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    經濟論文

    生態系統凈化空氣服務研究進展

    時間:2021年08月31日 所屬分類:經濟論文 點擊次數:

    摘要生態系統服務對人類福祉和區域可持續發展具有不可替代性,凈化空氣是生態系統服務主要類型之一,對于人居質量改善和區域生態文明建設具有重要意義。對生態系統凈化空氣服務及其量化研究成果進行歸納整理,闡述了生態系統凈化空氣服務的來源、概念及內涵

      摘要生態系統服務對人類福祉和區域可持續發展具有不可替代性,凈化空氣是生態系統服務主要類型之一,對于人居質量改善和區域生態文明建設具有重要意義。對生態系統凈化空氣服務及其量化研究成果進行歸納整理,闡述了生態系統凈化空氣服務的來源、概念及內涵,歸納總結了市場理論法和生態模型法估算凈化空氣服務的優缺點,梳理了國內外相關研究實踐與進展。針對凈化空氣服務研究理論體系不完善、時空動態研究方法較少、生態系統類型較單一和尺度整合研究成果不足等問題,研究提出:未來應強化生態系統凈化空氣服務理論基礎針對性、重視研究方法動態化和精準化、加強多尺度融合和生態系統類型多樣性等。

      關鍵詞生態系統服務;凈化空氣;評估方法;價值評估

    生態系統

      生態系統服務作為連接自然生態系統與人類福祉的橋梁,已經成為自然、社會與經濟等多學科交叉研究的熱點。凈化空氣服務作為生態系統服務的主要類型之一,具有維持人類良好大氣環境、提升人居環境質量、提高人類福祉等作用,對其研究進展進行梳理具有重要理論與現實意義。

      生態經濟論文: 基于生態系統服務潛在損失的滑坡災害生態風險評價

      工業革命前,人類生產生活方式對環境影響較小,大氣環境質量較好,擴散稀釋、雨水沖洗、重力沉降等自然過程能使大氣環境得到凈化,人們對自然生態系統凈化空氣服務的認識不充分,意識不到大自然對人類生存的巨大作用。工業革命后,大氣環境問題越來越嚴峻,人類開始關注自然生態系統對人類社會的影響,尤其是認識到自然生態系統對人類生存環境質量改善的重要作用,凈化空氣服務相關研究越來越受到關注[15]。國際上,很多全球研究計劃或平臺涉及生態系統凈化空氣服務。

      如聯合國全球尺度的“生態系統服務與人類福祉”的千年生態系統評估計劃(MA)[6]、國際地圈生物圈計劃(IGBP)的核心項目之一全球大氣化學(IGAC)[7]、生態系統與生物多樣性經濟學(TEEB)[8]、聯合國環境規劃署(UNEP)有關生物多樣性和生態服務的科學—政策平臺(IPBES)等。在上述研究計劃或平臺進行生態系統服務評估過程中,凈化空氣服務均是重要指標,國際上不同尺度凈化空氣服務相關研究成果越來越多。國內學者參考國際上先進理念與方法,對凈化空氣服務研究進行跟進。如侯元兆等[910]提出凈化和調節空氣等種生態系統服務類型。歐陽志云等[113]也將凈化空氣作為生態系統調節服務開展研究。國內實踐研究多側重自然生態系統凈化空氣價值評估[121,或對城市綠地或森林生態系統凈化空氣服務進行估算2228。

      當前,國內外凈化空氣服務研究多包含于生態系統服務評估體系內,專門研究凈化空氣服務的成果較少。本研究系統梳理生態系統凈化空氣服務相關概念及內涵,針對當前凈化空氣服務價值評估的方法與應用成果進行總結,分析當前凈化空氣服務研究中存在的問題,提出未來發展方向,有利于完善凈化空氣服務相關理論與方法,有助于提升人居質量與區域生態文明建設等實踐。

      1概念與內涵

      有關生態系統凈化空氣服務的概念與內涵,不同的學者雖有不同的表述,但基本內涵已達成共識。1970年,關鍵環境問題研究小組(StudyofCriticalEnvironmentProblems,SCEP)首次使用“service”,并列舉了“環境服務”(EnvironmentService),該研究項目首次提出了與凈化空氣服務相關的生態系統調節大氣組成的功能29],1997年Daily[1]《自然的服務:社會對自然生態系統的依賴》和Costanza《全球生態系統服務與自然資本價值核算》使生態系統服務成為生態學和經濟學等相關領域的研究熱點,Daily[1]將生態系統服務進行分類,提到空氣的凈化和廢棄物的去毒和降解功能,同年Constanza[2]提出生態系統的環境效益時,論述了生態系統對大氣組成的調節作用和廢物處理能力。

