城市擴張與耕地保護耦合對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響
——以湖北省為例

柯新利,唐蘭萍

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院,武漢 430070

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量是全球碳儲量的重要組成部分之一,對減緩全球氣候變化具有至關(guān)重要的作用[1]。土地利用變化會影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,引起植被和土壤的改變,而植被、土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的主要形式[2-3],不同土地利用類型的碳密度存在顯著差異[4-5],因此土地利用變化是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化的主要驅(qū)動因子[6-12]。在城市化迅速發(fā)展的時代背景下,我國的土地利用方式、土地覆被類型不斷發(fā)生變化,城市擴張導(dǎo)致大量碳密度較高的林地、草地、耕地等轉(zhuǎn)化為碳密度較低的城市建設(shè)用地,從而使得陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)凈減少趨勢[13-14]。

城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響是當前土地利用變化與全球變化研究的熱點問題[15- 24]。國內(nèi)外大量研究已經(jīng)證明城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量具有重要影響[15- 20]。同時,近幾年研究發(fā)現(xiàn)城市擴張是導(dǎo)致區(qū)域碳儲量減少的重要原因[21- 24],對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成了嚴重影響。這些研究關(guān)注的主要是城市擴張本身對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。

為保障國家糧食安全,我國實行了世界上最嚴格的耕地保護政策[25- 28]。在此背景下,城市擴張與耕地保護兩者的耦合會加劇生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的流失。城市擴張與耕地保護耦合包括兩個連鎖過程：①城市擴張侵占大量的耕地、林地、濕地、草地等；②城市擴張造成的耕地流失對糧食安全產(chǎn)生威脅[29-30],為保障糧食安全,我國實行了最嚴格的耕地保護政策,這些政策要求開墾新的耕地以補充城市擴張過程中流失的耕地。而新開墾的耕地大多來源于林地、草地、濕地等生態(tài)服務(wù)功能較強的土地[31-32]。所以,除了城市擴張直接對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響之外,城市擴張通過耕地保護的傳導(dǎo)作用會導(dǎo)致對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的間接影響。因此,我國城市擴張與嚴格耕地保護政策耦合加劇了對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。已有的大量研究僅僅關(guān)注城市擴張本身對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的直接影響或者僅僅關(guān)注城市擴張對耕地流失和糧食安全的威脅,忽略了城市擴張與耕地保護耦合下耕地補充過程對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的間接影響,未能形成城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量影響的全面認識。

本文依托湖北省土地利用數(shù)據(jù)以及碳密度數(shù)據(jù),采用InVEST模型碳儲量測算模塊,測算2000—2015年湖北省城市擴張通過直接占用耕地、林地、濕地、草地等對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響以及為執(zhí)行嚴格的耕地保護政策補充新的耕地對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的間接影響,以揭示城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響,為科學(xué)認識城市擴張、耕地保護和生態(tài)保育的關(guān)系提供新的視角。

1 研究區(qū)域

湖北省位于我國中部(29°05′—33°20′N,108°21′—116°07′E),地處亞熱帶與暖溫帶銜接地帶的氣候區(qū)[33],是對全球氣候變化反應(yīng)最為敏感的區(qū)域之一[34]。全省大部分為亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候,光能充足,熱量豐富,無霜期長,降水充沛,雨熱同季。全省年平均氣溫15—17℃,各地年平均降水量在800—1600 mm之間。湖北省土壤類型復(fù)雜多樣,水稻土、潮土、黃棕壤等8個土類占全省總耕地面積的98.65%。植被主要為亞熱帶常綠闊葉林、亞熱帶常綠、落葉闊葉混交林、亞熱帶竹林、亞熱帶針葉林等植被類型[35-37]。

湖北省總面積為1.86×105km2,主要地類是林地與耕地,其中林地5.86×104km2、耕地3.90×104km2,湖泊總面積0.30×104km2[38]。湖北省東、西、北三面環(huán)山,主要為林地；中間低平,主要為耕地、濕地、建設(shè)用地、河流(圖1)。湖北省城市擴張迅速：根據(jù)中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心的土地利用數(shù)據(jù)(http://www.resdc.cn/),2000—2015年湖北省城市建設(shè)面積由1.49×103km2擴張到4.52×103km2,新增數(shù)量達到3.03×103km2。

圖1 2015年湖北省土地利用圖Fig.1 Land use map of Hubei Province in 2015

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 研究技術(shù)路線

本文以湖北省土地利用數(shù)據(jù)、碳密度數(shù)據(jù)為依托,分別求取城市擴張直接作用及其通過耕地保護傳導(dǎo)作用兩個連鎖過程對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響,最終得到城市擴張和耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響(圖2)。

