粵港澳大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量時(shí)空演變

吳雋宇 張一蕾 江偉康

1 研究背景與現(xiàn)狀

氣候變化是當(dāng)前全球面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一，如何緩減氣候變化對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的影響受到全球各國(guó)政府和人民的高度重視?！毒┒甲h定書》《巴黎協(xié)定》和《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》一系列具有明確目標(biāo)和高度約束力的國(guó)際協(xié)議，敦促世界各國(guó)通過(guò)切實(shí)行動(dòng)降低溫室氣體排放和提升碳固持能力，減緩全球升溫速率[1]848。據(jù)全球二氧化碳濃度最新的測(cè)定數(shù)據(jù)顯示，2019年5月地球大氣層中的二氧化碳濃度已經(jīng)達(dá)到415 ppm，成為1 400萬(wàn)年以來(lái)的峰值[2]。2019年11月中國(guó)科學(xué)院發(fā)布《應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告2019：防范氣候風(fēng)險(xiǎn)》，報(bào)告中指出中國(guó)是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)之一，20世紀(jì)中葉以來(lái)，中國(guó)升溫速率明顯高于全球同期水平[3]。二氧化碳濃度不斷上升帶來(lái)的全球溫室效應(yīng)將會(huì)導(dǎo)致極端氣候?yàn)?zāi)害的頻發(fā)，生態(tài)系統(tǒng)的固碳與碳儲(chǔ)存能力對(duì)區(qū)域氣候的變化、全球變暖的緩解有重要意義，因此對(duì)碳儲(chǔ)量及其變化、如何提高陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的研究成為近年來(lái)全球陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和應(yīng)對(duì)氣候變化的重要課題。

研究陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量及其變化是目前全球氣候變化研究的重點(diǎn)之一，而土地利用類型的變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的關(guān)鍵因素。自20世紀(jì)50年代起，國(guó)際上已有學(xué)者開(kāi)始對(duì)全球碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算?？茖W(xué)家們通過(guò)實(shí)地觀測(cè)、控制實(shí)驗(yàn)、模型模擬以及整合分析與數(shù)據(jù)挖掘等手段在全球范圍內(nèi)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存開(kāi)展了大量的研究[4]。同時(shí)，新的方法和技術(shù)手段為生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存的動(dòng)態(tài)研究提供了可能[5]?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)外對(duì)碳儲(chǔ)量的研究主要集中在3個(gè)方面：碳儲(chǔ)量的估算及其方法研究、碳儲(chǔ)量影響因素研究以及碳匯價(jià)值研究[6]4-5。國(guó)內(nèi)關(guān)于碳儲(chǔ)量的研究起步相對(duì)較晚。20世紀(jì)90年代開(kāi)始，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注土地利用和覆被變化對(duì)土壤碳庫(kù)和碳循環(huán)的影響。樸世龍等通過(guò)地面清查結(jié)合遙感數(shù)據(jù)、生物地球化學(xué)模型和大氣反演模型，定量描述了中國(guó)的碳收支及其變化機(jī)理，研究結(jié)果顯示中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的空間分布并不均勻，主要位于中國(guó)南部[7]；張亮等基于廣東省2007年森林資源數(shù)據(jù)，采用材積源生物量法，研究廣東省森林植被碳儲(chǔ)量空間分布格局，認(rèn)為廣東省森林植被碳儲(chǔ)量在不同經(jīng)濟(jì)區(qū)和流域空間分布格局嚴(yán)重不均[8]；朱鑫通過(guò)開(kāi)展珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查獲得土壤全碳及有機(jī)碳數(shù)據(jù)，采用“單位土壤碳量”方法計(jì)算土壤碳儲(chǔ)量，研究了珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)土壤有機(jī)碳總體分布，并通過(guò)與其他地區(qū)進(jìn)行對(duì)比得出珠江三角洲土壤碳密度水平較低[9]。隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，ArcGIS技 術(shù) 與InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）模型的出現(xiàn)為研究大尺度區(qū)域的碳儲(chǔ)存時(shí)空演變提供了支撐。韓依紋等以韓國(guó)首爾市為例，基于2005年和2015年首爾市的生境數(shù)據(jù)，運(yùn)用InVEST模型對(duì)碳儲(chǔ)量進(jìn)行估算，將綠地的碳儲(chǔ)存定量可視化，探索城市中各種綠地類型的碳儲(chǔ)存能力和空間分布特點(diǎn)[10]。吳佩君等基于InVEST模型探索了廣東省1980—2010年陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量變化及城市擴(kuò)張對(duì)碳儲(chǔ)量的影響，結(jié)果表明城市擴(kuò)張對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力不斷加劇，其中珠江三角洲城市擴(kuò)張導(dǎo)致的碳儲(chǔ)量減少占廣東省城市擴(kuò)張所致的碳儲(chǔ)減少總量的80%以上[11]27。可見(jiàn)，城市化及其引起的土地覆被變化對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存服務(wù)的動(dòng)態(tài)進(jìn)展具有重要的影響，對(duì)區(qū)域不同土地類型的碳儲(chǔ)存研究將有利于土地利用空間格局的優(yōu)化和管理機(jī)制的完善。在研究方法上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用量化模型的方法探究土地利用變化對(duì)碳循環(huán)的影響，不同學(xué)者曾先后使用過(guò)“薄記”模型、CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型和InVEST模型進(jìn)行研究?！氨∮洝蹦Ｐ蛷淖钤绲男〕叨妊芯客卣沟絽^(qū)域尺度上的應(yīng)用；CASA模型則被廣泛應(yīng)用于植被凈初級(jí)生產(chǎn)力和碳循環(huán)的研究；而由美國(guó)斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)（The Nature Conservancy，簡(jiǎn)稱TNC）與世界自然基金會(huì)（World Wide Fund for Nature，簡(jiǎn)稱WWF）共同開(kāi)發(fā)的InVEST模型不但能量化評(píng)估區(qū)域碳儲(chǔ)存量及其變化趨勢(shì)，還能全面評(píng)估其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量，有助于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合評(píng)估，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

