北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)資產(chǎn)時空格局及驅(qū)動因素

楊文杰,鞏前文,林 震

1 北京林業(yè)大學綠色發(fā)展與中國農(nóng)村土地問題研究中心, 北京 100083 2 北京林業(yè)大學馬克思主義學院, 北京 100083 3 北京林業(yè)大學生態(tài)文明研究院, 北京 100083

環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)被視作一種自然資本,其中有些自然資本是非常重要的、不可替代或無價的,這類自然資本的可持續(xù)性正愈來愈受到廣泛關注[1],并逐步成為國家政治議程的重中之重[2]。生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)承擔著保障首都生態(tài)安全和水源保護的重任,是京津冀協(xié)同發(fā)展格局中西北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的關鍵地帶。然而,隨著北京城市化水平的快速提升,中心城區(qū)向周邊區(qū)域擴張的需求不斷增強,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)面臨生態(tài)環(huán)境建設任務重和經(jīng)濟發(fā)展滯后等問題,生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展的耦合模式仍不清晰[3]。據(jù)北京市財政局統(tǒng)計數(shù)據(jù),為減緩生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的社會經(jīng)濟發(fā)展壓力,2013—2017年北京市累計向生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)轉(zhuǎn)移支付資金2658億元,2018年《關于推動生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)保護和綠色發(fā)展的實施意見》中進一步強調(diào)推動生態(tài)資產(chǎn)確權生態(tài)產(chǎn)品交易,促進生態(tài)資源資產(chǎn)化、可量化、可經(jīng)營,對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)資產(chǎn)核算是實施生態(tài)資源資產(chǎn)化和生態(tài)補償?shù)幕厩疤帷?/p>

生態(tài)資產(chǎn)被認為是人類從自然環(huán)境中獲得各種服務福利的價值體現(xiàn),包括自然資源價值和生態(tài)服務功能價值[4],對生態(tài)資產(chǎn)的研究,應聚焦于如何揭示區(qū)域或全球生態(tài)資產(chǎn)變化對生態(tài)環(huán)境提供給人類福利的影響過程和規(guī)律,從而促進形成一個穩(wěn)態(tài)的、滿足可持續(xù)發(fā)展需要的生態(tài)環(huán)境,生態(tài)資產(chǎn)測算理論和方法的研究是基本前提[5-8]。國內(nèi)外學者就不同尺度的生態(tài)資產(chǎn)變化展開了研究[9-12]。如Constanza等估算了1997—2011年間全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化,同時測算出因土地利用變化造成的損失值達到4.3—20.2萬億美元/年[13]。國內(nèi)的相關研究同樣發(fā)現(xiàn),土地利用/覆被變化被認為是不同地區(qū)生態(tài)資產(chǎn)變化的主要因素[14-15],而引起土地利用變化的因素既包含自然因素又包含人為活動因素[16-17]。另有學者提出人類社會活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾是造成生態(tài)資產(chǎn)變化的重要原因[18-19]。已有研究表明,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)在維系和推動北京社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[20],但不同生態(tài)系統(tǒng)的重要程度仍在波動變化,部分地區(qū)尚存在嚴重的水土流失問題[21],驅(qū)動這種變化的因素尚未明確。為此,本研究沿用狹義的生態(tài)資產(chǎn)概念,以1 km×1 km柵格為評價單元,從北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)2000年、2005年、2010年和2015年4期生態(tài)資產(chǎn)時空格局分析出發(fā),識別生態(tài)資產(chǎn)演變的主要驅(qū)動因素,以期為北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的綠色發(fā)展和生態(tài)保護奠定理論基礎。

