面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)情景模擬

張子墨,姜 虹,徐子涵,丹宇卓,葉玉瑤,彭 建,,*

1 北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,地表過程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100871 2 北京大學(xué)深圳研究生院城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)學(xué)院,城市人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,深圳 518055 3 廣東省科學(xué)院廣州地理研究所廣東省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用公共實(shí)驗(yàn)室,廣州 510070

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程所形成的人類賴以生存的環(huán)境條件和效用[1],作為連接人類福祉和生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵紐帶,其維持和改善是維持區(qū)域自然生命系統(tǒng)、保障區(qū)域生態(tài)安全的基礎(chǔ)[2]。然而,由于生態(tài)環(huán)境變化和人類需求增加,生態(tài)系統(tǒng)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的能力正以前所未有的速度發(fā)生變化[3—4]。政府間生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平臺2019年發(fā)布的《生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)全球評估報(bào)告》指出,多種人類因素已使得75%的陸地表面發(fā)生顯著變化,自然生態(tài)環(huán)境正在全球范圍內(nèi)惡化,全球生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平呈現(xiàn)迅速下降趨勢[5]。生態(tài)系統(tǒng)所受的人為與自然干擾加劇了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn),即區(qū)域無法維持穩(wěn)定、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給[6]。因此,有必要對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)未來演化趨勢進(jìn)行模擬,有效規(guī)避、主動適應(yīng)及綜合管理生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn),揭示區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)提升路徑,提升人類福祉。

目前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)研究主要基于兩種途徑：一是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)納入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估框架。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是生態(tài)系統(tǒng)及其組分在自然或人類活動的干擾下所承受的風(fēng)險(xiǎn)[7],主要基于風(fēng)險(xiǎn)源/匯和景觀格局兩類框架進(jìn)行評估[8—10]。例如,李俊翰等[11]基于評價小區(qū)格網(wǎng)化核算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),分析二者動態(tài)變化特征及時空關(guān)聯(lián)；曹祺文等[12]提出了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價框架；Liao等[13]將重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)區(qū)作為風(fēng)險(xiǎn)受體,評價、預(yù)測城市綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。二是以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化表征生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。例如,Dong等[14]提出了基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警框架,根據(jù)2000—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化評估生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),識別出無風(fēng)險(xiǎn)、輕度、中度、高度和極高風(fēng)險(xiǎn)5個等級；Xu等[15]構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估模型,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與土地利用變化模型相結(jié)合,量化1985—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)；王壯壯等[16]提出了區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需風(fēng)險(xiǎn)研究框架,揭示產(chǎn)水服務(wù)供需風(fēng)險(xiǎn)時空格局變化特征。綜合來看,在評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)時,現(xiàn)有研究多直接疊加所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),未能面向區(qū)域生態(tài)問題或生態(tài)需求對不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行整合；在情景模擬方面,現(xiàn)有研究的情景選擇比較單一,較少選擇不同發(fā)展情景進(jìn)行對比。

廣東省是我國城市化發(fā)展最快速的地區(qū)之一,但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,自然生態(tài)系統(tǒng)顯著受損,生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯,如生物多樣性喪失、水質(zhì)惡化、自然災(zāi)害頻發(fā)等[17—18]。在未來持續(xù)的人類活動影響下,廣東省面臨生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化加劇的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本研究評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在未來不同發(fā)展情景下的退化風(fēng)險(xiǎn),面向生物多樣性保育、水資源安全與自然災(zāi)害防范三類生態(tài)保護(hù)目標(biāo)評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn),為廣東省國土空間格局優(yōu)化提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

廣東省位于我國華南地區(qū),分為珠三角、粵東、粵西與粵北四個區(qū)域(圖1)。全省氣候溫暖濕潤,年平均氣溫約21.8℃,多年平均降雨量達(dá)1789mm；地勢北高南低,地形破碎,平原少,多山地丘陵,其中,山地占全省土地總面積的33.7%、平原占21.7%。廣東省是我國改革開放后社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快速的省份之一,是第一經(jīng)濟(jì)大省；在以珠江三角洲城市群為核心的經(jīng)濟(jì)引擎推動下,2020年全省GDP總量達(dá)110760.94億元,連續(xù)32年位居全國首位。在城市化水平長期高速提升以及全球氣候變化趨勢背景下,廣東省未來因土地利用變化與氣候變化引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)需引起重點(diǎn)關(guān)注。

