姚 楠，劉廣全，姚順波*，賈 磊，林 穎，鄧元杰，侯孟陽(yáng)

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 楊凌 712100;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100048;3.西安交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院，陜西 西安 710061)

氣候變化是全球面臨的重大問(wèn)題之一[1-2]，越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)加入碳減排陣營(yíng)，用實(shí)際行動(dòng)減排增匯已成為普遍共識(shí)。陸地生態(tài)系統(tǒng)是全球碳循環(huán)的重要組成部分[3]，土地利用變化是造成陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量變化的重要因素之一，致使陸地生態(tài)系統(tǒng)原始的土地植被格局、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[4]。坡耕地退耕還林(草)為代表的生態(tài)工程是中國(guó)過(guò)去20年土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。準(zhǔn)確評(píng)估不同土地利用類型碳匯的大小、分布格局，并分析不同坡度退耕地的碳匯效應(yīng)，對(duì)合理評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中所起的作用具有重要意義[5]。

退耕還林(草)工程本質(zhì)上是對(duì)土地利用方式的一種調(diào)整[6-7]，2000—2015年黃土高原地區(qū)耕地轉(zhuǎn)林、草地面積達(dá)到2.08×105km2，植被覆蓋度從31.6%增長(zhǎng)至56.4%，這對(duì)增加陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量意義重大[8]。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，退耕還林工作已進(jìn)入新階段，客觀、全面地評(píng)估退耕還林(草)工程帶來(lái)的土地利用變化及其碳匯效應(yīng),能夠?yàn)樾滦蝿?shì)下退耕還林(草)工程的高效實(shí)施提供依據(jù)和指導(dǎo)[9-10]。周濤等[11]通過(guò)對(duì)多期LUCC數(shù)據(jù)分析，利用ArcGIS平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法估算出工程實(shí)施前后陜西省的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，得出退耕還林(草)工程的實(shí)施增加了陜西省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。Deng等[12]研究分析發(fā)現(xiàn)，退耕還林(草)工程通過(guò)調(diào)整土地利用方式能夠明顯增加土壤碳儲(chǔ)量。姚平等[13]收集西南地區(qū)2011年以前退耕還林工程造林樹(shù)種、造林面積的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)建立模型預(yù)測(cè)出該地區(qū)主要林分50年的碳匯潛力，結(jié)果表明退耕還林(草)工程對(duì)該地區(qū)森林碳匯功能產(chǎn)生明顯影響?，F(xiàn)有研究從不同角度論證了實(shí)施退耕還林工程的生態(tài)效益，可提高植被覆蓋率、增加退耕地的固碳量，這為提高森林固碳效應(yīng)、實(shí)現(xiàn)區(qū)域碳中和提供了科學(xué)依據(jù)[14]。

黃土高原是退耕還林(草)工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)地區(qū),且該地區(qū)退耕還林碳匯效益的評(píng)估在國(guó)內(nèi)非常有代表性[15]。對(duì)該地區(qū)退耕還林工程現(xiàn)有的研究主要集中在土地利用變化[16]、植被覆蓋率變化[17]及部分生態(tài)效益核算等方面[18]，而從坡度視角評(píng)估退耕還林(草)工程產(chǎn)生的碳匯效應(yīng)的研究則較少。坡度不僅是退耕還林(草)實(shí)施區(qū)域選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)，而且對(duì)土地利用方式起著主導(dǎo)作用，是評(píng)估退耕還林(草)工程實(shí)施生態(tài)效益的重要影響因素[19]。范葉青等[20]通過(guò)分析地形條件對(duì)毛竹林分結(jié)構(gòu)和植被碳儲(chǔ)量的影響得出坡度對(duì)植被碳儲(chǔ)量有顯著影響；徐少君等[21]發(fā)現(xiàn)縉云山自然保護(hù)區(qū)植被碳儲(chǔ)量隨海拔增高或坡度增大而增勢(shì)明顯，坡度通過(guò)影響物質(zhì)和能量的分配，進(jìn)而調(diào)控植被的空間分布和碳儲(chǔ)量。以往退耕還林(草)工程把坡度15°、25°作為退耕的重要標(biāo)準(zhǔn)且旨在控制水土流失，而現(xiàn)行的政策目標(biāo)要求充分發(fā)揮林、草業(yè)碳匯價(jià)值，退耕政策如果按照原來(lái)的坡度執(zhí)行退耕，能否最大化實(shí)現(xiàn)林、草業(yè)碳匯目標(biāo)。此外，林、草地的生長(zhǎng)環(huán)境不一樣，對(duì)碳匯的貢獻(xiàn)程度不同，不同坡度退耕還林還草的固碳能力存在何種差異，退耕還林政策在實(shí)施過(guò)程中是否存在瞄準(zhǔn)偏誤等是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。本研究基于GIS技術(shù)，分析了黃土高原近20年固碳量的時(shí)空變化及不同坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)地的碳匯差異，根據(jù)不同坡度碳儲(chǔ)量的變化優(yōu)化新一輪退耕還林工程，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家雙碳目標(biāo)，充分發(fā)揮林、草業(yè)碳匯價(jià)值提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

