基于InVEST模型的撫順市碳儲量時空演變研究

關鍵詞土地利用變化；InVEST模型；碳儲量；時空變化；撫順市

中圖分類號X87文獻標識碼A

文章編號 0517-6611（2025）08-0055-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.08.012

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

AbstractTakingFushnCityatheresearcareaasedonlandusedatafrom0，0，2010，215nd，thecarbonstoragehnges intheareawereanaldusingArcSsoftwareandInVESTodelTeresultssowedthattheareaofaablelandforestandgasladd decreasedfromotO2hiletareaofwaterbodiesonstructionlandndusedlandhdincreasedTearboeseshn City in 2000，2005，2010，2015，2020 were and ，respectively ，showing a decreasing trend year by year，with a total decrease of over the past 21 years.The carbon sequestration capacity of forest was the strongest，hiletatofuusedlandastheakestTedreaseiforestandgaslandreaadteireaseincostructionladaraere the main reasons for the decline in carbon storage in Fushun City in recent years.

Key wordsLand use change；InVEST model；Carbon storage；Spatiotemporal changes ；Fushun City

近年來城市化的快速發展及人類活動的不斷加劇導致生態系統承載了巨大壓力，帶來了氣候變暖、海平面上升等一系列環境問題[1-2]。陸地生態系統的碳儲量作為全球碳儲存的重要組分之一[3]，能夠封存大氣中的碳并存儲于土壤中[4]，對于緩解氣候變化、維持生態平衡、促進全球碳循環等具有重要作用，已作為衡量生態系統對于碳排放承載力的一項重要指標[5-6]。土地利用覆被變化通過改變土壤和植被的分布和固碳能力，進而影響生態系統的結構和功能，是導致陸地生態系統碳儲量變化的主要驅動因素[7]。近年來我國人口的加速增長、建設用地不斷擴張及森林砍伐等行為導致碳儲量正在逐漸下降，因此定量評估土地利用變化與生態系統碳儲量的響應關系對于未來土地規劃和社會經濟可持續發展具有重要意義。

對于陸地生態系統碳儲量的計算國內外眾多學者都開展了大量研究，研究方法因尺度大小而異。傳統的估算方法如生物量法、蓄積量法通常需要野外調查、數據統計分析等方式來計算，雖然操作簡單估算清晰，但缺乏空間代表性，僅適用于中小尺度的研究[8]；而基于遙感的模型估算法很好地解決了這些問題，不僅適用于中大尺度區域的研究，與傳統方法相比還具有計算方式靈活、輸出結果更具可視性等優點，其中InVEST模型以其運行速度快、數據要求簡單等優勢被廣泛應用于眾多的國家和地區，成為目前使用最多的模型之-[9-10]。如 Hernández-Guzmán 等[1]基于 InVEST模型和元胞自動機模型分析了墨西哥西部盆地1986—2017年土地利用覆被變化及該區域的碳儲量變化，證明了InVEST模型計算的準確性；Wang等[12]利用MLP模型和InVEST模型計算了三峽水庫城市1995—2025年陸地生態系統的碳損失，發現城市擴張會導致嚴重的陸地碳損失，對生態系統有巨大潛在威脅；鄧喆等[13]以祁連山國家公園為研究區，基于In-VEST模型中的碳儲量模塊分析了土地利用變化對碳儲量的影響，發現土地利用的轉移變化對碳儲量的增減變化有主要影響。

撫順市作為遼寧省重要的工業基地，近年來礦區的大量開采對市區的土地利用格局和生態環境造成了嚴重影響。該研究利用2000、2005、2010、2015、2020年土地利用數據和InVEST模型的碳儲量模塊，分析近21年來撫順市土地利用變化格局及碳儲量分布情況，探討土地利用變化對該區域陸地生態系統碳儲量的影響，以期為撫順市土地利用規劃和生態可持續發展提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況撫順市位于遼寧省東北部，東與吉林省接壤，西接沈陽，北與鐵嶺相接，南與本溪相望，地處長白山余脈，地理坐標為 ，下轄4區（新撫區、望花區、東洲區、順城區）3縣（撫順縣、新賓滿族自治縣、清原滿族自治縣），如圖1所示。全市土地總面積約 ，地質構造復雜，地貌特征以山地為基礎，處于中緯地帶，屬于典型的溫帶季風氣候。撫順市歷史悠久，是清王朝發祥地，也是遼寧重要的工業基地，同時也是我國最大的特殊鋼生產基地，其獨特的氣候和地理位置使該地區水資源、生物資源、礦產資源豐富。

