巨災(zāi)脅迫下植被碳儲(chǔ)量地域分異規(guī)律研究*

邱鈴珂，曾 文，戴 玥，李俊輝，邊 昂，蓋宏坤，第寶鋒

(1.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065； 2.四川大學(xué)-香港理工大學(xué) 災(zāi)后重建與管理學(xué)院，四川 成都 610207；3.四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 成都 610065)

伴隨IPCC《全球1.5℃溫升特別報(bào)告》的發(fā)布和第26屆聯(lián)合國氣候變化大會(huì)的召開，氣候變化受到越來越多的重視。“碳中和”被認(rèn)為是應(yīng)對氣候變化的有效方式[1]。實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵在于碳源、碳匯的平衡，主要的碳匯包括植物光合作用和海洋吸收，其中，森林碳匯在減少大氣中溫室氣體的濃度和減緩全球變暖方面發(fā)揮著重要作用[2-3]。森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量占陸地生態(tài)碳儲(chǔ)量的46.6%[4]。厘清森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量的地域分異規(guī)律對高效利用森林碳儲(chǔ)能力和具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者對森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量和碳匯功能進(jìn)行了大量研究[5-7]，森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量受到多種因素的影響，其中，自然災(zāi)害(如地震)是重要影響因素之一[8]。地震會(huì)部分或徹底地毀壞自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，尤其是災(zāi)害易發(fā)的山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)，受災(zāi)退化后更加難以恢復(fù)[9]。強(qiáng)烈的沖擊和余震引起的地表形變，以及滑坡、泥石流等次生災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致地震災(zāi)區(qū)內(nèi)樹木的死亡率升高，從而改變區(qū)域碳源碳匯平衡[8,10-11]。地震引起的植被破壞或造成陸地生物量的減少、二氧化碳排放量的增加以及土地表面反照率的變化，或在一定程度上通過影響局部氣候進(jìn)而影響全球變暖進(jìn)程[12]。地震對森林的直接破壞和隨后的有機(jī)物質(zhì)降解，導(dǎo)致森林在震后數(shù)年中被視為二氧化碳的潛在來源[8,13]。

震級≥6級的地震被稱為強(qiáng)震，強(qiáng)震影響范圍廣、脅迫作用持續(xù)時(shí)間長等特點(diǎn)導(dǎo)致受災(zāi)區(qū)域碳儲(chǔ)量的地域分異復(fù)雜，但國內(nèi)外對地震帶來的植被碳儲(chǔ)量時(shí)空變化定量研究較少。本研究以汶川地震重災(zāi)區(qū)為研究區(qū)，通過定量估算該區(qū)域2001—2019年間逐年碳儲(chǔ)量，探究地震對于區(qū)域碳儲(chǔ)量的影響，厘清震損植被碳儲(chǔ)量地域分異的特征規(guī)律，探索地震及其他因素對碳儲(chǔ)量變化的驅(qū)動(dòng)作用。研究成果可服務(wù)汶川地震影響區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建工作，同時(shí)可為碳中和目標(biāo)提供有關(guān)森林碳儲(chǔ)量的數(shù)據(jù)支撐。主要研究內(nèi)容包括以下三個(gè)部分：①地震災(zāi)區(qū)植被碳儲(chǔ)量地域分異特征研究。探究地震前后研究區(qū)域內(nèi)年植被碳儲(chǔ)量的時(shí)空變化趨勢，厘清地震災(zāi)區(qū)植被碳儲(chǔ)量地域分異規(guī)律以及震后碳儲(chǔ)量恢復(fù)特征；②地震及相關(guān)因素對植被碳儲(chǔ)量影響研究。提取地震前后不同地震烈度區(qū)域植被碳儲(chǔ)量變化情況，定量表述單位面積植被碳儲(chǔ)量變化與地震烈度之間的關(guān)系，以及斷裂帶、同震滑坡對于植被碳儲(chǔ)量的影響；③非地震因素對植被碳儲(chǔ)量的影響。探討氣候、人類活動(dòng)等對于地震重災(zāi)區(qū)植被碳儲(chǔ)量的影響。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

