基于土地利用/覆被變化的荒漠綠洲碳儲量動態評估

孔君洽, 楊 榮,*, 蘇永中,付志德

1 中國科學院西北生態環境資源研究院,臨澤內陸河流域綜合研究站, 蘭州 730000 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 國家林業局甘肅瀕危動物保護中心, 武威 733000

人類活動對氣候變化的影響是當前生態環境面臨的緊迫挑戰之一,土地利用/覆被變化(Land Use and Cover Changes,LUCC)作為人類活動影響氣候變化最直接的表現形式,其對陸地生態系統碳循環的影響已成為當前氣候變化研究領域的重要內容[1- 3]。LUCC可以通過改變生態系統的結構和功能來影響生態系統碳循環過程[4],同時土地覆被變化過程中往往伴隨著大量的碳交換,影響著陸地生態系統的碳儲存和釋放[5- 6]。據IPCC報告[7],LUCC每年導致的碳排放量為1.5×109t,已成為僅次于化石燃料燃燒的第二大溫室氣體排放源,同時IPCC報告也指出LUCC是導致陸地生態系統碳儲存的主要因素。研究發現,近年來中國LUCC導致碳儲量每年約增加0.24×109—0.61×109t,其中頻繁的農林活動對碳收支產生的影響不容忽視[8]。然而在區域碳收支的估算中,LUCC仍是估算區域生態系統碳儲存和釋放的最大不確定因素[9]。因此,精確評估LUCC對陸地生態系統碳收支的影響,尋求更為合理的土地利用方式及管理,對平衡區域碳收支狀況和理解人類活動對生態環境的影響具有重要意義。

在探究區域氣候變化和人類活動對環境的影響過程中,對土地利用生態效應的研究逐漸深入,有關LUCC對陸地生態系統碳收支影響的研究也日趨增加[4]。在研究區域方面,國外學者通常關注大洲或國家層面[10- 11]的LUCC對碳收支的影響,如Houghton等[10]結合歷史土地利用變化數據與陸地碳循環模型計算美國陸地生態系統碳收支變化,Hirsch等[11]對巴西亞馬遜地區森林干擾和森林恢復兩類主要土地利用變化造成的碳儲量變化進行研究。我國學者更多關注流域、省域[12- 13]及鄉村、農林交錯帶、喀斯特地區、黃土丘陵區[14- 17]等典型生態區LUCC的碳儲存與碳釋放變化特征；如魏文佳等[12]對比研究太湖流域和呼倫湖流域所有土地利用類型的碳庫變化,揣小偉等[13]以江蘇省為研究對象綜合考慮整個生態系統來探討LUCC對植被和土壤碳儲量的影響。在研究方法方面,一些學者采用經驗統計模型、IPCC清算法[12]、遙感模型[18]以及TEM、LPJ等[19- 20]生態系統過程模型來探討LUCC對碳收支的影響。Houghton等[10,21- 24]根據不同生態系統和不同的地理區設定固定參數建立的“薄記”(Bookkeeping)模型為最常見的經驗統計模型,該模型經過多年修正完善不僅被廣泛應用于美國[10]、中國[25]、中亞[26]等大尺度區域,也對具有獨特地理環境特征的典型區域研究最為行之有效。除上述基于不同區域和方法的研究外,還有一些研究著重探討不同的土地利用類型的轉換對植被或者土壤碳儲量的影響,如Guo等[27]揭示草地和原始森林轉變為人工林及農田后土壤碳儲量的變化特征。雖然此類研究從不同角度探討了LUCC對陸地生態系統碳收支的影響,但有關干旱半干旱區LUCC對碳收支影響的研究較為缺乏,對支撐干旱半旱區的獨特地理單元荒漠綠洲的研究更是為之甚少,這限制了全面理解生態系統碳循環過程的多樣性。