圖1 廣東省地理位置與土地利用格局Fig.1 Geographical location and land use pattern of Guangdong Province

本研究主要使用的數(shù)據(jù)為：(1)中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)的中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)(2018年, 1km×1km),土地利用類型分為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地以及未利用地；(2)全球土地利用變化模擬數(shù)據(jù)集(https://geosimulation.cn/China_PFT_SSP-RCP.html)的土地利用模擬數(shù)據(jù)(2035年, RCP 4.5和RCP 8.5, 1km×1km),土地利用類型分為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地以及未利用地；(3)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)的氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)(2018年, txt)；(4)CMIP5氣候預(yù)估降尺度數(shù)據(jù)集(https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-012-0464-y#Abs1)的氣象站點(diǎn)模擬數(shù)據(jù)(2035年, RCP 4.5和RCP 8.5, met)；(5)中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)的NDVI空間分布數(shù)據(jù)(2018年, 1km×1km)；(6)世界土壤數(shù)據(jù)庫(http://www.fao.org/soils-portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/)的土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)(1km×1km)。

2 研究方法

2.1 研究框架

本研究提出面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)情景模擬框架(圖2)。在此框架中,2018年為初始年,基于“典型濃度路徑”(Representative Concentration Pathways, RCPs)RCP 4.5和RCP 8.5情景,以流域?yàn)榛締卧M不同RCP情景下2018—2035年廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)格局。首先,關(guān)注廣東省重要生態(tài)保護(hù)目標(biāo)并選取代表性生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型進(jìn)行評估,即生物多樣性保育(生境維持)、水資源安全(水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化)與自然災(zāi)害防范(土壤保持、洪水緩解、熱帶氣旋緩解)；其次,對比不同RCP情景下2018—2035年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化程度,采用“單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)-面向生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)-綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)”的遞進(jìn)框架評估廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)；最后,基于風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果提出廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略。

圖2 面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)情景模擬框架Fig.2 A framework for ecosystem service degradation risk scenario simulation for multiple ecological conservation objectives RCP: 典型濃度路徑Representative concentration pathways

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)情景模擬

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)于2013年發(fā)布第五次評估報(bào)告,該報(bào)告中未來氣候變化的預(yù)估主要基于全球耦合模型比較計(jì)劃第五階段(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5, CMIP5)的地球系統(tǒng)模型結(jié)果[19]。CMIP5模式數(shù)據(jù)采用“典型濃度路徑”(Representative Concentration Pathways, RCPs)情景,包括RCP 2.6(人為溫室氣體低排放情景)、RCP 4.5(中排放情景)、RCP 6.0(中高排放情景)以及RCP 8.5(高排放情景)四種情景[20—21]。其中,RCP 4.5是一種穩(wěn)定情景,該情景下政府采取氣候變化相關(guān)政策進(jìn)行干預(yù),全球人口總數(shù)達(dá)90億后將減少,經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長,并適當(dāng)重視生態(tài)保護(hù)；RCP 8.5是無氣候變化政策干預(yù)時的情景,該情景下全球人口與城市需求將不斷增長,社會更多地關(guān)注發(fā)展而不是生態(tài)保護(hù)[21—22]。本研究選取RCP 4.5和RCP 8.5情景進(jìn)行模擬對比,以體現(xiàn)未來發(fā)展模式的差異。

面向廣東省生物多樣性保育目標(biāo),關(guān)注生境維持服務(wù)；面向廣東省水資源安全目標(biāo),關(guān)注水源涵養(yǎng)和水質(zhì)凈化服務(wù)；面向廣東省自然災(zāi)害防范目標(biāo),關(guān)注土壤保持、洪水緩解和熱帶氣旋緩解服務(wù)。本研究分別評估了廣東省2018、2035年RCP 4.5和RCP 8.5兩種情景下的六種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),其中2035年采用土地利用與氣候模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行評估。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法如表1所示。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估方法

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)評估

本研究采用“單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)-面向生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)-綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)”的遞進(jìn)框架對廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行情景模擬與評估。首先,將2035年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模擬結(jié)果與2018年初始狀態(tài)相比較,分別計(jì)算RCP 4.5和RCP 8.5情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化量與變化率：

ΔESi=ESi2-ESi1

(1)

(2)

