基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需量化研究濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需量化研究

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需量化研究濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需量化研究

1從人類需求的角度定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供給評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，具有相互依存的動(dòng)力和活力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)自然資源的過度追求，嚴(yán)重削弱了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。聯(lián)合國(guó)千年評(píng)估報(bào)告指出,由于人類需求量不斷增加,全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已經(jīng)供不應(yīng)求。因此,對(duì)于有限的自然資源,我們不僅要準(zhǔn)確計(jì)算出生態(tài)系統(tǒng)能夠提供多少服務(wù),更需要明確人們維持正常生產(chǎn)和生活需要多少生態(tài)服務(wù)。目前,國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究?jī)H局限于生態(tài)系統(tǒng)的供給方面,評(píng)估方法運(yùn)用比較成熟的是Costanza1997年創(chuàng)建的價(jià)值評(píng)估,計(jì)算了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值,引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注,之后我國(guó)學(xué)者謝高地等人在此基礎(chǔ)上結(jié)合中國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境現(xiàn)狀得出“中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表”,開始對(duì)各個(gè)尺度和不同類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估理論與方法上的積極探索。而如何從人類需求的角度來考慮自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)功能能否滿足人類的需求,涉及該方面的研究極少,且大多屬于理論方面的定性分析與探討,沒有落實(shí)到定量計(jì)算。BenjaminBurkhard等對(duì)德國(guó)東部的兩個(gè)城市進(jìn)行了能源的供需平衡分析,張彪、謝高地等以人類需求為探討目標(biāo),結(jié)合生態(tài)功能屬性的不同,建立了基于人類需求的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系,鐘茂初將人類需求從物質(zhì)、人文和生態(tài)三個(gè)層面對(duì)可持續(xù)發(fā)展做了新的闡釋。分析存在該問題的主要原因有以下兩方面:一、生態(tài)系服務(wù)功能的提供者是自然生態(tài)系統(tǒng),如森林、草地、濕地等類型,但隨著社會(huì)城鎮(zhèn)化速度加快,人類大部分居住在城市中,而城市生態(tài)系統(tǒng)中的人工系統(tǒng)大量增加,造成與自然生態(tài)系統(tǒng)的類型不對(duì)等,使得人類的需求不能明確的與自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)功能很好得對(duì)應(yīng)起來;二、對(duì)于人類需求的自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的大小目前還沒有有效的辦法來衡量。因此,如何尋求一個(gè)橋梁將人類所需的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與自然生態(tài)系統(tǒng)的供應(yīng)有效地鏈接起來,意義十分重大。“功能當(dāng)量”相對(duì)評(píng)估模型是以物質(zhì)量法和價(jià)值量法為基礎(chǔ)的相對(duì)評(píng)估方法,定義為“以提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較為明確的耕地為基準(zhǔn),將單位面積(1hm2)耕地生態(tài)系統(tǒng)所提供的各項(xiàng)服務(wù)功能之和定義為1功能當(dāng)量”。此模型通過相對(duì)量化過程即可以克服價(jià)值量的不準(zhǔn)確又統(tǒng)一了物質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的量綱。因此,本文采用“功能當(dāng)量”相對(duì)評(píng)估模型對(duì)濱海新區(qū)2009年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行供給評(píng)估,并以“功能當(dāng)量”為橋梁,試圖從人類需求的角度定量分析生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需平衡。濱海新區(qū)自納入全國(guó)總體發(fā)展戰(zhàn)略布局后進(jìn)入快速發(fā)展階段,2011年新區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到6206.9億元,比上年增長(zhǎng)23.8%,為追求經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致人類對(duì)新區(qū)生態(tài)環(huán)境干擾不斷加大,但該區(qū)域本身生態(tài)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱,植被覆蓋率偏低,已呈現(xiàn)由人為污染造成的濕地和水體生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象。