王雪燕,趙麗,蘇孟維

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院, 河北 保定 071000; 2環(huán)渤海土地資源利用野外科學(xué)觀測研究站, 河北 滄州 061000)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種產(chǎn)品與惠益、人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)[1-2]。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的背景下,出現(xiàn)了環(huán)境污染和生態(tài)退化一系列的生態(tài)環(huán)境問題,影響著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給水平,同時隨著人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的日益增加,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需失衡問題更加凸顯[3-5]。黨的二十大指出“走人與自然和諧共生的中國現(xiàn)代化道路”,強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需匹配的重要性。因此,研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的關(guān)系對解決區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題,提升居民福祉,促進(jìn)區(qū)域生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)雙系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究既要關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的自然供給,也要關(guān)注人類從自然中獲得惠益的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求[6-7]。近年來關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究熱點(diǎn)主要是供需的空間量化、機(jī)理和模式、供需平衡和空間匹配[8-14]。目前,關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的研究相對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給研究較少,還處于探索和完善階段[15]。國內(nèi)學(xué)者張平運(yùn)用格網(wǎng)和供需平衡模型對長江經(jīng)濟(jì)帶15年來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需進(jìn)行時空分異研究,并進(jìn)一步分析了供需平衡格局[16];岳文澤通過量化固原市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量和需求量來構(gòu)建供需匹配與協(xié)調(diào)關(guān)系,然后以此為礎(chǔ)對生態(tài)修復(fù)進(jìn)行分區(qū)劃定[17]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與需求的量化方法主要有生態(tài)模型法、價值評估法和專家經(jīng)驗判別法等[18-21]。學(xué)者管青春等利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)矩陣進(jìn)行供需分析,并對縣域的農(nóng)業(yè)生態(tài)管理區(qū)進(jìn)行劃分[22]。由于專家經(jīng)驗判別法的主觀性太強(qiáng),容易因為個人因素導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確,因此應(yīng)用較少。供需平衡研究則多采用生態(tài)供需比、供需協(xié)調(diào)度等方法[23-24]。綜合看來,已有的研究成果還存在以下幾點(diǎn)不足:(1)多對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需進(jìn)行靜態(tài)分析,缺乏對時空動態(tài)特征的關(guān)注;多對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究,缺乏對不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)注。(2)研究尺度以大流域居多,對縣域研究較少且較少考慮當(dāng)?shù)鼐用竦男枨笈c生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的關(guān)系[25-26]。(3)目前對于太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究較為少見。

太行山區(qū)承擔(dān)著重要的生態(tài)服務(wù)功能,它縱跨北京、河北、山西和河南4個省份,為重要地理分界,太行山以西是黃土高原,以東為華北平原。厘清該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系不僅對促進(jìn)太行山區(qū)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要,也對促進(jìn)該區(qū)域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要推動作用。鑒于此,本研究利用InVEST模型和ArcGIS 軟件,在量化保定太行山區(qū)糧食供給、產(chǎn)水、碳固定服務(wù)供需量的基礎(chǔ)上,分析各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的時空格局變化特征,揭示各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需數(shù)量及其空間分布動態(tài)演化規(guī)律,旨在為保護(hù)和修復(fù)保定太行山區(qū)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)與舉措。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

太行山(E 110°14′～114°33′、N 34°34′～40°43′)是中國東部重要山脈和分界線,大部分海拔在1.2 km 以上,共涉及六十多個縣。研究區(qū)為太行山區(qū)河北保定段的8個縣域,分別是阜平縣、淶源縣、曲陽縣、唐縣、順平縣、易縣、淶水縣和滿城區(qū);氣候類型為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,各季節(jié)鮮明,夏季整體氣溫較高、降雨量豐富,冬季的溫度低、雨水相對較少。年平均氣溫為13.4 ℃,平均年降雨量為498.9 mm;研究區(qū)土壤類型豐富,主要為栗褐土、褐土和棕壤,空間異質(zhì)性較高,栗褐土的面積是最大的。植被類型主要為暖溫帶落葉闊葉林,有明顯的垂直地帶分布規(guī)律;研究區(qū)境內(nèi)有易水河、唐河、拒馬河、通天河和界河等多條水系和西大洋、王快等多個水庫,這些河流對于研究區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要作用,其中位于唐縣西南部的西大洋水庫因總庫容較大被稱為河北省的四大水庫之一;研究區(qū)地貌類型呈現(xiàn)多樣化,包括平原、丘陵、山地等,整體地勢由西北到東南方向逐漸降低。截止到2020年底研究區(qū)總?cè)丝跒?46.25萬人,城鎮(zhèn)化率達(dá)36.4%,糧食總產(chǎn)量共9.9×105t,生產(chǎn)總值達(dá)780億元,縣域農(nóng)村年人均可支配收入最高為1.58萬元。

