基于HYSPLIT和PSCF的防風固沙生態(tài)服務功能空間模擬

蘇 凱 王計平 王茵然 郭紅瓊 李 松 龍芊芊

(1.中國林業(yè)科學研究院國家林業(yè)和草原局鹽堿地研究中心， 北京 100091；2.北京林業(yè)大學精準林業(yè)北京市重點實驗室， 北京 100083； 3.臺灣大學地理環(huán)境資源學系， 臺北 10617)

0 引言

風蝕是我國北方干旱半干旱地區(qū)農(nóng)田土壤質(zhì)量退化和沙漠化的主要過程之一[1]，將導致土地生產(chǎn)潛力衰退，土地沙化使土地的生物生產(chǎn)潛力逐漸衰減消失，產(chǎn)生的沙塵暴嚴重破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟開發(fā)建設[2]。而鹽堿塵暴危害比普通沙塵暴更加嚴重，除了影響能見度、大氣質(zhì)量之外，鹽堿粉塵在其下風方形成大片重度污染帶，使草場嚴重退化、耕地糧食減產(chǎn)，加劇了土地荒漠化的趨勢；并且對周邊環(huán)境中所有裸露部分具有較強甚至很強的腐蝕作用[3]。

防風固沙生態(tài)系統(tǒng)服務(Sand-stabilization ecosystem service，SSS)是指位于沙塵源區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)植被具有降低風速、固定土壤的作用，能減少或避免土壤被吹蝕后形成沙塵天氣對人類產(chǎn)生有害影響的服務，可以為區(qū)域生產(chǎn)生活的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件[4]。為了遏制土地荒漠化擴張，減輕由土壤風蝕帶來的損失，各級政府采取諸多措施提升SSS能力，如退耕(牧)還林(草)、控制放牧強度、禁止開礦等生態(tài)工程建設。這些措施從長遠來看有利于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，但就當下而言，措施的實施在一定程度上限制了生態(tài)建設區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展,降低了當?shù)鼐用竦慕?jīng)濟收入,并可能增加未來區(qū)域的發(fā)展機會成本[5-6]。而處于下風向的周邊區(qū)域，由于生態(tài)建設區(qū)環(huán)境的改善，遭受土壤風蝕帶來的損失越來越小，享受了生態(tài)改善的效益卻未承擔生態(tài)建設的投入。盡管中央政府通過重點生態(tài)功能區(qū)轉(zhuǎn)移支付等政策對承擔生態(tài)保護功能的區(qū)域已進行縱向補償，但仍不能完全彌補當?shù)匕l(fā)展的機會成本以及經(jīng)濟投入[7-8]。因此，服務受益區(qū)(Services beneficiary area，SBA)向服務提供區(qū)(Services providing area，SPA)的橫向生態(tài)補償(Ecological compensation scheme，ECS)將成為必要的補充。

然而，必須明確SPA與SBA之間生態(tài)系統(tǒng)服務(Ecosystem services，ES)的提供-傳遞-利益機制，確定受益范圍(補償主體)和受益效益(補償金額)，才能建立科學、合理的橫向生態(tài)補償方案[9]。目前，對于確定SBA空間范圍以及SBA分享生態(tài)服務程度的研究較少，尚處于探索階段。文獻[10]借鑒生態(tài)服務半徑相關(guān)理論，利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)，通過構(gòu)建生態(tài)輻射模型嘗試把生態(tài)用地同建設用地聯(lián)系起來，研究生態(tài)用地對建設用地生態(tài)效益的輻射范圍。文獻[11]針對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的流動特性，探索生態(tài)系統(tǒng)服務功能輻射效益的概念與內(nèi)涵，采用風蝕輸沙率模型和沙塵空間傳輸模型，評估了黑河下游重要生態(tài)功能區(qū)固沙生態(tài)服務的輻射效益。生態(tài)系統(tǒng)服務流動研究通過分析從服務供給區(qū)到服務受益區(qū)的空間轉(zhuǎn)移過程，確定生態(tài)系統(tǒng)服務供給區(qū)與受益區(qū)的空間范圍，在服務供給與人類需求之間建立時空關(guān)聯(lián)。

