河北地質(zhì)大學(xué) 武金華 王爭(zhēng)光 高亮

引言

人們改變土地用途，會(huì)使生態(tài)系統(tǒng)的類型發(fā)生改變，從而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究對(duì)人們正確使用土地具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。1974年，Holdren和Ehrlish首次提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)這一概念[1]；1997年Robert Costanza等基于效用價(jià)值理論和均衡價(jià)值理論，制定了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了具體測(cè)度[2]，同時(shí)期美國(guó)學(xué)者Gretchen C.Daily出版《Nature’s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems》[3]，這兩項(xiàng)研究成果引發(fā)了人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的廣泛研究。1995年，侯元兆等首次評(píng)估了我國(guó)森林資源的總價(jià)值，為13億元人民幣[4]；2001-2005年聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估（MA）開(kāi)啟了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)更深入的研究，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究導(dǎo)向了形成機(jī)理、流動(dòng)、權(quán)衡與協(xié)同等，尤其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉的關(guān)系進(jìn)行了討論[5]。

對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估，自Costanza始，后人也進(jìn)行了許多深入的研究。1999年歐陽(yáng)志云等運(yùn)用影子價(jià)格，替代工程或損益分析等方法探討了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)的間接價(jià)值[6]；2003年謝高地等在Costanza等的基礎(chǔ)上，結(jié)合本國(guó)的國(guó)情，制定了中國(guó)的陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價(jià)值表[7]；2012年徐麗芬等對(duì)謝高地等制定的《中國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表》進(jìn)行了進(jìn)一步完善，使之能夠更好地服務(wù)于不同時(shí)間空間的研究區(qū)[8]；2015年謝高地等又進(jìn)一步完善了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表，更加細(xì)分了土地利用類型，同時(shí)對(duì)一些生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行了修訂[9]。當(dāng)前的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估,主要是針對(duì)大尺度區(qū)域來(lái)進(jìn)行，這對(duì)于國(guó)家和省區(qū)市區(qū)域尺度的資本價(jià)值認(rèn)識(shí)具有重要的意義。但是，大尺度的研究對(duì)于小區(qū)域環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的管理的指導(dǎo)作用并不明顯。同時(shí)，礦區(qū)的開(kāi)采使得小范圍的生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)。因此，把礦區(qū)作為研究對(duì)象，對(duì)促進(jìn)礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估，研究礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化具有重大意義。

1 研究區(qū)概況

本項(xiàng)目以承德縣建龍礦業(yè)有限公司解營(yíng)鐵礦為研究對(duì)象，地址位于承德市承德縣岔溝鄉(xiāng)下院村，在承德縣城北東10°方向有簡(jiǎn)易公路與101國(guó)道相連。礦種為鐵礦，開(kāi)采形式為露天開(kāi)采，生產(chǎn)規(guī)模為600萬(wàn)噸/年，礦區(qū)面積為3.2963平方公里，設(shè)計(jì)服務(wù)期限為5年。礦區(qū)包含兩個(gè)礦區(qū)，分別為蘇家溝腦采區(qū)和于家營(yíng)子采區(qū)。于家營(yíng)子采區(qū)：中心點(diǎn)坐標(biāo)為東經(jīng)118°11'20″，北緯41°08'15；蘇家溝腦采區(qū)：東經(jīng)118°11'16″，北緯41°09'23″。礦區(qū)內(nèi)礦體分布在山坡或山脊處，溝谷發(fā)育，有利于自然排水，礦區(qū)范圍內(nèi)無(wú)地表水體，大氣降水是地下水的唯一補(bǔ)給來(lái)源。礦區(qū)及周?chē)脖灰砸吧嗄緸橹?，次為森林植被?/p>

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本項(xiàng)目所涉及的研究區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)源于《承德縣建龍礦業(yè)有限公司解營(yíng)鐵礦礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與土地復(fù)墾方案》，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒。糧食價(jià)格數(shù)據(jù)來(lái)源于各年的《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究方法

