徐子蒙，李廣泳，周 旭，程 滔，姜廣輝，白 駒

1. 武漢大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072； 2. 國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830； 3. 北京師范大學(xué)自然資源學(xué)院，北京 100875

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)過程中通過生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或間接提供給人類的福祉，以滿足維持人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用[1]。文獻[2]首次提出了對生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)進行貨幣化核算，并對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了核算。然而，由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算涉及生態(tài)、經(jīng)濟、地理和環(huán)境等多學(xué)科知識的交叉，因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算自提出以來一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點，其成果也備受政府、社會組織的關(guān)注，并在實際管理、政策制定中得到廣泛應(yīng)用。改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，過度的不合理人類活動導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢日益嚴重，人民對優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需求與生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)品供給之間的矛盾凸顯。自20世紀以來，對各級政府的考核一直局限在以傳統(tǒng)的國民經(jīng)濟核算為主，忽略了生態(tài)環(huán)境損害的修復(fù)代價和資源消耗的不可恢復(fù)性，導(dǎo)致了自然界生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟服務(wù)不斷弱化。準確、快速地核算陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值，形成一套全國范圍、多尺度動態(tài)變化監(jiān)測的生態(tài)服務(wù)價值數(shù)據(jù)產(chǎn)品已成為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生態(tài)功能區(qū)劃、生態(tài)補償機制構(gòu)建和保障國家生態(tài)安全的重大戰(zhàn)略任務(wù)，更是生態(tài)文明建設(shè)的重要依據(jù)。

聯(lián)合國千年生態(tài)系統(tǒng)評估理事會于2001年首次開啟了在全球多尺度系統(tǒng)、全面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值綜合評估工作，確定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)涵、概念與分類，厘清了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與人類福祉的密切關(guān)系，提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)核算的框架等[3]。2014年聯(lián)合國、歐盟等機構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了《2012年環(huán)境經(jīng)濟核算體系-中心框架(SEEA)》和《2012年環(huán)境經(jīng)濟核算體系-實驗性生態(tài)系統(tǒng)核算》，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算的原則、方法、貨幣價值表達方法等方面都進行了細化，進一步豐富了該領(lǐng)域的相關(guān)理論、方法，構(gòu)建了完善的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算平臺[4-5]。隨著國際社會及公眾對生態(tài)環(huán)境保護重要性認知度的提升，部分發(fā)達國家相繼開展了生態(tài)服務(wù)價值核算的研究工作。美國斯坦福大學(xué)等機構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的InVEST模型，可以在土地覆被與氣候變化雙重情境下對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的物質(zhì)量和價值空間動態(tài)變化進行快速核算，但是模型中大量的模擬假設(shè)情境、簡化的算法以及部分輸入源數(shù)據(jù)精度的限制性增加了結(jié)果的不確定性[6]。針對特定的服務(wù)功能或區(qū)域，國際組織、機構(gòu)先后開發(fā)了Encision、SolVES、MIMES等10種以上模型。然而，模型受區(qū)域適用性、條件約束等因素的限制并不適合我國國情需要[7]。目前國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)服務(wù)價值評估模型的研究沒有突破性創(chuàng)新，應(yīng)用最廣的以文獻[8]提出的當(dāng)量因子法居多。國內(nèi)生態(tài)服務(wù)價值核算多針對特定生態(tài)系統(tǒng)或區(qū)域尺度下開展[9]，全國尺度下生態(tài)服務(wù)價值核算以文獻[8，10—11]發(fā)布結(jié)果為主?？v觀國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算研究工作，仍存在以下不足：

(1) 基于地表覆蓋數(shù)據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算中地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標對應(yīng)性混亂；

(2) 適宜不同尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間化、多粒度變換制圖表達技術(shù)薄弱；

(3) 同一生態(tài)系統(tǒng)其服務(wù)功能的空間差異化區(qū)別不清晰；

(4) 欠缺對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)化監(jiān)測的精度和連續(xù)性分析。

針對全國尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算存在的以上問題，在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，筆者利用地理國情普查和常態(tài)化監(jiān)測的矢量化地表覆蓋數(shù)據(jù)，運用優(yōu)化的單位面積價值當(dāng)量因子法，對全國尺度下陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值展開精準化核算和空間化表達，為生態(tài)補償標準提供一定的理論依據(jù)與參考。

