土地利用变化是导致碳储量变化的主要原因,对未来土地利用变化进行多情景预测并探究其对碳储量的影响,对于维持区域碳平衡具有重要意义.近年来,在自然和人为政策的共同作用下,渭河流域土地利用变化显著,碳储量也相应发生变化.本研究基于PLUS-InVEST模型,评估并预测了渭河流域生态系统碳储量时空变化,探究土地利用变化对碳储量的影响.结果表明:2000-2020年,渭河流域土地利用分布格局变化不大,土地利用变化呈现"耕地面积减少而其余土地利用类型面积增加"的特点,耕地向建设用地转换以及耕地、林地、草地的相互转换是渭河流域土地利用类型转换的主要方式.渭河流域碳储量呈上升趋势,共增加15.31x106t,碳储量高值区分布呈"东北片状-西部散点状-中南部带状",低值区分布在下游关中平原城市群.2030年4种情景下渭河流域碳储量较2020年均有所增加,经济发展情景增加最少,生态保护情景增加最多,不同情景的碳储量空间差异主要体现在上游耕地、林地和草地的分布交错地带.研究结果可为渭河流域土地利用管理决策以及碳储量的提升提供数据支撑.

为揭示羌塘草原2001-2020年植被时空变化格局及其影响因素,并预测气候变化条件下羌塘草原植被可能的变化趋势,本研究基于MODIS NDVI数据以及温度、降水和风速数据,探究了羌塘草原植被覆盖变化与气象因子的关系;利用随机森林、支持向量机和随机梯度下降回归3种机器学习算法建立NDVI预测模型,筛选模拟精度最优模型,进行多情景下植被变化模拟.结果表明:2001-2020年羌塘草原NDVI呈现轻微增加趋势,增长率为0.0003 a-1.NDVI对温度的响应滞后3个月,降水滞后0～1个月,NDVI与风速呈负相关且无滞后.随机森林算法的模拟精度最高(Adjusted R2=0.958).未来植被覆盖度整体提升的情景是增温1.0℃、降水增加25％、风速降低25％.研究结果有助于预警植被退化问题,为气候变化背景下该区域植被生态保护提供科学依据.

中国快速城市化区域由于经济迅速发展需要以及人类活动不断干扰,导致土地利用变化剧烈,影响生态系统功能发挥和服务供给,给予生态环境带来巨大压力.分析和预测快速城市化区域生态服务价值(Ecosystem Service Value,ESV)时空演变特征、权衡与协同关系,对协调区域可持续发展具有重要意义.通过FLUS(Future Land Use Simulation)模型、价值当量表估算法、皮尔逊相关分析和双变量自相关等方法,分析并预测2005-2025年佛山市土地利用变化对ESV的影响,同时探究2025年多情景下生态系统服务之间的权衡与协同关系.结果表明:①2005-2025佛山市土地利用格局变化明显,生态保护情景下土地利用变化程度最缓和.②2005-2015年ESV共下降11.41亿元,经济发展情景下的ESV下降趋势最明显.③供给、调节、支持与文化4种单项ESV,分别下降1.95、5.02、4.08、0.36亿元;生态保护情景下的各项ESV均上升.④生态系统服务之间均存在明显的协同作用,经济发展情景下的协同关系最显著;西南和东北区域主要表现为协同关系,局部区域表现为权衡关系.研究结果可为快速城市化区域生态系统功能调控和生态安全格局构建提供一定的思路.

土地利用/覆盖变化(LUCC)在生态系统问题中起着决定性的作用.中国改革开放40多年来,土地资源得到了最大限度的开发利用,经济社会取得了巨大的发展,但也面临着严重的生态安全问题.人类活动导致土地利用的迅速变化已经威胁到生态安全(ES),通过预测土地利用的变化并模拟ES模式,将LUCC和生态安全评价结合起来对区域生态环境评价和保护具有重要作用.以浙江大湾区为研究区域,采用CA-Markov模型预测土地利用/覆盖变化,模拟2030年3种不同情景下的生态安全格局.基于压力-状态-响应(PSR)模型,对2005年、2010年、2015年和2018年浙江大湾区的生态安全进行了评估,处于一般安全等级及以上面积占比从58.83％先提高至60.02％,后下降至59.42％.同时,通过改变不同土地利用/覆盖变化的转移概率矩阵,设置了惯性发展、过度扩张和生态保护3种情景,结果显示3种情景下生态安全处于一般安全等级及以上面积占比分别为58.61％、57.60％和58.46％.浙江大湾区生态安全的空间分布格局与人口密度、GDP等社会经济数据的空间分布格局相反,平原地区耕地利用率高、生态安全等级较低,多丘陵地区生态资源开发程度低、生态安全等级较高,表明城市化程度高的地区生态安全等级相对较低,生态良好的地区具有较高的生态安全等级.