中國(guó)是全球最大的發(fā)展中國(guó)家，粵港澳大灣區(qū)作為中國(guó)開(kāi)放程度最高、經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)、人口最密集的區(qū)域之一，近年來(lái)經(jīng)歷了快速的城市擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，取得了顯著的績(jī)效。然而經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不可避免地帶來(lái)碳排放增加的環(huán)境問(wèn)題，由于發(fā)展所需，能源消耗和溫室氣體排放量在短期內(nèi)增加的趨勢(shì)將難以改變[1]849，粵港澳大灣區(qū)又是中國(guó)經(jīng)濟(jì)活力最高的區(qū)域之一，在未來(lái)的氣候變化會(huì)議中將會(huì)面臨國(guó)際社會(huì)對(duì)中國(guó)溫室氣體限排、減排的巨大壓力?！毒┒甲h定書》中規(guī)定：世界各國(guó)可以通過(guò)增加陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量來(lái)抵消經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的碳排放量。2019年發(fā)布的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》將“綠色發(fā)展，保護(hù)生態(tài)”確定為大灣區(qū)合作六項(xiàng)基本原則之一，在此背景下大灣區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)面臨著巨大挑戰(zhàn)，因此對(duì)大灣區(qū)碳儲(chǔ)量的深入研究意義重大且十分迫切。

盡管通過(guò)模型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳儲(chǔ)量模擬計(jì)算的研究文章已有不少，但多數(shù)研究只針對(duì)碳儲(chǔ)量的計(jì)算結(jié)果及時(shí)空分布進(jìn)行了總結(jié)討論，僅停留在現(xiàn)象分析層面，未針對(duì)具體研究區(qū)域進(jìn)一步探討生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳儲(chǔ)量變化與人為要素、工程措施、政策管理的相互作用影響及成因分析。鑒于此，筆者通過(guò)ArcGIS軟件和InVEST模型相結(jié)合，基于粵港澳大灣區(qū)2005、2010、2015、2018年4期的土地利用變化數(shù)據(jù)評(píng)估各期大灣區(qū)碳儲(chǔ)量的空間分布情況，探究2005—2018年大灣區(qū)碳儲(chǔ)量的時(shí)空演變規(guī)律，綜合評(píng)價(jià)大灣區(qū)不同土地利用類型及不同城市間的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力水平，結(jié)合區(qū)域相關(guān)生態(tài)工程探究，對(duì)變化趨勢(shì)的影響效應(yīng)進(jìn)行了歸因分析，最終提出研究區(qū)未來(lái)土地利用規(guī)劃及區(qū)域提升碳儲(chǔ)量建議，為未來(lái)區(qū)域土地利用管理的良性發(fā)展及相關(guān)生態(tài)工程的效應(yīng)拓展提供切實(shí)的參考依據(jù)。

