采用“功能当量”相对评估模型对滨海新区生态系统服务功能的供给量进行评估,并从供给与需求的角度出发,建立人类需求服务功能指标体系,以各生态系统类型所提供的“功能当量”为桥梁,重点研究人类需求服务功能的量化和方法,进而对天津市滨海新区生态系统服务功能进行供需量化分析,得出以下主要结论:滨海新区人均需求功能当量为0.43,人口总需求当量达10.7×105,以及生态缺口现状为2.4×105;针对目前新区生态系统功能呈现出供给小于需求的现状,从合理控制人口数量、增加生态系统面积、提高生态系统服务质量三方面提出指导性建议。
The "functional equivalent" relative evaluation model is used to assess the supply of ecosystem services of Binhai New Area in this paper. From the perspective of the supply and demand of ecosystem services function, we established the index system of human needs service functions. Focusing on human needs service functions quantification and method, we have quantitatively analyzed the supply and demand of the Binhai New Area‘s ecosystem service function. The results are as follows. The per capita demand function equivalent was 0.43 in Binhai New Area and the ecological gap was 2.4×105. The Binhai New Area ecosystem services supply was less than demand. Some suggestions are given from three aspects, including reasonably controlling population, increasing ecosystem area, and improving the service quality of ecosystem services.
全 文 :第 32 卷 第 3 期 生 态 科 学 32(3): 379-385
2013 年 5 月 Ecological Science May. 2013
收稿日期:2012-11-19 收稿,2013-01-10 接受
基金项目:天津市自然科学基金重点项目(11JCZDJC24500);教育部新世纪人才计划(NCET-10-0954); 高等学校博士学科点专项科研课题
(20110031120022);
作者简介:王文美(1983—),男,本科,工程师,主要研究方向为环境生态、环境规划、碳排放核算、低碳政策制度研究。
*通讯作者:吴璇(1987—),女,硕士,助工,E-mail:wuxuan@tianjinditan.org
王文美,吴璇,李洪远. 滨海新区生态系统服务功能供需量化研究[J]. 生态科学, 2013, 32(3): 379-385.
WANG Wen-mei, WU Xuan, LI Hong-yuan. Quantitative research on the supply and demand of ecosystem service function of Tianjin
Binhai New Area. [J]. Ecological Science, 2013, 32(3): 379-385.
滨海新区生态系统服务功能供需量化研究
王文美 1,2,吴璇1,2*,李洪远 3
1.天津市环境保护科学研究院,天津 300191;
2.天津市低碳发展研究中心,天津 300191;
3.南开大学环境科学与工程学院,天津 300071
【摘要】采用“功能当量”相对评估模型对滨海新区生态系统服务功能的供给量进行评估,并从供给与需求的角度出发,建立
人类需求服务功能指标体系,以各生态系统类型所提供的“功能当量”为桥梁,重点研究人类需求服务功能的量化和方法,进
而对天津市滨海新区生态系统服务功能进行供需量化分析,得出以下主要结论:滨海新区人均需求功能当量为 0.43,人口总需
求当量达 10.7×105,以及生态缺口现状为 2.4×105;针对目前新区生态系统功能呈现出供给小于需求的现状,从合理控制人口
数量、增加生态系统面积、提高生态系统服务质量三方面提出指导性建议。
关键词:生态系统服务功能;功能当量;供给;需求
Doi:10.3969/j.issn.1008-8873.2013.03.020 中图分类号:S718.56 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2013)03-379-07
Quantitative research on the supply and demand of ecosystem service function of
Tianjin Binhai New Area.