地理國情是從地理空間的視角來表征一個國家或區(qū)域的自然、經(jīng)濟以及人文的信息綜合，包括地理區(qū)域特征、地形地貌特征、土地利用與土地覆蓋、道路交通網(wǎng)絡(luò)、城鎮(zhèn)化擴張、科技教育文化及工礦企業(yè)等基本情況，以挖掘各類國情信息直接或間接的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，用來解釋區(qū)域自然資源、經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境時空動態(tài)變化規(guī)律及其驅(qū)動機制等[12]。為了滿足現(xiàn)階段國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，全面掌握我國地理國情現(xiàn)狀及動態(tài)變化趨勢，2013年國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于開展第一次全國地理國情普查的通知》，決定于2013—2015年開展第一次全國地理國情普查。隨后，基于地理國情普查的本底數(shù)據(jù)開展常態(tài)化地理國情監(jiān)測，構(gòu)建了地理國情監(jiān)測成果數(shù)據(jù)庫。地表覆蓋數(shù)據(jù)就是地理國情普查和監(jiān)測工作中形成的重要成果之一。地理國情地表覆蓋數(shù)據(jù)包含耕地、園地、林地、草地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物、道路、人工堆掘地、荒漠與裸露地、水域10個一級類。監(jiān)測過程中綜合利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、航空航天遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)等現(xiàn)代測繪技術(shù)，結(jié)合優(yōu)于1 m分辨率的多源遙感影像，秉承“所見即所得”的數(shù)據(jù)生產(chǎn)原則對地表覆蓋進行人工解譯和野外核查，能夠準確地反映地表各類資源、環(huán)境、生態(tài)等要素的空間分布現(xiàn)狀及其時空動態(tài)變化規(guī)律。本文在全國陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值核算過程中，主要應(yīng)用2015年完成的地理國情普查地表覆蓋數(shù)據(jù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算的本底數(shù)據(jù)。

1 核算流程與方法

1.1 核算流程

為了解決全國尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算過程中的不足，本文設(shè)計了適用地理國情普查矢量化地表覆蓋成果的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算流程(圖1)，主要包括4個部分：陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)生產(chǎn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型構(gòu)建，植被生理特征參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，全國尺度下生態(tài)服務(wù)價值數(shù)據(jù)集生產(chǎn)。陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)生產(chǎn)即利用地理國情普查或常態(tài)化地理國情監(jiān)測地表覆蓋矢量化數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，根據(jù)地理國情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類指標對應(yīng)性，在ArcGIS環(huán)境下利用Python腳本將地表覆蓋數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換為全國尺度下的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型構(gòu)建過程中，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究成果，確定符合我國國情的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型，并構(gòu)建適宜轉(zhuǎn)化形成的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)，且滿足多尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算、動態(tài)變化監(jiān)測需求的模型。植被生理特征參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)是根據(jù)選定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型，對價值核算過程中需要的反映植被生理特征指標參數(shù)數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)。最后，基于全國尺度下陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)，運用構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型，選用植被生理特征指標參數(shù)數(shù)據(jù)，采用地理格網(wǎng)空間化表達技術(shù)，生產(chǎn)全國尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值數(shù)據(jù)集，包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量及供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)子功能價值量。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算流程Fig.1 Flow chart of ecosystem service value accounting

1.2 核算方法

1.2.1 地理國情數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換表達

由于地理國情地表覆蓋與中國陸地生態(tài)系統(tǒng)分類目的、原則和體系的迥異，即使兩套分類中名稱一致的指標，由于其指標內(nèi)容、概念語義等方面存在差異，也不能簡單、直接的將兩個指標進行盲目對應(yīng)[13]。筆者選取《中國生態(tài)系統(tǒng)》中的陸地生態(tài)系統(tǒng)分類體系作為標準生態(tài)系統(tǒng)分類指標[14]，依據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能，內(nèi)容指標的概念語義對地理國情地表覆蓋三級指標進行歸并(不存在三級指標的按照二級指標進行歸并)，構(gòu)建地理國情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標轉(zhuǎn)換表達關(guān)系。分類過程中，結(jié)合中國1∶100萬植被數(shù)據(jù)集、中國陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫區(qū)分草地與草甸生態(tài)系統(tǒng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)雖然是陸地重要的生態(tài)系統(tǒng)，但由于當(dāng)前濕地仍無統(tǒng)一的定義，造成其范圍難以界定[15]。因此，在本文地理國情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容指標轉(zhuǎn)化中不考慮該類別。通常狀況下，城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)不參與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的核算，該部分內(nèi)容指標將不在轉(zhuǎn)換表達對應(yīng)關(guān)系構(gòu)建內(nèi)。具體地理國情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容指標對應(yīng)關(guān)系見文獻[13]。

