段彥博, 雷雅凱, 吳寶軍, 彭丹丹, 田國(guó)行

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 鄭州 450002

鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)研究

段彥博, 雷雅凱, 吳寶軍, 彭丹丹, 田國(guó)行*

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 鄭州 450002

段彥博, 雷雅凱, 吳寶軍, 等. 鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2016, 35(2): 81-88.

DUAN Yanbo, LEI Yakai, WU Baojun, et al. Evaluation and dynamic study on the ecological service value for urban green space system in Zhengzhou[J]. Ecological Science, 2016, 35(2): 81-88.

運(yùn)用生態(tài)服務(wù)價(jià)值指數(shù)的概念及相關(guān)理論和依據(jù) 2003—2013年鄭州市綠地面積動(dòng)態(tài)變化結(jié)果, 選擇水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧、吸收SO2、吸收NOX、減噪、滯塵、降低溫度8個(gè)生態(tài)指標(biāo)創(chuàng)建鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)體系, 并且應(yīng)用全排列多邊形圖示指標(biāo)法分析 2003—2013鄭州市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能。結(jié)果表明: 在 2003—2013年間鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)總價(jià)值由 246.77×106元增至 554.27×106元, 每項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值歷年均值排列次序?yàn)? 水源涵養(yǎng)＞釋氧＞減噪＞固碳＞降低溫度＞滯塵＞吸收NOX＞吸收 SO2。鄭州市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值各單項(xiàng)分指數(shù)呈逐年上升趨勢(shì), 其中固碳價(jià)值分指數(shù)、水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、吸收SO2價(jià)值分指數(shù)與同年其他各單項(xiàng)分指數(shù)相比數(shù)值較大。11年間鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù)分別為0、0.002、0.112、0.168、0.246、0.315、0.415、0.479、0.647、0.756、0.811, 生態(tài)服務(wù)功能逐步改善。通過(guò)對(duì)鄭州市城市綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估, 以期為今后生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立和規(guī)劃管理等提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

城市綠地系統(tǒng); 生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估; 全排列多邊形圖示指標(biāo)法; 鄭州

1 前言

城市的快速發(fā)展使大氣污染、能源危機(jī)、資源短缺、洪澇災(zāi)害、用地緊張以及交通擁堵等城市問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生。這些問(wèn)題加劇了城市環(huán)境負(fù)荷, 使部分城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降甚至喪失[1–3]。城市生態(tài)環(huán)境惡化帶來(lái)的一系列問(wèn)題使人們更清晰的認(rèn)識(shí)到綠地生態(tài)系統(tǒng)在促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展、優(yōu)化城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能中的作用, 對(duì)維護(hù)良好環(huán)境有著舉足輕重的地位。城市綠地在改進(jìn)城市空氣質(zhì)量、維護(hù)城市生態(tài)系統(tǒng)均衡、保障人體健康發(fā)揮多重效用[4]。因此對(duì)城市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值定量化評(píng)估能為城市規(guī)劃、生態(tài)城市建設(shè)以及未來(lái)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制建立和規(guī)劃管理等提供理論和數(shù)據(jù)的支持。正確評(píng)估城市綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值關(guān)乎一個(gè)城市能否真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[5]。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)是當(dāng)今生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)兩學(xué)科交叉研討內(nèi)容有著較多關(guān)注,也是存在較多爭(zhēng)議的范疇[6]。早在20世紀(jì)70年代就在國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)展了生態(tài)服務(wù)的研究, 1970年, SCEP (Study of critical environmental problems)在《人類對(duì)全球環(huán)境的影響》一書中初次討論生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能并列出了服務(wù)功能的具體內(nèi)容。1977年, 韋斯特曼(Westman)在《科學(xué)》上發(fā)表文章中提出了“自然服務(wù)”的概念及其價(jià)值評(píng)估的問(wèn)題[7]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念至此日漸清晰, 之后 Daily提出生態(tài)系統(tǒng)與生物交互效用構(gòu)成的能夠維系和不斷供給人們生活的物質(zhì)保障和過(guò)程就是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù), 并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能歸類為空氣和水體凈化、廢物分解、調(diào)節(jié)干旱和洪水、土壤的更新等 15種類型[8]。Costanza在《Nature》上發(fā)表的“The value of the world's ecosystem services and natural capital Nature”開(kāi)創(chuàng)了生態(tài)服務(wù)價(jià)值研究的里程碑, 提出人們直接或間接的從生態(tài)功能中獲得利益, 以貨幣的形式進(jìn)行了全球尺度的價(jià)值評(píng)價(jià)[9]。對(duì)此類研究的評(píng)價(jià)已經(jīng)展開(kāi)了大量實(shí)踐并有迅猛發(fā)展的趨勢(shì), 目前國(guó)外對(duì)全球以及區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究主要集中于四個(gè)部分: 流域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究, 單個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究, 物種和生物多樣性保護(hù)價(jià)值的研究。