1 研究區(qū)概況

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)自東北逶迤向西南,橫跨北部燕山山脈和西部太行山山脈,承擔著重要的生態(tài)涵養(yǎng)功能。2005年北京市委、市政府出臺的《關于區(qū)縣功能定位及評價指標的指導意見》中首次將懷柔區(qū)、平谷區(qū)、門頭溝區(qū)、密云縣、延慶縣5個山區(qū)縣定位為生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū),面積為8546.64 km2,占全市總面積的53.30%,該區(qū)域大多處于山區(qū)或淺山區(qū),山區(qū)占各轄區(qū)面積均在62%以上。據(jù)北京市區(qū)域統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù),2015年該區(qū)域林地、園地、草地、耕地和水域面積分別占到區(qū)域總面積的比例為65.56%、10.03%、4.16%、7.96%和4.55%,相較于2012年的變化率分別為-0.11%、-1.67%、-0.28%、1.44%和-0.53%。2018年北京市生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)正式更名為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū),其范圍增加了昌平區(qū)和房山區(qū)的山區(qū)部分,不再考核GDP,重點承擔生態(tài)屏障和水源保護的功能。為對比不同時期生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)保護成效演變過程,將原北京市生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的五個區(qū)縣作為研究區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)2000年、2005年、2010年和2015年4期土地利用類型、年均降雨量、凈初級生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)、土壤保持、年均氣溫、空間GDP和空間人口分布數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心,分辨率為1 km。結(jié)合研究區(qū)土地利用類型數(shù)據(jù)和生態(tài)資產(chǎn)評估需要,將土地利用類型重歸類為6個一級20個二級類型,去除了如農(nóng)村居民點、工礦用地等無當量因子的二級類型。研究所用數(shù)據(jù)均是基于1 km×1 km柵格尺度獲得,地形因子從數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)中提取。在ArcGIS 10.2中對北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)土地利用類型柵格數(shù)據(jù)集矢量化后得到8683個像元點數(shù)據(jù),并以此為研究單元。為消除價格變動影響,生態(tài)資產(chǎn)、空間GDP數(shù)據(jù)均是以2000年為基期得到的不變價,面板數(shù)據(jù)處理和計量均在Stata 14.0中運行完成。

2.2 研究方法

2.2.1生態(tài)資產(chǎn)估算總模型

本研究將生態(tài)資產(chǎn)定義為特定區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)類型提供的有形和隱形服務功能的價值體現(xiàn),并會隨著區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型、面積和質(zhì)量的變化而變化,同時也將隨著空間位置和時間的動態(tài)變化而呈現(xiàn)出差異性。某一區(qū)域內(nèi)的生態(tài)資產(chǎn)(Ecological Asset,EA)可表示為：

式中,i=1,2,…,n表示生態(tài)系統(tǒng)類型,j=1,2,…,m表示生態(tài)系統(tǒng)服務功能,本研究中選取食物生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)等11種服務功能,Fij表示第i類生態(tài)系統(tǒng)的第j項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的調(diào)節(jié)因子,Si為第i種生態(tài)系統(tǒng)的面積,Vij是第i類生態(tài)系統(tǒng)的第j項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的單位面積價值。基于全國尺度的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表,借鑒謝高地等提出的時空動態(tài)變化調(diào)節(jié)方法[22],根據(jù)北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)NPP、降雨量、土壤保持數(shù)據(jù)和全國平均數(shù)據(jù),得到北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子,采用Yang等的計算方法以全國主要糧食作物單產(chǎn)的現(xiàn)金收益作為1個標準當量的經(jīng)濟價值,以2000年為基期,得出4期單位當量因子的價值量分別為2374.07、4650.84、7103.11元/hm2和7039.77元/hm2[23]。

2.2.2人為干擾度分級評估

進入21世紀以來,人類活動對自然系統(tǒng)的需求正在加速,生態(tài)系統(tǒng)格局變化的主要驅(qū)動力已逐漸由自然驅(qū)動向人為干擾驅(qū)動轉(zhuǎn)變[24-25]。德國生態(tài)學家Sukopp等基于Hemeroby的概念提出了人為干擾度(Degree of Hemeroby/M),并將其用于評價人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響[26]。借鑒已有研究,結(jié)合北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)土地利用類型和實際情況[27],對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的9種土地利用類型進行人為指數(shù)賦值(表1)。一般認為網(wǎng)格的面積應當是土地利用/覆被類型斑塊平均面積的2—5倍[28],才能避免計算指數(shù)時出現(xiàn)偏差,并綜合反映采樣地區(qū)周圍生態(tài)系統(tǒng)的格局信息[29]。根據(jù)北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)類型斑塊的實際大小,確定采樣網(wǎng)格為5 km×5 km,得到421個網(wǎng)格,分別計算4期各網(wǎng)格的人為干擾度,再采用Kriging插值對人為干擾度進行插值,得到不同時期北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的人為干擾度空間分布。

