中国陆地生态系统碳储量与粮食生产的时空权衡研究（1995-2100）：多情景模拟与政策启示

针对中国城市化进程中生态用地-耕地-城镇用地级联变化对碳储量和粮食生产的影响机制不清问题，Yating He团队集成随机森林(RF)和InVEST模型，模拟SSP1-2.6/2-4.5/5-8.5情景下1995-2100年碳储量动态，揭示黄淮海平原等服务衰退区与青藏高原协同发展区的空间分异规律，为新型城镇化与生态修复协同设计提供理论支撑。

　　

随着全球变暖加剧和城市化快速推进，陆地生态系统的碳循环过程与粮食生产安全正面临前所未有的挑战。中国作为全球最大的发展中国家，其独特的"城镇扩张-耕地侵占-生态用地退化"级联变化过程，正在深刻重塑国土空间格局。尽管政府实施了"三北防护林"等生态工程，但如何平衡碳汇功能增强与18亿亩耕地红线保护，仍是实现"双碳"目标的关键瓶颈。这一科学难题的破解，亟需厘清长时间尺度下碳储量与粮食生产的时空权衡机制。

中国自然资源部土地生态观测研究站联合黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室的研究团队，在《Journal for Nature Conservation》发表重要成果。研究整合1995-2020年土地利用变化(LUCC)数据和SSP1-2.6/2-4.5/5-8.5情景预测，创新性地将随机森林(RF)机器学习与InVEST生态系统服务评估模型耦合，首次构建了考虑碳密度动态变化的九大分区碳储量估算体系。通过叠加分析中国粮食生产数据集，系统揭示了近百年尺度下生态-生产空间的协同演变规律。

关键技术包括：1) 基于多源遥感和社会经济数据驱动随机森林模型预测动态碳密度；2) 应用InVEST模型模拟不同SSP情景下碳储量变化；3) 采用空间自相关和转移矩阵分析土地利用级联效应；4) 整合全国粮食生产数据开展空间权衡分析。

【Urban-cropland-ecological land cascade changes】
研究发现1995-2020年城镇面积激增近3倍（达14.59×10⁴
km²
），主要侵占耕地和草地。尽管生态工程使森林增加63.33×10⁴
km²
，但草地净减少5.36×10⁴
km²
，其中中部地区生态用地退化最显著。

【Differential effects of changes in carbon density on carbon storage】
动态碳密度估算结果普遍高于传统固定参数法，显示森林碳密度在南方累积效应更强。SSP1-2.6情景下2100年碳储量较2020年增长12.3%，呈现"北低南高"的空间格局，而SSP5-8.5情景增幅仅6.8%。

【Conclusion】
研究首次量化了中国级联土地利用变化对碳-粮系统的多尺度影响：1) 黄淮海平原和西北地区形成服务衰退带，而青藏高原成为协同发展区；2) SSP1-2.6路径可使协同发展城市增加36个，而SSP5-8.5情景将导致68个城市服务功能退化；3) 动态碳密度模型较传统方法精度提升23%。

该研究为解析人地系统耦合机制提供了方法论突破，其分区动态参数化方案显著改善了碳储量模拟精度。发现的"南北分异、中部塌陷"空间规律，直接支撑了国土空间规划中"三区三线"的精准划定。特别是证实SSP1-2.6路径能同步提升36%城市群的碳汇与粮食产能，为全球可持续发展目标(SDGs)的本土化实践提供了量化依据。未来需重点关注中部地区生态用地保护与耕地质量提升的协同调控技术研发。