龔 溪， 曹銘昌， 孫孝平， 樂志芳， 李 雙， 徐海根②

(1.南京信息工程大學地理與遙感學院， 江蘇 南京 210044； 2.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所， 江蘇 南京 210042； 3.南京林業(yè)大學南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037)

武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

龔 溪1,2， 曹銘昌2①， 孫孝平3， 樂志芳2， 李 雙3， 徐海根2②

(1.南京信息工程大學地理與遙感學院， 江蘇 南京 210044； 2.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所， 江蘇 南京 210042； 3.南京林業(yè)大學南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037)

生態(tài)系統(tǒng)服務是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。選擇福建省武夷山市作為研究區(qū)域，定量評估全市的產(chǎn)品供給、水源供給、水質(zhì)凈化、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、固碳釋氧、旅游娛樂和生物多樣性保護共8類生態(tài)系統(tǒng)服務的經(jīng)濟價值。結(jié)果表明，2015年武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為550.64億元。其中，旅游娛樂提供的價值所占比例最高，為28.84%；其次是土壤保持服務，占總價值的22.15%。通過對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性綜合分區(qū)進行評價，發(fā)現(xiàn)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的空間差異明顯，南部的武夷山國家級風景名勝區(qū)、興田鎮(zhèn)和武夷山國家級自然保護區(qū)一帶為生態(tài)系統(tǒng)服務極重要區(qū)和很重要區(qū)，東北部的嵐谷鄉(xiāng)—吳屯鄉(xiāng)一帶以及東南部的五夫鎮(zhèn)附近為生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)和一般重要區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)服務的價值評估結(jié)果可以為武夷山市生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)關鍵區(qū)的科學管理提供理論依據(jù)，有助于將當?shù)貒壹壣鷳B(tài)市建設融入經(jīng)濟發(fā)展之中。

生態(tài)系統(tǒng)服務； 生態(tài)系統(tǒng)服務價值； InVEST模型； 武夷山市

生態(tài)系統(tǒng)服務是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成的及所維持的人類賴以生存的自然條件與效用。它不僅為人類提供了食物、水源和其他生產(chǎn)生活原料,更重要的是維持和調(diào)節(jié)了人類賴以生存的生命支持系統(tǒng)[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務價值現(xiàn)已成為生態(tài)經(jīng)濟學和環(huán)境經(jīng)濟學的研究重點[2]。1977年,WESTMAN[3]首次從經(jīng)濟學角度探討了生態(tài)系統(tǒng)服務價值,關于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究開始萌芽。1999年,COSTANZA等[4]首次對全球生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行估算。受文獻[4]的啟發(fā),國內(nèi)也逐漸興起生態(tài)系統(tǒng)服務價值有關理論的研究[5]。歐陽志云等[1]首先采用生態(tài)系統(tǒng)服務的概念,初步評估了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的6種服務功能及其經(jīng)濟價值。2003年以后,生態(tài)系統(tǒng)服務的理論和方法逐漸得到廣泛認識與應用[5]。2015年,謝高地等[6]基于擴展的勞動價值論原理,利用單位面積生態(tài)系統(tǒng)價值當量因子的方法,對中國的11種生態(tài)服務類型價值進行評估。國內(nèi)多是從區(qū)域角度對不同類型生態(tài)系統(tǒng)的服務價值進行評估,不同區(qū)域尺度下的森林、草地、水域、農(nóng)田、海洋生態(tài)系統(tǒng)均有涉及[7]。然而,生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估還未形成統(tǒng)一的、科學的理論和方法體系,選取的評價指標及評價方法仍有很大差異,但這些研究為生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估提供了理論基礎。

武夷山市地處溫帶、亞熱帶交替區(qū)域,有著極為豐富的生態(tài)資源。境內(nèi)的武夷山國家級自然保護區(qū)是世界生物多樣性的重要保護區(qū)之一,其生態(tài)系統(tǒng)多樣性、物種多樣性和生物遺傳多樣性均具有典型性和代表性[8]。近年來,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,森林采伐、濕地開發(fā)、交通建設以及旅游范圍的延伸,生態(tài)資源的開發(fā)利用,使得武夷山市的生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生巨大變化,對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務造成較大影響。為此，筆者以武夷山市為研究區(qū)域,基于實地調(diào)研和官方統(tǒng)計數(shù)據(jù),構(gòu)建武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務評價指標體系,定量評估該市生態(tài)系統(tǒng)服務及其價值。同時,對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性進行評估,明確武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性的區(qū)域空間分布特征。該研究旨在識別武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量與組成結(jié)構(gòu),加強政府和人們對當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務重要性的認識,以期為當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)及其服務的保護,以及生態(tài)文明建設提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省武夷山市(27°27′31″～28°04′49″ N,117°37′22″～118°19′44″ E),位于福建省西北部,閩贛兩省交界處,東連浦城縣,南接建陽市,西臨光澤縣,北與江西省鉛山縣毗鄰。西北部有市內(nèi)海拔最高的黃崗山,有著“華東屋脊”的美稱,東南部的興田鎮(zhèn)全市海拔最低,地勢高低相差很大,達1 993 m。武夷山市總面積為2 813 km2,2015年末全市總?cè)丝跒?4.06萬人,國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)為138.88億元,人均國民生產(chǎn)總值為5.37萬元。該地屬中亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),氣候差異顯著。年內(nèi)平均氣溫為17～18.4 ℃,平均降水量為1 600～1 700 mm。境內(nèi)最典型的植被為主要分布在中低山的常綠闊葉林,高海拔地帶多分布有天然針葉林,低海拔地帶多分布有次生針葉林和人工針葉林;分布最廣的植被為杉木林,也是人工林中所占比例最大的植被[9-10]。