因此,科學(xué)合理的評(píng)估濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和人類需求,為區(qū)域生態(tài)建設(shè)規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供合理依據(jù)。2研究領(lǐng)域的概論和研究方法研究方法2.1濱海新區(qū)海洋帶濱海新區(qū)位于北緯38°40′至39°00′,東經(jīng)117°20′至118°00′,天津中心城區(qū)的東側(cè),擁有2270km2的陸域面積。主要地貌類型有濱海平原、瀉湖和灘涂,且屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候;土壤含鹽量較高,主要土壤類型是鹽化濕潮土;區(qū)內(nèi)濕地類型多樣化程度較高,河流縱橫交錯(cuò);本區(qū)作物絕大部分為兩年三年熟耕作制,糧食以小麥、玉米為主,東南部則多水稻、高粱、棉花等;能夠提供服務(wù)功能的林地分布很少;草地零星分布在濕地周邊。濱海新區(qū)以其獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)擁有北方最大的綜合性貿(mào)易港口;經(jīng)濟(jì)高度開放,聚集了大型工業(yè)基地、海洋高科技開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)、港口、開發(fā)區(qū);濱海新區(qū)常住人口為248.21萬人,人口結(jié)構(gòu)良好,屬于成年型社會(huì)結(jié)構(gòu),人口素質(zhì)相對(duì)較高,具有豐富的人才和勞動(dòng)力資源。2.2土地類型劃分本文以2009年9月濱海新區(qū)SPOT遙感影像數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒、其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)研究成果為主要信息源,對(duì)濱海新區(qū)土地類型的劃分以2009年行政區(qū)劃、植被圖和實(shí)地勘察結(jié)果為輔助數(shù)據(jù),采用ENVI4.7和ArcGIS9.3軟件,通過波段融合、幾何校正等技術(shù)手段進(jìn)行處理,將研究區(qū)提供服務(wù)功能的主要土地類型歸納為林地、草地、耕地、濕地、水體、裸地六種(圖1),其中,對(duì)建設(shè)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能取值為零。2.3學(xué)習(xí)方法2.3.1生物水的生態(tài)評(píng)估“功能當(dāng)量”作為衡量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能大小的無量綱單位,能夠在空間上橫向?qū)Ρ雀黝惿鷳B(tài)系統(tǒng)類型所提供服務(wù)功能的多少,摒棄外界干擾因素的影響及隨時(shí)間變化的敏感性,只要區(qū)域發(fā)展模式穩(wěn)定,即各類生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)大小的比例不發(fā)生明顯變化,那么其中一年的評(píng)估結(jié)果可代表較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的情況。此模型評(píng)估過程共分為量化過程和確定權(quán)重兩部分。首先,對(duì)各生態(tài)系統(tǒng)類型的每種服務(wù)功能進(jìn)行量化。針對(duì)不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型采用不同的量化方法,但必須保證不同生態(tài)系統(tǒng)類型所提供同一種服務(wù)功能具有相同量綱,為保證貼近研究區(qū)實(shí)際狀況,以物質(zhì)量法為主方法進(jìn)行量化;相對(duì)化過程:以耕地生態(tài)系統(tǒng)提供的各項(xiàng)服務(wù)功能為單位1,將其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相對(duì)耕地提供該功能值轉(zhuǎn)換為相對(duì)值,得到評(píng)估集合A={aij}。其次,由于每種生態(tài)系統(tǒng)類型提供每種服務(wù)功能的效用不同,需要對(duì)各類生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)功能進(jìn)行專家打分確定其權(quán)重,權(quán)重集B={bij}(1≤i≤9,1≤j≤6),有:通過以下評(píng)估模型對(duì)其他5類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行相對(duì)評(píng)估。式中:ei為第i種土地類型的功能當(dāng)量;aij為第i種土地類型第j種生態(tài)服務(wù)功能的相對(duì)轉(zhuǎn)換值;bij為第i種土地類型的第j種生態(tài)服務(wù)功能的權(quán)重。2.3.2確定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能需求的量化首先要明確人類所需的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型,即構(gòu)建人類需求指標(biāo)體系,參考生態(tài)城市、國(guó)內(nèi)外較大城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值或能夠達(dá)標(biāo)的程度值,將需求指標(biāo)最大程度定量化,但由于各指標(biāo)量值單位不統(tǒng)一,且與各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提供值不相對(duì)應(yīng),因此,考慮將各需求指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換為能夠提供該服務(wù)功能的生態(tài)系統(tǒng)面積值,最終實(shí)現(xiàn)需求與供應(yīng)相對(duì)接。