本文以謝高地的研究出的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表[9]為基礎(chǔ)，就研究區(qū)所在地的當(dāng)前發(fā)展情況，修正單位面積農(nóng)田年糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然后根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際生物類型，對(duì)得到的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表進(jìn)行修正。

2.2.2 評(píng)估體系

本文根據(jù)2020年研究區(qū)復(fù)墾前后土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整表，結(jié)合考慮研究區(qū)的實(shí)際情況將研究區(qū)地分成有林地、灌木林地、其他林地、其他草地、道路用地、坑塘水面、建設(shè)居住用地、采礦用地、損毀地等。以此為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算研究區(qū)復(fù)墾前后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化。

本研究以謝高地等提出的基于單位面積的當(dāng)量因子法為基礎(chǔ)，一個(gè)當(dāng)量因子相當(dāng)于全國(guó)1hm2的年均糧食產(chǎn)量的平均價(jià)值，為當(dāng)年全國(guó)平均糧食價(jià)格的1/7[10,11]，本文采用移動(dòng)平均法對(duì)糧食的平均價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)，由于2020年有比較特殊疫情嚴(yán)重，對(duì)糧食的價(jià)格會(huì)產(chǎn)生較大影響，所以采用預(yù)測(cè)的2019年價(jià)格作為河北省糧食價(jià)格基準(zhǔn)，來(lái)消除通貨膨脹的影響。

本文收集了2005-2018年河北省糧食價(jià)格數(shù)據(jù)，采用簡(jiǎn)單移動(dòng)平均法對(duì)2019年價(jià)格進(jìn)行估算，其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方便，數(shù)學(xué)要求不高，適用于趨勢(shì)變動(dòng)不太明顯的時(shí)間序列。公式為：

此處過(guò)反復(fù)試算，最終確定n=3時(shí)誤差最小,采用2016、2017、2018三年的數(shù)據(jù)，最終經(jīng)過(guò)計(jì)算，預(yù)測(cè)2019年糧食價(jià)格為2198.87元/噸。

本文以千年生態(tài)評(píng)估（MA）框架工作組提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類方法[5]，將本礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能歸納為提供產(chǎn)品功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能和支持功能四大類。根據(jù)得出的2019年糧食的預(yù)測(cè)價(jià)格，根據(jù)謝高地等[12]對(duì)河北省生物量進(jìn)行訂正（訂正系數(shù)為1.02），制定出研究區(qū)土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表。其中計(jì)算得出研究區(qū)1個(gè)生態(tài)服務(wù)價(jià)值量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量為2242.86元/hm2,最終得到研究區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(表2)由于謝高地在其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算過(guò)程中并未給出建設(shè)用地的計(jì)算方法，所以此處工礦建設(shè)用地采用Costanza給出的數(shù)據(jù)[13]。毀損地（破損地）與建設(shè)用地同屬于工礦建設(shè)用地，將前人的兩種當(dāng)量因子的測(cè)算結(jié)果結(jié)合，得出本文所需要的研究區(qū)土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表。由此得出研究區(qū)1個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的計(jì)算公式：

式中，ESV為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Ak為土地利用類型k的面積；VCk.為生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)；ESVf為生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值；VCfk為土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)價(jià)值系數(shù)。

2.2.3 敏感性指數(shù)分析

敏感性指數(shù)分析可驗(yàn)證價(jià)值指數(shù)的準(zhǔn)確度，若CS＞1，則說(shuō)明ESV對(duì)VC是富有彈性的；若CS＜1，則說(shuō)明ESV對(duì)VC是缺乏彈性的，結(jié)果可信。敏感性指數(shù)的計(jì)算公式為[14]：

式中，VC、k的含義同前，ESVi和ESVj各表示最初價(jià)值和生態(tài)價(jià)值系數(shù)調(diào)整后的價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化分析

