許 晶, 陳宏偉,b, 劉 娜, 齊淑艷,b, 洪嬌嬌, 袁 昊

(沈陽(yáng)大學(xué) a. 生命科學(xué)與工程學(xué)院, b. 遼寧省城市有害生物治理與生態(tài)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽(yáng) 110044)

城市綠地系統(tǒng)巨大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)效益對(duì)城市經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著無(wú)法取代的重要意義[1].近年來(lái),沈陽(yáng)作為國(guó)家森林城市,城區(qū)建設(shè)突飛猛進(jìn),園林綠化覆蓋率有了很大的提高[2].本研究結(jié)合沈陽(yáng)市具體情況選取8項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,對(duì)11年間沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行量化評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果分析其動(dòng)態(tài)變化,以期通過(guò)此次評(píng)估探索城市綠地各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能差異,分析沈陽(yáng)城市發(fā)展過(guò)程中綠地系統(tǒng)功能變化, 為今后定量化研究和綠地系統(tǒng)格局優(yōu)化提供參考,更好地為城市規(guī)劃與管理服務(wù).

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

沈陽(yáng)市(41°11′51″～43°02′13″N,122°25′09″～123°48′24″E)位于中國(guó)東北地區(qū)南部,沈陽(yáng)地處溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候地區(qū),年降水600～800 mm,年平均氣溫6.2～9.7 ℃.全市總面積逾12 948 km2,市內(nèi)面積3 495 km2,下轄10個(gè)市轄區(qū)、2個(gè)縣,代管1個(gè)縣級(jí)市(圖1).沈陽(yáng)市區(qū)處于

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig.1 Location map of the research area

長(zhǎng)白植物區(qū)系、蒙古植物區(qū)系和華北植物區(qū)系3個(gè)植物分布區(qū)的交匯地帶上,所以植物種類(lèi)較豐富.沈陽(yáng)市內(nèi)公園的樹(shù)木種類(lèi)針葉樹(shù)樹(shù)種達(dá)18種、闊葉喬木樹(shù)種達(dá)63種、灌木達(dá)到50種以上.2005年沈陽(yáng)市被授予“國(guó)家森林城市”稱(chēng)號(hào),截至2010年底,林木總面積660萬(wàn)畝,林木覆蓋率33.9%,有林地面積486.5萬(wàn)畝,森林覆蓋率25%,活立木蓄積量達(dá)1 300萬(wàn)立方米[3].

1.2 研究方法

我們根據(jù)研究區(qū)的特點(diǎn)在Costanza研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合沈陽(yáng)市城市自然生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)進(jìn)行篩選.沈陽(yáng)市作為東北老工業(yè)基地,工業(yè)門(mén)類(lèi)齊全,具有重要的戰(zhàn)略地位.近年來(lái)沈陽(yáng)城市建設(shè)逐步擴(kuò)展,但城市綠地建設(shè)尚未跟上城市建設(shè)的步伐,沈陽(yáng)城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)相對(duì)落后于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展[4-5].為揭示沈陽(yáng)市城市綠地生態(tài)服務(wù)功能的重要性,本研究選取8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估系統(tǒng),包括水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧、吸收SO2、吸收NOX、滯塵、降低噪音和降低溫度,計(jì)算綜合指標(biāo),評(píng)估近11年沈陽(yáng)市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的變化.

資料數(shù)據(jù)來(lái)自沈陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒(2004—2014年)[6],沈陽(yáng)市各年年降水量來(lái)自《遼寧省水資源公報(bào)》[7].生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估體系中各重要數(shù)據(jù)來(lái)自公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料,相關(guān)指標(biāo)參數(shù)參考了國(guó)家統(tǒng)計(jì)局及相關(guān)權(quán)威部門(mén)公布的公共數(shù)據(jù),具體見(jiàn)本文生態(tài)服務(wù)價(jià)值各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算公式.

(1) 水源涵養(yǎng)的實(shí)際價(jià)值.采用影子價(jià)格法

XW=S×(P-E-C)×FW.

