Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (4): 175-182    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021348
  技术方法 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
基于PLUS和InVEST模型的西安市生态系统碳储量时空变化与预测
杨潋威1(), 赵娟1, 朱家田1, 刘雷1, 张平1,2()
1.西安工程大学环境与化学工程学院,西安 710600
2.陕西省土地整治重点实验室,西安 710075
Spatial-temporal change and prediction of carbon stock in the ecosystem of Xi’an based on PLUS and InVEST models
YANG Lianwei1(), ZHAO Juan1, ZHU Jiatian1, LIU Lei1, ZHANG Ping1,2()
1. School of Environmental and Chemical Engineering, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710600, China
2. Shaanxi Key Laboratory of Land Consolidation, Xi’an 710075, China
全文: PDF(3527 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

土地利用通过影响陆地生态系统结构布局和功能引起碳储量变化,研究土地利用变化与碳储量的关系对优化区域土地利用格局、合理生态决策具有重要意义。文章运用PLUS模型结合InVEST模型预测了西安市未来不同情景下土地利用及碳储量时空变化特征,研究了土地利用变化对碳储量的影响。结果表明: 建设用地扩张,高碳密度用地转移使得2000—2015年西安市碳储量减少了2.49×106 t,在自然增长情景下碳储量持续下降,2015—2030年将减少2.14×106 t; 由于生态保护情景采取措施保护用地、控制转移,碳储量增加了6.92×105 t; 耕地保护情景下,耕地得到保护,但林地和草地等高碳密度用地受到建设用地扩张影响使得碳储量下降为1.60×108 t。碳密度变化分析得出,采取生态保护措施,使得碳密度变化率有所提高,相比于自然增长情景,生态保护情景将碳密度的增长区占比由0.05%提高到1.57%,以高增长区为主。而耕地保护情景碳密度有所下降,增长区由高增长转变为较高增长。在保护耕地的基础上,西安市未来土地利用规划应适当采取生态保护措施,控制建设用地向耕地和林地的高速扩张,优化土地利用格局,有效降低碳储量损失,提高区域碳储量水平,实现区域可持续发展。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
杨潋威
赵娟
朱家田
刘雷
张平
关键词 土地利用变化PLUS模型InVEST模型西安市碳储量    
Abstract

Land use can cause carbon stock changes by affecting the structural layouts and functions of terrestrial ecosystems. Therefore, research on the relationship between land use changes and carbon stock is greatly significant for optimizing regional land use patterns and making sensible ecological decisions. This study predicted the spatial-temporal changing characteristics of land use and carbon stock in Xi’an under different scenarios in the future using the PLUS and InVEST models and investigated the impact of land use changes on carbon stock. The results are as follows. From 2000 to 2015, the expansion of construction land and the transfer of high-carbon-density land reduced the carbon stock of Xi’an by 2.49×106 t. From 2015 to 2030 the carbon stock continuously declined by 2.14×106 t in the natural growth scenario, and the carbon stock of Xi’an will increase by 6.92×105 t in the ecological protection scenario due to the measures taken for land protection and transfer control. In the cultivated land protection scenario, the cultivated land will be protected, but the high-carbon-density land such as woodland and grassland will be affected by the expansion of construction land during 2015—2030, reducing the carbon stock to 1.60×108 t. As indicated by the analysis of carbon density change, ecological protection measures can increase the changing rate of carbon density. Compared with the natural growth scenario, the ecological protection scenario will increase the proportion of areas with increased carbon density (mainly high-increase areas) from 0.05% to 1.57%. By contrast, under the cultivated land protection scenario, the carbon density will decrease, and high-increase areas will be transformed into moderately-high-increase areas. Based on cultivated land protection, it is necessary to take proper ecological protection measures in the future land use planning of Xi’an to control the rapid expansion of construction land from cultivated and forest land. Optimizing land use patterns can effectively reduce the loss of carbon stock, improve the level of regional carbon stock, and achieve regional sustainable development.