國(guó)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)相關(guān)研究起步晚于國(guó)外, 1980年前后隨著國(guó)外相關(guān)概念及價(jià)值理論、評(píng)價(jià)方法等的引進(jìn)開(kāi)始了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)研究。1984年, 馬世駿創(chuàng)建了能夠衡量評(píng)價(jià)自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)三大綜合體系的評(píng)估指標(biāo)[10]。目前人們主要進(jìn)行以下幾個(gè)領(lǐng)域的探究: (1)不同類型區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值評(píng)估?；?RS和GIS技術(shù)對(duì)青海湖[11]、贛江上游流域[12]進(jìn)行的生態(tài)價(jià)值評(píng)估, 對(duì)北京市平谷區(qū)[13]、成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)[14]、重慶市[15]等行政區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估。(2)不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值評(píng)估。包括對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估。(3)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值評(píng)估方法的比較。主要分為直接市場(chǎng)、替代市場(chǎng)、模擬市場(chǎng)等三種較為常用的評(píng)價(jià)方法。(4)城市生態(tài)系統(tǒng)及城市森林、河流、濕地、綠地等子系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)價(jià), 生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值與LUCC及驅(qū)動(dòng)機(jī)制也是研究的焦點(diǎn)。張緒良[16]、李想[17]、武文婷[18]依據(jù)不同的生態(tài)評(píng)估體系分別對(duì)青島市、杭州市、大連市的城市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估, 指導(dǎo)城市規(guī)劃以及相關(guān)建設(shè)并為城市的綠地布局及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論支持。雖然國(guó)內(nèi)外針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估已經(jīng)進(jìn)行了大量研究, 但是基于生態(tài)系統(tǒng)效能和服務(wù)存在時(shí)間和空間的變化, 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值認(rèn)知的多重性, 以及缺乏統(tǒng)一完善的評(píng)估方法、評(píng)價(jià)理論、指標(biāo)體系, 使評(píng)價(jià)得出的結(jié)論存在較大的差異, 可比性較差, 而且目前對(duì)城市綠地等城市子系統(tǒng)研究不夠全面深入。全排列多邊形圖示指標(biāo)法可以同時(shí)反映城市綠地系統(tǒng)單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能以及綜合生態(tài)服務(wù)功能, 減少了研究者主觀判斷權(quán)重系數(shù)的干擾,本文采用此方法對(duì) 2003—2013年研究區(qū)域城市綠地系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估并分析動(dòng)態(tài)變化結(jié)果,探究城市綠地各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)大小, 進(jìn)一步深入了解綠地生態(tài)系統(tǒng), 以期通過(guò)對(duì)近11年的服務(wù)價(jià)值各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算分析, 為今后定量化研究和綠地系統(tǒng)格局優(yōu)化提供參考。

2 研究概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

鄭州位于東經(jīng)112°42＇—114°14＇, 北緯34°16＇—34°58＇, 地處中原腹地, 北臨黃河, 西依嵩山, 南部有始祖文化發(fā)源地, 東為黃淮大平原, 山水相依,自然文化資源豐富, 河流水系眾多; 有“九州之中,十省通衢”之稱; 鄭州市域總面積為7446.2 km2, 包括6區(qū)5市1縣: 金水區(qū)、二七區(qū)、中原區(qū)、管城區(qū)、惠濟(jì)區(qū)、上街區(qū), 鄭東新區(qū)、中牟縣、鞏義市、登封市、滎陽(yáng)市、新密市、新鄭市。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig. 1 Research area bitmap

2.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估指標(biāo)體系

綜合考慮鄭州市特有的氣候、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等地域特點(diǎn), 借鑒國(guó)內(nèi)外其它城市綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[16–22], 主要對(duì)水源涵養(yǎng)服務(wù)效能、固碳釋氧服務(wù)效能、凈化大氣環(huán)境服務(wù)效能、調(diào)節(jié)小氣候等服務(wù)效能進(jìn)行評(píng)估, 確定水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧、吸收SO2、吸收NOX、滯塵、降低噪音、降低溫度等 8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為本研究的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系。

