碳中和目标下的广西边境地区...三生”空间转型及碳储量效应_韦绍音.pdf
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1、第 卷第期 年月水土保持通报 ,收稿日期:修回日期:资助项目:国家自然科学基金项目“四维度 的边境耕地多功能利用与国家战略农田划定研究:以广西边境地区为例”()第一作者:韦绍音(),男(瑶族),广西壮族自治区都安县人,硕士研究生,研究方向为土地利用与区域发展。:。通信作者:陆汝成(),男(汉族),广西壮族自治区临桂区人,博士,教授,硕士生导师,主要从事土地规划与区域发展研究。:。碳中和目标下的广西边境地区“三生”空间转型及碳储量效应韦绍音,陆汝成,张利国,林晓楠,陈雨欣,杨 新(南宁师范大学 自然资源与测绘学院,广西 南宁 ;南宁师范大学 北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室,广西 南宁
2、)摘要:目的系统分析“三生”空间转型下的碳储量效应,以期优化空间布局与提升边区生态系统固碳能力,助推国家实现“碳中和”的战略目标。方法采用“三生”空间动态度、“三生”空间转移矩阵刻画边境“三生”空间分布格局和转型特征,借助 模型和“三生”空间碳储量贡献率揭示边境 的碳储量时空分异及“三生”空间转型对碳储量的影响。结果 年边境地区以绿被生态空间占绝对主体,农业生产空间和水域生态空间为辅的组合特点,分布上呈现“南北两翼高,中部低”特征。研究期内边境地区“三生”空间转型呈现出初期稳定、中期波动、后期剧烈的发展态势,除水域生态空间外,其余空间均于 年动态度变化最为显著。年,边境地区碳储量整体呈现逐期持
3、续递减,研究初期与中期变动幅度不大,末期碳储量深刻变化;间碳储量共计损失 ,绿被生态空间与农业生产空间的相互转换主导着广西边境地区碳储量的变化。结论应调整与优化区域“三生”空间用地结构,促进“三生”空间融合,并以“碳中和”为目标导向,强化空间用途管制,为提升区域碳储资源提供精确保障。关键词:“三生”空间;土地利用转型;模型;碳储量;广西边境地区文献标识码:文章编号:()中图分类号:,文献参数:韦绍音,陆汝成,张利国,等碳中和目标下的广西边境地区“三生”空间转型及碳储量效应水土保持通报,():;,():,(.,;.,):“”,“,”,“”:;土地作为重要的生产资料与承载区域发展的核心空间场所,从
4、其功能视角构成生产、生活及生态空间。世纪 年代以来,在促进沿边贸易交流,强化中国与周边国家间区域经济合作与扩大对外开放的背景下也推动着土地利用的结构、方式及强度发生深刻转型和空间重构,诱致区域出现温室效应、生态系统脆弱、酸雨污染等问题。自然生态系统的碳储存 功 能 通 过 地 表 植 被 的 光 合 作 用 不 断 吸 收,一定程度上可以减缓温室效应、维持碳平衡、调节局部微气候。年,国家印发 关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见 标志着中国生态文明建设迈入了降碳为导向的关键节点,为发挥边境生态系统固碳功能以抵消经济活动中的碳排放,这亟待优化空间布局,定量评估“三生”空间转型
5、与碳储量的内在关联与发展趋势,促使“三生”空间的协调发展为“双碳”目标的实现加以支撑。“三生”空间转型衍生于土地利用转型理论,通常伴随一定的区域环境效益,目前“三生”空间转型对生态环境效益的研究主要集聚在对生境质量、生态服务功能、区域气候、景观生态格局 等方面,而土地利用转型通过影响生态系统中植被与土壤的碳储量,已然成为影响整个区域碳储量变动的关键,当前,众多学者探讨了森林、农田、海洋、湿地等单一生态系统中碳储量的估算,无法体现一个复合生态系统的完整性,且通过“三生”空间视角结合碳中和目标下的碳效应为切入点的研究较为鲜见。国外学者多基于实地采样调查、数理统计方法、多元数据建模等对土壤及人工林进
6、行碳储量的估算 。国内学者对于陆地碳储量的研究主要集中在区域碳储量的动态评估、时空演化特征、模拟预测、影响因素探究,识别出土地利用类型转换是碳储量变动的重要因素,为明晰碳储量以及空间影响形成有益的探索。在量化碳储量上,小尺度区域上主要运用土壤样品的采集及测算,在中大尺度上通常采用碳收支模 型 ,模 型 及 模型 等,在诸多模型中,模型基于 模块并以土地利用数据为主要数据源,通过碳库中的碳密度来测算和绘制研究区域的碳总量,为碳储量测定提供了一种便捷、直观的方法,表现出较强的区域适用性,被广泛应用在国内外重要区域的碳储量时空变化研究。在研究范围上,已有的实证研究较多从政策保护角度入手,测定了中国南