Key wordsland use change    PLUS model    InVEST model    Xi’an City    carbon storage
收稿日期: 2021-10-21      出版日期: 2022-12-27
ZTFLH:  TP79  
  X144  
基金资助:陕西省自然科学基金面上项目“高分辨率高精度PM1污染对城市三维景观格局的响应机制”(2021JM-447);陕西省土地整治重点实验室基金项目“生态系统服务功能对土地整治和气候变化的响应机制研究”(2018-JC12)
通讯作者: 张 平(1981-),男,副教授,主要从事生态系统服务定量评估、景观格局与大气污染模拟等方面的研究。Email: pingzhang_2008@126.com
作者简介: 杨潋威(1996-),男,硕士研究生,主要从事土地利用模拟与生态系统服务相关研究。Email: ylw8810015@163.com
引用本文:   
杨潋威, 赵娟, 朱家田, 刘雷, 张平. 基于PLUS和InVEST模型的西安市生态系统碳储量时空变化与预测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 175-182.
YANG Lianwei, ZHAO Juan, ZHU Jiatian, LIU Lei, ZHANG Ping. Spatial-temporal change and prediction of carbon stock in the ecosystem of Xi’an based on PLUS and InVEST models. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(4): 175-182.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021348      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I4/175
Fig.1  研究区地理位置概况
Fig.2  2000年和2015年土地利用变化空间分布
土地利用类型 2015年
耕地 林地 草地 水域 建设用地 未利用地 总和
2000年 耕地 312 081 5 334 11 333 2 747 47 615 49 379 159
林地 3 596 267 261 6 846 460 2 568 42 280 773
草地 12 732 8 407 179 967 592 1 729 29 203 456
水域 1 531 398 379 7 839 620 0 10 767
建设用地 7 572 401 366 127 72 813 1 81 280
未利用地 49 0 1 0 9 188 247
总和 337 561 281 801 198 892 11 765 125 354 309 955 682
Tab.1  西安市2000—2015年土地利用转移矩阵
Fig.3  模拟2030年不同情景下的土地利用变化空间分布
Fig.4  2000年和2015年碳储量空间分布
Fig.5  模拟2030年不同情景下的碳储量空间分布
Fig.6  2015—2030年不同情景下碳密度变化量的空间分布
[1] 张燕, 师学义, 唐倩. 不同土地利用情景下汾河上游地区碳储量评估[J]. 生态学报, 2021, 41(1):360-373.
Zhang Y, Shi X Y, Tang Q. Carbon storage assessment in the upper reaches of the Fenhe River under different land use scenarios[J]. Acta Ecologica Sinica, 2021, 41(1):360-373.
[2] 朱志强, 马晓双, 胡洪. 基于耦合FLUS-InVEST模型的广州市生态系统碳储量时空演变与预测[J]. 水土保持通报, 2021, 41(2):222-229.
Zhu Z Q, Ma X S, Hu H. Spatio-temporal evolution and prediction of ecosystem carbon stocks in Guangzhou City by coupling FLUS-InVEST models[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2021, 41(2):222-229.
[3] 刘洋, 张军, 周冬梅, 等. 基于InVEST模型的疏勒河流域碳储量时空变化研究[J]. 生态学报, 2021, 41(10):4052-4065.
Liu Y, Zhang J, Zhou D M, et al. Temporal and spatial variation of carbon storage in the Shule River basin on InVEST model[J]. Acta Ecologica Sinca, 2021, 41(10):4052-4065.
[4] Jiang W G, Deng Y, Tang Z H, et al. Modelling the potential impacts of urban ecosystem changes on carbon storage under different scenarios by linking the CLUE-S and the InVEST models[J]. Ecological Modelling, 2017, 345:30-40.
doi: 10.1016/j.ecolmodel.2016.12.002
[5] 韩艳莉, 陈克龙, 于德永. 土地利用变化对青海湖流域生境质量的影响[J]. 生态环境学报, 2019, 28(10):2035-2044.