以汶川地震重災(zāi)區(qū)作為研究區(qū)，考慮空間連續(xù)性與受災(zāi)嚴(yán)重程度，以極重災(zāi)區(qū)內(nèi)的10個(gè)和重災(zāi)區(qū)內(nèi)的37個(gè)縣(市、區(qū))作為研究區(qū)[14]。汶川地震重災(zāi)區(qū)地處四川盆地西緣，為四川盆地向青藏高原的過渡地帶[15]，地跨四川、甘肅、陜西三省，海拔跨度約275～7 124 m，整個(gè)地勢由西北向東南傾斜，西部以高山峽谷區(qū)為主，東部以平原、丘陵為主[16]。研究區(qū)內(nèi)復(fù)雜的地形與氣候特點(diǎn)造就了良好的植被生長條件，植被類型豐富，植被分布呈垂直地帶性規(guī)律[17]。此外，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜，地形被嚴(yán)重割斷，地震活動(dòng)較為頻發(fā)，山區(qū)災(zāi)害頻發(fā)[18]。汶川地震具有震級強(qiáng)、破裂帶長、地表破壞強(qiáng)烈、余震多且震級高的特點(diǎn)[19]，因此，由汶川地震導(dǎo)致的森林生態(tài)系統(tǒng)功能的改變也較一般災(zāi)害更為明顯。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)包括土地利用、地質(zhì)災(zāi)害、土壤等，涉及MODIS系列產(chǎn)品、遙感資料等柵格、矢量、數(shù)值數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率及來源見表1。

所有柵格數(shù)據(jù)均使用最鄰近法重采樣至500 m柵格大小，投影至統(tǒng)一的投影坐標(biāo)系，生成GeoTiff格式數(shù)據(jù)。研究區(qū)域生態(tài)多樣性較為豐富，土地利用類型多樣，故土地利用類型進(jìn)一步選用國際地球圈—生物圈計(jì)劃(IGBP)分類的數(shù)據(jù)類型，再進(jìn)行整理與合并。研究區(qū)域內(nèi)地震烈度分布情況是利用GIS地理空間配準(zhǔn)矢量化汶川地震烈度分布得到。同震滑坡區(qū)分布數(shù)據(jù)使用ArcMap篩選出面積50 000 m2以上的滑坡區(qū)域，共計(jì)2 273個(gè)，總面積218.77 km2。

圖1 汶川地震重災(zāi)區(qū)概況及行政區(qū)劃示意圖(審圖號：GSGS(2016)2923號，底圖無修改，下同 。災(zāi)害范圍來源于《汶川地震災(zāi)害范圍評估結(jié)果》[14])

表1 關(guān)鍵數(shù)據(jù)構(gòu)成及特征

1.3 研究方法

1.3.1 碳儲(chǔ)量計(jì)算方法

碳儲(chǔ)量計(jì)算采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡綜合評估模型(InVEST,Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)，由美國斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)和世界自然基金會(huì)聯(lián)合開發(fā)[25]。國內(nèi)基于InVEST模型研究區(qū)域總碳儲(chǔ)量的研究較多，包括使用InVEST模型評價(jià)生態(tài)質(zhì)量、碳儲(chǔ)量功能、水源供給功能等多項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)功能[26-27]，以及運(yùn)用InVEST進(jìn)行碳儲(chǔ)量計(jì)算[7,28]。總體上看，InVEST模型具有需要的數(shù)據(jù)量較少，模型簡單便捷，輸出結(jié)果具有很強(qiáng)的空間表達(dá)性等優(yōu)點(diǎn)[27]，為評價(jià)區(qū)域碳儲(chǔ)量與研究其空間分布提供了較可靠的方法。

InVEST模型以土地利用覆被類型為評估單元，根據(jù)不同覆被類型的分類情況，分別計(jì)算不同地類的地上碳庫、地下碳庫、土壤碳庫和死亡有機(jī)碳庫的平均碳密度，然后用各種地類的面積與碳密度相乘并求和，計(jì)算得到研究區(qū)域的總碳儲(chǔ)量[25]。InVEST模型的碳儲(chǔ)量模塊計(jì)算公式為：

C=Cabove+Cbelow+Cdead+Csoil。

(1)

