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當前，全球城市擴張進程顯著加速，深刻改變了陸地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。“未來地球”計劃明確提出提升城市可持續(xù)性的重要性，而城市擴張已不再是單一的土地覆蓋變化過程，而是疊加了生物地球化學循環(huán)重構(gòu)、景觀格局破碎化、局地氣候改變等多維復雜效應。城市地區(qū)因較早暴露于氣候、大氣和地球系統(tǒng)變化而被視為研究未來全球變化的“天然實驗室”。在全球變化和人口增長加劇的背景下，提升陸地生態(tài)系統(tǒng)中植被的凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(NEP)，以增強碳匯能力、緩解氣候變暖，已成為國際社會的共同目標。然而，受限于觀測數(shù)據(jù)和模型模擬能力，過去二十年全球尺度上NEP的時空變化特征及其對城市擴張的響應機制仍不明確，特別是在不同城市發(fā)展階段和規(guī)模背景下，其影響路徑和差異性尚缺乏系統(tǒng)認識。針對這一科學問題，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所景觀生態(tài)組以NEP表征植被固碳能力，探究了全球城市擴張對植被固碳能力的影響，取得了以下重要進展：

1.全球城市擴張與NEP的時空變化特征

研究團隊基于2000–2020年全球高分辨率城市邊界數(shù)據(jù)與NEP數(shù)據(jù)，系統(tǒng)評估了城市擴張與植被NEP的時空演變規(guī)律。結(jié)果表明：全球城市面積在此期間由51.50萬 km2擴大至73.61萬 km2，年均增長率達1.80%。亞洲擴張最為顯著，占全球增量的53.84%，其中中國貢獻率高達36.41%。同期全球植被NEP總體呈波動上升趨勢，年均值為27.04 gC m?2 yr?1，年增長率約1.05 gC m?2 yr?1。歐洲NEP增長最快，其次為亞洲和北美洲，南美洲、非洲和大洋洲則相對緩慢。空間分布顯示，亞馬遜、剛果及東南亞熱帶雨林是全球最重要的碳匯區(qū)。

2.城市擴張對NEP空間異質(zhì)性的影響

基于GAIA、GUB和NEP數(shù)據(jù)，團隊對全球2904個城市進行了跨邊界分析，揭示城市擴張對植被NEP空間差異的影響機制。研究發(fā)現(xiàn)：城市內(nèi)部不同區(qū)域NEP年際變化差異顯著。發(fā)達國家城市NEP整體上升，可能得益于生態(tài)修復與綠化政策;而發(fā)展中國家城市，尤其是新城區(qū)和郊區(qū)，NEP受擴張干擾較大。城市擴張對外圍區(qū)域NEP的影響范圍隨城市規(guī)模增加而擴大，特大城市可達70–80 km，中小城市為30–40 km。全球范圍內(nèi)，城市擴張導致的負向影響區(qū)域約32.04萬 km2，正向影響區(qū)域為8.67萬 km2，且不同規(guī)模城市的主導影響因素存在顯著差異。

3.城市擴張對NEP城鄉(xiāng)梯度的影響機制

進一步研究聚焦于城市—鄉(xiāng)村梯度下城市擴張對植被NEP的直接與間接效應，覆蓋全球508個典型城市。結(jié)果顯示：城市擴張對NEP的直接影響(wd)普遍為負值，均值為-32.6%;而間接影響(wi)整體表現(xiàn)為正向效應，均值為19.6%，可抵消約14.7%的直接損失。氣候條件顯著調(diào)控間接效應：由干旱寒冷到溫暖濕潤地區(qū)，wi及其增長趨勢逐漸減弱。干旱區(qū)城市的wi最高(32.95%)，熱帶城市最低(9.65%)。在人為活動強度更高的地區(qū)(如UI、HF、UHI等指標高值區(qū))，其對wi的解釋力超過氣候因子。整體上，發(fā)達國家城市的wi高于發(fā)展中國家，但在城市擴張強度大的區(qū)域，發(fā)展中國家的wi反而相對更高，說明其生態(tài)響應存在更大潛力。

團隊一系列研究系統(tǒng)揭示了全球城市擴張對植被碳匯功能的影響路徑與主導機制，填補了城市化過程對NEP動態(tài)影響認知的空白。相關成果對提升城市生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力、優(yōu)化城市擴張模式和實現(xiàn)碳中和目標具有重要科學價值和現(xiàn)實意義。上述研究結(jié)果分別以“Global urbanization indirectly ‘enhances’ the carbon sequestration capacity of urban vegetation”和“Dual impacts of urban expansion on the carbon sequestration capacity of urban vegetation: A multi-scale global study”為題發(fā)表在Geography and Sustainability和Ecological Indicators，景觀生態(tài)組聯(lián)合培養(yǎng)博士生康潔銘為第一作者，李春林研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學基金面上項目(42471118，52078440)、中國科學院青年創(chuàng)新促進會(2021194)等項目的支持。

圖1 城市擴張對植被固碳能力正負影響的空間模式

圖2 植被固碳能力與城市化強度之間的關系