科研亮点 | 朱丽亚：1980-2050年中国沿海区域土地利用变化及其对生态系统碳储量的影响

2023-05-19     发布：    点击：75次

碳储量作为生态系统服务的一个组成部分，已被确定为评估陆地生态系统服务对全球气候变化响应的指标之一。增加碳储量可降低大气CO₂浓度，减轻温室效应，并调节全球气候变化。陆地生态系统的碳储量主要由地上和地下生物量、土壤有机物和死亡有机质组成。全球陆地生态系统碳储量在2000-2500 Pg之间，其中500-600 Pg和1500-2300 Pg碳分别储存在植被和0-100 cm表土中。近几十年来，由于人类活动，生态系统服务每十年减少4%。气候变化和人类活动引起的LULC变化被认为是影响陆地生态系统碳储存的主要驱动因子。此外，LULC转化过程导致了大气CO₂的增加，仅次于化石燃料燃烧产生的CO₂。目前研究指出，LULC变化导致碳以1.5 Pg/yr的速度释放到大气中。因此，从不同时空尺度评估陆地生态系统碳储量已成为一个至关重要的问题。

沿海地区作为陆地和海洋生态系统的交错带，气候变化敏感，生态环境脆弱。此外，它蕴藏着巨大的碳库，因此在不同规模区域的全球能量流动和碳循环中发挥着重要作用。然而，在过去的几十年里，人类活动引起的LULC动态极大地改变了沿海景观格局和碳固定，导致碳排放量超过了内陆地区。因此，监测整个沿海地区的LULC动态及其如何在不同尺度上影响生态系统碳储量的变化已成为当前的研究热点。该研究将为海岸带管理和决策提供可靠的数据参考。

针对上述科学问题，海洋学院博士生朱丽亚在导师胡克教授和博士生孙爽的指导下，以中国东部沿海地区为例，全面分析了1980-2020年LULC动态变化特征；结合CA-Markov模型和InVEST模型，估算和预测当前及未来2050年两种情景下沿海地区碳储量的空间分布，取得了以下主要创新性认识：

（1）沿海地区过去LULC变化可分为两个阶段：（一）加速演化阶段（1980-2010年）;（二）稳定演化阶段（2010-2020年）。LULC类型的变化导致生态系统碳储量呈下降趋势，两个阶段累计损失分别为0.39 Pg和0.15 Pg。

（2）在空间上，碳储量呈现出由北向南高-低-高的空间分布格局。时间上，城市化进程较快的地区碳储量动态变化较为明显。与自然变化情景相比，2050年生态保护情景下LULC类型转换的面积将因生态保护的限制而降低，由此导致的碳储量减少将减缓。大量的农田、未利用地和水域被转化为建设用地，显著降低了生态系统的固碳能力。

（3）沿海地区是生态系统服务的重要碳源/汇场所，这对中国实现2030年碳达峰和2060年碳中和的目标至关重要。因此，我们对中国沿海地区土地管理和规划的制定提出了几点政策建议。首先，沿海地区应适当减缓其他土地利用类型向建成区土地的转化和人口扩张速度，并扩大碳汇面积（森林、草原等）。其次，有效实施生态修复工程，鼓励现有建成区用地转为自然用地。最后，合理协调人类活动与生态环境的关系。

 Fig.1. Coastal areas of China.

 Fig.2. Spatial distribution of LULC types in coastal areas during 1980-2050.

Fig.3. Chord diagrams of LUCC change in coastal areas during 1980-2020. Notes: I_Farmland, I_Forest, I_Grassland, I_Water, I_Built-up, I_Else denote the initial stage of farmland, forest, grassland, water, built-up and unused, respectively, F_Farmland, F_Forest, F_Grassland, F_Water, F_Built-up, F_Else denote the final stage of farmland, forest, grassland, water, built-up and unused, respectively.

Fig.4. Spatial distribution of carbon storage in coastal areas during 1980-2050.

Fig.5. Spatial distribution of variations in carbon storage, built-up land, and nighttime light density in different economic regions. Notes: Letters a, b, and c denote the BTH region, YRD region, and PRD region, respectively.

上述研究成果发表在生态学国际权威刊物《Ecological Indicators》上：Zhu, L., Song, R., Sun, S., Li, Y., Hu, K. (2022). Land use/land cover change and its impact on ecosystem carbon storage in coastal areas of China from 1980 to 2050. Ecological Indicators, 142, 109178. [IF= 6.263, Q1, 中科院TOP].

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.109178