1.2 數(shù)據(jù)來源

(1)土地利用數(shù)據(jù)(分辨率為30 m):京津冀土地利用數(shù)據(jù)(2005、2010、2015、2020年),來源于資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺(https://www.resdc.cn/)。

(2)社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù):河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒、中國縣域統(tǒng)計年鑒、保定市統(tǒng)計年鑒、保定市經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒、河北省水資源公報、中國農(nóng)產(chǎn)品匯編(2005、2010、2015、2020年)。

(3)太陽輻射數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)和NDVI數(shù)據(jù):中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://data.cma.cn)和中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)。

(4)DEM數(shù)據(jù)(分辨率為90 m):來源于地理空間數(shù)據(jù)云(https://www.gscloud.cn)。

2 研究方法

2.1 糧食供給服務(wù)

參考前人的研究結(jié)果,針對每個柵格的糧食供給能力通過計算糧食的總產(chǎn)量NDVI 值和耕地 NDVI 值的關(guān)系來確定,以此來對整個研究區(qū)的糧食供給能力進(jìn)行計算[27];糧食需求量包括食用糧、飼用糧、種子糧、工用糧、損耗等消費(fèi)量。計算公式如下:

Gi=(NDVIi/NDVIt)×Gt

(1)

Dpt=Dpp×pi

(2)

式中:Gi為柵格i的糧食供給量;Gt為糧食總產(chǎn)量;NDVli為柵格i的NDVI值;NDVIt為研究區(qū)耕地的NDVI值之和;Dpt為柵格i的糧食需求量;Dpp為人均糧食需求量(參考保定市人均糧食需求);pi為柵格i的人口密度。

2.2 產(chǎn)水服務(wù)

利用InVEST模型計算水源涵養(yǎng)服務(wù)的產(chǎn)水量,水資源需求量用人均用水量與人口密度相乘得到,計算公式如下:

Di=Dp×pi

(3)

式中:Di為柵格i的水需求量;Dp為人均水需求量,水需求是指對農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活和生態(tài)方面的用水需求。

2.3 碳固定服務(wù)

采用InVEST模型中Carbon Storage and Sequestration模塊計算碳固定服務(wù)的供給量,InVEST模型的優(yōu)勢在于可以精確得到不同土地利用情況下得地上、地下生物炭以及土壤碳和死亡有機(jī)碳的含量,并且數(shù)據(jù)和參數(shù)容易獲取,因此在不同尺度上計算碳儲量方面應(yīng)用較多。本研究以保定市碳排放量作為碳固定服務(wù)需求量的基本依據(jù),再結(jié)合人口密度柵格數(shù)據(jù)得到研究區(qū)碳固定服務(wù)的需求空間分布。具體需求量計算公式如下:

Ci=Cp×pi

(4)

Cp=Ct/p

(5)

式中:Ci為柵格i的碳固定服務(wù)需求量;Cp為人均碳排放量;Ct為保定市碳排放總量;p為保定市常住人口數(shù)。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比

用供需比(R)來分析各個服務(wù)的供需情況,相較于RESD的優(yōu)點(diǎn)是可以量化研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和需求的盈余或赤字程度[23]。當(dāng) R<100% 時,表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供不應(yīng)求;當(dāng) R>100% 時,表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給大于需求。

R=S/D×100%

(6)