黃土高原位于100°52′～114°33′E、33°41′～41°16′N，總面積 64.6萬(wàn)km2。氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，多年平均溫度9～12 ℃，多年平均降水量從西北到東南為100～800 mm，降水集中在6—9月，且以暴雨為主。植被由東南向西北可劃分為森林帶、森林草原帶、典型草原帶、荒漠草原和草原化荒漠帶。黃土高原地勢(shì)西北高、東南低，地貌形態(tài)復(fù)雜，陡坡溝較多，土地利用類型多樣，主要以耕地、林地和草地為主。黃土高原水土流失問(wèn)題嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，加之水蝕、風(fēng)蝕等相互作用，地表被切割成千溝萬(wàn)壑，各坡度植被類型存在差異，即坡度是影響土地利用類型的重要因素，從坡度視角分析退耕還林(草)的碳匯效益，能更高效地提升退耕還林(草)的碳匯效益。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.3 固碳測(cè)算

陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳是指陸地生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植被通過(guò)光合作用吸收空氣中的CO2，生成葡萄糖等有機(jī)物質(zhì)并釋放出O2的過(guò)程[23-24]。通常以遙感估算得到的陸地生態(tài)系統(tǒng)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)(NPP)為基礎(chǔ)，再根據(jù)綠色植被光合作用化學(xué)方程式對(duì)植被的固碳量進(jìn)行估算。綠色植被進(jìn)行光合作用的化學(xué)方程式為：

6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2。

由上式可知，植被每生產(chǎn)1.00 kg的干物質(zhì)能固定1.63 kg的CO2，干物質(zhì)中碳的含量約占總NPP的45%，所以植被能固定的CO2計(jì)算公式為[23]：

WCO2=C(NPP)/0.45×1.63。

式中：WCO2表示綠色植被每年單位面積固定的CO2的量，g/m2；C(NPP)為NPP含量，g/m2。

1.4 GIS空間分析

以黃土高原地區(qū)2000年和2015年兩期土地利用類型圖為基礎(chǔ)，運(yùn)用ArcGIS10.7軟件中空間統(tǒng)計(jì)工具箱的面積制表工具，計(jì)算得出黃土高原地區(qū)2000—2015年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，將土地利用類型轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出面積導(dǎo)入Excel表格，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。利用ArcToolbox工具“坡度”對(duì)黃土高原DEM 數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格處理，采用重分類方法生成坡度分級(jí)圖。將2000—2015年土地利用轉(zhuǎn)移圖層與坡度分級(jí)圖進(jìn)行柵格處理，導(dǎo)入2000—2015年固碳變化圖層使用“區(qū)域分析”工具生成該時(shí)段內(nèi)黃土高原不同坡度土地利用轉(zhuǎn)移引起的固碳變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃土高原2000—2020年固碳時(shí)空變化

通過(guò)研究2000—2020年黃土高原固碳的時(shí)空變化，發(fā)現(xiàn)近20年研究區(qū)固碳量整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖1)，退耕還林還草工程實(shí)施初期(2000—2005年)固碳增長(zhǎng)幅度最大，且空間分布上呈東南向西北減少的格局。此外，研究表明不同土地利用類型單位面積的固碳量大小依次為林地、耕地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地。這與尹禮唱等[25]對(duì)黃土高原生態(tài)系統(tǒng)固碳研究中得到的結(jié)果相吻合。退耕還林還草工程對(duì)黃土高原土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，提高了研究區(qū)植被覆蓋度，區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力顯著增加。

此病診斷時(shí)要注意，一是注意與由寄生蟲引起的鰓部感染的區(qū)別，寄生蟲感染時(shí)，顯微鏡檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的寄生蟲。二是主注意與鰓霉病引起的爛鰓的區(qū)別，鰓霉病顯微鏡檢查可見(jiàn)病原菌絲進(jìn)入鰓小片組織、血管或軟骨里生長(zhǎng)。