      Wallace等[35]按照不同的分類依據,將凈化空氣服務相關指標劃分到不同的生態系統服務分類系統中,MA[6]將空氣質量調節劃分到調節服務中,并描述了其對人類福祉的作用以及與其他各類生態系統服務之間的關系。歐陽志云等[1112]參考了國外學者對生態系統服務的定義,認為生態系統服務包括環境凈化與有害有毒物質的降解。在生態系統服務分類體系中,被廣泛接受和使用的方案是MA的分類體系,該體系將空氣凈化、氣體調節、空氣質量調節等統一稱為凈化空氣服務。

      當前,國內關于凈化空氣服務的概念,主要集中在森林、城市綠地生態系統。國家林業局2008年發布并于2020年更新的GB/T38582—2020《森林生態系統服務功能評估規范》(簡稱《規范》)[30]中指出凈化空氣服務是指森林生態系統對各種污染物的吸收、吸附、過濾、阻擋,以及減少噪聲、提供負離子、優化環境等功能。該規范提出凈化空氣服務主要內容包括吸收氣體污染物和滯塵,其中吸收的氣體污染物包括二氧化硫、氟化物、氮氧化物,滯塵的污染物包括總懸浮顆粒物、PM10、PM2.5。

      張三煥等31認為森林生態系統凈化空氣服務是指森林植被通過葉片上的氣孔進行光合作用,吸收并凈化空氣中的有毒有害物質的能力。城市綠地生態系統凈化空氣服務[2223]是指植被吸收稀釋、分解轉化空氣中的污染氣體,并通過植被光合作用轉化為無毒無害有機物,轉害為利,從而提高空氣質量。王玉芹32認為,城市森林凈化空氣是指植被通過吸收、吸附、阻滯和過濾等形式,將氣體污染物轉移到不會對人類產生危害的地方。也有學者針對生態系統給出凈化空氣服務的概念與內涵。

      施曉清等[33]認為生態系統凈化空氣服務就是在生態系統的物質循環和能量流動的過程中,運用物理、化學和生物作用,吸收、處理、轉化人類向大氣中排放的污染物,使之排放量不超過環境承載閾值,并將生態系統凈化空氣服務分為吸收CO放出,吸收SO,凈化降塵和飄塵個指標?滴男34認為生態系統凈化空氣服務是指生態系統中的生物群落或種群通過自身新陳代謝、自養或異養方式吸收、吸附、轉移大氣中的污染物,使之濃度和毒性不斷降低直至消失的過程。 本研究認為,生態系統凈化空氣服務是指各類生態系統吸收空氣中的各類污染物,降低大氣污染物濃度、調節大氣成分、改善大氣環境質量等作用。

      凈化空氣服務是生態系統服務的重要組成部分,只要各種污染物的排放量在生態系統自我調節能力限度內,生態系統就可以通過自身作用調節并凈化大氣環境。生態系統凈化空氣服務的內涵主要是各類生態系統通過吸收、過濾、分解、阻滯各類大氣污染物,從而起到凈化空氣效果,其中凈化空氣效果最好的是綠色植被,其凈化空氣主要體現在個方面:

      1)吸收CO釋放等,維持碳氧平衡;2)植被吸收、過濾空氣中各類污染物,凈化大氣作用;3)通過植物葉片分散、反射、過濾等作用降低各種能量污染,如放射性污染、噪聲污染等。凈化空氣服務價值評估方法研究生態系統凈化空氣服務價值評估的方法大多使用價值量評估法,主要依據生態學、經濟學和社會學等原理與方法,從功能量和價值量的角度對生態系統凈化空氣服務進行價值化評估35。

      經濟學中的市場價值理論是開展凈化空氣服務價值評估研究的基礎。此外,隨著人們對生態系統調節服務重要性認識的加深,遙感定量監測、模型模擬等技術手段的發展,為凈化空氣服務定量研究方法的進步與完善提供了支撐。本文主要分析市場理論法和生態模型法,比較其優缺點,并簡單介紹通過試驗測算生態系統凈化空氣服務的方法。

