埃塞俄比亚阿卡基河流域城市化进程中的土地利用/土地覆被碳储量动态

《Carbon Balance and Management》：Carbon stock dynamics across land use/land cover in the urbanizing Akaki river catchment, Ethiopia

　　

摘要

背景

陆地生态系统在气候调节中发挥着关键作用，然而农村-城市土地利用与土地覆盖（LULC）的快速变化正在深刻重塑发展中景观的碳动态。传统的静态评估往往无法捕捉这些时空动态，导致碳通量和碳排放的低估。本研究利用多时间尺度基准年份（1984、1994、2004、2014和2024年），量化了快速城市化的Akaki河流域1984–2024年间碳储存与碳汇的时空动态，并通过创新性地整合中高分辨率遥感LULC地图、ARIES植被碳数据集和InVEST模型，首次提供了空间显式的农村-城市景观长期评估。地上生物量（AGB）、地下生物量（BGB）和土壤有机碳（SOC）从整合数据集中提取，随后利用ArcGIS Pro中的空间分区统计方法，在像素级别和土地利用类别级别量化碳储量。

结果

结果表明，Akaki河流域存在显著的碳储量时空动态变化，主要由土地利用转换和快速城市化驱动。1984至2024年间，林地和草地的总碳储量分别大幅下降，从91,738 tC降至13,770 tC，从100,164 tC降至21,691 tC，而人工林从15,058 tC增至39,537 tC。尽管耕地的单位面积碳储量相对较低，但其广泛的空间覆盖使其总碳储量最大，从169,577 tC增至253,378 tC。研究期间，人工林录得最高的净碳增益（+24,479 tC；+162.7%），而林地（-85.0%）和草地（-78.3%）经历了显著的碳耗竭。累积模型模拟进一步表明，城市扩张贡献了约940万 tC的碳损失，其中2004–2014年间排放量最为剧烈，恰逢农村-城市景观加速转变时期。

结论

本研究中，碳储存指LULC类别内生态系统总碳储量，而碳汇指土地利用转变随时间推移驱动的净碳增益或损失。Akaki河流域碳总损失约为962万 tC，部分被耕地和人工林的碳增益所抵消，1984–2024年间净碳损失约为482万 tC。这些基于整合遥感数据和生态系统服务模型（InVEST和ARIES）的估算值，固有地反映了与输入数据质量、模型结构和参数化相关的不确定性。研究结果展示了无计划土地利用变化——尤其是快速城市扩张——的主导影响，凸显了在快速城市化的高原景观中，亟需空间显式的土地利用分区规划、高碳生态系统恢复以及碳敏感型农村-城市规划整合，以增强碳汇能力并维持生态系统碳的长期稳定性。