自20世紀50年代以來,中國西北干旱區持續的綠洲農業土地開發使土地覆被發生了顯著變化[28]。以河西走廊中段臨澤荒漠綠洲為例,在過去35年流域水土資源開發致使綠洲面積增加了近1.5倍[29],這種在干旱氣候條件下以荒漠為基質,依托水分條件發育的獨特綠洲景觀,迭加了自然植被生態體系與人工生態體系,其植被和土壤碳密度狀況有別于其他地區[30]。因此,本研究選擇河西走廊中段荒漠綠洲區臨澤縣,結合土地利用和植被、土壤碳密度數據,基于Bookkeeping模型研究干旱荒漠綠洲區LUCC對碳儲量的影響,在客觀評估區域碳儲量狀況的基礎上,以期理解荒漠綠洲生態系統LUCC對區域碳循環的響應機制,為區域合理的土地利用管理和決策提供參考依據,有利于荒漠綠洲區甚至干旱區的穩定可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區為河西走廊中段臨澤縣(99°51′—100°30′E,38°57′—39°42′N),隸屬于甘肅省張掖市,總面積為2679 km2(圖1)。該區為典型的荒漠綠洲過渡帶,內部以綠洲為主,綠洲外圍分布著大面積的荒漠和戈壁。本區為典型的溫帶大陸性荒漠氣候,年平均氣溫為7.7℃,多年平均降水量為118 mm,年平均潛在蒸散量達2390 mm,無霜期165 d。主要地帶性土壤類型為灰棕漠土和灰鈣土,綠洲北部邊緣由于與巴丹吉林沙漠南緣相接,長期受到風沙侵襲,形成非地帶性的沙質土；近幾十年來開墾的綠洲農田通過不同形式的田間管理,形成了灌淤旱耕人為土。林地以人工林地和河岸樹林為主,主要樹種為小葉楊、紅柳、沙棗、梭梭等；荒漠戈壁植被稀少,以紅砂、泡泡刺、豬毛菜、堿蓬等為主；耕地以種植玉米、小麥為主。

1.2 數據來源

1.2.1 土地利用/覆被變化數據

以TM、ETM為數據源,經過幾何校正、輻射校正、影像增強和圖像裁剪等預處理,基于ENVI遙感圖像處理軟件目視解譯出1987、1996、2005和2016年4期土地利用/覆被變化數據,經精度評價Kappa系數分別為73.78%、79.88%、80.46%和82.86%。在便于碳儲量計算的前提下,根據中國科學院土地利用覆蓋分類體系整合不同等級土地利用分類信息,將研究區分為林地、耕地、水體、裸地及裸巖、居民及建設用地、荒漠草地、鹽堿地和沙地8種土地利用類型,其中高覆蓋草地、灌木林地歸為林地。最后利用Arcgis 10.0計算出1987—1996年、1996—2005年和2005—2016年土地利用轉移矩陣獲取土地利用轉移面積數據。

1.2.2 土壤與植被碳密度數據

本研究中植被和土壤碳密度數據采用實地采樣和文獻獲取相結合的方法,參考文獻的研究區均為臨澤荒漠綠洲區(表1)。對實地采樣的土壤數據,每種土地利用類型采用環刀法按樣方取0—20 cm土樣測定土壤容重,同時將風干后的土壤樣本過篩后重鉻酸鉀外加熱法測土壤有機碳含量。其中土壤有機碳密度(g/m2)計算方法如下：

Cd=0.58×C×h×ρ×103

式中,常數0.58為土壤有機質轉換成土壤有機碳的轉換系數；C為樣品土壤有機質含量(g/kg)；h品土壤有機質含量為土層厚度(h=0.2 m)；ρ為土壤容重(g/cm3)。

表1 不同土地覆被類型植被和土壤碳密度

#該文獻提供的植被碳密度只代表地上部分,利用根冠比計算植被碳密度[36]；*該文獻提供的生物量采樣0.43的轉化系數轉化為植被碳密度

對實地采樣的植被數據,喬木生物量的獲取采用IPCC森林生物量估算法[37- 38],灌木和草本按樣方取樣后清洗干凈陰干后測定鮮重,烘干至恒重記錄其生物量干重；喬木、灌木、草本分別采取0.520、0.445、0.327碳含量轉換系數[39]轉化為碳密度。本文林地、草地植被碳密度取二者平均值。