2 研究方法

2.1 評估框架

依照生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性經(jīng)濟學(the economics of ecosystems and biodiversity,TEEB)中的分類標準[11],將生態(tài)系統(tǒng)服務分為供給服務、調(diào)節(jié)服務、文化服務和棲息地服務5類,利用多種生態(tài)經(jīng)濟學方法對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務的價值量進行評估(表1)。

表1生態(tài)系統(tǒng)服務評估框架

Table1Frameworkofecosystemservicevaluation

一級分類二級分類價值評估方法供給服務產(chǎn)品供給市場價值法水源供給市場價值法調(diào)節(jié)服務水質(zhì)凈化替代成本法氣候調(diào)節(jié)市場價值法土壤保持替代成本法影子工程法固碳釋氧造林成本法碳稅法工業(yè)制氧法文化服務旅游娛樂費用支出法棲息地服務生物多樣性保護當量因子法

2.2 價值評估方法

2.2.1產(chǎn)品供給

武夷山市生態(tài)系統(tǒng)的主要產(chǎn)品(除水資源以外)包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品包括谷物、薯類、油料、大豆、甘蔗、煙草、飼料、蔬菜、食用菌、水果、茶葉和中草藥材等,林業(yè)產(chǎn)品包括竹木采伐(杉木、松木、毛竹、籬竹、小材竹等)和茅草、竹筍干、松脂、油茶籽以及采集捕獵的野生動植物等,畜牧業(yè)產(chǎn)品包括牛肉、羊肉、豬肉、家禽、禽蛋、兔肉及蜂蜜等,漁業(yè)產(chǎn)品包括魚、蝦蟹、貝類、蛙、珍珠等淡水產(chǎn)品。采用市場價值法,利用各產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟數(shù)據(jù)評估產(chǎn)品供給服務所產(chǎn)生的直接市場價值。

2.2.2水源供給

水源供給的物質(zhì)量通過InVEST模型計算獲得[12]。利用市場價值法,以生態(tài)系統(tǒng)所供給的水量用在農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)上所需要收取的費用作為水源供給服務的價值:

V1=E1·∑(Bi·Di)。

(1)

式(1)中,V1為生態(tài)系統(tǒng)水源供給的價值,元;E1為產(chǎn)水量,t;Bi為第i種行業(yè)用水水價,元·t-1;Di為第i種行業(yè)用水所占比例,%。根據(jù)《福建省2015年度水資源公報》,武夷山市農(nóng)業(yè)、工業(yè)和居民生活用水比例分別為59%、32%和9%。

2.2.3水質(zhì)凈化

水質(zhì)凈化的能力表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)能夠截留部分非點源污染物,生態(tài)系統(tǒng)所截留的污染物越多,輸出的污染物越少,水質(zhì)凈化的功能就越強大。水質(zhì)凈化的物質(zhì)量通過InVEST模型計算獲得[12]。再利用替代成本法,以污水處理成本的減少作為水質(zhì)凈化服務的經(jīng)濟效益[13]:

V2=∑(Ti·Pi)。

(2)

式(2)中,V2為生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化的價值,元;Ti為氮(或磷)保留的總量,kg;Pi為氮(或磷)的凈化單價,元·kg-1。

2.2.4氣候調(diào)節(jié)

氣候調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)為吸熱降溫,其價值可以從植物蒸騰和水面蒸發(fā)2個方面考慮[14]:

Vt=(Af+Ag)·Wt·α·Pe,

(3)

Vv=Aw·Ep·Wv·Pe。

(4)

式(3)～(4)中,Vt、Vv分別為植物蒸騰和水面蒸發(fā)的價值,元;Af、Ag和Aw分別為武夷山市森林、草地和水域面積,km2;Wt為單位綠地面積所吸收的熱量,為8.11×106kJ·km-2;α為常數(shù),取值1 kW·h·(3 600 kJ)-1;Ep為年平均蒸發(fā)量,武夷山市多年平均水面蒸發(fā)量為1 000 mm;Wv為單位面積水蒸發(fā)所消耗的能量,kJ·m-3;Pe為全市平均電價,元·(kW·h)-1。

2.2.5土壤保持

土壤保持的物質(zhì)量通過InVEST模型計算獲得[12]。根據(jù)LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》,土壤保持的價值可從固土和保肥2個方面考慮。

減少土地廢棄的價值:采用替代成本法,計算因土壤保持而減少土地廢棄的經(jīng)濟效益[15]:

V3=E·B/(0.6·10 000·ρ)。

(5)