根據(jù)研究區(qū)在不同時(shí)段的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整表（表2），可以看出，研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的變化，主要是礦區(qū)的開(kāi)發(fā)主要是將原來(lái)的各種用地，如耕地、林地、草地、采礦用地等損毀成了損毀地，因此，在復(fù)墾前礦區(qū)耕地、林地、草地等面積都變成了0，與此同時(shí)，損毀地變成了139.186hm2。復(fù)墾后與未損毀前對(duì)比，坑塘水面增加的最多，增加了27.9528 hm2。有林地其次，增加了26.2198hm2，灌木林地增加了17.1445hm2，其他草地增加了11.7113hm2，采礦用地全部被復(fù)墾，減少了82.1909hm2。復(fù)墾導(dǎo)致的研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的變化最終導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值發(fā)生改變。

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值復(fù)墾前后變化分析

分析表2可知，由于礦區(qū)特殊的土地用途以及強(qiáng)力的人工干預(yù)，使得礦區(qū)各種地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化非常劇烈。未損毀前，有林地和其他草地是ESV中貢獻(xiàn)最大的兩種土地利用類型，分別為58.78%和58.17%，兩者總和占到了116.95%。復(fù)

表2 研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化表（單位：hm2、萬(wàn)元）

研究區(qū)土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子表（元/hm2）

3.3 敏感性分析

墾前，由于大量的壓占和損毀，損毀地的ESV占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為84.25%。研究區(qū)復(fù)墾后預(yù)估的ESV總量增長(zhǎng)了很多，說(shuō)明礦區(qū)復(fù)墾所帶來(lái)的生態(tài)環(huán)境改善還是非常明顯的。

未損毀時(shí)研究區(qū)ESV總量為137.54萬(wàn)元，有林地、灌木林地、其他草地ESV占比較大。復(fù)墾前年ESV總量減少到-116.66萬(wàn)元，1990-1995年ESV總量大幅增加的原因?yàn)榈V區(qū)的開(kāi)采致使損毀地的大量增加。使得研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)負(fù)值的狀態(tài)。復(fù)墾后，預(yù)估的ESV總量增加到1152.44萬(wàn)元，與未損毀的狀態(tài)相比，增長(zhǎng)幅度很大，主要原因是坑塘水面的大量增加，同時(shí)，有林地、灌木林地、其他草地等面積的增加也使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增長(zhǎng)更加明顯。(上表2）

將土地利用類型的生態(tài)價(jià)值系數(shù)上下各調(diào)整50%，計(jì)算價(jià)值系數(shù)調(diào)整后各用地類型的ESV的變化，并估算CS(表3)。從大到小依次為森林、草地、農(nóng)田、水域、荒漠、未利用地。CS值最高的是森林，在0.5358～0.5055之間，說(shuō)明如果森林的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值系數(shù)增加1%，ESV將增加05358%～0.5055%之間，對(duì)ESV影響較大；未利用地的CS最小，近似為0，對(duì)ESV結(jié)果影響不大。整體計(jì)算結(jié)果表明，各類生態(tài)價(jià)值系數(shù)的CS都小于1，這表明研究區(qū)ESV對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)缺乏彈性，研究結(jié)果可信。

表3 研究區(qū)不同土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值敏感度

4 結(jié)論與討論

礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和利用在極短的時(shí)間內(nèi)就打破了累積了上千萬(wàn)年甚至是更長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，使當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境變得愈加脆弱。所以，礦區(qū)必須執(zhí)行“邊開(kāi)采，邊復(fù)墾”的政策，避免生態(tài)環(huán)境的惡化。按照研究區(qū)的復(fù)墾計(jì)劃來(lái)計(jì)算，得出的研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化情況為先下降后上升，這與前人的研究結(jié)果不謀而合15]。如果能夠嚴(yán)格按照礦區(qū)土地復(fù)墾方案的步驟進(jìn)行，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原有地貌的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。