陳馨　羅鎂玲　林仕宇　朱里瑩

摘 要：【目的／意義】國家公園作為抵御氣候危機，影響人類命運的先驅領域，科學地研究武夷山國家公園碳儲量的時空變化特征，為今后制定更為合理的生態(tài)管理方案提供參考?！痉椒ǎ^程】基于InVEST模型，選用文獻檢索法收集不同類型碳密度數(shù)據(jù)，對武夷山國家公園碳儲量在時間和空間兩個維度上進行分析?！窘Y果／結論】結果顯示：（1）武夷山國家公園林地地類是該區(qū)域主導的用地類型，草地和農(nóng)田位居第二、第三位；（2）武夷山國家公園總碳儲量呈現(xiàn)“先減后增，U型變化”，碳儲量高值區(qū)和林地地類范圍重合；（3）土壤碳儲量是生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的主要構成要素，占比突出。

關鍵詞：武夷山國家公園；生態(tài)系統(tǒng)服務；碳儲量；InVEST模型

中圖分類號：F327；S718.5 文獻標志碼：A 文章編號：16735617 （2023） 01-007207

氣候變化問題席卷了全球各個國家和地區(qū)，國家公園等自然保護地為氣候變化應對的先行者[1]。截至2022年，全球已有30多個國家和地區(qū)達成共識，制定了節(jié)能減排的低碳計劃[2]。中國也肩負起自己作為發(fā)展中國家的責任．積極采取應對措施，頒布了《國家適應氣候變化戰(zhàn)略》[3]，2020年提出了“碳達峰，碳中和”的目標，碳排放問題引起了廣泛的關注。在此背景下，中國公布了第一批國家公園名單，國家公園的建設主要是為了“公眾利益”和“國家利益”[4]，其具有良好的生態(tài)環(huán)境與豐富的野生動植物資源，生境質量優(yōu)越，同時具有極高的碳匯價值，是應對氣候變化，影響人類命運的先驅領域。山岳型生態(tài)系統(tǒng)的變遷必然引起地區(qū)乃至全球生態(tài)環(huán)境的改變，對人類的生存和發(fā)展構成巨大的威脅[5-7]。因此研究山岳型國家公園碳儲量與用地類型變化之間的關系及其空間分布特征，對維持區(qū)域碳循環(huán)的平衡與穩(wěn)定具有重要意義。

碳儲量是反映陸地生態(tài)系統(tǒng)服務供給水平，調節(jié)氣候變化的重要指標[8]，是近期生態(tài)系統(tǒng)服務研究的熱點[9]。陸地自然植被具有強大的固碳能力，植被固碳還能產(chǎn)生水源涵養(yǎng)、水土保持等其他生態(tài)效益[10]?，F(xiàn)已有大量研究基于通量觀測、野外調查和統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析等方法計算碳儲量[11]。傳統(tǒng)的碳儲量估算方法，往往需要人工去實地調研測算，面臨著采樣周期長、在大尺度研究中操作難度大，工作機制冗贅，可視化程度低，結果不夠準確的問題。遙感和模型法有多種模型模擬碳儲量分布，都存在數(shù)據(jù)復雜，操作難度大的問題。目前，眾多學者研究如劉冠等[12]、Rukundo等[13]、鄧喆等[14]引入InvEST模型Carbon模塊模擬陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的變化取得諸多成果，表明該模型具有操作簡便、運行速度快和精度高的優(yōu)點，可以實現(xiàn)碳儲量動態(tài)模擬變化的可視化制圖。因此，在較大尺度研究中，與傳統(tǒng)的碳儲量估算方法相比，以InVEST模型法為主的碳儲量估算方法能靈活地反映出時間維度上空間分布的變化。綜上所述，在長序列、大尺度上反映山岳型國家公園土地利用變化與碳儲量之間關系的研究還尚待補充。武夷山國家公園是全球范圍內保存最完整、最具代表性的森林生態(tài)系統(tǒng)之一。區(qū)域內具有獨特的地形地貌、多樣的植物資源，逐步增強了植被的原真性和完整性，豐富的生物多樣性和良好的生態(tài)質量。武夷山國家公園位于福建、江西兩省，與浙江相鄰，獨特的地理環(huán)境使得其在生態(tài)文明建設中具有重要的地位和作用。因此，本文選取2000、2005、2010、2015、2020年5個時間節(jié)點，在明確武夷山國家公園2000—2020年土地利用變化的基礎上，采用InvEST模型，結合ArcGIS進行可視化制圖，研究武夷山國家公園碳儲量時空分布特征，從而了解山岳型國家公園碳儲量的演進過程，以期為提升國家公園生態(tài)價值和制定減碳排政策提供科學的參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武夷山國家公園位于閩贛交界處武夷山脈北段，地理坐標為東經(jīng)E 117°24＇13〞～117°59＇19〞，總面積1001.41 knr2，地處武夷山市、建陽區(qū)、邵武市、光澤縣，與鉛山縣毗鄰。武夷山國家公園具有中亞熱帶典型的植被類型，擁有原生性常綠闊葉林為主，高山草甸、針葉林等植被，森林覆蓋度高，同時也是我國東南部的野生動植物寶庫、生物多樣性優(yōu)先保護區(qū)域之一，極具代表性和保護價值。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1土地利用分類數(shù)據(jù)本文采用的2000-2020年間5個時間節(jié)點的武夷山國家公園土地利用數(shù)據(jù)來自于中國科學院資源與環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http：//www.resde.cn/Default.aspx）提供的30m分辨率的柵格數(shù)據(jù)集。土地利用數(shù)據(jù)采用二級分類系統(tǒng)，共6個一級類，18個二級類。武夷山國家公園矢量數(shù)據(jù)來源于地理國情監(jiān)測云平臺（ www．dsac．cn），地圖坐標統(tǒng)一為CGCS 2000。

