深圳市快速城市化对城市生态系统碳动态的影响研究

闫涓涛，王钧*，鲁顺子，曾辉,

1. 北京大学深圳研究生院，广东 深圳 518055；2. 北京大学城市与环境学院，北京 100871

深圳市快速城市化对城市生态系统碳动态的影响研究

闫涓涛1，王钧1*，鲁顺子1，曾辉1,2

1. 北京大学深圳研究生院，广东 深圳 518055；2. 北京大学城市与环境学院，北京 100871

城市化已成为全球土地覆被变化的主要驱动因素之一。城市化及其引起的土地覆被变化对城市生态系统碳动态具有重要的影响。以快速城市化的典型区域——深圳市为例，采用遥感影像解译与实地生态调查相结合的方法，研究了1986—2015年间城市化引起的土地覆被变化对城市生态系统碳密度和碳储量的影响，旨在加深对城市生态系统碳循环的认知，为城市生态系统碳管理提供科学依据。研究结果显示，（1）研究区城市化过程中土地覆被变化的主要特征是建设用地的急剧扩张。林地、耕地、园地等在面积减少的同时，景观趋于破碎化。（2）研究区植被和土壤的碳密度呈现出明显的空间异质性。研究时段内，植被和土壤的平均碳密度分别减少了约5.1 t∙hm-2、11.8 t∙hm-2。（3）研究区城市生态系统碳储量的变化大致经历了3个阶段：城市化“初始期”以自然植被和农业用地为主的高碳储量期；城市化“加速期”建设用地快速扩张带来的城市生态系统碳储量急剧下降；城市化“稳定期”城市生态系统碳储量逐渐恢复。（4）研究时段内土地覆被变化造成研究区城市生态系统约16.8 t∙hm-2的碳损失，占城市生态系统碳储量的37.7%。虽然城市化总体上导致了城市生态系统碳密度和碳储量的减少，但通过适当的城市植被与土壤的碳管理措施可以使城市生态系统碳库逐渐得到恢复。

城市化；土地覆被变化；城市生态系统碳动态；深圳市

世界城市人口已从1900年的2.24亿上升到2000年的29亿。2011年有超过50%的世界人口生活在城市，到2050年该比例预计达到70%（UNFPA，2009）。城市化改变了城市生态系统的结构与功能，也改变了城市及其周围地区的土地覆被类型（Raciti et al.，2014）。到2030年，全球城市建设用地面积将是2000年的3倍左右（Seto et al.，2012）。虽然城市地区仅占地球表面的很小一部分（约0.2%~3.0%）（Schneider et al.，2010），但城市化已成为全球环境变化的主导因素之一（Grimm et al.，2008；Imhoff et al.，2004）。已有研究表明，城市化及其引起的土地覆被变化会影响城市生态系统碳储量变化（Hutyra et al.，2011），改变区域生物地球化学循环（Pataki et al.，2006），并影响微气象和区域气候（Zhou et al.，2011）。

城市化引起的环境因素的变化（例如建设用地的扩张、CO2浓度上升、氮沉降、热岛效应、人工植被管理等）显著地改变了城市生态系统的碳库（Daniel et al.，2013）。其中，建设用地扩张和热岛效应会导致城市碳储量下降（Pouyat et al.，2003；Pouyat et al.，2006）。CO2浓度上升、氮沉降和人工植被管理都将提高植被碳固定速率从而导致碳储量增加（Daniel et al.，2013；Nowak et al.，2002；Zhang et al.，2014）。但城市化引起的环境变化中土地覆被变化对城市生态系统碳库的影响最为显著（Zhang et al.，2014）。尽管城市化引起的环境因素的变化对城市生态系统碳动态影响较为显著，但是由于城市景观类型与空间组成较为复杂，城市生态系统碳动态研究面临着很大的挑战。例如，城市不同土地覆被类型碳密度随时间变化动态的实测数据缺乏（Daniel et al.，2013）；影响城市生态系统碳动态的众多因素及其相互作用难以量化（Zhang et al.，2014）；该方面的研究方法（包括模型测算、遥感估算和实地采样等）也存在较大不确定性（Yan et al.，2015；Zhang et al.，2012）。