      3凈化空氣服務實踐應用研究進展

      3.1國外實踐應用研究

      隨著信息技術的發展與創新,國外相繼研發了多種評估生態系統服務的生態模型,美國Chicago、Houston、Atlanta等多個城市利用城市綠地模型對生態系統凈化空氣服務凈化空氣模塊進行生態效益分析49。Brack50運用模型法評價了Australia城市森林消除污染物,降低溫度、固碳的能力。Solecki51使用城市綠地模型探討城市綠地與熱島效應的關系,認為城市植被能夠吸收、過濾大氣污染物和緩解熱島效應。

      Nowak等[52]收集美國數十個城市每個小時氣溫、降水和污染氣體濃度數據,利用-Tree模型中的UFORE模型估算和分析其凈化空氣的價值。圣地亞哥政府為治理城市空氣污染提出通過城市森林吸收各類大氣污染物以降低污染物的排放量[53]。Currie等[54]也使用UFORE模塊對綠色植物和綠色屋頂凈化空氣的能力進行定量評估。Song等[55]將人口密度作為評估韓國森林生態系統凈化空氣服務價值的主要因素,并模擬其在污染物濃度和人口密度方面的差異。Zoulia等[5研究監測雅典國家公園城市綠地對于改善城市小氣候,降低城市熱島的作用。

      此后,Dunn-Johnston等[57]與Guidolotti等[58]均利用-Tree模型研究城市森林對大氣污染物的凈化作用,主要包括生物源揮發性有機物排放量、植被清除大氣中臭氧、二氧化氮和可吸入顆粒物的速率等。Jayasooriya等[59]利用-TreeEco模型凈化空氣模塊研究種不同綠色基礎設施對大氣污染物的吸收能力,結果發現街道綠化植被對大氣污染物的吸收能力強于綠色屋頂和綠色墻面。國際上對于生態系統凈化空氣服務及其價值化研究已經取得一定的進展,不同的學者針對不同尺度不同生態系統類型凈化空氣服務研究做出了論述,為決策者提供政策支持。但相關研究成果多采用市場理論法,或者CITYgreen模型、-Tree模型等進行評估,研究方法多樣性方面不足。

      3.2國內實踐應用進展

      中國對于生態系統服務及其價值化研究起步略晚,起始于20世紀80年代初。生態系統凈化空氣服務研究主要集中在森林和城市綠地生態系統。侯元兆等[910]首次對中國森林資源凈化空氣服務及其價值進行了定量估算;歐陽志云等[11]參照《中國國土資源數據第一卷》指出植被對各種大氣污染物的吸收系數和滯塵能力。

      肖寒等14結合海南建峰嶺地區的生態環境及其特征,選用替代消費法對森林生態系統凈化空氣服務中吸收氣體污染物的能力和滯塵能力進行定量評價。吳鋼等15將物質量和價值量方法相結合,動態評估及分析長白山森林生態系統凈化空氣服務價值。在中國森林生態系統類型劃分的基礎上,靳芳等[17]根據《中國生物多樣性國情研究報告》中的相關公式,計算森林不同植被凈化二氧化硫和滯塵的價值。

      周月明等[2022]分別對天山北坡、廣州市森林生態系統凈化大氣價值進行了評估。李曉閣[23]選擇個城市市區分別做試驗組和對照組,測算二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物種大氣污染物的濃度,監測其動態變化,并對城市森林凈化、吸附氣體污染物的能力進行比較,評估其凈化空氣的價值。

      柳云龍等24運用市場價值法計算出上海城市綠地凈化空氣價值占生態系統服務總價值的比例。張緒良等[25]利用替代消費法對青島市11年間城市綠地生態系統凈化空氣服務中的吸收氣體污染物和滯塵能力進行研究。隨著遙感、全球定位系統、地理信息系統的快速發展,地理信息系統和遙感技術已經成為城市森林研究必不可少的研究手段。陳莉等[39]利用CITYgreen模型中的凈化空氣模塊計算深圳市個年份景觀生態功能區綠地系統的凈化空氣服務價值。-Tree模型在國內尚未被廣泛應用,目前僅有青島43]、杭州[44]等城市運用該模型評估凈化空氣生態效益。

      馬寧等43討論了在城市生態系統中利用Tree模型研究凈化空氣服務的應用前景和存在的問題?傮w而言,我國在生態系統凈化空氣服務研究方面,相關理論體系和研究方法正在逐步完善,針對不同尺度、不同生態系統類型生態系統凈化空氣服務實踐探索越來越多,研究成果的可靠性逐步提高,為實現生態系統有效管理提供了科學依據。但是相關研究原創性方法和成果較少,多是沿用國外的研究思路或生態模型,對森林和城市綠地之外的生態系統類型重視不足,研究方法和實踐均有待深入。

