京津冀固碳釋氧生態(tài)服務(wù)供-受關(guān)系分析

年 蔚， 陳艷梅， 高吉喜, 馬心宇， 姚雪平

(1. 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/ 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 石家莊 050024； 2.河北師范大學(xué)旅游系， 河北 石家莊 050024； 3.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042)

京津冀固碳釋氧生態(tài)服務(wù)供-受關(guān)系分析

年 蔚1， 陳艷梅2①， 高吉喜3, 馬心宇1， 姚雪平1

(1. 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/ 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 石家莊 050024； 2.河北師范大學(xué)旅游系， 河北 石家莊 050024； 3.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042)

固碳釋氧是自然生態(tài)系統(tǒng)重要生態(tài)服務(wù)能力之一，對(duì)全球氣候變化和人類社會(huì)發(fā)展都具有重要意義。以京津冀為研究區(qū)，利用凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和京津冀碳排放、氧消耗數(shù)據(jù)，基于ArcGIS平臺(tái)、供-受生態(tài)域理論與方法，研究像元尺度固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力，并對(duì)固碳釋氧的生態(tài)服務(wù)供受關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明：(1)京津冀固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力呈現(xiàn)西北高東南低的趨勢。凈生態(tài)服務(wù)能力最強(qiáng)的區(qū)域主要分布在承德、張家口東部、北京西北部、秦皇島北部和保定西北部地區(qū)。凈生態(tài)服務(wù)能力負(fù)值區(qū)主要分布于研究區(qū)大部分地級(jí)市及其以上行政區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心區(qū)和人口聚集區(qū)。(2)按固碳釋氧服務(wù)價(jià)值量來衡量，凈生態(tài)服務(wù)正值區(qū)面積占全區(qū)面積的64.32%，負(fù)值區(qū)面積占35.68%；但正值區(qū)單位面積供給能力不足，負(fù)值區(qū)單位面積需求量大。研究區(qū)整體上固碳釋氧生態(tài)服務(wù)不能滿足自身需求，京津冀單位面積固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為-0.93元·m-2·a-1。(3)研究區(qū)共有64個(gè)生態(tài)供體縣域、33個(gè)平衡縣域和82個(gè)受體縣域，固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量最高的是承德市豐寧滿族自治縣，價(jià)值量為1.01元·m-2·a-1；最低的是天津市和平區(qū)，價(jià)值量為-339.46元·m-2·a-1。

生態(tài)服務(wù)； 固碳釋氧； 供體； 受體； 京津冀

京津冀地區(qū)作為中國北方經(jīng)濟(jì)第1大增長極,經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,生態(tài)環(huán)境問題突出,區(qū)域生態(tài)壓力越來越大。京津冀地區(qū)的平原區(qū)人口密度大,人類對(duì)環(huán)境的干擾強(qiáng)烈,能源消耗量巨大,與此同時(shí)O2吸收量大,CO2產(chǎn)生量大;而在太行山和燕山山區(qū)由于植被良好,能夠釋放氧氣,吸收二氧化碳。研究京津冀區(qū)域固碳釋氧生態(tài)服務(wù)的供受關(guān)系,對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境保護(hù)、生態(tài)建設(shè)和區(qū)域健康發(fā)展具有重要意義。

目前,國內(nèi)關(guān)于固碳釋氧的研究主要集中于2個(gè)方面:一是對(duì)森林草場等自然植被的固碳釋氧能力或價(jià)值量進(jìn)行測算,如周自翔等[1]對(duì)關(guān)中-天水經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),劉憲鋒等[2]對(duì)青藏高原生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價(jià)值動(dòng)態(tài)進(jìn)行評(píng)估;二是對(duì)區(qū)域碳氧平衡的研究,主要關(guān)注區(qū)域總量平衡分析或空間格局分析等方面,如馬巾英等[3]以沿海城市廈門為例對(duì)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)碳氧平衡進(jìn)行分析,趙榮欽等[4]以中原經(jīng)濟(jì)區(qū)為例通過土地利用數(shù)據(jù)對(duì)縣域碳平衡進(jìn)行空間分析。上述研究為區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等提供了良好的思路,但在區(qū)域尺度上,針對(duì)固碳釋氧生態(tài)服務(wù),采用空間分析方法和供-受生態(tài)域理論的實(shí)證研究,還鮮有報(bào)道。基于2010年京津冀植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)及京津冀碳排放和氧吸收數(shù)據(jù),用區(qū)域植被固碳釋氧的物質(zhì)量減去區(qū)域各種人類活動(dòng)釋放二氧化碳和消耗氧氣的量,得到像元尺度固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力的空間分布格局?；诠烫坚屟跎鷳B(tài)服務(wù)的供-受關(guān)系,探索區(qū)域內(nèi)部生態(tài)環(huán)境良好區(qū)與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展區(qū)的生態(tài)關(guān)系,旨在為京津冀生態(tài)保護(hù)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

