楊 鑫，朱家明

(安徽財經(jīng)大學(xué))

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(Ecological Services)是指生態(tài)系統(tǒng)所形成并對人類發(fā)揮作用的所有產(chǎn)品和服務(wù)[1-3]，在建立綠色國民經(jīng)濟核算體系過程中產(chǎn)生著重要作用[4].綠色發(fā)展是構(gòu)建現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的必然要求，是解決污染問題的根本之策.由于土地利用規(guī)劃對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響具有長期性、綜合性和復(fù)雜性，因此，需要對土地利用造成的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行科學(xué)研究，并把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值納入土地利用的決策之中，以促進城市土地資源的持續(xù)、協(xié)調(diào)利用.

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的形成是動態(tài)變化過程，與生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能密切相關(guān)[5]，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化也是伴隨著時空的動態(tài)變化[6].潘韜等運用In VEST模型對三江源地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源供給服務(wù)進行了時空變化研究[7]；劉桂林等結(jié)合遙感技術(shù)對長三角1980～2010年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行時空動態(tài)分析[8]；張明陽等利用3S技術(shù)對喀斯特生態(tài)服務(wù)功能進行定量研究揭示其時空變化特點[9].該文結(jié)合謝高地等提出的當量因子生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值法[10]，結(jié)合GIS(Geographic Information System)與實際調(diào)研進行遙感解譯，揭示了龍子湖東公園2010～2020年的土地利用時空動態(tài)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響.

1 研究區(qū)概況

龍子湖東公園位于安徽省蚌埠市東郊，占地73萬m2，于2015年底建設(shè)完成，總投資5.4億元，分為門戶觀光區(qū)、湖濱體驗區(qū)和林鳥游憩區(qū)等三個功能區(qū).蚌埠市地處淮河中游，為安徽省重要工業(yè)城市和重要交通樞紐，它位于秦嶺——淮河氣候分界線上，四季分明.龍子湖東公園為蚌埠市重要生態(tài)修復(fù)項目，于2017年獲住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的中國人居環(huán)境獎.該研究選用生態(tài)修復(fù)項目為研究目標，直觀展現(xiàn)維護良好生態(tài)環(huán)境對城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的作用.

2 數(shù)據(jù)源與處理

該研究遙感數(shù)據(jù)來源于圖新地球及谷歌地球歷史數(shù)據(jù)，運用ArcGIS Desktop 10.7軟件對遙感進行解譯，獲得2010、2012、2015、2017和2019年共5期土地利用分類數(shù)據(jù).同時根據(jù)中國國家標準化管理委員會發(fā)布的土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T 21010-2017)[11]進行并結(jié)合對研究區(qū)實地調(diào)研情況，采用監(jiān)督分類法將土地利用類型劃分為有林地、草地、耕地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類見表1.

表1 龍子湖東公園土地利用類型

3 研究方法

3.1 土地利用類型動態(tài)度

運用土地利用類型動態(tài)度計算出土地利用類型變化的程度[12]，其公式為：

(1)

其中，Vi表示i類土地利用類型的動態(tài)度；Sia表示研究起始點i類土地利用類型的面積；Sib研究終止點i類土地利用類型的面積；T為研究時長，即b-a.

土地利用類型動態(tài)度表示的是土地利用類型在一段時間內(nèi)的變化程度，當Vi>0時，表示該時間段內(nèi)研究區(qū)域該土地利用類型面積呈增加趨勢；當Vi<0時，表示該時間段內(nèi)研究區(qū)域該土地利用類型面積呈減少趨勢，特殊的當Sia=0時，Vi值不存在，Vi不存在需分情況分析，當Sib≠0時，表示該研究區(qū)內(nèi)，該段時間增加了一種土地利用類型；當Sib=0時，表示該研究區(qū)內(nèi)，該段時間該土地利用類型未發(fā)生改變，始終為0.

3.2 基于社會經(jīng)濟因子調(diào)整的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型

謝高地等結(jié)合Costanza等提出了一種適用于計量中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的方法，運用當量因子法對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評估，但由于謝高地研究基于全國平均水平，并不完全適合于對特定地區(qū)的研究[10,13].由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值不僅受自身土地類型的影響，還和當?shù)亟?jīng)濟水平有關(guān)，對特定地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估取決于人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的認知，人們對其認知的不同會對支付能力與支付意愿產(chǎn)生較大影響[14].為使研究更具有針對性與推廣性，該研究構(gòu)建基于社會經(jīng)濟因子調(diào)整的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型,其模型為:

(2)

式中,ESV為該區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值；k為年份；n為研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型總數(shù)；m為該研究區(qū)域該類型所具有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總數(shù)；Ek為第k年該研究區(qū)域單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)所能提供的食物生產(chǎn)服務(wù)所具有的經(jīng)濟價值的七分之一；指標Sik為第k年研究區(qū)域內(nèi)第i類土地利用類型的面積；Tk為第k年社會經(jīng)濟因子系數(shù);Dij表示第i類用地第j個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能所具有的當量因子.