式(5)中,V3為減少土地廢棄的經(jīng)濟效益,元;E為土壤保持量,t;B為土地年均生產(chǎn)價值,元·hm-2;ρ為土壤容重,取武夷山區(qū)林地土壤平均容重1.22 t·m-3;0.6為土層平均厚度,m。

減少泥沙淤積的價值:采用影子工程法,計算由于泥沙淤積導致水庫蓄水量減少而造成的經(jīng)濟損失[15]:

V4=0.24·E·Vg/ρ。

(6)

式(6)中,V4為減少泥沙淤積的經(jīng)濟效益,元;E為土壤保持量,t;Vg為水庫的建設成本,元·m-3,由LY/T 1721—2008得到;ρ為土壤容重,t·m-3;0.24為全國平均土壤侵蝕泥沙淤積率[15]。

減少土壤肥力損失:采用替代成本法,以市場銷售的有機肥、硫酸氨、過磷酸鈣和氯化鉀的成本價格代替土壤保留肥力的經(jīng)濟效益[15]。

減少肥力流失價值的計算公式為

(7)

式(7)中,V5為減少肥力流失的經(jīng)濟效益,元;E為土壤保持量,t;Di為土壤中有機質(zhì)、氮、磷、鉀質(zhì)量含量,%;Qi為有機質(zhì)、氮、磷、鉀折算為化肥中的養(yǎng)分含量,%;Pi為肥料的市場價格,元·t-1。根據(jù)中國1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫,計算得到武夷山市土壤表層各養(yǎng)分平均質(zhì)量含量:有機質(zhì)為2.86%,全氮為0.14%,全磷為0.09%,全鉀為1.95%。

2.2.6固碳釋氧

植物每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)可以吸收1.63 t二氧化碳,同時釋放1.19 t氧氣。

(8)

(9)

式(8)～(9)中,VC、VO分別為固碳和釋氧價值,元;PNP，i為第i種植被類型的凈初級生產(chǎn)力,g·m-2·a-1;PC為市場固定二氧化碳價格,采用造林成本法和碳稅法成本價的平均值753元·t-1;PO為市場固定氧氣價格,采用造林成本法和工業(yè)制氧法成本價的平均值330元·t-1[14]。

2.2.7旅游娛樂

使用價值指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)服務中獲得的效益,旅游娛樂服務正是其中之一。根據(jù)旅游業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)評估旅游娛樂服務所產(chǎn)生的市場價值[16]。

2.2.8生物多樣性

利用謝高地等[6,17-18]提出的當量因子法評估武夷山市生物多樣性保護價值,計算公式為

(10)

式(10)中,V7為生物多樣性保護的價值,元;Si為單位面積各生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護的價值當量;β為當量因子價值,元·hm-2;Ai為各生態(tài)系統(tǒng)面積,hm2。

2.3 數(shù)據(jù)來源

InVEST模型的水源供給模塊需要土地覆被圖、降雨量、潛在蒸散量、土壤深度、植被可利用水含量、植被根系深度等數(shù)據(jù);水質(zhì)凈化模塊除了以上數(shù)據(jù)外,還需要氮磷負載值、氮磷濾除率等;土壤保持模塊需要土地覆被圖、數(shù)字高程、降雨侵蝕力、土壤可蝕力等數(shù)據(jù)。

土地覆被圖來源于2015年8月的高分一號遙感影像,空間分辨率為2 m。利用ENVI 5.1軟件導入3、4、5這3個波段數(shù)據(jù)得到合成影像,經(jīng)過鑲嵌、輻射校正、大氣校正、幾何校正、裁剪后進行解譯。結(jié)合野外實測的地表特征參照,經(jīng)過監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類后得到武夷山市2015年土地利用圖。根據(jù)數(shù)據(jù)需求將土地覆被分為林地、草地、農(nóng)田、園地、城鎮(zhèn)、水域和裸地7種土地利用類型。

數(shù)字高程數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)探測局共享平臺(http:∥earthexplorer.usgs.gov),數(shù)據(jù)精度為30 m,對下載后的數(shù)據(jù)進行鑲嵌、裁剪、填洼等處理。基于數(shù)字高程模型的流域數(shù)據(jù)采用ArcGIS 10.1和ArcSWAT軟件生成[19]。

降雨量數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn),收集到武夷山市及其周邊33個國家氣象站點從20世紀80年代到2010年降雨觀測點數(shù)據(jù),經(jīng)過克里格插值后得到柵格數(shù)據(jù)。降雨侵蝕力由經(jīng)驗公式[20]計算得到:

R=μ·Pθ。

(11)

式(11)中,R為降雨侵蝕力,MJ·mm·hm-2·h-1·a-1;μ值為0.066 8;θ值為1.626 6;P為多年平均降雨量,mm。

潛在蒸散量數(shù)據(jù)來源于國際農(nóng)業(yè)研究磋商組織發(fā)布的全球干旱和潛在蒸散數(shù)據(jù)庫(http:∥www.cgiar-csi.org/data/global-aridity-and-pet-database)。

土壤數(shù)據(jù)來源于中國科學院南京土壤研究所提供的中國1∶100萬土壤數(shù)據(jù)庫。植被可利用含水量由田間持水量減去永久萎焉系數(shù)[12]計算得到。土壤可蝕力由Williams等建立的EPIC模型計算得到[21]。