京津冀地區(qū)位于華北平原北部,地處 36°05′～42°37′ N,113°27′～119°50′ E,包括北京市、天津市和河北省。地勢西北高、東南低,地貌類型復(fù)雜多樣,西北部為壩上高原,西部和北部為太行山、燕山山脈,東南部為華北平原北端,東臨渤海[5]。氣候?yàn)榈湫偷臏貛О霛駶櫚敫珊荡箨懶詺夂?降水量自東南向西北遞減。京津冀大部分地區(qū)植被為溫帶落葉闊葉林,北部壩上地區(qū)為溫帶草原。該區(qū)域人類活動(dòng)頻繁,自然植被受到不同程度的破壞。作為我國北方經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū),京津冀地區(qū)是中國經(jīng)濟(jì)增長的第3級(jí)。區(qū)域內(nèi)城市密布,大規(guī)模的人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境影響巨大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

所用的2010年京津冀凈初級(jí)生產(chǎn)力遙感數(shù)據(jù)來源于全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目電子數(shù)據(jù)庫,空間分辨率為250 m,采用CASA模型估算得到。碳氧排放吸收數(shù)據(jù)來源于《北京市區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒(2011)》[6]、《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒(2011)》[7]、《河北統(tǒng)計(jì)年鑒(2011)》[8],其中,北京市數(shù)據(jù)是直接利用各縣區(qū)的能源消耗總量,天津市數(shù)據(jù)是用全市總能源消耗量按GDP模擬得到,河北省數(shù)據(jù)是利用各市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能源消耗量按GDP模擬得到。人口密度數(shù)據(jù)來源于中國公里網(wǎng)格人口分布數(shù)據(jù)集[9]。在此基礎(chǔ)上,用ArcGIS 10.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)裁切、運(yùn)算處理。

2 理論模型與研究方法

2.1 供-受生態(tài)域理論模型

供-受生態(tài)域理論由高吉喜等[10]提出,生態(tài)域是指不同生態(tài)功能體之間以生態(tài)介質(zhì)為紐帶形成的有明顯供受關(guān)系,具備相對(duì)完整生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程和生態(tài)功能的地域綜合體。生態(tài)功能體是具有完整結(jié)構(gòu)和功能的生態(tài)區(qū)域,常見的生態(tài)功能體有固碳釋氧區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)和水土保持區(qū)等。生態(tài)域中提供生態(tài)服務(wù)的區(qū)域?yàn)樯鷳B(tài)功能供體(簡稱供體),接受生態(tài)服務(wù)的生態(tài)功能體為生態(tài)功能受體(簡稱受體)。各類生態(tài)功能體的空間位置、分布格局、質(zhì)量和數(shù)量特征及其相互之間的關(guān)系用于共同表達(dá)具有供-受關(guān)系的生態(tài)域。多個(gè)供體在空間上的集合形成供域,多個(gè)受體在空間上的集合形成受域,供-受生態(tài)域的劃分就是建立在對(duì)供體和受體的識(shí)別基礎(chǔ)之上的。

在供-受生態(tài)域內(nèi),聯(lián)系不同生態(tài)功能體或不同生態(tài)單元的生態(tài)要素就是生態(tài)介質(zhì)。供域、受域及兩者之間的生態(tài)介質(zhì)共同組成一個(gè)完整的供-受生態(tài)域。比如,按照固碳釋氧生態(tài)服務(wù)的供受關(guān)系劃分,植被狀況良好的陸地生態(tài)系統(tǒng)是固碳釋氧服務(wù)的供體,人類活動(dòng)密集區(qū)域是接受固碳釋氧服務(wù)的受體,聯(lián)系這兩者之間的氧氣和二氧化碳是生態(tài)介質(zhì)[10]。

2.2 研究方法

2.2.1自然植被固碳釋氧模型

NPP模型將環(huán)境變量和遙感數(shù)據(jù)、植被生理參量聯(lián)系起來且主要由植被所吸收的光合有效輻射和光利用率2個(gè)變量決定[11-14]。計(jì)算方法及具體參數(shù)值選取詳見文獻(xiàn)[13-19]。根據(jù)植被光合作用和呼吸作用的方程式可推算:每形成1 g干物質(zhì),可固定1.62 g CO2,并釋放1.2 g O2[20]。