運(yùn)用生態(tài)服務(wù)價(jià)值指數(shù)的概念表示綠地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)能力大小, 假設(shè)水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧、吸收SO2、吸收NOX、滯塵、降低噪音、降低溫度等 8個(gè)指標(biāo)為生態(tài)服務(wù)價(jià)值分指數(shù), 通過(guò)計(jì)算可以得到 2003—2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的綜合指標(biāo)進(jìn)而評(píng)估近 10年進(jìn)程中綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的水準(zhǔn)[21–24]。

2.3 生態(tài)服務(wù)價(jià)值指數(shù)的計(jì)算與評(píng)價(jià)方法

2.3.1 實(shí)際生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算

(1) 水源涵養(yǎng)的實(shí)際價(jià)值

鄭州市城市綠地年水源涵養(yǎng)價(jià)值計(jì)算公式:

式中XW表示城市綠地的水源涵養(yǎng)服務(wù)實(shí)際價(jià)值,S表示綠地面積(hm2),P為降水量(mm·a-1),E為城市綠地蒸散量(mm·a-1),C為地表徑流量(mm·a-1),FW為水庫(kù)工程單位庫(kù)容造價(jià), 取 6.1107 yuan·m-3。這里采用溫帶落葉闊葉林的地表徑流系數(shù) 1.12%, 蒸散系數(shù)為58.9%,P為鄭州市年降水量[16–20]。

(2) 固碳的實(shí)際價(jià)值

采用國(guó)際上通用的碳稅法計(jì)算城市綠地固碳價(jià)值[25], 計(jì)算公式:

式中XC表示城市綠地固碳服務(wù)實(shí)際價(jià)值,S表示綠地面積( hm2),TC表示碳稅率, 150 $ /t C,R碳表示CO2中碳的含量;B年為單位面積綠地凈生產(chǎn)力t/(hm2·a-1)。由于碳稅率隨兌換美元匯率的浮動(dòng)而變化, 將兌換后碳稅率的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理。借鑒2008年中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)規(guī)范, CO2中碳的含量為27.27%, 即R碳為27.27%。鄭州市和北京市同于屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 且地理位置相近, 本文參考2010北京地區(qū)植被凈生產(chǎn)力13.48 t/(hm2·a-1)作為鄭州市的單位面積綠地凈生產(chǎn)力[26]。

(3) 釋氧的實(shí)際價(jià)值

采用工業(yè)制氧影子價(jià)格法計(jì)算鄭州市城市綠地釋氧價(jià)值, 計(jì)算公式:

式中XO表示城市綠地的釋氧服務(wù)實(shí)際價(jià)值,S表示城市綠地面積(hm2),PO為中國(guó)近年來(lái)平均工業(yè)制氧價(jià)格(700 yuan·t–1),B年為13.48 t/(hm2·a–1)[16–20]。

(4) 收SO2的 服務(wù)實(shí)際價(jià)值

城市綠地吸收SO2服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式:

式中XS表示城市綠地吸收SO2服務(wù)實(shí)際價(jià)值,S表示城市綠地面積(hm2),QS為單位面積綠地年吸收SO2量t/(hm2·a-1),FS為SO2治理費(fèi)用(yuan·t-1)。本文取闊葉林對(duì)SO2的吸收能力為88.65 Kg/(hm2·a-1),FS為SO2治理費(fèi)用為1200 yuan·t-1[16–20]。

(5) 吸收NOX的實(shí)際價(jià)值

城市綠地吸收NOX服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式:

式中XN表示吸收大氣環(huán)境中氮氧化物的服務(wù)實(shí)際價(jià)值(yuan·a-1),S表示城市綠地面積(hm2),QN單位面積綠地的年吸收NOX量t/(hm2·a-1),FN為NOX治理費(fèi)用(yuan·t-1)。本文參照相關(guān)研究中闊葉樹(shù)林對(duì)NOX的年吸收能力0.38 t·hm-2,FN取值為630 yuan·t-1[16–20]。

(6) 滯塵的實(shí)際價(jià)值

城市綠地滯塵服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式:

式中XD表示城市綠地滯塵的服務(wù)實(shí)際價(jià)值(yuan·a-1),S表示城市綠地面積(hm2),QD為單位面積綠地年滯塵數(shù)量t/(hm2·a-1),FD為降塵清理費(fèi)用(yuan·t-1)。本文取闊葉樹(shù)滯塵能力平均為10.11 t/(hm2·a-1),FD為工業(yè)削減粉塵費(fèi)用170 yuan·t-1[16–20]。

(7) 降低噪音的實(shí)際價(jià)值

本文采用城市綠地面積折算為城市隔音墻的計(jì)算方法, 計(jì)算公式:

式中XN表示城市綠地降低吸收噪音服務(wù)實(shí)際價(jià)值(yuan·a-1),S表示城市綠地面積(hm2), 根據(jù)研究1 km長(zhǎng)的城市隔音墻的隔音減噪作用相當(dāng)于1 km長(zhǎng)40 m寬的城市綠化用地的隔音減噪作用, 將城市綠地面積折算為城市隔音墻,KN取400000 yuan·km-1[16–20]。

(8) 降低溫度的實(shí)際價(jià)值

城市綠地降低溫度服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式:

式中XT表示城市綠地降低溫度服務(wù)實(shí)際價(jià)值(yuan·a-1),S表示城市綠地面積(hm2),QT表示城市綠地夏季每天的蒸騰吸收熱量J/(hm2·d-1),DT為城市綠地的夏季的降溫天數(shù)(d·a-1),FT為電價(jià)(yuan·度-1)。QT取4.59× 108J/ (hm2·d-1), 按每年使用空調(diào)60 d計(jì),FT取2003—2013鄭州市電價(jià)的平均值0.5 yuan[27]。

2.3.2 生態(tài)服務(wù)價(jià)值分指數(shù)及綜合指數(shù)計(jì)算

本文采用全排列多邊形圖示指標(biāo)法對(duì)城市綠地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià), 該方法可同時(shí)反映單項(xiàng)指標(biāo)與綜合指標(biāo), 既有直觀圖形又有數(shù)值解釋, 只要確定有關(guān)的最大值、最小值、臨界值不需要考慮專家主觀確定的權(quán)重系數(shù)大小。其基本原理為, 設(shè)共有n個(gè)指標(biāo)(標(biāo)準(zhǔn)化后的值), 以生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值分指數(shù)及綜合指數(shù)指標(biāo)的最大極值作為半徑構(gòu)建一個(gè)中心的正 n 邊形, 各個(gè)指標(biāo)相連接形成一個(gè)不規(guī)則中心 n 邊形[23]。

對(duì)各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值分指數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)采用如下標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù):

式中,Si為某項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)化分指數(shù),Xi為某年該項(xiàng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值(元),Ui和Li分別為該項(xiàng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值的最大值和最小值(元),Ti為臨界值可依據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象相關(guān)指標(biāo)的均值確定。利用 n個(gè)指標(biāo)可以畫出一個(gè)中心正n邊形, n邊形的中心點(diǎn)為Si=-1 時(shí)的值, 頂點(diǎn)為Si=1時(shí)的值, 所在區(qū)間為[-1, +1], 各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的值為中心點(diǎn)到頂點(diǎn)的線段,Si=0構(gòu)成的多邊形為指標(biāo)的臨界線[24]。

采用以下公式計(jì)算 2003—2013年研究區(qū)城市綠地系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的綜合指數(shù):

式中,Si和Sj分別為第和i第j個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值分項(xiàng)指標(biāo),C為某年綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指標(biāo), 依據(jù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指標(biāo)結(jié)合各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)全方位評(píng)估城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能[24]。

2.3.3 相關(guān)性分析

相關(guān)分析可以定量描述兩個(gè)變量之間的線性相關(guān)程度, 明確兩個(gè)變量之間的相關(guān)方向。本文采用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)[28], 以鄭州市 2003—2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值、GDP為變量, 定量描述城市綠地系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與城市經(jīng)濟(jì)水平之間的相關(guān)關(guān)系, 其計(jì)算公式為:

式中:xyR為相關(guān)系數(shù);n為樣本數(shù);ix、iy分別是x、y的第i個(gè)值;分別是x、y的平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 鄭州市城市綠地系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化