本文以中国快速城市化的典型区域——深圳市为例，首先通过解译历史时期的遥感影像，研究过去30年（1986—2015）深圳市城市化过程中土地覆被与景观格局的时空变化特征；其次，通过野外生态调查与文献调研的方法建立了深圳市主要土地覆被类型的植被与土壤碳密度数据库，并在此基础上分析了土地覆被变化对城市生态系统碳动态的影响；最后，讨论了深圳市城市生态系统碳库管理的有效措施。

1 研究区概况

深圳市属南亚热带海洋性季风气候，年平均温度为22.4 ℃，年均降雨量1948 mm，代表性植被类型为热带常绿季雨林和南亚热带常绿阔叶林，典型的土壤类型为赤红壤。深圳市在过去30年间经历了从以农业景观和自然植被为主到以建设用地和人工生态用地为主的城市化过程。因而，该地区是研究城市化对城市生态系统碳动态影响的典型区域。

2 研究方法

2.1 土地覆被类型遥感解译

本文采用美国地质调查局提供的30 m分辨率的陆地卫星遥感影像数据（https://earthexplorer. usgs.gov/），其中包括6期Landsat TM5数据（1986年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年）和1期Landsat 8数据（2015年）。根据对研究区植被与土壤碳密度的初步分析，本研究设定的遥感图像的分类体系为林地、园地、耕地、城市绿地、水体、滩涂、建设用地、未利用地8种。采用高空间分辨率遥感数据结合实地调查的方法，对7个时间点的遥感影像逐期进行了解译与结果验证。分类结果表明所有时期的分类精度均高于85%，处于可接受的水平。

2.2 植被与土壤碳密度值确定

本研究中植被碳密度值主要来自文献调研与实地补充测量。其中，自然植被（包括林地、园地、耕地）的碳密度主要采用了深圳市森林资源二类调查资料计算所得数据（刘伟玲等，2012），城市绿地的碳密度主要采用了广州建成区绿地平均碳密度值（史琰，2013），耕地的碳密度主要采用了珠江三角洲地区农田平均碳密度值（朱苑维等，2013）。在文献调研的基础上，选择有代表性的样地进行实地测量并计算了不同土地覆被类型的碳密度，计算结果与文献相近。

土壤碳密度值主要来自实地采样与文献调研。土壤样品采集主要在2016年4—5月间进行，覆盖了除水体外的所有土地覆被类型。每个类型各选取10个样地（2 m×2 m），在每个样地内采用梅花布点法（选择5个样点）用土钻在每点按0~10、10~20、 20~30 cm分层采集表层土壤样品。将样品分层混合，经风干、去根、研磨等处理后，用TOC测定仪（multi N/C 3100 TOC，德国耶拿公司）测定其碳含量。土壤容重用环刀（100 cm3）测定。在此基础上，用式（1）计算各层土壤碳密度，土壤表层总碳密度为各层碳密度的加和。

式中，D为有机碳密度（kg∙m-2）；C为有机碳含量（g∙kg-1）；β为土壤密度（g∙cm-3）；H为土层厚度（cm）。

2.3 景观格局动态的量算

基于研究区7个时期土地覆被遥感解译的结果，本研究选取斑块数量（NP）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、蔓延度指数（CONTAG）和多样性指数（SHDI）5个指标进一步量化土地覆被变化的空间特性。由于这些指标都是常用的景观格局指数，故其计算公式不再详述。研究区景观格局的计算运用Fragstats 4.2软件。

3 结果与分析

3.1 城市化过程中土地覆被与景观格局的变化

3.1.1 土地覆被变化特征

研究时段内深圳市建设用地与城市绿地面积显著增加（建设用地t=15.994，P=0.000；城市绿地t=16.127，P=0.000）（图1a）。其他土地覆被类型的面积整体呈下降趋势（图1b）。研究时段内，城市建设用地面积占比从1986年的2.1%上升到2015年的46.9%；城市绿地面积占比从0.2%上升至8.9%；耕地、林地、园地、滩涂、水体和未利用地面积占比分别下降了29.8%、14.2%、4.9%、2.1%、1.7%和0.9%。