方法流程圖如2。2.3.3人類需求指標(biāo)體系的構(gòu)建國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分類有多種方法,但都是基于生態(tài)系統(tǒng)供給層面的生態(tài)屬性分類,盡管生態(tài)系統(tǒng)能夠提供多種多樣的服務(wù)功能,但人類對(duì)所需求的服務(wù)功能具有選擇性,張彪等從人類需求的角度出發(fā)建立了人類需求的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系,該體系雖比較系統(tǒng)全面,但量化的可操作性較差,僅從理論層面討論了人類的需求服務(wù)。本文參照前人研究成果,從可量化的角度出發(fā),分物質(zhì)文化、生態(tài)安全和環(huán)境質(zhì)量三個(gè)層次,適當(dāng)選取人類需求指標(biāo)構(gòu)建需求指標(biāo)體系。體系構(gòu)成示意見圖3。2.3.4關(guān)于人口需求天津以建設(shè)生態(tài)城市、低碳城市等為目標(biāo),參考國(guó)際、國(guó)家和生態(tài)城市建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定濱海新區(qū)人口需求指標(biāo)建議標(biāo)準(zhǔn)值,并根據(jù)《2011濱海新區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》及相關(guān)文獻(xiàn)研究成果得出人口需求現(xiàn)狀值,見表1。通過標(biāo)準(zhǔn)值與現(xiàn)狀值的對(duì)比發(fā)現(xiàn),僅水土保持率、綜合物種指數(shù)和空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo),其余各指標(biāo)均沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。3評(píng)估結(jié)果和分析評(píng)估陰性3.1服務(wù)功能的供給量由于本文重點(diǎn)以人類服務(wù)功能需求的量化和方法為研究對(duì)象,因此對(duì)濱海新區(qū)服務(wù)功能的供給量采納濱海新區(qū)2009年的評(píng)估結(jié)果。如圖4所示,濕地作為濱海新區(qū)分布面積最廣,服務(wù)質(zhì)量最高,因此其服務(wù)功能效用也最大,由各類生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際占用面積和單位功能當(dāng)量,得出總服務(wù)功能當(dāng)量為8.3×105。3.2濱海新區(qū)水功能分區(qū)人均糧食需求量、人均蔬果需求量均可由濱海新區(qū)平均糧食生產(chǎn)量(4077kg/hm2)和平均蔬果生產(chǎn)量(蔬菜43512.47kg/hm2、水果8718.79kg/hm2)推算出人均所需耕地面積為0.15hm2/a;濱海新區(qū)風(fēng)景名勝主要有北大港濕地自然保護(hù)區(qū)、官港森林公園和七里海濕地等,對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)類型為濕地與林地,共需0.034hm2。日常需水量包括生活需水量、生產(chǎn)需水量、生態(tài)需水量,根據(jù)天津供水水庫(kù)的平均水深3.5m,人均日常需水量由0.0096hm2/a的水體提供;水土保持率、城市空氣質(zhì)量和綜合物種指數(shù)都已達(dá)標(biāo)。根據(jù)相關(guān)研究成果,通常人體感覺最舒適的小氣候條件為氣溫24℃,相對(duì)濕度在40%~70%,風(fēng)速2m/s左右,要達(dá)到環(huán)境舒適度的標(biāo)準(zhǔn)值,則天津綠地面積應(yīng)達(dá)到6028.75km2,人均需求5.1m2;人均綠地面積參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和案例取0.003hm2/人,對(duì)應(yīng)到濱海新區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)類型為草地和林地;水功能水質(zhì)達(dá)標(biāo)率作為一個(gè)參照指標(biāo),無法進(jìn)行量化,其所需生態(tài)系統(tǒng)面積合并到其他指標(biāo)中。由于綠地和林地生態(tài)系統(tǒng)的功能重復(fù)性,環(huán)境舒適度指數(shù)、人均綠地面積和水功能達(dá)標(biāo)率取其最大值30m2/a,功能當(dāng)量取單位面積林地和草地的平均值。通過折合成相應(yīng)的土地類型面積,根據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積服務(wù)功能的當(dāng)量系數(shù),計(jì)算出人均生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求總量為0.43。詳細(xì)結(jié)果見表2。新區(qū)平均糧食生產(chǎn)量(4077kg/hm2)和平均蔬果生產(chǎn)量(蔬菜43512.47kg/hm2、水果8718.79kg/hm2)推算出人均所需耕地面積為0.15hm2/a;濱海新區(qū)風(fēng)景名勝主要有北大港濕地自然保護(hù)區(qū)、官港森林公園和七里海濕地等,對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)類型為濕地與林地,共需0.034hm2。3.3需求功能估算本文基于“功能當(dāng)量”相對(duì)評(píng)估模型對(duì)濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行相對(duì)評(píng)估,得出濱海新區(qū)林地、草地、濕地等六種生態(tài)系統(tǒng)類型所提供的服務(wù)功能當(dāng)量,總和為8.3×105;并從人類需求的角度出發(fā),通過選取適當(dāng)需求指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)人類所需求的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行估算,得出人類各項(xiàng)需求指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)的人均需求功能當(dāng)量為0.43。