1引言

土地利用/覆被變化(LUCC，LandUseandCov-erChange)是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)碳循環(huán)過程，引起區(qū)域碳收支變化的重要原因。自工業(yè)革命以來，全球LUCC在陸地與大氣碳交換中起著碳源作用，是造成大氣CO2濃度增加的主要人類活動(dòng)之一。1850-1990年，全球LUCC導(dǎo)致了124PgC排放到大氣中，約相當(dāng)于同期化石燃料燃燒排放量的一半，其中108PgC來自森林生態(tài)系統(tǒng)(熱帶森林占2/3，溫帶和北方林約占1/3)，其余16PgC的排放主要是中緯度的草地開墾造成的[1]。20世紀(jì)80年代，全球LUCC造成的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳排放約為(1.4±0.9)PgC•yr-1，到90年代碳排放上升為(1.6±1.1)PgC•yr-1[2]。2000年以后，全球LUCC的年均C排放比20世紀(jì)90年代有所下降，同時(shí)中緯度地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槿醯奶紖R(<0.1PgC•yr1)[3]。然而，由于區(qū)域LUCC數(shù)據(jù)的不一致等原因，在當(dāng)前關(guān)于全球碳平衡的計(jì)算中，LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響仍是最大的不確定因素[4]。因此，準(zhǔn)確估計(jì)LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響已成為當(dāng)前全球變化和全球碳循環(huán)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。中國(guó)是一個(gè)具有悠久歷史的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)和人口大國(guó)，歷史上的土地墾殖擴(kuò)展和近年來的人工造林活動(dòng)是全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在過去十多年間，LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響及其評(píng)估工作是陸地生態(tài)系統(tǒng)收支與碳循環(huán)過程研究關(guān)注的主要科學(xué)問題之一[5]。國(guó)外學(xué)者已經(jīng)采用“簿記”模型估算了歷史時(shí)期中國(guó)LUCC及所引起的碳排放[6-7]。國(guó)內(nèi)學(xué)者就中國(guó)LUCC也做了大量研究工作，并采用不同方法開展了中國(guó)區(qū)域LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響的評(píng)估，取得了一些具有重要影響的研究成果。但由于資料來源、研究時(shí)段及研究方法的差異，這些研究結(jié)果之間還存在較大差異。本文在評(píng)述區(qū)域LUCC對(duì)陸地碳收支影響的研究方法的基礎(chǔ)上，基于已有的各種研究結(jié)果和資料對(duì)近年來中國(guó)區(qū)域LUCC主要時(shí)空特征及其對(duì)陸地碳收支的影響進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，分析比較了基于統(tǒng)計(jì)資料和遙感資料的不同研究結(jié)果的差異，為今后開展中國(guó)區(qū)域陸地碳收支的綜合研究提供參考。