圖2 研究技術(shù)路線Fig.2 Research technical route

首先,依托湖北省2000年和2015年土地利用數(shù)據(jù),采用GIS空間分析方法提取湖北省城市擴張對耕地、林地、草地等擠占的空間格局,據(jù)此測算得到城市擴張直接導(dǎo)致的生態(tài)用地流失；在此基礎(chǔ)上,結(jié)合各地類的碳密度數(shù)據(jù),采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和交易的綜合評估模型InVEST模型 (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs),定量評估城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的直接影響。采用同樣的方法,從2000年和2015年土地利用數(shù)據(jù)中提取湖北省耕地對林地、草地、濕地等擠占的空間格局,再將形成的空間格局與2000年湖北省土地利用圖進行疊加分析得到城市擴張通過耕地保護間接引起的土地利用變化空間格局,結(jié)合各地類的碳密度數(shù)據(jù),使用InVEST模型定量評估城市擴張通過耕地保護的傳導(dǎo)作用引起的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的變化。最后,基于上述結(jié)果,測算得到城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響,剖析城市擴張的直接影響和耕地補充的間接影響對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化的貢獻。

2.1.2 InVEST模型

InVEST模型是由美國斯坦福大學(xué)、世界自然基金會和大自然保護協(xié)會聯(lián)合開發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)工具[39]。InVEST模型克服了傳統(tǒng)碳儲量估算研究方法的測算結(jié)果呈靜態(tài)、成本高、所需數(shù)據(jù)繁多等缺點,其具有使用簡單、參數(shù)靈活、評估結(jié)果的空間可視化等優(yōu)點,在城市擴張對碳儲量影響評估方面得到了廣泛的應(yīng)用[39-42]。本文運用InVEST碳儲量評估模型對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量進行評估。InVEST碳儲量模型中考慮了4種類型的碳庫：地上生物碳庫、地下生物碳庫、死亡有機質(zhì)碳庫、土壤有機質(zhì)碳庫。地上生物碳庫包括地表以上所有活的植被的碳儲量；地下生物碳庫包括植物活的根系系統(tǒng)的碳儲量；死亡有機質(zhì)碳庫包括枯立木、凋落物和倒木中的碳儲量；土壤碳庫包括土壤有機碳和礦質(zhì)土壤有機碳形成的碳儲量[35]。

InVEST碳儲量評估模型以土地利用類型為評估單元,利用區(qū)域土地利用/覆被信息、碳密度數(shù)據(jù),通過柵格疊加評估陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量。

首先,各地類碳密度計算公式如下：

Ci=Ci_above+Ci_below+Ci_dead+Ci_soil

(1)

式中,Ci為第i種地類的碳密度；Ci_above為第i種地類地上生物的碳密度；Ci_below為第i種地類地下生物的碳密度；Ci_dead為第i種地類的死亡有機質(zhì)碳密度；Ci_soil為第i種地類的土壤有機質(zhì)碳密度。

然后,基于各地類的碳密度和土地利用數(shù)據(jù),計算生態(tài)系統(tǒng)碳儲量：

Ci_total=Ci×Ai

(2)

式中,Ci_total為區(qū)域內(nèi)第i種地類總的碳儲量；Ci為第i種地類的碳密度；Ai為第i種地類的面積。

最后,將各地類的碳儲量加總,得到區(qū)域內(nèi)總的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文利用的數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)集和各種土地利用類型的碳密度數(shù)據(jù)。

2.2.1 土地利用數(shù)據(jù)

本文采用的土地利用數(shù)據(jù)包括湖北省2000年、2015年2期的土地利用數(shù)據(jù),該土地利用數(shù)據(jù)集來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心的土地利用數(shù)據(jù)庫(http://www.resdc.cn/),該數(shù)據(jù)庫由Landsat TM/ETM影像解譯得到,空間分辨率為30 m×30 m。該土地利用數(shù)據(jù)集將區(qū)域土地利用類型分為6大類25小類[42]。本文根據(jù)研究需要,對原始數(shù)據(jù)的25小類進行合并,得到耕地、林地、草地、河流、濕地、城市建設(shè)用地、農(nóng)村建設(shè)用地、未利用地8類用地類型：(1)耕地(水田、旱地等)；(2)林地(包括有林地、灌木林、疏林地及其他林地等);(3)草地(灌叢草地、稀疏草地等);(4)河流(天然形成或人工開挖的河流及主干渠常年水位以下的土地等)；(5)濕地(湖泊、水庫坑塘、灘涂、灘地等)；(6)城市建設(shè)用地(大、中、小城市及縣鎮(zhèn)以上建成區(qū)用地、其他建設(shè)用地等);(7)農(nóng)村建設(shè)用地(農(nóng)村居民住宅用地、農(nóng)村公共設(shè)施用地等)；(8)未利用地(沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖石礫地等)。