(1)

式中:XW是城市綠地的水源涵養(yǎng)服務(wù)的實(shí)際價(jià)值;S是綠地面積,hm2;P是沈陽(yáng)市各年年降水量,mm·a-1;E是城市綠地的蒸散量系數(shù),該系數(shù)為58.9%;C是地表徑流系數(shù),取溫帶落葉闊葉林該系數(shù)的值1.12%;FW是水庫(kù)工程單位庫(kù)容造價(jià),取6.110 7元·m-3[8-13].

(2) 固碳的實(shí)際價(jià)值.目前,碳稅法在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用于固碳價(jià)值估算

XC=1.63×S×TC×R碳×B年.

(2)

式中:XC是城市綠地固碳服務(wù)的實(shí)際價(jià)值;S是綠地面積,hm2;TC為碳稅率[9], 本文采用國(guó)際上被廣泛運(yùn)用的瑞典碳稅率150美元/t,碳稅率根據(jù)美元匯率換算成人民幣,不同年份對(duì)應(yīng)不同的匯率(2004—2014年美元兌人民幣年平均匯率數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局),因此, 2004—2014年11年間各年度換算為人民幣后的數(shù)據(jù)依次為1 245、1 230、1 185、1 125、1 035、1 020、1 020、945、945、930和1 020元/t;R碳表示CO2包含的碳含量,參照2008年《中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)規(guī)范》,取值27.27%;B年表示單位面積的綠地凈生產(chǎn)力t/(hm2·a-1),本文參考與沈陽(yáng)市地理自然條件相似的北京地區(qū)2010年的植被凈生產(chǎn)力,取13.48 t/(hm2·a-1)[13].

(3) 釋氧的實(shí)際價(jià)值.本文采用工業(yè)上制造氧氣的影子價(jià)值法

XO=1.19×S×PO×B年.

(3)

式中:XO是城市綠地釋氧服務(wù)的實(shí)際價(jià)值;S是城市綠地面積,hm2;PO是工業(yè)上的氧氣價(jià)格,取近些年我國(guó)工業(yè)制氧價(jià)格均值,700元·t-1;B年是單位面積綠地凈生產(chǎn)力t/(hm2·a-1),本文取2010年北京地區(qū)植被凈生產(chǎn)力13.48 t/(hm2·a-1)[8-13].

(4) 吸收SO2的服務(wù)實(shí)際價(jià)值.本文運(yùn)用市場(chǎng)價(jià)值法估算

XS=S×QS×FS.

(4)

式中:XS是城市綠地吸收SO2服務(wù)的實(shí)際價(jià)值;S是城市綠地面積,hm2;QS是單位面積的綠地年吸收SO2量,t/(hm2·a-1), 本文參考闊葉林對(duì)SO2的吸收能力為88.65 kg/(hm2·a-1);FS是SO2治理費(fèi)用,元·t-1,本研究取工業(yè)上治理SO2的費(fèi)用1 200元·t-1[8-13].

(5) 吸收NOX的實(shí)際價(jià)值.吸收NOX服務(wù)價(jià)值的計(jì)算

XN=S×QN×FN.

(5)

式中:XN是吸收大氣中NOX服務(wù)的實(shí)際價(jià)值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QN是單位面積的綠地年吸收NOX量t/(hm2·a-1), 本文取闊葉樹(shù)林對(duì)NOX的年吸收能力0.38 t·hm-2;FN指NOX治理價(jià)格,元·t-1,參考《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算方法》,取630元·t-1[8-13].

(6) 滯塵的實(shí)際價(jià)值.該項(xiàng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算

XD=S×QD×FD.

(6)

式中:XD是城市綠地滯塵服務(wù)的實(shí)際價(jià)值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QD是單位面積的綠地年降塵量t/(hm2·a-1), 本文參考闊葉樹(shù)降塵能力,平均為10.11 t/(hm2·a-1),FD是降塵清理費(fèi)用,元·t-1,取我國(guó)工業(yè)上削減粉塵的費(fèi)用170元·t-1[8-13].