2 研究地區(qū)與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

粵港澳大灣區(qū)是由廣東省廣州、深圳、珠海、佛山、惠州、東莞、中山、江門、肇慶9個(gè)珠三角城市和香港、澳門2個(gè)特別行政區(qū)組成的世界級(jí)城市群，位于中國(guó)東南沿海，總面積為5.6萬(wàn) km2，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。作為“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略建設(shè)的重要支撐，粵港澳大灣區(qū)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)頭羊，2018年末區(qū)域人口超過(guò)7 000萬(wàn)（表1），區(qū)域生產(chǎn)總值為10.867萬(wàn)億元，達(dá)到了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的12.07%，人均生產(chǎn)總值為156 203元，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)的區(qū)域之一?；浉郯拇鬄硡^(qū)作為全球第四大灣區(qū)，與美國(guó)紐約灣區(qū)、美國(guó)舊金山灣區(qū)、日本東京灣區(qū)相比，在環(huán)境品質(zhì)、區(qū)域發(fā)展“韌性”等軟環(huán)境條件上仍存在較大追趕的空間[12]，面對(duì)高速城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度，城鎮(zhèn)用地的需求不斷增加，農(nóng)田和林地等自然生態(tài)系統(tǒng)面積下降，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾日益突出[13]。1961年以來(lái)，大灣區(qū)區(qū)域平均氣溫每10年上升0.21 ℃，存在明顯的年際變化，最高平均氣溫出現(xiàn)在2015年（23.3 ℃），2018年粵港澳大灣區(qū)的氣候?qū)儆谳^差年景：平均氣溫為22.9 ℃，較常年升高了0.4 ℃[14]，總體有明顯變暖的趨勢(shì)。

2.2 研究方法

筆者在2005、2010、2015和2018年研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，經(jīng)相關(guān)文獻(xiàn)整理修正，確定大灣區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)主要土地利用類型的地上生物量、地下生物量、土壤碳密度數(shù)據(jù)庫(kù)；將土地利用和碳密度數(shù)據(jù)輸入InVEST模型得到對(duì)應(yīng)年份灣區(qū)碳儲(chǔ)量分布圖，結(jié)合土地利用類型探究粵港澳大灣區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力的時(shí)空變化特征。最后以評(píng)估結(jié)果為依據(jù)，討論政策對(duì)大灣區(qū)碳儲(chǔ)量變化的影響與作用，提出研究區(qū)未來(lái)土地利用規(guī)劃及區(qū)域碳儲(chǔ)存能力提升建議，為粵港澳大灣區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)思路提供決策依據(jù)（圖1）。

本研究中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳儲(chǔ)存的模擬和評(píng)估采用InVEST3.2.0模型完成。InVEST是當(dāng)前為數(shù)不多的能夠?qū)⑸鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量化的實(shí)用性能較強(qiáng)的評(píng)估模型，其中的“碳儲(chǔ)存與固持模塊”將土地利用覆被類型與碳儲(chǔ)量、固碳量結(jié)合進(jìn)行評(píng)估研究，輸出結(jié)果直觀可靠。

模型中生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量計(jì)算是以土地利用類型為評(píng)估單元，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)不同土地利用類型地上碳庫(kù)、地下碳庫(kù)、土壤碳庫(kù)和死亡碳庫(kù)的平均碳密度數(shù)據(jù)，通過(guò)柵格計(jì)算評(píng)估陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量[15]，本研究?jī)H考慮地類固碳情況。各類土地利用類型的碳密度計(jì)算公式如下：

式中，Ci是指第i種土地利用類型的碳密度，Ci_above是指第i種土地利用類型地上生物量的碳密度，Ci_below是第i種土地利用類型地下生物量的碳密度，Ci_soil是指第i種土地利用類型土壤的碳密度，Ci_dead是指第i種土地利用類型死亡的有機(jī)質(zhì)碳密度。

表1 2018年粵港澳大灣區(qū)各城市面積及人口數(shù)量Tab. 1 The urban area and population of the cities in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA in 2018

然后，基于各類土地利用類型的碳密度和研究區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的總碳儲(chǔ)量：