2.2.2人類活動(dòng)密集區(qū)域耗氧排碳模型

碳排放計(jì)算主要是根據(jù)能源消耗總量和標(biāo)準(zhǔn)煤與碳之間的比例系數(shù)確定:

(1)

式(1)中,D為某區(qū)域單位面積CO2排放量,g·m-2·a-1;i為某縣(市、區(qū));M為某區(qū)域能源消耗總量(以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)),g;k為CO2和標(biāo)準(zhǔn)煤之間的質(zhì)量比,此處為2.54 t·t-1[21];C為某縣(市、區(qū))面積,m2。

除《北京市區(qū)域統(tǒng)計(jì)年鑒(2011)》提供各縣(市、區(qū))能源消耗總量外,河北省無各縣(市、區(qū))能源消耗量數(shù)據(jù),僅提供地級(jí)市規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)能源消耗總量,天津提供全市能源消耗總量。因此,采用GDP比例模擬方法得到:

(2)

式(2)中,IGDP為國內(nèi)生產(chǎn)總值；i為某縣(市、區(qū));j為該縣(市、區(qū))所在地級(jí)市。

人呼吸產(chǎn)生的CO2計(jì)算公式為

(3)

式(3)中,Dh為單位面積內(nèi)人呼吸排放CO2量,g·m-2·a-1;P為人口密度值,人·km-2;l為每人每天呼吸排放CO2量,數(shù)值為0.75 kg[22]。

D=QNPP-Di-Dh。

(4)

式(4)中,D為碳凈服務(wù)像元值,g·m-2·a-1;QNPP為單位面積固碳量,g·m-2·a-1。

由化學(xué)反應(yīng)方程式(C+O2=CO2)和分子量可知,每產(chǎn)生44 g CO2需要消耗36 g O2,因此,可根據(jù)CO2排放量計(jì)算O2消耗量。氧的凈服務(wù)值與碳的計(jì)算方法相類似,這里不再贅述,其中,每人每天吸入的O2質(zhì)量為0.9 kg[22]。

2.2.3固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值化方法

固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量是由NPP推算出的固碳釋氧量減去經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人生理呼吸作用的耗氧排碳量所得的凈價(jià)值量再乘以相關(guān)系數(shù)得到。

采用碳稅值法計(jì)算得到CO2中C的價(jià)格是690元·t-1(1990年不變價(jià)格),釋氧價(jià)格按造林成本法計(jì)算得到的結(jié)果為353元·t-1(1990年不變價(jià)格)。

V1=D×S碳×R碳,

(5)

V2=O×S氧。

(6)

式(5)～(6)中,V1和V2分別為固碳、釋氧的價(jià)值,元·m-2·a-1;D和O分別為碳、氧凈服務(wù)像元值,g·m-2·a-1;S碳為固碳價(jià)格,元·g-1;R碳為CO2中C含量,%;S氧為O2價(jià)格,元·g-1。

2.2.4供-受域劃分模型

進(jìn)一步計(jì)算得到固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量(V，元·m-2·a-1):

V=V1+V2。

(7)

對(duì)固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量進(jìn)行分類,以像元值>1元·m-2·a-1地區(qū)為主要供域,>0.25～1元·m-2·a-1地區(qū)為次要供域,>-0.25～0.25元·m-2·a-1地區(qū)為平衡域,>-1～-0.25元·m-2·a-1地區(qū)為次要受域,≤-1元·m-2·a-1地區(qū)為主要受域。

固碳釋氧供-受體縣域劃分系數(shù)計(jì)算公式:

(8)

式(8)中,W為固碳釋氧供-受體縣域劃分系數(shù),%;Qmax為某縣(市、區(qū))分布面積最大的生態(tài)域的像元數(shù);Qsum為某縣(市、區(qū))像元總數(shù),根據(jù)表1供-受縣域劃分原則進(jìn)行劃分。

表1固碳釋氧供-受體縣域劃分原則

Table1Principlesfordividingproviderandreceptorcounties

類別凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量/(元·m-2·a-1)供-受體縣域劃分系數(shù)/%主要供體縣域>115次要供體縣域>025～150平衡縣域>-025～02550次要受體縣域>-1～-02550主要受體縣域≤-150

3 結(jié)果與分析

3.1 固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)平衡分析

將各類數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,通過查閱統(tǒng)計(jì)年鑒得到京津冀GDP數(shù)據(jù),通過裁切得到京津冀1 km人口空間分布數(shù)據(jù);進(jìn)一步利用ArcGIS柵格計(jì)算器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算分別得到固碳、釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力空間格局(圖1)。

圖1 京津冀固碳釋氧凈服務(wù)分析Fig.1 Net carbon fixation and oxygen release services in the Jing-Jin-Ji region