氮磷負載值參考研究區(qū)域及其周邊的非點源污染氮磷輸出系數(shù)取值[22]。不同土地覆被的氮磷濾除率選擇InVEST模型建議的取值[12,23]。

凈初級生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)來源于數(shù)字地球動態(tài)模擬研究組多尺度生態(tài)系統(tǒng)功能建模與監(jiān)測平臺提供的MOD17數(shù)據(jù)(http:∥www.ntsg.umt.edu/project/mod17)。各產(chǎn)業(yè)的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《武夷山市統(tǒng)計年鑒2016》,水價、電價和化肥價格信息來源于武夷山市物價局(http:∥www.fjjg.gov.cn/)。

2.4 重要性評價方法

采用多因子綜合評價法,選取產(chǎn)水量、氮磷輸出量和土壤保持量作為評價指標,對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性進行評價[14,24-26]。利用ArcGIS 10.1軟件對每項評價指標按重要性分為極重要、很重要、重要和一般重要4級。再利用多因子加權(quán)求和模型對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)各項服務重要性進行綜合評價[27-28]:

(12)

式(12)中,P為生態(tài)系統(tǒng)服務綜合評價值;Ai為各評價指標的分級賦值;Wi為各指標的權(quán)重,該文將各指標權(quán)重都設為0.25[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值

產(chǎn)品供給價值:武夷山市農(nóng)業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為27.27億元,林業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為6.98億元,畜牧業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為4.53億元,漁業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為1.37億元,則食物與原材料供給的總價值為40.15億元。

水源供給價值:武夷山市年產(chǎn)水量為4.05×109t。2015年,全市農(nóng)業(yè)用水價格為1.70元·t-1,工業(yè)用水價格為2.45元·t-1,居民生活用水價格為1.55元·t-1,則水源供給總價值為78.02億元。

水質(zhì)凈化價值:武夷山市生態(tài)系統(tǒng)截留的總氮保留量為1.26×109kg,總磷保留量為8.32×107kg,總氮凈化成本為1.5元·kg-1,總磷凈化成本為2.5元·kg-1[29],則水質(zhì)凈化價值約為20.98億元。

氣候調(diào)節(jié)價值:武夷山市林地和草地覆蓋面積共為2 269.36 km2,全市因植被蒸騰作用被吸收的熱量約為1.84×1010kJ,即5.11×106kW·h。全市水域面積為21.36 km2,蒸發(fā)量約為2.14×107m3,在氣溫25 ℃環(huán)境下,單位體積水轉(zhuǎn)化為相同溫度的水蒸氣需要消耗2.43×106kJ熱量,則全市因水域蒸發(fā)所消耗的熱量約為5.19×1013kJ,即1.44×1010kW·h。武夷山市平均電價約為0.6元·(kW·h)-1,則氣候調(diào)節(jié)總價值為86.54億元。

土壤保持價值:武夷山市土壤保持總量為7.83×107t。參考武夷山市統(tǒng)計年鑒,將武夷山市單位面積林業(yè)產(chǎn)值3 034.35元·hm-2作為森林每年減少土地廢棄的機會成本,則減少土地廢棄的價值為3 245.76萬元;由LY/T 1721—2008可知,1993—1999年我國水庫的庫容成本約為2.17元·m-3,由統(tǒng)計年鑒得到至2015年物價指數(shù)約為8,即17.36元·m-3,則減少泥沙淤積的價值為2.67億元;一般有機肥(有機質(zhì)含量w為45%)市價為800元·t-1,尿素(含氮量w為45%)市價為2 000元·t-1,過磷酸鈣(含磷量w為15%)市價為600元·t-1,氯化鉀(含鉀量w為47%)市價為2 200元·t-1,則保持土壤肥力的價值約為118.97億元。土壤保持的總價值則為121.97億元。

固碳釋氧價值:武夷山市NPP總量為1.50×106t,固碳量為2.45×106t,釋氧量為1.79×106t,則固碳釋氧的總價值為24.33億元。

旅游娛樂價值:武夷山市擁有首批國家重點風景名勝區(qū)、國家重點自然保護區(qū)、國家旅游度假區(qū)、國家森林公園、國家重點文物保護單位、中國歷史文化名村等稱號,2015年武夷山市接待游客量為975.81萬人次,旅游總收入為158.83億元。

生物多樣性保護價值:1當量因子定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值[18],參考《中國統(tǒng)計年鑒2016》,得到1當量因子價值約為3 464元,計算得到武夷山市生物多樣性保護總價值約為19.82億元(表2)。

綜上,2015年武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為550.64億元。其中,旅游娛樂服務的價值為158.83億元,占28.84%;土壤保持服務價值為121.97億元,占22.15%;氣候調(diào)節(jié)服務價值為86.54億元,占15.72%;水源供給服務價值為78.02億元,占14.17%;產(chǎn)品供給服務價值為40.15億元,占7.29%;固碳釋氧服務價值為24.33億元,占4.42%;水質(zhì)凈化服務價值為20.98億元,占3.81%;生物多樣性服務價值為19.82億元,占3.60%(表3)。武夷山市生態(tài)系統(tǒng)除了擁有重要的旅游娛樂、土壤保持、氣候調(diào)節(jié)、水源供給服務外,產(chǎn)品供給、固碳釋氧、水質(zhì)凈化和生物多樣性保護服務的價值也不容忽視。

