京津风沙源治理工程实施以来,一个重要问题始终受到关注:北京周边不同地区的生态治理,究竟在多大程度上改善了北京的风沙环境?进一步说,北京应该优先补偿哪些为其提供防风固沙服务的地区?
张彪等发表于《资源科学》的论文《基于防风固沙服务空间流动的区域关联度------以京津风沙源治理工程区为例》,尝试回答这一问题。文章将生态系统服务的"空间流动"引入区域生态关联和生态补偿研究,通过估算各地区的防风固沙量及其输送到北京的可能性,测算京津风沙源治理工程区不同县域与北京之间的生态关联程度。
这是一项很有启发性的探索,但其方法也包含一个值得进一步讨论的假设:沙尘输送是否真的可以被理解为从沙源地到北京的一次性直达过程?
一、文章试图解决什么问题?
传统的生态系统服务评估通常关注一个地区"生产"了多少生态服务,例如森林固存了多少碳、植被涵养了多少水源,或者生态工程减少了多少土壤风蚀。
但生态系统服务并不总是在原地被使用。
一个地区通过植被恢复减少了土壤风蚀,其受益者可能不仅是当地居民,也包括下风向地区。换言之,防风固沙服务可能从"服务供给区"流向"服务受益区"。
文章据此提出"区域关联度"的概念,试图同时回答两个问题:
- 工程区不同地区提供了多少防风固沙服务?
- 这些服务中有多少可能对北京产生影响?
这种思路的政策意义很明确。如果某个县通过植被建设减少了大量可能进入北京的沙尘,那么北京作为受益地区,理论上应当向该县提供相应的生态补偿。
二、文章采用了什么方法?
文章首先利用修正风蚀方程,即 RWEQ 模型,估算2015年京津风沙源治理工程区的防风固沙服务量。
这里的"防风固沙量"并不是直接测量植被拦下了多少沙尘,而是通过比较潜在风蚀量和实际风蚀量得到的:
防风固沙量 = 潜在风蚀量 − 实际风蚀量 防风固沙量=潜在风蚀量-实际风蚀量 防风固沙量=潜在风蚀量−实际风蚀量
如果没有植被覆盖和生态治理,某地可能发生较强的土壤风蚀;在现有植被和地表条件下,实际风蚀量有所降低。两者之差便被视为生态系统提供的防风固沙服务。
但某地固定下来的土壤是否与北京有关,还取决于沙尘有没有可能向北京输送。为此,文章进一步引入了几个条件:
- 该地区相对于北京所处的方向;
- 北京对应风向出现的频率;
- 土壤表层不同粒径颗粒的含量;
- 不同粒径颗粒理论上的最远输送距离;
- 沙源地与北京之间的距离。
在这一框架下,只有位于北京上风向、并且理论输送距离能够到达北京的那部分土壤颗粒,才会被计入与北京有关的防风固沙服务。
三、文章得出了哪些主要结论?
研究发现,京津风沙源治理工程区不同县域与北京之间的防风固沙服务关联存在明显差异,各地区的区域关联度介于0至13.43%之间。
其中,赤城县与北京的关联度最高。苏尼特左旗、宣化区、怀安县、下花园区和苏尼特右旗等地也表现出较高的关联程度。相比之下,翁牛特旗、承德县、宁城县、蓟县和阳原县等地区与北京的关联度较低。
从整体空间格局看,防风固沙服务关联度呈现"西部较高、东部较低"的特征。作者认为,这种差异主要来自两个方面:
- 不同地区防风固沙服务供给量的空间差异;
- 主导风向及其与北京相对位置的差异。
文章还发现,部分与北京生态关联较强的地区,其社会经济发展水平相对较低。因此,作者提出,北京应当向防风固沙服务关联度较高的县域提供更多生态补偿,以维持这些地区生态工程的长期运行。
论文链接:《基于防风固沙服务空间流动的区域关联度------以京津风沙源治理工程区为例》
四、我的疑问:沙尘输送真的是一次性过程吗?
文章的方法看起来具有清晰的逻辑:如果某种粒径的颗粒无法跨越源地与北京之间的距离,那么该部分颗粒就不会影响北京。
然而,这种判断似乎隐含了一个较强的假设:
沙尘从源地起沙以后,要么一次性到达北京,要么在途中沉降并永久退出输送过程。
真实的沙尘运动可能并非如此。
假设某种颗粒从沙源地 A 出发,其一次输送的最远距离不足以到达北京。按照文章的计算方法,A 地这部分颗粒可能不会被计入对北京有影响的沙尘量。
但在现实中,它可能经历如下过程:
A 地起沙 → B 地沉降 → 地表暂时储存 → 再次遇到大风 → 重新悬浮 → 北京 A地起沙 \rightarrow B地沉降 \rightarrow 地表暂时储存 \rightarrow 再次遇到大风 \rightarrow 重新悬浮 \rightarrow 北京 A地起沙→B地沉降→地表暂时储存→再次遇到大风→重新悬浮→北京
换言之,沙尘输送可能不是一趟完成的"直达运输",而是一种包含沉降、暂存和再次起沙的接力式过程。
因此,"某种颗粒一次输送不到北京"并不能直接推出"这种颗粒永远不会到达北京",更不能直接推出"A 地的防风固沙服务与北京无关"。
五、被忽略的可能不只是"接力输送"
这个问题背后至少包含三个更具体的方法局限。
1. 沉降不等于永久退出
沙尘颗粒落到地面后,不一定会被永久固定。
如果中间地区植被稀疏、土壤干燥,之后又出现超过起沙阈值的强风,先前沉降的颗粒仍可能重新进入大气。中间地区可能只是一个临时储存库,而不是输送过程的终点。
使用固定的"最远输送距离"作为截断条件,可能会低估远距离源区通过多次沉降和再悬浮产生的累积影响。
2. 风向并非沿途保持不变
沙尘从内蒙古、河北北部等地区输送到北京,往往需要跨越数百公里。如此长距离的输送不太可能完全由一个空间均匀、方向不变的风场控制。
不同地点、不同时间和不同高度的风向都可能发生变化。沙尘轨迹也不一定是源地与北京之间的直线,而可能是一条随大气环流弯曲的路径。
如果主要使用北京中心位置的风向频率判断某个源区能否影响北京,就相当于默认受体附近的风向可以代表整条输送路径。这一假设在复杂地形和长距离输送条件下未必可靠。
3. 年平均风频不等于起沙事件期间的风场
并不是所有风都会产生沙尘输送。只有当风速超过起沙阈值,并且地表干燥、裸露程度和土壤条件适宜时,才会发生明显风蚀。
因此,真正重要的不是某个方向在全年出现得有多频繁,而是:
在实际发生起沙的强风天气中,有多少次风场能够把沙尘输送到北京?
如果把一般天气条件下的风向频率与防风固沙量直接结合,可能无法准确反映少数强沙尘过程的贡献。
承认:我上述提到了3个问题,后面两个其他的研究也是很难区解决,或者目前没有很好的方法去做。