京津冀GDP高值集中在研究區(qū)東南部平原地區(qū)〔圖1(a)〕。區(qū)域內(nèi)GDP空間分布不均衡,呈現(xiàn)團(tuán)聚式分布。從北向南,第1個(gè)高值區(qū)域是京津唐3城市區(qū),呈現(xiàn)三角形團(tuán)聚形式,3地GDP合計(jì)占研究區(qū)GDP總量的63.27%,平均單位面積GDP為 6 864萬元·km-2,是研究區(qū)經(jīng)濟(jì)總量最大的區(qū)域;中部和南部有石家莊和邯鄲2個(gè)經(jīng)濟(jì)中心,經(jīng)濟(jì)總量也相對(duì)較高。

京津冀地區(qū)人口空間分布格局表現(xiàn)為東多西少、南多北少〔圖1(b)〕。燕山、太行山地區(qū)人口稀少,大部分地區(qū)人口密度在5人·km-2以下,在山間溝谷等相對(duì)平坦的地區(qū)人口略有集中。華北平原人口密度大,大部分地區(qū)人口密度在120人·km-2以上。在渤海灣沿岸區(qū),人口密度也較小。

根據(jù)固碳釋氧關(guān)系式,采用ArcMap軟件對(duì)自然植被中固碳量和釋氧量與人類活動(dòng)的CO2釋放量和耗氧量進(jìn)行柵格計(jì)算,分別得出研究區(qū)碳、氧平衡圖〔圖1(c)～(d)〕。

京津冀碳凈生態(tài)服務(wù)整體呈現(xiàn)西北高東南低的趨勢〔圖1(c)〕。固碳量盈余地區(qū)面積占全區(qū)面積的64.03%,主要位于境內(nèi)的燕山、太行山區(qū),冀西北草原區(qū),及境內(nèi)華北平原中東部區(qū)域。固碳量盈余>2 000 g·m-2·a-1地區(qū)面積占全區(qū)面積的18.32%，主要分布在承德大部、張家口東部、北京西北部、秦皇島北部和保定西北部地區(qū)。固碳量虧損地區(qū)面積占全區(qū)面積的35.97%,主要位于華北平原的北部及南部,呈團(tuán)聚式分布,形成3個(gè)中心:一是以京津唐3市為核心城市,基本覆蓋3市下轄縣區(qū);二是以石家莊市為核心城市,覆蓋石家莊市大部地區(qū);三是以邯鄲市為中心,基本覆蓋邯鄲市全境。虧損量最大的地區(qū),即≤-16 000 g·m-2·a-1地區(qū)占研究區(qū)面積的5.78%,主要分布于研究區(qū)大部分地級(jí)市及其以上行政區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心區(qū)和人口聚集區(qū)。氧凈服務(wù)分布格局與碳凈服務(wù)基本相似,呈西北高、東南低〔圖1(d)〕。釋氧盈余量>1 800 g·m-2·a-1地區(qū)面積占全區(qū)面積的7.18%,主要位于燕山、太行山區(qū)。釋氧盈余地區(qū)面積占全區(qū)面積的64.05%,仍然大于虧損地區(qū)。氧虧損量最大的地區(qū),即≤-12 000 g·m-2·a-1地區(qū)面積占研究區(qū)面積的5.66%,主要位于研究區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口集聚的中心城市區(qū)。

3.2 固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量分析

為了將固碳釋氧的物質(zhì)量統(tǒng)一量綱,通過碳稅值法和造林成本法,將固碳釋氧量和釋碳耗氧平衡后的量轉(zhuǎn)化為凈價(jià)值量進(jìn)行疊加,得出京津冀固碳釋氧凈價(jià)值量分布(圖2)。

圖2 京津冀固碳釋氧凈價(jià)值量分布Fig.2 Distribution of net CFOR values

從空間上看,京津冀固碳釋氧凈價(jià)值量正值區(qū)面積占研究區(qū)面積的64.32%,負(fù)值區(qū)面積占35.68%。京津冀固碳釋氧凈價(jià)值量≤-1元·m-2·a-1的區(qū)域面積占研究區(qū)面積的21.42%,>-1～1元·m-2·a-1的區(qū)域面積占研究區(qū)面積的66.61%,>1元·m-2·a-1的區(qū)域面積占11.97%。價(jià)值最高的地區(qū),即>1.25元·m-2·a-1區(qū)域主要位于研究區(qū)西北部,呈條帶狀分布,其面積占研究區(qū)面積的1.52%。價(jià)值量最低的地區(qū)即≤-6元·m-2·a-1區(qū)域主要集中在華北平原區(qū)的城市中心區(qū)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū),其面積占研究區(qū)面積的6.18%。