表2生物多樣性保護價值當量表

Table2Equivalentmatrixofbiodiversityconservationvalues

生態(tài)系統(tǒng)分類面積/hm2價值當量價值/萬元林地2258942.41188581.73草地10421.27458.40農(nóng)田359670.212616.38園地84491.574594.97城鎮(zhèn)64320.0244.56水域21362.551886.77裸地3120.022.16合計198184.97

表3生態(tài)系統(tǒng)服務價值量核算

Table3Accountingofecosystemservicevalues

一級分類二級分類 評價指標 價值/億元供給服務產(chǎn)品供給農(nóng)林牧漁產(chǎn)品40.15水源供給產(chǎn)水量78.02調(diào)節(jié)服務水質(zhì)凈化氮保留量20.98磷保留量氣候調(diào)節(jié)水面蒸發(fā)吸熱量86.54植被蒸騰吸熱量土壤保持土壤保持量121.97固碳釋氧固碳量24.33釋氧量文化服務旅游娛樂旅游業(yè)產(chǎn)值158.83棲息地服務生物多樣性保護生物多樣性維持價值19.82合計550.64

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務重要性綜合評價

利用ArcGIS 10.1軟件將各指標按自然間斷點分級法分為4個等級(表4),這種方法能夠使各級內(nèi)部方差之和最小[26]。

表4生態(tài)系統(tǒng)服務重要性綜合評價體系

Table4Comprehensiveevaluationsystemforecosystemservicesinimportance

項目重要性一般重要重要很重要極重要單位柵格產(chǎn)水量1)[1340,1415)[1415,1491)[1491,1567)[1567,1643]單位柵格總氮輸出量2)[1.12,3.29][0.58,1.12)[0.15,0.58)(0,0.15)單位柵格總磷輸出量3)[0.09,0.25][0.05,0.09)[0.01,0.05)(0,0.01)單位柵格土壤保持量4)(0,20)[20,58)[58,127)[127,353]分級賦值1234分級標準(0,1.5](1.5,2.5](2.5,3.5](3.5,4.5)

1)單位為mm·(900 m2)-1； 2)單位為t·(900 m2)-1； 3)單位為t·(900 m2)-1； 4)單位為t·(900 m2)-1。

對各項指標進行加權(quán)和空間疊加分析后,發(fā)現(xiàn)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務重要性空間差異明顯(圖1)。極重要區(qū)和很重要區(qū)的面積分別達399.25和1 005.65 km2,占全市總面積的12.06%和35.75%,主要分布在武夷山市南部的武夷山國家級風景名勝區(qū)、興田鎮(zhèn)和武夷山國家級自然保護區(qū)一帶。該區(qū)域降雨豐富,植被保存完好,植被覆蓋度較高,生態(tài)系統(tǒng)服務質(zhì)量較高。重要區(qū)和一般重要區(qū)的面積分別達933.07和535.03 km2,占全市總面積的33.17%和19.02%,主要分布在武夷山市東北部的嵐谷鄉(xiāng)—吳屯鄉(xiāng)一帶以及東南部的五夫鎮(zhèn)附近。該區(qū)域采礦業(yè)發(fā)達,城市化水平較低,植被覆蓋度較低,生態(tài)系統(tǒng)服務質(zhì)量較差。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務重要性空間分布Fig.1 Spatial distribution of ecosystemservices in importance

4 討論

通過對武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務的評估,明確了其經(jīng)濟價值及結(jié)構(gòu)組成,并在此基礎上對生態(tài)系統(tǒng)服務重要性綜合分區(qū)進行評價,識別各區(qū)域的服務功能特征,更加直觀地展現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分布格局,希冀為當?shù)氐纳鷳B(tài)保護及生態(tài)系統(tǒng)服務協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù)。武夷山市生態(tài)系統(tǒng)有著強大的旅游娛樂功能和土壤保持功能,其生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為550.64億元,是當年全市GDP的3.96倍,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值為1 957萬元·km-2。將武夷山市按生態(tài)系統(tǒng)服務重要性分為4個等級。極重要區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持和水質(zhì)凈化的服務質(zhì)量最高,應繼續(xù)注意水土保持,加強護林、育林措施;很重要區(qū)應注意生態(tài)修復與保育,加強防范山體滑坡和泥石流等自然災害;重要區(qū)人口密集,應注意科學合理地發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟,減輕對耕地資源的壓力,保護庫區(qū)的水質(zhì)安全;一般重要區(qū)農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)較發(fā)達,應注意控制人為水土流失。

