全球碳循环过程与人类活动以及土地利用变化密切相关。研究区域土地利用变化与生态系统碳储量之间的关系对提高区域固碳能力、促进区域可持续发展具有现实和长远意义。以南四湖流域为研究对象,收集土地利用数据、社会经济数据、碳密度数据等,分析1975-2050年间土地利用变化趋势,基于InVEST模型Carbon sequestration模块对南四湖流域碳储量变化情况及固碳能力进行模拟与评价,并通过CLUE-S模型结合多目标函数模拟南四湖流域2050年现状增长、耕地保护以及生态保护三种情景下土地利用布局,进一步探讨未来土地利用和生态政策情景对生态系统固碳服务的影响,以期为进一步研究流域土地利用布局与提高流域固碳能力提供有力科学依据。主要结论如下:(1)纵观1975-2015年南四湖流域土地利用变化趋势,从时间上来看,以2005年为节点,前一阶段建设用地大幅增长伴随着耕地及生态用地的快速减少,后一阶段在相关政策的指导下,虽然建设用地规模进一步扩大,但是耕地及生态用地面积却有所回升。从空间分布上来讲,城市扩张为耕地减少的主要原因,林地、草地空间变化不大,建设用地则以原城镇分布地为核心向四周扩散,其中济宁、枣庄等城镇化速率快的地区建设用地扩张幅度明显,而就整个流域来看,建设用地有继续向西南扩张的趋势。(2)利用CLUE-S模型对现状增长、生态保护以及耕地保护三种情景下土地利用布局进行模拟,模型验证结果表明单一地类模拟精度均大于0.78,整体模拟精度均大于0.88,证明参数设置适用于南四湖流域土地利用模拟。2015-2050年现状增长情景下,原部分城镇聚集边缘地区大面积耕地被建设用地替代,耕地以29.14%的速度减少了1020.16km~2,林地、草地分别以7.5%和15.2%的速度减少了264.28km~2、532.12km~2,未利用地以0.85%的速度减少了28.21km~2;生态保护情景下,耕地、建设用地及未利用地均有减少,其中,耕地减少幅度最大,减少量2432.16km~2,林地、草地以及水体均在现状基础上向四周延伸,增加量依次为573.14km~2、2903.37km~2、35.83km~2;耕地保护情景下,耕地、草地在原有基础上小面积增加,林地、水体及未利用地减少,建设用地基本保持不变。(3)1975-2050年间,以1995、2015、2050年为节点,南四湖流域总碳储量变化趋势为先降、后升、再升。从时间角度来看,各地类碳储量变化率排序如下:1975-1995年间,林地>耕地>建设用地>草地>水体>未利用地;1995-2015年间,林地>建设用地>耕地>草地>水体>未利用地;2015-2050年现状增长情景下,耕地>建设用地>水体>林地>草地>未利用地,生态保护情景下,林地>草地>耕地>水体>建设用地>未利用地,耕地保护情景下,耕地>建设用地>林地>水体>草地>未利用地。从空间角度来看,碳储量中值区始终与耕地、草地分布范围一致,变化不明显,高值区主要对应林地分布,1975-2015年间呈条带状集中分布,在生态保护情景下逐步扩张为片状分布,湖东泗水县、邹城市以及湖西铜山县、九星区尤为明显,其他两种情景变化均不明显,低值区分布范围内的主体土地利用类型随着时间发生变化,1975-2015年间,低值区对应的主要用地类型为水体和建设用地,而在2015-2050年间,低值区对应的主要地类为水体及未利用地。(4)研究时段内、三种情景下南四湖流域固碳量均呈良性增长趋势,而各地类固碳能力则与该地类碳密度及面积密切相关,就南四湖流域而言,耕地、生态用地、建设用地的转入转出对流域总碳储量有举足轻重的影响。从区域角度来看,流域内土地利用变化的热点地区,同时也是固碳服务变化的热点地区。其中,现状增长情景下流域西部、中部发生显著转化的耕地与建设用地,以及在现状增长、生态保护两种情景下,南部徐州转入的具有较高碳储量的生态用地都是研究固碳能力的重点。相比2015年,未来生态保护、耕地保护两种情景下南四湖流域整体固碳供需关系趋于缓和,生态保护情景供需比最大,而现状增长情景下流域内固碳供需关系最为紧张。