1.3 研究方法

本研究應用Bookkeeping模型計算LUCC導致的碳儲量變化量,模型定義的主要土地利用變化(干擾)包括：開墾耕地和牧場、棄耕、木材采伐、造林及轉變種植。Bookkeeping模型計算的碳儲量變化量ΔC可以用如下公式表達：

式中,N為研究年限；T表示碳密度達到穩定時所需要的時間；ΔSOCt為第t年土壤碳儲量變化量；ΔVCt為第t年植被碳儲量變化量。

1)研究時段內第t年LUCC導致的土壤碳儲量變化量

式中,i,j表示土地利用/覆被類型；m表示土地利用/覆被類型；總數n表示第n年,0≤n≤t；Ai,j,n表示第n年土地利用/覆被類型i向j轉換的面積,SDi,j,t表示土地利用/覆被類型i向j轉換后在第t年的土壤碳密度變化速率,表示如下：

SDi,j,t=(SDi,j,t2-SDi,j,t1)/(t2-t1)

式中,SDi,j,t2、SDi,j,t1為土地利用/覆被類型i向j轉換后在t2和t1不同生長或恢復階段的土壤碳密度,t1≤t≤t2。

2)研究時段內第t年LUCC導致的植被碳儲量變化量

ΔVCt=ΔVC原地-ΔVC移走

式中,ΔVC原地為第t年留在原地的植被碳儲量變化量；ΔVC移走為第t年移走的植被碳儲量變化量。

式中,VDi,j,t表示土地利用/覆被類型i向j轉換后在第t年的植被碳密度變化速率:

VDi,j,t=(VDi,j,t2-VDi,j,t1)/(t2-t1)

式中,VDi,j,t2,VDi,j,t1為土地利用/覆被類型i向j轉換后在t2和t1兩個不同生長或恢復階段的植被碳密度,t1≤t≤t2。

式中,VDi表示土地利用/覆被變化i的植被碳密度,ak表示xk年氧化速率的植被碳儲量占總碳儲量的比例；本文假設其利用方式僅為焚燒薪柴,且氧化速率為1年。綜上,Bookkeeping所需參數如表2。

表2 Bookkeeping模型參數

2 結果與分析

2.1 研究區近30年土地利用/覆被變化特征

研究區土地利用類型以荒漠草地、耕地、裸土裸巖和沙地為主,占研究區土地面積的90%以上,水體、居民及建設用地和林地僅占4%左右。在1987—2016年的30年間,耕地、林地和居民及建設用地面積呈增加趨勢,分別增加269.42、17.04 km2和15.49 km2,增幅分別為75%、46.5%和90.2%,其中耕地增加面積最多,但增幅最高的為居民及建設用地,其次為耕地；沙地、鹽堿地、荒漠草地及水體呈減少趨勢,面積分別減少114.59、94.41、63.23 km2和36.47 km2,減幅分別為46.2%、73.9%、5.5%和67.8%,其中沙地減少面積最多,但減幅最高的為鹽堿地,其次為水體和沙地,荒漠草地占研究區面積比重最大但減幅最小(圖2,表3)。

對比研究區不同時段土地利用/覆被變化規律,結果表明：1987—1996年是區域內水土資源開發的初期,居民及建設用地和耕地小幅擴張,增幅分別為23.4%、17.5%,其他土地利用/覆被類型的變化不明顯。1996—2005年是區域水土資源大規模開發的時段,雖然沙地、荒漠草地及林地變化不明顯,甚至較上時段變幅有所減小,但該時段耕地面積增加和水體面積減少最顯著,變幅分別達23.3%、40.1%,鹽堿地與居民及建設用地的變幅也達到3個研究時段內最大,變幅分別達54.6%、27.7%。2005—2016年區域水土資源開發較上個時段有所減緩,耕地和水體面積變動逐漸放緩,林地、沙地和荒漠草地較前兩個時段的變動明顯,變幅分別為54.84%、34.5%和3.6%。

