1 引言
2 数据来源与方法介绍
2.1 研究区概况
2.2 数据来源
2.2.1 土地利用数据
2.2.2 碳密度数据
2.2.3 环境因子数据
表1 数据来源Table 1 Data source |
数据类别 | 数据名称 | 分辨率 | 数据来源 |
---|---|---|---|
土地利用 数据 | 1980年、 1990年、 2000年、 2010年、 2020年土地利用数据 | 30 m | 中国科学院资源环境科学数据中心(http: //www.resdc.cn/) |
自然资源 数据 | 过去和未来气温 | 1 km | 国家青藏高原科学数据中心(https: //data.tpdc.ac.cn)(彭守璋, 2020) |
过去和未来降水 | 1 km | ||
土壤类型 | 1 km | 资源环境科学与数据中心(https: //www.resdc.cn) | |
DEM | 30 m | 中国科学院地理空间数据云(http: //www.gscloud.cn/) | |
坡度 | ArcGIS中由DEM生成 | ||
社会经济 数据 | 人口 | 1 km | 资源环境科学与数据中心(https: //www.resdc.cn) |
GDP | 1 km | ||
距湖泊距离 | 1 km | Open Street Map(https: //www.openstreetmap.org/) | |
距铁路距离 | 1 km | ||
距道路距离 | 1 km | ||
碳密度 数据 | 地上、 地下碳密度 | 300 m | https: //daac.ornl.gov(Spawn et al, 2020) |
土壤有机碳密度 | 90 m | 国家地球系统科学数据中心(http: //soil.geodata.cn) |
2.3 研究方法
2.3.1 基于InVEST模型的生态系统碳储量评估
表2 黄河水源涵养区不同时期土地利用类型碳密度Table 2 Carbon density of land use types in different periods in the Yellow River Basin water conservation area |
土地利用 类型 | 不同时期土地利用类型碳密度/(t·hm-2) | ||||||||
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1980年 | 1990年 | 2000年 | 2010年 | 2020年 | 2030年 | 2050年 | |||
ssp119 | ssp245 | ssp119 | ssp245 | ||||||
耕地 | 155.94 | 150.13 | 146.99 | 146.06 | 153.71 | 130.24 | 124.10 | 136.61 | 123.19 |
林地 | 328.18 | 328.56 | 324.17 | 330.79 | 342.95 | 332.54 | 329.99 | 344.01 | 334.69 |
草地 | 229.77 | 237.64 | 224.64 | 236.69 | 259.09 | 232.35 | 222.60 | 249.67 | 229.48 |
水域 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
建设用地 | 130.60 | 125.59 | 122.66 | 125.58 | 136.51 | 115.04 | 110.82 | 125.94 | 112.49 |
未利用地 | 188.20 | 197.30 | 184.72 | 199.48 | 218.92 | 203.13 | 197.55 | 221.24 | 205.74 |
2.3.2 基于PLUS模型的土地利用变化模拟
图2 黄河水源涵养区2000年土地利用模拟精度验证(a) 2000年土地利用; (b) 基于1990年模拟2000年土地利用 Fig.2 Verification of land-use simulation accuracy in the water conservation area of Yellow River Basin in 2000.(a) Land-use in 1990, (b) Simulation of land-use in 2000 based on 1990 |
图3 黄河水源涵养区2020年土地利用模拟精度验证(a)2020年土地利用; (b)基于2010年模拟2020年土地利用; (c)基于2000年模拟2020年土地利用 Fig.3 Verification of land-use simulation accuracy in the water conservation area of Yellow River Basin in 2020.(a) Land-use in 1990, (b) Simulation of land-use in 2020 based on 2010, (c) Simulation of land-use in 2020 based on 2000 |
3 结果分析
3.1 1980 -2020年土地利用变化对碳储量的影响
表3 黄河水源涵养区1980 -2020年各土地利用类型面积及比例Table 3 Area and proportion of each land-use type in the water conservation area of Yellow River Basin from 1980 to 2020 |
土地利用类型 | 面积、 比例 | 1980年 | 1990年 | 2000年 | 2010年 | 2020年 |
---|---|---|---|---|---|---|
耕地 | 面积/km2 | 14098.5 | 14210.4 | 14504 | 14285.6 | 14057.5 |
比例/% | 6.31 | 6.36 | 6.49 | 6.39 | 6.29 | |
林地 | 面积/km2 | 27036.4 | 27046.3 | 26942.7 | 27421.4 | 27895.85 |
比例/% | 12.10 | 12.10 | 12.06 | 12.27 | 12.48 | |
草地 | 面积/km2 | 151670 | 151343 | 150997 | 156795 | 157487.31 |
比例/% | 67.87 | 67.72 | 67.56 | 70.16 | 70.47 | |
水域 | 面积/km2 | 3678.22 | 3881.06 | 3919.21 | 4332.09 | 4418.58 |
比例/% | 1.65 | 1.74 | 1.75 | 1.94 | 1.98 | |
建设用地 | 面积/km2 | 1062.02 | 1071.16 | 1155.52 | 1427.06 | 1834.84 |
比例/% | 0.48 | 0.48 | 0.52 | 0.64 | 0.82 | |
未利用地 | 面积/km2 | 25940.3 | 25933.3 | 25966.5 | 19224.9 | 17791.98 |
比例/% | 11.61 | 11.60 | 11.62 | 8.60 | 7.96 |
图4 黄河水源涵养区1980年(a)和2020年(b)土地利用分布Fig.4 Land-use distribution in the water conservation area of Yellow River Basin in 1980 (a) and 2020 (b) |
图5 黄河水源涵养区1980 -2020年土地利用转移空间格局Fig.5 Spatial pattern of land-use transfer in the water conservation area of Yellow River Basin from 1980 to 2020 |
表4 黄河水源涵养区1980 -2020年碳储量变化Table 4 Carbon storage changes in the water conservation area of Yellow River Basin from 1980 to 2020 |