Han Y L, Chen K L, Yu D Y. Evaluation on the impact of land use change on habitat quality in Qinghai Lake basin[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2019, 28(10):2035-2044.
[6] 王耕, 王佳雯. 丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究[J]. 生态环境学报, 2021, 30(3):621-630.
Wang G, Wang J W. Study on the impact of land use change on habitat quality in Dandong coastal area[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2021, 30(3):621-630.
[7] 朱文博, 张静静, 崔耀平, 等. 基于土地利用变化情景的生态系统碳储量评估——以太行山淇河流域为例[J]. 地理学报, 2019, 74(3):446-459.
doi: 10.11821/dlxb201903004
Zhu W B, Zhang J J, Cui Y P, et al. Assessment of territorial ecosystem carbon storage based on land use change scenario:A case study in Qihe River basin[J]. Acta Geographica Sinica, 2019, 74(3):446-459.
[8] Zhao M, He Z, Du J, et al. Assessing the effects of ecological engineering on carbon storage by linking the CA-Markov and InVEST models[J]. Ecological Indicators, 2019, 98:29-38.
doi: 10.1016/j.ecolind.2018.10.052
[9] 史名杰, 武红旗, 贾宏涛, 等. 基于MCE-CA-Markov和InVEST模型的伊犁谷地碳储量时空演变及预测[J]. 农业资源与环境学报, 2021, 38(6):1010-1019.
Shi M J, Wu H Q, Jia H T, et al. Temporal and spatial evolution and prediction of carbon stocks in Yili Valley based on MCE-CA-Markov and InVEST models[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2021, 38(6):1010-1019.
[10] 吴佩君, 刘小平, 黎夏, 等. 基于InVEST模型和元胞自动机的城市扩张对陆地生态系统碳储量影响评估——以广东省为例[J]. 地理与地理信息科学, 2016, 32(5):22-28.
Wu P J, Liu X P, Li X, et al. Impact of urban expansion on carbon storage in terrestrial ecosystems based on InVEST model and CA:A case study of Guangdong Province,China[J]. Geography and Geo-Information Science, 2016, 32(5):22-28.
[11] Liang Y, Liu L, Huang J. Integrating the SD-CLUE-S and InVEST models into assessment of oasis carbon storage in northwestern China[J]. Plos One, 2017, 12(2):e0172494.
doi: 10.1371/journal.pone.0172494
[12] Liang X, Guan Q, Clarke K C, et al. Understanding the drivers of sustainable land expansion using a patch-generating land use simulation (PLUS) model:A case study in Wuhan,China[J]. Computers,Environment and Urban Systems, 2021, 85:101569.
doi: 10.1016/j.compenvurbsys.2020.101569
[13] Liu X P, Liang X, Li X, et al. A future land use simulation model (FLUS) for simulating multiple land use scenarios by coupling human and natural effects[J]. Landscape and Urban Planning, 2017, 168:94-116.
doi: 10.1016/j.landurbplan.2017.09.019
[14] 喇蕗梦, 勾蒙蒙, 李乐, 等. 三峡库区生态系统服务权衡时空动态与情景模拟:以秭归县为例[J]. 生态与农村环境学报, 2021, 37(11):1368-1377.
La L M, Gou M M, Li L, et al. Spatiotemporal dynamics and scenarios analysis on trade-offs between ecosystem Service in three gorges reservoir area:A case study of Zigui County[J]. Journal of Ecology and Rural Environment, 2021, 37(11):1368-1377.
[15] 柯新利, 普鹍鹏, 杨柏寒, 等. 耕地保护对生态系统水源涵养功能的影响——以武汉市为例[J]. 水土保持研究, 2018, 25(1):391-396.
Ke X L, Pu K P, Yang B H, et al. Impacts of cultivated land protection on water retention fuction of ecosysteam:A case study in Wuhan[J]. Research of Soil and Water Conservation, 2018, 25(1):391-396.
