摘要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對人類福祉和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有不可替代性，凈化空氣是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要類型之一，對于人居質(zhì)量改善和區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。對生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)及其量化研究成果進行歸納整理，闡述了生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)的來源、概念及內(nèi)涵，歸納總結(jié)了市場理論法和生態(tài)模型法估算凈化空氣服務(wù)的優(yōu)缺點，梳理了國內(nèi)外相關(guān)研究實踐與進展。針對凈化空氣服務(wù)研究理論體系不完善、時空動態(tài)研究方法較少、生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)強化生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)理論基礎(chǔ)針對性、重視研究方法動態(tài)化和精準(zhǔn)化、加強多尺度融合和生態(tài)系統(tǒng)類型多樣性等。
關(guān)鍵詞生態(tài)系統(tǒng)服務(wù);凈化空氣;評估方法;價值評估
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為連接自然生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的橋梁，已經(jīng)成為自然、社會與經(jīng)濟等多學(xué)科交叉研究的熱點。凈化空氣服務(wù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要類型之一，具有維持人類良好大氣環(huán)境、提升人居環(huán)境質(zhì)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(xiàn)實意義。
生態(tài)經(jīng)濟論文： 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛在損失的滑坡災(zāi)害生態(tài)風(fēng)險評價
工業(yè)革命前，人類生產(chǎn)生活方式對環(huán)境影響較小，大氣環(huán)境質(zhì)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(huán)境得到凈化，人們對自然生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)的認(rèn)識不充分，意識不到大自然對人類生存的巨大作用。工業(yè)革命后，大氣環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，人類開始關(guān)注自然生態(tài)系統(tǒng)對人類社會的影響，尤其是認(rèn)識到自然生態(tài)系統(tǒng)對人類生存環(huán)境質(zhì)量改善的重要作用，凈化空氣服務(wù)相關(guān)研究越來越受到關(guān)注[15]。國際上，很多全球研究計劃或平臺涉及生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)。
如聯(lián)合國全球尺度的“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉”的千年生態(tài)系統(tǒng)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(xué)(IGAC)[7]、生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性經(jīng)濟學(xué)(TEEB)[8]、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)有關(guān)生物多樣性和生態(tài)服務(wù)的科學(xué)—政策平臺(IPBES)等。在上述研究計劃或平臺進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估過程中，凈化空氣服務(wù)均是重要指標(biāo)，國際上不同尺度凈化空氣服務(wù)相關(guān)研究成果越來越多。國內(nèi)學(xué)者參考國際上先進理念與方法，對凈化空氣服務(wù)研究進行跟進。如侯元兆等[910]提出凈化和調(diào)節(jié)空氣等種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型。歐陽志云等[113]也將凈化空氣作為生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)開展研究。國內(nèi)實踐研究多側(cè)重自然生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣價值評估[121，或?qū)Τ鞘芯G地或森林生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)進行估算2228。
當(dāng)前，國內(nèi)外凈化空氣服務(wù)研究多包含于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估體系內(nèi)，專門研究凈化空氣服務(wù)的成果較少。本研究系統(tǒng)梳理生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)相關(guān)概念及內(nèi)涵，針對當(dāng)前凈化空氣服務(wù)價值評估的方法與應(yīng)用成果進行總結(jié)，分析當(dāng)前凈化空氣服務(wù)研究中存在的問題，提出未來發(fā)展方向，有利于完善凈化空氣服務(wù)相關(guān)理論與方法，有助于提升人居質(zhì)量與區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)等實踐。
1概念與內(nèi)涵
有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)的概念與內(nèi)涵，不同的學(xué)者雖有不同的表述，但基本內(nèi)涵已達成共識。1970年，關(guān)鍵環(huán)境問題研究小組(StudyofCriticalEnvironmentProblems，SCEP)首次使用“service”，并列舉了“環(huán)境服務(wù)”(EnvironmentService)，該研究項目首次提出了與凈化空氣服務(wù)相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)大氣組成的功能29]，1997年Daily[1]《自然的服務(wù)：社會對自然生態(tài)系統(tǒng)的依賴》和Costanza《全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本價值核算》使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)成為生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點，Daily[1]將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)的環(huán)境效益時，論述了生態(tài)系統(tǒng)對大氣組成的調(diào)節(jié)作用和廢物處理能力。
Wallace等[35]按照不同的分類依據(jù)，將凈化空氣服務(wù)相關(guān)指標(biāo)劃分到不同的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類系統(tǒng)中，MA[6]將空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)劃分到調(diào)節(jié)服務(wù)中，并描述了其對人類福祉的作用以及與其他各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系。歐陽志云等[1112]參考了國外學(xué)者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的定義，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括環(huán)境凈化與有害有毒物質(zhì)的降解。在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(diào)節(jié)、空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)等統(tǒng)一稱為凈化空氣服務(wù)。
