黃 馨，韓 玲，馬超群

（1.長安大學(xué) 土地工程學(xué)院 陜西 西安 710054；2.陜西省土地整治重點(diǎn)實驗室 陜西 西安 710054）

2020年，中國政府提出力爭在2030年前實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”。生態(tài)系統(tǒng)具有顯著的固碳作用，其碳匯功能被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效且最具規(guī)模效應(yīng)的碳中和途徑 （于貴瑞等，2022）。當(dāng)前我國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯大約可抵消7%～15%的人為CO2排放（樸世龍等，2022a），未來還將持續(xù)發(fā)揮其碳匯作用。在此背景下，生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力及其價值受到越來越多的關(guān)注，成為學(xué)術(shù)界討論的熱點(diǎn)。

森林生態(tài)系統(tǒng)中儲存著大量的有機(jī)碳，是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的主體（丁仲禮等，2022），因此，目前生態(tài)系統(tǒng)固碳測算或碳匯評價主要圍繞森林生態(tài)系統(tǒng)展開，主要的估算方法包括：基于森林資源清查數(shù)據(jù)的清查法，通過計算木材蓄積量和生物量轉(zhuǎn)換方程估算森林碳儲量變化（Fang et al.，2001；Liu et al.，2012；張穎et al.，2022）；生態(tài)系統(tǒng)過程模型模擬法，通過模擬生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的過程機(jī)制來實現(xiàn)對區(qū)域固碳潛力的估算（Piao et al.，2018；趙苗苗等，2019）；遙感模型法，通過遙感反演的植被指數(shù)或葉面積指數(shù)計算光合有效輻射和光能利用率，并據(jù)此得到植被凈初級生產(chǎn)力，進(jìn)而實現(xiàn)對碳匯的估算，典型模型如CASA （carnegie ames standford approach）模型（湯潔等，2013；原一荃等，2022）。與森林生態(tài)系統(tǒng)相比，草地、濕地、荒漠、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)在區(qū)域尺度上的固碳估算研究較少，一方面，相對森林而言，草地、濕地、荒漠、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)詳細(xì)且連續(xù)的調(diào)查數(shù)據(jù)與資料較為匱乏，另一方面，這些生態(tài)系統(tǒng)受自然地理環(huán)境和管理等多方面復(fù)雜因素影響，從微觀的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型到宏觀的區(qū)域碳匯估算還有待進(jìn)一步深入研究（樸世龍等，2022b）。

對于固碳價值，目前大多采用固碳總量和單位碳價值的乘積來進(jìn)行測算。單位碳價值的確定方法有很多，國際上使用較為廣泛的是碳稅和碳排放權(quán)交易價格，此外還有碳信用機(jī)制、結(jié)果導(dǎo)向的氣候金融（results based climate finance，RBCF）和內(nèi)部碳定價等（謝高地等，2011；卜星等，2016；劉伯恩等，2022）。相對而言，我國碳價方面的研究和有關(guān)政策起步較晚，目前我國尚未實施碳稅政策，但在碳排放權(quán)交易市場方面發(fā)展較快，自2011年以來，已經(jīng)陸續(xù)形成了北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東、深圳、福建8個碳交易市場，截至2022年12月22日，全國碳排放權(quán)交易市場累計成交量2.23億t，累計成交額達(dá)101.21億元。在進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)固碳價值評價過程中，多數(shù)學(xué)者主要針對森林生態(tài)系統(tǒng)，采用碳稅法、造林成本法、市場價值法等進(jìn)行碳匯價值的計算。其中，碳稅法主要是依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》（LY／T 1721—2008）中公布的瑞典的碳稅來進(jìn)行計算（國家林業(yè)局，2008），如伍格致等（2015）、張春華等（2018）對湖南省和山東省森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值的計算。造林成本法主要通過構(gòu)建林業(yè)碳匯成本模型，綜合考慮木材價格、林地凈現(xiàn)值、林業(yè)收益率和土地機(jī)會成本等多個因素，來探討固碳造林替代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最低碳價格（黃宰勝，2016）。市場價值法主要參考國內(nèi)碳交易市場的碳匯價格來進(jìn)行計算，如徐洪振等（2019）、張娟等（2021）根據(jù)碳排放交易市場價格數(shù)據(jù)對福建省、云南省的森林碳匯經(jīng)濟(jì)價值進(jìn)行了評估。各類方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，總體來看，我國碳排放交易市場愈發(fā)成熟，將是未來碳匯價值的重要參考依據(jù)。

