1980—2020年气候和土地利用变化对甘肃省陆地生态系统碳储量的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00042

摘要/Abstract

摘要：

土地利用变化对干旱区陆地生态系统碳储量影响显著，但气候变化对其的影响尚不明晰。本研究基于1980—2020年土地利用数据以及植被和土壤碳密度动态数据，利用InVEST模型测算1980—2020年甘肃省及各市州碳储量及固碳量的变化趋势，并定量评估气候变化和土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响。结果表明：（1）甘肃省气候状态整体趋向于暖湿化，同时土地利用转移强度逐渐剧烈，并由1980—2000年的耕地扩张和草地流失逐步转变为2000—2020年的未利用地治理及城镇扩张。（2）1980—2020年甘肃省生态系统平均碳储量为2 651.01 Tg C（1 Tg=10¹² g），碳密度高值区主要分布在甘南高原和祁连山山地区域，低值区主要分布在河西走廊西北荒漠区及内陆河流域下游地区；而固碳速率则呈现出自东南向西北递减的空间格局，其中固碳量排名前四的市州依次为甘南藏族自治州、陇南市、张掖市和庆阳市。（3）1980—2020年甘肃省生态系统碳储量净增长量为208.79 Tg C。1980—2000年，碳储增加量主要来源于气候变化（63.01 Tg C）；而2000—2020年，土地利用变化则是甘肃省陆地生态系统碳储量变化的主要驱动因素，尤其体现在林-草-沙治理和人工绿洲扩张方面。

关键词: 陆地生态系统, 固碳效应, 碳密度动态数据, 气候变化, 土地利用

Abstract:

Land use change has a significant impact on carbon storage in dryland terrestrial ecosystems， but the impact of climate change on it is not yet clear. Based on the land use data and the dynamic data of vegetation and soil carbon density from 1980 to 2020， this study uses the InVEST model to measure the trends of carbon storage in Gansu province and each state from 1980 to 2020， and then quantitatively assesses the impacts of climate change and land use change on terrestrial ecosystem carbon storage. The results show that：（1） The overall climate state of Gansu Province tends to be warm and humid， while the intensity of land use shifts gradually and drastically， and changes from farmland expansion and grassland loss in 1980-2000 to unused land management and urban expansion in 2000-2020. （2） From 1980 to 2020， the average carbon storage in Gansu province ecosystem was 2 651.01 Tg C （1 Tg=10¹² g）， with high value of carbon density regions in the Gannan Plateau and Qilian Mountains， and low value regions mainly in the northwest desert of the Hexi Corridor and the downstream of the inland river basin. The rate of carbon sequestration shows a decreasing spatial pattern from the southeast to the northwest， with the top four prefecture-level cities ranked by Gannan Tibetan Autonomous Prefecture， Longnan City， Zhangye City and Qingyang City in order. （3） The net increase of terrestrial ecosystem carbon storage in Gansu Province from 1980 to 2020 is 208.79 Tg C. Among them， in 1980-2000， the increase of carbon storage mainly comes from climate change （63.01 Tg C）， while from 2000 to 2020， land use change is the main driver of carbon storage change in terrestrial ecosystems in Gansu province， especially in forest-grass-sand management and artificial oasis expansion.

Key words: terrestrial ecosystem, effect of carbon sequestration, dynamic carbon density data, climate change, land use

中图分类号:

X821

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图/表 10

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一级分类	二级分类	地上生物量	地下生物量	土壤
耕地	耕地	0.249	0.180	9.064
林地	有林地	2.410	1.051	18.300
	灌木林地	0.990	0.737	18.289
	疏林地	1.246	0.663	12.731
	其他林地	0.344	0.393	13.163
草地	高覆盖度草地	0.690	0.657	17.915
	中覆盖度草地	0.314	0.332	10.880
	低覆盖度草地	0.077	0.161	5.881
水域	水域	0.002	0.002	1.256
建设用地	城镇用地	0.084	0.163	5.926
	农村居民点	0.240	0.146	8.843
	其他建设用地	0.091	0.138	5.146
未利用地	沙地	0.019	0.070	1.914
	戈壁	0.017	0.065	1.827
	盐碱地	0.044	0.098	3.069
	沼泽地	0.138	0.541	15.633
	裸土地	0.042	0.104	3.109
	裸岩石质地	0.023	0.088	2.739
	其他未利用地	0.051	0.173	6.292

