基于FLUS-InVEST的西北地区土地利用变化及其对碳储量的影响——以呼包鄂榆城市群为例

doi:10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.08.019

生态环境学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (8): 1667-1679.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.08.019

基于FLUS-InVEST的西北地区土地利用变化及其对碳储量的影响——以呼包鄂榆城市群为例

王超越(), 郭先华, 郭莉, 白丽芳, 夏利林, 王春博, 李廷真^*()

重庆三峡学院三峡库区水环境演变与污染防治重庆市重点实验室,重庆 404100

收稿日期:2022-02-20 出版日期:2022-08-18 发布日期:2022-10-10
通讯作者: * 李廷真（1978年生）,男,博士,教授,主要从事生态环境污染防治研究。E-mail: litingzhen@163.com
作者简介:王超越（1997年生）,男,硕士研究生,研究方向为国土空间与生态环境格局演变。E-mail: wangchaoyue0616@163.com
基金资助:
国家社会科学基金项目(21BMZ141);重庆市教育委员会人文社会科学研究规划项目(21SKGH432)

Land Use Change and Its Impact on Carbon Storage in Northwest China Based on FLUS-Invest: A Case Study of Hu-Bao-Er-Yu Urban Agglomeration

WANG Chaoyue(), GUO Xianhua, GUO Li, BAI Lifang, XIA Lilin, WANG Chunbo, LI Tingzhen^*()

Chongqing Key Laboratory of Water Environment Evolution and Pollution Control in Three Gorges Reservoir Area, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, P. R. China

Received:2022-02-20 Online:2022-08-18 Published:2022-10-10

摘要/Abstract

摘要：

基于“双碳”战略背景下,探究城市群土地利用覆被变化与生态系统碳储量时空变化之间的关系,以期为城市群区域碳平衡、国土空间规划和生态系统的可持续发展提供一定的借鉴。以呼包鄂榆城市群为例,选取多期土地利用数据并确定相关驱动因子,基于FLUS-InVEST模型,在明确该城市群2000—2020年土地利用覆被变化规律的基础上,分别模拟预测2030年呼包鄂榆城市群在自然发展和生态保护两种情景下土地利用空间格局,并评估两种情景下碳储量及其时空动态变化特征。结果表明：2000—2020年呼包鄂榆城市群林地、水域和建设用地面积持续增加,耕地、草地和未利用地的面积持续减少,20年间城市群碳储量呈减少趋势,总体减少8.416×10⁶ t。与自然发展情景相比,生态保护情景下2030年草地、林地和水域面积得到了增长,耕地与未利用地持续减少,建设用地面积受到了限制,生态空间效应得到体现。2030年,自然发展情景与生态保护情景下的城市群碳储量较2020年分别减少77.065×10⁶ t和68.031×10⁶ t,生态保护情景下土地利用变化碳储量稳定性显著高于自然发展情景,因此,生态保护情景下的呼包鄂榆城市群土地利用能综合统筹各地类功能,减缓碳储量损失,对区域国土空间优化具有重要意义。

关键词: 碳储量, FLUS模型, InVEST模型, 土地利用, 城市群, 西北地区

Abstract:

Based on the “dual carbon” strategy, this study explored the relationship between land use/cover change and temporal and spatial changes of ecosystem carbon storage in urban agglomerations, to provide references for regional carbon balance, territorial space planning and sustainable development of ecosystem in urban agglomerations. Based on the FLUS-InVEST coupling model, the land use/cover change of Hu-Bao-Er-Yu urban agglomeration from 2000 to 2020 was simulated and used to predict the land use in 2030, based on the multi-period land use data and related driving factors. The spatial patterns of land use in Hu-Bao-Er-Yu urban agglomeration were analyzed under natural development and ecological protection scenarios, and the characteristics of carbon storage and its spatio-temporal dynamics were evaluated under the two scenarios. The results showed that the area of forest land, water area and construction land continued to increase from 2000 to 2020, while the area of cropland, grassland and unused land continued to decrease, and the carbon storage in the urban agglomeration had decreased by 8.416×10⁶ t during these 20 years. Compared with the natural development scenario, the area of grassland, forest and water area in 2030 under the ecological protection scenario would increase, and the area of construction land would be restricted, and the ecological spatial effect would be reflected. In 2030, the carbon storage of urban agglomerations in 2030 under the natural development scenario and ecological protection scenario would decrease 77.065×10⁶ t and 68.031×10⁶ t, respectively, compared with that in 2020. The stability of carbon storage of land use change under the ecological protection scenario was significantly higher than that under the natural development scenario. Therefore, Under the ecological protection scenario, the land use of Hu-Bao-E-Yu urban agglomeration can comprehensively coordinate the functions of different regions and slow down the loss of carbon storage, and thus is of great significance to regional territorial space optimization.

Key words: carbon reserve, FLUS model, InVEST model, land use, urban agglomeration, northwest district

中图分类号:

X144

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图/表 12

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土地利用类型 Land use type	耕地 Cultivated land	林地 Forest	草地 Grassland	水域 Water	建设用地 Construction land	未利用地 Unused land
自然情景邻域因子 Natural scene neighborhood factor	0.40	0.75	0.30	0.80	0.95	0.50
生态情景邻域因子 Ecological scene neighborhood factor	0.70	0.50	0.20	0.60	0.95	0.60

土地利用类型 Land use type	耕地 Cultivated land	林地 Forest	草地 Grassland	水域 Water	建设用地 Construction land	未利用地 Unused land
自然情景邻域因子 Natural scene neighborhood factor	0.40	0.75	0.30	0.80	0.95	0.50
生态情景邻域因子 Ecological scene neighborhood factor	0.70	0.50	0.20	0.60	0.95	0.60

土地利用类型 Land use type	耕地 Cultivated land	林地 Forest	草地 Grassland	水域 Water	建设用地 Construction land	未利用地 Unused land
耕地 Cultivated land	1	1	1	1	1	1
林地 Forest	1	1	1	1	1	1
草地 Grassland	1	1	1	1	1	1
水域 Water	1	1	1	1	1	1

土地利用类型 Land use type	耕地 Cultivated land	林地 Forest	草地 Grassland	水域 Water	建设用地 Construction land	未利用地 Unused land
耕地 Cultivated land	1	1	1	1	1	1
林地 Forest	1	1	1	1	1	1
草地 Grassland	1	1	1	1	1	1
水域 Water	1	1	1	1	1	1

土地利用类型 Land use type	耕地 Cultivated land	林地 Forest	草地 Grassland	水域 Water	建设用地 Construction land	未利用地 Unused land
耕地 Cultivated land	1	1	1	1	1	1
林地 Forest	0	1	1	0	0	0
草地 Grassland	0	1	1	0	0	0
水域 Water	1	1	1	1	0	1
建设用地 Construction land	0	1	1	0	1	0

基于FLUS-InVEST的西北地区土地利用变化及其对碳储量的影响——以呼包鄂榆城市群为例

Land Use Change and Its Impact on Carbon Storage in Northwest China Based on FLUS-Invest: A Case Study of Hu-Bao-Er-Yu Urban Agglomeration

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土地利用类型 Land use type	地上碳密度 Above-ground carbon density	地下碳密度 Underground carbon density	土壤碳密度 Soil carbon density	死亡有机物碳密度 Dead organic matter carbon density
耕地 Cultivated land	3.41	17.58	47.23	6.36
林地 Forest	6.15	29.18	67.75	5.59
草地 Grassland	2.33	19.79	48.82	1.73
水域 Water	2.37	3.95	5.95	1.50
建设用地 Construction land	1.89	2.42	6.78	0.00