綜上所述，已有研究對森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量及其價值開展了大量研究，但在區(qū)域尺度上對草地、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力測算方面相對匱乏，且已有研究多以靜態(tài)為主，不同時期的對比研究相對較少?；诖耍疚膹耐恋乩靡暯?，依照最新的《生態(tài)產(chǎn)品總值核算規(guī)范（試行）》，采用固碳速率法分別對2000年和2020年陜西省縣域森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量及其固碳價值進(jìn)行估算，揭示其時空格局和演變特征，為深入了解陜西省生態(tài)系統(tǒng)碳匯時空格局提供依據(jù)，同時也可為基于固碳價值的生態(tài)補(bǔ)償政策制定提供一定的參考。

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

陜西省位于我國西北地區(qū)，土地面積20.56萬km2，2021年底常住人口3 954萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值29 801億元。全省轄10個地級市和1個楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，共計107個縣（縣級市、市轄區(qū)）。根據(jù)自然地理特征差異，陜西省可劃分為四大地理區(qū)域，分別為陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)（包括榆林市西北部的定邊、府谷、橫山、靖邊、神木、榆陽6個縣域）、陜北黃土丘陵溝壑區(qū)（包括延安市和榆林市東南部的佳縣、米脂、清澗、綏德、吳堡、子洲6個縣域）、中部的關(guān)中平原地區(qū)（包括西安市、寶雞市、咸陽市、渭南市）以及陜南秦巴山區(qū)（包括漢中市、安康市和商洛市） （圖1）。陜西省生態(tài)資源豐富，生態(tài)功能突出，是我國生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有較為突出的固碳能力和碳匯價值。秦嶺和合南北、澤被天下，被譽(yù)為我國的中央水塔，在我國自然生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位；陜北的長城沿線風(fēng)沙區(qū)和黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重，但從2000年退耕還林政策實施以來，生態(tài)環(huán)境已發(fā)生明顯改變，植被覆蓋率大幅度提高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力得到顯著提升，但同時也面臨資源開發(fā)和能源消耗加劇的巨大壓力；關(guān)中地區(qū)是陜西省人口和社會經(jīng)濟(jì)要素高度集聚區(qū)域，以西安市為中心的關(guān)中平原城市群工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展水平較高，是陜西省碳排放相對較為集中的區(qū)域?？傮w來看，陜西省四大地理區(qū)域特征鮮明，碳源與碳匯區(qū)域差異較為明顯且相對集中，同時近20年來部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化顯著，以陜西省為例，探究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的時空格局演變具有一定的典型性和代表性。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Themap of study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

文中用于計算森林、草地、濕地等各類生態(tài)系統(tǒng)固碳量的面積數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：／／www.resdc.cn）的中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫是目前我國精度最高的土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)品。以2000年和2020年Landsat TM／ETM遙感影像為數(shù)據(jù)源，通過人機(jī)交互解譯生成，土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6個一級類型以及25個二級類型，其總分類精度達(dá)到94.3%以上。分別提取林地（包括有林地、灌木林、疏林地和其他林地4個二級類型）作為森林生態(tài)系統(tǒng)；草地（包括高、中、低覆蓋度草地3個二級類型）作為草地生態(tài)系統(tǒng)；提取水域中的湖泊、水庫坑塘和未利用土地中的沼澤地作為濕地生態(tài)系統(tǒng)。在ArcGIS中利用分區(qū)統(tǒng)計工具計算各縣域不同類型生態(tài)系統(tǒng)用地面積，用以進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)固碳量分析。受研究數(shù)據(jù)的可獲得性所限，同時考慮到固碳能力的差異性，文中并未對農(nóng)田、荒漠和城市生態(tài)系統(tǒng)的固碳量進(jìn)行計算。

單位碳價格數(shù)據(jù)來源于兩部分：1）國際碳價格數(shù)據(jù)來源于世界銀行2022年發(fā)布的《碳定價機(jī)制發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢》報告中的碳排放交易體系中的價格，包括歐盟等國家共32種碳價；2）國內(nèi)碳價格數(shù)據(jù)主要來源于2022年我國北京、上海、天津、重慶、深圳、廣東、湖北、福建8個碳排放權(quán)交易市場的平均碳成交價格。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)系統(tǒng)固碳量計算