此前,也有不少學者開展了武夷山市及其周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究(表5)。比較已有的研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),由于評價方法、評價指標、評價年份和評價區(qū)域的不同,生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估結(jié)果存在較大區(qū)別。為此,建立一套科學、合理、統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)服務評價方法和指標體系尤為重要。TEEB是生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估、示范和政策應用的綜合方法體系,為生物多樣性保護和可持續(xù)利用提供了新的思路和方法。TEEB在2007年被首次提出,自2008年以來得到了聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的支持。生態(tài)系統(tǒng)服務包括供給服務、調(diào)節(jié)服務、文化服務和棲息地服務4大類,價值評估方法多采用市場價值法、顯示性偏好法和陳述性偏好法等。目前,TEEB方法體系已在30多個國家得到應用,被國際社會廣泛接受與認可[11]。筆者采用TEEB評估方法開展武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估研究,評估方法更合理,評估內(nèi)容更全面,評估結(jié)果更可靠。

表5已有相關研究概述

Table5Overviewoftherelativeresearchesalreadyreported

數(shù)據(jù)來源年份研究區(qū)域 評價指標 評價方法總價值/億元王洪翠等[30]2001武夷山風景名勝區(qū)調(diào)節(jié)氣候、干擾調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)水分等15項Costanza等的測算方法0.88孫潔斐[31]2008武夷山國家自然保護區(qū)有機物生產(chǎn)、原材料供給、水源涵養(yǎng)等10項能值分析法23.3許紀泉[15]2005武夷山區(qū)森林資源供給、固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、土壤保持等6項多種生態(tài)經(jīng)濟學方法189.15岳文淙等[32]2005武夷山市美感、水源涵養(yǎng)、凈化空氣和科研文化第2類綠色GDP核算法123.18游巍斌等[33]2009武夷山風景名勝區(qū)涵養(yǎng)水源、保持土壤、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護等6項當量法362.4

該文仍存在一些不足:(1)研究只涉及了武夷山市所有生態(tài)系統(tǒng)服務功能與價值的一部分。由于研究方法的不完善和研究數(shù)據(jù)難以獲取,仍有很多生態(tài)系統(tǒng)服務未能加以評估。(2)模型法雖然在理論上是比較完善的,但終歸只是對實際情況的模擬。模型所用的各因子數(shù)據(jù)來源和精度不一,模型參數(shù)采用他人的研究成果,應用于武夷山市也會不可避免地產(chǎn)生誤差。

[1] 歐陽志云,王如松,趙景柱.生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其生態(tài)經(jīng)濟價值評價[J].應用生態(tài)學報,1999,10(5):635-640.[OUYANG Zhi-yun,WANG Ru-song,ZHAO Jing-zhu.Ecosystem Services and Their Economic Valuation[J].Chinese Journal of Applied Ecology,1999,10(5):635-640.]

[2] 劉桂林,張落成,張倩.長三角地區(qū)土地利用時空變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響[J].生態(tài)學報,2014,34(12):3311-3319.[LIU Gui-lin,ZHANG Luo-cheng,ZHANG Qian.Spatial and Temporal Dynamics of Land Use and Its Influence on Ecosystem Service Value in Yangtze River Delta[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3311-3319.

[3] WESTMAN W E.How Much Are Nature′s Services Worth？[J].Science,1977,197(4307):960-964.

[4] COSTANZA R,D′ARGE R,GROOT R D,etal.The Value of the World′s Ecosystem Services and Natural Capital[J].Ecological Economics,1999,25(1):3-15.

[5] 張振明,劉俊國.生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究進展[J].環(huán)境科學學報,2011,31(9):1835-1842.[ZHANG Zhen-ming,LIU Jun-guo.Progress in the Valuation of Ecosystem Services[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2011,31(9):1835-1842.]

[6] 謝高地,張彩霞,張昌順,等.中國生態(tài)系統(tǒng)服務的價值[J].資源科學,2015,37(9):1740-1746.[XIE Gao-di,ZHANG Cai-xia,ZHANG Chang-sun,etal.The Value of Ecosystem Services in China[J].Resources Science,2015,37(9):1740-1746.]

[7] 張學斌,石培基,羅君.基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化的生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究:以石羊河流域為例[J].中國沙漠,2014,34(1):268-274.[ZHANG Xue-bin,SHI Pei-ji,LUO Jun.Study on Ecology Economy Coordinating Development Based on the Changes of Ecosystem Service Value:A Case of the Shiyanghe River Basin[J].Journal of Desert Research,2014,34(1):268-274.]

[8] 葉維沁.武夷山市旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀分析與對策研究[D].福州:福建農(nóng)林大學,2016.[YE Wei-qin.Present Situation Analysis and Countermeasures Research on the Development of Tourism in Wuyishan[D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2016.]

[9] 劉海燕.旅游業(yè)對茶產(chǎn)業(yè)的影響研究:以武夷山市為例[D].泉州:華僑大學,2015.[LIU Hai-yan.Study on the Impact of Tourism on Tea Industry:Taking Wuyishan City as an Example[D].Quanzhou:Huaqiao University,2015.]

[10] 游巍斌,何東進,洪偉,等.基于條件價值法的武夷山風景名勝區(qū)遺產(chǎn)資源非使用價值評估[J].資源科學,2014,36(9):1880-1888.[YOU Wei-bin,HE Dong-jin,HONG Wei,etal.The Non-Use Value of Heritage Resources in Wuyishan Scenery District Using the Contingent Valuation Method[J].Resources Science,2014,36(9):1880-1888.]