3 研究結(jié)果與分析

3.1 保定太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需的時空變化特征

3.1.1 糧食供給服務(wù)的供需時空變化特征 隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大,2005-2020年研究區(qū)耕地面積逐年減少,從3.4×105hm2降至3.2×105hm2,研究區(qū)糧食供給量呈波動上升趨勢,單位面積糧食供給量從311.78 t/hm2升至387.05 t/hm2,增幅高達(dá)24.14%,不同區(qū)域單位面積糧食供給量增幅呈阜平縣>淶源縣>淶水縣>易縣>滿城區(qū)>唐縣>順平縣>曲陽縣的趨勢。隨著人口的增長,2005-2020年研究區(qū)糧食需求量呈持續(xù)上升趨勢,由2005年的1.31×106t增加到2020年的1.49×106t,單位面積糧食需求量從0.29 t/hm2升至0.32 t/hm2,增幅為10.34%。2005-2020年不同區(qū)域單位面積糧食需求量增幅呈滿城區(qū)>曲陽縣>唐縣>淶水縣>順平縣>易縣>淶源縣>阜平縣的趨勢。關(guān)于研究區(qū)糧食供給量和需求量的空間分布規(guī)律見圖1和圖2。

圖2 2005-2020年研究區(qū)糧食需求空間格局

由圖1可知,從空間分布來看,2005-2015年研究區(qū)糧食供給呈現(xiàn)出高值區(qū)由邊緣向內(nèi)部蔓延的分布規(guī)律,2010年和2015年大于360 t/hm2的高供給區(qū)主要分布在阜平縣、淶源縣和易縣,所占面積比分別為17.66%和38.00%;2015-2020年糧食供給空間變化尤為顯著,大于340 t/hm2的供給區(qū)面積高達(dá)65.64%,西北地區(qū)糧食供給能力大于東南地區(qū)。因為西北地區(qū)的土地利用類型多為林地和草地,東南地區(qū)則多為居民點(diǎn)的耕地,就單位柵格的NDVI值來說,西北地區(qū)大于西南地區(qū),再加上每個年份中研究區(qū)總的耕地NDVI值和糧食總產(chǎn)量是固定值,西北地區(qū)糧食供給能力就會大于東南地區(qū)。由圖2可知,2005-2020年,研究區(qū)糧食需求量呈“東南高,西北低”的分布格局,大于0.6 t/hm2的高值區(qū)呈點(diǎn)狀和帶狀分布于遠(yuǎn)離太行山脈的人口密集地區(qū),所占面積隨居民點(diǎn)的擴(kuò)張而增加,面積比例增幅為50.69%;小于0.6 t/hm2的低值區(qū)靠近太行山呈面狀分布,研究區(qū)各個縣均有大面積涉及,由于研究區(qū)地貌類型以山地為主,各縣居民點(diǎn)面積遠(yuǎn)小于各縣總面積,人口密度較小導(dǎo)致糧食需求量較小的區(qū)域所占面積比例較高。2005、2010、2015和2020年所占面積比例分別為89.07%、86.68%、85.33%和83.53%。

3.1.2 產(chǎn)水服務(wù)的供需時空變化特征 2005-2020年研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)的供給量總體呈逐步上升的趨勢,2010-2020年變化較為明顯,單位面積水源供給量從338.06 m3/hm2升至428.55 m3/hm2,增幅為26.77%,到2020年水源供給量超過4 000 m3/hm2的面積達(dá)到76.52%。2005-2020年研究區(qū)單位面積水源需求量總體呈逐步上升趨勢,從36.86 m3/hm2升至70.71 m3/hm2,增幅為91.83%,水源需求量大于120 m3/hm2的區(qū)域占比增加了10.23%。關(guān)于研究區(qū)水源供給量和需求量的空間分布規(guī)律見圖3和圖4。