3.3 龍子湖東公園土地利用類型基礎(chǔ)當量分析

結(jié)合龍子湖東公園實際情況，可將其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為物質(zhì)生產(chǎn)、大氣調(diào)節(jié)、氣侯調(diào)節(jié)、環(huán)境凈化、水資源涵養(yǎng)、土壤形成與侵蝕控制、生物多樣性保護和景觀多樣性共8種功能[15]，并將謝高地等提出的當量因子表進行匯總，得出龍子湖東公園土地利用類型基礎(chǔ)當量表(見表2).

表2 龍子湖東公園土地利用類型基礎(chǔ)當量分析

4 結(jié)果分析

4.1 龍子湖東公園土地利用類型時空變化

基于遙感圖像進行解譯，可以得到龍子湖東公園土地利用類型時空變化過程.從2010～2019年總體變化可分為兩個階段，2010～2015年為龍子湖東公園改造期(如圖1所示)，2015～2019年為龍子湖東公園建設(shè)提升期(如圖2所示)示.龍子湖東公園改造過程，總體上可以歸納為將原有沿湖居民區(qū)改造為城市公園，其趨勢為：耕地與建設(shè)用地減少，然后將草地作為過度，最終向林地改造的過程.

圖1 2010～2015年龍子湖東公園土地利用類型對比圖

圖2 2017、2019年龍子湖東公園土地利用類型對比圖

運用土地利用類型動態(tài)度計算出土地利用類型變化的程度，結(jié)果見表3.將其結(jié)果繪制龍子湖東公園土地利用類型百分比堆積柱狀圖(如圖3所示)，可知林地始終在龍子湖東公園土地利用類型中保持較高比例.

圖3 龍子湖東公園土地利用類型百分比堆積柱狀圖

從表3龍子湖東公園的土地利用動態(tài)度可以看出2010～2012年建筑用地與未利用地呈增加趨勢，其余用地均呈減少趨勢，其中未利用地變化最大，動態(tài)度達199.13%，其次為水域動態(tài)度為-50.00%，建筑用地動態(tài)度小幅增加，耕地動態(tài)度變化較小為-2.28%.可以看出2010～2015年為龍子湖東公園建設(shè)開始時期，對林地進行改造，使其符合城市公園的功能，并逐步將不規(guī)則的水域進行改造.

表3 龍子湖東公園的土地利用動態(tài)度

2012～2015年，未利用地仍保持大幅增加趨勢，同時耕地與建筑用地均呈現(xiàn)下降，其中未利用地變化度最高為147.47%，其次耕地與建筑用地分別以-33.33%和-22.73%的變化度，呈現(xiàn)較快變化趨勢，林地變化度最小，僅為-0.80%.由變化度分析，2012～2015年為龍子湖東公園基礎(chǔ)建設(shè)收尾期，此時已形成城市公園基本樣貌，通過將沿岸居住區(qū)遷移，同時對林地進行園林規(guī)劃，此時龍子湖東公園改造基本結(jié)束.

2015～2017年，建筑用地、林地與未利用地均呈增加趨勢，但草地大幅減少.草地動態(tài)度最大為-42.31%，其次林地以25.07%的變化度次之，未利用地與建筑用地動態(tài)度保持較高動態(tài)度分別為7.63%和3.71%.此階段，龍子湖東公園通過減少草地增加林地，并對公園景觀設(shè)施進行規(guī)劃，增加建筑用地面積.

2017～2019年,草地與林地均呈現(xiàn)增加趨勢，未利用地與建筑用地呈下降趨勢.其中草地動態(tài)度最大為14.94%，其次以未利用地-8.95%的動態(tài)度，建筑用地以-6.97%的自由度略低于未利用地的自由度，林地由于基數(shù)較大，所以動態(tài)度僅為1.66%.到達2019年龍子湖東公園基本建設(shè)完畢，以林地為主體的城市公園.

4.2 龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空變化

4.2.1 單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)服務(wù)價值

該研究區(qū)域為安徽省蚌埠市，蚌埠市主要糧食作物為稻谷、小麥、玉米和大豆.以主要糧食作物產(chǎn)量乘以其所對應(yīng)的市場價，即可算得單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)功能價值，從而得到一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當量所對應(yīng)的價值.為避免由不同時間價格指數(shù)變動從而導(dǎo)致價格水平不統(tǒng)一，所以該研究運用糧食總產(chǎn)值可比價除以當年糧食種植面積即可得到該年單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)食物生產(chǎn)功能價值.