圖1 黃土高原2000—2020年總固碳量變化Fig.1 Carbon sequestration in the Loess Plateau from 2000 to 2020

2.1.1 時(shí)間變化

黃土高原2000—2020固碳總量從2000年47 609.73萬(wàn)t增長(zhǎng)到2020年的78 846.76萬(wàn)t，近20年共增長(zhǎng)了31 237.03萬(wàn)t，年平均增長(zhǎng)速率約3.28%。2000—2005年、2006—2010年、2011—2015年、2016—2020年固碳增幅分別為21%、9%、16%、2%。2000—2015年固碳量增加更顯著，2016—2020年固碳量增長(zhǎng)幅度相對(duì)較低。其原因可能是黃土高原退耕還林工程不同階段實(shí)施不同強(qiáng)度導(dǎo)致的，工程實(shí)施初期政府對(duì)退耕地高投入，退耕地面積大幅度增加，植被覆蓋率明顯提升，固碳量明顯增加；工程實(shí)施后期對(duì)退耕地處于管護(hù)階段，對(duì)黃土高原的生態(tài)恢復(fù)主要以補(bǔ)貼為主，在保持初期退耕地面積不變的基礎(chǔ)上，對(duì)坡度<15°的不適宜耕作的少量耕地進(jìn)行退耕，所以固碳量較前一時(shí)段增幅不顯著。

2.1.2 空間分布

從黃土高原碳匯分布空間來(lái)看(圖2)，2000—2020年，黃土高原碳匯分布呈差異化空間格局，表現(xiàn)為研究區(qū)內(nèi)固碳的不同變化趨勢(shì)。從固碳總量來(lái)看，2000—2020年黃土高原固碳總量明顯增加，固碳總量整體呈現(xiàn)出東南>西部>中部>北部的南高北低格局；固碳量高值區(qū)主要分布在陜西秦嶺、安康一帶，以及河南焦作和山西長(zhǎng)治等地，固碳量低值區(qū)分布內(nèi)蒙古、陜西榆林、延安以及山西呂梁地區(qū)。植被碳匯總體上呈由南部向東部逐漸增加的趨勢(shì)，黃土高原西部和北部廣泛分布著荒漠地、土石山、稀疏草地等土地類型，植被稀疏，固碳量低，東南部則分布較多暖溫帶森林和草原，以及小部分高質(zhì)量耕地，碳匯量較大。黃土高原實(shí)施的退耕還林(草)工程致使該地區(qū)植被覆蓋率得到大大提升，耕地轉(zhuǎn)林地、草地使得研究區(qū)固碳能力顯著增強(qiáng)。從固碳量的空間分布上可以看出，固碳量的變化與森林覆蓋的面積走向基本一致，呈現(xiàn)出南高北低的現(xiàn)象。

底圖審圖號(hào)：GS(2020)1827號(hào)。下同。The same below.圖2 2000—2020年黃土高原固碳量空間變化趨勢(shì)Fig.2 Spatial variation of carbon sequestration in the Loess Plateau from 2000 to 2020

2.1.3 不同土地利用類型固碳的變化

通過(guò)分析2000—2015年各土地利用類型固碳總量的變化，得出草地的固碳總量在每個(gè)時(shí)期均最高，2010年草地的固碳總量占研究區(qū)內(nèi)固碳總量值最大(約35%)，在退耕還林、還草過(guò)程中，還草的固碳速率最高。在退耕還林(草)工程實(shí)施的大背景下，2000—2015年耕地面積減少了9 375.56 km2,同期單位面積上耕地的固碳量增加了445.28 g/m2。林地面積呈緩慢增加態(tài)勢(shì)，由于林地成林相比耕地、草地面積變化具有一定的滯后性，因此林地面積變化時(shí)間相對(duì)落后，15年內(nèi)林地面積增加了4 232.88 km2，固碳量增加了507.21 g/m2。通過(guò)分析2000—2015年各土地利用類型固碳量均值變化，得到單位面積內(nèi)各土地利用類型固碳能力由強(qiáng)到弱為：林地>耕地>草地>建設(shè)用地>水域>未利用地(圖3)。林地固碳能力最強(qiáng)，草地固碳能力略微弱于耕地。分析不同土地利用類型固碳效益，對(duì)新時(shí)期深化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)，鞏固生態(tài)系統(tǒng)固碳能力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域碳中和具有一定的指導(dǎo)意義。