圖3 2005-2020年研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)供給空間格局

圖4 2005-2020年研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)需求空間格局

由圖3可知,從空間分布上來看,除2015年外研究區(qū)水源供給量總體均呈“西北高東南低”的分布格局。2010-2015年唐縣和順平縣的水源供給量明顯增加,增幅為23%和36%,2015年這2個縣的年降雨量較高,分別達(dá)到了524.9 mm和552.8 mm。淶源縣供給量稍有下降;2015-2020年水資源供給空間變化明顯,大于4 000 m3/hm2的高值區(qū)占比增加了52.84%,主要分布在易縣、阜平縣和淶源縣,這些地區(qū)海拔較高,降雨量多且蒸發(fā)量少,2020年在整個研究區(qū)中年降雨量排名前三,年降雨量分別為681.1、642.0、620.4 mm。由圖4可知,2005-2020年研究區(qū)水源需求量總體呈"東南高西北低"的分布格局,大于90 m3/hm2的高值區(qū)呈帶狀和點(diǎn)狀圍繞居民點(diǎn)分布,2005-2015年60～90 m3/hm2的中值區(qū)呈帶狀增加0.03%,大于90 m3/hm2的高值區(qū)從6.20%增長到13.77%,主要分布在研究區(qū)的東南地區(qū),這些地區(qū)平原面積較大,適宜發(fā)展農(nóng)業(yè),且人口密集,相比研究區(qū)其他地區(qū)工業(yè)稍多,因此水源的需求量較高。2015-2020年水資源需求量一直處于緩慢增加狀態(tài),空間分布變化不明顯。

3.1.3 碳固定服務(wù)的供需時空變化特征 2005-2020年研究區(qū)單位面積碳供給量呈先下降后上升的趨勢,從2005年的170.99 t/hm2下降到2015年的168.87 t/hm2又上升到2020年的168.98 t/hm2,總體降幅為1.18%。期間,2005-2015年碳供給量高值區(qū)下降0.48%,各縣域間差異不大,2015-2020年各地區(qū)碳供給量緩慢增加,空間變化不明顯。2005-2020年研究區(qū)單位面積碳需求量呈上升趨勢,從10.99 t/hm2升至21.23 t/hm2,增幅93.18%。期間,曲陽縣和唐縣的增幅尤為明顯,這2個地區(qū)的人口增幅分別為21.57%和10.40%,且單位面積碳需求量最高,變化不明顯的是阜平縣和淶源縣。關(guān)于研究區(qū)碳供給量和需求量的空間分布規(guī)律見圖5和圖6。

圖5 2005-2020年研究區(qū)碳供給空間格局

圖6 2005-2020年研究區(qū)碳需求空間格局

由圖5可知,從空間分布上來看,2005-2020年研究區(qū)碳供給量呈“西北高、東南低”的分布格局,大于16 t/hm2的高值區(qū)呈面狀所占比例都在29%左右,主要分布于阜平縣的西部、淶源縣的周邊、淶水縣的東北部和易縣的西部,原因在于這些地方建設(shè)用地占比低,植被覆蓋率較高,另外也得益于國家一系列環(huán)境保護(hù)政策和退耕還林還草工程。淶源縣中部和研究區(qū)東南部城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,因此碳固定服務(wù)的供給量較低。由圖6可知,2005-2020年研究區(qū)碳需求量呈“東南高、西北低”的分布格局,大于30 t/hm2的高值區(qū)呈面狀和點(diǎn)狀分布,所占面積增幅為12.1%,曲陽縣、唐縣、順平縣、滿城區(qū)、易縣和淶水縣6個縣的西南部為碳需求量高值區(qū),因為這些地區(qū)人口密度大,碳需求量高值區(qū)呈面狀分布,其余高值區(qū)呈點(diǎn)狀分布在阜平縣中部和淶源縣中部。此外高值區(qū)的點(diǎn)面之間逐漸有帶狀的10～20 t/hm2的低值區(qū)增加,增幅為10.22%,表明人類活動在加劇。

3.2 保定太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需平衡分析

關(guān)于2005-2020年研究區(qū)糧食供給服務(wù)、產(chǎn)水服務(wù)和碳固定服務(wù)的供需比研究結(jié)果如圖7、圖8和圖9所示。