式中，Ctotal為區(qū)域總碳儲(chǔ)量，研究區(qū)一共有n種土地利用類型，Ci是指第i種土地利用類型的碳密度，Ai為第i種地類的面積。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

1） 粵港澳大灣區(qū)2005、2010、2015、2018年4期的120 m精度土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。研究區(qū)土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6類，用作InVEST模型輸入?yún)?shù)之一。

2）InVEST碳儲(chǔ)存計(jì)算模型所用的碳庫(kù)數(shù)據(jù)參考InVEST手冊(cè)和相關(guān)文獻(xiàn)[11]25,[16-21]整理修正確定。由于本研究關(guān)注大灣區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)存，且水域各類碳庫(kù)碳密度觀測(cè)難度大，因此將水域碳密度設(shè)為0；將林地、耕地的地上生物量與地下生物量比值定為4；草地地下生物量與地上生物量比值定為4.5；建設(shè)用地以及未利用地的地下地上生物量比值為0.1。死亡有機(jī)物碳儲(chǔ)量在綜合碳儲(chǔ)量中的比例相對(duì)較小，在本研究中不做計(jì)算。綜合《2010年中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳密度數(shù)據(jù)集》整理得到本研究選取的各類土地用類型的碳密度值（表2）。

1 技術(shù)路線圖Technology roadmap

3 結(jié)果與分析

3.1 碳儲(chǔ)存時(shí)間變化特征

粵港澳大灣區(qū)2005年的總碳儲(chǔ)量為202.41×106t，平均密度為3.61 kg/m2；2010年總碳儲(chǔ)量200.87×106t，平均密度3.59 kg/m2；2015年總碳儲(chǔ)量199.99×106t， 平均密度3.57 kg/m2；2018年總碳儲(chǔ)量200.10×106t，平均密度3.58 kg/m2。從粵港澳大灣區(qū)整體碳儲(chǔ)量的時(shí)間變化情況看（圖2），2005—2018年粵港澳大灣區(qū)的總碳儲(chǔ)量呈下降的趨勢(shì)，其中2005—2010年降幅最大，平均每年減少0.15×106t；2010—2015年減速變緩，平均每年減少0.09×106t；在2015年左右出現(xiàn)拐點(diǎn)，碳儲(chǔ)量變化趨勢(shì)由減少變?yōu)檩p微回升，平均每年增加0.04×106t。綜合這13年間，大灣區(qū)的碳儲(chǔ)量年損失率是0.09%，表明2005—2018年大灣區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)受到了一定的干擾，碳儲(chǔ)存能力被破壞，原本儲(chǔ)存在大灣區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)中的植物、土壤的一部分碳釋放到大氣中，增加了大灣區(qū)的氣候環(huán)境壓力，自2015年開(kāi)始不利干擾程度有所減緩，大灣區(qū)碳儲(chǔ)量總體水平呈現(xiàn)緩慢上升的態(tài)勢(shì)。

表2 粵港澳大灣區(qū)各類土地利用類型的碳密度值Tab. 2 Carbon density values of various land use types in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA單位：t/hm2

2 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年總碳儲(chǔ)量變化Changes of total carbon storage in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

3 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年固碳量變化Changes of carbon sequestration in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

4 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年碳儲(chǔ)量分布Distribution of carbon storage in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

利用2005、2010、2015、2018年4期的碳儲(chǔ)量，可得到固定時(shí)間段內(nèi)碳儲(chǔ)存的凈變化值（固持或者損失），若為正，則證明該段時(shí)間區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)將碳固定到植物和土壤中，為碳匯區(qū)；若為負(fù)，則證明該段時(shí)間區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)釋放了原本儲(chǔ)存的碳到大氣中，不利于碳匯。粵港澳大灣區(qū)2005—2010年釋放碳1.54×106t，2010—2015年釋放碳0.88×106t，可見(jiàn)生態(tài)系統(tǒng)固碳能力正逐步退化（圖3）；2015—2018年固定碳0.11×106t，固碳效應(yīng)由負(fù)轉(zhuǎn)為正，固碳作用加強(qiáng)，表明這3年間大灣區(qū)為碳匯區(qū)。總體來(lái)看，盡管2005—2018年粵港澳大灣區(qū)固碳量為負(fù)，累計(jì)釋放碳2.31×106t，但2015—2018年大灣區(qū)的固碳量轉(zhuǎn)負(fù)為正，表明灣區(qū)具有一定的碳匯潛力。