同時，根據(jù)謝高地等的研究為單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)所能提供的食物生產(chǎn)服務(wù)所具有的經(jīng)濟價值的七分之一，即如式(3)所示：

(3)

式中，Ek表示第k年一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當量所對應(yīng)的價值；n表示農(nóng)作物的種類數(shù)，該研究取n=4；Mi展開表示第i種農(nóng)作物所對應(yīng)的產(chǎn)量；Pi第i種農(nóng)作物所對應(yīng)價格；Si表示第i種農(nóng)作物的種植面積.

運用公式(3)計算得到蚌埠市2010～2019年一個標準當量所對應(yīng)經(jīng)濟價值，見表4．

表4 蚌埠市2010～2019年一個標準當量所對應(yīng)經(jīng)濟價值

4.2.2 社會經(jīng)濟因子計算

由于謝高地等研究為基于全國水平的研究，該研究所選取的龍子湖東公園具有面積較小、經(jīng)濟水平與全國平均水平有差異等，所以應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域進行修正.該文運用經(jīng)濟因子對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行修正，因為在城市建設(shè)中受環(huán)境因素等導(dǎo)致計算差異較小，所以進行經(jīng)濟因素修正即可.社會經(jīng)濟因子可計算為(4)式：

Tk=Wk×Ck

(4)

其中，Tk表示第k年的社會經(jīng)濟因子，Wk表示第k年的支付意愿修正因子，Ck表示第k年的支付能力修正因子.

(1)支付意愿系數(shù)修正

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求隨著社會發(fā)展不斷增加，當社會處于低發(fā)展水平時，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求較低；而當社會處于高發(fā)展水平時，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求變高.當社會達到最高發(fā)展水平時，這種需求趨于飽和水平.一些學(xué)者運用社會發(fā)展階段系數(shù)來解決支付意愿變動帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化[16-17]，計算方法如式(5)[18]:

ECk=ECuk×c+ECvk×CRk

(5)

其中，l為社會發(fā)展階段系數(shù)，L為最高發(fā)展水平時的支付意愿(通常取為1)；ECk為研究區(qū)域的第k年的總的恩格爾系數(shù)；ECuk為研究區(qū)域的第k年城鎮(zhèn)居民家庭恩格爾系數(shù)；ECvk為研究區(qū)域的第k年農(nóng)村居民家庭恩格爾系數(shù)；URk為第k年末城鎮(zhèn)人口占常住人口比；CRk為第k年末鄉(xiāng)村人口占常住人口比.

由于各地薪酬與物價水平存在差異，僅通過恩格爾系數(shù)進行支付意愿系數(shù)修正存在差異[19].為更好的對當量因子進行修正，該研究引入城鎮(zhèn)化率來改進社會發(fā)展階段系數(shù)，計算方法如(6)式：

(6)

其中，P支付意愿系數(shù)；Ur為研究區(qū)域的城鎮(zhèn)化率；Un為全國城鎮(zhèn)化率,計算結(jié)果見表5.

表5 2010～2019年全國與蚌埠社會發(fā)展階段系數(shù)

將同年的社會發(fā)展階段系數(shù)，研究區(qū)域與全國對比即得到第k年的支付意愿因子如式(7)：

(7)

其中，Wk表示第k年的支付意愿修正因子；Prk表示第k年研究區(qū)域的平均支付意愿因子；Pnk表示第k年全國的平均支付意愿因子，計算結(jié)果見表6.

表6 2010～2019年龍子湖東公園支付意愿修正因子

(2)支付能力系數(shù)修正

對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估不僅要考慮支付意愿，而且要對研究區(qū)域的支付能力進行考察，支付能力是對支付意愿的補充，只有既有支付意愿并于支付能力才能價值的表現(xiàn).該研究以人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(Real GDP per capita)作為調(diào)整因子測算，計算公式如式(8)：

(8)

其中，Ck表示第k年的支付能力修正因子；pgdpk表示研究區(qū)域第k年的人均國內(nèi)生產(chǎn)總值；pGDPk表示全國第k年的人均國內(nèi)生產(chǎn)總值.根據(jù)公式(8)進行計算，得到數(shù)值見表7.

表7 2010～2019年龍子湖東公園支付能力修正因子

4.2.3 龍子湖東公園單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值

基于上述模型，分別求得龍子湖東公園2010、2012、2015、2017和2019年共4年的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，將所求值代入各年及其所對應(yīng)的土地利用類型面積即求得該年該土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值.

可以求得龍子湖東公園2010～2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及總值變化見表8，從中可以看出2010～2019年龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值呈現(xiàn)上漲趨勢，從2010年的952351.67元，增加到2019年的1625497.63元，增加了70.68%.2010～2012年，龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加了235304.65元，約升高24.71%；2012～2015年，龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加約76.34%，增加906623.93元；2015～2017年，龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值下降約22.17%；2017～2019年，變化較小下降約0.27%.

