基于PLUS-InVEST耦合模型的江苏省太湖流域碳储量时空演变分析与多情景预测

针对快速城市化背景下土地利用变化(LUCC)对陆地碳储量的影响问题，本研究耦合PLUS（斑块生成土地利用模拟）和InVEST（生态系统服务评估）模型，以江苏省太湖流域为案例，量化2000-2020年碳储量动态（损失3.26×106 t）并预测2030年多情景差异（CPS情景实现0.22×106 t净增益），为长三角城市群"双碳"目标下的土地利用优化提供科学依据。

　　

随着中国城镇化率突破65%，长三角城市群作为国家经济引擎正面临生态与发展的尖锐矛盾。太湖流域（江苏省）作为典型案例，过去20年建成区扩张249,166公顷，导致碳储量锐减12.57%（3.26×10⁶吨），其中2000-2010年损失占比高达87.7%。这种"发展-失碳"的恶性循环直接威胁中国2030碳达峰承诺，而现有研究在时间分辨率（多依赖10年尺度）、政策情景对比（缺乏跨方案量化）和空间异质性分析（忽视微尺度聚集规律）三方面存在显著空白。

江苏省地质调查研究院等机构的研究团队创新性地整合PLUS-Markov和InVEST模型，首次实现太湖流域5年精度的碳储量时空解析。研究通过LEAS（土地扩张分析策略）和CARS（多类型随机种子元胞自动机）模块，模拟经济开发(EDS)、耕地保护(CPS)和生态保护(EPS)三种2030年情景，结合Moran's I指数和Getis-Ord Gi*热点分析，揭示出：

关键技术包括：(1) 基于30m分辨率LUCC数据的转移矩阵构建；(2) 考虑降水/温度校正因子的碳密度校准（土壤碳密度修正系数K_S=0.82）；(3) 1km网格化的空间自相关分析；(4) 多情景约束下的PLUS-Markov预测（设置耕地转换概率阈值0.7）。

【3.1 土地利用类型时空分析】
通过2000-2020年5期土地利用转移矩阵发现，耕地流失（-266,757 ha）与建成区扩张（+249,166 ha）呈显著负相关（R²=0.93），其中2005-2010年转化强度达峰值（139,105 ha耕地转为城镇）。弦图分析显示，2015年后水田转湖体面积增加76.5%，反映"退耕还湖"政策成效。

【3.2 陆地生态系统碳储量变化】
碳密度排序为森林(296.19 t·hm^-2)>耕地(210.62 t·hm^-2)>水体(81.10 t·hm^-2)，但耕地贡献率从71.12%降至59.09%。空间上呈现"西高东低"格局，宜溧山区碳汇热点区（Moran's I=0.3329）与苏锡常城市冷点区形成鲜明对比。

【3.3 多情景预测】
2030年CPS情景通过严格耕地保护（+17,283 ha）实现0.22×10⁶ t碳增益，而EPS情景下森林/草地增加5,716 ha仅减缓31%损失，揭示单一生态政策在高度城镇化区域的局限性。空间聚类显示，西南部林地热点区对政策响应敏感（G_i*>2.58）。

【3.5 碳储量空间聚集特征】
全局Moran's I指数从2000年0.3376降至2020年0.3290，反映城市化导致的碳汇破碎化。值得注意的是，CPS/EPS情景可使2030年空间自相关强度回升至0.332，证明政策干预能部分修复景观连通性。

这项发表在《Trees, Forests and People》的研究，首次量化了太湖流域"政策-土地利用-碳汇"的剂量效应关系。核心启示在于：耕地保护对碳汇维持具有"杠杆效应"——每保留1公顷高密度耕地（210.62 t·hm^-2）可抵消3.2公顷建成区扩张的碳损失。研究创新性地提出"三维碳补偿"机制，建议在苏锡常城市群推广立体绿化（如屋顶农场），以弥补平原地区生态用地不足的先天劣势。该成果为长江经济带落实"双碳"战略提供了可复制的空间规划范式，其"高分辨率评估-多情景预警-空间靶向治理"的技术框架，对全球三角洲地区的可持续城镇化具有参考价值。