2.2.2 碳密度數(shù)據(jù)

碳密度數(shù)據(jù)是根據(jù)不同地類的植被覆蓋狀況與植被碳密度、土壤碳密度獲得。本文碳密度數(shù)據(jù)通過已經(jīng)公開發(fā)表的文獻[5,43-60],并且結(jié)合湖北省實際修正獲得。Chuai等[5]研究表明,湖北省耕地、林地、草地的碳密度分別為105.30、139.10、120.90 t/hm2；劉剛和陳利[44]、田應(yīng)兵[45]、邰繼承等[46]的研究顯示,湖北省濕地碳密度為140.68 t/hm2；奚小環(huán)等[47]的研究指出,湖北省建設(shè)用地土壤有機質(zhì)碳密度為34.33 t/hm2、未利用地土壤有機碳密度為34.42 t/hm2；Zhang等[18]的研究則認為,河流的碳密度可以忽略不計。根據(jù)以往研究中對各地類的植被碳密度(包括地上生物量、地下生物量碳密度)、土壤有機質(zhì)、死亡有機質(zhì)的碳密度數(shù)據(jù)以及這4類碳庫生物量的比值—碳轉(zhuǎn)換率等研究結(jié)果[5,43-56],換算出各種地類的碳密度(表1)。

(1)濕地：總碳密度=植被碳密度(7%)+土壤有機質(zhì)碳密度(90%)+死亡有機質(zhì)碳密度(3%)；其中植被碳密度：地下生物量/地上生物量=1.8;

(2)城市建設(shè)用地、農(nóng)村建設(shè)用地：總碳密度=植被碳密度(21%)+土壤有機質(zhì)碳密度(79%)；其中植被碳密度：地下生物量/地上生物量=0.2;

(3)其他土地類型：總碳密度=植被碳密度(26%)+土壤有機質(zhì)碳密度(72%)+死亡有機質(zhì)碳密度(2%)；(其中耕地、林地、草地、未利用地植被碳密度：地下生物量/地上生物量的值分別為0.66、0.2、1.20、0.2)。

表1 湖北省各土地類型碳密度/(t/hm2)

為闡明數(shù)據(jù)資料的適用性,本文對文獻使用的方法進行列表比較,如表2所示,各文獻使用的方法以及數(shù)據(jù)來源具有一定可靠性和科學(xué)性。

3 研究結(jié)果

3.1 城市擴張對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響

采用GIS空間分析方法得到2000—2015年湖北省城市建設(shè)用地對生態(tài)用地擠占的空間格局(圖3)?？傮w而言,湖北省中部、東部地區(qū)耕地被侵占比例較高。省會城市武漢市城市用地規(guī)模擴張最明顯,城市用地對耕地的侵占也是湖北省最嚴重的。其次是武漢市周邊的黃岡市、孝感市。而位于湖北省西部的十堰市、宜昌市、恩施市等地區(qū),耕地被侵占的比例相對較低,城市建設(shè)用地主要侵占的是林地、草地等生態(tài)用地。城市擴張所導(dǎo)致的耕地減少的總量與比例在湖北省不同區(qū)域表現(xiàn)出顯著的空間差異,主要因為湖北省各個地區(qū)的耕地資源稟賦、經(jīng)濟發(fā)展水平、城市擴張等存在區(qū)域差異。

結(jié)果顯示：2000—2015年,湖北省城市用地擴張規(guī)模達到3.23×103km2；湖北省城市用地擴張以占用耕地為主,占用耕地面積達2.18×103km2,達到新增城市用地的67%；林地也是城市擴張擠占的重要對象,流失面積為0.68×103km2,達到新增城市用地的21%。可見,城市擴張的過程中,碳密度較高的林地、耕地等轉(zhuǎn)化為碳密度較低的城市建設(shè)用地,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少。