2003—2013年鄭州市城市綠地總面積由4263 hm2增加到 13444 hm2, 公共綠地由 1631 hm2增加到3895 hm2, 人均公共綠地面積由6.8 m2增加到12.0 m2,城市建成區(qū)綠化面積由5512 hm2增加到14540 hm2,城市建成區(qū)綠化覆蓋率由32.4%增加到38.0%。城市綠地建設(shè)更關(guān)注市民的休閑娛樂(lè)、健身康體等服務(wù)功能, 公園數(shù)量雖由 133個(gè)減至 68個(gè)但是面積由835 hm2增加到2082 hm2(見(jiàn)表1)。城市園林綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋面積從2003—2013呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的變化趨勢(shì), 年增長(zhǎng)率分別為 12.17%、10.19%,而公共綠地面積的增長(zhǎng)趨勢(shì)相對(duì)緩慢, 年增長(zhǎng)率為9.10%。(見(jiàn)圖2)

3.2 鄭州市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值

根據(jù)公式(1)—(8)計(jì)算出 2003—2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值Xi(見(jiàn)表2)。在2003—2013年 11年間鄭州市不斷加強(qiáng)城市綠地建設(shè), 城市綠地服務(wù)功能的總價(jià)值增加了 3.08億元, 年增長(zhǎng)率為8.42%, 遠(yuǎn)低于鄭州市GDP的年增長(zhǎng)率18.86%。為進(jìn)一步揭示研究區(qū)綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值與鄭州市經(jīng)濟(jì)水平變化之間的關(guān)系, 本文以2003—2013年研究區(qū)綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值和 GDP為變量, 采用Pearson簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù), 衡量?jī)烧哧P(guān)系。結(jié)果表示近10年綠地系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與GDP在0.01水平上顯著相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為 0.87, 表明鄭州市經(jīng)濟(jì)水平提高的同時(shí)綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值也在不斷升高, 綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能逐步完善。在鄭州市城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值構(gòu)成中, 歷年平均價(jià)值大小排序?yàn)? 水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、固碳、降低溫度、滯塵、吸收NOX、吸收 SO2。

表1 2003—2013年鄭州市城市綠地動(dòng)態(tài)特征Tab. 1 Dynamic characteristics of urban green space in Zhengzhou from 2003—2013

圖2 2003—2013年鄭州市城市綠地面積動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 Dynamic changes of urban green area in Zhengzhou from 2003—2013

表2 2003—2013年鄭州市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值Tab. 2 Ecological service value of Urban green space system in Zhengzhou from 2003-2013 ×106/元

3.3 鄭州市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的分指數(shù)以及綜合指數(shù)

將 2003—2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值Xi按照公式(9)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理, 得到生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值各分項(xiàng)指數(shù)Si, 結(jié)果見(jiàn)圖3。圖中分指數(shù)絕對(duì)值的大小代表該項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能單項(xiàng)價(jià)值距離平均值的遠(yuǎn)近, 分指數(shù)值越高, 生態(tài)服務(wù)功能越健全。利用公式(10)分別計(jì)算得到2003—2013年城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值的綜合指數(shù)。

圖3 2003—2013年綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值各分項(xiàng)指數(shù)Fig. 3 Each individual index of the ecological service value of Urban green space system from 2003-2013