1986—1990年，深圳市处于城市化“初始期”，除耕地和水体外，其他土地覆被类型面积均有小幅增加，土地覆被以林地、园地和耕地为主（占总面积80.5%~87.5%）；1990—2005年，深圳市在全市内进行大规模开发，属于城市化“加速期”，建设用地和城市绿地面积急速扩张，大规模占用林地、耕地、滩涂和水体，未利用地面积占比也大幅上升，土地覆被以建设用地、林地、园地及未利用地为主（占总面积82.9%~87.7%）；2005年之后，深圳市城市整体格局基本定型，建设用地扩张逐步放缓，总体呈现出建成区密度上升且集中连片分布的特征，同时城市绿地的保护和建设也有所加强，城市化发展进入“稳定期”。该时期土地覆被以建设用地、林地、园地及城市绿地为主（占总面积91.9%~94.3%）。总体来看，深圳市土地覆被格局经历了从以农林景观为主向以城市景观为主的变化过程。从空间上看，深圳市的建设用地从罗湖区开始向周边急剧扩张，大面积替换原始土地覆被类型（图2）。到2015年，仅南山区中北部、福田区北部、盐田区和大鹏新区等地因山地条件所限保留稳定的自然植被覆盖，其余大部分地区均已转化为城市建设用地。

图1 深圳市1986—2015年各土地类型面积变化过程（以1986年为参照求算比例制图）Fig. 1 The change of land area from 1986 to 2015 in Shenzhen (vertical coordinates for the current area/1986 area)

3.1.2 土地覆被的景观格局变化

在本研究时段内深圳市城市景观格局整体上呈破碎化趋势（图3a）。与1986年相比，2015年研究区景观斑块数量、最大斑块指数、景观形状指数分别增加了23.5%、23.9%和24.4%。景观的破碎化程度及形状的复杂程度增大。蔓延度指数和多样性指数变化不大，景观的丰富度及优势斑块类型的连接性基本稳定。

研究时段内建设用地和城市绿地的斑块数量、最大斑块指数均上升，斑块的连通性增大。林地的斑块数量虽略有上升，但其斑块大小急剧下降。2015年林地的最大斑块指数不到1986年的30%，破碎化程度较高。同时，耕地、园地、滩涂和水体的斑块数量和斑块大小也明显下降，呈现出不同程度的景观破碎化（图3b、c）。此外，除耕地和滩涂外，其他所有土地覆被类型的形状复杂程度均增大（图3d）。总体来看，深圳市建设用地、城市绿地的斑块连接性和形状复杂程度增大；耕地和滩涂的破碎化程度增大，但形状复杂程度降低；林地、园地、水体的破碎化程度及形状复杂程度均增大。

图2 深圳市1986—2015年土地覆被变化图（去除水体）Fig. 2 The change of land covers from 1986 to 2015 in Shenzhen (except water)

图3 典型景观格局指数变化图：（a）城市总体的景观格局指数变化，包括斑块数量（NP）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、蔓延度指数（CONTAG）和多样性指数（SHDI）；（b）不同土地覆被类型的斑块数量（NP）变化；（c）不同土地覆被类型的最大斑块指数（LPI）变化；（d）不同土地覆被类型的景观形状指数（LSI）变化Fig. 3 Change of number of patch (NP), largest patch index (LPI), landscape shape index (LSI), contagion index (CONTAG) and Shannon diversity index (SHDI) values of all land cover types (a); and NP (b), LPI (c), LSI (d) of each land cover types in Shenzhen from 1986 to 2015

3.2 城市生态系统碳密度和碳储量及其空间分布格局的变化特征

3.2.1 不同土地覆被类型的碳密度

深圳市各土地覆被类型的植被碳密度由大到小的顺序为林地、城市绿地、园地、滩涂和耕地；土壤碳密度由大到小的顺序为滩涂、林地、城市绿地、园地、耕地、建设用地和未利用地；城市生态系统总碳密度由大到小的顺序为林地、滩涂、城市绿地、园地、耕地、建设用地和未利用地。详见表1。