表1 土地利用人為干擾度指數(shù)賦值表[28-32]

土地利用人為干擾度指數(shù)由已有文獻整理所得,河渠指天然形成或人工開挖的河流及主干常年水位以下的土地,因此將河流和水渠干擾度指數(shù)調(diào)整后得到河渠干擾度指數(shù),北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)無水田,故未列出。

各網(wǎng)格單元的人為干擾度由下式計算得到：

式中,M為某個網(wǎng)格單元的人為干擾度,HIi為第i類土地利用類型的干擾度指數(shù),Si為第i類土地利用類型的面積,S為網(wǎng)格單元的總面積。

2.2.3面板分位數(shù)回歸模型

分位數(shù)回歸對于非正態(tài)分布或異常值出現(xiàn)時的估計具有較強的耐抗性,回歸結(jié)果的穩(wěn)健性強于OLS回歸[33-34],具有面板數(shù)據(jù)模型和截面分位數(shù)模型的共同優(yōu)勢。因此,研究利用4期生態(tài)資產(chǎn)、人為干擾度、空間GDP、空間人口、年均降雨量和年均氣溫的面板數(shù)據(jù),識別不同分位水平下生態(tài)資產(chǎn)時空演變的驅(qū)動因素,分位數(shù)回歸的一般形式為[35]：

3 結(jié)果分析

3.1 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)資產(chǎn)分布格局

3.1.14期生態(tài)資產(chǎn)呈波動變化趨勢

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)資產(chǎn)呈先快速增長后緩慢降低的趨勢,2015年生態(tài)資產(chǎn)比2000年增加了975.71億元,但與2010年相比減少了181.10億元(表2)。按照不同生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)資產(chǎn)來看,除農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn)持續(xù)增長外,其他生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn)均在2015年出現(xiàn)小幅下降,不過森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)資產(chǎn)長期保持在70%以上,對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)資產(chǎn)變化起到?jīng)Q定性作用。

表2 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)類型生態(tài)資產(chǎn)年際變化

3.1.2不同生態(tài)系統(tǒng)的時空差異逐步顯化

從4期生態(tài)資產(chǎn)時空分布來看,東北部水域生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)長期是生態(tài)資產(chǎn)的高值聚集區(qū)域,而西部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)分布區(qū)則長期處于低生態(tài)資產(chǎn)區(qū)(圖1)。

圖1 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)1 km網(wǎng)格生態(tài)資產(chǎn)時空分布

分期來看,2000年1 km網(wǎng)格的生態(tài)資產(chǎn)最大值為0.25億元,單位面積生態(tài)資產(chǎn)集中在0—0.10億元,除密云水庫周邊,5個區(qū)的生態(tài)資產(chǎn)分布差異較小。2005年1 km網(wǎng)格的生態(tài)資產(chǎn)最大值提升到0.56億元,標準差為0.10,不同區(qū)域的生態(tài)資產(chǎn)空間分布差異開始顯現(xiàn),門頭溝區(qū)單位面積生態(tài)資產(chǎn)明顯低于其他4個區(qū)。2010年單位面積生態(tài)資產(chǎn)的空間差異最為突出,標準差達到0.14,各區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)分布優(yōu)勢逐漸凸顯,密云區(qū)水域生態(tài)系統(tǒng)對生態(tài)資產(chǎn)的貢獻率最高,而在懷柔區(qū)、延慶區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢顯化,對生態(tài)資產(chǎn)的貢獻率達到最高。到了2015年單位面積生態(tài)資產(chǎn)的最大值達到0.90億元,高值區(qū)主要分布于東北部河渠和水庫區(qū)域,不過2015年單位面積生態(tài)資產(chǎn)的低值區(qū)和高值區(qū)分化,門頭溝區(qū)的單位面積生態(tài)資產(chǎn)變化幅度較小,穩(wěn)定維持在0—0.30億元,而懷柔區(qū)、延慶區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)累積生態(tài)資產(chǎn)出現(xiàn)小幅下降。

