随着城市化与气候变化的双重考验,城区碳排放不断增加,城市植被作为城市中重要的绿色基础设施,其碳储存功能越来越受到关注。城市植被与土壤碳储量量化、空间变异规律及历史格局演变研究对准确认识城市植被碳汇功能及城市化背景下科学合理规划城市植被有重要意义。本研究综合应用1期高分一号2米分辨率影像与1985至2014年5个时间序列Landsat30米分辨率遥感影像数据、271个样地的野外实地调查及Invest模型模拟等手段,针对哈尔滨市城市森林、湿地、耕地,开展城市植被碳储存功能时空分异研究,明确城市植被碳储量空间变异规律及影响因素,探讨城市化背景下的城市植被碳储量历史变化及驱动因素。初步结论如下:(1)哈尔滨市城市植被基本特征:哈尔滨市四环内城市耕地、湿地及林地树冠投影面积之和约210 km2,绿地率35.5%。林地主要由附属林、道路林、风景游憩林、生态公益林组成。湿地主要包括乔木和草本覆盖的河滩、滩涂、岛屿、湿地公园,以及水稻田、坑塘、河流、污水处理厂等组成。耕地主要包括玉米、小麦、温室大棚、草地等。城市森林树木种类丰富,共131种分属33科69属。树木平均胸径17.8 cm,平均树高8.7 m,冠幅50 m2,枝下高2.3 m,以中幼龄林为主,树木密度较高且随环路增加。湿地优势乔木以柳属(Salix spp.)为主,优势草本以芦苇(Phragmites australias)、香蒲(Typha orientalis)、稗草(Echinochloa crusgalli)、蒌蒿(Artemisia spp.)、红蓼(Polygonum spp.)、芒(Miscanthus spp.)、水稻(Oryza sativa)等为主。(2)城市植被碳储存功能及与群落特征参数关系:哈尔滨市城市森林单位面积树木碳储量(碳密度)7.71(±7.69)kgC·m-2;单位面积土壤碳储量5.48(±2.86)kgC·m-2,高于东北地区其他城市,但是低于自然林及国外多个城市。城市森林树木碳密度在不同林型、环路、行政区间空间变异较大,且这种变异与树木的科属种数及香农维纳指数相关,树种组成越丰富,树木碳密度越低。与树木生物量碳密度相比,土壤碳密度空间变异较小,且土壤有机碳密度随城乡梯度(环路、建城历史)规律变化。一个城市能提供的与碳相关的生态服务能力随着其年龄增加,特别是土壤有机碳,城市化土壤碳密度累积速率15.4 g·C·m-2·year-1。(3)城市植被景观格局特征与碳储存功能关系:哈尔滨市城市森林以小斑块为主,平均斑块面积仅有0.31ha,且面积小于0.5ha的斑块占总景观的72%以上,景观较破碎。不同林型、城乡梯度、行政区城市森林的景观指数存在较大差异,而这种差异与树木土壤碳储量显著相关。景观总面积TA与树木土壤碳储量(ton)关系最为密切,在树冠投影面积较低的城区,提高景观总面积是提升树木与土壤碳储量的最直接方式。单位面积树木碳储量主要与平均斑块面积AREA_MN正相关(r2=0.31,p<0.05),大斑块更利于树木生物量碳储存。单位面积土壤碳储量主要与景观形状指数LSI负相关(r2=0.60,p<0.01),LSI随城区至郊区升高,郊区斑块的分散性及形状复杂性远大于中心城区,可能对森林土壤碳储存产生一定影响。(4)城市植被碳储存功能历史变化:哈尔滨市快速城市化30年来,65%和15%的新增城市用地由景观损失最为严重的耕地与湿地转化而来,而林地景观则随城市化增加。城市森林碳储量(139.26 tons ha-1),分别是耕地与湿地碳储量的2.2和1.8倍。哈尔滨市总碳储量30年来下降了0.16 Tg,其中林地碳储量增加了0.54 Tg,湿地与耕地碳储量分别减少了0.7 Tg和0.3 Tg。耕地、湿地与城市用地单位面积碳储量的差异以及耕地与湿地的快速消失是城市化过程中城区碳储量下降的重要原因,而林地碳储量的增加缓解了总碳储量的损失。土壤碳储量占总碳储量的60%以上,且总碳储量下降主要发生在土壤里。林地碳储量及地上生物量碳储量对总碳储量的贡献与林地景观斑块间平均邻近距离负相关,总碳储量与城市用地平均斑块面积负相关。本研究不仅有助于提高城市植被与土壤碳储存功能的科学认识以及估算精度,同时有助于加深城市化对城市植被与土壤碳储存功能影响的理解,城市化过程增加城市森林土壤碳储量,但是降低城区总碳储量,尤其耕地与湿地碳储量。本研究景观格局指数与碳储量的相关分析结果可为城区碳储存功能提升提供一些参考,降低林地斑块间距离,增加林地斑块的连通性,同时减少大面积连片的城市用地分布,在城市用地中创建小面积绿地来分割城市用地等都可能达到缓解城市碳储量损失的目的。