[11] 杜樂山,李俊生,劉高慧,等.生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性經(jīng)濟學(TEEB)研究進展[J].生物多樣性,2016,24(6):686-693.[DU Le-shan,LI Jun-sheng,LIU Gao-hui,etal.Progress in the Researches on the Economics of Ecosystems and Biodiversity(TEEB)[J].Biodiversity Science,2016,24(6):686-693.]

[12] TALLIS H,RICKETTS T,GUEERY A D,etal.InVEST 2.1 Beta User′s Guide[M].Stanford:The Natural Capital Project,2011:118-159.

[13] 江波,陳媛媛,饒恩明,等.博斯騰湖生態(tài)系統(tǒng)最終服務價值評估[J].生態(tài)學雜志,2015,34(4):1113-1120.[JIANG Bo,CHEN Yuan-yuan,RAO En-ming,etal.Final Ecosystem Services Valuation of Bosten Lake[J].Chinese Journal of Ecology,2015,34(4):1113-1120.]

[14] 付夢娣,李俊生,章榮安,等.浙江省南部山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估[J].生態(tài)經(jīng)濟,2016,32(4):189-193,198.[FU Meng-di,LI Jun-sheng,ZHANG Rong-an,etal.Valuation of the Ecosystem Services in Southern Mountain of Zhejiang Province[J].Ecological Economy,2016,32(4):189-193,198.]

[15] 許紀泉.武夷山區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估及其空間分布研究[D].福州:福建師范大學,2007.[XU Ji-quan.Study on the Forest Ecosystem Services Function Valuation and Spatial Distribution of Wuyishan[D].Fuzhou:Fujian Normal University,2007.]

[16] 肖強,肖洋,歐陽志云,等.重慶市森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[J].生態(tài)學報,2014,34(1):216-223.[XIAO Qiang,XIAO Yang,OUYANG Zhi-yun,etal.Value Assessment of the Function of the Forest Ecosystem Services in Chongqing[J].Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):216-223.]

[17] 唐韜,李波,趙成,等.瀘沽湖和邛海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估及保護建議[J].安全與環(huán)境學報,2015,15(4):357-362.[TANG Tao,LI Bo,ZHAO Cheng,etal.Evaluation of the Ecological Service Function and the Urgent Suggestions to Protect Lugu Lake and Qionghai Wetlands[J].Journal of Safety and Environment,2015,15(4):357-362]

[18] 謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估[J].自然資源學報,2003,18(2):189-196.[XIE Gao-di,LU Chun-xia,LENG Yun-fa,etal.Ecological Assets Valuation of the Tibetan Plateau[J].Journal of Natural Resources,2003,18(2):189-196.]

[19] 孫孝平.基于土地利用變化情景的開化縣生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估研究[D].南京:南京林業(yè)大學,2016.[SUN Xiao-ping.Evaluation of Ecosystem Services Based on Land Use Changes in Kaihua County[D].Nanjing:Nanjing Forestry University,2016.]

[20] GUPTA S C,LARSON W E.Estimating Soil Water Retention Characteristics From Particle Size Distribution,Organic Matter Percent,and Bulk Density[J].Water Resources Research,1979,15(6):1633-1635.

[21] 史東梅,陳正發(fā),蔣光毅,等.紫色丘陵區(qū)幾種土壤可蝕性K值估算方法的比較[J].北京林業(yè)大學學報,2012,34(1):32-38.[SHI Dong-mei,CHEN Zheng-fa,JIANG Guang-yi,etal.Comparative Study on Estimation Methods for Soil ErodibilityKin Purple Hilly Area[J].Journal of Bejing Forestry University,2012,34(1):32-38.]

[22] 應蘭蘭,侯西勇,路曉,等.我國非點源污染研究中輸出系數(shù)問題[J].水資源與水工程學報,2010,21(6):90-95.[YING Lan-lan,HOU Xi-yong,LU Xiao,etal.Discussion on the Export Coefficient Method in Non-Point Source Pollution Studies in China[J].Journal of Water Resources and Water Engineering,2010,21(6):90-95.]

[23] 鮑秋萍.農(nóng)業(yè)非點源污染氮、磷負荷估算及經(jīng)濟損失評估:以福建省2010年農(nóng)業(yè)非點源污染為例[J].福建工程學院學報,2012,10(6):621-624.[BAO Qiu-ping.Agricultural Non-Point Source Pollution Load Estimation of Nitrogen and Phosphorus and Economic Loss Evaluation:Exemplified by Agricultural Non-Point Source Pollution of Fujian Province in 2010[J].Journal of Fujian University of Technology,2012,10(6):621-624.]

[24] 白楊,初東,田良,等.武漢城市圈的水源涵養(yǎng)功能重要性評價研究[J].地球信息科學學報,2014,16(2):233-241.[BAI Yang,CHU Dong,TIAN Liang,etal.Assessing the Importance of Water Conservation Function in Wuhan City Circle[J].Journal of Geo-Information Science,2014,16(2):233-241.]

[25] 常斌,張麗娟,宋建軍,等.平頂山市生態(tài)服務功能重要性評價研究[J].環(huán)境科學與管理,2014,39(6):173-176.[CHANG Bin,ZHANG Li-juan,SONG Jian-jun,etal.Evaluation on Importance of Ecosystem Service Function in Pingdingshan Ctiy[J].Environmental Science and Management,2014,39(6):173-176.]