表3 不同時期各土地利用類型變化面積與幅度

圖2 研究區1987—2016年土地利用變化空間格局Fig.2 Spatial pattern of the land use in study area from 1987 to 2016

2.2 研究區近30年耕地變化動態

總體來看,1987—2016年的30年間,耕地面積增加了269.38 km2,其中耕地開墾總面積為372.57 km2,主要來源于鹽堿地,其次為荒漠草地、沙地及林地,四類來源開墾為耕地的面積占耕地開墾總面積的78%；耕地轉變為其他土地利用類型的面積為103.19 km2,主要轉變為居民及建設用地、荒漠草地和鹽堿地,轉變為三者的面積占耕地轉變為其他土地利用類型面積的66%(圖3)。

耕地開墾的不同來源占耕地開墾總面積的比重存在差異。沙地和荒漠草地開墾為耕地的面積占耕地開墾總面積的比重呈現先降低后升高的趨勢,但沙地開墾為耕地所占比重在1987—1996年達到最高,荒漠草地開墾為耕地所占比重在2005—2016年達到最高,二者占比分別為25%和34.5%。鹽堿地開墾為耕地的面積占耕地開墾總面積的比重呈現出先升高后降低的趨勢,在1996—2005年間達到最高34.4%。3個時段內林地開墾為耕地的面積占耕地開墾總面積的比重較小且變化不大,與鹽堿地相似,在1996—2005年占比達到最高8.6%。

耕地轉變后的不同去向占耕地轉變為其他土地覆被類型總面積的比重存在差異。耕地轉變為居民及建設用地是耕地轉變的主要方向,3個時段耕地轉變為居民及建設用地的面積占耕地轉變為其他土地覆被類型面積的比重為32.8%,占比在1996—2005年達到最高；耕地轉變為鹽堿地和荒漠草地所占比重分別為17.8%和15.4%,是耕地轉變后的次要方向,二者占比分別在1987—1996年和1996—2005年達到最高。

圖3 不同時期主要土地利用類型轉變面積及占比Fig.3 Land use change area and proportion of different periods

2.3 土地利用/覆被變化對碳儲量影響特征

通過分析不同時段以及整個研究時段內各土地利用類型變化導致的植被、土壤及總碳儲量變化量來探討LUCC對研究區碳儲量影響的動態特征。從各時段LUCC導致的碳儲量變化量來看,除林地和裸地裸巖的變化導致碳儲量略有減少外,其他土地利用類型變化均導致碳儲量增加。其中耕地變化是碳儲量增加的主要貢獻者,在3個時段的增加量分別為1.12×105、1.37×105、2.42×105t,其次為沙地,在3個時段的增加量分別為7.25×104、5.31×104、1.72×105t；與沙地相似,荒漠草地變化導致碳儲量的增加呈現出先減少后增加的趨勢；林地變化在前兩個時段導致碳儲量變化不明顯,2005—2016年是林地變化導致碳儲量增加最多的時段,碳儲量增加量為6.62×104t；而各時段裸地裸巖變化導致碳儲量變化量均不大(表4)。

總體來看,1987—2016年30 年間LUCC導致的總碳儲量增加量為5.89×105t,土壤與植被碳儲量增加量分別為4.02×105、1.86×105t,二者分別占總碳儲量增加量的68.3%和31.7%。其中1987—1996年間,土壤、植被和總碳儲量增加量分別為9.59×104、3.23×104t和1.28×105t；1996—2005年土壤碳儲量較上個時段減少了9.6%,植被和總碳儲量增加量分別較上個時段增加了61.6%和8.2%；2005—2016年,土壤、植被及總碳儲量增加量分別為2.20×105、1.02×105t和3.22×105t,該時段是整個研究時段內土壤、植被及總碳儲量增加量最多的時段(圖4)。