當(dāng)前，國內(nèi)關(guān)于凈化空氣服務(wù)的概念，主要集中在森林、城市綠地生態(tài)系統(tǒng)。國家林業(yè)局2008年發(fā)布并于2020年更新的GB/T38582—2020《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(簡稱《規(guī)范》)[30]中指出凈化空氣服務(wù)是指森林生態(tài)系統(tǒng)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(yōu)化環(huán)境等功能。該規(guī)范提出凈化空氣服務(wù)主要內(nèi)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(rèn)為森林生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)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(zhì)的能力。城市綠地生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)[2223]是指植被吸收稀釋、分解轉(zhuǎn)化空氣中的污染氣體，并通過植被光合作用轉(zhuǎn)化為無毒無害有機物，轉(zhuǎn)害為利，從而提高空氣質(zhì)量。王玉芹32認(rèn)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(zhuǎn)移到不會對人類產(chǎn)生危害的地方。也有學(xué)者針對生態(tài)系統(tǒng)給出凈化空氣服務(wù)的概念與內(nèi)涵。
施曉清等[33]認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)就是在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動的過程中，運用物理、化學(xué)和生物作用，吸收、處理、轉(zhuǎn)化人類向大氣中排放的污染物，使之排放量不超過環(huán)境承載閾值，并將生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)分為吸收CO放出，吸收SO，凈化降塵和飄塵個指標(biāo)。康文星34認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落或種群通過自身新陳代謝、自養(yǎng)或異養(yǎng)方式吸收、吸附、轉(zhuǎn)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(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)是指各類生態(tài)系統(tǒng)吸收空氣中的各類污染物，降低大氣污染物濃度、調(diào)節(jié)大氣成分、改善大氣環(huán)境質(zhì)量等作用。
凈化空氣服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要組成部分，只要各種污染物的排放量在生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力限度內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)就可以通過自身作用調(diào)節(jié)并凈化大氣環(huán)境。生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)的內(nèi)涵主要是各類生態(tài)系統(tǒng)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(xiàn)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(wù)價值評估方法研究生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)價值評估的方法大多使用價值量評估法，主要依據(jù)生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)和社會學(xué)等原理與方法，從功能量和價值量的角度對生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)進行價值化評估35。
經(jīng)濟學(xué)中的市場價值理論是開展凈化空氣服務(wù)價值評估研究的基礎(chǔ)。此外，隨著人們對生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)重要性認(rèn)識的加深，遙感定量監(jiān)測、模型模擬等技術(shù)手段的發(fā)展，為凈化空氣服務(wù)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(tài)模型法，比較其優(yōu)缺點，并簡單介紹通過試驗測算生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)的方法。
3凈化空氣服務(wù)實踐應(yīng)用研究進展
3.1國外實踐應(yīng)用研究
隨著信息技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，國外相繼研發(fā)了多種評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)模型，美國Chicago、Houston、Atlanta等多個城市利用城市綠地模型對生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)凈化空氣模塊進行生態(tài)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(yīng)的關(guān)系，認(rèn)為城市植被能夠吸收、過濾大氣污染物和緩解熱島效應(yīng)。
Nowak等[52]收集美國數(shù)十個城市每個小時氣溫、降水和污染氣體濃度數(shù)據(jù)，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(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)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(jiān)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(fā)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(chǔ)設(shè)施對大氣污染物的吸收能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)及其價值化研究已經(jīng)取得一定的進展，不同的學(xué)者針對不同尺度不同生態(tài)系統(tǒng)類型凈化空氣服務(wù)研究做出了論述，為決策者提供政策支持。但相關(guān)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(nèi)實踐應(yīng)用進展
中國對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值化研究起步略晚，起始于20世紀(jì)80年代初。生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)研究主要集中在森林和城市綠地生態(tài)系統(tǒng)。侯元兆等[910]首次對中國森林資源凈化空氣服務(wù)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(shù)據(jù)第一卷》指出植被對各種大氣污染物的吸收系數(shù)和滯塵能力。