(7) 降噪的實(shí)際價(jià)值.本文采用影子工程法評(píng)估

(7)

式中:XN是城市綠地降噪服務(wù)的實(shí)際價(jià)值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;按市場(chǎng)上隔音墻的成本進(jìn)行計(jì)算,據(jù)《評(píng)估規(guī)范》,將城市綠地面積折算成隔音墻千米數(shù)的價(jià)值;KN取40萬(wàn)元·km-1[8-13].

(8) 降低溫度的實(shí)際價(jià)值.采用等效益替代法貨幣法計(jì)算

XT=0.278×10-6×S×QT×DT×FT.

(8)

式中:XT是城市綠地降低溫度服務(wù)的實(shí)際價(jià)值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QT是城市綠地夏季每天的蒸騰吸收熱量J/(hm2·d-1), 參考草地、喬木、灌-草和喬-灌蒸騰吸熱量的均值4.59×108J/(hm2·d-1);DT為城市綠地的夏季的降溫天數(shù),d·a-1, 勞動(dòng)法規(guī)定公共場(chǎng)所室內(nèi)溫度超過(guò)30 ℃就需要開(kāi)空調(diào)降溫,由于沈陽(yáng)夏季空調(diào)開(kāi)放時(shí)間為每年7、8月,按年使用空調(diào)60 d計(jì);FT為電價(jià),元·度-1, 按2004—2014年沈陽(yáng)市電價(jià)均值0.5元計(jì)算[14].

對(duì)城市綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的評(píng)價(jià),本文運(yùn)用全排列多邊形圖示指標(biāo)法,不用專(zhuān)家主觀評(píng)判,降低了主觀隨意性[15],一旦確定相關(guān)的最大、最小、臨界值就能夠確定權(quán)重系數(shù)值,同時(shí)體現(xiàn)了單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo).

各項(xiàng)分指數(shù)的計(jì)算運(yùn)用以下標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)公式:

(9)

式中:Si是某項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化的分指數(shù);Xi是某年的實(shí)際價(jià)值,元;Ui和Li分別代表Xi的最大、最小值,元;Ti是臨界值,依據(jù)評(píng)估對(duì)象相關(guān)指標(biāo)的平均值來(lái)確定,元.利用n個(gè)指標(biāo)可以作出一個(gè)中心正n邊形,n邊形的n個(gè)頂點(diǎn)為Si= 1時(shí)的值,中心點(diǎn)為Si=-1時(shí)的值,中心點(diǎn)到頂點(diǎn)的線段為各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值所在區(qū)間[-1,+1],而Si=0時(shí)構(gòu)成的多邊形為指標(biāo)的臨界區(qū).臨界區(qū)的內(nèi)部區(qū)域表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在臨界值以下,其值為負(fù);外部區(qū)域表示各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的值在臨界值以上,其值為正.

生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指標(biāo)按以下公式計(jì)算:

(10)

式中:C是某年綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù);Si和Sj代表第i和第j項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值分指標(biāo),根據(jù)計(jì)算所得的生態(tài)服務(wù)價(jià)值綜合指數(shù),結(jié)合各項(xiàng)分指數(shù)對(duì)沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[16].

2 結(jié)果與分析

2.1 沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)變化分析

2004—2014年沈陽(yáng)市城市綠化覆蓋面積由20 118 hm2增加到29 482 hm2,其中建成區(qū)面積由10 603 hm2增加到19 427 hm2,園林綠地面積由19 441 hm2增加到28 724 hm2,其中建成區(qū)面積由9 962 hm2增加到17 757 hm2,人均公園綠地面積由8.23 m2增加到14.10 m2,公園建成區(qū)的綠地覆蓋率由36.44%增加到41.78%,城市對(duì)綠地建設(shè)也有了足夠的重視,公園數(shù)量從47個(gè)增加到66個(gè)(見(jiàn)表1),為市民提供休閑娛樂(lè)、鍛煉健身等功能.但自2011—2014年這4年來(lái),綠地建設(shè)速度相對(duì)緩慢(見(jiàn)圖2).

