政策导向的江苏滨海盐沼蓝碳优化土地利用模拟

《Land》：Policy-Oriented Land-Use Simulation for Saltmarsh Blue Carbon Optimization in Coastal Jiangsu, China

　　

土地利用变化与滨海湿地退化正在重塑滨海蓝碳储量的空间格局。如何在协调滨海开发与生态保护的同时提升盐沼蓝碳（saltmarsh blue carbon, SBC），已成为滨海环境管理的关键议题。研究人员以中国江苏沿海地区为研究区，构建了InVEST–GeoDetector–PLUS集成框架，用于评估2000–2020年碳储量动态与盐沼蓝碳变化，识别空间分异的驱动因子，并模拟2030–2050年自然发展（Natural Development, ND）、政策调控（Policy Regulation, PR）和退耕还湿（Returning Farmland to Wetland, RFW）三种情景下盐沼蓝碳储量（saltmarsh blue carbon storage, SBCS）的未来响应。结果表明，2000–2020年江苏沿海地区总碳储量下降，而SBCS持续增加，表明区域碳储量与盐沼蓝碳之间呈非同步响应。GeoDetector结果识别出土地利用（Landuse）和归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）是盐沼蓝碳空间分异的主导驱动因子，且二者的交互作用显著增强了对蓝碳格局的解释力。未来情景模拟显示三种情景差异明显：ND情景下盐沼蓝碳波动剧烈，2040–2050年盐沼面积减少89.84%；RFW情景虽表现出恢复潜力但后期蓝碳增益有限，盐沼面积仅增加1.51%；相比之下，PR情景产生了最稳定的长期蓝碳增益，盐沼面积增加7.27%，SBCS由0.457×10⁶ t增至0.490×10⁶ t。上述发现表明，政策调控为维持土地利用稳定性、控制开发压力与增强盐沼保护提供了更为均衡的路径。本研究为快速发展沿海地区的盐沼保护、蓝碳提升以及面向蓝碳的土地利用管理提供了科学依据。

**研究背景与科学问题**

在全球气候变化背景下，基于自然的碳管理策略日益受到重视。滨海湿地凭借高初级生产力、泥沙淤积和长期碳埋藏能力，被认为是支撑气候减缓的关键生态系统，并服务于国家“碳达峰与碳中和”战略。盐沼是中国东部滨海一种典型的蓝碳生态系统，其固碳功能依赖于稳定的湿地生境、连续的潮滩以及完整的水文—泥沙过程。然而，快速城镇化、围填海、养殖扩张与基础设施建设重塑了海岸带土地利用格局，将部分自然湿地转为人工地类，压缩蓝碳空间并造成盐沼生境破碎化。已有研究虽采用InVEST、FLUS等模型评价碳储量的情景响应，但多集中于省级总碳储量，未将盐沼蓝碳作为独立组分提取，对其空间分异机制探讨不足；情景模拟大多仅覆盖5–10年短期，且未系统耦合政策调控与退耕还湿两类路径的长期比较。因此，亟需一套能够独立分离盐沼蓝碳、解析其空间异质性机制并预测其长期管理响应的综合分析框架。

**研究内容、结论与意义**

研究人员以江苏沿海地区为研究区，构建了“历史演变—驱动因子分析—情景响应”的集成框架：基于2000–2020年土地利用数据，评估区域碳储量与盐沼蓝碳的时空格局，借助地理探测器识别空间分异主导因子，并通过Markov–PLUS模型模拟2030–2050年ND、PR与RFW三种情景。结果表明2000–2020年区域总碳储量与盐沼蓝碳储量呈非同步变化；Landuse与NDVI是主导驱动因子；PR情景具有最稳定的长期蓝碳增益。研究为滨海土地利用规划、盐沼保护与蓝碳导向管理提供了定量依据，也为其他高强度开发海岸带的“双碳”实施提供参考。该论文发表在《Land》。

**数据与方法**

研究以2000–2020年5期30 m分辨率土地利用遥感数据为基础，依据中国土地利用/覆被变化遥感监测数据库（CNLUCC）体系归并为6类，以江苏11个沿海县（市、区）为空间单元。碳储量评估采用InVEST碳储与固持模块，按地上生物量、地下生物量、土壤有机碳与死有机质4个碳库核算，盐沼碳密度参照江苏沿海实地观测研究设定。驱动分析以SBCS为因变量、15个自然与人文因子为自变量，统一重采样至1 km分辨率后利用GeoDetector的q值和交互探测量化解释力。情景模拟采用Markov–PLUS模型，以Markov链预测土地需求，通过LEAS学习转换规则、CARS生成用地格局，并以转换成本矩阵与邻域权重落实ND、PR与RFW情景；回溯验证得到Kappa系数0.87、总体精度0.949。

**研究结果**

**3.1 2000–2020年土地利用变化与盐沼动态**
基于土地利用遥感分类与转移特征的分析表明，耕地始终占主导，但占比由2000年的74.85%降至2020年的71.96%；建设用地先升后降，2020年为13.57%；水域面积由6.87%增至10.29%；盐沼面积比例则由0.50%升至2010年的0.86%，再增至2020年的1.34%，反映出滨海开发扩张与湿地空间调整并存的格局。

