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城市化进程是全球变化的重要方面。江阴市作为中国率先实行改革开放的地区之一,经济发展迅速,其城市化过程在中国具有一定的代表性。研究江阴市城市化进程对土地利用/土地覆盖变化(LUCC)及其对陆地植被系统净初级生产力(NPP)和碳固定价值的影响,具有重要的现实意义。本文依据1991、2002年的Landsat TM/ETM+影像数据,研究了江阴市城市化过程中土地利用/土地覆盖变化趋势,运用基于过程的生物地球化学模型BEPS对于江阴市植被净初级生产力进行了研究分析,并结合生态系统服务价值量评估方法,对江阴市陆地植被系统的碳固定价值进行了计算。
研究表明,随着城市化进程的快速发展,江阴市土地利用/土地覆盖发生显著变化,主要表现为城市建设用地的迅速扩张与林业用地、农业用地面积的大量减少。1991-2002年,城市建设用地的规模扩大了63.71%,而其他用地类型则全面萎缩,其中农田面积减少最多,为7622.25hm2,降幅为11.2%,是新增建设用地的主要来源。林业用地面积的下降幅度最大,达到了50.3%。城市建设用地面积的迅速扩张成为该地区最突出的景观过程。
以基于碳水耦合的遥感过程模型BEPS模拟江阴市陆地植被系统净初级生产力,对比发现,1991年至2002年间,江阴市不同植被类型的平均净初级生产力都呈下降趋势,其中阔叶林平均NPP下降最多,达到87 gCm-2y-1,农田下降最少,为31 gCm-2y-1。农田、针叶林、阔叶林平均NPP的下降幅度分别为2.7%、8.2%和8.7%,小于江阴市区内总平均NPP14.5%的降幅。相应地,植被系统碳固定能力也有所下降。随着土地利用/土地覆盖发生巨大变化,农业用地和林业用地面积急剧减少,植被系统的CO2吸收量显著下降,由2962.46 Ggy-1减少为2534.25 Ggy-1,下降了14.5%。其中农田的年CO2固定量由2902.10 Ggy-1减少为2507.05 Ggy-1,下降了13.6%;森林植被系统的年CO2固定量由1991年的60.36 Ggy-1
减少为2002年的27.2 Ggy-1,下降了54.9%,其中针叶林CO2固定量减少了51.4%,阔叶林减少了58.8%。 生态系统服务代表了人们直接或间接由生态系统获得的利益,具有极大的社会经济和生态价值。植被的碳固定功能作为生态系统服务的重要方面,具有较大的经济价值。运用碳税法和造林成本法平均值法计算,1991和2002年,江阴市绿地系统CO2吸收功能的经济价值分别为6.09亿元和5.21亿元。其中农田贡献了绝大部分价值,分别为1991年的5.97亿元和2002年的5.15亿元,贡献率达到了98.0%和98.8%,且比重有所增加,这与江阴市土地利用变化的趋势相一致。森林由于平均生产力较低,总面积较小因而贡献较少,仅分别为0.12亿元和0.06亿元。
1991-2002年,江阴市植被系统碳固定价值减少了0.88亿元,降幅为14.5%,远大于农田、针叶林和阔叶林单位面积固碳功能价值的下降幅度。同时由人类活动强烈维持经营的农田的碳固定平均价值下降幅度小于受人类干扰严重、植被质量有所下降的森林植被。由此表明,期间城市化进程引起的江阴市建设用地面积的迅速扩张及由此导致的林地、农田面积萎缩,成为江阴市陆地生态系统碳固定功能价值下降的主要原因,森林植被质量变化对其下降的影响较小,气候变化产生的影响不明显。