7、北过渡带、国家公园、黄土高原、流域 及城市群 等区域碳储量的动态变化及其对土地利用转型响应程度,尺度不一,涌现出丰硕的研究成果,但偏向于个案的普遍性规律的分析,对重要的生态保护屏障与具备国土安全功能的边境地区的深入研究较为缺乏。此外,针对“三生”空间主导功能转型与生态系统的关联作用逐渐成为地理学和生态学领域学者关注的焦点,碳储存服务作为生态服务功能的核心要素之一,为缓和生态系统服务损失及退化,增强碳汇能力,系统估算边境地区生态系统的碳储量,探明“三生”空间转型及其碳储量变化显得十分必要。本文以广西壮族自治区(以下简称广西)边境地区为例,基于 ,年共期土地利用数据,利用“三生”空间变化动态度、“
8、三生”空间转移矩阵、模型、“三生”空间碳储量贡献率等方法,基于“三生”空间格局与演变区域碳储量变化“三生”空间转型的碳储量贡献率”的逻辑与框架下,系统分析“三生”空间转型下的碳储量效应,以期优化空间布局提升边区生态系统固碳能力,助推国家实现“碳中和”的战略目标。水土保持通报第 卷研究区概况和数据来源研究区概况广西边境地区位于广西西南部,地处云贵高原南缘至北部湾海岸,共包含百色、崇左及防城港个地级市,下 辖 个 县 域 单 元,国 土 面 积 达 。其地势由西北向东南逐级倾斜下降,地貌以丘陵山地为主,属南亚热带季风气候。作为国家对外开放的重要门户与开放合作的前沿阵地,特殊的地缘优势与经济活动塑造
9、着边境地区经济发展新格局,城镇化的进程促进人口的流动与建设用地需求的扩增,一定程度上加剧了对城镇周边优质良田的蚕食,加之人为活动的干预,易于造成集聚经济与生态双脆弱边境地区水土流失,生态失衡等问题,引致生态服务功能骤降,碳储量功能弱化等问题,影响区域的可持续高质量发展,边区作为祖国南疆重要的生态保护生态廊道,选取边境地区为研究对象,是凸显区域新时期城乡一体化进程生态系统保护的新模式,亦是探析区域发展历程中碳排放规律的一类形式,具有一定的代表性。数据来源本文以广西边境地区为研究案例,主要数据包括研究区 ,年共期的土地利用数据,数据来源于中 国 科学 院资 源 环 境 数 据 中 心(:),空间分
10、辨率为 ,包含个一级类和 个二级类,而结合广西边境地区实际,区域无永久性冰川雪地、戈壁、沼泽地、其他未利用地、海洋共种土地利用类型,最终得到二级地类 个。通过选取交叉验证点的方式进行精度验证和实地调研分析,经检测总体成果精度为 。相关行政区划数据来源于中国国家基础地理信息中心。参考相关成果,结合“三生”空间的主导功能,建立“三生”空间类型与土地利用类型相衔接的方法,搭建广西边境地区“三生”空间分类体系,共形成城镇生活空间(城镇用地)、工矿生产空间(工矿用地及交通用地);农业生产空间(水田、旱地)、乡村生活空间(农村居民点);绿被生态空间(有林地、灌木林、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中覆盖度
11、草地、低覆盖度草地);水域生态空间(河渠、湖泊、水库坑塘);其他生态空间(沙地、盐碱地、裸土地、裸岩石质地)种类型。研究方法“三生”空间变化动态度选用“三生”空间动态度模型反映城镇、农业、生态空间的变化状况,是体现边境“三生”空间稳定性的重要指标,“三生”空间动态度越高,则表示其空间稳定性越弱。其表达式为:()式中:为“三生”空间中某一空间类型的动态度;与分别为研究初期与末期某一空间类型的面积;为研究时段。“三生”空间转移矩阵“三生”空间转移矩阵阐述研究期间内系统中状态与状态的转移,可以较为宏观又清晰地明晰出区域各类空间变化特征,反映了各类空间转化的流向与数量,可以揭穿不同空间类型之间面积流动
12、的时空演变特征。其表达式为:()式中:为研究期初与期末的“三生”空间状态;为“三生”空间类型数。碳储量估算本研究采用 模型估算边境地区的碳储量,模型中的碳储存模块将陆地生态系统中碳储划分为类基本碳库,即地上生物量中所含碳、地下生物量中所含碳、土壤碳库和死亡的有机物质中所含 碳,综 合 以 上类 碳 库,便 得 到 区 域 碳 储 总量。为确保碳密度数据的一致性和碳储量的准确性,本研究碳密度数据重点参考广西范围内的前人研究成果 ,其中绿被生态空间中二级用地类型的碳密度尚未形成可供参考的数据支持,因此将绿被生态空间划分为林地和草地,并结合边境地区植被特征、土壤状况、气候条件加以修正为切合边境地区实
