104和2.24×104t。草地轉(zhuǎn)化為其他地類(lèi)時(shí),主要轉(zhuǎn)化為林地和少量濕地增加碳儲(chǔ)量,轉(zhuǎn)化為其余地類(lèi)碳儲(chǔ)量均減少,草地轉(zhuǎn)化使碳儲(chǔ)量累計(jì)增44.7×104t。研究區(qū)內(nèi)土地利用類(lèi)型以林地為主,其他地類(lèi)占比相對(duì)于林地而言較低,因此除耕地、林地和草地,其他各土地類(lèi)型單一的轉(zhuǎn)化影響較小,灌木、水域和建設(shè)性用地共同增加碳儲(chǔ)量為0.74×104t,荒地和濕地共同減少碳儲(chǔ)量為0.93×104t;其中因濕地碳密度較大,轉(zhuǎn)化面積超過(guò)1/2,占減少量的82.38%。

表4 2000—2020年大興安嶺天保工程區(qū)土地利用類(lèi)型變化及其引起的碳儲(chǔ)量變化

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

2000—2020年,大興安嶺天保工程區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì),與部分學(xué)者如張逸如[14]和鄭樹(shù)峰等[19]的研究結(jié)果一致。張逸如等[14]對(duì)全國(guó)天保工程區(qū)總碳儲(chǔ)量地理分布的研究表明,內(nèi)蒙古與黑龍江在第6～9次清查中兩地總碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。鄧喆等[22]研究表明,祁連山國(guó)家公園碳儲(chǔ)量較高的地區(qū)以林地為主,碳儲(chǔ)量空間分布特征與土地利用類(lèi)型之間存在聯(lián)系。碳儲(chǔ)量增加主要由低碳密度土地利用類(lèi)型向高碳密度土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)變;土地利用類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化使生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)發(fā)生變化[23-25],從而導(dǎo)致區(qū)域總碳儲(chǔ)量變化。結(jié)果也說(shuō)明,生態(tài)工程的實(shí)施,有利于生態(tài)系統(tǒng)正向演變、土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的增加。鄭樹(shù)峰等[19]研究結(jié)果顯示,天保工程的實(shí)施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量有顯著成效。研究區(qū)內(nèi)一些土地利用類(lèi)型碳儲(chǔ)量減少的主要原因是由高碳密度地區(qū)向低碳密度地區(qū)轉(zhuǎn)變,即耕地、水域和荒地轉(zhuǎn)為建設(shè)性用地,從而導(dǎo)致碳儲(chǔ)量減少[26]。研究區(qū)內(nèi)建設(shè)性用地的擴(kuò)張,高碳密度地區(qū)的面積減少是導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量減少的主要原因,這一結(jié)論與Zhu等[27]和徐自為等[28]的結(jié)果一致,即建設(shè)性用地的增加占據(jù)了高碳密度土地利用類(lèi)型面積,從而導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量減少。盧雅焱等[29]研究得出土地利用變化表現(xiàn)低碳密度向高碳密度增加,累計(jì)增加了19.49 Tg。孫方虎等[30]研究表明,在生態(tài)保護(hù)下,林地等高碳密度地類(lèi)得到保護(hù),碳儲(chǔ)能力提升。李月[31]在土地利用類(lèi)型研究中顯示主要由碳密度較高的灌木林地大幅擠占旱地,累計(jì)增加150.7×104t,使得普定縣碳儲(chǔ)量整體呈上升趨勢(shì)。李俊等[32]碳儲(chǔ)量評(píng)估的結(jié)果顯示,土地利用變化導(dǎo)致碳儲(chǔ)量減少915.0×104t,表明實(shí)施和落實(shí)生態(tài)政策、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),有利于減緩該地區(qū)碳儲(chǔ)量損失。綜上所述,土地利用類(lèi)型的變化直接影響研究區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量的變化,具體表現(xiàn)為:當(dāng)?shù)吞济芏韧恋乩妙?lèi)型轉(zhuǎn)化為高碳密度土地類(lèi)型時(shí),研究區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量呈增加趨勢(shì),反之呈遞減趨勢(shì)。土地利用的轉(zhuǎn)變?cè)斐蓞^(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的波動(dòng)。

在結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的正向演變下,由土地利用的相互轉(zhuǎn)換可知,大興安嶺地區(qū)未來(lái)需要繼續(xù)實(shí)施和鞏固天然林保護(hù)工程。該工程促進(jìn)大興安嶺地區(qū)林地保持穩(wěn)定且呈現(xiàn)出一定的增長(zhǎng)趨勢(shì),提高了該地區(qū)的整體固碳能力,增加了其總體碳儲(chǔ)量。耕地和草地是林地的主要轉(zhuǎn)入源,繼續(xù)堅(jiān)持退耕還林還草政策,將低碳密度土地向高碳密度轉(zhuǎn)換。同時(shí),也要注重草地和耕地的保護(hù),通過(guò)合理的行政規(guī)劃,調(diào)控草地和耕地向建設(shè)性用地轉(zhuǎn)換;可通過(guò)人工種植、草畜平衡政策、圍欄封育和優(yōu)化種苗的方式來(lái)緩解草地退化和修復(fù)草地生態(tài)系統(tǒng);可通過(guò)間作套作、改良品種、合理使用肥料等方法增加耕地產(chǎn)量,提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。

4.2 結(jié)論

本研究基于GIS手段,借助InVEST模型碳儲(chǔ)量模塊評(píng)估了2000—2020年間大興安嶺天保工程區(qū)碳儲(chǔ)量的時(shí)空變化特征及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng),得出以下結(jié)論:

(1)研究區(qū)2000、2005、2010、2015、2020年碳儲(chǔ)量分別為56.987×108、57.322×108、57.369×108、57.242×108、57.314×108t,呈增加趨勢(shì),累計(jì)增加0.327×108t。

(2)碳儲(chǔ)量較高的地方主要分布于研究區(qū)的北部和中部,土地利用類(lèi)型主要以林地為主;碳儲(chǔ)量較低的區(qū)域主要分布在研究區(qū)西部、南部、東南角和東部的小部分地區(qū),土地利用類(lèi)型以耕地、草地和建設(shè)性用地為主。研究區(qū)不同土地利用類(lèi)型碳儲(chǔ)量對(duì)總碳儲(chǔ)量的貢獻(xiàn)值由小到大分別為灌木、雪地、荒地、濕地、水域、建設(shè)性用地、耕地、草地、林地。林地是研究區(qū)最為重要的碳庫(kù),其次為草地和耕地,三者碳儲(chǔ)量占研究區(qū)所有土地利用類(lèi)型固碳總量的99.83%,林地和耕地面積的增加是大興安嶺天保工程區(qū)碳儲(chǔ)量增加的主要原因。