WANG Wen-mei1,2,WU Xuan1,2*, LI Hong-yuan3
1.Tianjin Academy of Environmental Science, Tianjin 300191, China
2. Low-Carbon Development Research Center of Tianjin, Tianjin 300191, China
3. The College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China
Abstract: The “functional equivalent” relative evaluation model is used to assess the supply of ecosystem services of Binhai New Area
in this paper. From the perspective of the supply and demand of ecosystem services function, we established the index system of human
needs service functions. Focusing on human needs service functions quantification and method, we have quantitatively analyzed the
supply and demand of the Binhai New Area’s ecosystem service function. The results are as follows. The per capita demand function
equivalent was 0.43 in Binhai New Area and the ecological gap was 2.4×105. The Binhai New Area ecosystem services supply was less
than demand. Some suggestions are given from three aspects, including reasonably controlling population, increasing ecosystem area,
and improving the service quality of ecosystem services.
Key words: ecosystem service function; functional equivalent; supply; demand
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷
380
1 引言(Introduction)
人与生态系统是一个互惠互利、相互依存的有机
整体,而社会经济的快速发展导致人们过度索取自然
资源,极大地削弱了生态系统提供服务功能的能力。
联合国千年评估报告指出[1],由于人类需求量不断增
加,全球生态系统服务功能已经供不应求。因此,对
于有限的自然资源,我们不仅要准确计算出生态系统
能够提供多少服务,更需要明确人们维持正常生产和
生活需要多少生态服务。
目前,国内外众多学者对生态系统服务的研究仅
局限于生态系统的供给方面,评估方法运用比较成熟
的是 Costanza1997 年创建的价值评估[2],计算了全球
生态系统服务功能价值,引起国内外学者广泛关注,
之后我国学者谢高地等人在此基础上结合中国社会、
经济和环境现状得出“中国生态系统单位面积生态系
统服务价值当量表”[3],开始对各个尺度和不同类型
的生态系统服务功能评估理论与方法上的积极探索
[4]。而如何从人类需求的角度来考虑自然生态系统所
提供的服务功能能否满足人类的需求,涉及该方面的
研究极少,且大多属于理论方面的定性分析与探讨,
没有落实到定量计算。Benjamin Burkhard 等对德国
东部的两个城市进行了能源的供需平衡分析[5],张
彪、谢高地等以人类需求为探讨目标,结合生态功能
属性的不同,建立了基于人类需求的生态系统服务分
类体系[6,7],钟茂初将人类需求从物质、人文和生态
三个层面对可持续发展做了新的阐释[8]。分析存在该
问题的主要原因有以下两方面:一、生态系服务功能
的提供者是自然生态系统,如森林、草地、湿地等类
型,但随着社会城镇化速度加快,人类大部分居住在
城市中,而城市生态系统中的人工系统大量增加,造
成与自然生态系统的类型不对等,使得人类的需求不
能明确的与自然生态系统所提供的服务功能很好得
对应起来;二、对于人类需求的自然生态系统服务功
能的大小目前还没有有效的办法来衡量。因此,如何