圖3 2000—2015年研究區(qū)各土地利用類型固碳變化Fig.3 Changes of carbon sequestration of different land use types in the study area from 2000 to 2015

2.2 坡度視角的退耕地碳匯效應(yīng)分析

2.2.1 不同坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)地現(xiàn)狀及變化

黃土高原地貌復(fù)雜、溝壑縱橫，高原主體有山、原、川三大地貌類型，地形起伏對(duì)土地利用方式起著主導(dǎo)作用，坡度可以直接反映地形起伏的強(qiáng)弱。本研究根據(jù)黃土高原地形特征，利用ArcGIS10.7的重分類功能，將黃土高原地區(qū)分為<8°、<15°、<25°、<35°、≥35°5個(gè)坡度等級(jí)，。利用柵格計(jì)算功能將坡度等級(jí)圖與黃土高原土地利用轉(zhuǎn)移類型進(jìn)行疊置處理，加入每個(gè)時(shí)段內(nèi)固碳的變化量進(jìn)行柵格處理，以表格顯示分區(qū)統(tǒng)計(jì)導(dǎo)出屬性表，可以得到不同時(shí)段內(nèi)黃土高原土地利用現(xiàn)狀，以及不同坡度下土地利用現(xiàn)狀變化引起的該地區(qū)固碳量的變化(表1)。

表1 不同坡度耕地轉(zhuǎn)林地和草地面積及比率Table 1 Grassland area and ratio of conversion from cultivated land to woodland at different slopes

1)不同坡度退耕地利用現(xiàn)狀。黃土高原土地利用類型主要以耕地為主，草地第二，林地面積次之，建設(shè)用地、水域和未利用地占總面積不到10%。2000—2015年受退耕還林工程的影響，研究區(qū)土地利用變化主要以耕地減少，林、草地增加為主，耕地面積由217 463.38 km2減少至208 087.81 km2，減少了9 375.56 km2，共有2 833.96 km2轉(zhuǎn)為林、草地，林地面積增加4 232.88 km2，增加的面積主要分布在黃土高原中部、東南部。15°、25°坡度是黃土高原3種地類面積變化的分界點(diǎn)。2000—2015年研究區(qū)坡度低于15°時(shí)，耕地、林地和草地面積占整個(gè)研究區(qū)面積的82%以上，此時(shí)，草地面積>林地面積>耕地面積。當(dāng)坡度≥15°時(shí)，林地面積>草地面積>耕地面積；當(dāng)坡度>25°時(shí)，耕地、林地、草地總面積占研究區(qū)總面積的0.83%，3種地類面積呈驟減趨勢(shì)(圖4)。2015年研究區(qū)坡度在15°～35°范圍內(nèi)時(shí)耕地轉(zhuǎn)林地、草地的比率均在9%以上，可以看出不同坡度耕地中，中坡度耕地的退耕尺度最大。這種變化主要與退耕還林政策和水土流失的治理等有關(guān)，這些政策均要求盡可能多的陡坡耕地退耕。

圖4 2000—2015年不同坡度耕地、林地、草地變化趨勢(shì)Fig.4 Trends of cultivated land,forest land and grassland with different slopes from 2000 to 2015

2)不同坡度退耕地變化趨勢(shì)。2000—2010年黃土高原退耕地面積隨著坡度的升高而呈增加態(tài)勢(shì)，坡度在≥15°～35°范圍內(nèi)退耕面積顯著增加，退耕地比重達(dá)到最大；2010—2015年研究區(qū)坡度高≥35°時(shí)，退耕地比重最大(表1)。耕地轉(zhuǎn)林地、草地的面積隨坡度的不同而變化。在15°范圍以下，耕地轉(zhuǎn)林地、草地的面積呈增加態(tài)勢(shì)，2000—2005年、2005—2010年、2010—2015年退耕地面積增加量占黃土高原總面積分別為0.89%、1.32%、0.06%，2010—2015年相對(duì)于前兩個(gè)時(shí)期退耕地面積明顯減少，但耕地轉(zhuǎn)林地、草地在同期內(nèi)占比最大。分析3個(gè)時(shí)段內(nèi)的土地利用數(shù)據(jù)可以看出，退耕地向林、草地轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在≥25°～35°坡度范圍，坡度≥35°時(shí)，退耕地向林、草地的轉(zhuǎn)換面積隨著坡度的升高而降低。