3.2.2 植被和土壤的碳密度和碳储量及其空间分布格局

（1）碳密度及其空间分布格局的变化特征

研究期内深圳市植被和土壤碳密度均发生了显著的改变，而且呈现出明显的空间异质性（图4、图5）。单位面积植被和土壤平均碳密度分别损失约5.1 t∙hm-2、11.8 t∙hm-2。其中，2000—2005年植被和土壤的碳密度损失幅度最大，分别占总损失量的89.6%和67.0%。从空间格局来看，城市化初始期（1986—1990年）植被和土壤碳密度空间格局基本保持稳定；1990—2005年，植被和土壤的高、中碳密度区均大幅减少，而以建设用地为主的低碳密度区增加明显，其中西部和北部地区变化最为剧烈；2005—2015年，深圳市整体格局基本定型，仅盐田区和大鹏新区的植被和土壤高碳密度区降幅较为明显。

表1 深圳市植被和土壤碳密度参数表Table 1 Carbon density of vegetation and soil in Shenzhen

图4 深圳市1986—2015年植被碳密度时空分布动态图Fig. 4 Temporal and Spatial Dynamics of vegetation carbon density from 1986 to 2015 in Shenzhen

图5 深圳市1986—2015年土壤碳密度时空分布动态图Fig. 5 Temporal and Spatial Dynamics of soil carbon density from 1986 to 2015 in Shenzhen

（2）研究区域植被和土壤总碳储量的变化过程

1986—2015年间，深圳市植被和土壤碳储量均经历了先少量上升，再大幅下降，最后趋于平稳的3个阶段（图6）。研究发现深圳市总碳储量中植被与土壤碳储量约分别占据30%和70%，并且这一比重在城市化过程中基本保持平稳。

图6 深圳市1986—2015年主要土地覆被类型的植被和土壤碳储量动态图：（a）植被碳储量变化；（b）土壤碳储量变化Fig. 6 Dynamics of vegetation (a) and soil (b) carbon storage for each land cover types from 1986 to 2015 in Shenzhen

（3）研究区各土地覆被类型植被和土壤碳储量变化过程

从植被碳储量变化过程来看，1986—1990年，耕地植被碳储量减少14.5×104t，林地、滩涂、城市绿地、园地分别增加34.7×104、4.2×104、3.7×104、2.7×104t，植被碳储量总体上升。主要原因是部分低碳密度的耕地转换为高碳密度的林地。1990—2005年，减少的植被碳储量中林地占85.8%、耕地占11.1%、滩涂占3.1%，增加的植被碳储量中城市绿地占89.4%、园地占10.6%。减少的碳储量（149.2×104t）是增加的（24.3×104t）6倍，因此导致植被碳储量出现明显下降。主要原因是低碳密度的建设用地占用了耕地和林地，植被的碳增长速度远小于碳损失速度。2005—2015年，城市绿地的植被碳储量增加约20.1×104t，其余土地类型的植被碳储量共减少26.9×104t，因此植被碳储量总体下降，但下降幅度较小。主要原因是城市绿地的高固碳作用有效补偿了碳损失，使得城市植被碳储量逐渐趋于稳定。

从土壤碳储量变化过程来看，城市化初始期（1986—1990年）和加速期（1990—2005年）的土壤碳储量变化过程及其主要原因均与植被碳储量一致。2005—2015年，减少的土壤碳储量中园地占49.2%，滩涂占24.3%，林地占17.6%，耕地占5.1%，未利用地占3.9%，增加的土壤碳储量中建设用地占62.0%，城市绿地占38.0%。减少的碳储量（104.7×104t）高于增加的碳储量（66.2×104t），因此土壤碳储量总体减少，但减少幅度较小。主要原因是城市化后仍有一部分碳保存于建设用地土壤中。2015年，深圳市建设用地的土壤碳储量高于除林地外其他土地类型。