**3.2 2000–2020年总碳储量与SBCS变化**
基于InVEST碳储模块的核算表明，总碳储量由2000年的181.41×10⁶ t降至2015年的172.52×10⁶ t，2020年回升至176.60×10⁶ t，净减少4.81×10⁶ t（-2.65%），其中2005–2010年损失最大，2015–2020年则出现4.08×10⁶ t回升；耕地贡献了2020年区域碳储量的84%以上。与此相反，SBCS由0.148×10⁶ t增至0.399×10⁶ t，增幅约170.1%，占总碳储量的比例由0.081%升至0.226%。空间上，蓝碳增加区主要分布于盐沼扩张或湿地恢复岸段，损失区集中于岸线高强度利用与用地转换频繁区域，表明区域总碳库与盐沼蓝碳受不同机制控制，呈非同步响应。

**3.3 SBC空间分异驱动因子**
GeoDetector单因子与交互探测显示，NDVI与Landuse始终具有较高解释力：2000年和2005年NDVI的q值最高（分别为0.262和0.242），土地利用次之；2010年后土地利用超过NDVI成为主导因子，q值在2010、2015、2020年分别为0.303、0.316和0.302。坡度与高程保持中等解释力；夜间灯光（NTL）的q值由0.010升至0.092，表明城市化与岸线开发影响增强。交互探测表明大部分因子组合的解释力高于单因子，其中土地利用与NDVI的交互作用最为突出，说明用地结构决定蓝碳分布的空间基底，而植被覆盖进一步调控碳储量水平。

**3.4 2030–2050年未来情景下的土地利用转变**
基于Markov–PLUS的情景模拟显示，2020–2030年ND情景下盐沼净减少26,587.26 ha，而PR与RFW情景分别净增2621.34 ha和2560.59 ha。2030–2040年，ND情景下耕地大幅减少46,270.89 ha、建设用地增加21,853.17 ha、水域增加17,858.43 ha；PR情景盐沼延续净增1575.81 ha，RFW情景则净减477.90 ha。2040–2050年，PR情景盐沼净增2424.96 ha，增长最为显著；RFW情景净增470.70 ha；ND情景转为净减1075.23 ha。综合土地利用动态度方面，ND情景最高（三期分别为0.9427、1.1644、1.0054），PR情景始终较低（约0.024），RFW情景介于二者之间。这表明政策约束可显著降低用地转换强度并维持盐沼空间稳定。

**3.5 长期期（2030–2050年）多情景下盐沼蓝碳储量的响应**
耦合InVEST模型的模拟表明，碳储量密度空间格局总体连续，情景差异主要表现为局部斑块调整。ND情景下低值碳斑块趋于扩张，高值斑块趋于破碎；PR情景中等与高碳密度斑块连续性良好、低值斑块扩张受到控制；RFW情景则使局部中高碳密度斑块增强。针对盐沼地类的分析显示，2040–2050年PR情景的SBCS由0.457×10⁶ t增至0.490×10⁶ t，增幅7.27%，为三种情景中最大；RFW情景由0.428×10⁶ t增至0.434×10⁶ t，增幅1.51%；ND情景后期SBCS大幅下降显著（盐沼面积减少89.84%）。对碳密度系数施加±10%变动的敏感性分析表明，SBCS按比例变化而情景间相对排序不变，结论具有稳健性。

**讨论与结论**

讨论指出，总碳储量下降而盐沼蓝碳上升的非同步现象源于二者的控制机制不同：区域总碳库主要受耕地、水域、林草地与建设用地等大面积地类转换控制，而SBCS更依赖于盐沼面积、空间连续性与湿地生境稳定度，因而虽然其占总碳储量比例较小，却是海岸带湿地动态的敏感指示器。蓝碳增益并非仅由面积扩张决定，而取决于湿地空间格局的稳定性与连续性。由于土地利用结构、植被条件与人类活动共同作用于盐沼蓝碳，未来管理不能依赖自然演变或单一修复措施。与ND情景的高波动和RFW情景的后期边际增益下降相比，PR情景通过控制建设用地扩张、维持土地利用稳定并强化盐沼保护，提供了更为均衡的管理路径。因此，盐沼保护应纳入国土空间规划与海岸带管理制度，在损失区限制围填和建设用地扩张、在增益区设置生态保护红线或蓝碳提升区，并建立兼顾水文适宜性与潮滩连通性的监测与碳核算体系。

论文研究结论部分可概括翻译为：该研究系统评估了2000–2020年江苏沿海盐沼蓝碳的时空动态，并通过耦合模型预测了2030–2050年ND、PR与RFW三种情景下的变化趋势。结果表明，盐沼生态系统的空间分布对区域碳储量具有重要作用，盐沼蓝碳的分布与变化显著受土地利用格局和植被覆盖影响，政策干预能够增强长期碳汇潜力并减少碳损失，而盐沼蓝碳的长期稳定性不仅取决于盐沼扩张，还取决于湿地空间连续性的维持与土地利用转换的调控。其中，PR情景表现出最稳定的长期蓝碳增益，表明兼顾生态保护与发展需求的综合海岸带管理具有更高有效性；RFW情景具有显著的早期恢复潜力，但因空间限制与用地竞争后期增益递减，故应在用地规划协调下选择性实施；ND情景则导致最大的空间波动与碳损失风险。据此建议优先采取整体性政策调控以维持盐沼连续性、限制无序用地转换；针对低值碳斑块与高连通潜力区域实施空间靶向修复；开展长期监测与适应性管理；相比自然发展与单一退耕还湿路径，PR情景为江苏沿海提供了兼顾土地利用稳定、生态保护与蓝碳持续提升的更均衡路径；未来应加强海岸带空间管理，提升盐沼蓝碳储量与区域碳汇能力。研究亦指出固定碳密度系数难以完全反映数十年间生态与水文变化引起的碳储量时空变异、土地利用动态指数对较小基期面积敏感等局限性，后续需融合野外观测与空间显式碳密度数据加以改进。