坡度是執(zhí)行退耕的首要標(biāo)準(zhǔn)，即 25°以上的坡耕地必須退耕。在陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，坡度大于25°的耕地、水土流失嚴(yán)重的陡坡耕地及嚴(yán)重沙化的耕地均被納入退耕規(guī)劃，但是在實(shí)際的執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中，對(duì)退耕地坡度的控制并不嚴(yán)格，由于退耕補(bǔ)助高于坡耕地機(jī)會(huì)成本，農(nóng)戶傾向于將坡度小于15°的耕地退耕，種植棗樹(shù)、梨樹(shù)、杏樹(shù)等經(jīng)濟(jì)林，許多貧瘠的耕地和田間道路也因此被轉(zhuǎn)化為側(cè)柏、油松林地。政策在實(shí)施過(guò)程中退耕瞄準(zhǔn)存在偏差，如≥8°～15°坡度范圍內(nèi)，耕地轉(zhuǎn)林、草地面積比例相對(duì)較高(表1)。本研究數(shù)據(jù)表明黃土高原地區(qū)坡度小于15°時(shí)，退耕還林還草的碳匯貢獻(xiàn)率分別是48%、52%，且耕地轉(zhuǎn)為林、草地單位面積的固碳量在坡度為8°～15°時(shí)最大(約1 448.59 g/m2)，其次是坡度為15°～25°時(shí)固碳量約1 379.95 g/m2。由政策瞄準(zhǔn)偏誤引起的坡度為8°～15°時(shí)退耕地的固碳量最多，因此新一輪的退耕政策在瞄準(zhǔn)林、草業(yè)碳匯目標(biāo)方面有較大的改進(jìn)空間。

2000—2015年，黃土高原耕地轉(zhuǎn)為林、草地的單位面積碳儲(chǔ)量表現(xiàn)為坡度8°～15°(1 448.59 g/m2)>坡度15°～25°(1 379.95 g/m2)>坡度25°～35°(1 119.16 g/m2)>坡度0°～8°(934.40 g/m2)>坡度35°(712.34 g/m2)，均值對(duì)比分析結(jié)果表明，坡度對(duì)退耕地的植被碳儲(chǔ)量具有顯著影響。這與范葉青等[20]、徐少君等[21]關(guān)于坡度對(duì)植被碳儲(chǔ)量的影響研究結(jié)果一致。此外，研究發(fā)現(xiàn)退耕還林政策在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中存在瞄準(zhǔn)偏誤，當(dāng)農(nóng)戶退耕的機(jī)會(huì)成本小于補(bǔ)貼收益時(shí)，農(nóng)戶會(huì)把坡度不足15°的耕地退耕[26-27]。

從空間上來(lái)看(圖5)，黃土高原退耕地的增加部分主要分布在中部、南部及北部邊界，且主要集中在坡度為15°～35°地區(qū)，隨著坡度的升高退耕地比重逐漸增大。2000—2005年黃土高原區(qū)域耕地轉(zhuǎn)林地、草地主要分布在高原南部和中部地區(qū)；2005—2010年黃土高原耕地轉(zhuǎn)林地、草地面積相對(duì)前一時(shí)期增加，主要增加在陜北地區(qū)；2010—2015年較前兩個(gè)時(shí)期，耕地轉(zhuǎn)林地、草地面積增幅明顯減少，零星分布在北部和南部。

圖5 2000—2015年研究區(qū)不同坡度耕地轉(zhuǎn)林、草地空間分布Fig.5 Spatial distribution of cultivated land conversion to forest and grassland with different slopes in the study area from 2000 to 2015