寻求一个桥梁将人类所需的生态系统服务功能与自
然生态系统的供应有效地链接起来,意义十分重大。
“功能当量”相对评估模型是以物质量法和价值
量法为基础的相对评估方法,定义为“以提供生态系
统服务功能较为明确的耕地为基准,将单位面积(1
hm2)耕地生态系统所提供的各项服务功能之和定义
为 1 功能当量”[9]。此模型通过相对量化过程即可以
克服价值量的不准确又统一了物质量评价结果的量
纲。因此,本文采用“功能当量”相对评估模型[9]
对滨海新区 2009 年生态系统服务功能进行供给评
估,并以“功能当量”为桥梁,试图从人类需求的角
度定量分析生态系统服务功能供需平衡。
滨海新区自纳入全国总体发展战略布局后进入
快速发展阶段,2011 年新区生产总值达到 6206.9 亿
元,比上年增长 23.8%,为追求经济快速发展导致人
类对新区生态环境干扰不断加大,但该区域本身生态
基础相对薄弱,植被覆盖率偏低,已呈现由人为污染
造成的湿地和水体生态系统退化现象。因此,科学合
理的评估滨海新区生态系统服务供给和人类需求,为
区域生态建设规划和实现可持续发展目标提供合理
依据。
2 研究区概况与研究方法(Research areas and
methods)
2.1 研究区概况
滨海新区位于北纬 38°40′至 39°00′,东经 117°20′
至 118°00′,天津中心城区的东侧,拥有 2 270 km2 的
陆域面积。主要地貌类型有滨海平原、泻湖和滩涂,
且属于暖温带半湿润大陆性季风气候;土壤含盐量较
高,主要土壤类型是盐化湿潮土;区内湿地类型多样
化程度较高,河流纵横交错;本区作物绝大部分为两
年三年熟耕作制,粮食以小麦、玉米为主,东南部则
多水稻、高粱、棉花等;能够提供服务功能的林地分
布很少;草地零星分布在湿地周边。
滨海新区以其独特的地理优势拥有北方最大的
综合性贸易港口;经济高度开放,聚集了大型工业基
地、海洋高科技开发区、保税区、港口、开发区;滨
海新区常住人口为 248.21 万人,人口结构良好,属
于成年型社会结构,人口素质相对较高,具有丰富的
人才和劳动力资源。
2.2 数据来源
本文以 2009 年 9 月滨海新区 SPOT 遥感影像数
据、统计年鉴、其他社会经济数据和相关研究成果为
主要信息源,对滨海新区土地类型的划分以 2009 年
行政区划、植被图和实地勘察结果为辅助数据,采用
ENVI4.7 和 ArcGIS9.3 软件,通过波段融合、几何校
正等技术手段进行处理,将研究区提供服务功能的主
要土地类型归纳为林地、草地、耕地、湿地、水体、
3 期 王文美,等. 滨海新区生态系统服务功能供需量化研究
381
裸地六种(图 1),其中,对建设用地的生态系统服
务功能取值为零。
图 1 天津滨海新区土地利用分类
Fig. 1 Land use classification of Tianjin Binhai New Area
2.3 研究方法
2.3.1 生态系统服务功能供给量化评估
“功能当量”作为衡量生态系统服务功能大小的
无量纲单位,能够在空间上横向对比各类生态系统类
型所提供服务功能的多少,摒弃外界干扰因素的影响
及随时间变化的敏感性,只要区域发展模式稳定,即
各类生态系统提供服务大小的比例不发生明显变化,
那么其中一年的评估结果可代表较长时间内的情况。
此模型评估过程共分为量化过程和确
定权重两部分。
首先,对各生态系统类型的每种服务功能进行量
化。针对不同的生态系统服务功能类型采用不同的量
化方法,但必须保证不同生态系统类型所提供同一种
服务功能具有相同量纲,为保证贴近研究区实际状
况,以物质量法为主方法进行量化;相对化过程:以
耕地生态系统提供的各项服务功能为单位 1,将其他
生态系统服务功能相对耕地提供该功能值转换为相
对值,得到评估集合 A={aij}。
其次,由于每种生态系统类型提供每种服务功能
的效用不同,需要对各类生态系统类型的服务功能进
行专家打分确定其权重,权重集B={bij}(1≤i≤9,1≤j≤6),
有:
b1j+ b2j+b3j+b4j+b5j+b6j=1。
通过以下评估模型对其他 5 类生态系统服务功
能进行相对评估。
∑
=
×= n
i
ijiji bae
1
式中:ei 为第 i 种土地类型的功能当量;aij 为第
i 种土地类型第 j 种生态服务功能的相对转换值;bij
为第 i 种土地类型的第 j 种生态服务功能的权重。
2.3.2 生态系统服务功能需求量化评估
对生态系统服务功能需求的量化首先要明确人
类所需的生态系统服务类型,即构建人类需求指标体
系,参考生态城市、国内外较大城市建设标准,设定
各指标标准值或能够达标的程度值,将需求指标最大
程度定量化,但由于各指标量值单位不统一,且与各
生态系统服务功能的提供值不相对应,因此,考虑将
各需求指标标准值转换为能够提供该服务功能的生