根據(jù)濱海新區(qū)統(tǒng)計(jì)局公布的第六次人口普查顯示,濱海新區(qū)常住人口為248.21萬人,按照建設(shè)生態(tài)城市的標(biāo)準(zhǔn),則對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求總量為10.7×105,生態(tài)缺口為2.4×105,明顯大于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供給量,難以有效支撐濱海新區(qū)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。4人類需求側(cè)量表的量化評(píng)估“功能當(dāng)量”評(píng)估模型本身屬于相對(duì)評(píng)估,能夠摒棄諸多絕對(duì)評(píng)估不可避免的缺陷和誤差,如不能反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)價(jià)值,易受外界主觀和客觀因素的影響,時(shí)間敏感性和不確定性大等,由于本文主要以研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需方法為主,因此,在供給部分的評(píng)估結(jié)果直接采用2009年的相關(guān)成果,并以2009年人口資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)討論需求部分?？紤]到供給部分的量化結(jié)果最終落到單位面積生態(tài)系統(tǒng)能夠提供多少功能當(dāng)量,因此,人類需求方面的評(píng)估也需回歸到相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)類型的面積上。人類需求的指標(biāo)體系的確定,物質(zhì)文化、生態(tài)安全、環(huán)境質(zhì)量三個(gè)層面的指標(biāo)衡量單位都不同,從不同單位、不同類型的指標(biāo)體系轉(zhuǎn)化為相同量綱的量化過程屬于本文的難點(diǎn)和重點(diǎn)。因此,本文通過設(shè)定不同指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值,在參考大量文獻(xiàn)成果的基礎(chǔ)上,采用定性和定量?jī)煞N方法綜合評(píng)估各需求指標(biāo),最終回歸到以能夠提供“功能當(dāng)量”的生態(tài)系統(tǒng)類型面積上,從而與供給部分相對(duì)接。以“功能當(dāng)量”為橋梁,從定量的層面將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給與需求統(tǒng)一對(duì)接,分析濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的供需量化平衡,但在方法的建立和數(shù)據(jù)搜集過程中還存在一些問題需進(jìn)一步研究和解決。一方面,人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求本身存在差異和不確定性,指標(biāo)體系的全面性和數(shù)據(jù)的可支持性還需進(jìn)一步完善和考究;另一方面,本文的重點(diǎn)及難點(diǎn)所在即采用生態(tài)系統(tǒng)九種服務(wù)功能與人類需求的十二類指標(biāo)進(jìn)行量化對(duì)接,雖然從定量的角度明確了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需缺口,在方法思路上還屬探索階段,需進(jìn)一步驗(yàn)證和研究。5結(jié)論和對(duì)策建議本文在前人研究基礎(chǔ)上,采用“功能當(dāng)量”相對(duì)評(píng)估模型對(duì)2009年濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供給評(píng)估結(jié)果,并以此為橋梁,從人類需求的角度出發(fā),結(jié)合實(shí)地調(diào)查和資料查閱結(jié)果,研究人類需求服務(wù)功能的量化和方法,并定量分析濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需平衡,得出濱海新區(qū)人均需求功能當(dāng)量為0.43,人口總需求量10.7×105,存在2.4×105生態(tài)缺口的主要結(jié)論。針對(duì)濱海新區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的制約因素和供小于需的現(xiàn)狀,在資源現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上分析產(chǎn)生該結(jié)論的原因和問題所在。濱海新區(qū)土壤條件差,植物生長(zhǎng)環(huán)境差,導(dǎo)致整體區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不高;林地和草地面積所占比例小,分布零散,沒有成片的區(qū)域;水面多,河道、水體污染嚴(yán)重,生態(tài)服務(wù)功能質(zhì)量低,發(fā)揮不好;建成區(qū)重復(fù)建設(shè),輕綠化,綠地面積小;人口眾多,外來人口比例大,人口增長(zhǎng)速度快。由于以上問題的存在,造成濱海新區(qū)整體生態(tài)環(huán)境服務(wù)性差,滿足不了日益增長(zhǎng)的人類需求的現(xiàn)狀,因此,根據(jù)本文對(duì)評(píng)估結(jié)果的分析,可以采取以下對(duì)策措施。第一,合理控制人口數(shù)量。濱海新區(qū)現(xiàn)有常住人口為248.21萬人,如果要達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能供需平衡,則理論最大人口數(shù)量不應(yīng)超過193萬人。因此,需要合理控制人口數(shù)量,降低人口密度,減少對(duì)有限資源的過度透支。第二,適當(dāng)增加提供服務(wù)功