3.2.3 城市生态系统总碳动态

研究期内，深圳市生态系统总碳储量的变化模式与植被和土壤碳储量一致。1986—1990年，城市生态系统总碳储量由1175.5×104t增至1272.6×104t。高碳密度区（65~102 t∙hm-2）多分布在山地森林及滩涂地区；中碳密度区（15~65 t∙hm-2）广泛分布于南山、宝安、光明、龙岗等农业地区；低碳密度区（1~15 t C∙hm-2）分布在建设最早的罗湖、福田两区。1990—2005年，总碳储量急速降至893.2×104t。高碳密度区面积大量减少，仅大鹏和盐田两地保存较完好；中碳密度区面积也急剧减少；低碳密度区面积随着城市开发大规模增加，广泛分布在深圳市西部和东北部各地区。2005—2015年，总碳储量缓慢降至847.8×104t，高碳密度区面积进一步减少，中碳密度区面积随城市绿化建设略有上升，低碳密度区连片集中。

4 讨论

4.1 城市化引起的土地覆被变化和景观格局变化对碳动态的影响

城市生态系统碳动态受城市化前、后的土地覆被类型和景观格局影响较大。深圳市过去30年间城市化引起的土地覆被变化造成了约1.7 kg∙m-2的碳损失，小于美国南部（2.6 kg∙m-2）（Zhang et al.，2012）、英国和北爱尔兰（8±4 kg∙m-2）（Cannell et al.，1999）的碳损失。这可能是由于地方政府在城市化快速发展时期，大力加强城市绿地建设和自然植被保护，有效补偿了土地覆被变化造成的碳损失。已有研究表明，城市化对生态系统碳动态的总体影响是由土地覆被变化过程中的碳损失与城市化后的碳累积的相对值大小所决定的（Zhang et al.，2012）。城市化后的生态系统碳储量可通过缓慢累积恢复至原有水平。不同城市受不同的气候条件、植被类型等影响，其碳储量恢复所用的时间不同。目前，深圳市城市化已步入“稳定期”。随着人工管理和环境变化的逐步推进，城市生态系统碳库将开始逐渐恢复。但由于各地区的城市化速度不同，碳恢复存在明显的空间差异性。部分老城区率先进入碳增长阶段。

城市化过程中，不仅土地覆被类型会发生改变，城市景观格局也会发生显著变化，从而对城市生态系统碳动态产生影响。深圳市在1986—2015年间，建设用地的斑块数量和最大斑块指数增大，呈现出集中连片的特征；林地、耕地、园地、滩涂等透水面均呈现出明显的景观破碎化，城市中的自然生态系统受人为干扰更显著。Robinson et al.（2009）的研究表明，随着景观从单个大斑块逐渐破碎化，碳储量以近似对数函数的形式增加。由此可见，破碎化的城市景观将受到更大的干扰（如温度、光照、风速等环境因素的改变），从而提高植被碳固定速率，并对城市生态系统碳累积产生正向影响。

4.2 不确定性

本研究结果的不确定性来源于实测数据的缺乏。通常生态系统中植被和土壤的碳密度随着时间推延呈累积的趋势。由于缺乏碳密度连续观测数据，本文采用单一时点观测的植被和土壤的碳密度数据分析土地覆被变化对城市生态系统碳动态的影响。类似的问题在其他研究中也存在（Yan et al.，2015）。为了分析该限制性因素对研究结果造成的影响，通过搜集深圳市不同时期的土壤生态采样数据（胡文君，2008；韩宙等，2013；梁敏国等，2008），最终汇总出10个建设年龄为1~25年（以采样时间算）的城市绿地的土壤碳密度数据（东湖公园、荔枝公园、洪湖公园、仙湖植物园、莲花山公园、皇岗公园、中心公园、笔架山公园、市民广场、儿童乐园）。经测算，深圳市城市绿地的土壤碳累积速率约为0.8 t∙hm-2∙y-1，故本研究对城市绿地土壤的碳补偿的估算约低了0.8×104t（1.3%）。

