摘要
在全球气候变暖的严峻形式下，陆地生态系统作为地球最大的碳汇系统，在生态系统碳循环中发挥着重要的作用。土地利用变化是人类活动的直接体现，土地利用类型改变会直接影响陆地生态系统植被和土壤碳储量。因此，探讨土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响，评估未来不同情景下陆地生态系统碳储量的差异，有助于优化土地利用结构，为国土空间增汇提供实践指导。太原市是中国北方重要的能源和重工业基地之一，近年来由于城市化进程加快、资源开发强度加大、人口增加等影响，土地利用格局发生了显著变化。以太原市为研究区，基于1990年、2000年、2010年和2020年的四期土地利用数据，对太原市过去30年土地利用时空分布格局及演变特征进行深入分析，掌握土地利用演变的规律。利用InVEST模型估算太原市陆地生态系统碳储量，从土地利用转移和碳储量贡献率的角度探究土地利用变化对陆地生态系统碳储量的影响。针对太原市社会经济特点，设置自然发展情景（Q1）、城市发展优先情景（Q2）、生态保护优先情景（Q3）和城市发展与生态保护平衡情景（Q4）四种土地利用情景，运用PLUS模型预测2030-2060年不同情景下的土地利用分布格局。通过模拟未来陆地生态系统碳储量，深入分析其空间分布特征和演变趋势，评估不同土地利用情景下陆地生态系统碳储量的差异。得到主要结论如下： （1）草地、林地和耕地是太原市的主要土地利用类型，建设用地面积占比相对较小，水体和未利用地面积之和不足太原市总面积的1%。1990-2020年，耕地和草地面积分别减少了639.22km²和242.88km²，林地和建设用地面积分别增加了493.19km²和370.20km²。30年间，建设用地动态度高达11.10%，主要通过侵占耕地实现持续扩张；草地动态度最低，为-0.86%，整体呈波动下降的变化趋势。土地利用转移以草地向林地、耕地向草地和建设用地的转移为主要方向。土地利用程度分布呈现中部高、西部低的特点，且高值和低值的分布逐渐呈两极分化的趋势。 （2）碳储量空间分布与土地利用和自然地理条件紧密相关，低值区主要分布于建设用地密集的中心城区，中值区分布于中心城区周围和西部丘陵平原，高值区则位于北部高海拔丛林区。1990-2020年，碳储量保持不变的区域面积占比为73.99%，空间变化相对剧烈。30年来，太原市碳储量共计增加0.1733×106t，增幅为0.21%。草地和耕地碳储量呈减少趋势，林地碳储量稳步上升，建设用地碳储量虽有所增加，但由于其碳密度较低，意味着其他碳密度值较高的地类碳储量在衰减。从土地利用变化对碳储量的影响来看，草地向林地转移对碳储量的正贡献最大，耕地向建设用地转移的负贡献最大。 （3）2030-2060年太原市不同土地利用面积变化趋势为：耕地面积先少量增加后逐渐减少，林地和建设用地的面积持续增加，草地面积持续减少。建设用地面积增加最为显著，土地利用空间分布格局与2020年的主要差异也体现在建设用地在西部丘陵平坝区的扩张。以自然发展情景为基准，城市发展优先情景下建设用地扩张迅速且扩张范围最大；生态保护优先情景下，建设用地扩张的强度最低；城市发展与生态保护平衡情景下，扩张范围介于城市发展优先情景和生态保护优先情景之间，扩张速度缓慢于自然发展情景，说明此情景下建设用地的扩张被有序地推进。 （4）不同情景下，2030-2060年太原市碳储量时间变化趋势各异。自然发展情景和城市发展优先情景下，碳储量呈减少趋势。生态保护优先情景和城市发展与生态保护平衡情景下，碳储量呈现先增加后减少的变化趋势。预计到2060年，碳储量由高到低排序为：生态保护优先情景＞城市发展与生态保护平衡情景＞自然发展情景＞城市发展优先情景。综合来看，城市发展优先情景下，碳储量减少速度最快；生态保护优先情景下最慢；城市发展与生态保护平衡情景介于二者之间，且减少速度比自然发展情景缓慢。对于未来土地利用策略，生态保护情景是保持碳储量的最佳选择，城市发展与生态保护平衡情景更适用于未来太原市推进经济建设的同时兼顾生态保护的用地要求。
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