3.1.3各服務功能價值總量提升、增速放緩

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)4期各生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值總量增加明顯,但其增長率呈先快速增長后減速降低趨勢。如表3所示,2000—2005年土壤保持功能價值量以230.61%的增速反超水文調(diào)節(jié)功能價值量70.84億元,但與氣候調(diào)節(jié)差距進一步擴大到74.42億元,水資源供給的增速遠低于其他服務功能類型,僅為44.15%。2005—2010年土壤保持的價值量增速降到最低,其他服務功能價值量增速均保持在50%左右,2010年氣候調(diào)節(jié)的價值量達到最大,為454.87億元,占生態(tài)資產(chǎn)總值的比例為27.68%。2010—2015年除食物生產(chǎn)、水資源供給、水文調(diào)節(jié)和土壤保持功能價值量緩慢增長外,其他服務功能價值量出現(xiàn)不同程度降低,如凈化環(huán)境的價值量以-21.92%的速度降低到110.68億元,美學景觀的價值量則以-21.57%的速度降低到63.52億元。

表3 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量及年際變化

3.2 人為干擾度的時空分布

從人為干擾度總體分布來看,2000—2015年北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)中干擾度區(qū)占主導地位,高干擾度區(qū)主要集中在城鎮(zhèn)化發(fā)展區(qū)域,低干擾度區(qū)則主要分布于密云水庫和延慶區(qū)灘涂濕地(圖2)。分人為干擾類型變化趨勢發(fā)現(xiàn),近15年來北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)全干擾類型的總面積從354 km2上升到432 km2；半干擾類型面積從7883 km2下降至7806 km2；而微弱干擾類型面積從277 km2下降至276 km2。分4期人為干擾度的變化幅度發(fā)現(xiàn),中低人為干擾度區(qū)基本保持不變,高干擾度區(qū)則出現(xiàn)小幅度蔓延式擴展。2000年生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)人為干擾度在0.34—0.85,高人為干擾度區(qū)較少,而到了2005年人為干擾度上升范圍及變化幅度有所提升,人為干擾度在0.27—0.97。從2005年開始,延慶區(qū)水域和濕地所在地人為干擾度大幅度降低,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)2005—2015年人為干擾度范圍變化趨緩,變化范圍也主要集中在城鎮(zhèn)等生態(tài)資產(chǎn)較低區(qū)域。

圖2 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)人為干擾度時空分布

3.3 氣候條件的分布特征

氣候和陸—氣間相互作用的變化通過氣溫、降水機制的改變及周期性波動,對植物的生長和分布具有重要影響[36-37],從而直接影響著生態(tài)資產(chǎn)的時空格局。從圖3可以看出,北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)各研究單元4期年均降雨量中位數(shù)呈上升趨勢,但其范圍存在較大差異,2005年年均降雨量的最大值和最小值差距拉大到300 mm左右,可能會導致研究單元內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的生長變化進而影響生態(tài)資產(chǎn)的變化。2015年年均降雨量范圍則穩(wěn)定在550—610 mm,各研究單元的年均降雨量差異極小。不過從各研究單元范圍呈現(xiàn)的先擴大后縮小的趨勢來看,其與4期生態(tài)資產(chǎn)先快速增長后緩速降低的變化趨勢較為一致。從年均氣溫數(shù)據(jù)分布特征來看,4期平均氣溫變化幅度較小,2010年25%的研究單元年均氣溫下降到8.07—10.50 ℃,2015年這一數(shù)據(jù)又上升到9.06—11.45 ℃,平均氣溫的最大值達到了12.85 ℃,2015年各研究單元的平均氣溫有較明顯的上升趨勢,而根據(jù)生態(tài)資產(chǎn)的估算結(jié)果,2015年生態(tài)資產(chǎn)出現(xiàn)下降趨勢,這說明平均氣溫的上升可能會對生態(tài)資產(chǎn)有負向影響。