5 结论

城市化及其引起的土地覆被和景观格局变化对城市生态系统碳动态具有显著影响。本研究探讨了1986—2015年间，中国典型快速城市化区域（即深圳市）的碳储量和碳密度随土地覆被变化而变化的具体情况和模式。深圳市在过去30年间，经历了从以农业景观和自然植被为主的土地覆被类型逐渐破碎化、被建设用地占用到城市绿地逐渐恢复的完整过程。其城市生态系统碳动态包括城市化“初始期”碳储量少量上升、“加速期”碳储量急剧下降、“稳定期”碳储量趋于平稳且部分地区逐渐恢复3个阶段。研究期内深圳市单位面积植被和土壤平均碳密度分别损失约5.1 t∙hm-2和11.8 t∙hm-2，城市生态系统碳储量总体损失约37.7%。

CANNELL M G R, MILNE R, HARGREAVES K J, et al. 1999. National inventories of terrestrial carbon sources and sinks: The uk experience [J]. Climate Change, 42(3): 505-530.

DANIEL G B, DEREK T R, NANCY H F F, et al. 2013. Land use and the carbon cycle advances in integrated science management and policy [M]. England: Cambridge University Press: 305-324.

GRIMM N B, FAETH S H, GOLUBIEWSKI N E, et al. 2008. Global change and the ecology of cities [J]. Science, 319(5864): 756-760.

HUTYRA L R, YOON B, HEPINSTALL-CYMERMAN J, et al. 2011. Carbon consequences of land cover change and expansion of urban lands: a case study in the Seattle metropolitan region [J]. Landscape and Urban Planning, 103(1): 83-93.

IMHOFF M A, BOUNOUA L, DEFRIES R, et al. 2004. The consequences of urban land transformation on net primary productivity in the United States [J]. Remote Sensing of Environment, 89(4): 434-443.

NOWAK D J, CRANE D E. 2002. Carbon storage and sequestration by urban trees in the USA [J]. Environmental Pollution, 116(3): 381-389. PATAKI D E, ALIG R J, FUNG A S, et al. 2006. Urban ecosystems and the North American carbon cycle [J]. Global Change Biology, 12(11): 2092-2102.

POUYAT R V, CARREIRO M M. 2003. Controls on mass loss and nitrogen dynamics of oak leaf litter along an urban-rural land-use gradient [J]. Oecologia, 135(2): 288-298.

POUYAT R V, YESILONIS I D, NOWAK D J. 2006. Carbon storage by urban soils in the United States [J]. Journal of Environmental Quality, 35(4): 1566-1575.

RACITI S M, HUTYRA L R, NEWELL J D. 2014. Mapping carbon storage in urban trees with multi-source remote sensing data: Relationships between biomass, land use, and demographics in Boston neighborhoods [J]. Science of the Total Environment, 500-501(Complete): 72-83.

ROBINSON D T, BROWN D G, CURRIE W S. 2009. Modelling carbon storage in highly fragmented and human-dominated landscapes: Linking land-cover patterns and ecosystem models [J]. Ecological Modelling, 220(9-10): 1325-1338.

SCHNEIDER A, FRIEDL M A, POTERE D. 2010. Mapping global urban areas using MODIS 500-m data: new methods and datasets based on‘urban ecoregions’ [J]. Remote Sensing of Environment, 114(8): 1733-1746.

SETO K C, GUNERALP B, HUTYRA L R. 2012. Global forecasts of urban expansion to 2030 and direct impacts on biodiversity and carbon pools [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(40): 16083-16088.

UNFPA. 2009. World Population Prospects: The 2008 revision and World Urbanization Prospects: The 2009 revision [EB/OL]. http://esa. un.org/wup2009/unup.

YAN Y, ZHANG C, HU Y F, et al. 2015. Urban Land-Cover Change and Its Impact on the Ecosystem Carbon Storage in a Dryland City [J]. Remote Sensing, 8(1): 6.

ZHANG C, TIAN H Q, CHEN G S, et al. 2012. Impacts of urbanization on carbon balance in terrestrial ecosystems of the Southern United States [J]. Environmental Pollution, 164(5): 89-101.

ZHANG C, TIAN H Q, PAN S, et al. 2014. Multi-factor controls on terrestrial carbon dynamics in urbanized areas [J]. Biogeosciences, 11(24): 7107-7124.