肖寒等14結(jié)合海南建峰嶺地區(qū)的生態(tài)環(huán)境及其特征，選用替代消費法對森林生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)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(zhì)量和價值量方法相結(jié)合，動態(tài)評估及分析長白山森林生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)價值。在中國森林生態(tài)系統(tǒng)類型劃分的基礎(chǔ)上，靳芳等[17]根據(jù)《中國生物多樣性國情研究報告》中的相關(guān)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(tài)系統(tǒng)凈化大氣價值進行了評估。李曉閣[23]選擇個城市市區(qū)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(jiān)測其動態(tài)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)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(tǒng)、地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)已經(jīng)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(tài)功能區(qū)綠地系統(tǒng)的凈化空氣服務(wù)價值。-Tree模型在國內(nèi)尚未被廣泛應(yīng)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(tài)效益。
馬寧等43討論了在城市生態(tài)系統(tǒng)中利用Tree模型研究凈化空氣服務(wù)的應(yīng)用前景和存在的問題。總體而言，我國在生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)研究方面，相關(guān)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(tài)系統(tǒng)類型生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)實踐探索越來越多，研究成果的可靠性逐步提高，為實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)有效管理提供了科學(xué)依據(jù)。但是相關(guān)研究原創(chuàng)性方法和成果較少，多是沿用國外的研究思路或生態(tài)模型，對森林和城市綠地之外的生態(tài)系統(tǒng)類型重視不足，研究方法和實踐均有待深入。
4相關(guān)研究存在的問題
大氣污染是現(xiàn)階段突出的環(huán)境問題之一，大氣環(huán)境質(zhì)量直接決定著人居環(huán)境質(zhì)量。生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)研究是生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和經(jīng)濟學(xué)共同關(guān)注的熱點，研究者對凈化空氣服務(wù)的認(rèn)識越來越深入，評估方法在不斷完善。但由于生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和人類認(rèn)識的局限性，凈化空氣服務(wù)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(wù)研究理論探索較少，多包含于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論體系內(nèi)。在過去的30年中，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(包括凈化空氣在內(nèi))及其價值研究是相關(guān)研究領(lǐng)域最重要和發(fā)展最快的方向，國內(nèi)外對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)理論與方法探索較缺乏，已有研究對生態(tài)系統(tǒng)自身的復(fù)雜性、凈化空氣服務(wù)價值產(chǎn)生過程掌握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致研究成果多側(cè)重于凈化空氣服務(wù)的價值核算，缺乏科學(xué)的、統(tǒng)一凈化空氣服務(wù)理論體系。
(2)凈化空氣服務(wù)研究方法體系不完善，研究深度不夠。第一，已有研究多側(cè)重靜態(tài)評估，缺乏動態(tài)評估。生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生與變化。生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)應(yīng)具有時空動態(tài)變化的特征。然而，過去的研究主要集中在靜態(tài)評估上，凈化空氣服務(wù)動態(tài)研究的成果較少。雖然國內(nèi)外學(xué)者在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估體系中新增了動態(tài)因子，一定程度上實現(xiàn)了凈化空氣服務(wù)的動態(tài)評估，然而其評估結(jié)果可靠性與準(zhǔn)確性仍需驗證。
第二，現(xiàn)有研究多直接套用國外模型，與研究區(qū)契合度有待完善。隨著大數(shù)據(jù)的發(fā)展和生態(tài)評估模型的開發(fā)，國內(nèi)學(xué)者也開始使用CITYgreen、-ree等生態(tài)模型進行凈化空氣服務(wù)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(jié)果準(zhǔn)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(zhì)量重視不足。通過實地監(jiān)測、試驗對比研究凈化空氣服務(wù)物質(zhì)量的文獻不多，尤其缺乏自主研發(fā)的適合我國國情的生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)評估模型，評估結(jié)果的科學(xué)性、可比性和應(yīng)用性需要進一步增強。
5研究展望
隨著生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)研究不斷深入，評估方法的模型化、精準(zhǔn)化、動態(tài)化是主要研究方向，研究技術(shù)方法的集成與空間可視化表達也正在加強，相關(guān)研究亟需在以下幾個方面取得進步：
(1)加強生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與凈化空氣服務(wù)的關(guān)系研究，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)理論體系。在完善森林、城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，充分理解凈化空氣服務(wù)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動過程，逐步明確不同類型生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)機理或原理，使凈化空氣服務(wù)研究工作理論依據(jù)逐步得到強化。
(2)增加凈化空氣服務(wù)動態(tài)研究，完善評估方法。第一，加強凈化空氣服務(wù)時空動態(tài)變化研究，基于生態(tài)系統(tǒng)類型的數(shù)量、面積、質(zhì)量等動態(tài)因子，測算生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)物質(zhì)量或價值量的變化。第二，在引進國外先進生態(tài)模型的基礎(chǔ)上，修正適用范圍和技術(shù)參數(shù)，采用情景分析和動態(tài)模型的方法對凈化空氣服務(wù)及其價值變化做出預(yù)測與響應(yīng)。第三，自主研發(fā)適合我國國情和特有生態(tài)系統(tǒng)類型的凈化空氣服務(wù)價值時空動態(tài)模型，在模型中增加多元地球空間參數(shù)，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(wù)評估結(jié)果的準(zhǔn)確性。
(3)重視不同類型、不同尺度凈化空氣服務(wù)的整合與關(guān)聯(lián)研究。第一，加強森林、草地、湖泊濕地、荒漠、海洋與農(nóng)田等不同生態(tài)系統(tǒng)，以及不同地域、不同社會發(fā)展特征生態(tài)系統(tǒng)的凈化空氣服務(wù)研究，全面掌握生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系。第二，強化大尺度與中小尺度相關(guān)研究的交叉融合，推進研究尺度之間耦合或融合。在總結(jié)中小尺度研究經(jīng)驗基礎(chǔ)上，開展更大尺度的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)凈化空氣服務(wù)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
相關(guān)閱讀