圖3 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)各研究單元四期氣候變化特征

4 北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)資產(chǎn)的驅(qū)動因素分析

4.1 面板分位數(shù)估計結(jié)果分析

為消除因各驅(qū)動因素之間單位的不一致性,分別對各變量進行取自然對數(shù)處理,有效抑制了異方差問題,回歸中分別測驗了加入各解釋變量平方項后模型的平穩(wěn)性和擬合優(yōu)度,發(fā)現(xiàn)加入空間GDP平方項模型的R2和F檢驗值均有所增加,結(jié)論穩(wěn)健。為對比傳統(tǒng)面板數(shù)據(jù)模型與面板分位數(shù)估計結(jié)果的差異,同時給出了固定效應和分位數(shù)回歸結(jié)果。在面板分位數(shù)回歸模型估計中,選擇5個有代表性的分位點,剔除無效數(shù)據(jù)后,回歸樣本數(shù)為31016個,回歸結(jié)果見表4。

4.1.1人類活動對生態(tài)資產(chǎn)的驅(qū)動分析

人為干擾度直接反映了人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的利用程度,而社會經(jīng)濟的發(fā)展則間接反映了人類活動對資源和環(huán)境開發(fā)利用的影響。一般而言,社會經(jīng)濟的發(fā)展速度越快,對資源的索取量就越大,導致了生態(tài)環(huán)境的過度利用和污染,但良性的社會經(jīng)濟發(fā)展又可以促進生態(tài)環(huán)境的改善[38]。根據(jù)表4回歸結(jié)果,2000—2015年北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)人為干擾度、空間GDP均對生態(tài)資產(chǎn)有一定程度的促進作用,空間人口則對生態(tài)資產(chǎn)起到明顯的阻滯作用。

表4 面板數(shù)據(jù)回歸模型的檢驗結(jié)果

(1)人為干擾度對中高分位水平下的生態(tài)資產(chǎn)有顯著的促進作用,而在10%分位水平下,人為干擾度對生態(tài)資產(chǎn)有負向影響,但并不顯著,其原因為：①對于中分位水平下生態(tài)資產(chǎn)像元空間而言,其土地利用類型以森林為主,北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)中森林生態(tài)系統(tǒng)類型占比長期穩(wěn)定在70%以上,不過長期范圍內(nèi)森林與其他土地利用類型之間存在一定的相互轉(zhuǎn)化,即高干擾級別像元值與低級別像元值之間的轉(zhuǎn)變,這與生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)實施退耕還林還草工程有關,但同時也存在先占用基本農(nóng)田植樹后又因政策規(guī)制恢復為基本農(nóng)田的現(xiàn)象,這也就造成了人為干擾度對生態(tài)資產(chǎn)的正向影響；②高分位水平下生態(tài)資產(chǎn)像元空間土地利用類型主要為灘涂濕地、河渠和水庫坑塘,屬于微弱干擾區(qū),由于北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)采取了從山西、河北等水庫聯(lián)合調(diào)度政策,增加了生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)水庫的蓄水量,而水庫坑塘干擾度指數(shù)相對較高,當人為干擾度穩(wěn)定在微弱干擾區(qū)內(nèi),其將對生態(tài)資產(chǎn)的增加起到推動作用。③回歸分析之前已經(jīng)將生態(tài)資產(chǎn)為0的建設用地剔除,因而會縮小人為干擾度的變動范圍。這也說明了人為干擾度對生態(tài)資產(chǎn)的影響具有階段性和區(qū)域性特征,且將人為干擾度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)時,其對生態(tài)資產(chǎn)像元值會起到一定的促進作用。

(2)像元單位空間人口分布數(shù)越多,對其生態(tài)系統(tǒng)服務供給的消耗就越大,從而導致了生態(tài)資產(chǎn)的下降。兩種模型回歸結(jié)果均顯示空間人口分布對生態(tài)資產(chǎn)有顯著的阻滯作用,且隨著生態(tài)資產(chǎn)由低分位數(shù)向高分位數(shù)的上升,空間人口對生態(tài)資產(chǎn)的抑制作用越強。像元單位人口分布密度反映了研究單元人口壓力大小,生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)在控制整體人口數(shù)量的同時可優(yōu)先選擇在原居民點周邊聚集分布,降低人口壓力對生態(tài)資產(chǎn)富裕區(qū)的擴散。

