基于InVEST模型的晋北土地利用变化与碳储量研究

    郑吉林, 蔡艳龙, 郭晓宇, 魏小勇, 杨志伟, 孙靖尧, 刘智杰

    郑吉林, 蔡艳龙, 郭晓宇, 魏小勇, 杨志伟, 孙靖尧, 刘智杰. 2024: 基于InVEST模型的晋北土地利用变化与碳储量研究. 地质通报, 43(1): 173-180. DOI: 10.12097/gbc.2022.05.038
    引用本文: 郑吉林, 蔡艳龙, 郭晓宇, 魏小勇, 杨志伟, 孙靖尧, 刘智杰. 2024: 基于InVEST模型的晋北土地利用变化与碳储量研究. 地质通报, 43(1): 173-180. DOI: 10.12097/gbc.2022.05.038
    Zheng J L, Cai Y L, Guo X Y, Wei X Y, Yang Z W, Sun J Y, Liu Z J. Study on land use change and carbon stock in northern Shanxi Province based on InVEST model. Geological Bulletin of China, 2024, 43(1): 173−180. DOI: 10.12097/gbc.2022.05.038
    Citation: Zheng J L, Cai Y L, Guo X Y, Wei X Y, Yang Z W, Sun J Y, Liu Z J. Study on land use change and carbon stock in northern Shanxi Province based on InVEST model. Geological Bulletin of China, 2024, 43(1): 173−180. DOI: 10.12097/gbc.2022.05.038

    基于InVEST模型的晋北土地利用变化与碳储量研究

    基金项目: 中国地质调查局项目《太行山区山西段生态修复支撑调查》(编号:DD20208069)和《小兴安岭北部孙吴—逊克地区生态修复综合调查》(编号:DD20230477)
    详细信息
      作者简介:

      郑吉林(1985− ),男,硕士,高级工程师,从事生态地质调查工作。E-mail:123982315@qq.com

      通讯作者:

      刘智杰(1974− ),男,正高级工程师,从事生态地质调查工作。E-mail: liuzhijie@mail.cgs.gov.cn

    • 中图分类号: P5; F301

    Study on land use change and carbon stock in northern Shanxi Province based on InVEST model

    • 摘要:

      区域土地利用变化和碳储量的空间分布特征研究可为区域生态系统碳库管理和减排增汇政策制定提供重要科学依据。采用GIS和遥感技术分析了晋北地区1990年、2000年、2013年和2019年的土地利用变化特征,在此基础上,运用InVEST模型计算出晋北地区1990—2019年间生态系统碳储量和碳密度。结果表明,各土地利用类型之间的转换主要发生在2000—2013年间,转出面积最多的为耕地,转入面积最多的为建设用地和林地。这与该时段退耕还林政策的实施和粗放型经济快速增长有关。研究区1990年、2000年、2013年和2019年生态系统碳储量分别为53.50×107 t、53.53×107 t、54.25×107 t和54.00×107 t,碳平均密度分别为147.89 t/hm2、147.97 t/hm2、149.95 t/hm2和149.27 t/hm2。在总体碳储量中,土壤碳储量占比最大,超过80%,而林地对研究区生态系统碳储量的贡献值最大(约55%)。晋北地区应继续坚持退耕还林、水土保持等措施,以期能够用高效固碳来代偿建设用地扩张导致的碳损失。

      Abstract:

      The study on the spatial distribution characteristics of regional land use change and carbon stock can provide an important scientific basis for the management of regional ecosystem carbon pools and the formulation of emission reduction and sink enhancement policies. Using GIS and remote sensing technology, this paper analyzes the change characteristics of spatial land use types in North Shanxi in 1990, 2000, 2013 and 2019, InVEST model was used to calculate the carbon storage and carbon density of the ecosystem in the study area. The results show that the conversion between land use types mainly occurred during 2000—2013, with the largest area transferred out being cropland and the largest area transferred in being construction land and forest land. Ecosystem carbon stocks in the study area during 1990, 2000, 2013 and 2019 were 53.50×107 t, 53.53×107 t, 54.25×107 t and 54.00×107 t, respectively, with an average carbon density of 147.89 t/hm2, 147.97 t/hm2, 149.95 t/hm2 and 149.27 t/hm2. Among the overall carbon stocks, soil carbon stocks accounted for the largest share, over 80%, while forest land contributed the largest value (about 55%) to the ecosystem carbon stocks in the study area. Measures such as returning farmland to forest and soil conservation should be continued in northern Shanxi Province, in order to be able to compensate for the carbon loss caused by the expansion of construction land with efficient carbon sequestration.