表4 不同時期各土地利用類型碳儲量變化/(104t)

因各土地利用類型的轉換是相互的,總碳儲量變化是各土地利用類型碳儲量變化之和的1/2

圖4 碳儲量累積變化量Fig.4 Cumulative change of carbon storage

2.4 耕地變化對碳儲量的影響特征

30年間研究區耕地變化使碳儲量增加4.9×105t,土壤碳儲量增加3.3×105t,植被碳儲量增加1.6×105t,其中耕地變化是研究區碳儲量增加的主要貢獻者(表5)。本研究重點關注耕地開墾和與之相反的耕地轉變為其他土地覆被類型對碳儲量的影響,其中耕地開墾對碳儲量的影響主要表現在沙地、荒漠草地、鹽堿地和林地開墾為耕地引起的碳儲量變化,耕地轉變為其他土地覆被類型對碳儲量的影響主要表現在與耕地開墾相反的轉變引起的碳儲量變化。

在耕地開墾情形下,30 年間耕地開墾使碳儲量增加5.8×105t,其中土壤碳儲量增加3.9×105t,植被碳儲量增加1.9×105t。主要土地利用類型開墾為耕地對碳儲量的影響存在差異：荒漠草地、沙地和鹽堿地開墾為耕地碳儲量呈增加趨勢,林地開墾為耕地碳儲量呈減少趨勢。荒漠草地開墾為耕地是研究區耕地開墾情形下對碳儲量影響最大的土地利用變化,30 年間由荒漠草地開墾引起的碳儲量增加量為2.7×105t,約占耕地開墾總碳儲量增加量的46.5%；沙地開墾為耕地引起的碳儲量增加量為2.3×105t,與荒漠草地開墾相似,由二者開墾引起的土壤碳儲量增加量大于植被碳儲量的增加量,2005—2016年是二者開墾為耕地碳儲量增加最多的時段；鹽堿地開墾為耕地引起碳儲量增加量為1.3×105t,土壤碳儲量增加量小于植被碳儲量的增加量,其中1996—2005年是其開墾為耕地碳儲量增加最多的時段。與上面3種土地利用類型變化不同的是,研究時段內林地開墾為耕地碳儲量呈減少趨勢,碳儲量減少5.5×104t,其中植被碳儲量減少5.3×104t,土壤碳儲量減少量僅為植被碳儲量減少量的3.9%(表5)。

在耕地轉變為其他土地覆被類型的情形下,30 年間耕地轉變為其他土地覆被類型導致碳儲量減少8.9×104t,其中土壤碳儲量減少5.8×104t,植被碳儲量減少3.1×104t。耕地轉變為不同土地利用類型對碳儲量的影響存在差異：耕地轉變為荒漠草地、鹽堿地和沙地碳儲量呈減少趨勢,而轉變為林地碳儲量呈增加趨勢,其中耕地轉變為荒漠草地是研究區耕地轉變為其他土地覆被類型下對碳儲量影響最大的土地利用變化方式,30年間由耕地轉變為荒漠草地的碳儲量減少量為4.8 ×104t,耕地轉變為鹽堿地和沙地引起的碳儲量減少量分別為2.8×104、2.7×104t,而耕地轉變為林地碳儲量增加量為1.4×104t(表5)。