2003年水源涵養(yǎng)價(jià)值的分指數(shù)為同年各個(gè)單項(xiàng)分指數(shù)中最大, 表明鄭州市綠地系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能對(duì)本年生態(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)作用最顯著; 2004年固碳價(jià)值分指數(shù)遠(yuǎn)大于其他生態(tài)服務(wù)類型, 水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)為同年各單項(xiàng)分指數(shù)最小, 反映出該年綠地系統(tǒng)固碳功能對(duì)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最為明顯, 而水源涵養(yǎng)功能作用最弱; 2005年水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、固碳價(jià)值分指數(shù)較大, 吸收NOX價(jià)值分指數(shù)、滯塵價(jià)值分指數(shù)較小, 說(shuō)明從單項(xiàng)生態(tài)服務(wù)類型來(lái)看水源涵養(yǎng)、固碳功能提供了當(dāng)年較多的生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 吸收 NOX、滯塵功能與之相反(見(jiàn)圖3a)。2006年固碳價(jià)值分指數(shù)、水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、吸收 SO2價(jià)值分指數(shù)較大, 固碳、水源涵養(yǎng)、吸收SO2所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值高于其他類型生態(tài)服務(wù)功能; 2007年固碳和吸收 SO2價(jià)值分指數(shù)比同期各項(xiàng)指標(biāo)偏大, 水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)最小, 固碳、吸收SO2功能對(duì)提高當(dāng)年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最為明顯,而水源涵養(yǎng)功能作用最弱; 2008年水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、吸收 SO2價(jià)值分指數(shù)較大, 這兩項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的提高有著較大的貢獻(xiàn)(見(jiàn)圖3b)。2009年水源涵養(yǎng)和吸收SO2價(jià)值分指數(shù)比同期各項(xiàng)指標(biāo)偏大, 表明2009年的水源涵養(yǎng)和吸收SO2功能對(duì)綠地生態(tài)系統(tǒng)的改善具有較高的貢獻(xiàn)率; 2010與2012年情況相同, 固碳和吸收SO2價(jià)值分指數(shù)比同期各項(xiàng)指標(biāo)偏大, 水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)最小而2011年水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、固碳價(jià)值分指數(shù)較大, 說(shuō)明2010和2012年綠地系統(tǒng)固碳、吸收SO2功能對(duì)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值發(fā)揮較為顯著的作用,而水源涵養(yǎng)功能作用最弱, 而2011年水源涵養(yǎng)、固碳功能發(fā)揮作用明顯(見(jiàn)圖3c)。2013年水源涵養(yǎng)分指數(shù)為同年各項(xiàng)分指數(shù)最低, 達(dá)到11年來(lái)另一個(gè)低峰值(見(jiàn)圖 3d), 該年的水源涵養(yǎng)功能對(duì)提高生態(tài)服務(wù)價(jià)值作用微小?？傮w上看2003—2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的 8個(gè)分指數(shù)整體呈增加趨勢(shì), 水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、固碳價(jià)值分指數(shù)、吸收 SO2價(jià)值分指數(shù)與同年其他各項(xiàng)分指數(shù)相比較大, 但是水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)近11年來(lái)波動(dòng)較大, 2003—2013年的水源涵養(yǎng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值分指分別為–0.82、–1、–0.17、–0.06、–0.15、0.25、0.83、0.31、1、0.21、–0.51。與歷年來(lái)的生態(tài)服務(wù)功能相比, 2013年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值各項(xiàng)價(jià)值分指數(shù)幾乎達(dá)到最大, 2013年的綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)能力得到改善。

參照國(guó)內(nèi)外綜合指數(shù)分級(jí)方法, 2003—2013年鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值綜合指數(shù)(ESEI)發(fā)生了變化(見(jiàn)圖4)。2003—2013年鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值綜合指數(shù)分別為0、0.002、0.112、0.168、0.246、0.315、0.415、0.479、0.647、0.756、0.811。通過(guò)近10年來(lái)綠地系統(tǒng)的規(guī)劃, 使鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)。隨著城市化進(jìn)程的加速, 城市綠地面積在土地利用類型中的比例逐年減小, 已經(jīng)無(wú)法單一的從增加綠地面積來(lái)優(yōu)化綠地系統(tǒng), 應(yīng)該從綠地的結(jié)構(gòu)和布局著手改善綠地功能退化現(xiàn)象。

4 結(jié)論與討論

在 2003—2013年間鄭州市綠地生態(tài)服務(wù)總價(jià)值由246.77×106元增至554.27×106元, 增加了3.08億元, 年增長(zhǎng)率為 8.42%, 但單位面積城市綠地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值由5.40×104元/hm2·a-1減至4.74× 104元/hm2·a-1, 這是由于隨著城市的發(fā)展, 雖然綠地面積逐年增長(zhǎng)但是城市面積也在不斷增加。在鄭州市城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值構(gòu)成中, 歷年平均價(jià)值大小排序?yàn)? 水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、固碳、降低溫度、滯塵、吸收NOX、吸收 SO2。2003—2013城市綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值各單項(xiàng)分指數(shù)呈現(xiàn)逐年遞增態(tài)勢(shì), 其中水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)、固碳價(jià)值分指數(shù)、吸收 SO2價(jià)值分指數(shù)與同年其他各項(xiàng)分指數(shù)相比較大, 表明水源涵養(yǎng)、固碳、吸收 SO2的服務(wù)功能在歷年來(lái)城市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中起到了不容忽視的顯著作用。但是水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)近11年來(lái)波動(dòng)較大, 這是由于水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)主要受降雨量的影響, 隨降雨量的升高水源涵養(yǎng)價(jià)值分指數(shù)增大。城市綠地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值綜合指數(shù)呈上升趨勢(shì), 環(huán)境質(zhì)量逐步提升的同時(shí)綠地服務(wù)功能水平也在逐步完善。隨著對(duì)綠地系統(tǒng)建設(shè)力度的加強(qiáng), 近10年來(lái)鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)。