[26] 付奇,李波,楊琳琳,等.西北干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務重要性評價:以阿勒泰地區(qū)為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2016,30(10):70-75.[FU Qi,LI Bo,YANG Lin-lin,etal.Importance Evaluation of Typical Ecosystem Services in Arid Regions of North-West China:A Case Study in Altay Prefecture[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2016,30(10):70-75.]

[27] 凡非得,羅俊,王克林,等.桂西北喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要性評價與空間分析[J].生態(tài)學雜志,2011,30(4):804-809.[FAN Fei-de,LUO Jun,WANG Ke-lin,etal.Assessment and Spatial Analysis of Ecosystem Service Importance in Karst Area of Northwest Guangxi[J].Chinese Journal of Ecology,2011,30(4):804-809.]

[28] JOHNSON G W,SNAPP R R,VILLA F,etal.Modelling Ecosystem Service Flows Under Uncertainty With Stochastic SPAN[D].Leipzig,Germany:International Environmental Modelling and Software Society(iEMSs),2012.

[29] 張修峰,劉正文,謝貽發(fā),等.城市湖泊退化過程中水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值演變評估：以肇慶仙女湖為例[J].生態(tài)學報[ZHANG Xiu-feng,LIU Zheng-wen,XIE Yi-fa,etal.Evaluation on the Changes of Ecosystem Service of Urban Lakes During the Degradation Process:A Case Study of Xiannü Lake in Zhaoqing,Guangdong Province[J].Acta Ecologica Sinica,2007,27(6):2349-2354.]

[30] 王洪翠,吳承禎,洪偉,等.武夷山風景名勝區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價[J].安全與環(huán)境學報,2006,6(2):53-56.[WANG Hong-cui,WU Chen-zhen,HONG Wei,etal.Estimation for Value of Ecosystem Services in Wuyishan Scenery District[J].Journal of Safety and Environment,2006,6(2):53-56.]

[31] 孫潔斐.基于能值分析的武夷山自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[D].福州:福建農(nóng)林大學,2008.[SUN Jie-fei.Evaluation of Ecosystem Service Value of Wuyishan Nature Reserve Based on the Energy Analysis[D].Fuzhou:Fujian Agriculture and Forestry University,2008.]

[32] 岳文淙,徐琳瑜,趙旭.基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的武夷山市綠色GDP核算研究[J].生態(tài)經(jīng)濟,2009(2):11-14.[YUE Wen-cong,XU Lin-yu,ZHAO Xu.Research of Green GDP Accounting in Wuyishan City Based on Ecosystem Services[J].Ecological Economy,2009(2):11-14.]

[33] 游巍斌,何東進,巫麗蕓,等.山岳旅游地生態(tài)服務價值時空分異及其與環(huán)境因子關系:以武夷山風景名勝區(qū)為例[J].山地學報,2012,30(1):113-120.[YOU Wei-bin,HE Dong-jin,WU Li-yun,etal.Spatial-Temporal Variation of Landscape Service Value and Its Correlation With Ambient Environmental Factors in Mountain Resorts:A Case Study of Wuyishan Scenery District[J].Journal of Mountain Science,2012,30(1):113-120.]

ValuationofEcosystemServicesinWuyishanCity.

GONG Xi1,2, CAO Ming-chang2, SUN Xiao-ping3, LE Zhi-fang2, LI Shuang3, XU Hai-gen2

(1.Nanjing University of Information Science and Technology, School of Geography and Remote Sensing, Nanjing 210044, China; 2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China; 3.Nanjing Forestry University, Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing 210037, China)

Ecosystem service is the foundation for human to rely on for survival and development. Wuyishan City, Fujian Province was selected as a case for the study to assess economic values of the following 8 types of ecosystem services: products supply, water supply, water purification, climate regulation, soil conservation, carbon-sequestration and oxygen-release, tourist entertainment and biodiversity conservation. Results show that the total of the ecosystem services in Wuyishan City was valuated at 55.064 billion yuan. Among them, the tourist entertainment service contributed the most, contributing 28.84%, the soil conservation service came the next, contributing 22.15%. Spatial distribution of the ecosystem services in the city in terms of importance was analyzed, showing sharp differences between areas. The southern part of the city, home to the Wuyishan National Scenic Spot, Xingtian Town and the Wuyishan National Nature Reserve were areas of extreme importance and great importance in ecosystem service, while Langu and Wutun Township in the northeastern part and Wufu Town in the southeastern part were areas of importance and general importance. The valuation of the ecosystem services may serve as theoretical basis for scientific management and protection of the ecosystems and ecologically critical areas in Wuyishan City.

ecosystem service; ecosystem service value; InVEST model; Wuyishan City

2017-05-12

國家自然科學基金(31461143033)； 國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0503806)

① 通信作者E-mail: caomingc@163.com

② 共同通信作者E-mail: xhg@nies.org

F062.2

A

1673-4831(2017)12-1094-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.12.005

龔溪(1992—),女,江蘇南京人,碩士,主要從事基于GIS的珍稀瀕危物種生境評價研究。E-mail: soniakong@163.com

李祥敏)