1.2.2 碳密度數(shù)據(jù)本研究以武夷山國家公園為例，收集InVEST模型中地上、地下根系，土壤和死亡有機物等4個碳庫的碳密度情況進行測算。在一些文獻中，未對地上和地下根系碳密度進行進一步劃分，參照2006年IPCC規(guī)定，將根莖比設置為0.2[15-17]，然后再分別測算出地上和地下根系部分碳密度（表1）。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)碳儲量模型 本文采用InVEST模型Carbon模塊分析2000-2020年武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化情況。主要以當?shù)赝恋乩梅诸悶榛A，采用4個碳庫數(shù)據(jù)，即地上、地下根系、土壤和死亡有機物的碳密度情況。其碳儲量計算公式為：

其操作原理如下，使用InVEST模型的碳庫測算模塊，以ArcGIS柵格為基礎，繪制網(wǎng)格，每個網(wǎng)格數(shù)據(jù)代表一種土地利用／覆蓋類型。對于每一種土地利用／覆蓋類型，模型必須滿足以上4個碳庫的1個碳庫的碳儲量才能運行，并且更全面的碳庫類型和更精細的土地利用類型，模型測算的結果將會更加精確。因此，InVEST模型碳儲量評估模式所需的數(shù)據(jù)有：（l）土地利用／覆蓋類型柵格數(shù)據(jù)集；（2）每種土地利用／覆被類型都儲存的4個部分（地上、地下根系，土壤和死亡有機物）的碳密度數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 武夷山國家公園土地利用分析結果

本研究以2000、2005、2010、2015及2020年5個時間節(jié)點的土地利用分類數(shù)據(jù)為分析依據(jù)，對武夷山國家公園在這5個時間節(jié)點的土地類型面積占比和空間分布進行模擬研究（表2，圖1）。從時間維度上看，林地地類（有林地、灌木林地、疏林地和其他林地）的面積占比逐年遞增，穩(wěn)步發(fā)展且面積分布比例為90.71%～90.77%，是該區(qū)域主導用地類型，其中有林地是武夷山國家公園內最主要的用地類型，在各個時間節(jié)點上，其面積占比分別為75.90%、75.78%、75.63%、75.65%和75.64%，面積占比較為突出，由此可表明森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量是武夷山國家公園碳儲量的絕對貢獻者。草地（高蓋度草地、中蓋度草地和低蓋度草地）的用地面積占比持穩(wěn)定狀態(tài)，農(nóng)田（水田、旱地）則微幅減少，其面積分布分別為該區(qū)域的第二、第三位，但是全局比重較低。水域和其他地類（城鎮(zhèn)、居民點）占比較低，微乎不計?？傮w看來，在5個時間節(jié)點中，武夷山國家公園的用地類型范圍面積變化不大，特別是2005、2010和2015年這3個時期，土地利用變化微乎不計。