表2 碳密度文獻匯總

圖3 湖北省新增城市建設(shè)用地Fig.3 New urban land in Hubei Province

采用InVEST模型定量評估湖北省城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的直接影響(圖4)。結(jié)果表明：湖北省城市擴張通過直接擠占耕地、林地等生態(tài)用地導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少了28.36 Tg。城市擴張導(dǎo)致湖北省各區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量都呈現(xiàn)減少趨勢。省會城市武漢市生態(tài)系統(tǒng)碳儲量損失最嚴重,其次是黃岡市、宜昌市,這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快、城市擴張明顯；生態(tài)系統(tǒng)碳儲量流失較為嚴重的地區(qū)還包括湖北省西部的十堰市、襄陽市、隨州市等地區(qū)。

圖4 湖北省城市擴張作用下的碳儲量變化圖Fig.4 Change of carbon storage caused by urban expansion in Hubei Province

3.2 耕地保護對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響

運用GIS空間分析方法得到2000—2015年湖北省城市擴張通過耕地補充對生態(tài)用地擠占的空間格局(圖5)。湖北省西部地區(qū)的新增耕地數(shù)量最多,如十堰市、襄陽市、宜昌市、恩施市。由于該區(qū)域林地較多,因此新增耕地以侵占林地為主。而中部地區(qū)地勢低平,屬于平原地帶,濕地、河流較為集中,耕地補充以侵占濕地為主。東部地區(qū)耕地補充以侵占林地和濕地為主,但耕地補充數(shù)量不及西部地區(qū)。可見,耕地補充對其他生態(tài)用地的侵占受區(qū)域土地資源稟賦影響較大,存在明顯的區(qū)域差異。

結(jié)果顯示：湖北省耕地補充數(shù)量達到4.04×103km2,以占用林地為主,占用林地面積達2.57×103km2,占耕地補充面積的64%；濕地也是耕地擠占的重要對象,同期湖北省耕地補充造成的濕地流失達0.61×103km2,占耕地補充面積的15%?？梢?耕地補充過程中,主要是碳密度較高的林地和濕地被耕地擠占,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少。

圖5 湖北省新增耕地Fig.5 New cropland in Hubei Province

圖6 湖北省耕地保護傳導(dǎo)作用下的碳儲量變化圖Fig.6 Change of carbon storage caused by cropland protection in Hubei Province

采用InVEST模型定量評估湖北省城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響(圖6)。結(jié)果表明：湖北省城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少了12.54 Tg,除中部地區(qū)的碳儲量呈增加趨勢外,其他地區(qū)碳儲量均呈減少趨勢。耕地保護導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少的區(qū)域主要集中在林地、草地較多的西部、北部地區(qū),如十堰市、恩施市、宜昌市、襄陽市。這些地區(qū)的耕地補充往往通過擠占林地、草地來實現(xiàn)。經(jīng)濟比較發(fā)達的武漢市及其周邊城市,耕地補充以擠占濕地、林地為主。同時,生態(tài)系統(tǒng)碳儲量增加的區(qū)域主要集中在湖北省中部的城市,主要原因是由于該區(qū)域的耕地補充主要由未利用地開發(fā)而來,而未利用地的碳密度比耕地的碳密度低。因此,湖北省中部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)增加趨勢。但是與碳儲量損失的數(shù)量相比,碳儲量增加的數(shù)量較小,所以總體上補充耕地導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)減少趨勢?？梢?城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用對碳儲量影響不容忽視。

3.3 城市擴張與耕地保護耦合對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響

2000年到2015年湖北省城市擴張直接導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少28.36 Tg,城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用導(dǎo)致碳儲量減少12.54 Tg。因此,城市擴張與耕地保護耦合導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量共減少40.90 Tg。此外,城市擴張與耕地保護耦合對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響存在區(qū)域差異性(圖7)。在城市擴張與耕地保護耦合下,生態(tài)系統(tǒng)碳儲量損失最嚴重的地區(qū)是武漢市,主要原因是武漢市城市擴張幅度最大,耕地保護也較為嚴格。其次是位于湖北省西部的十堰市、宜昌市、襄陽市等,主要原因是該區(qū)域林地較為集中,城市擴張和耕地補充均以擠占林地為主。位于湖北省中部、東部的小城市以及西部受保護的神農(nóng)架林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化較小,主要原因是這些區(qū)域城市擴張幅度較小、耕地補充數(shù)量不多并且補充耕地以侵占碳密度較低的地類為主。結(jié)果表明：城市擴張導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量損失十分明顯,而城市擴張與耕地保護耦合導(dǎo)致碳儲量的損失也不容忽視。目前大多數(shù)研究只是評估了城市擴張本身對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的直接影響,忽略了城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的間接影響,本文研究結(jié)果顯示,耕地保護傳導(dǎo)作用導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少12.54 Tg,占城市擴張與耕地保護耦合作用導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少量的31%。