式中,ESi1為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的初始值,即2018年;ESi2為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的模擬值,即2035年;ΔESi為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化量;RCi為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化率。根據(jù)變化率,每種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)生退化的風(fēng)險(xiǎn)分為5個等級[15]：高(RCi≤-20%)、較高(-20%20%),退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)(RL)分別設(shè)為5、4、3、2、1。

其次,綜合考慮RCP 4.5和RCP 8.5兩種情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級,將同一種服n務(wù)兩種情景下的退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)相加,識別兩種情景下均發(fā)生高度退化的高級風(fēng)險(xiǎn)區(qū),對單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分級：

EWi=RLi1+RLi2

(3)

式中,RLi1為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)第1種情景下(RCP 4.5)的退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù);RLi2為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)第2種情景下(RCP 8.5)的退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù);EWi為第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在兩種情景下的退化風(fēng)險(xiǎn)等級加和,據(jù)此對單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分級：低(EWi=2, 3, 4)、中(EWi=5, 6)、高(EWi=7, 8)、極高(EWi=9, 10),單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)(WL)分別設(shè)為1、2、3、4。

進(jìn)一步,面向生物多樣性保育(生境維持)、水資源安全(水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化)與自然災(zāi)害防范(土壤保持、洪水緩解、熱帶氣旋緩解)生態(tài)保護(hù)目標(biāo)評估廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)。將同一生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下的多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)相加,對面向某一生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級：

ERj=∑WLi

(4)

式中,WLi為同一目標(biāo)下第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù);ERj為面向第j種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)總和。據(jù)此進(jìn)行每種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)分級：低、中、高、極高,風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)(EL)分別設(shè)為1、2、3、4。

最后,綜合考慮生物多樣性保育、水資源安全與自然災(zāi)害防范,將多目標(biāo)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)相加,評估面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)：

IER=∑ELj

(5)

式中,ELj為第j種生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù);IER為多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級數(shù)總和,據(jù)此進(jìn)行綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)分級：低(IER=3)、中(IER=4, 5, 6)、高(IER=7, 8, 9)、極高(IER=10, 11, 12)。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時空演變

2018—2035年廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局基本穩(wěn)定,每種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間異質(zhì)性明顯,2035年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相比2018年有所退化(圖3)。具體而言,生境維持服務(wù)高值位于粵北山區(qū)林地,眾多林地適宜生物棲息,低值位于珠三角、汕頭市、茂名市。其中,RCP 4.5情景下生境維持服務(wù)平均值為0.723,RCP 8.5情景下平均值為0.717,相比于2018年的0.78均發(fā)生明顯退化。水源涵養(yǎng)服務(wù)高值位于清遠(yuǎn)市、茂名市、湛江市及揭陽市山區(qū),植被冠層、落葉以及根系對降水有良好攔蓄作用,低值位于珠三角城市群建設(shè)用地,水源涵養(yǎng)能力弱。RCP 4.5情景下水源涵養(yǎng)服務(wù)平均值較RCP 8.5情景高,分別為49.64mm和46.88mm,但相比于2018年的71.57mm均顯著退化。水質(zhì)凈化服務(wù)高值位于梅州市、清遠(yuǎn)市、河源市的林地,低值位于佛山市、中山市及茂名市,水質(zhì)凈化能力弱。土壤保持服務(wù)高值位于粵北山區(qū)以及珠三角東西兩翼沿海,低值位于珠三角以及雷州半島。洪水緩解與熱帶氣旋緩解服務(wù)高值位于粵北山地地區(qū),該區(qū)域植被覆蓋度較高,洪水緩解與熱帶氣旋緩解能力較強(qiáng)；低值位于珠三角城市群,特別是佛山市和深圳市,該區(qū)人類活動強(qiáng),不透水表面覆蓋度高,導(dǎo)致災(zāi)害緩解能力較弱。

圖3 2018—2035年廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecosystem services in Guangdong Province from 2018 to 2035

3.2 單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)