表5 耕地變化碳儲量累積變化量/104t

3 討論

1987—2016年的30年間,臨澤荒漠綠洲區土地開發大致分為兩個階段：20世紀80年代中后期至2006年土地大面積開墾和綠洲不斷擴張的第一階段,2006年后土地開發放緩和綠洲擴張減緩的第二階段。其主要原因可能為：80年代中期至2002年間,省內移民(即兩西移民)帶來的人口增加促使耕地需求增大,“日元貸款”項目治理了大面積的鹽堿地并營造了防風固沙帶,在穩定老綠洲的基礎上,使綠洲進一步向外擴張；2002—2006年,制種玉米的普及使農民獲得更多的經濟效益,人們不斷開荒以擴大耕地面積,加之生態移民政策的影響也使綠洲水土開發力度加大。2006年以后,“黑河分水”和“三禁政策”的實施,開荒受到了一定的限制,水土開發力度逐漸減緩。貫穿整個時段,機械化程度的不斷加深、綠洲渠系及其配套工程建設的不斷完善等為耕地面積的擴大創造了有利的條件,在一定程度上進一步促進了綠洲水土資源的開發[40]。因此,30 a研究區耕地面積增加了269.38 km2,表現出穩定增加態勢,綠洲逐漸由內部向外部擴張(圖2)。

在干旱半干旱區,土地利用方式的轉變已被證明是增加區域碳儲存的重要方式[41],本項研究表明,研究區沙地、荒漠草地、鹽堿地、林地和耕地變化均導致碳儲量增加,其中耕地變化是碳儲量增加的主要貢獻者。就耕地變化對土壤碳儲量的影響而言,土壤碳庫及其動態主要取決于土壤中碳(植物殘體)的輸入與流失(有機質的分解)之間的平衡,LUCC會改變進入土壤中的植物殘體量,并影響土壤有機碳的分解損失量,打破了土壤有機碳的平衡,使土壤碳密度發生改變[42-43]；同時適當的施肥措施、覆蓋耕作管理、種植方式等農田管理措施對土壤碳庫的影響也不容忽視[44]。就耕地變化對植被碳儲量的影響而言,LUCC會導致植被碳的轉移,一部分植被碳以枯枝落葉的形式留在原地,進入土壤轉化為土壤有機碳,另一部分植被碳以不同的方式被利用移走,最終進入大氣；在不同土地利類型與耕地轉變過程中,遺留生物量、移走生物量利用方式、氧化速率及轉變后系統生物量恢復所需時間不同,會造成轉換后植被碳密度發生改變。受不同土地利用轉移面積和土壤與植被碳密度差異的影響,不同土地利用類型開墾為耕地對碳儲量的影響存在差異。沙地開墾為耕地10年后土壤碳儲量增加量為5.31×104t,開墾為耕地30年后土壤碳儲量累積增加1.65×105t,即沙地開墾為灌溉農田后土壤表現出巨大的固碳潛力,開墾不同年限的土壤有機碳養分有明顯的積累,與一些研究結果一致；如Li等[45]在河西走廊高臺綠洲的研究表明,沙地開墾為灌溉農田10年后,土壤有機碳貯量顯著增加；蘇永中等[44,46]在臨澤綠洲的研究表明,沙地開墾為灌溉農田的40年后土壤有機碳含量增加了6.4倍,但沙地土壤向可持續耕作土壤的演化至少需要50年,要實現土地可持續利用和生產力的持續提高,須采取提升土壤肥力水平的農田管理措施。研究表明,干旱區沙地土壤開墾為灌溉農田后,增施有機肥、秸稈覆蓋還田、種植多年生苜蓿或苜蓿插入輪作體系是培肥地力的有效農田管理措施[43]。荒漠草地是西北干旱區的主導性土地利用類型,是綠洲土地開發的目標和后備,土地開發導致原始荒漠草地轉變為農田,農作物取代荒漠植被,改變了荒漠生態系統較為封閉的碳循環模式[47]。本研究結果表明,荒漠草地開墾為耕地碳儲量增加量為2.70×105t,占耕地開墾總碳儲增加量的46.5%,而王淵剛等[47]基于相似荒漠綠洲研究區的瑪納斯河流域的估算結果為54.3%。存在差異的主要原因可能為：一方面不同的土地利用類型的劃分導致荒漠草地類型界定上存在差異；另一方面,土壤和植被碳密度是直接影響土壤和植被碳儲量的主要因素,本研究中荒漠草地植被和土壤碳密度遠小于瑪納斯河流域。王淵剛等采用公開發表文獻中的數據獲取植被和土壤碳密度數據,而本文采用的植被和土壤碳密度數據來自于同一研究區基于實地采樣的748個數據,較前者更為準確。

