城市化对干旱区区域碳汇的影响机制研究——以新疆阿勒泰地区为例

本研究针对干旱区城市化进程中碳汇变化的科学问题，以新疆阿勒泰地区为案例，结合InVEST模型和STIRPAT模型，揭示了1980-2020年间土地利用转型（如森林减少38%、草地南减北增）与碳储量波动（峰值689.99百万吨）的关联规律，发现第一产业占比（贡献率18.6%）和城镇化率是核心驱动因子，为"双碳"目标下生态脆弱区政策制定提供量化依据。

　　

在全球气候变化与"双碳"目标背景下，干旱区生态系统的碳汇功能研究成为焦点。阿勒泰地区作为典型的冷旱过渡带，其城市化进程伴随着剧烈的土地利用变化——森林砍伐、草地退化与农田扩张交织，但这类生态脆弱区的碳储量动态规律及人为驱动机制尚不明确。现有研究多聚焦湿润温带地区，对干旱区内陆的碳循环特征认识不足，且缺乏社会经济因素（如产业结构、能源消耗）与自然因素的协同分析。

为解决这一科学问题，国内研究团队在《Ecological Indicators》发表论文，通过整合40年（1980-2020）土地利用数据、气象记录和经济指标，创新性地构建了"碳储量多因子分析框架"。研究采用InVEST模型量化碳储量时空变化，并运用改进的STIRPAT模型（引入岭回归处理多重共线性），系统解析了8类驱动因子的贡献度。

关键技术包括：1）基于InVEST的碳库模块，划分地上生物量（C_above
）、地下根系（C_below
）、土壤（C_soil
）和枯落物（C_dead
）四类碳库；2）岭回归模型（正则化参数K=0.7）解决传统最小二乘法无法处理的变量共线性问题（如CO₂
排放VIF>1400）；3）土地利用转移矩阵追踪森林-草地-耕地的转化路径。

4.1 土地利用类型转变分析
研究发现阿勒泰地区呈现"北增南消"的草地分布格局，南部草地至2020年近乎消失。建设用地40年激增329%，主要来自未利用地转化（52,622 km²
留存）。1995-2010年间出现森林大规模转草地（5,007 km²
）的拐点，这与牧业扩张及"以粮为纲"政策遗产密切相关。

4.2 碳储量变化特征
碳储量呈现"两阶段"趋势：1980-2010年下降期（2010年达最低661.23百万吨），主因北部森林锐减（碳密度17,610 t/ha）；2010年后回升，得益于公益林补贴和秸秆还田措施。空间上，2010年前碳损失集中在北部林区，后期转向南部草地退化区。

5.3 驱动机制解析
岭回归模型（R²
=0.909）显示，第一产业GDP占比每增加1%会导致碳储量降低0.186%（标准化系数），反映农牧业扩张的负面效应。城镇化率（系数-0.158）和CO₂
排放（-0.140）紧随其后，而温度影响最弱（0.065）。值得注意的是，耕地面积扩大通过改变地表覆盖类型（碳密度98.9 t/ha vs森林193.8 t/ha）产生持续负向作用。

这项研究首次在干旱区验证了"经济-能源-土地"协同影响碳储量的理论框架。实践层面，建议通过优化产业结构（降低一产比重至33%以下）、推广农林复合系统（agroforestry）来平衡发展与固碳需求。未来研究可纳入生态补偿政策等制度变量，以更全面揭示人地关系。该成果为丝绸之路经济带节点城市的低碳规划提供了科学模板，对实现2060碳中和目标具有示范意义。