    • 图  1   研究区位置及行政区划

      Figure  1.   Location and administrative divisions of the study area

      图  2   遥感影像解译工作流程

      Figure  2.   Workflow of remote sensing image interpretation

      图  3   1990年、2000年、2013年和2019年晋北地区土地利用图

      1—耕地;2—林地;3—草地;4—建设用地;5—水域;6—未利用地

      Figure  3.   Land use maps of northern Shanxi Province in 1990, 2000, 2013 and 2019

      图  4   1990年、2000年、2013年和2019年晋北地区碳储量和碳密度变化

      Figure  4.   Changes of carbon storage and carbon density in 1990, 2000, 2013 and 2019 in northern Shanxi Province

      表  1   晋北地区土地利用类型碳密度

      Table  1   Carbon density of different land use types in northern Shanxi Province t/hm2

      类型Ci-aboveCi-belowCi-soilCi-dead
      耕地4.020.80105.140.40
      林地55.7411.15174.975.57
      草地0.390.0896.890.03
      水域0.040.0164.030
      建设用地0.01057.630
      未利用地0.01058.890
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      表  2   晋北地区1990年、2000年、2013年和2019年土地利用特征

      Table  2   Land use patterns of northern Shanxi Province in 1990, 2000, 2013 and 2019

      类型 1990年 2000年 2013年 2019年
      面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例
      耕地 127.15 35.15 128.25 35.45 110.21 30.47 109.08 30.15
      林地 115.82 32.02 116.15 32.11 125.71 34.75 125.01 34.56
      草地 99.50 27.50 97.17 26.86 93.48 25.84 92.06 25.44
      水域 1.10 0.30 1.04 0.29 1.20 0.33 1.28 0.35
      建设用地 16.95 4.69 17.91 4.95 29.64 8.19 32.71 9.04
      未利用地 1.24 0.34 1.24 0.34 1.51 0.42 1.62 0.45
      总计 361.76 100.00 361.76 100.00 361.76 100.00 361.76 100.00
        注:面积单位为104 hm2,比例单位为%
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      表  3   晋北地区1990—2019年土地利用变化特征

      Table  3   Change in land use patterns of northern Shanxi Province from 1990 to 2019

      类型 1990—2000年 2000—2013年 2013-2019年 1990—2019年
      面积 比例 面积 比例 面积 比例 面积 比例
      耕地 1.10 0.87 −18.04 −14.07 −1.13 −1.03 −18.07 −14.21
      林地 0.33 0.28 9.56 8.23 −0.70 −0.56 9.19 7.93
      草地 −2.33 −2.34 −3.69 −3.80 −1.42 −1.52 −7.44 −7.48
      水域 −0.06 −5.45 0.16 15.38 0.08 6.67 0.18 16.36
      建设用地 0.96 5.66 11.73 65.49 3.07 10.36 15.76 92.98
      未利用地 0.00 0.00 0.27 21.77 0.11 7.28 0.38 30.65
      总计 361.76 100.00 361.76 100.00 361.76 100.00 0.00 0.00
        注:面积单位为104 hm2,比例单位为%,正数表示增加,负数表示减少
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      表  4   晋北地区1990年、2000年、2013年和2019年生态系统四大基本碳库碳储量

      Table  4   Four basic carbon pools in 1990, 2000, 2013 and 2019 in northern Shanxi Province 107t

      年份CaboveCbelowCsoilCdead
      1990年7.011.4044.390.70
      2000年7.031.4144.390.70
      2013年7.491.5044.510.75
      2019年7.441.4944.320.74
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      表  5   晋北地区1990年、2000年、2013年和2019年不同土地利用类型及生态系统碳储量

      Table  5   Different land use types and ecosystem carbon storage of northern Shanxi Province in 1990, 2000, 2013, and 2019

      类型 1990年 2000年 2013年 2019年
      碳储量 比例 碳储量 比例 碳储量 比例 碳储量 比例
      耕地 14.03 26.23 14.15 26.43 12.16 22.42 12.04 22.30
      林地 28.66 53.57 28.74 53.69 31.10 57.34 30.93 57.28
      草地 9.69 18.11 9.46 17.67 9.10 16.78 8.97 16.61
      水域 0.07 0.13 0.07 0.13 0.08 0.15 0.08 0.15
      建设用地 0.98 1.83 1.03 1.92 1.71 3.15 1.89 3.50
      未利用地 0.07 0.14 0.07 0.13 0.09 0.17 0.10 0.19
      总计 53.50 100.00 53.53 100.00 54.25 100.00 54.00 100.00
        注:碳储量单位为107t,比例单位为%
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    出版历程
    • 收稿日期:  2022-05-19
    • 修回日期:  2023-03-25
    • 刊出日期:  2024-01-14

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