2區(qū)域LUCC對(duì)陸地碳收支影響的研究方法

關(guān)于LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支影響的研究方法主要包括田間調(diào)查、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⑦b感模型、過程模型、IPCC清單法等。通過田間調(diào)查獲得關(guān)于植被和土壤碳密度或者生態(tài)系統(tǒng)與大氣凈C交換量的野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以簡(jiǎn)單易行地評(píng)價(jià)研究區(qū)域內(nèi)LUCC引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的變化情況。在較大的空間尺度上，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系建立統(tǒng)計(jì)相關(guān)模型來量化LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響，國(guó)際上此類研究以Houghton的“簿記(bookkeeping)”模型為代表[1,8-9]。近20多年以來，隨著遙感與GIS技術(shù)的發(fā)展以及模型開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)的逐漸成熟，基于遙感數(shù)據(jù)和各種模型方法來研究大尺度LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)過程的影響成為最為有效的技術(shù)手段[10]。利用遙感數(shù)據(jù)獲得的植被分布信息，并結(jié)合有關(guān)遙感模型(如CASA模型)，可估算植被生物量和凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP,NetPrimaryProduction)，從而評(píng)估LUCC造成的生態(tài)系統(tǒng)碳收支的變化[11]。生態(tài)系統(tǒng)過程模型(如TEM模型、LPJ模型、HYBRID模型)可以較為準(zhǔn)確地模擬生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的動(dòng)態(tài)變化，將其與“簿記”法相結(jié)合，就可以把LUCC信息與相關(guān)過程結(jié)合在一起，在很大程度上提高了對(duì)LUCC引起的碳循環(huán)動(dòng)態(tài)變化的估算精度[4,12]。LUCC引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支變化也是IPCC國(guó)家溫室氣體(GHG)清單的重要組成部分，為此，IPCC清單指南[13-15]提供了完整的方法學(xué)框架用以指導(dǎo)對(duì)LUCC引起的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支變化的計(jì)量和評(píng)估，并且不斷地對(duì)該框架進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)和完善。已有大量研究就中國(guó)局部地區(qū)LUCC對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響進(jìn)行了評(píng)估，采用的方法主要包括：①衛(wèi)星遙感法，其中大部分研究是利用遙感解譯的LUCC信息，結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研或采樣實(shí)測(cè)的植被和土壤碳密度數(shù)據(jù)進(jìn)行估算[16-21]，少數(shù)研究是利用遙感解譯的LUCC信息，結(jié)合遙感模型進(jìn)行估算[22-23]；②生態(tài)系統(tǒng)過程模型，如高志強(qiáng)等[24]運(yùn)用CEVSA模型模擬了LUCC和氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)牧過渡區(qū)碳收支的影響。還有多個(gè)研究對(duì)全國(guó)尺度LUCC及其對(duì)碳收支的影響開展了綜合評(píng)估，它們主要是采用IPCC清單法、衛(wèi)星遙感法、“簿記”法等，表1總結(jié)了多種不同方法對(duì)不同時(shí)期中國(guó)LUCC導(dǎo)致的陸地碳收支變化的評(píng)估結(jié)果。以上的研究工作基本上都是采用了2大類數(shù)據(jù)：①有關(guān)土地利用面積及其變化的數(shù)據(jù)，其來源可分為統(tǒng)計(jì)資料和遙感資料；②有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)生物量碳密度和土壤碳密度及其變化的數(shù)據(jù)，其來源包括文獻(xiàn)資料、土壤剖面以及經(jīng)驗(yàn)假設(shè)等。在以往的許多研究中，葛全勝等[25]關(guān)注于中國(guó)歷史時(shí)期LUCC的主要特征及其對(duì)全國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響，因此其研究結(jié)論不包括在下面的分析比較中。

3近年來中國(guó)區(qū)域LUCC的時(shí)空特征

3.1基于多種來源統(tǒng)計(jì)資料的分析結(jié)果

中國(guó)有關(guān)土地利用面積的統(tǒng)計(jì)資料主要來自兩個(gè)統(tǒng)計(jì)口徑，一個(gè)是國(guó)土資源部(含原國(guó)家土地局)近年來公布的土地調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括1996年完成的第一次全國(guó)土地資源調(diào)查[30]，以及之后的逐年變更調(diào)查[31]；另一個(gè)口徑是林業(yè)和農(nóng)業(yè)部門有關(guān)林地、耕地、草地、濕地的資源調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括第1～6次全國(guó)森林資源統(tǒng)計(jì)資料、國(guó)家統(tǒng)計(jì)局(或農(nóng)業(yè)部)發(fā)布的歷年耕地面積數(shù)據(jù)、20世紀(jì)90年代初期完成的全國(guó)草地資源調(diào)查數(shù)據(jù)[32]以及2003年完成的全國(guó)首次濕地資源調(diào)查結(jié)果[33]等。相比較而言，土地調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括的土地利用類別最為全面，與《IPCC2006指南》提出的土地利用分類具有較好的可比性，但資源調(diào)查數(shù)據(jù)則能夠提供更為詳細(xì)的分亞類面積與生物量信息，特別是體現(xiàn)在森林資源清查統(tǒng)計(jì)資料的應(yīng)用方面。因此，將多種來源的統(tǒng)計(jì)資料結(jié)合起來，可以比較完整而準(zhǔn)確地估算中國(guó)LUCC對(duì)陸地碳收支的影響。付超等[29]對(duì)上述來源的統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行了比較分析，按照《IPCC2006指南》土地利用分類，構(gòu)建了一套新的土地利用面積數(shù)據(jù)集，包括1991、1996、2001、2006年中國(guó)各類土地利用的面積(圖1)。在IPCC的6大土地利用類別中，將林地分為林分、經(jīng)濟(jì)林、竹林、疏林地、灌木林5個(gè)亞類，將農(nóng)田分為耕地、園地2個(gè)亞類，將濕地分為水域、沼澤2個(gè)亞類，而對(duì)草地、聚居地和其他土地不細(xì)分亞類，合計(jì)12個(gè)土地利用類別/亞類。從分析結(jié)果可以看出，近20年來，中國(guó)LUCC的主要變化趨勢(shì)為林分、灌木林面積持續(xù)增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)分別為313.0萬hm2、159.6萬hm2，疏林地、耕地面積持續(xù)下降，年均下降分別為88.0萬hm2、87.7萬hm2。目前，中國(guó)主要的土地利用類別為草地、森林(林分)、耕地，其面積分別為2.63×108hm2、1.56×108hm2、1.22×108hm2。