Spatial-temporal variation of ecosystem carbon storage driven by land use in northwest inland desert resource region in recent 30 years
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摘要:
依据1990—2020年遥感影像、高程模型、植被、气象等数据，通过定量计算与定性分析相结合的区划分析，获取西北内陆荒漠资源大区的自然资源综合区划。根据西北内陆荒漠资源大区气候因子对全国水平下不同土地类型的碳密度进行修正，获取西部干旱区碳密度数据，利用InVEST模型，分析1990—2020年土地利用变化对碳储量的影响。结果表明：①近30 a来该研究区以草地退化为主，耕地和荒漠是草地主要转出的类型，其中2010—2020年土地利用类型变化显著；②研究区碳储量呈现西多东少的空间分布，其中西部阿尔泰山与塔城盆地温带草原亚区和伊犁盆地温带草原亚区由于草地面积较丰富而碳储量较高；③1990—2020年西北内陆荒漠资源大区的碳储量总体呈波动下降趋势，土地利用类型的转化引起碳储量净减少1.86×108 t，其中2000年和2020年研究区大量草地转化为荒漠，使土壤碳储量明显下降，固碳潜力有所下降。本次对西北内陆荒漠资源大区土地利用对生态系统碳储量时空变化的评估，有助于判断生态系统功能的转化趋势，为生态系统调控和促进该地区低碳可持续发展提供参考。
Abstract:Based on remote sensing images, elevation models, vegetation and meteorological data from 1990 to 2020, the comprehensive regionalization of natural resources in northwest inland desert resource region was obtained by means of regionalization analysis combining quantitative calculation and qualitative analysis. According to the climate factors in the northwest inland desert resource region, the carbon density of different land types under the national level was revised to obtain the carbon density data of the western arid region. Based on the Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs (InVEST) model, we analyzed the effects of land use change on carbon stocks from 1990 to 2020. The results showed that :① In recent 30 years, the grassland in this study area was mainly degraded, and the grassland was mainly transformed into cultivated land and desert, and the land use type changed significantly from 2010 to 2020.② The spatial distribution of carbon storage in the study area is more in the west and less in the east. The grassland in Altai and Tacheng basin temperate grassland subregion and Yili Basin temperate grassland subregion are rich, so the carbon storage content is high.③ From 1990 to 2020, the carbon storage in the northwest inland desert resource region showed a decreasing trend. The conversion of land use type resulted a net reduction of carbon storage of 1.86×108 tons. In 2000 and 2020, a large amount of grassland in the study area was transformed into desert, which significantly reduced soil carbon storage and carbon sequestration potential. This study evaluated the temporal and spatial changes of ecosystem carbon storage by land use in the northwest inland desert resource region, which is helpful to judge the transformation trend of ecosystem function and provide reference for ecosystem regulation and promoting low-carbon sustainable development in this region.
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Key words:
- land use change /
- ecosystem carbon storage /
- InVEST model /
- Northwest China
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表 1 不同土地类型的碳密度
Table 1. Carbon density of different land types
t/hm2 土地利用类型 地上生物量 地下生物量 土壤有机质 死亡有机质 耕地 4.22 5.01 89.94 0 森林 44.95 13.27 126.59 0 草地 0.71 6.24 88.69 0 水体与湿地 0.93 0.66 0 0 建设用地 3.29 2.11 0 0 荒漠 0.66 1.26 45.26 0 
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表 2 西北内陆荒漠资源大区碳密度
Table 2. Carbon density of the northwest inland desert resource region
t/hm2 土地类型 地上生物量碳密度 地下生物量碳密度 土壤碳密度 1990 2000 2010 2020 1990 2000 2010 2020 1990 2000 2010 2020 耕地 1.15 1.14 1.12 1.14 1.36 1.35 1.33 1.36 50.72 49.42 49.66 49.40 森林 12.22 12.13 11.90 12.18 3.61 3.58 3.51 3.60 71.39 69.55 69.89 69.53 草地 0.19 0.19 0.19 0.19 1.70 1.68 1.65 1.69 50.02 48.73 48.97 48.71 水体与湿地 0.25 0.25 0.25 0.25 0.18 0.18 0.17 0.18 0.00 0.00 0.00 0.00 建设用地 0.89 0.89 0.87 0.89 0.57 0.57 0.56 0.57 0.00 0.00 0.00 0.00 荒漠 0.18 0.18 0.17 0.18 0.34 0.34 0.33 0.34 25.52 24.87 24.99 24.86
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表 3 1990—2020年西北内陆荒漠资源大区土地利用转移矩阵
Table 3. Land use transfer matrix of the northwest inland desert resource region from 1990 to 2020
土地类型 转移面积/km2 1990年面积/km2 草地 耕地 荒漠 建设用地 森林 水体与湿地 草地 294900.47 32045.29 103545.79 2343.19 15782.08 3503.37 452120.19 耕地 8914.81 55082.84 2626.27 4618.32 1454.18 1042.61 73739.02 荒漠 86651.42 15592.15 1069950.29 3232.06 2660.10 3804.09 1181890.10 建设用地 457.78 2720.58 474.95 1733.45 109.90 79.37 5576.03 森林 21618.14 2949.27 3468.69 248.60 12595.60 562.96 41443.25 水体与湿地 6223.33 1197.67 10896.87 161.85 389.08 8735.54 27604.33 2020年面积/km2 418765.95 109587.80 1190962.86 12337.46 32990.93 17727.93 1782372.92
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表 4 近30 a西北内陆荒漠大区主要土地类型转变下的碳储量变化
Table 4. Carbon storage changes under the change of main land types in the inland desert region of Northwest China in recent 30 years
阶 段 土地类型转化 面积/km2 生物碳储量变化/104 t 土壤碳储量变化/104 t 总碳储量变化/104 t 1990—2000年 草地—耕地 15248.65 91.49 −91.49 0 草地—荒漠 53042.32 −726.68 −13340.14 −14066.82 建设用地—耕地 2748.80 28.31 1358.46 1386.77 荒漠—耕地 6105.24 120.27 1459.15 1579.42 2000—2010年 草地—耕地 6576.00 38.14 61.56 99.70 草地—荒漠 601.00 −8.23 −142.68 −150.91 建设用地—耕地 17.00 0.17 8.44 8.61 荒漠—耕地 3859.00 74.48 956.65 1031.13 2010—2020年 草地—耕地 21994.25 145.16 94.58 239.74 草地—荒漠 92004.14 −1214.45 −22182.20 −23396.65 建设用地—耕地 2755.13 29.48 1361.03 1390.51 荒漠—耕地 11044.82 220.90 2696.04 2916.94
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