式中：Cabove為地上碳儲(chǔ)量，Cbelow為地下碳儲(chǔ)量，Cdead為死亡有機(jī)碳儲(chǔ)量，Csoil為土壤碳儲(chǔ)量。

1.3.2 碳儲(chǔ)量地域分異研究方法

碳儲(chǔ)量地域分異分析采用slope趨勢分析方法。slope趨勢分析是對逐個(gè)柵格進(jìn)行一元線性回歸，分析其在時(shí)間序列的變化趨勢，單像元趨勢的組合即可呈現(xiàn)出空間整體的變化特征和規(guī)律。在研究時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)逐年的碳儲(chǔ)量，可計(jì)算模擬研究區(qū)各柵格碳儲(chǔ)量的年際變化趨勢。計(jì)算方法如下：

(2)

式中：n為研究時(shí)長(年)，i為初始值為1的年份序列數(shù)，Ci為第i年碳儲(chǔ)量值。θslope值為線性方程的斜率(即變化趨勢)，當(dāng)θslope>0時(shí)，表明該柵格單位內(nèi)的碳儲(chǔ)量值在研究期間呈現(xiàn)增加趨勢；θslope<0則表明該柵格碳儲(chǔ)量值呈現(xiàn)減少趨勢。

2 碳儲(chǔ)量時(shí)空變化特征分析

2.1 碳儲(chǔ)量空間分布特征

2.1.1 區(qū)域碳儲(chǔ)量分布規(guī)律

研究基于多源時(shí)空數(shù)據(jù)和InVEST模型計(jì)算得到了2001—2019年間研究區(qū)單位面積碳儲(chǔ)量的均值(圖2)，汶川地震重災(zāi)區(qū)碳儲(chǔ)量的高值區(qū)主要集中在山地林區(qū)、龍門山及北部的高山峽谷區(qū)中的大面積混交林、闊葉林和草地，氣候溫和，森林覆蓋率高。而汶川地震震中位于碳儲(chǔ)量高值區(qū)附近，對森林碳儲(chǔ)量的威脅較為強(qiáng)烈。研究區(qū)內(nèi)較低水平的碳儲(chǔ)量主要集中在東南部，主要為平原地形，農(nóng)田和稀樹灌木草叢分布面積廣闊；北部武都區(qū)、成縣、徽縣等地碳儲(chǔ)量也較低；西南部小金縣、理縣、汶川縣、寶興縣四縣交界處主要為干旱河谷區(qū)，屬于西南地區(qū)特殊山地類型，有大量高山峽谷，海拔落差大，氣候干旱，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境脆弱，碳儲(chǔ)量也較低。

圖2 研究區(qū)單位面積平均碳儲(chǔ)量空間分布圖(2001—2019年)

2.1.2 地貌對碳儲(chǔ)量分異的影響

參考《第一次全國地理國情普查公報(bào)》中的海拔、坡度分級分類方法，將汶川地震重災(zāi)區(qū)內(nèi)的海拔分為低海拔區(qū)(0～1 000 m)、中海拔區(qū)(1 000～3 500 m)、高海拔區(qū)(3 500～5 000 m)和極高海拔區(qū)(5 000 m以上)，將坡度分為平坡地(0°～2°)、較平坡地(2°～5°)、緩坡地(5°～15°)、較緩坡地(15°～25°)、陡坡地(25°～35°)和極陡坡地(35°～90°)六大類，統(tǒng)計(jì)各海拔和分區(qū)內(nèi)年度單位面積平均碳儲(chǔ)量水平(圖3)。

圖3 研究區(qū)海拔及坡度分級的逐年平均碳儲(chǔ)量

由圖3可知，由海拔分級的變化可知，中海拔區(qū)域單位面積平均碳儲(chǔ)量最高，高海拔次之，低海拔和極高海拔最低。低海拔區(qū)用地類型主要為建設(shè)用地、耕地、灌叢等，中海拔區(qū)林地比例增大，而隨著海拔進(jìn)一步上升，氣溫降低，降水減少，林地植物生長受限，高海拔區(qū)域與極高海拔區(qū)單位面積平均碳儲(chǔ)量明顯減小。由坡度分級的變化可知，研究區(qū)單位面積平均碳儲(chǔ)量隨坡度升高，同樣呈增大—峰值—減小變化特征，而單位面積平均碳儲(chǔ)量是在相對較高坡度(即陡坡地)范圍內(nèi)才達(dá)到峰值。