為了分析各區(qū)域固碳釋氧凈價(jià)值量情況,列出區(qū)域平均凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值表(表2)。從單位面積固碳釋氧凈服務(wù)價(jià)值來看,京津冀正值區(qū)面積雖大,但供應(yīng)能力差。從各地級(jí)市來看,整體屬于盈余區(qū)的有承德市、保定市、張家口市和衡水市。區(qū)域平均凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值最大的地級(jí)市是承德,其平均供給能力卻僅為0.85元·m-2·a-1。固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量較低的3市是天津、唐山和北京。這3市面積所占比例雖然不大,但單位面積需求量很大,如天津市,需要6.81元·m-2·a-1才能維持碳氧平衡。因此,從全區(qū)來看,整體為固碳釋氧生態(tài)服務(wù)虧損區(qū),區(qū)域平均平衡價(jià)值量為-0.93元·m-2·a-1。

表2區(qū)域平均凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值

Table2Regionalmeanneteco-servicevalue元·m-2·a

-1

3.3 固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)供受關(guān)系分析

基于固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量和供-受域劃分模型計(jì)算得到京津冀固碳釋氧供-受生態(tài)域分布(圖3)。京津冀地區(qū)供域面積最大,受域次之,平衡域最小〔圖3(a)〕。京津冀主要供域面積占研究區(qū)面積的11.97%,次要供域面積占42.74%,平衡縣域面積占14.99%,次要受域面積占8.88%,主要受域面積占21.42%?？梢钥闯?雖然供域面積最大,但是由于主要供域面積僅占供域面積的21.88%,面積為10.22萬km2,而受域中70.69%都是主要受域,面積為18.29萬km2。主要供、受域面積相差較大,也導(dǎo)致京津冀各區(qū)域固碳釋氧和釋碳耗氧之間的不平衡。

縣級(jí)行政區(qū)是我國的基本行政單元,根據(jù)生態(tài)域理論可以將縣域劃分為供體或受體,在空間上集合的生態(tài)功能體可以組成生態(tài)域。在縣域尺度上分析京津冀固碳釋氧供-受生態(tài)域,對(duì)于生態(tài)補(bǔ)償政策的制定具有現(xiàn)實(shí)意義。京津冀地區(qū)179個(gè)縣(市、區(qū))中共有64個(gè)供體縣域、33個(gè)平衡縣域和82個(gè)受體縣域〔圖4(b)〕。平均凈價(jià)值量最高的縣域是承德市豐寧滿族自治縣,其價(jià)值量為1.01元·m-2·a-1,價(jià)值量最低的是天津市和平區(qū),其價(jià)值量為-339.46元·m-2·a-1。供體縣域面積占全市面積60%以上的地區(qū)有承德市、張家口市、保定市和衡水市。邢臺(tái)市平衡縣域面積占61.25%,是研究區(qū)平衡縣域面積最大的地區(qū)。境內(nèi)各縣全部為受域的城市有天津市、唐山市和邯鄲市;境內(nèi)40%以上(不含100%)面積為受域的城市有北京市、石家莊市和廊坊市。京津冀主要供體、平衡和主要受體縣域見表3。

圖3 京津冀固碳釋氧供-受生態(tài)域分布Fig.3 Distribution of CFOR provision-reception domain in the Jing-Jin-Ji region

表3京津冀主要供體、平衡和主要受體縣域

Table3Eco-serviceprovider,balance,receptorcountiesintheregion

主要供體縣域平衡縣域主要受體縣域北京市延慶縣，秦皇島市青龍滿族自治縣，保定市阜平縣、淶源縣、淶水縣、易縣，張家口市赤城縣、崇禮縣、涿鹿縣、蔚縣，承德市豐寧滿族自治縣、隆化縣、圍場滿族蒙古族自治縣、興隆縣、承德縣，衡水市阜城縣北京市平谷區(qū)，石家莊市井陘縣、行唐縣、贊皇縣，秦皇島市撫寧縣、盧龍縣，邢臺(tái)市邢臺(tái)縣、臨城縣、內(nèi)邱縣、柏鄉(xiāng)縣、任縣、南和縣、巨鹿縣、廣宗縣、平鄉(xiāng)縣、臨西縣、南宮市，保定市高陽縣、容城縣、雄縣、涿州市，張家口市陽原縣，滄州市滄縣、青縣、肅寧縣、吳橋縣、孟村回族自治縣、河間市，廊坊市香河縣、大城縣、文安縣，衡水市故城縣、景縣北京市順義區(qū)、通州區(qū)、東城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、昌平區(qū)、石景山區(qū)、西城區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、房山區(qū)、大興區(qū)，天津市河西區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)、紅橋區(qū)、河北區(qū)、河?xùn)|區(qū)、津南區(qū)、濱海新區(qū)、西青區(qū)、南開區(qū)、靜?？h、和平區(qū)、武清區(qū)，石家莊市欒城縣、辛集市、晉州市、無極縣、正定縣、鹿泉市、藁城市、石家莊市區(qū)、新樂市，唐山市遷安市、遷西縣、唐山市區(qū)、樂亭縣、灤縣、唐海縣、灤南縣、遵化市、玉田縣，秦皇島市區(qū)，邯鄲市清河縣、永年縣、廣平縣、成安縣、磁縣、武安市、涉縣、邯鄲市區(qū)、邯鄲縣，邢臺(tái)市邢臺(tái)市區(qū)、沙河市、雞澤縣，保定市區(qū)，張家口市區(qū)，承德市區(qū)，滄州市區(qū)，廊坊市區(qū)、三河市