土地利用变化将改变区域生态系统服务的稳定供给能力,进而对区域生态稳定和可持续发展构成威胁.中国西部地区快速城镇化背景下,扩张的经济发展需求对土地利用变化产生了重大影响.以丝绸之路经济带规划的重要节点城市张掖市为例,基于土地利用变化均衡分析(CGELUC)模型及土地利用动态模拟(DLS)模型,模拟了多情景下张掖市2010-2030年的土地利用变化时空分异特征,并通过生态系统服务价值(ESV)估算、空间自相关分析等方法分析并预测了 ESV及其时空演变特征,集中分析了多情景下2030年张掖市ESV各项服务间的权衡与协同关系.结果表明:(1)2010-2030年张掖市土地利用格局变化显著,建设开发情景下城镇建设用地扩张最为剧烈,建设用地增长7.41％,耕地面积减少11.05％;生态保护情景下城镇扩张最为和缓,同时未利用地减少明显,面积降低1088km2,主要向林地、草地、水域等生态用地发生转化.(2)2010-2030年张掖市ESV在基准情景和生态保护情景下分别增长6.43、13.16亿元,建设开发情景则整体仅增加1.53亿元.(3)供给、调节、支持与文化4种单项ESV,基准和生态保护情景下均呈现显著上升趋势;建设开发情景下有3项呈现缓慢的增长趋势,且该情景下供给服务则始终呈现下降趋势.(4)各单项生态系统服务协同关系明显,东南—西北轴线南北两侧区域表现为协同关系,仅有少数区域表现为权衡关系,且供给—文化服务的权衡关系较为明显.本研究可为西部城镇化快速发展地区统筹经济发展与生态保护提供科学方案.

热带区域的城市土地利用变化具有独特特征,通过多情景模拟可以了解其变化特征及未来的发展趋势,从而有效引导土地规划,为区域的可持续发展提供依据.利用FLUS模型,基于2014和2018年的Landsat遥感影像解译土地利用数据,结合自然、交通、社会发展及POI等14个变量作为驱动因子对进行土地利用变化模拟.同时,分别以自然发展、耕地保护及生态控制三种情景模拟预测2030年的三亚市土地利用变化情况.结果表明:FLUS模型模拟精度高,Kappa系数为0.82,总体分类精度为87.17％;基于三种情景的模拟及比较分析发现,生态控制情景下林地与水域等生态空间得到保护,耕地总量条件得以满足,同时有效遏制了建设用地扩张,因此基于FLUS模型的生态控制情景较适用于三亚市的未来土地利用发展策略.

城市地区虽然只占世界陆地面积的2％,却产生了全球约75％的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60％—70％已耗损的碳.因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据.基于1990—2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990—2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议.基于研究得出以下结果:(1)2000—2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3％,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5％.(2)除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×106 t,比最低的自然演变情景高出7.5×105 t.(3)局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集.

碳达峰、碳中和是应对气候变化的关键手段.在闽三角碳排放核算的基础上,运用STIRPAT模型建立了碳排放与人口规模、城镇化率、人均GDP、能源强度和产业结构间的函数关系.结合情景分析法,模拟上述因素在不同变化速率下的目标值,对2021—2050年的碳排放及碳排放强度进行了预测,为闽三角碳达峰提供时间和技术路径参考.此外,还引入人均GDP二次方指标,验证EKC假说的存在性.结论如下:(1)能源强度是闽三角碳排放的负向因素,其他因素均为正向因素.产业结构和人均GDP分别对闽三角碳排放有最大和最小的影响.(2)人均GDP的二次方与碳排放间的系数为正,表明碳排放和人均GDP间不存在倒"U"型曲线关系.闽三角碳排放和人均GDP间的关系不符合EKC假说的描述.(3)基准情景下,闽三角碳排放和碳排放强度持续增加,碳排放不能达峰.厦门的碳排放强度将持续下降.低碳情景下,厦门最可能在2020年实现达峰目标.低发展、中减排情景下,闽三角在2030年实现碳达峰,碳排放最大值为0.57亿t.(4)所有情景下,闽三角都未实现2030年碳排放强度比2005年下降60％—65％的目标.基于上述结论,为闽三角碳达峰提供如下意见:(1)优化产业结构.漳州和泉州既需要升级生产技术又需要淘汰高能耗高排放产业,发展高端制造和智能制造等;(2)优化能源消费结构."十四五"期间重点建设漳州核电、厦门水电、泉州热能等可再生能源工程.加快特高压电网的建设,减少化石能源的消耗;(3)尽快制定厦门的碳达峰计划,引领闽三角碳达峰行动.

在推进新时代生态文明建设、确保区域社会经济绿色发展并如期实现碳达峰碳中和目标的发展导向下,基于主体功能区分类约束开展以低碳发展为牵引的多情景国土空间优化模拟研究具有重要意义.以国家生态文明试验区福建省为研究区,设定自然发展和低碳发展两种不同情景,针对不同类别主体功能区,设置差异化的碳排放量、经济效益和生态效益约束目标,在对用地需求进行预测的基础上,基于PLUS模型开展多情景下的国土空间分区优化模拟.结果表明:(1)从用地规模和数量结构来看,低碳发展情景下的功能区用地结构更加符合低碳经济发展的要求,该情景在减缓碳源地增加速度的同时,能够降低碳汇地的减少速度,在保障区域经济发展用地需求的同时减少碳排放并降低生态环境影响;(2)从用地布局来看,虽然不同情景下的用地结构存在一定差异,但从空间分布特征来看,各地类的变化规律基本与历史趋势基本相同,其中碳源地主要分布在临近海岸线处海拔较低、地势平缓易开发的一侧,碳汇地主要集中在内陆区域海拔相对较高且地况较复杂的区域;(3)从三类典型区域空间演变模式来看,农业生产区和生态保护区的变化较小,城镇建设区变化较为明显,城镇建设区和农业生产区主要功能用地分布较为集中且聚合度较高,生态保护区主要功能用地较为分散且一般呈破碎状.在不同发展情景下,国土空间格局中的碳源地不断扩张、碳汇地空间逐步受到挤压,应进一步发掘存量用地的潜力,推动土地资源的高效利用.