本文以具有明顯空間流動效應的防風固沙生態(tài)系統(tǒng)服務作為主要研究對象，通過在河北省張北縣農(nóng)牧交錯區(qū)的大型鹽堿沙塵源地——安固里淖干涸鹽堿湖的應用，提出一種合理、公平的跨區(qū)域生態(tài)補償方案。對研究區(qū)的SSS進行量化，基于ES流理論，利用HYSPLIT模型研究SSS從SPA向SBA的空間傳輸過程，采用PSCF模型確定SSS的受益區(qū)域和受益效益，根據(jù)“誰受益誰補償”的原則提出基于生態(tài)系統(tǒng)服務受益效益的差異化ECS。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安固里淖(41°18′～41°24′N，114°20′～114°27′E)位于河北省張北縣西北約30 km處(圖1)，北接內(nèi)蒙古高原，南臨華北平原，地處農(nóng)牧交錯帶。該區(qū)氣候?qū)儆谥袦貛Т箨懶园敫珊导撅L氣候，年降水量為401.6 mm，降水集中在6～8月，年蒸發(fā)量為1 500～2 000 mm。2004年湖泊徹底干涸，在地下水蒸發(fā)作用下將鹽分攜帶至地表并形成表聚，鹽堿化加劇。該區(qū)年均風速為4.3 m/s，1～5月盛行西北風，3～5月間最大風速可達28 m/s，典型氣候使得安固里淖干涸鹽堿湖成為春季影響京津地區(qū)的鹽塵暴頻發(fā)地[7]。為降低土壤鹽堿化對當?shù)厣a(chǎn)、生活造成的損失，減少土壤風蝕，減輕沙塵天氣對京津等下風向區(qū)域產(chǎn)生的影響，張北縣在研究區(qū)開展了多年的生態(tài)修復工程。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of study area

1.2 數(shù)據(jù)源

(1)氣象柵格數(shù)據(jù)：計算后向軌跡所用的NCEP再分析資料是從NOAA ARL(ftp:∥arlftp.arlhq.noaa.gov/)獲取的 2015年4月每日6 h分辨率的GBL資料，空間水平分辨率為2.5°×2.5°。

(2)2015年1 km土地覆被數(shù)據(jù)、2015年1 km人口和GDP柵格數(shù)據(jù)以及多年平均降雨、氣溫、風速等月均氣象站點數(shù)據(jù)來自資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(http:∥www.resdc.cn/)，其中氣象柵格數(shù)據(jù)由對氣象站點數(shù)據(jù)進行空間插值得到。

(3)土壤屬性數(shù)據(jù)集(包括土種類型，土壤粗砂、細砂、粘粒含量，土壤容重，土壤N、P、K及有機質(zhì)含量等理化性質(zhì))、多年平均太陽輻射數(shù)據(jù)、多年平均積雪覆蓋深度等1 km×1 km柵格數(shù)據(jù)由寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心下載(http:∥westdc.westgis.ac.cn/)。

(4)90 m數(shù)字高程模型(DEM)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。

1.3 研究方法

1.3.1防風固沙生態(tài)服務估算

生態(tài)系統(tǒng)的SSS以植被的固沙量作為評價指標。假設沒有植被的條件下產(chǎn)生的風蝕總量(潛在風蝕量)減去在實際植被保護條件下的風蝕總量(實際風蝕量)，二者差值即為生態(tài)系統(tǒng)植被的固沙量[12-13]。本研究選取修正風蝕模型(RWEQ模型)作為風蝕量SL的計算工具估算安固里淖干涸鹽堿湖生態(tài)系統(tǒng)潛在風蝕量SL1和實際風蝕量SL2，以兩者之差G表征安固里淖干涸鹽堿湖生態(tài)系統(tǒng)SSS的固沙量。