對比汶川地震震前、震后階段逐年平均碳儲(chǔ)量，從海拔分類看，震前震后研究區(qū)覆被在海拔上的變化趨勢具有一致性，均呈現(xiàn)增大—峰值—減小趨勢，除造成覆被退化外，地震對區(qū)域碳儲(chǔ)量在海拔方面的分異特征未造成明顯影響；從坡度分類看，較緩坡地、陡坡地與極陡坡地的單位面積平均碳儲(chǔ)量均在震后下降，說明地震對區(qū)域碳儲(chǔ)量的坡度分異特征影響較為明顯。

2.2 碳儲(chǔ)量時(shí)間變化趨勢

2.2.1 區(qū)域碳儲(chǔ)量變化趨勢

分區(qū)統(tǒng)計(jì)并繪制不同區(qū)域?qū)?yīng)的碳儲(chǔ)量變化情況(圖4)。地震后區(qū)域總碳儲(chǔ)量較2007年損失7.36×106tC，下降率為1.22%。烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域碳儲(chǔ)量在震后2年(2008—2010年)間持續(xù)下降，2010年時(shí)兩個(gè)區(qū)域的碳儲(chǔ)量損失分別為震前多年平均碳儲(chǔ)量水平的6.61%和14.74%，此后碳儲(chǔ)量開始緩慢恢復(fù)，且2019年時(shí)烈度Ⅹ度區(qū)域大致恢復(fù)到震前水平，Ⅺ度區(qū)域則仍未恢復(fù)到震前水平(約為震前多年平均碳儲(chǔ)量水平的91.77%)。研究大區(qū)域范圍及低烈度區(qū)(烈度Ⅵ～Ⅸ度區(qū)域)的總碳儲(chǔ)量整體均呈現(xiàn)上升趨勢，研究區(qū)域碳儲(chǔ)量每年上升約1.45×106tC(即0.12 tC/(hm2·a))，僅在2001—2002年、2006—2008年期間受到多因素干擾有所下降；低烈度區(qū)的上升幅度約0.13 tC/(hm2·a)。低烈度區(qū)與烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域震后碳儲(chǔ)量的變化趨勢顯示出地震對于距離震中越近的位置碳儲(chǔ)量破壞越明顯。

圖4 不同區(qū)域碳儲(chǔ)量年際變化(2001—2019年)

2.2.2 碳儲(chǔ)量的slope趨勢分析

為進(jìn)一步分析逐像元總碳儲(chǔ)量的變化趨勢，采用式(2)計(jì)算逐像元的斜率slope，使用均值—標(biāo)準(zhǔn)差法進(jìn)行等級的劃分，得到2001—2019年變化斜率slope的空間分布。由圖5可知，2001—2019年間汶川地震重災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)大部分區(qū)域?qū)儆诳偺純?chǔ)量無明顯變化(-22≤slope<24)的區(qū)域，碳儲(chǔ)量較為穩(wěn)定；碳儲(chǔ)量呈明顯減少(slope<-35)的區(qū)域主要分布在烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域；碳儲(chǔ)量明顯增加(slope≥41)的區(qū)域主要分布在研究區(qū)東北部，主要分布于烈度Ⅷ度區(qū)域，且遠(yuǎn)離地震震中；研究區(qū)東南部部分地區(qū)呈現(xiàn)中度減少(-35≤slope<-23)與輕度減少(-23≤slope<﹣10)，且分布于烈度Ⅶ度區(qū)域，地震烈度較小。可知，地震影響下的重災(zāi)區(qū)碳儲(chǔ)量變化趨勢和地震烈度有一定關(guān)系，對碳儲(chǔ)量的變化進(jìn)行分烈度區(qū)域的分析以更好地揭示這一規(guī)律。

地震發(fā)生后，2008—2010年間烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域植被受較強(qiáng)烈的地震干擾，碳儲(chǔ)量下降，而烈度較低區(qū)域的碳儲(chǔ)量則呈上升趨勢，故總碳儲(chǔ)量在兩年間呈較快速的恢復(fù)；而2010—2016年間研究區(qū)總碳儲(chǔ)量平穩(wěn)增加，但區(qū)域差異較大，烈度較高區(qū)域及東北部植被逐漸恢復(fù)，碳儲(chǔ)量逐漸增大，而東南部廣漢市、德陽市等地碳儲(chǔ)量呈下降趨勢。