表8 龍子湖東公園2010～2019年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及總值變化

其中,2010～2012年，林地生態(tài)服務(wù)價值變化最多，增加約245357.74元；在2012～2015年林地生態(tài)服務(wù)價值仍保持增加趨勢，增長約41.57%；而且在2015～2017年，林地生態(tài)服務(wù)價值增長約4.84%，使龍子湖東公園林地生態(tài)服務(wù)總價值達到1561789.40元，其后一直略微下降，總體呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢.未利用地生態(tài)服務(wù)價值與其類似，2010～2012年，未利用地生態(tài)服務(wù)價值以近6倍的速度增加；2012～2015年增長速度超過2010～2012年，達到686.73%；2015～2017年和2017～2019年分別下降19.51%和21.51%，但總體趨勢仍為上升.草地生態(tài)服務(wù)價值波動性較強，2015年前龍子湖東公園無草地生態(tài)利用類型，2012～2015年間由于草地生態(tài)服務(wù)的加入，使生態(tài)服務(wù)價值直接增加599953.06元；而2015～2017年，草地生態(tài)服務(wù)價值下降約89.26%；但2017～2019年，草地生態(tài)服務(wù)價值又上漲約24.15%.耕地與水域這兩種土地利用類型，被其他生態(tài)系統(tǒng)取代.

4.2.4 單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化

就單項生態(tài)服務(wù)而言，2010～2019年所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均呈增加趨勢，見表9，其中生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中生物多樣性保護價值增加最多，提高約92.45%.

表9 2010～2019年龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)變化

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，用三維曲面圖表示如圖4所示，可以直觀看出單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值中，龍子湖東公園氣侯調(diào)節(jié)功能價值與2015年為最高值，并且氣侯調(diào)節(jié)功能價值在龍子湖東公園所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值占比最大.各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值，均在2015年達到最高點.

圖4 2010～2019年龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)三維曲面圖

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值結(jié)構(gòu)上分析，氣侯調(diào)節(jié)、水資源涵養(yǎng)與土壤形成與侵蝕控制是龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中的重要組成部分.2010～2015年，該生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能均占比超過該時期的10%，并且三者之和占比超過50%.龍子湖東公園的改造不斷增加林地面積占比，林地相對于建筑用地對生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)起著更好的作用，由林地不斷增加對大氣調(diào)節(jié)、氣侯調(diào)節(jié)水資源涵養(yǎng)、土壤形成與侵蝕控制和生物多樣性保護均起著正向作用.

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

該研究以2010、2012、2015、2017和2019年共5期的高分遙感數(shù)據(jù)，對龍子湖東公園改造過程中的土地利用類型的時空特征進行分析；然后基于國內(nèi)外多位學(xué)者的研究，結(jié)合龍子湖東公園的特點對傳統(tǒng)模型進行改進，得出適用于龍子湖東公園的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估模型.

(1)土地利用類型時空變化

龍子湖東公園土地利用類型變化，從2010～2019年土地利用類型由以林地、建設(shè)用地和耕地為主，轉(zhuǎn)化為以林地為最主要部分未利用地與草地為次要的土地利用結(jié)構(gòu).2010～2012年，通過將少量林地改造為建筑用地；2012～2015年期間以耕地向草地，建筑用地向未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)橹鳎?015年后不斷增加林地占比.

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

從2010～2019年，十年間龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值，呈上升趨勢；各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值也均呈上升趨勢.龍子湖東公園生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總值從2010年的952351.67元，增加到2019年的1625497.63元，增加了70.68%，實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的增長.土地利用分類中，以林地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值增長735666.81元為最多；單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值以氣侯調(diào)節(jié)作用帶來的總值變化最多達224340元，生物多樣性保護增長速度最快.各項價值的增長，體現(xiàn)了人們對生態(tài)環(huán)境重視程度的不斷加深，以及城市管理者們在城市規(guī)劃中開始注重環(huán)境保護的重要性.龍子湖東公園作為蚌埠市重要的生態(tài)修復(fù)項目，充分證明了蚌埠政府決策的正確性.

5.2 展望

(1)該研究運用遙感數(shù)據(jù)，基于GIS理論對土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行評價，并綜合謝高地和Costanza等的理論研究，結(jié)合城市發(fā)展中土地利用面積較小的特點，運用社會經(jīng)濟因子調(diào)整的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值模型，降低由小面積帶來的誤差，具有更好推廣性.在當前，城市土地利用類型不斷改變的過程中，城市規(guī)劃者需要考慮生態(tài)系統(tǒng)變化帶來的價值變化.

(2)由于土地利用類型所對應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及提供的服務(wù)可能有差別，所有在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估過程中，應(yīng)注重實地考察的重要性.并且由于不同價值評估方法往往會存在差距，所以在價值評估過程中應(yīng)注重多種方法的綜合與對比，使結(jié)果更加全面準確.