Qmax1=109.8WFEFSCFK′

(1)

S1=150.71(WFEFSCFK′)-0.371 1

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

G=SL1-SL2

(7)

式中Qmax1、Qmax2——潛在土壤侵蝕和實際土壤侵蝕的最大運移能力，kg/m

S1、S2——潛在土壤侵蝕和實際土壤侵蝕的臨界場長，m

x——下風向最大風蝕出現(xiàn)距離，m

WF——氣象因子

EF——土壤可蝕性因子

SCF——土壤結(jié)皮因子

K′——地表糙度因子

COG——植被覆蓋因子

G——防風固沙量

1.3.2防風固沙生態(tài)服務路徑模擬

為了確定SSS的效益，需假設在沒有SSS的情況下，哪些區(qū)域(即潛在影響區(qū)域)將受到有害物質(zhì)(沙塵)的影響；在有這種生態(tài)系統(tǒng)服務的情況下，哪些地區(qū)(即實際受影響的地區(qū))受到沙塵的影響[14]。潛在影響區(qū)域和實際影響區(qū)域之間的差異就是受益影響區(qū)域。

防風固沙生態(tài)系統(tǒng)服務流(Sand-stabilization ecosystem service flow, SSSF)是一種從SPA到SBA的生態(tài)系統(tǒng)服務流。由于SSSF與沙塵傳輸軌跡一致，本研究采用HYSPLIT模型來模擬沙塵傳輸?shù)穆窂健YSPLIT是由美國國家海洋與大氣局大氣資源實驗室(NOAA Air Resources Laboratory，NOAA ARL，https:∥www.arl.noaa.gov/)研發(fā)的一種用于計算簡單的空氣包裹軌道，以及復雜的傳輸、擴散、化學轉(zhuǎn)化和沉積模擬的模型，是應用最廣泛的大氣傳輸和擴散模型之一[15]。常用來模擬跟蹤和預測放射性物質(zhì)、野火煙霧、各種固定和移動排放源的污染物、過敏源和火山灰的釋放。

HYSPLIT模型計算氣團軌跡使用了拉格朗日法：假設空氣中的粒子隨風飄動，粒子的移動軌跡就是其在時間和空間上位置矢量的積分。粒子或氣團的運動軌跡是由初始位置p(t)和第1個推測位置p′(t+Δt)的三維速度矢量的平均值計算出來的，其中速度矢量在空間和時間上進行線性插值[12]。第1個推測位置為

p′(t+Δt)=p(t)+V(p，t)Δt

(8)

最終的位置由初始位置和第1個推測位置的平均速率計算得到，即

p(t+Δt)=p(t)+0.5(V(p，t)+V(p′，t+Δt)Δt)

(9)

式中V(p，t)——初始位置速度向量

t——初始時刻

Δt——積分時間步長

V(p′，t+Δt)——第1個推測位置速度向量

積分時間步長Δt在模擬過程中是可變的，但時間步長與最大傳輸速度Vmax的乘積應小于數(shù)據(jù)柵格單元Lg，即

ΔtVmax

(10)

本研究將研究區(qū)中心點看作HYSPLIT模型模擬的起始點，利用NOAA ARL提供的GBL資料，模擬研究區(qū)風速在高于起沙風速時的氣團5 d(120 h)后向軌跡。

1.3.3防風固沙服務受益區(qū)識別

本研究中，采用源貢獻潛勢模型(PSCF)確定SSS的SBA和受益效益，利用SSSF路徑以及土地覆被數(shù)據(jù)來獲得[16]。具體方法為：首先通過模型模擬SSSF路徑，然后統(tǒng)計覆蓋該區(qū)域的每個網(wǎng)格單元內(nèi)的軌跡數(shù)，計算通過每個網(wǎng)格單元的軌跡數(shù)與分析的軌跡總數(shù)的比值獲得風沙軌跡分布頻率圖。該圖所覆蓋的范圍即為SBA。PSCF計算方法為

