快速城市化背景下生态文明示范区碳储量动态评估与多情景模拟研究——以中国贵州省为例

推荐：本研究针对快速城市化与生态保护双重压力下的碳储量动态变化问题，通过整合InVEST和PLUS模型，评估了贵州省1990-2020年土地利用/覆被（LULC）与碳储量的时空演变，并模拟了2030-2060年多情景下的碳储量变化及其经济价值。结果表明，森林恢复使碳储量增加301.62 Tg，而农业扩张导致218.63 Tg损失；未来生态优先情景可提升碳汇效益至15.69亿CNY。研究为喀斯特地区碳中和目标下的土地管理提供了科学依据。

　　

在全球气候变化与城市化加速的背景下，陆地生态系统的碳汇功能成为缓解气候危机的关键。中国贵州省作为典型的喀斯特生态脆弱区，既是重要的生态安全屏障，又面临经济发展与生态保护的尖锐矛盾。这片被誉为“中国西南绿肺”的土地，森林覆盖率超60%，却因独特的地质条件对土地利用变化（Land Use and Land Cover Change, LULC）极为敏感。过去三十年，贵州省在退耕还林等生态工程与快速城市化的双重作用下，碳储量如何演变？未来在“双碳”目标下，不同发展路径将如何影响碳平衡？这些问题对于生态脆弱区的可持续发展决策至关重要。

针对这一科学问题，贵州大学的研究团队在《Resources, Environment and Sustainability》发表了一项开创性研究。他们创新性地整合了生态系统服务评估模型（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, InVEST）与斑块生成土地利用模拟模型（Patch-generating Land Use Simulation, PLUS），首次在长时序（1990-2060年）、多情景框架下解析了贵州省碳储量的动态机制。研究团队基于30米分辨率的LULC数据，结合碳密度参数库，量化了历史碳储量变化；进而通过设定自然发展（NT）、城市扩张（UD）、生态优先（EP）三种基础情景及复合情景（UE/EU），模拟了未来碳储量演变轨迹，并引入栖息地质量约束优化模拟精度。

关键技术方法包括：1）基于InVEST碳模块的四碳库（地上生物量、地下生物量、土壤有机质、死有机质）评估法；2）PLUS模型的土地利用变化驱动因子分析与多情景模拟，整合随机森林算法和马尔可夫链预测；3）栖息地质量评估作为生态约束条件；4）碳市场定价模型量化碳汇经济价值。数据来源涵盖1990-2020年LULC遥感数据、贵州省社会经济统计数据及区域碳密度文献汇编。

3.1 土地利用时空动态
研究发现，1990-2020年间贵州省森林面积占比从58.76%波动增至61.42%，耕地先增后减（32.33%→34.77%→31.81%），灌木草地持续萎缩（8.13%→4.12%）。空间上，森林与耕地广域分布，建设用地以贵阳-遵义为核心向外扩张。值得注意的是，2010年后耕地转森林面积达8758.82 km²
，推动碳储量回升，但东南部森林破碎化加剧。

3.2 碳储量估算
全省碳储量呈“升-降-升”趋势（3423.13→3475.42 Tg），79%碳储于森林土壤。土壤有机碳库占比76%，是最大碳汇。空间上呈现“东高西低”格局，黔东南州因高碳密度森林减少成为唯一碳储量下降区域。历史阶段分析显示，2000-2010年因耕地侵占森林导致碳损失51.01 Tg，而2010-2020年生态工程促使碳储量净增73.25 Tg。

3.3 栖息地质量约束
栖息地质量评分从0.599持续降至0.568，优质栖息地（>0.8）占比从36.95%缩减至31.40%。贵阳、遵义等城市群周边退化显著，研究据此划定转换限制区用于未来模拟，保障核心碳汇功能区稳定性。

3.4 多情景预测
2060年EP情景碳储量最高（3649.31 Tg），较UD情景（3554.18 Tg）多储存95.13 Tg。复合情景表明，后期生态策略可部分抵消早期差异——UE（先UD后EP）与EU（先EP后UD）最终碳储量仅差0.91 Tg，但UE路径更利于兼顾中期经济发展。经济评估显示，EP情景碳汇价值达15.69亿CNY，相当于2020年全省GDP的5.61%。

4.2 碳增汇策略启示
讨论部分强调了三项关键发现：其一，喀斯特区生态恢复的碳汇效益显著，但需避免人工林单一化，建议优化林分结构（如混交乡土树种）提升固碳韧性；其二，城市绿色基础设施（如生物基建材、老旧绿地保护）可降低建设用地碳足迹；其三，碳市场机制能将森林生态价值转化为经济收益，但需解决西部地区的碳核算技术瓶颈。研究创新性提出“时序效应”理论——不同发展阶段策略组合的最终碳汇效果趋同，为区域弹性规划提供了时间维度上的政策灵活性。

这项研究不仅为贵州省生态文明示范区建设提供了量化工具，更创立了“生态-经济-政策”协同分析框架。其方法论对全球喀斯特及生态脆弱区具有普适性参考价值，尤其在碳汇潜力评估与国土空间优化方面。未来需结合更高精度的碳密度动态模型，并纳入气候-人类活动交互作用，以进一步提升预测可靠性。随着中国碳市场完善，该研究成果将直接助力“绿水青山”向“金山银山”的价值转化，推动碳中和目标的科学实现。