本研究在利用Bookkeeping模型探討LUCC對碳儲量的影響時,研究結果的不確定性主要源于模型所需參數、土地利用變化數據和碳密度數據的誤差[48]。首先,模型所用參數是根據不同的地區和不同的生態系統設置的[21- 22],具體參數的選取可能與實際自然條件不相符合,參數選取時應當更多地參考研究區域的自然特征。其次,本研究默認土地利用變化為勻速變化,且各土地利用/覆被類型的土壤和植被碳密度是依據某一固定年份獲取的,若需準確定量評估研究區LUCC對碳儲量的影響,需要對土地利用類型轉變后土壤和植被碳密度進行長時間序列的跟蹤監測,同時將高精度遙感數據和統計資料相結合提取逐年土地覆被變化數據,將有助于提高估算精度保證估算的可靠性。另外,考慮到居民及建設用地、水域與耕地相互轉換的面積相對較小,并且其變化對碳密度的影響機制尚不清楚,本研究沒有考慮水域、居民及建設用地與耕地的相互轉換對區域碳收支的影響,這些問題都有待于隨水域、居民及建設用地變化對碳收支影響機理認識的深入而逐步得到解決。最后,鑒于LUCC對表層土壤碳密度影響最為顯著,本文以0—20 cm取樣深度的土壤碳密度來估算土壤碳儲量,同時碳密度數據的不同來源和計算方法可能會導致碳儲量估算不夠精確,因此，可針對不同的土地覆被類型，實地采樣獲取碳密度數據以提高估算精度。

水資源是制約干旱區土地資源開發利用和農林牧業發展的主要自然因素,水資源的多寡將直接影響綠洲的面積和穩定[49- 50]。研究區地處黑河流域中游區域,灌概水源以河水為主,所以黑河的消長從某種程度上決定了研究區綠洲土地利用的興衰。30 a臨澤綠洲研究區水體面積減少了36.47 km2,耕地轉變為其他土地利用類型的面積103.19 km2,其中轉變為鹽堿地、荒漠草地的面積為18.38、15.56 km2,說明人類土地利用活動的擾動使得區域水資源狀況急劇惡化,以致現有水資源狀況無法承載已墾殖的耕地。雖然耕地在土地利用轉變中表現出巨大的固碳潛力,但若超出區域水資源所能承載的限度無節制的開墾耕地,必然會造成土地鹽堿化、荒漠化逆轉、水土流失等生態環境問題。可見在干旱的臨澤荒漠綠洲區,自然條件和人類活動共同驅動下的土地利用/覆被變化,對區域的可持續發展產生了影響。因此,從維持區域生態平衡的角度出發,重視對臨澤荒漠綠洲區水土資源的合理開發與配置,對荒漠綠洲生態系統的穩定發展意義重大。

4 結論

在1987—2016年的30 年間,臨澤荒漠綠洲的土地開發使耕地表現出穩定增加、綠洲逐漸由內向外擴張的態勢,影響土地開發的因素主要包括自然因素和人文因素,其中以水資源為主的自然因素是決定綠洲土地開發的主導因素,人口增加、政策驅動、技術進步等人文因素則加劇了綠洲的土地開發。LUCC導致碳儲量增加量為5.89×105t,其中耕地變化導致碳儲量增加4.91×105t,是影響區域碳儲量變化的主要因素。對耕地而言,主要土地利用類型與耕地的轉換對碳儲量的影響存在差異,使碳儲量增加的轉變分別是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、鹽堿地-耕地、耕地-林地,相反的轉換則使碳儲量減少；要實現耕地的可持續利用和生產力的持續提高,仍須采取必要的農田管理措施。由于河西走廊地區缺乏對荒漠綠洲生態系統土地利用碳收支的估算成果,因此,本研究有利于進一步深化人類活動對荒漠綠洲生態系統影響的認識。