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型

本文研究采用文獻[8]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類及當(dāng)量因子表，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)4個一級類，并進一步細分為食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀11種服務(wù)功能二級類，并建立全國單位面積生態(tài)服務(wù)價值基礎(chǔ)當(dāng)量表。用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室、大棚被塑料薄膜覆蓋呈現(xiàn)同外界環(huán)境半隔離狀態(tài)，對外界的氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等部分生態(tài)服務(wù)功能幾近喪失。在生態(tài)服務(wù)功能標準價值當(dāng)量設(shè)計過程中，將溫室生態(tài)系統(tǒng)視作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中單獨的子系統(tǒng)，并針對各項服務(wù)功能對價值當(dāng)量因子進行核算。各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標準價值當(dāng)量因子表見文獻[13]。

為了體現(xiàn)不同生態(tài)系統(tǒng)對各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)貢獻潛在能力的差異，文獻[8]以全國農(nóng)田每年自然平均糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值作為參考標準，將2010年1個標準生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子確定為3 406.50元/hm2。本文利用經(jīng)濟學(xué)上的可比價概念，將2010年標準生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟價值統(tǒng)一到待核算年份的價格基礎(chǔ)上，以2015年為例，計算方法如下

ESV2015標準=ESV2010標準×(1+(CPI2015標準-CPI2010標準)/CPI2010標準×100%)

(1)

根據(jù)2010、2015年CPI指數(shù)，確定ESV2015標準為1.055 4。按照2010年標準生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟價值為3 406.50元/hm2，2015年應(yīng)該調(diào)整為3 595.22元/hm2。

為了實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間化表達，首先將待核算區(qū)域的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)進行地理格網(wǎng)化處理，每個網(wǎng)格單元獨立作為該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值統(tǒng)計的粒度細胞；然后，對每個地理格網(wǎng)內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)的逐項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行核算，各格網(wǎng)內(nèi)核算值的累計值即為該格網(wǎng)內(nèi)所有生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量。以1 km×1 km格網(wǎng)為核算單元，核算方法如下

(2)

(3)

式中，ESVi為第i格網(wǎng)內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量(i=1，2，…)；ESV2015標準為標準生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子經(jīng)濟價值量；ESVai是第i格網(wǎng)內(nèi)的所有覆蓋類型的a項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量總量(a=1，2，3，4)；Aij第i格網(wǎng)內(nèi)j類覆蓋類型圖斑面積(j=1，2，3，4，5，6)；Vaij是第i格網(wǎng)內(nèi)j類覆蓋類型某圖斑a項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量。

植被是生態(tài)系統(tǒng)中的主要組分，決定著生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。植被動態(tài)變化特征對于生態(tài)系統(tǒng)的直接、間接生態(tài)服務(wù)供給量產(chǎn)生較大的影響[16]。增強植被指數(shù)(enhanced vegetation index，EVI)直接反映植被活性年內(nèi)、年際動態(tài)變化特征，對氣候變化和人類活動響應(yīng)敏感，不僅與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植被群落結(jié)構(gòu)、功能密切相關(guān)，還間接反饋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水文變量、土壤碳庫儲量的動態(tài)變化。植被凈初級生產(chǎn)力(net primary productivity，NPP)是單位時間、面積上的植物所產(chǎn)生的有機干物質(zhì)總量，是反映生態(tài)系統(tǒng)功能狀況的重要指標和地球生物物理化學(xué)過程中物質(zhì)、能量循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[17]。植被生長季長度是植被從返青到枯黃階段的歷時，直接反映植被進行光合作用的時間長度。植被物候期中生長季參數(shù)時間的延長、縮短直接在時間維度上決定植被生態(tài)系統(tǒng)提供氣候調(diào)節(jié)、美學(xué)景觀的時間長度，從而控制生態(tài)系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)、文化服務(wù)的供給總量[18-20]。因此，在傳統(tǒng)Costanza生態(tài)服務(wù)價值統(tǒng)計模型的基礎(chǔ)上，將選取的EVI、NPP和生長季3個指標融入模型中，構(gòu)建生態(tài)服務(wù)價值核算優(yōu)化模型，各項生態(tài)服務(wù)功能選用的優(yōu)化指標見表1，各生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能當(dāng)量的修正模型如下。