表1 2004—2014年沈陽(yáng)市城市綠地變化特征Table 1 Change characteristics of urban green space in Shenyang from 2004-2014

圖2 2004—2014年沈陽(yáng)市城市綠地面積變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of urban green area in Shenyang from 2004-2014

2.2 沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)的實(shí)際價(jià)值

根據(jù)8項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估公式計(jì)算得出表2.從表2可以看出,城市綠地服務(wù)功能總價(jià)值增加了1.74億元,從2004年的9.116 9億元增加到2014年的10.852 5億元,年均增長(zhǎng)率1.76%,但遠(yuǎn)低于沈陽(yáng)市GDP的年均增長(zhǎng)率14.9%.8項(xiàng)指標(biāo)歷年均值由大到小依次為: 水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2.2004—2006年這3年間,沈陽(yáng)市生態(tài)服務(wù)總價(jià)值依次為9.1億元、9.9億元、9.4億元,2007年后沈陽(yáng)市生態(tài)服務(wù)總價(jià)值均穩(wěn)超10億,說(shuō)明沈陽(yáng)市加大了城市綠地建設(shè)的力度.

表2 2004—2014年沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實(shí)際價(jià)值Table 2 The actual value of urban green space system ecological service in Shenyang from 2004-2014

2.3 沈陽(yáng)市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值的分指數(shù)和綜合指數(shù)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)公式處理沈陽(yáng)市2004—2014年綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值實(shí)際價(jià)值Xi,并通過(guò)計(jì)算獲得各項(xiàng)分指標(biāo)Si制作圖3.利用公式(10)計(jì)算出11年間沈陽(yáng)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)(IESE)分別為0.000、0.007、0.039、0.086、0.123、0.474、0.559、0.417、0.877、0.883、0.750(見(jiàn)圖4).計(jì)算結(jié)果表明,11年間,沈陽(yáng)市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈現(xiàn)波動(dòng)化上升趨勢(shì),這主要是由于沈陽(yáng)市于2005年舉辦了第二屆“中國(guó)城市森林論壇”,在2006年承辦了中國(guó)沈陽(yáng)世界園藝博覽會(huì),在這兩年前后全市各區(qū)域?qū)G地建設(shè)加大投入,生態(tài)服務(wù)功能穩(wěn)步上升;2011小幅度下降后連續(xù)遞增兩年,2013年上升至最大值0.883,2014年又因降水量驟減出現(xiàn)小幅度下降,但整體來(lái)看,生態(tài)服務(wù)功能水平得到一定的提升.

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),2004年水源涵養(yǎng)功能對(duì)本年度的生態(tài)服務(wù)功能貢獻(xiàn)最大,但其他7項(xiàng)分指數(shù)均為最低值-1.000,這表明2004年的生態(tài)服務(wù)功能在11年間的貢獻(xiàn)力最差;2005年各項(xiàng)分指數(shù)最大和最小值分別為水源涵養(yǎng)和吸收SO2,這反映了綠地系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能對(duì)該年提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值具有重要意義,而吸收SO2的效益最弱;2006年固碳、釋氧分指數(shù)較大,而吸收SO2、水源涵養(yǎng)功能分指數(shù)較小,即固碳、釋氧這兩項(xiàng)功能為這一年供給了更多的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,而水源涵養(yǎng)、吸收SO2功能則呈現(xiàn)相反趨勢(shì);2007年水源涵養(yǎng)功能所提供的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值貢獻(xiàn)值最大,其他7個(gè)分指數(shù)相差不大;從2008年開(kāi)始,除水源涵養(yǎng)分指數(shù)外,其他各項(xiàng)分指數(shù)呈穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì);2009—2011年,釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2這7項(xiàng)分指數(shù)數(shù)值相同; 2010年的生態(tài)服務(wù)功能在11年間表現(xiàn)最佳,水源涵養(yǎng)分指標(biāo)達(dá)最大值1.000,表明水源涵養(yǎng)功能在該年達(dá)到最佳效果.而到2014年,受極端天氣影響,降水量驟減,僅為歷年的60%[17],降水量對(duì)水源涵養(yǎng)分指標(biāo)影響嚴(yán)重,使其降低至最小值-1.000,表明此年該指標(biāo)貢獻(xiàn)最弱.2004—2014年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的8個(gè)分指數(shù)雖有所波動(dòng),但整體均呈升高趨勢(shì),其中水源涵養(yǎng)受降水量影響波動(dòng)較大,2004—2014年水源涵養(yǎng)分指數(shù)的值依次為-0.43、-0.06、-0.65、-0.23、-0.04、0.05、1、-0.59、0.56、0.57、-1.通過(guò)比較過(guò)去11年的生態(tài)服務(wù)功能,2014年除水源涵養(yǎng)外,各項(xiàng)分指數(shù)為最大值,2014年的綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)能力得到改善,這說(shuō)明《沈陽(yáng)城市結(jié)構(gòu)性綠地控制規(guī)劃》取得了良好的成績(jī)和效果,進(jìn)一步提高了城市綠地系統(tǒng)的功能及價(jià)值.

