當(dāng)前，全球城市擴(kuò)張進(jìn)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?！拔磥?lái)地球”計(jì)劃明確提出提升城市可持續(xù)性的重要性，而城市擴(kuò)張已不再是單一的土地覆蓋變化過(guò)程，而是疊加了生物地球化學(xué)循環(huán)重構(gòu)、景觀格局破碎化、局地氣候改變等多維復(fù)雜效應(yīng)。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(lái)全球變化的“天然實(shí)驗(yàn)室”。在全球變化和人口增長(zhǎng)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(qiáng)碳匯能力、緩解氣候變暖，已成為國(guó)際社會(huì)的共同目標(biāo)。然而，受限于觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型模擬能力，過(guò)去二十年全球尺度上NEP的時(shí)空變化特征及其對(duì)城市擴(kuò)張的響應(yīng)機(jī)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(rèn)識(shí)。針對(duì)這一科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)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(kuò)張對(duì)植被固碳能力的影響，取得了以下重要進(jìn)展：

1.全球城市擴(kuò)張與NEP的時(shí)空變化特征

研究團(tuán)隊(duì)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(píng)估了城市擴(kuò)張與植被NEP的時(shí)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(wàn) km2擴(kuò)大至73.61萬(wàn) km2，年均增長(zhǎng)率達(dá)1.80%。亞洲擴(kuò)張最為顯著，占全球增量的53.84%，其中中國(guó)貢獻(xiàn)率高達(dá)36.41%。同期全球植被NEP總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，年均值為27.04 gC m?2 yr?1，年增長(zhǎng)率約1.05 gC m?2 yr?1。歐洲NEP增長(zhǎng)最快，其次為亞洲和北美洲，南美洲、非洲和大洋洲則相對(duì)緩慢?？臻g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(kuò)張對(duì)NEP空間異質(zhì)性的影響

基于GAIA、GUB和NEP數(shù)據(jù)，團(tuán)隊(duì)對(duì)全球2904個(gè)城市進(jìn)行了跨邊界分析，揭示城市擴(kuò)張對(duì)植被NEP空間差異的影響機(jī)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(dá)國(guó)家城市NEP整體上升，可能得益于生態(tài)修復(fù)與綠化政策;而發(fā)展中國(guó)家城市，尤其是新城區(qū)和郊區(qū)，NEP受擴(kuò)張干擾較大。城市擴(kuò)張對(duì)外圍區(qū)域NEP的影響范圍隨城市規(guī)模增加而擴(kuò)大，特大城市可達(dá)70–80 km，中小城市為30–40 km。全球范圍內(nèi)，城市擴(kuò)張導(dǎo)致的負(fù)向影響區(qū)域約32.04萬(wàn) km2，正向影響區(qū)域?yàn)?.67萬(wàn) km2，且不同規(guī)模城市的主導(dǎo)影響因素存在顯著差異。

3.城市擴(kuò)張對(duì)NEP城鄉(xiāng)梯度的影響機(jī)制

進(jìn)一步研究聚焦于城市—鄉(xiāng)村梯度下城市擴(kuò)張對(duì)植被NEP的直接與間接效應(yīng)，覆蓋全球508個(gè)典型城市。結(jié)果顯示：城市擴(kuò)張對(duì)NEP的直接影響(wd)普遍為負(fù)值，均值為-32.6%;而間接影響(wi)整體表現(xiàn)為正向效應(yīng)，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(yīng)：由干旱寒冷到溫暖濕潤(rùn)地區(qū)，wi及其增長(zhǎng)趨勢(shì)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(dòng)強(qiáng)度更高的地區(qū)(如UI、HF、UHI等指標(biāo)高值區(qū))，其對(duì)wi的解釋力超過(guò)氣候因子。整體上，發(fā)達(dá)國(guó)家城市的wi高于發(fā)展中國(guó)家，但在城市擴(kuò)張強(qiáng)度大的區(qū)域，發(fā)展中國(guó)家的wi反而相對(duì)更高，說(shuō)明其生態(tài)響應(yīng)存在更大潛力。

團(tuán)隊(duì)一系列研究系統(tǒng)揭示了全球城市擴(kuò)張對(duì)植被碳匯功能的影響路徑與主導(dǎo)機(jī)制，填補(bǔ)了城市化過(guò)程對(duì)NEP動(dòng)態(tài)影響認(rèn)知的空白。相關(guān)成果對(duì)提升城市生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力、優(yōu)化城市擴(kuò)張模式和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(42471118，52078440)、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)(2021194)等項(xiàng)目的支持。

圖1 城市擴(kuò)張對(duì)植被固碳能力正負(fù)影響的空間模式

圖2 植被固碳能力與城市化強(qiáng)度之間的關(guān)系