本文對各類型生態(tài)系統(tǒng)固碳量的計算主要依據(jù)國家發(fā)展和改革委員會于2022年3月發(fā)布的《生態(tài)產(chǎn)品總值核算規(guī)范（試行）》，采用固碳速率法分別對森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量進(jìn)行估算。

森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量的計算公式為

式中：QF tco2為森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量，tCO2／a；M co2／M c＝44／12，為C轉(zhuǎn)化為CO2的系數(shù)；FVCSR和FSCSR分別為森林生態(tài)系統(tǒng)植被和土壤的固碳速率，tC／（hm2·a）；SF為森林生態(tài)系統(tǒng)面積，hm2。由于陜西省南北自然地理條件差異較大，根據(jù)《生態(tài)產(chǎn)品總值核算規(guī)范（試行）》提供的不同植被分區(qū)森林植被及土壤固碳速率參數(shù)，并咨詢相關(guān)專家，確定陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、關(guān)中地區(qū)和陜南秦巴山區(qū)分別采用溫帶灌木半灌木荒漠地帶、溫性草原地帶、暖溫帶南部落葉櫟林地帶和北亞熱帶落葉常綠闊葉混交林地帶所對應(yīng)的森林植被及土壤固碳速率，其森林植被固碳速率依次為0.734 tC／（hm2·a）、0.690 tC／（hm2·a）、0.996 tC／（hm2·a）和0.870 tC／（hm2·a），森林土壤固碳速率依次為0.640 tC／（hm2·a）、0.225 tC／（hm2·a）、0.378 tC／（hm2·a）和0.384 tC／（hm2·a）。

草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的計算公式為

式中：QG tco2為草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量，tCO2／a；M co2／M c＝44／12，為 C 轉(zhuǎn) 化 為 CO2的 系 數(shù)；GVCSR和GSCSR分別為草地生態(tài)系統(tǒng)植被和土壤的固碳速率，tC／（hm2·a）；SG為草地生態(tài)系統(tǒng)面積，hm2。由于草地植被每年都會枯落，其固定的碳又返回大氣或進(jìn)入土壤中，因此草地土壤固碳是草地生態(tài)系統(tǒng)固碳的主體部分。由于草地植被固碳速率數(shù)據(jù)無法獲取，因此將草地的土壤固碳量作為草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量。這里同森林生態(tài)系統(tǒng)類似，按照陜西省四大地理區(qū)域分別確定其草地土壤固碳速率，四大地理區(qū)域所對應(yīng)的植被分區(qū)同森林生態(tài)系統(tǒng)一樣，在此不再贅述，其對應(yīng)的草地土壤固碳速率分別為0.036 tC／（hm2·a）、0.030 tC／（hm2·a）、0.020 tC／（hm2·a）和0.022tC／（hm2·a）。

濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的計算公式為

式中：QW tco2為濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量，tCO2／a；M co2／M c＝44／12，為C轉(zhuǎn)化為CO2的系數(shù)；SCSRi為第i類濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳速率，gC／（m2·a）；SWi為第i類濕地生態(tài)系統(tǒng)面積，hm2；n為濕地生態(tài)系統(tǒng)類型的數(shù)量。受固碳速率參數(shù)所限，本文主要計算除河流以外的湖庫和沼澤兩種濕地類型的固碳量，根據(jù)《生態(tài)產(chǎn)品總值核算規(guī)范（試行）》，陜西省湖泊和水庫所屬的蒙新高原區(qū)固碳速率為30.26 gC／（m2·a），沼澤濕地固碳速率為24.80 gC／（m2·a）。

1.3.2 生態(tài)系統(tǒng)固碳價值計算

根據(jù)世界各國碳排放交易體系中的價格，計算其平均值為25.57美元／t，約為175.2元／t。2022年，我國8個碳排放權(quán)交易市場的成交量為5 088.65萬t，成交額達(dá)281 383.37萬元，平均成交價格為55.30元／t。分別將上述單位碳價與陜西省各縣域固碳量進(jìn)行相乘，計算得出各縣域固碳價值總量。計算公式為

式中：QV為縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值；QF tco2、QG tco2、QW tco2分別為縣域森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳量；V為單位碳價格，為對比國際和國內(nèi)差異，這里分別按照國際碳排放交易平均價格和我國碳市場交易平均價格進(jìn)行計算。