3.2 碳儲(chǔ)存空間分布特征

粵港澳大灣區(qū)2005—2018年4期碳儲(chǔ)量存在明顯的空間分布特征，各城市碳儲(chǔ)存能力差異性顯著：大灣區(qū)東北、西部?jī)梢淼纳鷳B(tài)屏障區(qū)，碳儲(chǔ)存能力高，對(duì)應(yīng)的大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市為肇慶、惠州和江門（圖4～6）。這3個(gè)城市的碳儲(chǔ)量占大灣區(qū)總量的70.9%～71.1%，是大灣區(qū)林地分布最廣、面積最為集中的區(qū)域，對(duì)大灣區(qū)的平均單位面積碳儲(chǔ)量貢獻(xiàn)最大，是主要的碳匯資源；灣區(qū)中部城市廣州、佛山碳儲(chǔ)量次之，南部城市東莞、深圳、中山、珠海碳儲(chǔ)量最低。值得一提的是，香港的用地面積雖小，僅占大灣區(qū)面積的2%，但香港的單位面積碳密度值高于廣州、深圳、佛山、東莞等市。以2018年數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，大灣區(qū)的城市群按照各城市或特別行政區(qū)土地平均碳密度值由高到低排序是：肇慶、惠州、江門、香港、廣州、深圳、佛山、珠海、中山、東莞、澳門，其中除肇慶、惠州外，其他城市的碳密度值均小于大灣區(qū)的平均碳密度值。

3.3 土地利用類型與碳儲(chǔ)存能力關(guān)系

5 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年各城市碳儲(chǔ)量變化Change of carbon storage of cities in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

6 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年各城市平均碳密度變化Change of average carbon density of cities in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

7 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年各類用地碳儲(chǔ)量變化Carbon storage changes of various land use in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

表3 粵港澳大灣區(qū)各類土地利用類型的面積變化Tab. 3 Area changes of land use types in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA

由于不同土地利用類型碳儲(chǔ)存能力有差異，粵港澳大灣區(qū)的碳儲(chǔ)量與土地利用類型存在空間關(guān)聯(lián)性。將大灣區(qū)2005、2010、2015、2018年這4期各類用地碳儲(chǔ)量對(duì)比分析（圖7），林地的碳儲(chǔ)存能力最高，約占總碳儲(chǔ)量的72.2%，耕地次之，約占20.4%。草地、建設(shè)用地、未利用土地碳儲(chǔ)存能力較低，分別為1.2%、6.1%、0.1%?？梢?jiàn)，林地和耕地是灣區(qū)總碳儲(chǔ)量的核心部分，其面積大小與碳儲(chǔ)量變化密切相關(guān)。數(shù)據(jù)顯示，2005—2018年大灣區(qū)林地和耕地的碳儲(chǔ)量明顯減少，其中林地碳儲(chǔ)量減少了2.87×106t，耕地碳儲(chǔ)量減少了 2.31×106t。

從2005—2018年大灣區(qū)土地利用類型面積變化趨勢(shì)來(lái)看（表3），建設(shè)用地、草地面積增長(zhǎng)，耕地、林地、水域及未利用地面積下降。大灣區(qū)建設(shè)用地面積變化最大，增長(zhǎng)了1 815.83 km2，而作為對(duì)碳儲(chǔ)存貢獻(xiàn)最大的兩類用地—林地和耕地面積分別減少了574.03 km2和737.34 km2?？梢?jiàn)城市擴(kuò)張侵占了大量的林地、耕地，導(dǎo)致原本儲(chǔ)存的碳釋放進(jìn)入大氣，這是近年來(lái)灣區(qū)碳儲(chǔ)量下降的根本原因。從各階段分析，2005—2010年耕地、林地、草地的減少速度最快，建設(shè)用地急速增長(zhǎng)；2010—2015年，耕地、草地減少速度明顯降低，林地下降速度趨緩，建設(shè)用地增長(zhǎng)速率也逐漸減緩，約為上階段的1/3；2015—2018年，耕地減少速度繼續(xù)減緩，林地減少速度得到初步控制，草地增速明顯。