13、际的碳密度(表)。其表达式为:()()式中:为类空间的碳密度;为地上生物量中所含碳密度,为地下生物量中所含碳密度;为土壤碳库中所含碳密度;为死亡有机物量中所含碳密度;为第类空间的碳储量;为第类空间的面积。“三生”空间碳储量贡献率本研究基于生态贡献率计算方式,探究每一类“三生”空间转换引发的碳储量变动占总碳储量变化的比重,可以直观展示边境地区碳储量变化的主要敏感因素。其表达式为:()()式中:为碳储量贡献率;与分别为研究期初与期末的综合碳密度;为变化类型的“三生”空间面积;为研究期间总碳储量的变化量。第期韦绍音等:碳中和目标下的广西边境地区“三生”空间转型及碳储量效应表广西边境地区“三生”空间各
14、单元碳密度 “三生”空间类型二级地类地上生物量地下生物量死亡有机物土壤有机质资料来源城镇生活空间城镇用地 张凯琪等,朱鹏飞 工矿生产空间工矿及交通用地 吴佩君等 农业生产空间水 田 张凯琪等,荣检,朱鹏飞 旱 地 张凯琪等,荣检,朱鹏飞 乡村生活空间农村居民点 张凯琪等,朱鹏飞 绿被生态空间林 地 陈曦等,荣检,朱鹏飞 草 地 张凯琪等,荣检,朱鹏飞 水域生态空间水 域 张凯琪等,朱鹏飞 其他生态空间未利用地 朱鹏飞 结果与分析广西边境地区“三生”空间特征分析研究期间边境地区“三生”空间格局呈现明显的“层次性”,绿被生态空间具有极大的优势,加以农业生产空间和水域生态空间为核心总体态势(图)。其
15、中,年,绿被生态空间总体减少,其余空间均逐步扩展,其中农业生产空间与城镇生活空间增幅较大。年,绿被生态空间与农业生产空间呈现萎缩的趋势,而水域生态空间则保持增加;年,该时期边境“三生”空间变化愈发剧烈,绿被生产空间与农业生产空间不断缩减,减少面积远大于前两段时期,城镇生活空间与工矿生产空间扩展趋势明显。注:审图号 ()号。下同。图广西边境地区“三生”空间格局分布特征 水土保持通报第 卷整体来看,研究期间绿被生态空间与农业生产空间分别减少 ,外,剩余各类空间都呈现不同程度的增加趋势,工矿生产空间提速与规模扩张最为明显,增加量为 ,其次为水域生态空间、城镇生活空间,乡村生活空间与其他生态空间相对保
16、持稳定。究其根本:近 以来,广西边境地区在“一带一路”倡议、“全面开放”“东盟”“兴边富民行动”的联动共赢要求下,基于边境日趋特殊且重要的门户地位,充分利用地域特征与政策导向直接对区域施加影响、加强对外贸易合作、不断开拓新兴市场、提升发展内在动力,强化区域自身建设,工矿生产空间与城镇生活空间以蚕食绿被生态空间和占据农业生产空间逐渐向外蔓延。广西边境地区“三生”空间形成“南北两翼高中部低”的格局特征。绿被生态空间重点分布于边境地区北部西林县、隆林县、田林县以及凌云县,边境南部的宁明县、上思县、防城区等地区,共同承担重要的生态保护屏障作用,边境北部地处云贵高原南段,属于典型山区,森林资源禀赋优越,
17、多数县域森林覆盖率超过,是广西林业资源“富矿区”;边境南部濒临十万大山山系,区域素有“森林海洋”“天然氧吧”之美誉,生态质量较好。边境地区中部主要以农业生产空间呈“片状”分布的特征,重点分布于靖西市、德保县、龙州县、江州区以及扶绥县等区域,区域地势较为平缓,耕地分布广泛,左右江流域贯穿其中,又受到城市发展中心一定程度上的辐射作用,人口集聚化程度相对较高,适宜农业生产,是重要的农业区。此外,城镇生活空间在东兴市、防城区、江州区、右江区等区域分布较为集中,工矿生产空间分布在城镇生活空间边缘,以东兴市、江州区和港口区最为显著。广西边境地区“三生”空间转型分析为直观探究“三生”空间类型间的转换情况,综
18、合运用“三生”空间变化动态度与“三生”空间转移矩阵来分析边区“三生”空间转型特征(图)。“三生”空间变化是度量“三生”空间稳定性的重要手段,年,边境地区“三生”空间变化呈现出初期缓慢、中期波动、后期剧烈的发展态势。从时段上来看,除水域生态空间在 年动态度达最高值,末期变化动态度稍有回落外,其余空间动态变化均在 年达到峰值,表明末期“三生”空间变化较为频繁。总体来看,研究期间各类空间动态度保持在中等水平,工矿生产空间和城镇生活空间动态度变化激烈,动态度分别为 ,其余空间动态度较小,“三生”空间稳定性较强。图 年广西边境地区各类“三生”空间动态度变化 如表所示,广西边境地区“三生”空间转型总体呈现
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