态系统面积值,最终实现需求与供应相对接。方法流
程图如 2。
图 2 生态系统服务功能需求量流程图
Fig. 2 Ecosystem service quantity demand flowchart
2.3.3 生态系统服务功能需求指标体系
国内外对生态系统服务功能的分类有多种方法,
但都是基于生态系统供给层面的生态属性分类,尽管
生态系统能够提供多种多样的服务功能,但人类对所
需求的服务功能具有选择性,张彪等从人类需求的角
度出发建立了人类需求的生态系统服务分类体系,该
体系虽比较系统全面,但量化的可操作性较差,仅从
理论层面讨论了人类的需求服务[7]。本文参照前人研
究成果,从可量化的角度出发,分物质文化、生态安
全和环境质量三个层次,适当选取人类需求指标构建
需求指标体系。体系构成示意见图 3。
2.3.4 确定需求指标建议标准值
天津以建设生态城市、低碳城市等为目标,参考
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷
382
国际、国家和生态城市建设相关标准,设定滨海新区
人口需求指标建议标准值,并根据《2011 滨海新区
统计年鉴》及相关文献研究成果得出人口需求现状
值,见表 1。通过标准值与现状值的对比发现,仅水
土保持率、综合物种指数和空气质量达标,其余各指
标均没有达到标准值[10]。
3 评估结果与分析 (Evaluation results and analysis)
3.1 生态系统服务功能供给评估结果
由于本文重点以人类服务功能需求的量化和方
法为研究对象,因此对滨海新区服务功能的供给量采
纳滨海新区 2009 年的评估结果[9]。如图 4 所示,湿地
图 3 基于人类需求的服务功能指标体系
Fig. 3 The index system based on the service functions of the
human needs
表 1 生态系统服务功能需求指标标准值
Table 1 Standard value of ecosystem service demand indicators
需求类型
Demand types
需求指标/年
Demand indicators/a
现状值
Present value
标准值
Standard value
标准值来源
Source of standard value
人均粮食需求量(kg)Per capita food demand 126.64 600 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
人均蔬果需求量(kg)Per capita fruits and
vegetables
256.90 270 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
物质文化
Material culture
人均风景名胜用地(hm2)Per capita scenic area 0.014 0.034
参考生态城市指标与现状标准 Reference
eco-city index with the current status of
standards
人均生活用水(m3)Per capita domestic water 47.18 73 国际标准 International standard
人均生产用水(m3)Per capita production water 56.12 73.81 参考香港、广州等城市标准 Referencing
Hong Kong and Guangzhou
人均生态用水(m3)Per capita ecological water 3.83 5.1 参 考 国 际 先 进 城 市 值 Referencing
sophisticated international city
水土保持率(%)Soil and water conservation
rate
97.67 95 国际标准 International standard
生态安全
Ecological security
综合物种指数 Species index 28.02 5 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
环境舒适度指数 Environmental comfort index —— 85 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
水功能区水质达标率(%)Quality compliance
rate of urban water function area
78.5 100 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