圖5 區(qū)域碳儲(chǔ)量變化趨勢空間分布

圖6 不同地震烈度區(qū)域逐年平均碳儲(chǔ)量

2.2.3 不同烈度區(qū)域的碳儲(chǔ)量變化情況

以地震發(fā)生后所劃分的地震烈度區(qū)為空間上的研究單元，統(tǒng)計(jì)不同烈度區(qū)域內(nèi)的單位面積年平均碳儲(chǔ)量(圖6)。由圖6可知，地震發(fā)生前，研究區(qū)內(nèi)單位面積平均碳儲(chǔ)量顯示出隨烈度增大而升高的趨勢，大約從42 tC/hm2上升到69 tC/hm2，震中附近森林較為密集，故烈度高區(qū)也是碳儲(chǔ)量高值區(qū)域。在空間分布上，研究區(qū)內(nèi)西北部高原邊緣區(qū)和龍門山區(qū)內(nèi)植被景觀多樣性最為豐富，以闊葉林、針闊混交林為主，盆地范圍內(nèi)的低山丘陵地區(qū)次之，而平原地區(qū)則最低，其植被類型組成相對較為單一，以人工植被和農(nóng)田為主[29,30]。

在時(shí)間序列上，2001—2019年間，低烈度區(qū)內(nèi)碳儲(chǔ)量呈上升趨勢，而烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域內(nèi)的碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)先上升—下降—上升趨勢。地震發(fā)生后，烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域的單位面積平均碳儲(chǔ)量發(fā)生了較大程度的降低，分別降為64.06 tC/hm2和58.18 tC/hm2。災(zāi)后植被的恢復(fù)包括人工干預(yù)和自然恢復(fù)兩種形式，主要方式為人工植苗造林、人工點(diǎn)撒播、封山育林、自然演替等[17,31]。

3 碳儲(chǔ)量變化的驅(qū)動(dòng)力分析

3.1 地震及相關(guān)因素對植被碳儲(chǔ)量的影響

不同地震烈度區(qū)域的單位面積平均碳儲(chǔ)量變化情況如圖7所示。地震烈度越大，地震造成的單位面積碳儲(chǔ)量損失越高。在地震烈度為Ⅵ～Ⅷ度的區(qū)域，地震前后單位面積平均碳儲(chǔ)量幾乎不變；而在地震烈度Ⅸ度以上的區(qū)域，隨著地震烈度的增大，單位面積碳儲(chǔ)量隨之降低，并且變化幅度逐漸增大，烈度Ⅺ度區(qū)域震后單位面積平均碳儲(chǔ)量下降達(dá)7.29 tC/hm2，約為烈度Ⅹ度區(qū)域下降的2倍、Ⅸ度區(qū)域下降的14倍。

圖7 震后不同地震烈度區(qū)域的單位面積平均碳儲(chǔ)量變化

由地震造成的植被碳儲(chǔ)量減少在破壞嚴(yán)重的高地震烈度區(qū)現(xiàn)象明顯，在低烈度區(qū)現(xiàn)象不明顯。鄔麗娟[32]研究發(fā)現(xiàn)地震前后的植被覆蓋變化在一定程度上可以反映烈度的分布特征。歐陽志云等[15]計(jì)算得出地震烈度為Ⅸ～Ⅺ的地區(qū)內(nèi)森林面積減少了744 km2。本研究中震后高地震烈度區(qū)域中植被碳儲(chǔ)量的明顯下降，符含高烈度區(qū)內(nèi)植被遭受嚴(yán)重破壞。

圖8為汶川地震后碳儲(chǔ)量損失點(diǎn)的空間分布，疊加重災(zāi)區(qū)范圍內(nèi)分布的斷裂帶和同震滑坡分布可知：震后碳儲(chǔ)量損失較高的區(qū)域與龍門山地震斷裂帶及同震滑坡區(qū)具有空間耦合性。斷裂帶區(qū)域地質(zhì)運(yùn)動(dòng)活躍、地形復(fù)雜，是余震及次生山地災(zāi)害高頻區(qū)。斷裂帶上的構(gòu)造破碎會(huì)直接影響上覆的現(xiàn)代森林冠層，通過隔離大量斑塊而改變其結(jié)構(gòu)，造成地面暴露于不同的水文條件，導(dǎo)致普遍的樹木死亡[33]、植被碳儲(chǔ)量的損失。