表1 生態(tài)服務(wù)功能優(yōu)化指標

供給服務(wù)當(dāng)量修正方法

(4)

調(diào)節(jié)服務(wù)當(dāng)量修正方法

(5)

支持服務(wù)當(dāng)量修正方法

(6)

文化服務(wù)當(dāng)量修正方法

(7)

式中，Vaig、Vait、Vaiz、Vaiw分別為校正后i格網(wǎng)單元內(nèi)供給、調(diào)節(jié)、支持及文化生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量值；NPPi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(農(nóng)田、森林或草地)的NPP；NPP′為全國特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的基年平均NPP；EVIi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(耕地、森林或草地)的EVI；EVI′為全國特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的平均EVI。GSi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(農(nóng)田、森林或草地)的生長季；GS′為全國特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的平均生長季。

1.2.3 不同粒度格網(wǎng)變換核算試驗

隨著生態(tài)環(huán)境保護成為當(dāng)前人類面臨的共同問題，國際國內(nèi)對于認識國家區(qū)域大尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算愈加重視。然而，當(dāng)前大、中尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間化表達受核算粒度較粗的影響，對于較小尺度下生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境管理和指導(dǎo)的意義并不直接、明確。在行政區(qū)域?qū)用娴氖　⑹?、區(qū)(縣)，自然區(qū)域?qū)用娴闹攸c流域和各類保護區(qū)加強中、小尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算是未來的一個重要方向[21]。同時，考慮探究不同尺度生態(tài)系統(tǒng)之間以及與外部因素之間的相互作用及影響機制，對于理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的動力學(xué)機制及其對人類福利的意義是至關(guān)重要的[22]。利用地理格網(wǎng)技術(shù)進行不同尺度、多粒度的生態(tài)服務(wù)價值核算是否可行仍不確定。針對該問題，本文選取黑龍江省呼蘭區(qū)開展不同粒度的生態(tài)服務(wù)價值核算(圖2)，并從核算耗時、成果數(shù)據(jù)量、變化監(jiān)測和可視化效果角度出發(fā)對不同粒度核算結(jié)果進行評估。結(jié)果表明，地理格網(wǎng)可以根據(jù)生態(tài)服務(wù)價值動態(tài)變化監(jiān)測、驅(qū)動力分析的需求變換格網(wǎng)粒度，其生態(tài)服務(wù)價值核算結(jié)果、精度不會發(fā)生改變。

圖2 黑龍江省呼蘭區(qū)不同粒度生態(tài)服務(wù)價值總量空間格局Fig.2 Spatial pattern of the total ecosystem service value of different granularity of Hulan District, Heilongjiang Province

1.3 參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)

反映植被生理特征指標的參數(shù)數(shù)據(jù)包括年內(nèi)最大EVI、NPP和生長季3類數(shù)據(jù)。EVI是通過影像光譜波段運算得到能夠反映植被活性的參數(shù)，較歸一化植被指數(shù)(normalized differential vegetation index，NDVI)改進了大氣噪聲、土壤背景的干擾，消除了飽和度問題，能夠更準確地反映植被動態(tài)變化特征[23]。EVI序列數(shù)據(jù)選用2015年16天合成的MODIS13Q1 250 m空間分辨率產(chǎn)品，來源于美國國家航空航天局(NASA)網(wǎng)站(http:∥landsweb.nascom.nasa.gov/data/)。將預(yù)處理完成的年內(nèi)序列EVI數(shù)據(jù)進行整理，在ArcGIS 10.1平臺下采用最大合成法(maximum value composite，MVC)提取逐個柵格年內(nèi)最大值形成年內(nèi)最大EVI值數(shù)據(jù)。根據(jù)植被物候動態(tài)模型，植被生長季內(nèi)植被指數(shù)的累積值可以代表植被的NPP[24]。為了保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，NPP、植被生長季長度數(shù)據(jù)生產(chǎn)均以2015年內(nèi)序列EVI數(shù)據(jù)為輸入源數(shù)據(jù)，選用閾值法物候模型[24]。參考多個生態(tài)系統(tǒng)植被物候期提取閾值[16-18]，將植被返青期閾值設(shè)置為0.2，枯黃期閾值設(shè)置為0.6?；陂撝捣ㄎ锖蚰Ｐ?，在Matlab 7.0環(huán)境下開發(fā)數(shù)據(jù)生產(chǎn)程序，批量生產(chǎn)NPP和生長季長度指標參數(shù)數(shù)據(jù)(圖3)。利用不同生態(tài)系統(tǒng)類型矢量數(shù)據(jù)掩膜提取的2015年各生態(tài)系統(tǒng)植被生理特征指標均值見表2。