2.2 武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量動態(tài)變化

根據(jù)InVEST模型碳儲量計算結果（表3，圖2），2000-2020年武夷山國家公園總碳儲量分別為17.163x106、17.162x106、17.158x106、17.159x106和17.16lx106 t。從時間維度上了解到，2000-2020年武夷山國家公園內的碳儲量下降了2845.67 t。2000-2020年地上碳儲量占比分別為2.686x106、2.685x106、2.685x106、2.685x106、2.686x106，土壤碳儲量占比分別為13.579x106. 13.578x106. 13.575x106. 13.576x106、13.577x106t．兩者占比較大。2000-2020年地下根系碳儲量占比分別為5.664x105.5.663x105、5.662x105、5.662x105、5.665 x105t，死亡有機物碳儲量占比分別為3.320x105、3.319x 105、3.320x105、3.3186x105. 3.320x105t，兩者碳儲量占比偏低。

2000-2020年，武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，且出現(xiàn)最低值。2010年該區(qū)域的總碳儲量達到5個時間節(jié)點中的最低值，主要原因是土壤碳儲量下降數(shù)值較多，其余地上碳儲量、地下根系碳儲量、死亡有機物碳儲量都有所下降，但是下降幅度沒有土壤碳儲量大，2015年和2020年碳儲量逐年增加，慢慢回升，但是整體增長沒有達到2000年的水平。2015年與2010年相比，總碳儲量與各部分碳儲量的變化幅度勻速增長，沒有較大起伏，直到2020年武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量也沒有發(fā)生顛覆性改變，5個時間節(jié)點的碳儲量結果變化都極其微弱。武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量構成要素來看，土壤碳儲量占總碳儲量的79.089%- 79.118%，地上部分碳儲量占總碳儲量的比例為15.64%-- 15.65%，是該區(qū)域總碳儲量的主要構成要素。地下根系、死亡有機物碳儲量在總碳儲量的比例很小。從圖2中可以看出，碳儲量較高的區(qū)域和林地地類區(qū)域范圍重合，可見林地地類是武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的主要用地類型，碳儲量空間分布和土地利用類型相符合，由于在政策規(guī)劃下武夷山國家公園土地利用類型變化較小，碳儲量空間分布變化幅度也較小。

3 結論與政策建議

3.1 結論

本文以武夷山國家公園為研究對象，借助InVEST模型，結合ArcGIS進行可視化分析，評估2000-2020年武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量變化及其時空變化特征。結論如下：（1） 2000-2020年，武夷山國家公園林地地類（有林地、灌木林地、疏林地和其他林地）面積占比為90.71%～90.77%，是該區(qū)域主導用地類型，其中有林地面積占比分別為75.90%、75.78%、75.63%、75.65%和75.64%，面積占比較為突出，表明森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量是武夷山國家公園碳儲量的絕對貢獻者。草地（高蓋度草地、中蓋度草地和低蓋度草地）和農(nóng)田（水田、旱地）面積占比為該區(qū)域第二、第三位，但是全局比重較低。水域和其他地類（城鎮(zhèn)、居民點）變化微乎其微。（2） 2000-2020年，武夷山國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量呈現(xiàn)“先減后增，U型變化”的趨勢。2010年是該區(qū)域20年來生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的最低值，2015-2020年總碳儲量逐漸回升，變化幅度不大，沒有恢復到2000年狀態(tài)。（3）生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的構成要素上看，各部分碳儲量數(shù)值中，土壤碳儲量和地上碳儲量是該區(qū)域總碳儲量的主要構成要素，土壤碳儲量占總碳儲量79.08-%- 79. 118%，其占比較為突出。地下根系、死亡有機物碳儲量在總碳儲量的比例很小。（4）從空間分布上看，碳儲量高值的區(qū)域和林地地類的范圍重合。由此看出，林地地類是武夷山國家公園主要用地類型，森林生態(tài)系統(tǒng)是武夷山國家公園碳儲量的關鍵區(qū)域。碳儲量的空間分布與土地利用類型相契合，在政策規(guī)劃下，近20年來，武夷山國家公園的土地利用類型變化較小，碳儲量空間分布變化也較小。