土地利用类型 Land use type	2000年		2010年		2020年		面积变化值 Area change/km²
土地利用类型 Land use type	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积变化值 Area change/km²
耕地 Cultivated land	32674	18.70	32132	18.39	31249	17.89	-1425
林地 Forest	7328	4.20	7756	4.44	8448	4.84	1120
草地 Grassland	96807	55.42	97392	55.75	95257	54.53	-1550
水域 Water	3402	1.95	3172	1.82	3426	1.96	19
建设用地 Construction land	2674	1.53	3859	2.21	5154	2.95	2480
未利用地 Unused land	31796	18.20	30370	17.39	31147	17.83	-649

土地利用类型 Land use type	2020年		2030年				2020-2030年变化 Change from 2020 to 2030
	2020年		自然发展情景 Natural development		生态保护情景 Ecological protection		自然发展情景 Natural development		生态保护情景Ecological protection
	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积 Area/km²	比例 Proportion/%	面积 Area/km²	变化率 Rate/%	面积 Area/km²	变化率Rate/%
耕地 Cultivated land	31249	17.89	31321	17.93	29003	16.60	72	0.23	-2246	-7.19
林地 Forest	8448	4.84	8521	4.88	8942	5.12	73	0.86	494	5.85
草地 Grassland	95257	54.53	94741	54.24	97811	55.99	-516	-0.54	2554	2.68
水域 Water	3426	1.96	3286	1.88	3683	2.11	-140	-4.09	257	7.50
建设用地 Construction land	5154	2.95	5756	3.29	5218	2.99	602	11.68	64	1.24
未利用地 Unused land	31147	17.83	31056	17.78	30024	17.19	-91	-0.29	-1123	-3.61

土地利用类型 Land use type		面积 Area/km²		碳储量变化 Change in carbon stock/(×10⁶ t)		总计 Total/(×10⁶ t)
转出 Converted from	转入 Converted to	自然发展 Natural development	生态保护 Ecological protection	自然发展 Natural development	生态保护 Ecological protection	自然发展 Natural development	生态保护 Ecological protection
耕地 Cultivated land	林地 Forest	464	94	1.962	-0.587	-15.132	-17.878
	草地 Grassland	47	148	-11.115	-10.337
	水域 Water	15	31	-1.384	-1.257
	建设用地 Construction land	49	74	-4.223	-3.324
	未利用地 Unused land	283	2	-0.372	-2.373
林地 Forest	耕地 Cultivated land	494	173	3.832	0.376	-1.717	1.250
	草地 Grassland	86	340	-2.277	0.360
	水域 Water	103	180	-1.319	1.666
	建设用地 Construction land	52	30	-0.518	-0.758
	未利用地 Unused land	80	18	-1.435	-0.394
草地 Grassland	耕地 Cultivated land	674	578	-4.878	-5.577	-56.000	-43.776
	林地 Forest	795	1089	1.132	3.013
	水域 Water	58	102	-2.412	-1.344
	建设用地 Construction land	2692	1898	-27.207	-21.517
	未利用地 Unused land	609	28	-22.635	-18.351
水域 Water	耕地 Cultivated land	52	33	-0.036	-0.070	-0.095	-0.347
	林地 Forest	45	3	0.041	-0.017
	草地 Grassland	127	25	-0.026	-0.171
	建设用地 Construction land	34	23	-0.037	-0.058
	未利用地 Unused land	61	77	-0.037	-0.031
建设用地 Construction land	耕地 Cultivated land	218	34	-0.162	-0.367	0.627	-0.124
	林地 Forest	1453	27	1.54	-0.038
	草地 Grassland	113	1062	-0.654	0.363
	水域 Water	92	73	0.072	0.049
	未利用地 Unused land	2	58	-0.169	-0.131
未利用地 Unused land	耕地 Cultivated land	272	61	0.299	-0.763	-4.748	-7.156
	林地 Forest	216	12	-0.796	-1.444
	草地 Grassland	207	197	-3.76	-3.787
	水域 Water	224	37	0.475	-0.118
	建设用地 Construction land	69	44	-0.966	-1.044
		总计 Total/(×10⁶ t)				-77.065×10⁶ t	-68.031×10⁶ t

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