3.4 碳儲(chǔ)量時(shí)空演變及差異分析

粵港澳大灣區(qū)2005—2018年碳儲(chǔ)量的空間分布格局及其變化趨勢(shì)的空間分布均呈現(xiàn)明顯的空間差異性（圖8）。2005—2018年大灣區(qū)有7 561 km2的用地碳儲(chǔ)量發(fā)生變化，其中碳儲(chǔ)量增加的地區(qū)有2 774 km2，主要分布在各城市的碳儲(chǔ)量低值區(qū)域；而碳儲(chǔ)量減少的地區(qū)，集中分布在深圳、東莞和佛山，減少的面積達(dá)4 787 km2，約為碳儲(chǔ)量增加地區(qū)面積的1.8倍，可見(jiàn)大灣區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)碳儲(chǔ)存受到了威脅?；浉郯拇鬄硡^(qū)的11個(gè)城市中，碳儲(chǔ)量變化較為明顯的是肇慶、惠州、廣州、東莞、佛山。究其原因，大灣區(qū)中部城市群，如廣州、東莞、珠海、佛山4市，城市擴(kuò)張現(xiàn)象尤為凸顯，城市周邊的林地、耕地被侵占，部分未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。林地和耕地面積的銳減導(dǎo)致了灣區(qū)碳儲(chǔ)量大幅降低；從2010年開(kāi)始，大灣區(qū)雖然仍存在零散分布的碳儲(chǔ)量不斷減少的區(qū)域，但是中部地區(qū)較為集中的區(qū)域，其碳儲(chǔ)量削減的現(xiàn)象已經(jīng)有所減緩，說(shuō)明政府意識(shí)到以往的發(fā)展模式對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力的破壞，開(kāi)始重視生態(tài)保護(hù)。2015—2018年大灣區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量增加的區(qū)域面積超過(guò)了碳儲(chǔ)量減少的區(qū)域面積，可見(jiàn)大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所遭受的破壞已逐步得到了控制，生態(tài)修復(fù)工作初見(jiàn)成效。

8 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年碳儲(chǔ)量變化分布Distribution of carbon storage changes in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005－2018)

表4 粵港澳大灣區(qū)2005—2018年碳儲(chǔ)量變化歸因Tab. 4 Attribution of carbon storage change in Guangdong-Hong Kong-Macao GBA (2005-2018)

3.5 政策影響碳儲(chǔ)量的變化

值得關(guān)注的是，從2010年起大灣區(qū)碳儲(chǔ)量減速逐漸變緩，自2015年始大灣區(qū)碳儲(chǔ)量變化出現(xiàn)拐點(diǎn)，呈現(xiàn)正增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。結(jié)合實(shí)際情況可得，近年來(lái)灣區(qū)各級(jí)政府推行的一系列保護(hù)林地、耕地等生態(tài)用地和增綠造林的政策能有效地控制城市擴(kuò)張對(duì)林地、耕地的侵占，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力的恢復(fù)與提高。針對(duì)以上變化特征對(duì)大灣區(qū)內(nèi)各城市的相關(guān)政策進(jìn)行分析，由于香港和澳門較早就形成了比較完備的林地、耕地相關(guān)保護(hù)體系與政策，確保了城市重要的碳庫(kù)來(lái)源，因此港澳地區(qū)碳儲(chǔ)量變化較為穩(wěn)定。而其余9個(gè)城市的碳儲(chǔ)量在2005—2018年均有明顯的波動(dòng)。2010—2015年的大灣區(qū)的碳儲(chǔ)量下降速率相較于2005—2010年相對(duì)變緩，主因是2011年廣東省林業(yè)局大力推動(dòng)珠三角地區(qū)的林業(yè)生態(tài)建設(shè)，通過(guò)2011年《廣東省應(yīng)對(duì)氣候變化方案》著力擴(kuò)大造林規(guī)模和森林面積，增加森林碳匯，充分發(fā)揮林業(yè)在應(yīng)對(duì)氣候變化方面的積極作用[22-23]。同時(shí)為了推進(jìn)森林碳匯重點(diǎn)造林工程項(xiàng)目，2012年廣東省委、省政府開(kāi)展了新一輪綠化廣東工作，推動(dòng)森林碳匯、生態(tài)景觀林帶、森林進(jìn)城圍城三大重點(diǎn)工程，2013年廣東省委、省政府提出在珠三角地區(qū)建設(shè)全國(guó)首個(gè)國(guó)家森林城市群，共同推動(dòng)山水林田湖草系統(tǒng)治理，并提出具體的六大建設(shè)任務(wù)：森林生態(tài)屏障、綠色生態(tài)廊道、城市生態(tài)綠核、森林生態(tài)服務(wù)、綠色生態(tài)水網(wǎng)、自然生態(tài)文化。自2015年開(kāi)始，大灣區(qū)碳儲(chǔ)量有明顯的提升，固碳量由負(fù)轉(zhuǎn)正，碳匯能力不斷增強(qiáng)。2016年珠三角國(guó)家森林城市群建設(shè)啟動(dòng)，2017年《全國(guó)草原保護(hù)建設(shè)利用“十三五”規(guī)劃》明確提出對(duì)南方草地區(qū)重點(diǎn)實(shí)施新一輪退耕還林還草、草原生態(tài)保護(hù)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)政策，2018年珠三角地區(qū)統(tǒng)計(jì)完成碳匯工程造林達(dá)800 km2，造林示范點(diǎn)2 621個(gè)，森林覆蓋率提升到51.8%，初步構(gòu)建了穩(wěn)定的森林生態(tài)屏障。從2005—2018年粵港澳大灣區(qū)的碳儲(chǔ)量和固碳量的變化趨勢(shì)可以看出環(huán)保政策對(duì)大灣區(qū)碳儲(chǔ)量變化與碳匯功能起到了積極的促進(jìn)作用。