表3顯示，京津冀地區(qū)共有16個(gè)主要供體縣域、48個(gè)次要供體縣域、33個(gè)平衡縣域、21個(gè)次要受體縣域和61個(gè)主要受體縣域。從空間分布來看,供域主要分布在研究區(qū)北部和中西部,主要集中在2個(gè)條帶區(qū):一是承德北部-張家口東部供域帶,二是張家口南部-保定西北部供域帶。次要供域位于北部地區(qū)和華北平原中部地區(qū)。受域呈團(tuán)聚狀集中分布,位于京津唐區(qū)域、石家莊市、邯鄲市3個(gè)地區(qū)。除這些區(qū)域外,各級(jí)行政中心如市區(qū)、縣區(qū)、鎮(zhèn)中心也是受域分布區(qū)。平衡區(qū)的分布相對(duì)分散。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程,其輻射方向、范圍和程度與生態(tài)介質(zhì)有關(guān)[23]。固碳釋氧這一服務(wù)主要以CO2和O2作為生態(tài)介質(zhì),結(jié)合京津冀地形圖、風(fēng)向圖可以得出:承德市主要生態(tài)服務(wù)區(qū)為唐山、天津西北部、北京西部;張家口主要生態(tài)服務(wù)區(qū)為北京;保定主要生態(tài)服務(wù)區(qū)為北京東南部、廊坊和石家莊北部。

4 討論

前人對(duì)于區(qū)域碳氧平衡的研究較為深入,但大部分研究局限于某個(gè)城市或某個(gè)區(qū)域的碳、氧收支平衡狀態(tài),通過大量表格進(jìn)行描述,沒有落實(shí)到具體區(qū)域上[24-25]。對(duì)于京津冀生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)研究較少,并且對(duì)固碳釋氧的研究集中在不同樹種、用地類型以及NPP等方面的服務(wù)能力研究[26-27]。作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的一種,固碳釋氧服務(wù)不僅僅有服務(wù)的供給區(qū),還有服務(wù)的受益區(qū),研究者應(yīng)將這2個(gè)方面同時(shí)納入考慮范圍。筆者將原有固碳釋氧和碳氧平衡研究方法進(jìn)行融合,充分考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人口密度與區(qū)域內(nèi)固碳釋氧服務(wù)的生態(tài)關(guān)系,計(jì)算出固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量,研究其空間分布格局,將研究區(qū)通過供-受生態(tài)域理論連接成一個(gè)整體系統(tǒng),分析區(qū)域內(nèi)部地理空間上的供-受關(guān)系。此外,筆者將研究結(jié)果落實(shí)在縣域行政界線,主要是為了服務(wù)于行政管理,為將來區(qū)域生態(tài)發(fā)展方向的確定和生態(tài)補(bǔ)償政策的落實(shí)提供科學(xué)依據(jù)。

筆者僅僅根據(jù)生態(tài)域理論對(duì)京津冀固碳釋氧服務(wù)的供-受關(guān)系進(jìn)行分析,今后還應(yīng)針對(duì)這一空間關(guān)系進(jìn)行更深入的研究。例如:分析固碳釋氧服務(wù)供體的服務(wù)距離與服務(wù)范圍,確定受體的需求量,根據(jù)風(fēng)向進(jìn)一步確定固碳釋氧服務(wù)流轉(zhuǎn)路徑,將供體、受體之間的生態(tài)關(guān)系進(jìn)一步細(xì)化。筆者的研究還存在一些局限性,例如,縣域能源消耗數(shù)據(jù)的缺失;京津冀3個(gè)地區(qū)的統(tǒng)計(jì)口徑不同,導(dǎo)致筆者研究結(jié)果存在一定誤差。由于數(shù)據(jù)收集工作難度較大,僅利用2010年1 a的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,沒有體現(xiàn)出固碳釋氧服務(wù)的時(shí)間變化。