1.2 數據來源

1.2.1土地利用數據。土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心（http：//www.resdc.cn），分辨率為 ，被分為6個一級類和25個二級類型，經過掩膜提取和重分類后，將土地利用分為耕地（水田、旱地）、林地（有林地、灌木林、疏林地、其他林地）、草地（高覆蓋度草地、中覆蓋度草地）水域（河渠、湖泊、水庫坑塘、灘地）建設用地（城鎮用地、農村居民點、其他建設用地）未利用地（沼澤地、裸土地、裸巖石質地）共6類，最終得到2000、2010、2020年3期的土地利用柵格圖。

1.2.2行政邊界數據。行政邊界數據來自全國地理信息資源目錄系統（https：//www.webmap.cn/），經提取得到撫順市的矢量數據。

1.2.3 DEM數據。高程數據來源于地理空間數據云（ht-tps：//www.gscloud.cn/），分辨率為

1.2.4碳密度數據。該研究以研究區相近地區的大量研究成果為綜合參考[14-17]，總結出該地區的碳密度數據，如表1所示。

單位：

1.3研究方法該研究運用InVEST模型中的碳儲量模塊進行研究，該模塊將陸地的生態系統碳儲量劃分為地上生物碳、地下生物碳、土壤有機質碳和死亡有機質碳4個基本碳庫[3]，其原理是以土地利用數據為基礎，各地類的面積與各個碳庫的碳密度均值的乘積總和是碳儲量的最終結果，具體計算公式如下：

式中： 為總碳儲量（ ）； 為土壤地上部分的碳儲量 ）； 為土壤地下部分的碳儲量 ）； 為土壤中有機質碳儲量（ ）； 為已死亡的有機質碳儲量（20 ）°

2 結果與分析

2.1土地利用時空變化分析從土地利用類型面積占比情況（表2）來看，2000—2020年撫順市土地利用類型以林地為主，占研究區總面積的 7 5 % 以上，其次是耕地，占總面積的1 9 % 以上，草地、水域、建設用地和未利用地的面積均較小，4種地類的面積總和僅占研究區的 5 % 左右，近21年來撫順市各地類的面積均有所變化，但總體的占比結構較為穩定。

由土地利用類型面積變化情況（表2）可知，2000—2020年撫順市耕地、林地、草地的面積有所減少，水域、建設用地、未利用地的面積有所增加。與2000年相比，2020年耕地面積減少了 ，降幅達到 3 . 5 5 % ；林地面積減少了 ，降幅為 0 . 4 4 % ；草地面積減少了 ，降幅達到 6 5 . 6 5 % ；水域面積變化較小，近21年內僅增加了 ，增幅為 1 . 0 0 % ；建設用地面積大量增加，2000—2020年共增加了 ，增幅高達 7 2 . 9 8 % ，在所有地類中面積變化最大；未利用地面積僅增加了 ，增幅為 6 . 7 3 % 。

從土地利用空間分布（圖2）可以看出，撫順市土地利用空間分布主要以林地為主，覆蓋在撫順市的大部分地區；耕地的分布受地形海拔影響，多分散在撫順市較低海拔的地區；草地面積較小，且近21年空間分布變化較為劇烈，2000—2005年呈斑點狀分散在撫順市西部、南部和中東部地區，而2005年以后草地面積大量減少，大部分草地消失，到2020年僅剩少量草地呈斑塊狀集中在撫順市西部，還有少量以點狀分散在南部地區；水域的空間分布較為穩定，集中分布在撫順市西部地區，2000—2020年無明顯變化；建設用地呈點狀分散在撫順市境內，在撫順市的西部分布較為集中，近21年來西部的部分耕地被建設用地所侵占，使建設用地的面積有明顯的擴增；未利用地由于面積太小，導致其空間分布并不明顯，2010年以前未利用地呈點狀分布在西部和南部地區，之后的未利用地逐漸破碎化，到2020年未利用地向撫順市中部轉移，以斑塊形式零星分布在中部和西部地區。