(11)

式中Pi——第i個柵格模擬風沙軌跡分布頻率，%

Li——經(jīng)過第i個柵格模擬風沙軌跡數(shù)

L——起始點的模擬風沙總軌跡數(shù)

每個柵格內(nèi)數(shù)值為經(jīng)過該柵格的模擬風沙軌跡分布頻率，即研究區(qū)SSSF路徑分布頻率。該頻率代表了受益區(qū)內(nèi)獲得SSS的相對大小，值越高表明該柵格內(nèi)獲得的SSS效益越大。

1.3.4防風固沙服務輻射效益評估

防風固沙服務輻射效益采用減少降塵效益B來評估，其計算式為

B=Gd<0.02Ps

(12)

式中d<0.02——粒徑小于0.02 mm的顆粒物含量

Ps——降塵清理成本，取一般性粉塵排污費收費標準1 500元/t

本研究參照文獻[11]研究成果，采用粒徑在0～0.02 mm和粒徑在0.002～0.02 mm的顆粒物含量進行降塵量的估算。

此外，在估測的受益范圍內(nèi)，篩選森林、草地、農(nóng)田、聚落以及濕地、內(nèi)陸水體、近海濕地和河湖灘地等土地覆被類型作為研究區(qū)固沙服務受益區(qū)，并基于1 km人口和GDP柵格數(shù)據(jù)，識別受益區(qū)內(nèi)受益人口與GDP分布[17-18]。

1.3.5生態(tài)補償

政策制定者希望更多地了解受益于生態(tài)系統(tǒng)服務地區(qū)的空間范圍以及受益地區(qū)之間共享生態(tài)系統(tǒng)服務的水平[19]。SBA應根據(jù)其效益水平向SPA提供財政補償，以制定一個可量化的ECS[20-23]。本研究中通過減少的降塵量、風沙影響頻率和GDP來量化生態(tài)補償金額。

Ci=Bcpi

(13)

式中Ci——SBA應承擔的生態(tài)補償費用

Bc——安固里淖生態(tài)修復投入資金(5 000萬元)

pi——第i個SBA受益量占總受益量的比例

2 結(jié)果與分析

2.1 防風固沙生態(tài)服務實際與潛在量變情景化差異

本研究采用RWEQ 模型進行了安固里淖2015年潛在風蝕和實際風蝕的計算，結(jié)果表明，在2015年，安固里淖實際風蝕量為14.349 1萬t，在假設沒有植被保護的情景下潛在風蝕量為382.279萬t，實際風蝕量是潛在風蝕量的3.66%，通過生態(tài)修復，減少了367.93萬t的鹽堿土壤風蝕。可見，SSS在減少鹽堿土壤風蝕中發(fā)揮了重要作用。

多年來，張北縣安固里淖干涸鹽堿湖一直被認為是影響京津冀地區(qū)的重要鹽堿沙塵來源。張仁健等[24]和張興贏等[25]通過分析沙塵和土壤成分得出，安固里淖表土為京津冀鹽堿沙塵暴的重要源地。這些研究也印證了本研究中SSSF路徑及其受益范圍。安固里淖仍然有沙塵暴發(fā)生，并對其春季下風向的廣大區(qū)域造成影響，但安固里淖如果沒有植被覆蓋或相關(guān)的鹽堿地修復措施，其產(chǎn)生的鹽堿沙塵暴將更為嚴重。

2.2 防風固沙生態(tài)服務流動路徑及受益范圍

圖2 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務傳輸路徑Fig.2 Paths of sand-stabilization ecosystem service at Angulinao in 2015

研究結(jié)果顯示(圖2、3，表1)，受益于安固里淖生態(tài)系統(tǒng)的土地面積為189.37萬km2，占全國土地面積的19.66%。受益范圍主要包括北京市、天津市、河北省、山東省、遼寧省、吉林省全境以及內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、陜西省、河南省、安徽省等部分地區(qū)。