圖3 2015年EVI年內(nèi)最大值、NPP和植被生長季數(shù)據(jù)Fig.3 EVI,NPP and vegetation growth season data of China in 2015

表2 2015年各生態(tài)系統(tǒng)植被動態(tài)特征指標均值

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

以2015年完成的第一次全國地理國情普查地表覆蓋矢量化成果為源數(shù)據(jù)，采用1 km×1 km格網(wǎng)核算全國尺度下(澳門、香港、臺灣除外)陸地生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量(圖4)。2015年全國生態(tài)服務(wù)價值總量為402 503.54億元，其中供給服務(wù)價值為27 059.71億元，調(diào)節(jié)服務(wù)價值為290 940.69億元，支持服務(wù)價值為70 134.96億元，文化服務(wù)價值為14 699.58億元。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)價值占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量比重最大，達到72.28%。2015年全國生態(tài)服務(wù)價值總量均值為412.92萬元/km2，其中供給服務(wù)價值均值為27.76萬元/km2，調(diào)節(jié)服務(wù)價值均值為298.47萬元/km2，支持服務(wù)價值均值為71.95萬元/km2，文化服務(wù)價值均值為15.08萬元/km2。

圖4 2015年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)和生態(tài)服務(wù)價值總量空間格局Fig.4 Spatial pattern of the supply, regulation, support, cultural services and the total ecosystem service value of China’s terrestrial ecosystem in 2015

根據(jù)圖4可以看出，中國陸地生態(tài)系統(tǒng)提供的總服務(wù)和各項子功能服務(wù)強度地域分異規(guī)律明顯。整體來看，中國東北部、中部和南部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量和各項子功能服務(wù)價值量較高，西北部地區(qū)較低。在全國范圍，生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)服務(wù)價值量空間格局較支持、文化服務(wù)價值量更趨于均勻。東北部大、小興安嶺和長白山地區(qū)，中部秦嶺地區(qū)以及喜馬拉雅山東麓生態(tài)系統(tǒng)支持、文化服務(wù)價值量明顯高于周邊區(qū)域。青藏高原多湖泊分布，其生態(tài)服務(wù)價值總量和各項子功能服務(wù)價值量集聚分布明顯。

2.2 成果對比與分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型在文獻[8]的當(dāng)量因子法基礎(chǔ)上進行了修正，繼承了原模型直觀易用，對數(shù)據(jù)需求少的優(yōu)點基礎(chǔ)上，注重植被對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貢獻，增加了反映植被生理特征指標的修正參數(shù)，發(fā)展成了一種動態(tài)的核算方法，對生態(tài)系統(tǒng)類型、質(zhì)量狀況的時空差異進行了區(qū)分，能夠準確地反映生態(tài)系統(tǒng)功能在時間、空間上的動態(tài)變化。生態(tài)服務(wù)價值核算過程中可以應(yīng)用多級格網(wǎng)技術(shù)，將逐個格網(wǎng)作為生態(tài)服務(wù)價值核算的粒度單元，直接應(yīng)用矢量化數(shù)據(jù)進行生態(tài)服務(wù)價值核算，滿足不同尺度對粒度大小的要求，不會改變生態(tài)服務(wù)價值核算的精度和區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價值核算總量。較文獻[2]基于生態(tài)系統(tǒng)單元進行核算，InVEST模型不能變換核算粒度具有很大的進步，可以適應(yīng)政府、社會對不同尺度管理單元不同粒度的需求。該方法結(jié)合常態(tài)化地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)將實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高精度、高頻度動態(tài)變化監(jiān)測，實現(xiàn)了氣候變化和土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化貢獻的區(qū)分[18]。在核算過程中本底數(shù)據(jù)選擇上，地理國情普查地表覆蓋矢量化成果轉(zhuǎn)化的陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，保留了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部最小的異質(zhì)性斑塊，更準確地反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，較國內(nèi)、國際大尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算采用的30 m、250 m、1000 m柵格數(shù)據(jù)核算的生態(tài)服務(wù)價值更準確[8,11,23]。

