武汉城市圈碳储量的地形梯度效应及脆弱性.pdf
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1、第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 1 修回日期:2 0 2 2-0 8-0 6 资助项目:国家自然科学基金面上项目“土地发展空间异质性与跨区域碳排放权交易及补偿机制研究:以武汉城市圈为例”(7 1 7 7 4 0 6 4)第一作者:张斌(1 9 9 7),男,湖北武汉人,博士研究生,主要研究方向为土地资源与经济。E-m a i l:1 4 8 0 9 9
2、2 3 3 6q q.c o m夏秋月(1 9 9 3),女,河南新乡人,博士研究生,主要研究方向为区域经济与低碳土地利用。E-m a i l:x i a q i u y u e 2 3 1 2 3 11 6 3.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 0 2.张斌,夏秋月.武汉城市圈碳储量的地形梯度效应及脆弱性J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):4 4 3-4 5 2.Z HAN GB i n,X I AQ i u y u
3、 e.T o p o g r a p h i cG r a d i e n tE f f e c t a n dV u l n e r a b i l i t yA n a l y s i s o fC a r b o nS t o r a g e i nW u h a nU r b a nC i r c l eJ.R e s e a r c ho f S o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):4 4 3-4 5 2.武汉城市圈碳储量的地形梯度效应及脆弱性张 斌1,夏秋月2(1.华中科技大学 公共管理学院,武汉4 3
4、 0 0 7 4;2.华中农业大学 公共管理学院,武汉4 3 0 0 7 0)摘 要:目的 准确评估区域碳储量的时空分异,分析其地形梯度效应及对土地利用的脆弱性,对区域“双碳”目标的实行具有重要意义。方法 以武汉城市圈为例,采用I n V E S T模型借助G I S平台评估区域碳储量的时空分异特征,并基于D EM数据运用地形位指数探讨碳储量的地形梯度效应,再利用潜在影响指数揭示碳储量的脆弱性。结果(1)武汉城市圈2 0 0 52 0 2 0年总碳储量先减少后增加,在空间分布上呈现中西低、南北高态势,城市间内部差异较大。(2)武汉城市圈的地形位整体上表现为中西部低、南北部高态势,1级占比最大。
5、由空间自相关分析可知,区域地形位与碳密度呈现显著空间正相关关系。(3)耕地转向建设用地是造成区域碳储量流失的主要原因,导致碳流失高达7.0 6 8T g,而耕地向林地的转化是区域碳储量增加的主要原因,扩充区域碳库7.6 2T g。就碳储量的脆弱性评估而言,从城市圈整体上来看,2 0 0 52 0 2 0年的P I指数均为负,表明区域土地利用会对碳储量造成负面的潜在影响。结论 武汉城市圈碳储量总体上有所减少且内部城市差异较大,地形位与碳密度呈显著正相关,土地利用变化导致碳储量的脆弱性较高。关键词:武汉城市圈;碳储量;地形梯度;土地利用变化;脆弱性中图分类号:X 1 7 1.1 文献标识码:A 文
6、章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 4 4 3-1 0T o p o g r a p h i cG r a d i e n tE f f e c t a n dV u l n e r a b i l i t yA n a l y s i so fC a r b o nS t o r a g e i nW u h a nU r b a nC i r c l eZ HANGB i n1,X I AQ i u y u e2(1.S c h o o l o fP u b l i cA d m i n i s t r a t i o n,H u a z h o n gU
7、n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,W u h a n4 3 0 0 7 4,C h i n a;2.S c h o o l o fP u b l i cA d m i n i s t r a t i o n,H u a z h o n gA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,W u h a n4 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eA c c u r a t e l ya s s e s s i
8、n g t h e s p a t i a l a n d t e m p o r a l d i f f e r e n t i a t i o no f r e g i o n a l c a r b o ns t o r a g e,a n da n a l y z i n g i t st o p o g r a p h i cg r a d i e n te f f e c ta n dv u l n e r a b i l i t yt ol a n du s e,a r eo fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rt h ei m p l e