[16] Babbar D, Areendran G, Sahana M, et al. Assessment and prediction of carbon sequestration using Markov chain and InVEST model in Sariska Tiger Reserve,India[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 278:123333.
doi: 10.1016/j.jclepro.2020.123333
[17] Sharp R, Douglass J, Wolny S, et al. InVEST 3.8.9 User’s Guide[Z]. The Natural Capital Project,Stanford University,University of Minnesota,the Nature Conservancy,and World Wildlife Fund, 2020.
[18] 柯新利, 唐兰萍. 城市扩张与耕地保护耦合对陆地生态系统碳储量的影响——以湖北省为例[J]. 生态学报, 2019, 39(2):672-683.
Ke X L, Tang L P. Impact of cascading processes of urban expansion and cropland reclamation on the ecosystem of a carbon storage service in Hubei Province,China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(2):672-683.
[19] Lyu R F, Mi L N, Zhang J M, et al. Modeling the effects of urban expansion on regional carbon storage by coupling SLEUTH-3r model and InVEST model[J]. Ecological Research, 2019, 34(3):380-393.
doi: 10.1111/1440-1703.1278
[1] 李博, 林文鹏, 李鲁冰. 面向SDG15的钱江源国家公园生态系统服务时空分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 243-253.
[2] 宋奇, 冯春晖, 马自强, 王楠, 纪文君, 彭杰. 基于1990—2019年Landsat影像的干旱区绿洲土地利用变化与模拟[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 198-209.
[3] 汪清川, 奚砚涛, 刘欣然, 周文, 徐欣冉. 生态服务价值对土地利用变化的时空响应研究——以徐州市为例[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 219-228.
[4] 桑潇, 张成业, 李军, 朱守杰, 邢江河, 王金阳, 王兴娟, 李佳瑶, 杨颖. 煤炭开采背景下的伊金霍洛旗土地利用变化强度分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 148-155.
[5] 郭瑞琦, 陆波, 陈恺霖. 基于CLUMondo模型的多情景土地利用变化动态模拟——以广西沿海城市为例[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(1): 176-183.
[6] 张瑜, 赵晓丽, 左丽君, 张增祥, 徐进勇. 黄土高原土地利用变化对生态系统服务价值的影响[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(3): 132-139.
[7] 詹雅婷, 朱叶飞, 苏一鸣, 崔艳梅. 基于国土资源卫星的盐城海岸带生态环境变化调查[J]. 国土资源遥感, 2017, 29(s1): 160-165.
[8] 张登荣, 许思莹, 谢斌, 吴文渊, 路海峰. 近40年椒江-台州湾滩涂围垦土地利用变化的遥感调查[J]. 国土资源遥感, 2016, 28(1): 101-106.
[9] 杨娅楠, 王金亮, 陈光杰, 习晓环, 王成. 抚仙湖流域土地利用格局与水质变化关系[J]. 国土资源遥感, 2016, 28(1): 159-165.
[10] 赵鹏. 新街台格庙矿区开发初期土地利用动态遥感监测[J]. 国土资源遥感, 2015, 27(4): 144-149.
[11] 方秀琴, 任立良, 李琼芳. 近40年老哈河流域土地利用变化监测与分析 [J]. 国土资源遥感, 2012, 24(2): 125-131.
[12] 魏显虎, 张增祥, 胡顺光, 刘芳. 北京山区土地利用转移的系统性和随机性[J]. 国土资源遥感, 2010, 22(4): 77-84.
[13] 冯永玖, 韩震. 基于遥感的黄浦江沿岸土地利用时空演化特征分析[J]. 国土资源遥感, 2010, 22(2): 91-96.
[14] 高迎春, 王利香, 佟连军, 尹君. 石家庄城市边缘区土地利用变化分析[J]. 国土资源遥感, 2010, 22(1): 107-111.
[15] 霍艳杰, 卫海燕, 薛亮, 李馥利. 基于指数分析法的西安市土地利用变化及驱动力研究[J]. 国土资源遥感, 2009, 21(2): 49-53.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发