(3)隨著生態(tài)資產(chǎn)分位水平的提升,空間GDP對生態(tài)資產(chǎn)正向促進作用增強,這與已有部分學者研究得出的結(jié)論有所不同[39]。北京市自2005年起對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)實施嚴格控制并限制重點保護區(qū)的經(jīng)濟活動,GDP總體水平偏低,第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對GDP增加的貢獻率不斷提升,2015年超過第二產(chǎn)業(yè)躍居第1位,生態(tài)系統(tǒng)服務功能的經(jīng)濟價值不斷體現(xiàn),這也預示著綠色GDP的發(fā)展理念將會帶動生態(tài)資產(chǎn)的增加。同時社會經(jīng)濟的增加又會反過來推動對生態(tài)保護和治理的投入力度,這種生態(tài)保護和治理投入又會促進生態(tài)系統(tǒng)的修復從而提升其生態(tài)服務供給能力,這也說明了GDP與生態(tài)保護、治理投入力度之間可能存在內(nèi)生互動性,抵消了經(jīng)濟增長壓力對生態(tài)資產(chǎn)的負向影響。不過,不同分位水平下空間GDP平方項對生態(tài)資產(chǎn)的影響方向不同,在50%及以上分位水平下空間GDP與生態(tài)資產(chǎn)呈顯著“倒U”型關系,而在10%分位水平下呈顯著的“U”型關系,這表明生態(tài)資產(chǎn)高值區(qū)仍需把握好產(chǎn)業(yè)發(fā)展對生態(tài)資源的利用強度,而生態(tài)資產(chǎn)低值區(qū)適宜強化經(jīng)濟發(fā)展水平,從而為整個生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)保護提供經(jīng)濟支撐。

4.1.2氣候變化對生態(tài)資產(chǎn)的驅(qū)動分析

在固定效應回歸模型中年均氣溫對北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)資產(chǎn)的影響并不顯著,而在不同分位水平下年均氣溫對生態(tài)資產(chǎn)的影響方向差異較大,影響系數(shù)經(jīng)歷了先下降后上升的“U”型變化過程。年均氣溫在10%和25%分位水平上均通過了1%顯著性水平檢驗,且影響系數(shù)均為負,意味著年均氣溫對低分位水平下的生態(tài)資產(chǎn)有抑制作用；低分位水平生態(tài)資產(chǎn)像元空間的土地利用類型以耕地為主,年均氣溫的變化將改變農(nóng)作物生長周期,氣溫的驟升可能會導致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的下降。在50%分位數(shù)水平上,年均氣溫對生態(tài)資產(chǎn)時空格局的影響并不顯著；年均氣溫在75%和90%分位水平上均通過了5%顯著性水平檢驗,且影響系數(shù)均為正,這表明年均氣溫對高分位水平下的生態(tài)資產(chǎn)有正向推動作用；高分位水平生態(tài)資產(chǎn)像元空間以森林和水域為主,氣溫的升高可能會增加部分地區(qū)空氣中水汽含量,會使植被覆蓋率有所提升,水域蓄水量也可能會因此增加。由于不同生態(tài)系統(tǒng)類型對氣溫的敏感程度和適應性各異,年均氣溫變化對不同分位水平下生態(tài)資產(chǎn)時空格局存在相反的影響效應。就年均降雨量而言,兩種模型回歸結(jié)果的影響系數(shù)均為正,除25%分位水平下不顯著外,其他均通過了1%的顯著性水平檢驗,不過各分位數(shù)水平下年均降雨量對生態(tài)資產(chǎn)的影響程度呈下降趨勢,這意味著降雨量的增加對生態(tài)資產(chǎn)有顯著的推動作用,且對生態(tài)資產(chǎn)低值區(qū)的推動力度更大。