一级分类	二级分类	地上生物量	地下生物量	土壤
耕地	耕地	0.249	0.180	9.064
林地	有林地	2.410	1.051	18.300
	灌木林地	0.990	0.737	18.289
	疏林地	1.246	0.663	12.731
	其他林地	0.344	0.393	13.163
草地	高覆盖度草地	0.690	0.657	17.915
	中覆盖度草地	0.314	0.332	10.880
	低覆盖度草地	0.077	0.161	5.881
水域	水域	0.002	0.002	1.256
建设用地	城镇用地	0.084	0.163	5.926
	农村居民点	0.240	0.146	8.843
	其他建设用地	0.091	0.138	5.146
未利用地	沙地	0.019	0.070	1.914
	戈壁	0.017	0.065	1.827
	盐碱地	0.044	0.098	3.069
	沼泽地	0.138	0.541	15.633
	裸土地	0.042	0.104	3.109
	裸岩石质地	0.023	0.088	2.739
	其他未利用地	0.051	0.173	6.292

市州	面积 /km²	陆地生态系统
市州	面积 /km²	碳密度/（kg C·m^-2）	碳储量/Tg C
甘肃省	425 073.70	6.42	2 728.71
兰州市	12 960.79	6.06	78.57
嘉峪关市	1 229.53	2.75	3.38
金昌市	7 565.59	5.22	39.50
白银市	20 095.03	4.95	99.38
天水市	14 276.79	8.22	117.36
武威市	32 583.78	6.12	199.47
张掖市	38 581.89	9.00	347.21
平凉市	11 119.98	7.43	82.63
酒泉市	167 655.49	2.01	337.23
庆阳市	27 123.77	7.27	197.20
定西市	19 611.72	9.26	181.67
陇南市	27 845.28	10.08	280.74
临夏州	8 088.32	9.40	76.07
甘南州	36 695.61	18.76	688.30

市州	面积 /km²	陆地生态系统
市州	面积 /km²	碳密度/（kg C·m^-2）	碳储量/Tg C
甘肃省	425 073.70	6.42	2 728.71
兰州市	12 960.79	6.06	78.57
嘉峪关市	1 229.53	2.75	3.38
金昌市	7 565.59	5.22	39.50
白银市	20 095.03	4.95	99.38
天水市	14 276.79	8.22	117.36
武威市	32 583.78	6.12	199.47
张掖市	38 581.89	9.00	347.21
平凉市	11 119.98	7.43	82.63
酒泉市	167 655.49	2.01	337.23
庆阳市	27 123.77	7.27	197.20
定西市	19 611.72	9.26	181.67
陇南市	27 845.28	10.08	280.74
临夏州	8 088.32	9.40	76.07
甘南州	36 695.61	18.76	688.30

市州	固碳速率/(g·C·m^-2·a^-1)			固碳量/Tg C
市州	1980—2000年	2000—2020年	1980—2020年	1980—2000年	2000—2020年	1980—2020年
甘肃省	11.82	12.74	12.28	100.458	108.335	208.793
兰州市	11.38	8.20	9.79	2.950	2.126	5.075
嘉峪关市	2.36	7.43	4.89	0.058	0.183	0.241
金昌市	10.03	9.48	9.75	1.517	1.435	2.952
白银市	9.56	10.63	10.10	3.843	4.274	8.117
天水市	22.67	22.74	22.71	6.474	6.493	12.967
武威市	10.50	11.93	11.22	6.845	7.775	14.620
张掖市	13.37	13.82	13.59	10.313	10.667	20.980
平凉市	16.30	22.80	19.55	3.625	5.071	8.696
酒泉市	0.90	1.93	1.41	3.015	6.458	9.473
庆阳市	16.09	21.18	18.64	8.728	11.491	20.219
定西市	18.87	23.73	21.30	7.402	9.307	16.710
陇南市	31.82	29.03	30.42	17.720	16.165	33.885
临夏州	15.74	13.65	14.70	2.547	2.208	4.754
甘南州	34.64	33.63	34.13	25.421	24.683	50.104