圖3 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益范圍Fig.3 Areas in China benefit from sand-stabilization ecosystem service at Angulinao in 2015

SSSF路徑分布頻率表示了受益區(qū)獲得研究區(qū)SSS效益的相對大小。研究結(jié)果顯示，河北省、北京市、天津市和山東省中部、山西省北部以及遼寧省SSSF路徑分布頻率更高(≥30%)，其獲得的研究區(qū)SSS效益更多。其他遠離研究區(qū)的區(qū)域，受益效益隨距離的增加而較小。如：受益區(qū)最南端的浙江省獲得的研究區(qū)SSS效益較少，受益面積僅占全省面積的0.94%。

表1 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益地區(qū)Tab.1 Areas in China benefit from sand-stabilization ecosystem service at Angulinao in 2015

2.3 防風固沙生態(tài)服務輻射效益

在SBA內(nèi)的土地覆被中(圖4a和表2)：耕地所占面積比例最高，為43.24%，以旱地和水澆地為主，主要位于華北平原、東北平原等區(qū)域；第2為林地，面積為45.65萬km2，占受益地區(qū)面積的24.11%，以落葉闊葉林和常綠針葉林為主，主要分布在大小興安嶺、長白山、燕山等山脈；第3為草地，面積比例為9.03%，分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)東部地區(qū)；第4～6分別是建設用地、水體和裸地，在所有土地覆被類型中其他用地所占面積比例最低，僅為0.5%。其中，受益區(qū)內(nèi)獲得較多SSS(SSSF路徑分布頻率大于等于30%)的土地覆被面積為37.61萬km2，占受益土地覆被的19.86%，主要分布在北京市、天津市和山東省中部以及遼寧省的中西部地區(qū)。

圖4 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益區(qū)土地覆被、人口以及GDP分布Fig.4 Distributions of land cover, population and GDP in China benefit from sand-stabilization ecosystem service at Angulinao in 2015

表2 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益區(qū)土地覆被面積Tab.2 Land cover benefit from sand-stabilization ecosystem service at Angulinao 萬km2

2015年，SBA內(nèi)總?cè)丝跒?.27億人，約占當年全國總?cè)丝?8.34%，受益GDP總量為28.37萬億元，約占當年全國GDP總量的41.36%(表3)。其中，受益區(qū)內(nèi)獲得較多SSS(SSSF路徑分布頻率大于等于30%)的人口為1.40 億人，占總受益人口的26.57%，占全國人口的10.2%； GDP 為8.72萬億元，占受益GDP總量的30.74%，占全國GDP的12.72%。

表3 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益區(qū)人口以及GDPTab.3 Population and GDP benefit from sand-stabilization ecosystem service at Angulinao

受益區(qū)受益效益統(tǒng)計結(jié)果表明(表4)：安固里淖生態(tài)系統(tǒng)SSS具有顯著效益。鹽堿地生態(tài)修復使得2015年研究區(qū)下風向地區(qū)降塵量減少147.17萬t，平均每平方千米降塵量減少達0.78 t，單位面積經(jīng)濟效益達1 165.5元，除塵費用消減達44.26億元，占張北縣2015年GDP(91.35億元)的48.45%?？梢姡补汤锬咨鷳B(tài)系統(tǒng)SSS在減少沙塵對受益區(qū)社會經(jīng)濟影響中發(fā)揮了重要作用。在受益地區(qū)中，內(nèi)蒙古自治區(qū)和黑龍江省受益效益最大，分別為4.54、4.55億元，其次為河北省、吉林省、遼寧省等，浙江省受益效益最小，僅為0.11億元，占0.24%。

由于臨近安固里淖地區(qū)，河北省受益效益較為顯著，獲得最大SSS(SSSF路徑分布頻率大于等于30%)，受益效益約為1.68億元，占河北省總受益效益的76.46%；其次是遼寧省，最大受益效益約0.71億元，占該省總受益效益的41.83%；盡管北京市、天津市全區(qū)域流動路徑分布頻率均在30%以上，但由于這兩地區(qū)的面積較小，使得受益效益較小。