      4相關研究存在的問題

      大氣污染是現階段突出的環境問題之一,大氣環境質量直接決定著人居環境質量。生態系統凈化空氣服務研究是生態學、地理學和經濟學共同關注的熱點,研究者對凈化空氣服務的認識越來越深入,評估方法在不斷完善。但由于生態系統自身的復雜性和人類認識的局限性,凈化空氣服務研究還存在許多問題亟待解決,主要包括以下幾個方面:

      (1)凈化空氣服務研究理論探索較少,多包含于生態系統服務理論體系內。在過去的30年中,對生態系統服務(包括凈化空氣在內)及其價值研究是相關研究領域最重要和發展最快的方向,國內外對生態系統服務研究成果較多,理論與方法體系正在逐步成熟。但專門針對凈化空氣服務理論與方法探索較缺乏,已有研究對生態系統自身的復雜性、凈化空氣服務價值產生過程掌握不準確,導致研究成果多側重于凈化空氣服務的價值核算,缺乏科學的、統一凈化空氣服務理論體系。

      (2)凈化空氣服務研究方法體系不完善,研究深度不夠。第一,已有研究多側重靜態評估,缺乏動態評估。生態系統結構與功能的變化導致了生態系統服務的產生與變化。生態系統凈化空氣服務應具有時空動態變化的特征。然而,過去的研究主要集中在靜態評估上,凈化空氣服務動態研究的成果較少。雖然國內外學者在生態系統服務評估體系中新增了動態因子,一定程度上實現了凈化空氣服務的動態評估,然而其評估結果可靠性與準確性仍需驗證。

      第二,現有研究多直接套用國外模型,與研究區契合度有待完善。隨著大數據的發展和生態評估模型的開發,國內學者也開始使用CITYgreen、-ree等生態模型進行凈化空氣服務價值估算,但模型使用具有地域性、處理范圍較窄、操作條件受限、結果準確性和可視性差等不足之處,評估過度依賴于土地利用和植被分類,對植被每年生長質量重視不足。通過實地監測、試驗對比研究凈化空氣服務物質量的文獻不多,尤其缺乏自主研發的適合我國國情的生態系統凈化空氣服務評估模型,評估結果的科學性、可比性和應用性需要進一步增強。

      5研究展望

      隨著生態系統凈化空氣服務研究不斷深入,評估方法的模型化、精準化、動態化是主要研究方向,研究技術方法的集成與空間可視化表達也正在加強,相關研究亟需在以下幾個方面取得進步:

      (1)加強生態系統結構、功能與凈化空氣服務的關系研究,構建生態系統凈化空氣服務理論體系。在完善森林、城市綠地生態系統的相關研究基礎上,充分理解凈化空氣服務中物質循環、能量流動過程,逐步明確不同類型生態系統凈化空氣服務機理或原理,使凈化空氣服務研究工作理論依據逐步得到強化。

      (2)增加凈化空氣服務動態研究,完善評估方法。第一,加強凈化空氣服務時空動態變化研究,基于生態系統類型的數量、面積、質量等動態因子,測算生態系統凈化空氣服務物質量或價值量的變化。第二,在引進國外先進生態模型的基礎上,修正適用范圍和技術參數,采用情景分析和動態模型的方法對凈化空氣服務及其價值變化做出預測與響應。第三,自主研發適合我國國情和特有生態系統類型的凈化空氣服務價值時空動態模型,在模型中增加多元地球空間參數,如大氣CO濃度分布、大氣污染空間格局等,提高凈化空氣服務評估結果的準確性。

      (3)重視不同類型、不同尺度凈化空氣服務的整合與關聯研究。第一,加強森林、草地、湖泊濕地、荒漠、海洋與農田等不同生態系統,以及不同地域、不同社會發展特征生態系統的凈化空氣服務研究,全面掌握生態系統與大氣環境質量的關系。第二,強化大尺度與中小尺度相關研究的交叉融合,推進研究尺度之間耦合或融合。在總結中小尺度研究經驗基礎上,開展更大尺度的復合生態系統凈化空氣服務評估,逐步增強研究成果的適用性。

      作者:張欣尤春赫李詩菁田美榮馮朝陽,張璐

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