4 結(jié)論與建議

固碳作為生態(tài)系統(tǒng)重要的調(diào)節(jié)服務(wù)，對(duì)全球氣候變化的影響至關(guān)重要，土地利用是影響碳循環(huán)的重要因素之一。筆者基于2005、2010、2015、2018年4期遙感影像數(shù)據(jù)，通過(guò)InVEST模型對(duì)2005—2018年間粵港澳大灣區(qū)碳儲(chǔ)量進(jìn)行定量評(píng)估及時(shí)空演變分析研究。具體結(jié)論如下：2005—2018年大灣區(qū)的總碳儲(chǔ)量呈下降的趨勢(shì)，其中2005—2015年減速變緩，在2015年左右出現(xiàn)拐點(diǎn)，至2018年有逐步增加的趨勢(shì)，這得益于近年來(lái)政府環(huán)保政策的積極影響；由于城市擴(kuò)張侵占了大量的林地、耕地，導(dǎo)致原本儲(chǔ)存的碳釋放進(jìn)入大氣，這是近年來(lái)灣區(qū)碳儲(chǔ)量下降的根本原因；大灣區(qū)的碳儲(chǔ)量分布具有明顯的空間異質(zhì)性，大灣區(qū)的城市群各城市或特別行政區(qū)土地平均單位面積碳儲(chǔ)存能力由強(qiáng)到弱排序是：肇慶、惠州、江門、香港、廣州、深圳、佛山、珠海、中山、東莞、澳門（以2018年數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)）。

研究表明，2005—2018年的粵港澳大灣區(qū)碳儲(chǔ)量總量降低了1.14%，年損失率是0.09%，這與城市擴(kuò)張侵占農(nóng)林用地有關(guān)。類似的碳儲(chǔ)量損失情況還存在于中國(guó)其他地區(qū)，如遼中南城市群2000—2010年碳儲(chǔ)量年損失率是0.3%[6]49；湖北省的碳儲(chǔ)量2010—2015年年損失率為0.26%[24]；京津冀地區(qū)碳儲(chǔ)量2000—2015年的年損失率是0.03%[25]?？梢?jiàn)中國(guó)人口密集地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)存正受到不同程度的威脅。近年來(lái)由于國(guó)家以及地方政府的重視，2015—2018年粵港澳大灣區(qū)總碳儲(chǔ)量提升了0.06%，一方面是因?yàn)閷?duì)林地、耕地的保護(hù)，另一方面得益于創(chuàng)建“國(guó)家森林城市群”等增綠碳匯舉措的執(zhí)行。然而根據(jù)《應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告2019：防范氣候風(fēng)險(xiǎn)》預(yù)測(cè)，粵港澳大灣區(qū)未來(lái)平均氣溫還將持續(xù)上升，至2050年，年平均氣溫可能升高1.4 ℃[26]。面對(duì)未來(lái)氣候變化將帶來(lái)的威脅，大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)存能力的保護(hù)提升不容松懈?；浉郯拇鬄硡^(qū)作為與紐約灣區(qū)、舊金山灣區(qū)、東京大灣區(qū)這三大灣區(qū)并駕齊驅(qū)的世界級(jí)城市群，以僅占全國(guó)0.6%的土地面積，4.9%的常住人口比例，創(chuàng)造了接近全國(guó)13%的經(jīng)濟(jì)總量，其碳排放強(qiáng)度下降目標(biāo)的提出，為大灣區(qū)帶來(lái)了巨大的壓力和挑戰(zhàn)。在《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確提出創(chuàng)新綠色低碳發(fā)展模式，主動(dòng)適應(yīng)氣候變化。在低碳灣區(qū)發(fā)展目標(biāo)下，林地、耕地在碳儲(chǔ)存與固碳能力方面具有重要的作用與影響。