將2035年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模擬結(jié)果(RCP 4.5、RCP 8.5情景)與2018年初始狀態(tài)相比較,廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)如圖4所示。生境維持服務(wù)高度退化區(qū)位于珠三角沿岸、茂名市、湛江市、揭陽市以及汕頭市；與RCP 4.5相比,RCP 8.5情景下生境維持服務(wù)高度退化區(qū)發(fā)生擴(kuò)張,主要發(fā)生在茂名市、江門市以及揭陽市,高度退化流域由228增加為253個。水源涵養(yǎng)服務(wù)高度退化區(qū)位于深圳市、江門市、陽江市和茂名市；RCP 4.5至RCP 8.5情景,水源涵養(yǎng)服務(wù)高度退化區(qū)擴(kuò)張主要發(fā)生在珠三角沿岸與粵西沿岸,高度退化流域由182增加為259個。水質(zhì)凈化服務(wù)高度退化區(qū)位于湛江市、江門市、茂名市和揭陽市；RCP 4.5至RCP 8.5情景,水質(zhì)凈化服務(wù)高度退化流域由242增加為277個。土壤保持服務(wù)高度退化區(qū)位于陽江市、江門市、中山市和珠海市,從RCP 4.5到RCP 8.5情景,高度退化區(qū)主要以陽江市、江門市和珠海市為中心擴(kuò)張,高度退化流域由132增加為278個。洪水緩解服務(wù)高度退化區(qū)位于湛江市、茂名市、佛山市以及揭陽市,從RCP 4.5到RCP 8.5情景,高度退化區(qū)主要以湛江市、茂名市和揭陽市為中心擴(kuò)張,高度退化流域由272增加為284個。熱帶氣旋緩解服務(wù)高度退化區(qū)位于深圳市、廣州市、佛山市、潮州市以及汕頭市,從RCP 4.5到RCP 8.5情景,高度退化區(qū)以珠三角和揭陽市為中心擴(kuò)張、高度集中,高度退化流域由240增加為254個。

圖4 2018—2035年廣東省不同情景生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)Fig.4 Ecosystem services degradation risk in Guangdong Province from 2018 to 2035 under the scenarios of RCP 4.5 and RCP 8.5

3.3 綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)

綜合考慮RCP 4.5與RCP 8.5兩種情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化程度,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級：極高、高、中與低(圖5)。具體而言,生境維持服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于珠三角沿岸城市群以及粵西和粵東區(qū)域的湛江市、茂名市和揭陽市。水源涵養(yǎng)服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于粵西沿岸的茂名市、陽江市和江門市。水質(zhì)凈化服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于粵西、粵東與粵北的東部,以湛江市、茂名市為主。土壤保持服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于珠三角沿海地區(qū)。洪水緩解服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于粵西沿岸與粵東沿岸的茂名市、湛江市、揭陽市以及汕頭市。熱帶氣旋緩解服務(wù)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于中山市、佛山市、東莞市、揭陽市與汕頭市。

圖5 2018—2035年廣東省單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)Fig.5 Ecosystem services degradation risk in Guangdong Province from 2018 to 2035

面向生物多樣性保育(生境維持)、水資源安全(水源涵養(yǎng)、水質(zhì)凈化)以及自然災(zāi)害防范(土壤保持、洪水緩解、熱帶氣旋緩解)多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估(圖6)。研究結(jié)果表明,面向生物多樣性保育目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)同生境維持服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)；面向水資源安全目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于珠三角的深圳市、中山市和江門市,以及粵西與粵東地區(qū)的茂名市、揭陽市和江門市,土地利用以耕地與建設(shè)用地為主,難以有效截留降水,耕地由于過度施肥等人類活動易受到污染,在土地利用變化與氣候變化影響下面臨更大的水資源安全風(fēng)險(xiǎn)；面向自然災(zāi)害防范目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于珠三角的深圳市與江門市、粵西與粵東地區(qū)的茂名市、湛江市和揭陽市,不透水面占比高,下滲能力弱,面臨更高的沿海災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。對多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合,可以發(fā)現(xiàn)極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布茂名市、江門市、深圳市與揭陽市,是廣東省生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防范的關(guān)鍵區(qū)域。

圖6 2018—2035年廣東省面向生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)Fig.6 Ecosystem service degradation risk for ecological conservation objectives in Guangdong Province from 2018 to 2035

4 討論

4.1 多情景生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡源于生物物理系統(tǒng)與自然生態(tài)資源的約束,即增加一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可能導(dǎo)致其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的減少[32—33]。為了更清晰地表征不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系,本研究將2018年與2035年RCP 4.5、RCP 8.5兩種情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平均值進(jìn)行z-score標(biāo)準(zhǔn)化[34]后繪制權(quán)衡關(guān)系玫瑰圖(圖7),明晰區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡特征。