1.3.3 空間統(tǒng)計分析

為探究陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳量在空間上的分布模式與集聚特征，利用ArcGIS 10.6軟件中的空間自相關(guān)分析和熱點(diǎn)分析方法對不同類型生態(tài)系統(tǒng)固碳分布特征進(jìn)行判斷和識別。其中，空間自相關(guān)可根據(jù)空間位置和屬性的相似性測度變量的空間分布模式，進(jìn)而分析變量的空間集聚特征（Huang et al.，2020）。本文采用全局Moran's I指數(shù)來判斷鄰近空間單元固碳量的平均相似程度，計算公式為

式中：I為全局空間自相關(guān)指數(shù)；xi和xj分別為空間單元i和j的固碳量；n為空間單元數(shù)量；wij為基于距離定義的空間權(quán)重矩陣元素。當(dāng)I＞0時，各空間單元之間具有正相關(guān)性，越接近于1，各空間單元關(guān)系越密切；當(dāng)I＜0時，各空間單元之間具有負(fù)相關(guān)性，越接近-1，各單元之間差異越大。

熱點(diǎn)分析可通過Getis-Ord Gi*統(tǒng)計來辨別各縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳量的高低集聚，其計算公式為

式中：xj為縣域j的固碳量；wij為縣域空間單元i和j之間的空間權(quán)重；n為縣域空間單元數(shù)量。統(tǒng)計結(jié)果包括Z得分和P值，對于具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義的正值Z得分，其值越高，高值（熱點(diǎn)）的聚集就越緊密；而對于具有顯著統(tǒng)計學(xué)意義的負(fù)值Z得分，其值越低，低值（冷點(diǎn)）的聚集就越緊密。

2 結(jié)果分析

2.1 森林固碳量

根據(jù)式（1），分別計算2000年和2020年陜西省各縣域森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量，并采用自然間斷點(diǎn)分級法劃分為5個等級，結(jié)果如圖2所示。2000年，陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為20 642 371 t，平均值為192 919 t，其中，最小的縣域為西安市蓮湖區(qū)，僅有22 t；最大的為安康市寧陜縣，達(dá)1 063 905 t。2020年，陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為21 231 530 t，平均值為198 426 t，其中，最小的縣域主要集中在西安市轄區(qū)，包括蓮湖區(qū)、新城區(qū)、雁塔區(qū)和碑林區(qū)，固碳量均為0；最大的縣域仍為安康市寧陜縣，達(dá)1 068 173 t。

圖2 2000年和2020年陜西省縣域森林固碳量分布格局及其變化Fig.2 Distribution pattern and changes of forest carbon sequestration at county level in Shaanxi province in 2000 and 2020

從空間分布來看，通過空間自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，2000年和2020年陜西省縣域森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量的全局Moran指數(shù)分別為0.445和0.467，Z值分別為8.551和8.971，均通過99%置信水平下的顯著性檢驗，表明兩個時期陜西省縣域森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量分布均具有顯著的空間集聚特征。通過進(jìn)一步的熱點(diǎn)分析（圖3），結(jié)果顯示2000年和2020年陜西省縣域森林固碳量的冷熱點(diǎn)分布格局大體一致，熱點(diǎn)區(qū)和次熱點(diǎn)區(qū)集中分布在陜西南部森林資源集中的秦嶺山區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)和次冷點(diǎn)區(qū)則主要分布在關(guān)中平原中部的西安、咸陽、渭南等大城市中心區(qū)及其相鄰地區(qū)。

從時間變化來看，與2000年相比，2020年陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)固碳總量增加了589 159 t，縣域平均固碳量增加了5 507 t。與2000年相比，2020年陜西省森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量增加的縣域有87個（圖2），占所有縣域總數(shù)的81.3%，共增加了613 030 t，增加的縣域分布較為廣泛，在各區(qū)域和地級市均有分布。與2000年相比，森林固碳量減少的縣域有20個，占18.7%，共減少了23 862 t，減少的縣域主要集中在關(guān)中地區(qū)，主要以大中城市的市轄區(qū)為主，如西安市的碑林區(qū)、新城區(qū)、蓮湖區(qū)、雁塔區(qū)、灞橋區(qū)、未央?yún)^(qū)、臨潼區(qū)，渭南的臨渭區(qū)，咸陽的渭城區(qū)等，這與城市空間擴(kuò)張對森林生態(tài)系統(tǒng)的侵占密切相關(guān)。