9、 m e n t a t i o no f t h er e g i o n a lt w oc a r b o ng o a l.M e t h o d sWu h a nu r b a nc i r c l ew a s t a k e na sa ne x a m p l e.T h e I n V E S T m o d e lw a su s e dt oe v a l u a t et h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i f f e r e n t i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fr
10、e g i o n a lc a r b o ns t o r a g ew i t ht h eh e l po fG I Sp l a t f o r m,a n db a s e do nD EMd a t a,t h e t e r r a i n i n d e xw a su s e d t oe x p l o r et h e t o p o g r a p h i cg r a d i e n te f f e c to fc a r b o ns t o r a g e,a n dt h ep o t e n t i a li m p a c ti n d e xw a s
11、u s e dt or e v e a lt h ev u l n e r a b i l i t yo f c a r b o ns t o r a g e.R e s u l t s(1)F r o m2 0 0 5t o2 0 2 0,t h et o t a l c a r b o ns t o r a g e i nWu h a nu r b a nc i r c l ef i r s t d e c r e a s e da n d t h e n i n c r e a s e d,s h o w i n ga t r e n do f l o wi n t h em i d d
12、 l e a n dw e s t a n dh i g h i n t h en o r t ha n ds o u t h i n t e r m so f s p a t i a l d i s t r i b u t i o n,w i t h l a r g ed i f f e r e n c e sb e t w e e nc i t i e s.(2)T h e t o p o g r a p h i cp o s i t i o no fWu h a nu r b a nc i r c l e i sg e n e r a l l yl o wi nt h ec e n t
13、r a la n dw e s t e r nr e g i o n sa n dh i g hi nt h en o r t ha n ds o u t h,w i t ht h e l a r g e s tp r o p o r t i o no f l e v e l 1.F r o mt h e s p a t i a l a u t o c o r r e l a t i o na n a l y s i s,i t c a nb e s e e nt h a t t h e r e i s as i g n i f i c a n tp o s i t i v es p a t
14、i a l c o r r e l a t i o nb e t w e e nr e g i o n a l t o p o g r a p h i c a lp o s i t i o na n dc a r b o nd e n s i t y.(3)T h ec o n v e r s i o no f c u l t i v a t e d l a n dt oc o n s t r u c t i o nl a n d i s t h em a i nr e a s o nf o r t h e l o s so f r e g i o n a l c a r b o ns t o
15、 r a g e,r e s u l t i n g i nac a r b o n l o s so f u p t o7.0 6 8T g,w h i l e t h e c o n v e r s i o no f c u l t i v a t e d l a n d t o f o r e s t l a n d i s t h em a i nr e a s o nf o r t h e i n c r e a s eo f r e g i o n a l c a r b o ns t o r a g e,e x p a n d i n gt h er e g i o n a l
16、c a r b o np o o lb y7.6 2T g.A s f a ra st h ev u l n e r a b i l i t ya s s e s s m e n to f c a r b o ns t o r a g ew a sc o n c e r n e d,f r o mt h ep e r s p e c t i v eo f t h eu r b a nc i r c l ea saw h o l e,t h eP I i n d i c e sf r o m2 0 0 5t o2 0 2 0w e r ea l ln e g a t i v e,i n d i
17、c a t i n gt h a tr e g i o n a l l a n du s ec o u l dh a v ean e g a t i v ep o t e n t i a l i m p a c to nc a r b o ns t o r a g e.C o n c l u s i o nT h ec a r b o ns t o r a g ei n Wu h a nu r b a nc i r c l eh a sg e n e r a l l yd e c r e a s e da n dt h e r ea r es i g n i f i c a n td i f