3.2 政策建議

在典型的南方集體林區(qū)，面對保護地復雜的空間關系、管理關系、土地權屬復雜等問題，武夷山國家公園仍實行最嚴格的保護管理。結合《武夷山國家公園總體規(guī)劃及專項規(guī)劃（2017-2025年）》，提出以下幾點建議：（1）森林生態(tài)系統(tǒng)是武夷山國家公園碳固定最主要的類型。通過對林木的優(yōu)化與保護，增加區(qū)域內中亞熱帶原生森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量功能。將核心保護區(qū)面積向外延伸，在一定程度上，提升生態(tài)環(huán)境質量，山水林田湖草生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)，在固碳減排方面最大限度地發(fā)揮其生態(tài)效益。（2）可以通過退耕還林，適度增加樹齡結構等方式，合理調整用地類型，進一步加強科研監(jiān)測體系，為管理、決策、服務提供科學依據(jù)。對國家公園內部的森林資源進行長期的保護和修復，營造適宜的野生動物保護環(huán)境，增加生態(tài)結構的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]趙智聰，王小珊，楊銳.基于國際經(jīng)驗的中國國家公園氣候變化應對路徑[J]中國園林，2022，38 （4）：6-13

[2]李瀟，吳克寧，馮喆，等.基于固碳服務供需視角的河南省碳平衡研究[J].生態(tài)學報，2022，42（ 23）：9627-9635

[3] 中華人民共和國國務院新聞辦公室.中國應對氣候變化的政策與行動[N].人民日報，2021一10-28（14）

[4]朱里瑩，徐姍，蘭思仁.國家公園理念的全球化擴展與演化[J]中國園林，2016，32 （7）：3640

[5] ZHUW B，ZHANG X D，ZHANG J J，et al A comprehensiveanalysis of phenological changes in forest vegetation of the FuniuMountains. ChinaEJl. Joumal of Geographical Sciences. 2019.29（1）：131-145

[6]李文青，趙雪雁，杜昱璇，等.秦巴山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務與居民福祉耦合關系的時空變化[J]自然資源學報，2021，36（ 10）：2522-2540

[7]張平平，李艷紅，殷浩然，等.中國南北過渡帶生態(tài)系統(tǒng)碳儲量時空變化及動態(tài)模擬[J]白然資源學報，2022，37（5）：1183-1197

[8] ASSESMENT M E Ecosystems and human well-being： synthesis[J]Physics Teacher， 2005， 34（9）：534-534

[9]TUBIELLO F N，SALVATORE M，GOLEC R D，et al_ Agriculture.forestry and other land use emissions by sources and removals bysinks： 1990-2011 analysisEJl. Acta Oto-laryngologica. 2014，4（7）：375376

[10]黃麟，劉紀遠，邵全琴，等.1990 2030年中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)碳固定時空變化[J].生態(tài)學報，2016，36（ 13）：3891-3902

[11]馬學威，熊康寧，張俞，等．森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量研究進展與展望[J]西北林學院。學報，2019. 34（5）：62-72

[12]劉冠，李國慶，李潔，等基于InVEST模型的19992016年麻塔流域碳儲量變化及空間格局研究[J]．干旱區(qū)研究，2021，38（1）：267-274

[13] RUKUNDO E. LIU S L. DONG Y H，et al Spatio-temporaldynamics of critical ecosystem services in response to agiiculturalexpansion in Rwanda [J] East Africa. Ecological Indicators，2018，89：696-705

[14]鄧喆，丁文廣，蒲曉婷，等.基于InVEST模型的祁連山國家公園碳儲量時空分布研究[J].水土保持通報，2022，42（3）：324-334. 396

[15]李銀，陳國科，林敦梅，等，浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及其分布特征[J].植物生態(tài)學報，2016，40（4）：354363

[16]楊芝歌，周彬，余新曉，等.北京山區(qū)生物多樣性分析與碳儲量評估[J]．水土保持通報，2012，32（ 3）：42-46

[17]鄒文濤，何友均，葉兵，等.基于InVEST模型的錢江源國家公園生態(tài)系統(tǒng)碳儲量研究[J]中南林業(yè)科技大學學報，2021，41 （3）：120 - 128