圖3 2004—2014年綠地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值各項(xiàng)分指數(shù)Fig.3 Each sub-index of the ecological service value of urban green space system from 2004-2014

圖4 2004—2014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 2004-2014

3 結(jié) 論

(1) 2004—2014年11年間沈陽(yáng)市在城市綠地建設(shè)方面取得了顯著成績(jī),11年間城市綠化覆蓋面積由20 118 hm2增加到29 482 hm2,尤其是2006年承辦了中國(guó)沈陽(yáng)世界園藝博覽會(huì),在籌備期間,全市的綠地面積和公園面積更是大幅度增長(zhǎng).

(2) 11年間沈陽(yáng)市不斷完善城市綠地建設(shè),城市綠地生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值增加了1.74億元,年平均增長(zhǎng)率為1.76%,其中在2013年生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值達(dá)到最高值,為13.81億元;但生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值占當(dāng)年GDP的比重下降,從2004年的0.51%降低至2014年的0.15%,這是因?yàn)橄鄬?duì)于城市經(jīng)濟(jì)總量發(fā)展,生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量增長(zhǎng)速度卻在下降,因此生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值增長(zhǎng)率明顯低于GDP增長(zhǎng)率.

(3) 我們根據(jù)前面討論的各指標(biāo)及綜合指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析,得出8項(xiàng)指標(biāo)按貢獻(xiàn)價(jià)值從大到小依次為:水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2.雖然2004—2014年生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值綜合指數(shù)呈波動(dòng)性變化,但總體趨勢(shì)良好.

(4) 生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的評(píng)價(jià)是一個(gè)涉及多學(xué)科的復(fù)雜工程,主要包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、生態(tài)等.目前相關(guān)理論和實(shí)踐雖取得重大進(jìn)展,但還是不夠成熟和統(tǒng)一.本文構(gòu)建的城市綠地生態(tài)服務(wù)評(píng)價(jià)體系包含了目前學(xué)者認(rèn)為的相對(duì)重要的指標(biāo),還有一部分重要指標(biāo)由于目前定量和評(píng)價(jià)方法缺乏研究未能計(jì)算在內(nèi),特別是對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)非常重要的文化功能,如游憩觀賞、教育、維持身心健康等[18].

目前沈陽(yáng)城市綠地生態(tài)系統(tǒng)缺少大面積的綠地類(lèi)型,多以零星分布的公共、道路、附屬綠地類(lèi)型占優(yōu)勢(shì),建議增加包括公園和以風(fēng)景林為主的大面積綠地類(lèi)型,并平衡各類(lèi)型布局.本研究可以反映沈陽(yáng)市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值變化,可以為城市規(guī)劃建設(shè)以及管理上提供啟示和借鑒,這對(duì)于實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.