表4 安固里淖生態(tài)系統(tǒng)固沙生態(tài)服務受益區(qū)受益效益Tab.4 Benefit level of areas in China benefit from sand-fixing ecological services at Angulinao in 2015

2.4 防風固沙生態(tài)補償權(quán)益分配與標準

根據(jù)“誰受益誰補償”的原則，本研究中安固里淖生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)補償資金應由黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、河北省、遼寧省、山東省、山西省、河南省、安徽省、江蘇省、北京市、天津市、湖省北、浙江省等15個受益省(市)共同承擔。2013年張北縣投入5 000萬元專項經(jīng)費用于安固里淖鹽堿地的生態(tài)修復，因此張北縣應獲得生態(tài)補償金額為5 000萬元。在本研究制定的ECS中(表5)，受益效益最大的黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)補償金額最大，分別為1 028.63萬元和1 026.41萬元。其次為河北省、吉林省、遼寧省等，浙江省需支付的生態(tài)補償金額最少，為25萬元，占總補償金額的5%。

3 討論

本文以生態(tài)系統(tǒng)服務流理論為基礎，對2015年安固里淖生態(tài)系統(tǒng)提供SSS的空間范圍、效益水平進行了研究，并根據(jù)SBA中SSS的效益水平，提出了一種跨區(qū)域的差異化ECS。利用RWEQ模型估算了2015年安固里淖生態(tài)系統(tǒng)的固沙量，并利用HYSPLIT模型模擬了SSSF的路徑。在此基礎上，識別和評估了SBA及SBA內(nèi)土地覆被、人口和GDP的空間分布。結(jié)果表明，2015年安固里淖生態(tài)系統(tǒng)SBA土地面積為189.37萬km2，占全國土地面積的19.66%。SBA主要包括黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、河北省、遼寧省、山東省、山西省、河南省、安徽省、江蘇省、北京市、天津市、湖北省、浙江省等15個受益省(市)，是研究區(qū)面積的41 167倍；SBA的土地覆被中耕地達81.88萬km2，所占面積比例最高，為43.24%；SBA的建設用地達12.05萬km2；受益人口達5.27億人，約占當年全國總?cè)丝诘?8.34%，受益GDP 總量為28.37萬億元，約占當年全國GDP 總量的41.36%。其中，SBA內(nèi)獲得較多SSS(流動路徑分布頻率大于等于30%)的人口為1.40 億人，占總受益人口的26.57%，占全國人口的10.2%；GDP為8.72萬億元，占受益GDP總量的30.74%，占全國GDP的12.72%；研究區(qū)鹽堿地生態(tài)修復使得下風向地區(qū)降塵量減少147.17萬t，直接經(jīng)濟效益達44.26億元?？梢姡补汤锬咨鷳B(tài)系統(tǒng)SSS具有很廣泛的輻射區(qū)域與輻射效益，SSS在減少沙塵對受益區(qū)社會經(jīng)濟的影響中發(fā)揮了重要作用。

張北縣政府投入大量資金進行安固里淖生態(tài)建設，盡管中央財政提供了一定的生態(tài)補償資金，但不足以彌補當?shù)氐慕?jīng)濟損失，而橫向生態(tài)補償機制是調(diào)整生態(tài)環(huán)境保護和建設相關(guān)各方之間利益關(guān)系的一種制度安排。根據(jù)SBA受益程度制定生態(tài)補償方案，量化受益區(qū)應支付的生態(tài)補償金額。根據(jù)本研究提出的ECS，將緩解安固里淖生態(tài)建設的資金壓力，促進生態(tài)建設的可持續(xù)發(fā)展，使SBA繼續(xù)從安固里淖生態(tài)系統(tǒng)中獲得更多的SSS。本文以生態(tài)系統(tǒng)服務流理論為基礎，提出了SSS差異化生態(tài)系統(tǒng)的研究方法，可為今后確定SSS的受益區(qū)和跨區(qū)域ECS提供參考與借鑒。