2.2碳儲量時空變化分析運用 模型的碳儲量模塊對撫順市2000—2020年碳儲量變化進行估算，結果如圖3所示。從時間變化來看，2000、2005、2010、2015、2020年撫順市碳儲量分別為 、 ，呈逐年遞減趨勢，其中2005—2010年碳儲量下降最明顯，21年來碳儲量共減少了 2

將InVEST模型的運行結果導人ArcGIS中繪制得到撫順市2000—2020年碳儲量空間分布圖，如圖4所示。從空間分布上看，2000—2020年撫順市碳儲量的空間結構較為穩定，無明顯的空間分布變化，高值區分布廣泛，覆蓋在撫順市大部分地區，土地利用類型主要為林地和草地；中值區集中在撫順市西側，土地利用類型以水域為主；低值區的空間分布情況與耕地相似，空間結構較為分散，在撫順市西部、東北部、東南部均有分布，其中西部的低值區分布較為集中。2000—2020年撫順市西側的高值區有明顯增加，結合土地利用變化來看，這可能與該地區草地面積的增加有關；受建設用地增加的影響，西部的碳儲量低值區也繼續向西側有明顯的擴增。由此可見，林地、草地和水域對撫順市總體的固碳能力有明顯的促進作用，而耕地和建設用地對固碳能力促進作用不明顯。

2.3土地利用變化對碳儲量的影響利用ArcGIS中的分區統計工具對撫順市2000—2020年不同土地利用類型的碳儲量進行計算，結果如表3所示。總體而言，林地的碳儲量最

單位： t

大，是撫順市碳庫的主要來源；未利用地的碳儲量最小，為0；各地類對碳儲量的貢獻程度由高到低依次為林地 gt; 耕地 gt; 水域 gt; 草地 gt; 建設用地 gt; 未利用地。受土地利用變化的影響，近21年來撫順市各地類的碳儲量均有一定程度變化，與2000年相比，2020年耕地、林地和草地的碳儲量有所減少，而水域和建設用地的碳儲量有所增加。具體而言，耕地的碳儲量呈先增后減的趨勢，2000—2020年共減少了 ；林地的碳儲量呈減少一增加一減少的趨勢，總體減少了 0 . 5 3 8 × t；草地的碳儲量減少量最大，呈增加一減少—增加的趨勢，近21年來共減少了 ；水域的碳儲量呈先減后增的趨勢，總體增加了 ；建設用地的碳儲量呈逐年穩定增加的趨勢，21年來共增加了 t；未利用地的碳儲量沒有變化，均為0。

3結論與討論

該研究基于ArcGIS軟件和InVEST模型的碳儲量模塊評估了撫順市 2 0 0 0 ， 2 0 0 5 ， 2 0 1 0 ， 2 0 1 5 ， 2 0 2 0 年的土地利用時空變化和碳儲量時空變化，主要結論如下：

（1）撫順市土地利用類型主要為林地，占總面積的 7 5 % 以上。2000—2020年耕地、林地、草地的面積有所減少，而水域、建設用地和未利用地的面積有所增加，其中建設用地的面積變化最大，共增加 。撫順市土地利用的空間分布結構總體較為穩定，近21年來西部建設用地的擴增較為明顯。

（2）2000、2005、2010、2015、2020年撫順市的碳儲量分別為 、 ，呈逐年遞減趨勢，21年來共減少了 以林地和草地為主的高值區廣泛覆蓋在大部分地區，以耕地為主的低值區集中于撫順市西部，此外在東北部和東南部地區也均有分布。

（3）林地的碳儲量最大，是撫順市碳庫的主要來源，未利用地的碳儲量最小，各地類對碳儲量的貢獻程度由高到低依次為林地 gt; 耕地 gt; 水域 gt; 草地 gt; 建設用地 gt; 未利用地。21年來耕地、林地和草地的碳儲量分別減少了 t，水域和建設用地的碳儲量分別增加了 t，未利用地的碳儲量沒有變化，均為0。

由該研究結果可知，林地、草地面積的減少和建設用地面積的增加是導致撫順市近年來碳儲量下降的主要原因。土地利用變化對生態系統的固碳能力有很大影響，林地、草地等生態價值較高的地類對區域的固碳能力有明顯的促進作用，而耕地、建設用地等人類活動頻繁、干擾強度較大的地區對區域的固碳能力促進作用不明顯。未來撫順市應注意土地資源的合理規劃，加強推進退耕還林還草等生態工程的實施，提高地區的固碳能力，以促進生態環境可持續發展。

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