綜上所述，對(duì)大灣區(qū)未來(lái)的生態(tài)建設(shè)提出如下建議。1）明確長(zhǎng)期以來(lái)建設(shè)用地的加速擴(kuò)張侵占大量的耕地與林地，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)固碳能力下降。因此需嚴(yán)格落實(shí)生態(tài)保護(hù)紅線和耕地保護(hù)紅線的劃定，保障灣區(qū)碳庫(kù)的主要來(lái)源。2）肯定近年來(lái)政府對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視與發(fā)展，例如積極推進(jìn)國(guó)家森林城市群的創(chuàng)建，積極開(kāi)展碳匯造林、見(jiàn)縫插綠等工作使灣區(qū)固碳能力不斷提升。在未來(lái)綠色灣區(qū)的目標(biāo)下，積極推進(jìn)森林碳匯、天然林保護(hù)、退耕還林、生態(tài)景觀林帶、森林進(jìn)城圍城、鄉(xiāng)村綠化美化等重點(diǎn)生態(tài)工程，從而構(gòu)建穩(wěn)定的森林生態(tài)安全體系。3）針對(duì)灣區(qū)各個(gè)城市不同的發(fā)展水平和碳儲(chǔ)存能力，實(shí)施差異化的恢復(fù)提升策略：肇慶、惠州、江門是灣區(qū)的生態(tài)屏障，森林覆蓋度高，應(yīng)嚴(yán)格控制城市的擴(kuò)張，并劃定生態(tài)紅線加強(qiáng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)完整的大面積林地，確保灣區(qū)主要碳匯來(lái)源；高城市化水平的香港和澳門保持現(xiàn)有穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境平衡，可適當(dāng)優(yōu)化城市內(nèi)綠地的質(zhì)量，提升有限面積的碳儲(chǔ)量；中心城市廣州和深圳應(yīng)通過(guò)改善綠地質(zhì)量，增加立體綠化，構(gòu)建生態(tài)廊道增加生態(tài)斑塊之間的連通，加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)生態(tài)修復(fù)等措施增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)固碳能力；佛山、中山、東莞、珠海等地應(yīng)避免低效的外延擴(kuò)張，城市建成區(qū)內(nèi)部需完善多級(jí)綠地系統(tǒng)建設(shè)，城鄉(xiāng)接合部嚴(yán)格加強(qiáng)對(duì)耕地的保護(hù)，通過(guò)劃定生態(tài)紅線控制城鎮(zhèn)擴(kuò)張。

本研究?jī)H對(duì)粵港澳大灣區(qū)林地、草地、耕地、建設(shè)用地、未利用地等固碳過(guò)程進(jìn)行了研究，未涉及其他碳循環(huán)過(guò)程。今后的研究應(yīng)該綜合碳儲(chǔ)存和碳排放等環(huán)節(jié)，挖掘土地利用變化和碳源碳匯之間的相應(yīng)機(jī)理，進(jìn)一步研究土壤保持、水源供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，綜合考量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值體系，為粵港澳大灣區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究提供方法與參考。

圖表來(lái)源(Sources of Figures and Tables)：

圖1由作者繪制；圖2～8由作者將中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心土地利用數(shù)據(jù)輸入InVEST模型“碳儲(chǔ)存與固持模塊”結(jié)果整理繪制。表1由作者根據(jù)澳門統(tǒng)計(jì)局、香港政府統(tǒng)計(jì)處、廣東統(tǒng)計(jì)局公開(kāi)數(shù)據(jù)整理編繪；表2由作者根據(jù)參考文獻(xiàn)[11, 16-21]整理編繪；表3、4由作者繪制。