圖7 2005-2020年研究區(qū)糧食供給服務(wù)的供需比

圖8 2005-2020年研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)供需比

圖9 2005-2020年研究區(qū)碳固定服務(wù)供需比

2005-2020年研究區(qū)糧食供給服務(wù)的供需比呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢,分別為4.9×105%、7.9×105%、9.5×105%和1.1×106%,且不存在小于100%的情況,表明研究區(qū)內(nèi)糧食供給服務(wù)一直處于供給遠(yuǎn)大于需求的狀態(tài)。一方面是因為研究區(qū)內(nèi)糧食總產(chǎn)量逐步上升,研究區(qū)內(nèi)耕地面積減少,耕地的NDVI值降低;另一方面是因為人均糧食需求的數(shù)量級與糧食產(chǎn)量的數(shù)量級相差較大。由圖7可知,研究區(qū)內(nèi)各區(qū)縣的供需比存在差異,淶源縣最高,其次是阜平縣,最低是曲陽縣。供需比高值區(qū)呈面狀主要分布在靠近太行山脈的阜平縣、淶源縣、易縣西北部和淶水縣西北部,因為這些地區(qū)多為林地和草地,且植被覆蓋率高,單位柵格的NDVI值較高。供需比低值區(qū)呈點(diǎn)狀主要分布在曲陽縣、唐縣、順平縣、滿城區(qū)這4個縣的東南部。

2005-2020年研究區(qū)產(chǎn)水服務(wù)的供需比呈先上升后下降的趨勢,分別為4 771% 、5 141% 、4 165%和4 149%,表明研究區(qū)的整體產(chǎn)水服務(wù)供給大于需求。由圖8可知,在空間分布上各縣區(qū)之間的供需關(guān)系差異較大,供需比高值區(qū)主要分布在研究區(qū)的西部和北部,呈面狀分布,多為林地和草地,大沙河、易水河、唐河等眾多河流貫穿其中,屬于高供給低需求地區(qū)。供需比低值區(qū)主要分布在曲陽縣、唐縣、順平縣、滿城區(qū)、易縣和淶水縣這5個縣的東南部,供需比均小于100%,表明水供給均難以滿足需求,但所占比例不大,分別為0.67%、1.73%、1.91%和2.46%,原因在于這些地方河流缺乏且人口較多,屬于低供給高需求地區(qū)。

2005-2020年研究區(qū)碳固定服務(wù)的供需比呈先上升后下降的趨勢,分別為911% 、969% 、822% 和648%,說明研究區(qū)的整體碳固定服務(wù)供給能滿足需求。由圖9可知,在空間分布上,西北部林地草地覆蓋率較高的地區(qū)碳固定服務(wù)供給一直處于大于需求狀態(tài),東南部人口密集區(qū)出現(xiàn)供給小于需求的情況,但總體來說供給大于需求。各縣區(qū)之間的供需關(guān)系差異較大,阜平縣和淶源縣碳固定服務(wù)供給基本大于需求,供需比最高可達(dá)200%以上。除阜平縣和淶源縣外的6個縣供需比小于100%的面積較大,表明這些地區(qū)碳固定服務(wù)供需矛盾較為突出,存在供不應(yīng)求的局面。其中曲陽縣碳固定供需赤字最大,高達(dá)47.31%,其次是唐縣,最小的是淶水縣,因為這些地區(qū)人口最為密集,對碳的需求量最大。

3.3 保定太行山區(qū)糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)供需空間分布特征

本研究將糧食供應(yīng)、產(chǎn)水、碳固定3種服務(wù)定義為糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù),以上文中各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需空間格局為基礎(chǔ),運(yùn)用ArcGIS10.6空間分析的方法,提取4年間各項服務(wù)供給均大于需求的斑塊作為糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)的供給大于需求區(qū),提取糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)4年間各項服務(wù)供給均小于需求的斑塊作為糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)的供給小于需求區(qū),結(jié)合研究區(qū)自然和社會情況,探索研究區(qū)糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)供需的空間分布特征,進(jìn)而分析研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需狀況,研究結(jié)果如圖10所示。

圖10 2005-2020年研究區(qū)糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)供需空間分布特征