城市空气质量(d)Urban air quality 307 280 生态城市建设标准 Eco-city construction
standards
环境质量
Environmental
quality
建成区人均公共绿地面积(m2)Per capita
public green area in city
6.26 30 国内城市最大值 Domestic urban maximum
3 期 王文美,等. 滨海新区生态系统服务功能供需量化研究
383
表 2 天津市生态系统服务功能当量面积需求表
Table 3 Equivalent area requirements of Tianjin ecosystem services function
需求指标
Demand indicators
对应的生态系统类型
Corresponding ecosystem
types
生态系统所需面积
(hm2/a)
Ecosystem demand area
当量系数(/hm2)
Equivalency factors
人均需求功能当
量 Per capita
demand of
equivalent function
人均粮食、蔬果需求量 Per capita demand of food,
fruits and vegetables
耕地 Farmland 0.15 1.00 0.15
人均风景名胜面积 Per capita scenic area 湿地与林地 Wetland and
forest
0.034 6.56 0.22
人均日常需水量 Per capita demand of water 水体 Water 0.0096 5.66 0.05
水土保持率、综合物种指数、环境舒适度指数、城
市水功能区水质达标率、城市空气质量、建成区人
均公共绿地面积 Soil and water conservation rate,
Species index, Environmental comfort index, Quality
compliance rate of urban water function area, Urban
air quality, Per capita public green area in city
林地与草地
Forest and grassland
0.003 3.92 0.01
人均需求功能当量 Per capita demand of equivalent
function
—— —— —— 0.43
作为滨海新区分布面积最广,服务质量最高,因此其
服务功能效用也最大,由各类生态系统实际占用面积
和单位功能当量,得出总服务功能当量为 8.3×105。
图 4 单位面积生态系统服务功能当量
Fig. 4 Equivalent function per unit area of ecosystem services
3.2 生态系统服务功能需求评估结果
人均粮食需求量、人均蔬果需求量均可由滨海新
区平均粮食生产量(4 077 kg/ hm2)和平均蔬果生产
量(蔬菜 43 512.47 kg/hm2、水果 8 718.79 kg/hm2)[11]
推算出人均所需耕地面积为 0.15 hm2/a;滨海新区风
景名胜主要有北大港湿地自然保护区、官港森林公园
和七里海湿地等,对应的生态系统类型为湿地与林
地,共需 0.034 hm2。
日常需水量包括生活需水量、生产需水量、生态
需水量[11],根据天津供水水库的平均水深 3.5 m,人
均日常需水量由 0.0096 hm2/a 的水体提供;水土保持
率、城市空气质量和综合物种指数都已达标[12,13]。
根据相关研究成果,通常人体感觉最舒适的小气
候条件为气温 24 ℃,相对湿度在 40%~70%,风速
2 m/s 左右[14],要达到环境舒适度的标准值,则天津
绿地面积应达到 6 028.75 km2,人均需求 5.1 m2;人
均绿地面积参照相关标准和案例取 0.003 hm2/人,对
应到滨海新区的生态系统类型为草地和林地;水功能
水质达标率作为一个参照指标,无法进行量化,其所
需生态系统面积合并到其他指标中。由于绿地和林地
生态系统的功能重复性,环境舒适度指数、人均绿地
面积和水功能达标率取其最大值 30 m2/a,功能当量
取单位面积林地和草地的平均值。通过折合成相应的
土地类型面积,根据各生态系统类型单位面积服务功
能的当量系数,计算出人均生态系统服务功能的需求
总量为 0.43。详细结果见表 2。新区平均粮食生产量
(4 077 kg/hm2)和平均蔬果生产量(蔬菜 43 512.47
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷
384
kg/hm2、水果 8 718.79 kg/hm2)[11]推算出人均所需耕
