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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系統的結構與功能。“未來地球”計劃明確提出提升城市可持續性的重要性，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重構、景觀格局破碎化、局地氣候改變等多維復雜效應。城市地區因較早暴露于氣候、大氣和地球系統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，提升陸地生態系統中植被的凈生態系統生產力(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，受限于觀測數據和模型模擬能力，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展階段和規模背景下，其影響路徑和差異性尚缺乏系統認識。針對這一科學問題，中國科學院沈陽應用生態研究所景觀生態組以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據與NEP數據，系統評估了城市擴張與植被NEP的時空演變規律。結果表明：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。

2.城市擴張對NEP空間異質性的影響

基于GAIA、GUB和NEP數據，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。研究發現：城市內部不同區域NEP年際變化差異顯著。發達國家城市NEP整體上升，可能得益于生態修復與綠化政策;而發展中國家城市，尤其是新城區和郊區，NEP受擴張干擾較大。城市擴張對外圍區域NEP的影響范圍隨城市規模增加而擴大，特大城市可達70–80 km，中小城市為30–40 km。全球范圍內，城市擴張導致的負向影響區域約32.04萬 km2，正向影響區域為8.67萬 km2，且不同規模城市的主導影響因素存在顯著差異。

3.城市擴張對NEP城鄉梯度的影響機制

進一步研究聚焦于城市—鄉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。氣候條件顯著調控間接效應：由干旱寒冷到溫暖濕潤地區，wi及其增長趨勢逐漸減弱。干旱區城市的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(如UI、HF、UHI等指標高值區)，其對wi的解釋力超過氣候因子。整體上，發達國家城市的wi高于發展中國家，但在城市擴張強度大的區域，發展中國家的wi反而相對更高，說明其生態響應存在更大潛力。

團隊一系列研究系統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動態影響認知的空白。相關成果對提升城市生態系統碳匯能力、優化城市擴張模式和實現碳中和目標具有重要科學價值和現實意義。上述研究結果分別以“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”為題發表在Geography and Sustainability和Ecological Indicators，景觀生態組聯合培養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