4.2 不同地形因子的生態(tài)資產(chǎn)空間分布情況

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的地形地貌在大尺度上決定了研究區(qū)景觀格局的形成與演變[40]。因此本研究在DEM數(shù)據(jù)基礎上生成坡度、坡向圖層(圖4),以此反映生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)地形地貌與生態(tài)資產(chǎn)時空格局的關系。參照國際地理學會地貌調(diào)查與制圖委員會對高程的劃分標準、中國《第三次全國土地調(diào)查技術規(guī)程》中耕地坡度分級標準及常用的坡度分級,結(jié)合北京生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)地貌特征,得出不同地形因子對生態(tài)資產(chǎn)均值、總量及變動幅度的分布情況。

圖4 北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)地形地貌分布圖

北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)在陡坡地積累生態(tài)資產(chǎn)最多(表5),其次是斜坡地,遠高于其他坡度的生態(tài)資產(chǎn)。6—25°坡地面積占到生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)總面積的55.58%,公益林保護、退耕還林還草等生態(tài)保護和修復工程的逐步推進以及生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)禁止開墾坡耕地等政策性規(guī)劃,使得處于這一范圍坡地的生態(tài)資產(chǎn)積累較高。不過25°以下坡地的生態(tài)資產(chǎn)面均值要低于25°以上坡地,且其生態(tài)資產(chǎn)年均值的變化幅度較高,其中緩坡地及平原是土地開發(fā)的重點區(qū)域,易受人為開發(fā)強度的干擾。25°以上坡地的自然優(yōu)勢明顯,土壤保持和水源涵養(yǎng)的能力較高,該區(qū)域的植被長勢要優(yōu)于其他坡地,從而促進了單位面積生態(tài)資產(chǎn)的積累優(yōu)勢。

表5 不同地形因子下的生態(tài)資產(chǎn)比較

坡向?qū)τ谏降厣鷳B(tài)有較大影響,向光坡和背光坡的溫度或植被差異極為顯著。北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)南坡面積占比最大,其生態(tài)資產(chǎn)積累最高,不過太陽輻射收入較高的區(qū)域雖有助于植被生長,但也是山地城市建設住宅的有利區(qū)域,導致其單位面積生態(tài)資產(chǎn)最低。東北坡的太陽輻射收入雖低于東南坡和西南坡,但不論是生態(tài)資產(chǎn)面均值還是年均值,東北坡都明顯高于東南坡和西南坡。從土地利用類型來看,位于東北坡的建設用地和農(nóng)田面積均少于東南坡或西南坡的一半左右,東北坡受人為干擾的可能性要低于東南坡和西南坡。北坡的太陽輻射收入雖低,但其面積占比僅次于南坡和東南坡,其生態(tài)資產(chǎn)積累仍然較高。總體來看,北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)的陽坡(南坡)年均生態(tài)資產(chǎn)略高于陰坡(北坡)。

低山丘陵地帶占北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)總面積的比例高達71.45%,生態(tài)資產(chǎn)年均值遠高于其他區(qū)域。高程在200 m及以下的區(qū)域主要是建設用地、耕地和草地,受人類活動的影響較大,其單位面積生態(tài)資產(chǎn)最小,不過近年來北京對生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)管理保護政策收緊,其生態(tài)資產(chǎn)變化幅度最大,如密云區(qū)人民政府印發(fā)《加強密云水庫水源保護工作實施方案》中指出,2014年密云區(qū)對密云水庫周邊嚴格按照高程范圍劃定生態(tài)治理界限,對庫區(qū)實施封閉管理。高程在1000—1500 m的中山區(qū)面積較小,該區(qū)域的植被類型較為固定,其年均生態(tài)資產(chǎn)的變動幅度較小。高程在1500—2500 m的高山區(qū)內(nèi)植被類型主要為郁閉度>30%的天然林和人工林,其占比長期高達70%左右,生態(tài)資產(chǎn)年均值變化幅度最小,由于高山區(qū)面積占比不到1%,其年均生態(tài)資產(chǎn)的總值遠低于其他區(qū)域。