土地利用 类型 | 碳储量变化/(×106 t) | |||||
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1980年 | 1990年 | 2000年 | 2010年 | 2020年 | 1980—2020年 | |
耕地 | 219.85 | 213.34 | 213.20 | 208.66 | 216.08 | -3.78 |
林地 | 887.29 | 888.63 | 873.40 | 907.07 | 956.69 | 69.40 |
草地 | 3484.94 | 3596.51 | 3392.05 | 3711.18 | 4080.36 | 595.41 |
水域 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
建设用地 | 13.87 | 13.45 | 14.17 | 17.92 | 25.05 | 11.18 |
未利用地 | 488.20 | 511.65 | 479.65 | 383.50 | 389.49 | -98.71 |
总碳储量 | 5094.16 | 5223.59 | 4972.46 | 5228.33 | 5667.66 | 573.50 |
图7 黄河水源涵养区1980 -2020年碳储量空间分布及碳储量变化(a)1980年碳储量; (b)1990年碳储量; (c)2000年碳储量; (d)2010年碳储量; (e)2020年碳储量; (f)1980-2020年碳储量变化 Fig.7 Spatial distribution of carbon storage and carbon storage changes in the water conservation area of Yellow River Basin from 1980 to 2020.(a) carbon storage in 1980, (b) carbon storage in 1990, (c) carbon storage in 2000, (d) carbon storage in 2010, (e) carbon storage in 2020, (f) carbon storage changes from 1980 to 2020 |
表5 黄河水源涵养区2030、 2050年不同情景下土地利用类型面积及变化Table 5 Area and changes of land-use types in the water conservation area of Yellow River Basin under different scenarios in 2030 and 2050 |
土地利用 | 2020年 /km2 | 自然发展情景下土地利用类型面积及变化/km2 | 生态保护情景下土地利用类型面积及变化/km2 | ||||||
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2030年 | 2020 -2030年 | 2050年 | 2020 -2050年 | 2030年 | 2020 -2030年 | 2050年 | 2020 -2050年 | ||
耕地 | 14057.50 | 13895.13 | -162.37 | 15998.96 | 1941.46 | 13550.92 | -506.58 | 13045.47 | -1012.03 |
林地 | 27895.85 | 28307.81 | 411.96 | 25032.64 | -2863.21 | 28534.78 | 638.94 | 29462.28 | 1566.43 |
草地 | 157487.31 | 158122.22 | 634.91 | 159220.59 | 1733.28 | 158410.31 | 923.00 | 159728.94 | 2241.63 |
水域 | 4418.58 | 4498.78 | 80.20 | 4271.10 | -147.48 | 4500.54 | 81.96 | 4642.24 | 223.66 |
建设用地 | 1834.84 | 1892.49 | 57.65 | 2203.57 | 368.73 | 1986.71 | 151.87 | 1913.08 | 78.24 |
未利用地 | 17791.98 | 16769.62 | -1022.36 | 16759.19 | -1032.78 | 16502.24 | -1289.74 | 14694.04 | -3097.94 |
3.2 不同土地利用变化情景下碳储量变化
表6 黄河水源涵养区2030 -2050年不同土地利用变化情景和未来气候情景下碳储量Table 6 Carbon storage in the water conservation area of Yellow River Basin under different land-use change scenarios and future climate scenarios from 2030 to 2050 |
土地利用 类型 | 自然发展情景碳储量/(×106 t) | 生态保护情景碳储量/(×106 t) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2030年 | 2050年 | 2030年 | 2050年 | |||||
ssp119 | ssp245 | ssp119 | ssp245 | ssp119 | ssp245 | ssp119 | ssp245 | |
耕地 | 180.96 | 172.43 | 218.56 | 197.09 | 176.48 | 168.16 | 178.22 | 160.71 |
林地 | 941.36 | 934.14 | 861.14 | 837.82 | 948.91 | 941.63 | 1013.53 | 986.08 |
草地 | 3673.93 | 3519.86 | 3975.25 | 3653.74 | 3680.62 | 3526.27 | 3987.94 | 3665.41 |
水域 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
建设用地 | 21.77 | 20.97 | 27.75 | 24.79 | 22.86 | 22.02 | 24.09 | 21.52 |
未利用地 | 340.64 | 331.28 | 370.78 | 344.80 | 335.21 | 326.00 | 325.09 | 302.32 |
总碳储量 | 5158.67 | 4978.69 | 5453.50 | 5058.25 | 5164.08 | 4984.08 | 5528.88 | 5136.03 |
图8 黄河水源涵养区2030年及2050年不同土地利用变化情景和未来气候情景下碳储量空间变化特征(a) 2030-Q1-SSP119; (b) 2030-Q1-SSP245; (c) 2030-Q2-SSP119; (d) 2030-Q2-SSP245; (e) 2050-Q1-SSP119; (f) 2050-Q1-SSP245; (g) 2050-Q2-SSP119; (h) 2050-Q2-SSP245 Fig.8 Spatial change characteristics of carbon storage under different land-use change scenarios and future climate scenarios in the water conservation area of Yellow River Basin in 2030 and 2050.(a) 2030-Q1-SSP119, (b) 2030-Q1-SSP245, (c) 2030-Q2-SSP119, (d) 2030-Q2-SSP245, (e) 2050-Q1-SSP119, (f) 2050-Q1-SSP245, (g) 2050-Q2-SSP119, (h) 2050-Q2-SSP245 |