2015年全國生態(tài)服務(wù)價值總量比文獻[8]核算的2010年總量增加了21 469.32億元。其主要原因為受國內(nèi)通脹率的影響，2015年標準生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟價值比2010年增長1.055 4倍。在不考慮通脹率的前提下，2015年生態(tài)服務(wù)價值總量比2010年略微增加。相比2010年，各省生態(tài)服務(wù)價值總量變化差異較大(圖5)。東北、西部地區(qū)省份生態(tài)服務(wù)價值總量增加明顯，以內(nèi)蒙古、新疆、西藏、黑龍江和青海增量最大，其主要原因為近年來國家對西部地區(qū)實施了大量生態(tài)環(huán)境保護、修復(fù)工程，以及在東北實施森林禁伐等政策利于該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能強度的提升[25]。西南、中東和南部省份生態(tài)服務(wù)價值總量減少的省份較多，以云南、四川、江西、廣東省減量尤其突出，其主要原因是生態(tài)服務(wù)價值核算的數(shù)據(jù)源精度差異所致?；诘乩韲楸O(jiān)測成果轉(zhuǎn)化形成的陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠?qū)⑸鲜鍪》蒉r(nóng)村分散的大量獨戶農(nóng)村居民點區(qū)分出來，不參與生態(tài)服務(wù)價值的核算。而分辨率較高的柵格數(shù)據(jù)忽略這些信息，將農(nóng)村居民點歸并到周邊占優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)類型中，參與生態(tài)服務(wù)價值的核算，導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值總量核算值偏高。另一方面，部分省份經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢迅猛，城市化進程促進大面積高生態(tài)服務(wù)強度生態(tài)系統(tǒng)向城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變也是導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值總量降低的原因之一[26]。

圖5 2010、2015年各省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量變量Fig.5 Variable of total ecosystem service value of every province between 2010 and 2015

中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量空間格局呈現(xiàn)明顯的地域分異規(guī)律，與文獻[8，27]研究結(jié)果基本一致。在全國尺度下，中國東北部、中部和南部地區(qū)較西北部區(qū)域土壤肥沃，氣候條件等更適宜植物生長，植被生物多樣性、覆蓋度較高[28]。因此，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強度、價值量都明顯高于其他地區(qū)。中國西北部氣候類型以干旱為主，多荒漠、戈壁等脆弱生態(tài)系統(tǒng)分布。因此，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強度較弱，單位面積地域提供的各項生態(tài)服務(wù)價值量較低?？傊?，我國幅員遼闊，不同地域氣候、地貌類型等因素的明顯差異決定了陸地生態(tài)系統(tǒng)的空間分異，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間格局差異性也主要受我國自然生態(tài)系統(tǒng)地域分異規(guī)律和不同生態(tài)系統(tǒng)各項生態(tài)服務(wù)功能供給量強度的影響[27]。

3 結(jié) 論

本文結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)的需求，提出了地理國情普查和監(jiān)測成果在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算領(lǐng)域的應(yīng)用，建立了地理國情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標轉(zhuǎn)換表達關(guān)系，應(yīng)用植被生理特征指標構(gòu)優(yōu)化了當(dāng)量因子法生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算模型，運用地理格網(wǎng)法實現(xiàn)了生態(tài)服務(wù)價值的空間化準確表達，形成了一套完善的基于地理國情地表覆蓋矢量化數(shù)據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算方法。結(jié)果表明，該技術(shù)方法能夠快速地進行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的核算，并可實現(xiàn)多尺度下的空間化表達粒度變換，利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化監(jiān)測和驅(qū)動力分析?；谠摲椒ㄉa(chǎn)的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值數(shù)據(jù)集成果將為我國生態(tài)補償政策制定、生態(tài)功能區(qū)劃提供服務(wù)，在國家生態(tài)安全重大戰(zhàn)略方面發(fā)揮重要作用。