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京津冀生态系统服务演变规律与驱动因素研究

李素晓  
【摘要】:北京、天津和河北(京津冀)面临着严重的生态退化问题如水资源短缺、水质恶化、水土流失和空气污染,严重制约着该地区的发展。京津冀协同发展要求打破区域界限,建立区域社会-生态复合系统,实现生态与经济的协调发展。基于此,根据我国的发展特征,本文将1990到2015年划分为三个阶段,分析京津冀土地利用/覆被特征与空间格局;在此基础上,运用生态系统服务评估与权衡模型(InVEST)评估京津冀产水量(水源涵养)、营养物质输出(水质净化)、土壤保持和固碳四类生态系统服务;探讨1990-2015年间,生态系统服务在流域区和行政区上的时空分布特征和演变规律,并从自然与社会两方面分析生态系统服务的驱动因素;最后,构建生态-经济动态评价指标体系,探讨二者的关系。主要的研究结果如下:(1)京津冀土地利用/覆被类型为耕地(48.54%)、林地(约占20.21%)、草地(16.36%)、湿地(6.01%)和建设用地(8.45%)。耕地主要分布在区域的东南部,林地和草地分布在北部和西北部,湿地在区域内呈点带状分布,建设用地主要分布在北京、天津北部和河北东南部。1990年到2015年间,林地面积增加了 13,495km2,建设用地面积增加了 5533.6 km2,增加的面积主要来自于其周围的耕地。而下降的草地和湿地面积主要转移为耕地。各类型面积变化多以原有分布为基础,土地利用/覆被空间格局相对稳定。(2)1990-2015年间,京津冀四种生态系统服务总量与空间分布呈现出不同的演变规律。产水总量年际差异大,2010年最高,2000年最低;产水量空间分布从西北向东南方向呈现低-高带状分布格局;高值区平均产水深度在100-200mm,低值区产水深度低于100mm。营养物质(氮和磷)输出量年际变化较小,空间分布格局差异大,呈现高低值集聚分布规律,高值集中在东南部的平原区,低值集中在北部和西北部,高值区平均营养物质输出约是低值区的10倍。土壤保持量年际差异较小,空间分布从西北向东南呈现低-高-低的带状分布格局;最高值分布在从北部至西南的带状山区,低值主要分布在东南部平原流域区。高值区域的多年平均土壤保持量约为低值区域的30倍。固碳量年际差异小,年均空间分布呈现不规则的块状分布,固碳量高值地区平均值约为固碳量低值区域的1.2倍。根据四类生态系统服务空间分布规律,水源涵养区主要位于西北部,包括滦河山区西北部、北三河山区西部、内蒙古高原西部和永定河册田水库至三家店区间流域区以及大清河山区北部;水质净化区主要包括北三河山区及其以北的流域区、南部大清河山区和东部的滦河平原及冀东沿海诸河;土壤保持区主要位于滦河山区、北三河山区、永定河册田水库至三家店区间流域区的大部分、大清河山区和子牙河山区;固碳区主要分部在北京以北流域区、西部山区流域区和渤海湾沿线区域。(3)各生态系统服务受到不同自然和社会影响因素的影响,而自然因子的贡献率高于社会因子。不同土地利用/覆被的生态系统服务产出能力差异显著,直接影响着生态系统服务的总量与空间分布。建设用地产水系数最高(0.52±0.06),植被覆被的耕地、林地和草地产水系数较低,湿地产水系数接近0;耕地营养物质输出系数最高(氮输出=1.48±0.021kg/ha;磷输出=0.4士0.005kg/ha),林地输出最低(氮输出=0.3kg/ha,磷输出=0.05kg/ha);林地土壤保持能力(907±18.79t/ha)最高,其次为草地(563±2.85t/ha)、耕地(99±0.7t/ha)和湿地(57±9.98t/ha);湿地固碳能力最大(217±0.3.15t/ha),其次为林地(125±0.55t/ha)、耕地(93±1.15t/ha)和草地(91±1.12t/ha)。因而,林地、草地和湿地植被类型分布区多为生态系统服务高值地区。(4)1990-2015年,京津冀生态-经济发展弹性系数(EI)从0.028提升至0.293,表明生态的发展与经济增长趋于同步;区域平均经济-生态负荷(ESL)减少了 1.24,表明经济增长的生态压力在减小。然而,由于生态资源禀赋、产业构成和发展水平的不同,北京、天津和河北三个地区的EI和ESL呈现不同的变化特征。1990至2015年间,耕地、草地和湿地面积持续下降,呈现向林地和建设用地转移的趋势,这与该地区的森林保护措施与快速城镇化密切相关。在自然和社会因素综合影响下,四类生态系统服务总量与空间分布呈现不同的特征与变化规律。京津冀生态发展仍落后于经济增长,生态系统承受着经济增长的压力。因此,在京津冀协同发展过程中,应合理规划土地利用/覆被格局,加大生态环境保护力度,提升经济效率,妥善处理生态与社会-经济发展间关系,推动区域的可持续发展。


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