然而，本研究還存在一些不足，有待今后做更加深入的研究：

(1)僅考慮了鹽堿沙塵發(fā)生的條件，即充足的風沙源和持續(xù)大風天氣，然而在沙塵傳輸、擴散中大氣層結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)揮了重要作用。大氣層結(jié)構(gòu)狀態(tài)是否穩(wěn)定將對沙塵能否到達高層空氣，傳輸至更遠范圍產(chǎn)生影響。本研究忽略該因素，可能會導致假設的沙塵天氣頻率和強度過高，影響結(jié)果的準確性。將在以后研究中加入對該因素的考慮，更加準確地劃定SBA。

(2)本研究通過遙感目視解析和專家咨詢在安固里淖干涸鹽堿湖選取10個起沙位置，對起沙位置缺乏客觀、定量的評價。下一步的研究中，將建立安固里淖干涸鹽堿湖起沙位置的評價體系獲得較為科學、準確的起沙位置分布，同時考慮將研究區(qū)劃分為足夠多的單元，通過插值獲得該單元的風速及其他氣象要素數(shù)據(jù)，模擬每個單元的沙塵移動路徑，從而確定整個研究區(qū)域SBA。

(3)本研究中模擬了起沙后5 d(120 h)內(nèi)沙塵的傳輸路徑，來確定有害物質(zhì)(鹽堿風沙)的影響范圍，進而確定SBA。然而缺少對模擬的沙塵影響范圍的驗證，在下一步研究中，將通過結(jié)合實際發(fā)生沙塵天氣的衛(wèi)星影像，判斷出不同時間、風速和大氣不穩(wěn)定狀態(tài)下風沙天氣的實際影響范圍，對模擬結(jié)果進行校正，獲得一個相對準確的研究結(jié)果。

4 結(jié)論

(1)安固里淖生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的防風固沙生態(tài)系統(tǒng)服務并產(chǎn)生了大量的效益。本文采用RWEQ模型對安固里淖生態(tài)系統(tǒng)2015年的防風固沙量進行了估算，估算結(jié)果表明，2015年實際風蝕量為14.349 1萬t，假設在沒有植被保護的情況下，潛在風蝕量為382.279萬t，實際風蝕量僅為潛在風蝕量的3.66%，安固里淖生態(tài)系統(tǒng)使得鹽堿土壤風蝕減少了367.93萬t。受益于安固里淖生態(tài)系統(tǒng)提供的防風固沙生態(tài)系統(tǒng)服務的土地面積為189.37萬km2，占全國土地面積的19.66%，有15個省(市)受益；受益人口達5.27億人，約占當年全國總?cè)丝诘?8.34%，受益GDP 總量為28.37萬億元，約占當年全國GDP 總量的41.36%。研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)使得下風向地區(qū)降塵量減少147.17萬t，直接經(jīng)濟效益達44.26億元。

表5 2015年受益地區(qū)支付安固里淖生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)補償費用Tab.5 Statistics on payment of ecological supplements to Angulinao area in beneficiary areas in 2015

(2)實施橫向生態(tài)補償將緩解安固里淖生態(tài)建設的資金壓力，促進生態(tài)建設的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)“誰受益誰補償”的原則，本研究區(qū)生態(tài)補償資金由黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、北京市等15個受益省(市)共同承擔。根據(jù)SBA受益程度制定生態(tài)補償方案，量化受益區(qū)應支付的生態(tài)補償金額。張北縣于2013年投入5 000萬元生態(tài)修復專項經(jīng)費，受益效益最大的黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)補償金額最大，分別為1 028.63萬元和1 026.41萬元。河北省、吉林省、遼寧省等次之，浙江省需支付的生態(tài)補償金額最少，為25萬元，占總補償金額的5%。