城市化对北京地区植被和土壤碳储量时空变化的影响研究

研究城市化进程在区域（包括建成区和非建成区）植被和土壤碳储量变化中的作用对准确认识碳汇的特点和分布格局以及区域碳循环和碳平衡的起因和强度都具有十分重要的意义。北京是典型的快速城市化地区。本项目以北京城市化快速发展且具代表性的八个区为研究区，通过植被调查、土壤采样、遥感解译和参数反演、UFORE模型模拟以及生物量方程分析，研究区域尺度上不同植被类型下的植被（包括屋顶绿化植物、林下植被）和土壤碳储量的时空变化及温度、湿度等环境因子对这些变化的影响。然后利用城市化梯度带分析法，结合城市化特征因子与植被和土壤碳储量在时空分布上的量化关系，探讨城市化对植被和土壤碳储量时空变化的影响，从生态建设角度为北京建设低碳城市提供科学建议，同时为当前中国快速城市化对区域碳收支的影响提供分析依据。

研究城市化对植被和土壤碳储量变化的影响有助于准确认识碳汇的特点和分布格局以及区域碳循环和碳平衡的起因和强度。本项目以快速城市化地区北京为例，通过野外调研、室内试验分析、遥感解译、模型模拟等手段，取得的主要研究进展如下：（1）开展了多年的植物和土壤实地调查和室内试验，获得了大量的植物组成和分布特征、土壤理化性质等的数据以及气候、土壤、植被、土地利用、人口、经济等方面的专题图件，为研究提供了良好的数据基础；（2）分析了研究区城市化的时空格局，研究了2002年到2009年不同土地利用的转化特征；（3）探讨了土壤理化性质的空间分布特征及其对城市化的响应；（4）基于CASA模型模拟了NPP，并对其年际变化、季节变化、空间分布格局及其对城市化的响应做了详细的阐述；（5）开展了土壤有机碳密度和碳储量的空间格局分异分析，并研究了其对城市化的响应；（6）探讨了植被碳储量在不同功能区和不同土地利用下以及从2002年到2009年间的时空分异，阐明了其对城市化和城市发展速率的响应。本研究结果表明：（1）北京城市化水平由市中心到市外逐渐降低，即首都功能核心区（CCFR）>城市功能拓展区（CEFR）>城市发展新区（NDFR）>生态功能涵养区（ERDFR）；（2）随着城市化水平的提高，建设用地面积逐渐增加，而耕地、水体和混合草地的面积逐渐减少；（3）城市化发展速度最快的地区是NDFR和ERDFR；（4）北京土壤速效钾和全氮含量均较高，而有机碳和速效磷的含量很低，其中CCFR和ERDFR中土壤各营养元素的含量均较高，而CEFR中各营养元素的含量均处于最低水平；（5）随着城市化水平的降低，大部分土地利用类型和整个北京均出现NPP的年均值从2002年到2009年逐渐增加的现象，其中一年中的4月中旬到9月上旬是NPP的主要积累期；（6）研究区植被碳储量在2002年和2009年分别达到11.21TgC和13.53TgC，主要存储在ERDFR的森林当中。（7）8年间植被碳储量的增长量与城市化水平呈反比，但植被碳储量的增长率与城市化发展速度呈正比。（8）土壤表层有机碳储量集中在ERDFR，而最少的在CCFR。土壤表层有机碳密度为2.96kg/m2，其中CCFR的最高，CEFR的最低，其分布与城市化水平的关系并不显著，而人类活动干扰强烈会造成土壤碳库的巨大变动。