5 結(jié)論

基于ArcGIS平臺(tái)以及供-受生態(tài)域理論與方法,研究像元尺度固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力和價(jià)值,并分析研究區(qū)內(nèi)供-受關(guān)系,得出以下結(jié)論:

(1)京津冀GDP高值集中在研究區(qū)東南部平原地區(qū),京津唐3個(gè)城市區(qū)平均單位面積GDP為6 864 萬元·km-2,中部和南部的石家莊和邯鄲經(jīng)濟(jì)總量也相對(duì)較高。京津冀地區(qū)人口空間分布格局為東多西少、南多北少,燕山、太行山地區(qū)大部分區(qū)域人口密度在5人·km-2以下,華北平原人口密度大,大部分地區(qū)人口密度在120人·km-2以上。在渤海灣沿岸區(qū),人口密度也較小。

(2)京津冀固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)能力呈現(xiàn)西北高東南低的趨勢。凈生態(tài)服務(wù)能力最強(qiáng)的區(qū)域主要分布在燕山-太行山區(qū),位于承德、張家口東部、北京西北部、秦皇島北部和保定西北部地區(qū)。凈生態(tài)服務(wù)能力負(fù)值區(qū)主要分布于華北平原區(qū),為研究區(qū)大部分地級(jí)市及其以上行政區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心區(qū)和人口聚集區(qū)。

(3)按固碳釋氧服務(wù)價(jià)值量來衡量,研究區(qū)凈生態(tài)服務(wù)正值區(qū)面積占全區(qū)面積的64.32%,負(fù)值區(qū)面積占35.68%。但正值區(qū)單位面積供給能力差,負(fù)值區(qū)單位面積需求量大。承德市是單位面積固碳釋氧價(jià)值量最高的地區(qū),也僅為0.85元·m-2·a-1,而天津市最低,其固碳釋氧價(jià)值量為-6.81元·m-2·a-1。研究區(qū)整體上固碳釋氧生態(tài)服務(wù)不能滿足自身需求,京津冀單位面積固碳釋氧凈生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為-0.93元·m-2·a-1。

(4)研究區(qū)共有64個(gè)生態(tài)供體縣域、33個(gè)平衡縣域和82個(gè)受體縣域。主要供域面積占研究區(qū)面積的11.97%,次要供域面積占42.74%,平衡域面積占14.99%，次要受域面積占8.88%,主要受域面積占21.42%。

筆者分析了京津冀固碳釋氧服務(wù)的供-受生態(tài)關(guān)系空間格局,為京津冀生態(tài)補(bǔ)償政策的落實(shí)以及區(qū)域生態(tài)建設(shè)方向提供了科學(xué)依據(jù),未來希望通過進(jìn)一步的研究,探索京津冀生態(tài)域內(nèi)固碳釋氧生態(tài)服務(wù)的流轉(zhuǎn)方法和具體供受過程,為區(qū)域生態(tài)保護(hù)和區(qū)域健康持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

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(責(zé)任編輯： 李祥敏)

中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)生態(tài)與自然保護(hù)分會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)在新疆烏魯木齊召開

習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)，要踐行綠色發(fā)展理念，著力深化環(huán)保合作，加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，攜手打造綠色絲綢之路。為深入貫徹習(xí)近平總書記在推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)工作座談會(huì)上的重要講話精神，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境、生物多樣性和應(yīng)對(duì)氣候變化領(lǐng)域的研究與學(xué)術(shù)交流，提升相關(guān)領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究水平，探討生態(tài)環(huán)境保護(hù)的理論、技術(shù)、政策、前景與發(fā)展方向，有效推動(dòng)并切實(shí)做好“一帶一路”建設(shè)中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)生態(tài)與自然保護(hù)分會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)于2017年7月26日至28日在新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市召開。

此次學(xué)術(shù)年會(huì)由中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)和環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所主辦，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)生態(tài)與自然保護(hù)分會(huì)和新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院承辦，北京高能時(shí)代環(huán)境技術(shù)股份有限公司、《生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)》編輯部協(xié)辦。年會(huì)于7月27日上午開幕，分會(huì)理事長、環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所高吉喜研究員代表會(huì)議主辦方致開幕詞。環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所吳國增所長、新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境保護(hù)廳呂子祥紀(jì)檢組長、環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心張建輝副主任、新疆環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院賈爾恒·阿哈提院長、北京高能時(shí)代環(huán)境技術(shù)股份有限公司呂正勇總工到會(huì)祝賀，并由呂子祥紀(jì)檢組長和呂正勇總工分別致詞。開幕式由分會(huì)秘書長、環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所科技處處長李維新研究員主持。來自北京、上海、江蘇、廣東、陜西、遼寧、河北、河南、新疆等地的專家、學(xué)者和來賓150多人參加此次會(huì)議。