圖7 湖北省城市擴張與耕地保護耦合下的碳儲量變化圖Fig.7 Change of carbon storage caused by the impacts of cascading processes of urban expansion and cropland reclamation in Hubei Province

4 結(jié)論與討論

在研究城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響時,既要評估城市擴張本身對碳儲量的直接影響,又不能忽視城市擴張通過耕地保護的傳導(dǎo)作用對碳儲量的間接影響。不同于以往大多數(shù)研究只是評估了城市擴張對碳儲量的直接影響,本文還考慮了城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的間接影響,評估了城市擴張過程中嚴格耕地保護政策的執(zhí)行對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量流失的影響程度,揭示了城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量影響被低估的事實。彌補了以往研究的不足,為全面認識嚴格耕地保護政策背景下城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響提供借鑒。本文的主要結(jié)論有：

(1)城市擴張與耕地保護耦合是導(dǎo)致碳儲量減少的主要原因之一

隨著我國城市化的快速發(fā)展,城市擴張不斷推進,導(dǎo)致耕地面積大量減少,林地、草地、濕地等生態(tài)用地也被侵占。而在我國嚴格的耕地保護政策背景下,為補充被城市擴張擠占的耕地,林地、草地等其他生態(tài)用地又進一步被耕地補充侵占,城市擴張通過耕地補充對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生次生影響。湖北省的研究表明,城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)用地的擠占往往造成較高碳密度的地類轉(zhuǎn)化成較低碳密度的地類,從而導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少。通過InVEST模型測算得到2000年至2015年湖北省陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少總量為94.74 Tg，其中城市擴張與耕地保護耦合導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少40.90 Tg,為湖北省陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少總量的43%，對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量造成了重要的影響[61],是導(dǎo)致碳儲量降低的重要原因[20,62]。

(2)城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用會對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量產(chǎn)生間接影響

由于我國實行最嚴格的耕地保護政策,城市擴張對土地利用變化的影響包括兩個過程：城市擴張的直接影響和耕地補充的間接影響。第一個過程主要是碳密度較高的耕地、林地、草地、濕地等轉(zhuǎn)化成碳密度較低的城市建設(shè)用地,導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少,是城市擴張本身對碳儲量產(chǎn)生的直接影響；第二個過程主要是林地、濕地、草地等具有較高碳密度的地類轉(zhuǎn)化成碳密度較低的耕地,導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少,是城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用對碳儲量產(chǎn)生的間接影響。本研究證實了城市擴張通過耕地保護傳導(dǎo)作用會對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量產(chǎn)生間接影響。

(3)忽略耕地保護的間接影響會導(dǎo)致城市擴張對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響被嚴重低估

2000—2015年,湖北省城市擴張導(dǎo)致陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少了40.90 Tg,其中城市擴張本身導(dǎo)致碳儲量減少了28.36 Tg,是碳儲量減少量的69%；城市擴張通過耕地保護的傳導(dǎo)作用間接導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)碳儲量減少了12.54 Tg,是碳儲量減少量的31%,忽略耕地保護對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響會導(dǎo)致城市擴張對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量影響被嚴重低估。

(4)城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響存在顯著的區(qū)域差異

由于湖北省各個地區(qū)土地資源稟賦、經(jīng)濟發(fā)展水平、城市擴張等的區(qū)域差異,各地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲量受城市擴張與耕地保護耦合的影響存在一定的差異性。湖北省的研究顯示,城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量影響比較嚴重的區(qū)域主要集中在經(jīng)濟較為發(fā)達的武漢市及其周邊地區(qū),以及林地等生態(tài)用地較為豐富且承擔較多耕地補充任務(wù)的鄂西地區(qū)。而位于江漢平原的地區(qū),則由于城市擴張幅度較小、耕地補充數(shù)量較少并且補充耕地以侵占碳密度較低的地類為主等原因,城市擴張與耕地保護耦合對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響并不明顯。

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用,而土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量產(chǎn)生重要影響已經(jīng)形成了共識[20,62-65]。本文主要從城市擴張與耕地保護耦合的角度討論了土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響,采用InVEST模型并參考已發(fā)表文獻的碳密度數(shù)據(jù)對湖北省生態(tài)系統(tǒng)碳儲量進行了近似的估算。實際上,生態(tài)系統(tǒng)碳儲量受環(huán)境水熱狀況、人類活動、植被生長情況等多方面因素的影響,較為復(fù)雜。本文采用的生態(tài)系統(tǒng)碳儲量評估方法無法考慮所有影響因素,因而無法實現(xiàn)精確評估,僅能揭示趨勢性的規(guī)律。