2018年廣東省生境維持服務(wù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)和洪水緩解服務(wù)水平高,整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平較高,權(quán)衡關(guān)系較弱。2035年RCP 4.5情景下,熱帶氣旋緩解服務(wù)與水質(zhì)凈化服務(wù)水平有較大提升,生境維持服務(wù)、水源涵養(yǎng)服務(wù)和洪水緩解服務(wù)水平顯著下降,土壤保持服務(wù)變化不大,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的矛盾趨向嚴(yán)峻,權(quán)衡關(guān)系加強(qiáng)。2035年RCP 8.5情景下,廣東省整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平顯著下降,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間權(quán)衡關(guān)系較弱,呈協(xié)同下降趨勢?？傮w而言,2018年六種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平最為均衡,生物多樣性保育、水資源安全與自然災(zāi)害防范目標(biāo)得到保障；2035年,RCP 4.5相比于RCP 8.5情景提供了更高水平生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),RCP 8.5意味著未來更高強(qiáng)度的發(fā)展,社會經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展的同時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)顯著退化。為實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的共贏,推動廣東省實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)最小化以及人類福祉最大化,應(yīng)在科學(xué)開展風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)上對未來發(fā)展進(jìn)行合理規(guī)劃、加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防范。

圖7 廣東省不同情景生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡Fig.7 Ecosystem services trade-offs under different scenarios in Guangdong Province

4.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對

基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果,本研究梳理了廣東省存在的主要生態(tài)問題。首先,城市發(fā)展與生物多樣性保育存在矛盾。生物多樣性保育高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在珠三角城市群,沿海城市發(fā)展區(qū)人口密度與城鎮(zhèn)開發(fā)建設(shè)強(qiáng)度高,未來發(fā)展情景下城市擴(kuò)張強(qiáng)度大,且近岸海域生境質(zhì)量易受到圍填海工程、環(huán)境污染等影響,生境維持服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)高[5]。其次,粵西水資源安全存在較高風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)域多屬山地暴流性小河,受未來氣候變化影響較大,因水土流失嚴(yán)重水源涵養(yǎng)能力退化明顯,建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與生態(tài)用地減少也使得水質(zhì)凈化能力下降[35]。同時,珠三角以及粵東、粵西沿海地區(qū)的災(zāi)害緩解能力風(fēng)險(xiǎn)高。隨未來城市化進(jìn)程和氣候變化加劇,沿海區(qū)域水土流失區(qū)域有增大趨勢,土壤保持能力可能持續(xù)退化。并且,隨著河流淤泥沉積,洪水緩解能力也將受到影響。植被覆蓋度的下降也將導(dǎo)致應(yīng)對熱帶氣旋等沿海災(zāi)害的能力減弱[36]。

因此,廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略包括：(1)面向生物多樣性保育目標(biāo),應(yīng)重視城市生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù),加強(qiáng)綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提升城市群森林綠地體系建設(shè)的連通性和協(xié)同性,為生物提供棲息地與遷徙廊道；(2)面向水資源安全目標(biāo),應(yīng)加強(qiáng)對重要水體的保護(hù),將高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域目前的高質(zhì)量生態(tài)用地、水源地及水源涵養(yǎng)區(qū)等納入嚴(yán)格保護(hù)范圍；(3)面向自然災(zāi)害防范目標(biāo),應(yīng)加強(qiáng)沿海紅樹林等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)防護(hù)林的保護(hù)及恢復(fù),提升自然災(zāi)害適應(yīng)力；(4)基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行分級管控與應(yīng)對,因地制宜開展面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程,切實(shí)提高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對能力；(5)積極采取氣候變化相關(guān)干預(yù)政策,優(yōu)選低資源消耗低生態(tài)影響的綠色可持續(xù)發(fā)展路徑。

5 結(jié)論

本研究以廣東省為例,提出面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)情景模擬框架,對廣東省不同發(fā)展情景下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬。研究結(jié)果顯示,2018—2035年廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間格局基本穩(wěn)定,各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間異質(zhì)性明顯,2035年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相比2018年有所退化。對多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行情景模擬,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布在珠三角城市群以及粵西、粵東沿海地區(qū),尤其是茂名市、江門市、深圳市與揭陽市,是廣東省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的關(guān)鍵區(qū)域。面向多重生態(tài)保護(hù)目標(biāo),廣東省需要因地制宜優(yōu)選生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略。