在學(xué)術(shù)交流上，與會(huì)專家學(xué)者以“一帶一路與國家生態(tài)安全”為主題，緊緊圍繞區(qū)域生態(tài)保護(hù)理論與實(shí)踐、全球變化生態(tài)學(xué)及可持續(xù)發(fā)展生態(tài)學(xué)、“一帶一路”沿線國家生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題、生物多樣性與生態(tài)安全、退化生態(tài)系統(tǒng)、污染生態(tài)與修復(fù)等議題開展學(xué)術(shù)報(bào)告與研討。13位國內(nèi)知名學(xué)者、教授在主會(huì)場作了精彩的大會(huì)特邀報(bào)告，另有40多位專家學(xué)者分別在“區(qū)域生態(tài)學(xué)方法”“氣候變化生態(tài)響應(yīng)與應(yīng)對(duì)”“共建綠色絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶專題研討會(huì)”“農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理動(dòng)態(tài)”“危險(xiǎn)廢物規(guī)范化管理”5個(gè)專題分會(huì)場作了學(xué)術(shù)報(bào)告和研討。此次年會(huì)為廣大會(huì)員和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)同行專家及環(huán)保科技企業(yè)提供了良好的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了深化交流、增強(qiáng)了解、促進(jìn)合作的預(yù)期目的。今后，生態(tài)與自然保護(hù)分會(huì)將一如既往地團(tuán)結(jié)和組織全國生態(tài)與自然保護(hù)領(lǐng)域的專家、學(xué)者及企業(yè)代表，發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，深入學(xué)術(shù)交流，力爭將學(xué)術(shù)年會(huì)打造成一個(gè)有凝聚力的全國知名學(xué)術(shù)品牌。

RelationshipBetweenProvisionandReceptionofEcologicalServiceofCarbonFixationandOxygenReleaseinBeijing-Tianjin-HebeiRegion.

NIANWei1,CHENYan-mei2,GAOJi-xi3,MAXin-yu1,YAOXue-ping1

(1. College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Normal University/ Laboratory of Environmental Evolution and Ecological Construction of Hebei Province, Shijiazhuang 050024, China; 2. Department of Tourism, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China； 3.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China)

Carbon fixation and oxygen release is an important eco-service of natural ecosystems, and mean significantly to global climate change and development of human society. Beijing-Tianjin-Hebei region was cited as the study area, of which the net primary productivity (NPP) and carbon emission and oxygen consumption data were collected for analysis of net capacity of the ecosystem of the region providing eco-service of carbon-fixing and oxygen-releasing (CFOR) at the pixel scale and provision-reception relationship of the eco-service, with the aid of the ArcGIS platform, and theories and methods of the "Provision-Reception " domain. Results show that: (1) The net CFOR eco-service capacity of the region exhibited a declining trend from northwest to southeast, with the highest values mainly distributed in Chengde, east Zhangjiakou, northwest Beijing, north Qinhuangdao, and northwest Baoding, and negative values in the core economically developed and densely populated areas in most of the prefecture-level cities and above; (2) According to the value of the CFOR service, the areas positive in net eco-service value accounted for 64.32% of the region in land area, while the areas negative in the value did for 35.68%; but the former was inadequate in supply capacity, whereas the latter high in demand of the eco-service. As a whole, the studied region is unable to satisfy itself in CFOR eco-service. The eco-service in the region is priced at -0.93 yuan·m-2·a-1. (3) The studied area has a total of 64 eco-service provider counties, 33 eco-balance counties, and 82 benefited counties. CFOR eco-service is the highest in Fengning Manchu Autonomous County of Chengde City, reaching 1.01 yuan ·m-2·a-1, and the lowest in Heping District of Tianjin City, being -339.46 yuan ·m-2·a-1.

ecosystem service; carbon fixation and oxygen release; eco-service provider; eco-service receptor; Beijing-Tianjin-Hebei region

X171.1

： A

： 1673-4831(2017)09-0783-09

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.09.003

年蔚(1993—),女,河北秦皇島人,碩士生,主要研究方向?yàn)閰^(qū)域生態(tài)學(xué)。E-mail: 1262542477@qq.com

2017-04-01

國家社會(huì)科學(xué)基金(15BJY026)

① 通信作者E-mail: 330896729@qq.com