圖8 震后植被碳儲(chǔ)量損失點(diǎn)及斷裂帶的空間分布(注：斷裂帶參考中國地震局?jǐn)?shù)據(jù))

地震引發(fā)的滑坡、泥石流以及其他地質(zhì)災(zāi)害會(huì)對森林造成嚴(yán)重破壞[34]。也是導(dǎo)致植被碳儲(chǔ)量下降的重要因素。熊軻等[35]認(rèn)為山區(qū)強(qiáng)震及其誘發(fā)的滑坡、崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害會(huì)嚴(yán)重破壞土體的整體性，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)，植被破壞，產(chǎn)生大量的松散堆積物，可以進(jìn)一步解釋我們的結(jié)果。孫崇紹等[36]發(fā)現(xiàn)中國隨地震發(fā)生的崩塌、滑坡大多發(fā)生在Ⅶ度及Ⅶ度以上的地區(qū)，Ⅷ度以上發(fā)生的可能性急劇增大，數(shù)次規(guī)模特大、破壞特重的滑坡都發(fā)生在Ⅸ度及以上的地區(qū)。WANG等[37]研究地震對于生態(tài)系統(tǒng)的影響得知，汶川地震Ⅹ和Ⅺ度地震烈度區(qū)占整個(gè)地震影響區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失的80%以上，Ⅷ和Ⅸ度區(qū)域也遭受了一些損失，但不如Ⅹ和Ⅺ度區(qū)域嚴(yán)重。以上研究都與本研究結(jié)論一致。在小范圍內(nèi)，地震導(dǎo)致的山體滑坡可能會(huì)掩埋森林，導(dǎo)致連續(xù)的森林破碎為斑塊化[38]。地震引起的土地表面裂縫和松散的土壤層可能直接引起森林植被破壞或傾斜、折斷和倒塌[8]。HILTON等[13]發(fā)現(xiàn)，從長期的角度來看，地震及同震滑坡導(dǎo)致南阿爾卑斯山西部地區(qū)的森林碳儲(chǔ)量下降，下降速率約為0.05～0.09 tC/(hm2·a)。DUAN等[39]提出汶川地震中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化主要集中在地震烈度Ⅹ和Ⅺ度區(qū)，同時(shí)也是同震滑坡密集區(qū)域，體現(xiàn)了地震及其次生災(zāi)害對于生態(tài)的巨大影響，所以烈度Ⅹ度及以上的地區(qū)是促進(jìn)碳匯恢復(fù)的關(guān)鍵區(qū)域。

3.2 非地震因素對植被碳儲(chǔ)量變化的影響

除地震因素外，非地震因素對區(qū)域植被碳儲(chǔ)量變化的影響是普遍存在的。

除2008年受地震影響外，2002年及2006年碳儲(chǔ)量仍存在下降情況(圖4)。對比2001年和2002年的土地利用狀況可知，2年間的碳儲(chǔ)量下降主要是由平原丘陵區(qū)域的土地利用類型轉(zhuǎn)變引起的，包括稀疏灌木草叢轉(zhuǎn)換為農(nóng)用地及城市及建筑區(qū)[40]，以及在退耕還林初期，地表擾動(dòng)大且林木覆蓋率低，土壤侵蝕反而加強(qiáng)，土壤養(yǎng)分及持水能力下降，導(dǎo)致植被覆蓋有所降低[41-42]，造成了較大的碳儲(chǔ)量損失。隨著2000年后退耕還林還草政策的實(shí)施，這些區(qū)域總體上碳儲(chǔ)量較為穩(wěn)定，并在此后逐步得到改善。對比2006年和2007年的土地利用狀況并結(jié)合氣象條件可知，2年間的下降主要是由土地利用變化導(dǎo)致的，大約804 km2的混交林轉(zhuǎn)換為稀樹灌木草叢，而土地利用變化與2006年夏季發(fā)生在川渝地區(qū)的高溫干旱有關(guān)，森林和草地植被長勢差于近3年同期[43]，凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力亦低于多年平均水平[44]，植被固碳能力減弱。