5 結(jié)論與討論

生態(tài)資產(chǎn)是生態(tài)涵養(yǎng)成效的一種量化和評價方法,同時也是實施生態(tài)保護補償?shù)幕疽罁?jù),研究結(jié)果表明：

(1)北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)4期生態(tài)資產(chǎn)呈現(xiàn)先快速增長后緩慢降低的趨勢。森林生態(tài)系統(tǒng)積累生態(tài)資產(chǎn)占比長期保持在70%以上,是生態(tài)涵養(yǎng)保護的重要支撐,不過2015年除農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn)保持持續(xù)增長外,其他生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn)均出現(xiàn)負向增長。2000—2015年間氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和土壤保持所形成的生態(tài)資產(chǎn)占比較高,維持養(yǎng)分循環(huán)、水資源供給和食物生產(chǎn)的生態(tài)資產(chǎn)占比較低,到了2015年除食物生產(chǎn)、水資源供給、水文調(diào)節(jié)和土壤保持功能價值量緩慢增長外,其他服務功能價值量出現(xiàn)不同程度的降低。

(2)對低分位水平下的生態(tài)資產(chǎn),空間GDP和年均降雨量有顯著的促進作用,空間人口分布和年均氣溫則表現(xiàn)為負向影響；對50%及以上分位水平生態(tài)資產(chǎn),除空間人口分布有顯著的抑制作用外,其他解釋變量均有正向影響。為此,要在保持生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)人口總量不增加的基礎上減少空間人口對生態(tài)資產(chǎn)的負向影響,可通過降低該柵格單元內(nèi)居民點密度或增加森林、水域等高生態(tài)資產(chǎn)的面積,以此來減弱空間人口對生態(tài)資產(chǎn)的阻滯作用。氣候變化中年均氣溫的提升雖對高分位水平生態(tài)資產(chǎn)有較為明顯的推動作用,但對低分位水平生態(tài)資產(chǎn)具有顯著的抑制作用,低分位水平生態(tài)資產(chǎn)像元空間正是人類活動密集的區(qū)域,也是人類生存依賴度較高的區(qū)域,仍需通過生態(tài)環(huán)境保護政策轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,緩解年均氣溫的上升趨勢。

(3)地形地貌造成了不同研究單元接收太陽輻射能值的差異,從而影響研究單元的生態(tài)資產(chǎn)積累。陡坡地積累生態(tài)資產(chǎn)最多,不過其生態(tài)資產(chǎn)面均值要低于25°以上坡地。南坡生態(tài)資產(chǎn)積累最高,但南坡也易受人為干擾,其單位面積生態(tài)資產(chǎn)最低；東北坡年均生態(tài)資產(chǎn)值和面均生態(tài)資產(chǎn)值均明顯高于東南坡和西南坡。低山丘陵地帶生態(tài)資產(chǎn)的年均值遠高于其他區(qū)域；中山區(qū)面積較小,該區(qū)域的植被類型較為固定,其年均生態(tài)資產(chǎn)的變動幅度較小。生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)可按照地形因子差異分類限制開發(fā)強度。

本研究以柵格為研究單元,更能夠精確反映人類活動、氣候變化、地形地貌等因素的區(qū)域差異[41],進而準確掌握其對生態(tài)資產(chǎn)時空格局的驅(qū)動方向和力度。但研究中依然存在以下不足：(1)不同時期1個單位當量因子的價值量差異會造成生態(tài)資產(chǎn)出現(xiàn)高速增長或降低。研究中雖反映了不同時期各類生態(tài)系統(tǒng)或服務功能之間的變化率差異,說明了單位當量因子價值量并不會對生態(tài)資產(chǎn)時空格局起到?jīng)Q定性作用,但如何將其納入到生態(tài)資產(chǎn)時空格局的驅(qū)動因素,需要在進一步研究中解決。(2)由于數(shù)據(jù)的可獲得性,1 km分辨率獲取的土地利用類型數(shù)據(jù)精度與實際值可能存在偏差,但通過與對應年份的土地利用數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),本文中的土地利用變化趨勢與統(tǒng)計數(shù)據(jù)基本一致,具有較高的可信度。