2.2 草地固碳量

根據(jù)式（2），分別計算2000年和2020年陜西省各縣域草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量，并采用自然間斷點(diǎn)分級法劃分為5個等級，結(jié)果如圖4所示。2000年，陜西省草地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為751 957 t，平均值為7 028 t，其中，最小的縣域為西安市的蓮湖區(qū)、新城區(qū)和碑林區(qū)，固碳量均為0；最大的為榆林神木市，達(dá)54 155 t；2020年，陜西省草地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為766 602 t，平均值為7 169 t，其中，最小的縣域仍為西安市的蓮湖區(qū)、新城區(qū)和碑林區(qū)；最大的縣域仍為榆林神木市，達(dá)54 369 t。

圖4 2000年和2020年陜西省縣域草地固碳量分布格局及其變化Fig.4 Distribution pattern and changes of grassland carbon sequestration at county level in Shaanxi province in 2000 and 2020

從空間分布來看，通過空間自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，2000年和2020年陜西省縣域草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的全局Moran指數(shù)分別為0.447和0.468，Z值分別為8.829和9.214，均通過99%置信水平下的顯著性檢驗，表明兩個時期陜西省縣域草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量分布均具有顯著的空間集聚特征。通過進(jìn)一步的熱點(diǎn)分析（圖5），結(jié)果顯示2000年和2020年陜西省縣域草地固碳量的冷熱點(diǎn)分布格局大體一致，熱點(diǎn)區(qū)和次熱點(diǎn)區(qū)集中分布在陜西的西北部，尤其是集中在陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)和次冷點(diǎn)區(qū)則主要分布在關(guān)中平原中部的西安、咸陽、渭南等大城市中心區(qū)及其相鄰地區(qū)。

圖5 2000年和2020年陜西省縣域草地固碳量冷熱點(diǎn)區(qū)Fig.5 Hot and cold spots of grassland carbon sequestration at county level in Shaanxi province in 2000 and 2020

從時間變化來看，與2000年相比，2020年陜西省草地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量增加了21 837 t，縣域平均固碳量增加了136 t。與2000年相比，2020年陜西省草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量增加的縣域有58個（圖4），占所有縣域總數(shù)的54.2%，共增加了21 837 t；增加的縣域分布較廣泛，各地級市均有分布，但總體來看，主要仍集中在陜北黃土高原地區(qū)，榆林和延安共有20個縣域?qū)崿F(xiàn)了草地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的增加，這主要受益于2000年以來黃土高原地區(qū)退耕還林還草工程的實施。與2000年相比，草地固碳量減少的縣域有49個，占45.8%，共減少了7 193 t，減少的縣域分布也較為廣泛，特別是集中在關(guān)中和陜南地區(qū)大中城市的市轄區(qū)及周邊地域，如西安市的新城區(qū)、碑林區(qū)、蓮湖區(qū)、雁塔區(qū)、未央?yún)^(qū)、臨潼區(qū)、長安區(qū)，寶雞市的渭濱區(qū)，漢中市的南鄭區(qū)、漢臺區(qū)，銅川的耀州區(qū)，渭南的臨渭區(qū)等。

2.3 濕地固碳量

根據(jù)式（3），分別計算2000年和2020年陜西省各縣域濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量，并采用自然間斷點(diǎn)分級法劃分為5個等級，結(jié)果如圖6所示。2000年，陜西省濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為38 029 t，平均值為355 t，其中，最大的為榆林神木市，達(dá)5 530 t，有18個縣域的濕地固碳量為0；2020年，陜西省濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量為49 059 t，平均值為458 t，其中，最大的縣域為榆林靖邊縣，達(dá)4 293 t，有13個縣域的濕地固碳量為0。

圖6 2000年和2020年陜西省縣域濕地固碳量分布格局及其變化Fig.6 Distribution pattern and changes ofwetland carbon sequestration at county level in Shaanxi Province in 2000 and 2020

