西北干旱区土地利用变化对碳储量的影响机制及未来情景预测——基于改进Arid_InVEST模型的SIC整合研究

针对干旱区土壤无机碳(SIC)被传统模型忽略导致碳储量低估45%的问题，研究人员通过改进InVEST模型开发Arid_InVEST，首次整合SIC评估西北干旱区碳储量动态。研究发现过去30年耕地扩张23.5%导致碳储量减少，未来SSP585情景下LUCC将使碳储量下降24.1%，为"双碳"目标下干旱区生态政策提供新框架。

　　

在全球气候变化背景下，陆地生态系统的碳汇功能成为缓解气候危机的关键自然解决方案。然而，占地球陆地面积40%的干旱区却长期被研究忽视——这些区域储存着全球15-20%的土壤碳，其中近半以土壤无机碳(SIC)形式存在。传统碳评估模型如InVEST（生态系统服务评估模型）仅考虑有机碳组分，导致中国西北干旱区碳储量被低估45%。这种认知空白严重制约着"双碳"战略在干旱区的实施。更严峻的是，过去三十年该区域耕地扩张23.5%、草地持续退化，但人类活动与气候变化双重压力下的碳储量响应机制仍不明确。

针对这一科学难题，自然资源部城市国土资源监测与模拟重点实验室的研究团队在《Science of The Total Environment》发表创新成果。研究者突破性地将SIC纳入碳库评估体系，开发出Arid_InVEST改进模型，首次实现干旱区有机-无机碳耦合评估。通过整合ESA-CCI土地利用数据和全球土地计划(GLP)数据集，团队不仅重建了1992-2020年碳储量时空格局，更预测了四种SSP-RCP情景下至2100年的演变趋势。研究发现：草地退化与城市扩张将导致SSP585情景下碳储量锐减24.1%，而SIC占比高达46.10%的客观事实，彻底改变了干旱区碳管理的理论基础。

关键技术方法
研究采用多源数据融合技术，整合30米分辨率ESA-CCI土地覆盖数据和1公里分辨率GLP未来情景数据集。通过开发Arid_InVEST模型，在传统四碳库（地上生物量碳AGC、地下生物量碳BGC、死有机碳DC、土壤有机碳SOC）基础上新增SIC模块。采用空间叠置分析法量化LUCC对碳密度（122-31,523 g C/m²）的影响，结合CMIP6的SSP-RCP情景框架预测碳储量演变。

研究结果

历史期LUCC特征
2020年干旱区主导土地类型为裸地（66.87%）、草地（22.08%）和耕地（6.66%）。过去30年耕地面积增幅最大（23.5%），而裸地减少最显著。这种转变直接导致高碳密度区（森林、草地）向低碳密度区（裸地）转化。

碳储量空间分异
SIC贡献率达46.10%，改写干旱区碳库构成认知。高值区集中分布于森林（碳密度峰值31,523 g C/m²）、草地和耕地，而占区域面积2/3的裸地却是碳汇"洼地"。这种空间异质性揭示生态工程应优先关注植被恢复区。

未来情景预测
SSP126（可持续发展路径）显示最小碳损失（-8.7%），而SSP585（高排放路径）导致最大降幅（-24.1%）。关键驱动因子分析表明，草地每减少1%将引发0.89%碳储量下降，凸显草地保护在碳管理中的核心地位。

结论与意义
该研究创建了首个包含SIC的干旱区碳评估框架，证实传统模型严重低估无机碳汇功能。通过揭示LUCC与碳储量的非线性响应关系，发现草地退化是未来碳损失的主因。特别是在SSP585情景下，城市扩张将吞噬相当于当前18.7%的碳汇区。这些发现为"三北"防护林等工程提供量化依据，建议将SIC纳入国家碳核算体系。研究建立的Arid_InVEST模型不仅适用于中国西北，更为全球干旱区实现"气候智慧型"土地管理提供方法论范式。