ZHOU W Q, HUANG G L, CADENASSO M L. 2011. Does spatial configuration matter? Understanding the effects of land cover pattern on land surface temperature in urban landscapes [J]. Landscape and Urban Planning, 102(1): 54-63.

韩宙, 叶根生, 詹惠玲, 等. 2013. 深圳儿童乐园土壤质量评价及改良对策[J]. 广东农业科学, 40(5): 55-59.

胡文君. 2008. 深圳城市公园道路绿地土壤理化性状与土壤酶活性研究[D]. 武汉: 华中农业大学: 13-31.

梁敏国, 鲁朝辉, 张少艾. 2008. 深圳市民广场园林土壤理化状况分析[J]. 安徽农业科学, 36(36): 16022-16024.

刘伟玲, 张林波, 叶有华. 2012. 深圳市森林植被碳储量特征及其空间分布[J]. 生态科学, 31(2): 144-154.

史琰. 2013. 中国城市建成区植被结构特征和碳吸收[D]. 杭州: 浙江大学: 62-67.

朱苑维, 管东生, 胡燕萍. 2013. 珠三角地区农田生态系统植被碳储量与碳密度动态研究[J]. 南方农业学报, 44(8): 1313-1317.

Impacts of rapid urbanization on carbon dynamics of urban ecosystems in Shenzhen [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(4): 553-560.

YAN Juantao, WANG Jun, LU Shunzi, ZENG Hui. 2017.

Impacts of Rapid Urbanization on Carbon Dynamics of Urban Ecosystems in Shenzhen

YAN Juantao1, WANG Jun1*, LU Shunzi1, ZENG Hui1,2
1. Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China; 2. College of Urban and Environment Sciences, Peking University, Beijing 100871, China

Urbanization has become one of the major drivers of the global land cover change. Urbanization and associated land cover change have significant impacts on carbon dynamics of urban ecosystems. In this study, we took the case of rapid urbanizing region-Shenzhen as the case study area to study the impacts of urbanization and associated land cover change on carbon dynamics of urban ecosystems from 1986 to 2015. The research was carried out based on interpretations of historical remote sensing images and field samples of urban vegetation and soils. The primary objective of this work is to improve understanding of the impacts of urbanization on carbon dynamics of urban ecosystem and providing scientific basis for carbon management of urban ecosystems. The results show that: (1) rapid expansion of urban impervious surface is the main feature of land cover change associated with population urbanization. The areas of forests, cropland, and garden land decreased significantly over the study period, and the patches of them tend to become fragmented; (2) the carbon densities of urban vegetation and soil have complex spatial patterns, and the average values of them decreased about 5.1 t∙hm-2and 11.8 t∙hm-2, respectively; (3) the change of carbon storage of urban ecosystem in the study area has experienced three stages: in the early period of urbanization, natural vegetation and cropland had the dominant carbon storage; in the middle period of urbanization, the rapid increase of built-up land drove the decrease of carbon storage of urban ecosystems; in the late stage of urbanization, carbon storage of urban ecosystem has been gradually recovering; (4) land cover change had caused the loss about 16.8 t∙hm-2, which approximately accounts for 37.7% of the total carbon storage of urban ecosystems in the study area. Although urbanization causes the decreases in carbon density and carbon storage of urban ecosystems, we can take steps in urban vegetation and soil management to recovering the carbon pool of urban ecosystems.

urbanization; land cover change; carbon dynamics of urban ecosystem; Shenzhen

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.04.002

X144; X171.1

A

1674-5906（2017）04-0553-08

闫涓涛, 王钧, 鲁顺子, 曾辉. 2017. 深圳市快速城市化对城市生态系统碳动态的影响研究[J]. 生态环境学报, 26(4): 553-560.

国家自然科学基金青年基金项目（41401215）；深圳市孔雀计划海外高层次人才技术创新项目（KQCX20140521145956269）

闫涓涛（1993年生），女，硕士研究生，研究方向为城市生态。E-mail: juantao_yan@126.com

*通信作者。王钧，E-mail: wangjun@pkusz.edu.cn

2017-02-26