從空間分布來看，通過空間自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，2000年和2020年陜西省縣域濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量的全局Moran指數(shù)分別為0.047和0.082，Z值分別為1.162和1.781，2000年P(guān)值大于0.1，未通過顯著性檢驗，2020年P(guān)值大于0.05，僅通過90%置信水平下的顯著性檢驗，表明兩個時期陜西省縣域濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量分布的空間集聚特征不顯著。從具體分布來看，相對而言，濕地固碳量在陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)較為集中，2000年和2020年，該區(qū)域6個縣的濕地固碳量總計分別為14 769 t和16 996 t，分別占全省的38.8%和34.6%。

從時間變化來看，與2000年相比，2020年陜西省濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳總量增加了11 030 t，縣域平均固碳量增加了103 t。與2000年相比，2020年陜西省濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量增加的縣域有77個（圖6），占所有縣域總數(shù)的71.9%，共增加了13 120 t；增加的縣域分布較廣泛，各地級市均有分布。與2000年相比，草地固碳量減少的縣域有30個，占28.1%，共減少了2 090 t，減少的縣域分布也較為分散，相對多集中在陜南地區(qū)。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)固碳總量

2.4.1 縣域尺度

分別對陜西省2000年和2020年森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量進(jìn)行求和，計算得出各縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量，并采用自然間斷點(diǎn)分級法劃分為5個等級，結(jié)果如圖7所示。2000年，陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳量的平均值為200 302 t，其中，最大的為安康市的寧陜縣，達(dá)1 070 862 t，最小的為西安市的新城區(qū)，僅28 t；2020年，陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量的平均值為206 049 t，其中，最大的縣域仍然是安康市的寧陜縣，達(dá)1 075 173 t，最小的為西安市的新城區(qū)、碑林區(qū)和蓮湖區(qū)，固碳量為0。

圖7 2000年和2020年陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量分布格局及其變化Fig.7 Distribution pattern and changes of ecosystem carbon sequestration at county level in Shaanxi province in 2000 and 2020

從空間分布來看，通過空間自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，2000年和2020年陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳量的全局Moran指數(shù)分別為0.466和0.489，Z值分別為8.940和9.378，均通過99%置信水平下的顯著性檢驗，表明兩個時期陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳量分布均具有顯著的空間集聚特征。通過進(jìn)一步的熱點(diǎn)分析（圖8），結(jié)果顯示2000年和2020年陜西省縣域固碳總量的冷熱點(diǎn)分布格局大體一致，熱點(diǎn)區(qū)和次熱點(diǎn)區(qū)集中分布在陜西南部的秦嶺山區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)和次冷點(diǎn)區(qū)則主要分布在關(guān)中平原中部的西安、咸陽、渭南等大城市中心區(qū)及其相鄰地區(qū)。

圖8 2000年和2020年陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量冷熱點(diǎn)區(qū)Fig.8 Hot and cold spots of ecosystem carbon sequestration at county level in Shaanxi province in 2000 and 2020

從時間變化來看，與2000年相比，2020年陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量平均增加了5 747 t。與2000年相比，2020年陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳總量增加的縣域有90個 （圖7），占所有縣域總數(shù)的84.1%，共增加了637 514 t；生態(tài)系統(tǒng)固碳總量減少的縣域有17個，占15.9%，共減少了22 671 t?？傮w來看，絕大部分縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳能力都獲得了提升，減少的縣域除商洛市的柞水縣和安康市的白河縣以外，其余均分布在關(guān)中地區(qū)，包括西安市的新城區(qū)、雁塔區(qū)、碑林區(qū)等8個市轄區(qū)，咸陽市的渭城區(qū)和乾縣，渭南市的臨渭區(qū)、潼關(guān)縣和蒲城縣，寶雞市的眉縣，以及楊凌區(qū)。

2.4.2 區(qū)域和市域尺度

在縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量基礎(chǔ)上，對陜西省各區(qū)域和市域生態(tài)系統(tǒng)固碳總量進(jìn)行匯總計算（表1），結(jié)果顯示2000年和2020年陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳總量分別為21 432 357 t和22 047 191 t。從生態(tài)系統(tǒng)固碳量結(jié)構(gòu)來看，森林是生態(tài)系統(tǒng)固碳的主體，2000年和2020年森林固碳量占全部固碳總量的比例分別為96.31%和96.30%，草地固碳量占全部固碳總量的比例分別為3.51%和3.48%，濕地固碳量占全部固碳總量的比例分別為0.18%和0.22%。相比2000年，2020年陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳總量增加了614 834 t，其中，森林固碳量增加了589 159 t，占增加量的95.82%；草地固碳量增加了14 645 t，占增加量的2.38%；濕地固碳量增加了11 030 t，占增加量的1.79%。森林仍是對生態(tài)系統(tǒng)固碳增量貢獻(xiàn)最大的類型。