圖4 2003—2013年綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù)Fig. 4 The ESEI of ecological service values from 2003-2013

喬木、灌木、草地以及常綠闊葉樹(shù)種、落葉闊葉樹(shù)種、針葉樹(shù)種等不同樹(shù)種類型以及不同的配置方式會(huì)在制造有機(jī)物、凈化大氣等方面上存在差異,應(yīng)該對(duì)不同的綠地結(jié)構(gòu)和類型, 按照不同的凈初級(jí)生產(chǎn)力指標(biāo)、吸收有害氣體指標(biāo)和滯塵指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估[16–24]。但本文由于數(shù)據(jù)獲取的限制沒(méi)有將不同類型與結(jié)構(gòu)的綠地分別進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值的計(jì)算。因此今后應(yīng)結(jié)合遙感和GIS技術(shù), 分析不同植被類型下的綠地分布格局, 計(jì)算城市綠地系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值提高評(píng)估精度[20]。

11年間鄭州市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值一直呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì), 但是生態(tài)服務(wù)價(jià)值的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GDP的年增長(zhǎng)率, 現(xiàn)有的城市綠地系統(tǒng)還遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。這是由于城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)以及結(jié)構(gòu)的不合理、市場(chǎng)機(jī)制導(dǎo)致土地利用的不合理等原因影響了城市綠地價(jià)值的發(fā)揮。應(yīng)完善政策法律保障綠地系統(tǒng)的科學(xué)性與權(quán)威性、創(chuàng)建生態(tài)效益補(bǔ)償體制、加強(qiáng)管理提高技術(shù)、合理布局綠色空間、優(yōu)化綠地結(jié)構(gòu)以提高綠地系統(tǒng)價(jià)值。今后應(yīng)通過(guò)研究不同類別綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值, 建立最優(yōu)綠地格局模型, 指導(dǎo)城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃與建立最終實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。

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Evaluation and dynamic study on the ecological service value for urban green space system in Zhengzhou

DUAN Yanbo, LEI Yakai, WU Baojun, PENG Dandan, TIAN Guohang*
College of Forestry,Henan Agricultural University,Zhengzhou450002,China

Based on the analysis of the dynamic changes of urban green area in Zhengzhou from 2003 to 2013, and the concept of ecological services value index (ESEI), eight ecological indicators including water conservation, carbon sequestration, oxygen releasing, SO2absorption, NOXabsorption, noise reduction, dust detention, and temperature reduction were selected to construct the ecological services value of Zhengzhou urban green space system. The method of entire-array-polygon diagram index was used to analyze the ESEI of urban green space system from 2003 to 2013. The results showed that the total ecological services value of urban green space system in Zhengzhou had increased from 246.77×106yuan RMB (2003) to 554.27×106yuan RMB (2013). Average ecosystem services values were arranged as follows: water conservation＞oxygen releasing＞noise reduction＞carbon sequestration＞temperature reduction＞dust detention＞NOXabsorption＞SO2absorption. Each individual index of the ecological services value of urban green space system increased year by year, of which the index of water conservation, carbon sequestration and SO2absorption were higher than other individual index in the same year. The ecological services were improved and the ESEI of ecological services values were 0, 0.002, 0.112, 0.168, 0.246, 0.315, 0.415, 0.479, 0.647, 0.756, and 0.811 during eleven years. The assessment of the ecological services value of urban green area in Zhengzhou will provide theoretical and data support for the establishment of ecological compensation mechanism and planning management.

urban green space system; assessment of ecological service value; entire-array-polygon diagram index method; Zhengzhou

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.02.013

TU 986

A

1008-8873(2016)02-081-08

2015-10-09;;

2015-11-02

國(guó)家自然科學(xué)基金(41401206); 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)項(xiàng)目(30600407); 高速公路高效節(jié)約綠景觀構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究(2013J49); 高速公路景觀的穩(wěn)定性和可持續(xù)性研究(2014Z06)

段彥博(1992—), 女, 碩士研究生, 主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃與設(shè)計(jì), 835269656@qq.com

*通信作者:田國(guó)行(1964—), 男, 博士, 教授, 主要從事風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)與城市綠地資源建設(shè)與管控, tgh-6408@163.com