18、f e r e n c e sa m o n gi n t e r n a lc i t i e s.T h et o p o g r a p h i cp o s i t i o ni ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hc a r b o nd e n s i t y,a n dt h ev u l n e r a b i l i t yo f c a r b o ns t o r a g e i sh i g hd u et ol a n du s ec h a n g e.K e
19、y w o r d s:Wu h a nu r b a nc i r c l e;c a r b o ns t o r a g e;t e r r a i ng r a d i e n t;l a n du s ec h a n g e;v u l n e r a b i l i t y 全球气候变暖是全人类面临的最大挑战之一1。I P C C第五次评估报告指出,自1 8 8 02 0 1 2年以来,全球地表平均气温已上升0.6 51.0 6,而人类活动造成的C O2排放是最重要的因素之一。气候变暖对人类社会发展和资源环境造成了严重的负面影响2。从屡创新高的极端气温,到澳大利亚绵延的森林大火,
20、人类正遭受着全球变暖带来的灾害。相关研究指出,如若气候变暖以现有趋势继续发展,极端天气和气候灾难将更加频繁,致命传染病也会全球蔓延3。因此,如何减缓气候变暖,减少C O2排放、提升固碳能力,走可持续发展之路,成为各国学者研究的难点4。作为负责任的大国,中国政府在第七十五届联合国大会一般性辩论上庄严承诺“二氧化碳排放力争于2 0 3 0年前达到峰值,努力争取2 0 6 0年前实现碳中和”5。联合国的千年生态系统评估报告指出,陆地生态系统因地表分布的大量固碳单元在吸收C O2,调节气候变化方面起着关键作用6。提高陆地生态系统碳储量能有效减少C O2含量,是减缓温室效应最经济可行且对环境友好的途径之
21、一7。梳理国内外相关研究可发现,学者们大致从碳储量的估算方法、影响因素和模拟预测这3个方面来开展的。碳储量估算方法主要包括样地清查、模型分析以及遥感估算法8。在科技尚未成熟时,样地清查法采用较多,如通过土壤剖面取样分析等研究土壤和植被碳密度,但由于采样周期长和工作繁琐等缺点,不适用于大尺度范围的研究9。随着科技的进步,模型分析及遥感技术的方法逐渐成为估算碳储量的主流1 0-1 1。随着国内外学者对碳储量的研究愈发深入,影响碳储量的因素也逐渐明晰。土地利用变化是引起碳储量改变的主要因素,已成为学者们的普遍共识1 2-1 3。碳储量的预测即是在此基础上,模拟多情景土地利用变化下的碳储量演变特征1
22、4。但目前的研究大多集中于流域1 5、湿地1 6、海岸带等1 7重要生态保护区或生态脆弱区,有关城市群的相对较少,而城市群既是国家经济发展的重要推动力,又是新型城镇化的核心区,需格外注重对生态系统的保护。地形因子作为地表能量转换与物质迁移的重要驱动力,对碳储量的时空分异有着重要影响1 8,但鲜有学者关注碳储量的地形梯度效应。李妙宇等以黄土高原地区为例,基于路径分析方法发现海拔是影响区域碳储量空间格局的主要因素之一1 9;徐彩仙等研究甘肃白龙江流域碳储量服务的地形梯度特征,发现区域碳储量随着坡度的增加而增加2 0。这些研究在一定程度上揭示了碳储量与区域地形之间的相关性,但并未深入研究两者的空间关
23、联关系。此外,I P C C,G L P和U N E P等组织基于全球气候变化视角开展了一系列土地生态耦合系统的脆弱性研究2 1-2 3。而国内学者专注于土地利用变化下的农户的脆弱性,较少涉及生态系统服务的脆弱性分析2 4。牛志君等基于巨鹿县2 0 0 02 0 1 5年土地利用数据和碳密度数据,发现研究期内区域碳储量随着土地利用强度的增加而增加2 5;向书江等采用潜在影响指数评估重庆主城区2 0年间的碳储量脆弱性,发现土地利用强度对碳储量均表现为负面潜在影响2 6。这些研究为碳储量服务的脆弱性评估打下了坚实的基础,但未对多尺度下的碳储量脆弱性开展评价。武汉城市圈作为长江中游城市群的核心之一,
24、2 0 2 1年经济总量跨越3万亿元,为全国省域城市圈第一,经济发展势头强劲,资源环境约束愈发凸显,或对碳储量的维持产生负向影响。同时该区域兼有平原丘陵山地湖泊,较宜进行地形梯度研究。鉴于此,本文选择武汉城市圈为研究对象,基于2 0 0 52 0 2 0年四期土地利用数据,采用I n V E S T模型借助G I S平台评估区域碳储量的时空分异特征,并基于D EM数据运用地形位指数探讨碳储量的地形梯度效应,再利用潜在影响指数揭示多尺度下的碳储量脆弱性,以期为区域国土空间规划和生态系统的可持续发展提供一定借鉴。444 水 土 保 持 研 究 第3 0卷1 研究区概况与数据来源1.1 研究区概况武
25、汉城市圈地处1 1 2 3 0 1 1 6 0 7 E,2 9 0 5 3 1 5 1 N,中国中部,长江中游、湖北省东部,以武汉为中心,黄石为副中心,涵盖鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、潜江和天门等9个城市(图1)。属典型的亚热带季风性湿润气候,冬冷夏热四季分明,降雨充沛光照充足,水热条件匹配较好。地势大致呈现三面环山,向西开口的特征,北依桐柏山和大别山,南接幕阜山脉,中部和西部为江汉平原以及低山丘陵,水网密布湖泊众多。交通区位优越,武汉市素有“九省通衢”的美誉,是我国内陆最大的水陆空综合交通枢纽。城市圈内部正积极构建“1+8”的1h交通联系网络,极大地促进了城市间的互融互通。2 0 1 5年
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