除高地震烈度區(qū)外，研究區(qū)東南部還存在較大面積的碳儲(chǔ)量下降情況(圖5)。對比土地利用類型圖和遙感圖像可知，2001—2019年間研究區(qū)域南部的中江縣、什邡市、德陽市、廣漢市和綿竹市等平原與丘陵區(qū)碳儲(chǔ)量總體呈下降趨勢，主要是由農(nóng)田的開墾與城市和建筑區(qū)的擴(kuò)張?jiān)斐傻腫40]。2001—2019年間青川縣、市中區(qū)、朝天區(qū)、旺蒼縣等縣市碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)較明顯的上升趨勢，主要是因?yàn)樵搮^(qū)域遠(yuǎn)離汶川地震震中，地震烈度較小，且隨著退耕還林還草工程的實(shí)施，人工林種植面積較大。

4 結(jié)論

本文在研究汶川地震重災(zāi)區(qū)2001—2019年區(qū)域碳儲(chǔ)量時(shí)空變化特征的基礎(chǔ)上，分析汶川地震烈度及土地利用改變等因素對區(qū)域碳儲(chǔ)量的影響，為分析地震對植被碳儲(chǔ)量的影響及驅(qū)動(dòng)因素提供了研究思路，為管理地震災(zāi)區(qū)植被，恢復(fù)災(zāi)區(qū)植被碳儲(chǔ)存能力提供了數(shù)據(jù)支撐。得到主要研究結(jié)論如下：

(1)碳儲(chǔ)量空間分布特征。研究區(qū)單位面積平均碳儲(chǔ)量隨海拔與坡度升高，都呈增大—峰值—減小的變化特征，但單位面積平均碳儲(chǔ)量是在相對較高的陡坡地(坡度范圍25°～35°)內(nèi)達(dá)到峰值。地震對區(qū)域碳儲(chǔ)量的海拔分異特征未造成明顯影響，而地震對坡度分異特征影響則較為顯著，尤其是陡坡地與極陡坡地范圍。

(2)碳儲(chǔ)量時(shí)間變化趨勢。研究期間，研究區(qū)域總碳儲(chǔ)量大致呈現(xiàn)上升趨勢，每年上升約1.45×106tC。2008—2010年間區(qū)域總碳儲(chǔ)量快速恢復(fù)，2010—2016年間總碳儲(chǔ)量穩(wěn)步上升。受地震影響強(qiáng)烈的烈度Ⅹ及Ⅺ度區(qū)域單位面積平均碳儲(chǔ)量在震后兩年間持續(xù)下降，2010年時(shí)兩個(gè)區(qū)域的碳儲(chǔ)量損失分別為震前多年平均碳儲(chǔ)量水平的6.61%和14.74%，此后碳儲(chǔ)量開始緩慢恢復(fù)，且2019年時(shí)烈度Ⅹ度區(qū)域大致恢復(fù)到震前水平，Ⅺ度區(qū)域則僅恢復(fù)到震前多年平均水平的91.77%。

(3)地震及相關(guān)因素對植被碳儲(chǔ)量的影響。地震后碳儲(chǔ)量損失較高的區(qū)域大致沿龍門山斷裂帶分布。地震烈度越大，同震滑坡越密集，地震及其次生災(zāi)害造成的單位面積碳儲(chǔ)量損失越高。在地震烈度為Ⅵ～Ⅷ度的區(qū)域，地震前后單位面積平均碳儲(chǔ)量幾乎不變；在地震烈度Ⅸ度以上的區(qū)域，隨著地震烈度的增大，單位面積碳儲(chǔ)量隨之降低，并且變化幅度逐漸增大，烈度Ⅺ度區(qū)域震后單位面積平均碳儲(chǔ)量下降達(dá)7.29 tC/hm2，約為烈度Ⅹ度區(qū)域下降的2倍，烈度Ⅸ度區(qū)域下降的14倍。

(4)非地震因素對植被碳儲(chǔ)量的影響。研究期間受干旱、退耕還林、城市擴(kuò)張、農(nóng)田開墾等因素影響，碳儲(chǔ)量在年際間表現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，2002年及2006年研究區(qū)碳儲(chǔ)量存在下降情況，但總體呈現(xiàn)上升趨勢。