地面积为 0.15 hm2/a;滨海新区风景名胜主要有北大
港湿地自然保护区、官港森林公园和七里海湿地等,
对应的生态系统类型为湿地与林地,共需 0.034 hm2。
3.3 生态系统服务功能供需平衡分析
本文基于“功能当量”相对评估模型对滨海新区
生态系统服务功能进行相对评估,得出滨海新区林
地、草地、湿地等六种生态系统类型所提供的服务功
能当量,总和为 8.3×105;并从人类需求的角度出发,
通过选取适当需求指标及标准值对人类所需求的生
态系统服务功能进行估算,得出人类各项需求指标达
到标准值时的人均需求功能当量为 0.43。
根据滨海新区统计局公布的第六次人口普查显
示,滨海新区常住人口为 248.21 万人,按照建设生
态城市的标准,则对生态系统服务功能的需求总量为
10.7×105,生态缺口为 2.4×105,明显大于生态系统服
务功能的供给量,难以有效支撑滨海新区可持续发展
的战略需求。
4 讨论(Discussion)
“功能当量”评估模型本身属于相对评估,能够
摒弃诸多绝对评估不可避免的缺陷和误差,如不能反
应生态系统的真实价值,易受外界主观和客观因素的
影响,时间敏感性和不确定性大等,由于本文主要以
研究生态系统服务功能的供需方法为主,因此,在供
给部分的评估结果直接采用 2009 年的相关成果,并
以 2009 年人口资源数据为基础讨论需求部分。
考虑到供给部分的量化结果最终落到单位面积
生态系统能够提供多少功能当量,因此,人类需求方
面的评估也需回归到相应生态系统类型的面积上。人
类需求的指标体系的确定,物质文化、生态安全、环
境质量三个层面的指标衡量单位都不同,从不同单
位、不同类型的指标体系转化为相同量纲的量化过程
属于本文的难点和重点。因此,本文通过设定不同指
标的标准值,在参考大量文献成果的基础上,采用定
性和定量两种方法综合评估各需求指标,最终回归到
以能够提供“功能当量”的生态系统类型面积上,从
而与供给部分相对接。
以“功能当量”为桥梁,从定量的层面将生态系
统服务的供给与需求统一对接,分析滨海新区生态系
统的供需量化平衡,但在方法的建立和数据搜集过程
中还存在一些问题需进一步研究和解决。一方面,人
类对生态系统服务需求本身存在差异和不确定性,指
标体系的全面性和数据的可支持性还需进一步完善
和考究;另一方面,本文的重点及难点所在即采用生
态系统九种服务功能与人类需求的十二类指标进行
量化对接,虽然从定量的角度明确了生态系统服务功
能供需缺口,在方法思路上还属探索阶段,需进一步
验证和研究。
5 结论 (Conclusions)
本文在前人研究基础上,采用“功能当量”相对评
估模型对 2009 年滨海新区生态系统服务功能供给评
估结果,并以此为桥梁,从人类需求的角度出发,结
合实地调查和资料查阅结果,研究人类需求服务功能
的量化和方法,并定量分析滨海新区生态系统服务功
能的供需平衡,得出滨海新区人均需求功能当量为
0.43,人口总需求量 10.7×105,存在 2.4×105 生态缺
口的主要结论。
针对滨海新区生态系统服务功能的制约因素和
供小于需的现状,在资源现状调查的基础上分析产生
该结论的原因和问题所在。滨海新区土壤条件差,植
物生长环境差,导致整体区域生态系统服务功能不
高;林地和草地面积所占比例小,分布零散,没有成
片的区域;水面多,河道、水体污染严重,生态服务
功能质量低,发挥不好;建成区重复建设,轻绿化,
绿地面积小;人口众多,外来人口比例大,人口增长
速度快。
由于以上问题的存在,造成滨海新区整体生态环
境服务性差,满足不了日益增长的人类需求的现状,
因此,根据本文对评估结果的分析,可以采取以下对
策措施。
第一,合理控制人口数量。滨海新区现有常住人
口为 248.21 万人,如果要达到生态系统服务功能供
需平衡,则理论最大人口数量不应超过 193 万人。因
此,需要合理控制人口数量,降低人口密度,减少对
有限资源的过度透支。
第二,适当增加提供服务功能的土地类型面积。
增加能够提供生态系统服务功能的土地类型面积是最
直接而快速的方法:新区现状林地和草地的面积明显
偏少,可通过大量增加林草地面积来实现生态补偿;
湿地作为新区主要生态系统类型,虽面积最大,但一
直逐年减少且质量不高,也可适当增加湿地面积,通
3 期 王文美,等. 滨海新区生态系统服务功能供需量化研究
385
过不同的生态系统类型配置模式,提高服务面积。
第三,提高生态系统服务质量。要在有限的面积
上创造更多的服务需要通过提高和恢复生态系统的
健康状况,除自然恢复外,人工干扰可加快生态恢复
进程,可以从以下几方面进行:改善土壤环境,实施
植被恢复工程;重点治理水污染状况,建立区域水环
境系统规划;增加建成区绿地面积,完善城市绿地系
统等。
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