由圖10可知,紫色區(qū)域代表2005-2020年間糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)的供給均大于需求,紅色區(qū)域代表2005-2020年間糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)的需求均大于供給。整體來說,糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)供給大于需求的區(qū)域主要呈面狀分布在海拔高、植被覆蓋率高的西部和西北部,所占面積高達(dá)72.3%;需求大于供給的區(qū)域主要呈點(diǎn)狀分布在人口密集的居民點(diǎn),所占面積較少,只占6.7%。圖中白色區(qū)域有3種情況:一是供需平衡;二是之前供給大于需求,后來隨著人口的增長和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,供給又小于需求了;三是之前供給小于需求,由于人為增加供給條件,供給又大于需求了。白色區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)的管理和提升也是重點(diǎn),只有厘清白色區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需水平,才能進(jìn)一步優(yōu)化供需的空間格局,促進(jìn)人與自然的和諧共生。研究區(qū)中大部分地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)都能供大于求,并且在保障自身需求的情況下有可能還為相鄰地區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),為未來進(jìn)一步生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間流轉(zhuǎn)以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與居民福祉的關(guān)系研究奠定了基礎(chǔ)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的量化。人類需求是生態(tài)系統(tǒng)形成服務(wù)的唯一條件,也導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)輸送和被消費(fèi)。目前關(guān)于人類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求內(nèi)涵沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),量化研究也處于探索階段,因此不同研究的需求結(jié)果可能會存在較大差異。本研究從人口密度、人均資源需求量以及人均碳排放量角度分析人類對各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求,未來人類需求研究應(yīng)注重建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及統(tǒng)一的量化方法,以便不同區(qū)域和不同尺度之間研究的對比和驗證。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估及流轉(zhuǎn)。本研究只對保定太行山區(qū)的糧食供給、產(chǎn)水、碳固定和糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)這4種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行了供需情況研究,未對太行山區(qū)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)做出評估。由糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)供需引發(fā)了對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)空間流轉(zhuǎn)的思考,一方面可以從整體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)角度入手,考慮人類的活動情況,計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需,進(jìn)而量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流轉(zhuǎn)。另一方面,需要進(jìn)一步確定各個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值以及流轉(zhuǎn)量,此方法比較復(fù)雜且難以實現(xiàn)。明確生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給單元、需求單元以及它們之間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動情況,對合理配置土地資源以及提升居民福祉具有重大意義,因此基于供需的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流動及量化是未來研究的重要方向。

(3)保定太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)管理的建議。保定太行山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在研究基期內(nèi)整體上來說是供給大于需求的,但仍存在供需赤字的情況。針對產(chǎn)水服務(wù),研究區(qū)西南部存在供需比小于100%的地區(qū),可以通過發(fā)展生態(tài)光伏農(nóng)業(yè)來達(dá)到較少地表水蒸發(fā)的目的,也可以借助水庫和河流,完善水資源異地供給渠道;針對碳固定服務(wù),研究區(qū)西北部的低山丘陵區(qū)可以實施宜林荒山造林、退耕還林還草政策,同時通過優(yōu)化土地利用空間布局,提升利用效率或者建立生態(tài)廊道來增加碳固定服務(wù)的供給量;針對糧食供給服務(wù),研究區(qū)一方面要與周圍地區(qū)建立好糧食輸送通道,提升糧食供給服務(wù)的流轉(zhuǎn)能力,另一方面也要保護(hù)優(yōu)質(zhì)耕地,建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田,進(jìn)一步提升糧食供給能力。

4.2 結(jié)論

本研究在對保定太行山區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,選取2005、2010、2015和2020年的糧食產(chǎn)量、NDVI值、降水、人口密度和碳密度等數(shù)據(jù)分別從糧食供給、產(chǎn)水和碳固定3個方面來評估保定太行山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),并分析其時空演化特征,得到的主要結(jié)論如下:

(1)2005-2020年保定太行山區(qū)的糧食供給服務(wù)供給量呈現(xiàn)波動上升的趨勢,需求量和供需比均呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢;產(chǎn)水服務(wù)供給量和需求量都呈現(xiàn)逐步上升的趨勢,而供需比呈先上升后下降的趨勢;碳固定服務(wù)供給量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,需求量呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢,供需比呈先上升后下降的趨勢。

(2)2005-2020年保定太行山區(qū)的糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)和3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需比均呈現(xiàn)“西北高,東南低”的分布特征,3種服務(wù)整體上均能供給大于需求。產(chǎn)水服務(wù)和碳固定服務(wù)在城鎮(zhèn)化發(fā)展較快的人口聚集區(qū)供不應(yīng)求,糧食供給服務(wù)的供給均大于需求,西部和北部的高植被覆蓋率地區(qū)是供需比的高值區(qū)。

(3)2005-2020年保定太行山區(qū)的3種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均以高供給低需求的供需特征為主,糧食供給-產(chǎn)水-碳固定服務(wù)的供需以供給大于需求為主。