表1 陜西省各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳量Table 1 Carbon sequestration of ecosystem in Shaanxi province t

從各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳量分布來看，2000年，陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、關(guān)中地區(qū)和陜南秦巴山區(qū)這四大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳量占全省總量的比例依次為3.77%、16.43%、31.39%和48.41%，2020年四大區(qū)域固碳比例依次為4.09%、17.70%、30.85%和47.35%，陜南秦巴山區(qū)是陜西省固碳能力最強(qiáng)的區(qū)域。從各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳量變化來看，與2000年相比，2020年陜西省四大區(qū)域固碳量均實現(xiàn)了增長，其中，陜北黃土丘陵溝壑區(qū)固碳量增加最多，達(dá)382 861 t，占全部增加總量的62.27%，其次為陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)，占比15.29%，關(guān)中地區(qū)和秦巴山區(qū)增量占比分別為11.90%和10.54%。與2000年相比，2020年陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的提升主要得益于陜北黃土丘陵溝壑區(qū)和陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)森林固碳量的增長，這兩個區(qū)域20年森林固碳量增加了458 509 t，占全省生態(tài)系統(tǒng)固碳增加量的比例達(dá)74.57%。這主要得益于2000年開始的退耕還林政策的實施，以延安市為例，近20年來退耕還林面積達(dá)7 183.3 km2，占全省退耕還林總面積的26.7%、全國的2.1%，森林覆蓋率由33.5%增加到52.5%，植被覆蓋率由46%提高到81.3%。

從各地級市固碳量分布來看，2000年，固碳能力排在前5位的城市從大到小依次為漢中、安康、寶雞、商洛、延安，占全省固碳總量的比例依次為17.74%、15.50%、15.28%、15.17%、14.94%；2020年，這一次序有所變化，前5位依次是漢中、延安、安康、寶雞、商洛，占比依次為17.37%、15.98%、15.14%、15.00%、14.85%。與2000年相比，除西安市固碳能力下降外，其余城市固碳量均實現(xiàn)了增加。其中，延安和榆林是增長最快的兩個城市，其固碳量分別增加了320 392 t和156 478 t，占全省增加總量的比例分別為52.11% 和25.45%。西安市固碳能力下降的原因可能在于，過去20年的強(qiáng)省會戰(zhàn)略驅(qū)動下，西安市承載了大量的人口和經(jīng)濟(jì)體量，并且其要素集聚能力不斷增強(qiáng)，人口和地區(qū)生產(chǎn)總值占全省的比例分別從2000年的18.9%和35.8%增長到2020年的24.7%和38.3%，快速的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展需求一定程度上侵占了生態(tài)空間，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力有所下降。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)固碳價值

根據(jù)式（4），分別按照國際碳排放交易平均價格和我國碳市場交易平均價格進(jìn)行陜西省各縣域固碳價值計算，并采用自然間斷點(diǎn)分級法劃分為5個等級，結(jié)果如圖9所示。按照國際價格計算，陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值總量為386 267萬元，平均值為3 609.97萬元，其中，最大的為安康市寧陜縣，達(dá)18 837萬元，新城、碑林、蓮湖3個區(qū)為0。按照國內(nèi)價格計算，陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值總量為121 921萬元，平均值為1 139.45萬元，其中，最大的為安康市寧陜縣，達(dá)5 945.71萬元，新城、碑林、蓮湖3個區(qū)為0。

圖9 陜西省縣域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值Fig.9 Carbon sequestration value of ecosystem at county level in Shaanxi province

從各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值來看，按照國際價格，陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)、關(guān)中地區(qū)和陜南秦巴山區(qū)這四大區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)固碳價值分 別 為 15 801.25 萬 元、68 384.73 萬 元、119 165.92萬元和182 914.90萬元；按照國內(nèi)價格，四大地區(qū)區(qū)域的固碳價值分別為4 987.50萬元、21 584.91萬元、37 613.45萬元和57 735.12萬元。從各地級市固碳價值來看，陜西省的漢中、延安、安康、寶雞、商洛5個城市的固碳價值相對較高（圖10），這5個城市的固碳價值占全省固碳價值總量的78.33%。