2.2.2 不同坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)地碳匯效應(yīng)分析

2000—2015年黃土高原地區(qū)耕地轉(zhuǎn)林(草)地整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，植被覆蓋率增加，耕地轉(zhuǎn)林(草)地的碳匯量隨之增加。土地利用類型和坡度是衡量退耕地固碳量大小的重要因素，耕地轉(zhuǎn)林(草)地的固碳變化量隨著坡度的升高呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)(圖6)。15年內(nèi)，耕地轉(zhuǎn)林(草)地在低坡度區(qū)域內(nèi)固碳增量相差不多，低坡度區(qū)域退耕地?cái)?shù)量相對(duì)穩(wěn)定，所以低坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)地的固碳變化量相對(duì)穩(wěn)定，單位面積固碳量保持在1 024 g/m2；耕地轉(zhuǎn)林地在坡度為15°～25°范圍內(nèi)固碳變化量最大，約716.93 g/m2。從圖6可以看出2000—2015年研究區(qū)坡度為15°～25°范圍內(nèi)耕地轉(zhuǎn)林(草)地的固碳增量最多，占總變化量的25%，其次是坡度為25°以上，退耕地的固碳量為1 831 g/m2，這與退耕還林(草)工程實(shí)施的重點(diǎn)一致，退耕還林(草)工程第1輪是對(duì)坡度>25°以上耕地進(jìn)行退耕，2013年開(kāi)始實(shí)施第2輪退耕時(shí)對(duì)坡度>15°的坡耕地退耕。已有學(xué)者從不同方面證明黃土高原25°以上區(qū)域內(nèi)土壤保持量減少最明顯，水源涵養(yǎng)量明顯低于低坡度區(qū)域等，所以對(duì)研究區(qū)中、高坡度地段進(jìn)行退耕，陡坡地退耕最大化地實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益，提高退耕還林(草)的固碳效益。15年來(lái)，坡度不足15°的退耕地的碳匯量約2 383 g/m2，占退耕地碳匯變化量的43%。整體來(lái)看，坡度低于15°的這部分退耕地，在一定程度上為實(shí)現(xiàn)國(guó)家雙碳目標(biāo)作出了貢獻(xiàn)，充分發(fā)揮了林、草業(yè)碳匯價(jià)值。綜上，黃土高原地區(qū)實(shí)施的退耕還林(草)工程對(duì)林地、草地碳匯的增加產(chǎn)生了顯著影響。

圖6 2000—2015年不同坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)地固碳變化Fig.6 Changes of carbon sequestration from cultivated land to forest (grassland) land at different slopes from 2000 to 2015

根據(jù)2000—2015年不同坡度退耕地的固碳變化情況(圖6)，不同坡度退耕地的碳匯效應(yīng)存在明顯差異。2000—2005年不同坡度的還林(草)固碳量均達(dá)到最大，2005—2015年退耕地固碳量明顯減緩。這與退耕還林(草)工程實(shí)施的時(shí)間段相一致，工程2006年完成，2006—2010年是林草生長(zhǎng)、固碳效益明顯提高時(shí)期。同時(shí)也可以看到，退耕地在2010年之后保持了較好的固碳效應(yīng)，固碳量穩(wěn)中有小幅上漲，生態(tài)效果沒(méi)有因?yàn)檠a(bǔ)貼的到期受到破壞。從空間分布上來(lái)看，耕地轉(zhuǎn)林(草)地引起固碳變化在空間格局上存在明顯的差異(圖7)，變化范圍主要由南部向中部、北部移動(dòng)。整體來(lái)看，固碳變化量低的區(qū)域主要分布在黃土高原北部和東部邊界地帶，其中內(nèi)蒙古地帶固碳變化量為負(fù)，變化量高值區(qū)分布在南部和中部。

3 結(jié) 論

1)黃土高原2000—2020年固碳量呈分階段波動(dòng)增加趨勢(shì)，20年內(nèi)固碳量增長(zhǎng)了31 237.03萬(wàn)t，年平均增長(zhǎng)速率約為3.28%。碳匯空間分布呈差異化空間格局，固碳變化同森林覆蓋面走勢(shì)基本一致，呈南高北低的空間格局。

2)受退耕還林工程影響，黃土高原土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。2000—2015年內(nèi)共有2 833.94 km2耕地轉(zhuǎn)為林、草地，研究區(qū)內(nèi)林、草地覆蓋率逐年提高，2000—2010年覆蓋率提高了0.61%，2010年林草覆蓋率保持在56%以上。受城市化的影響，10 156.25 km2土地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，水域和未利用地變化不明顯。不同土地利用類型單位面積上固碳能力由強(qiáng)到弱依次為：林地>耕地>草地>建設(shè)用地>水域>未利用地。

3)2000—2015年黃土高原不同坡度耕地轉(zhuǎn)林(草)的碳匯效應(yīng)存在明顯差異，固碳量整體呈倒“U”形變化趨勢(shì)。15年內(nèi)耕地轉(zhuǎn)林地固碳變化量在坡度為≥15°～25°范圍內(nèi)最大，其次是坡度≥35°、≥25°～35°、≥8°～15°、<8°；耕地轉(zhuǎn)草地固碳變化量在坡度為≥8°～15°范圍內(nèi)最大。這與退耕還林(草)工程實(shí)施的重點(diǎn)一致，即退耕還林(草)工程第1輪是對(duì)坡度>25°以上耕地進(jìn)行退耕，2013年開(kāi)始實(shí)施第2輪退耕，對(duì)坡度>15°的坡耕地退耕。