圖10 陜西省各地級市生態(tài)系統(tǒng)固碳價值Fig.10 Carbon sequestration value of ecosystem at city level in Shaanxi province

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

分別對2000年和2020年陜西省縣域森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量及固碳價值進(jìn)行估算，并揭示了其時空演變特征，主要結(jié)論如下。

1）在過去的20年（2000—2020年），陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳總量實現(xiàn)顯著增長，從21 432 357 t增長到22 047 191 t，森林、草地和濕地生態(tài)系統(tǒng)均實現(xiàn)了不同程度的增長，分別從2000 年的20 642 371 t、751 957 t和38 029 t增長到2020年的21 231 530 t、766 602 t和49 059 t。

2）森林是陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳的主體，2000年和2020年森林固碳量占全部固碳總量的比例分別為96.31%和96.30%；從各類型增量來看，森林固碳量增加了589 159 t，占全部增量的95.82%，森林是對生態(tài)系統(tǒng)固碳增量貢獻(xiàn)最大的類型。

3）陜西省縣域森林、草地的固碳量分布具有顯著的空間集聚特征，濕地固碳量的分布則較為隨機(jī)分散。森林固碳熱點(diǎn)區(qū)主要分布在秦嶺山區(qū)，草地固碳熱點(diǎn)區(qū)集中分布在陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)，冷點(diǎn)區(qū)都集中在關(guān)中平原中部大城市中心區(qū)及其相鄰地區(qū)。受森林為固碳主體的影響，固碳總量空間集聚特征與森林固碳的冷熱點(diǎn)區(qū)基本一致。

4）無論是2000年還是2020年，陜南秦巴山區(qū)都是陜西省固碳能力最強(qiáng)的區(qū)域。從固碳量變化來看，這20年陜北黃土丘陵溝壑區(qū)固碳量增加最多，占全部增量的62.27%，其次為陜北長城沿線風(fēng)沙區(qū)，占15.29%，各地級市中，除西安市固碳能力下降外，其余城市固碳量均實現(xiàn)了增加，其中，延安和榆林是增長最快的兩個城市。

5）按照國際和國內(nèi)碳市場交易價格計算，陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳價值總量分別為386 267萬元和121 921萬元，固碳價值量最高的前5位城市依次是漢中、延安、安康、寶雞和商洛，這5個城市的固碳價值占全省固碳價值總量的78.33%。

3.2 政策建議

根據(jù)上述研究結(jié)論，提出相應(yīng)政策建議。1）森林是陜西省生態(tài)系統(tǒng)固碳的主體，也是對生態(tài)系統(tǒng)固碳增量貢獻(xiàn)最大的類型，要重點(diǎn)加強(qiáng)對森林生態(tài)資源的保護(hù)，尤其是陜南秦巴山區(qū)一直是陜西省重要的生態(tài)“碳庫”，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)并進(jìn)一步健全森林保護(hù)與管理機(jī)制，以保障其持續(xù)發(fā)揮碳匯作用；2）盡管陜北地區(qū)退耕還林成效顯著，固碳能力得到較大提升，但同時也要注意，多年來的植被恢復(fù)已導(dǎo)致該地區(qū)出現(xiàn)一定程度的蒸散耗水量增加和土壤干燥化加劇等問題，生態(tài)系統(tǒng)可能面臨新的風(fēng)險，因此，應(yīng)加強(qiáng)新背景下的生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡研究，科學(xué)論證和推進(jìn)新時期的退耕還林還草工程；3）合理規(guī)劃和控制西安市以及整個關(guān)中平原城市群地區(qū)的人口與建設(shè)用地增長，避免對生態(tài)空間的侵占，同時，加大力度調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和土地利用結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)高度城鎮(zhèn)化和工業(yè)化地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展；4）基于本文研究結(jié)果，可進(jìn)一步分析陜西省碳排放時空格局，并探索建立區(qū)域碳補(bǔ)償機(jī)制，漢中、延安、安康、寶雞和商洛作為陜西省固碳價值較高的5個城市，各城市所轄的高固碳價值縣域可能是未來碳補(bǔ)償?shù)闹攸c(diǎn)對象，結(jié)合陜西省碳源-碳匯格局，可進(jìn)一步從整個省域?qū)用嫣剿鳌疤贾泻汀苯y(tǒng)籌發(fā)展路徑。