張 琳

（寧夏環(huán)境科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司），寧夏銀川 750011）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種，為維持和實(shí)現(xiàn)人類正常生活需要，而提供的必要生命支持產(chǎn)品或服務(wù)[1]。土地資源是生態(tài)環(huán)境資源的重要組成部分，單個(gè)土地利用開發(fā)項(xiàng)目看似對生態(tài)環(huán)境的總能力影響輕微，但其累積效果將嚴(yán)重影響生物多樣性，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境退化。目前，大多數(shù)土地利用項(xiàng)目僅從顯性投入與收益評估其價(jià)值，沒有考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等隱性因素的影響[2-3]。本文針對上述問題建立數(shù)學(xué)模型，將環(huán)境成本考慮在內(nèi)，評估土地開發(fā)項(xiàng)目的真實(shí)價(jià)值，為有關(guān)部門規(guī)劃建設(shè)土地開發(fā)利用項(xiàng)目提供依據(jù)和建議。

1 生態(tài)服務(wù)分析

1.1 生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)

千年生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)分類方法是將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4類9項(xiàng)[4-5]。本文在參考已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)特征、結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程特點(diǎn)，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能拓展為4類11項(xiàng)指標(biāo)。

（1）熵權(quán)法[6]

生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)11項(xiàng)指標(biāo)描述了土地利用開發(fā)項(xiàng)目的環(huán)境成本，其中既有成本指標(biāo)，也有效率指標(biāo)?？紤]到各指標(biāo)數(shù)據(jù)單位不一、數(shù)量級差別較大，采取0-1變換的方法進(jìn)行歸一化。見式（1）。

在對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化之后，使用yij描述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，進(jìn)而可得到供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支撐服務(wù)、文化服務(wù)4個(gè)綜合評價(jià)指標(biāo)，本文將其簡化為PSI、RSI、BSI和CSI，具體如式（2）所示。

（2）變異系數(shù)法[6]

變異系數(shù)法是利用各指標(biāo)所包含信息計(jì)算權(quán)重的方法?？紤]到PSIj、RSIj、BSIj和CSIj4個(gè)綜合指標(biāo)的單位與均值之間有差異，故用標(biāo)準(zhǔn)差與均值之比來比較變化的程度，計(jì)算各綜合指標(biāo)權(quán)重及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指標(biāo)ESI，如式（3）所示。

以寧夏回族自治區(qū)2021年統(tǒng)計(jì)年鑒為依據(jù)[7-8]，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，如表1所示。

表1 各指標(biāo)權(quán)重值

1.2 強(qiáng)度評價(jià)

使用層次聚類方法[6]，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能強(qiáng)度劃分為高、中、低3個(gè)層次，利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價(jià)體系對4個(gè)不同規(guī)模的土地利用項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，驗(yàn)證模型的魯棒性和評價(jià)體系的科學(xué)性。利用建立的生態(tài)服務(wù)價(jià)值評價(jià)體系對4種類型項(xiàng)目進(jìn)行評估，評估結(jié)果見表2。

表2 4種類型項(xiàng)目評估結(jié)果

由于項(xiàng)目C涉及管道保護(hù)結(jié)構(gòu)工程、管道穿越工程和線路附屬工程，工程建設(shè)復(fù)雜，施工周期長，技術(shù)要求高，它對環(huán)境的影響最大，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度強(qiáng)；項(xiàng)目D主要涉及房屋建設(shè)，其對環(huán)境的影響相對較小，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度較弱，符合實(shí)際情況。

2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估模型

2.1 成本效益分析[6]

2.1.1 成本分析

成本分析包括內(nèi)部成本和外部成本。當(dāng)與土地有關(guān)的生產(chǎn)資源因土地開發(fā)而受損時(shí)，外部成本可以通過該資源生產(chǎn)力的損失來估計(jì)，通過式（3）計(jì)算項(xiàng)目A的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指數(shù)隨時(shí)間的變化，將項(xiàng)目A的建設(shè)成本Co與ESI的離散點(diǎn)進(jìn)行擬合，如圖1所示。

圖1 ESI與原始成本散點(diǎn)圖和擬合曲線

由圖1可知，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與原始成本近似符合logistic增長曲線的趨勢，擬合結(jié)果也由式（3）證明了這一點(diǎn)。在原始成本積累階段，由于此時(shí)所需的成本較小，生物圈的整體運(yùn)行能力無關(guān)緊要，因此ESI增長緩慢。當(dāng)生態(tài)系統(tǒng)本身超出范圍時(shí)，原始成本繼續(xù)增加，對生物多樣性和環(huán)境退化的影響將使原始成本迅速增加。當(dāng)原始成本增加到一定程度時(shí)，此時(shí)生態(tài)系統(tǒng)對已經(jīng)存在的影響具有一定的適應(yīng)性，因此生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化趨于緩慢。

利用MATLAB R2010b軟件進(jìn)行曲線擬合[8]，R=0.956，擬合曲線如式（4）所示。

2.1.2 效益-成本比率

土地資源開發(fā)利用一般可獲得兩種效益，內(nèi)部效益是指土地開發(fā)利用后直接通過市場價(jià)格可以估算出的效益，是土地利用規(guī)劃的直接結(jié)果；外部效益是指土地開發(fā)利用活動(dòng)對周邊資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生的有益影響。為了探究土地利用項(xiàng)目的真實(shí)效益-成本情況，使用效益-成本比率來描述是否考慮生態(tài)服務(wù)對項(xiàng)目的影響。本文以項(xiàng)目D為例，作出收益-成本比率散點(diǎn)圖，如圖2所示。

圖2 收益-成本比率散點(diǎn)圖（1995—2021年）

從圖2可以看出，在不考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)成本的情況下，現(xiàn)有項(xiàng)目的效益先增后降。但是，如果企業(yè)考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，雖然在前期增長趨勢相對緩慢，但項(xiàng)目的效益會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸增加，增長趨勢將持續(xù)很長一段時(shí)間。

2.2 基于SVM方法的收益-成本比率預(yù)測[8]

為了定量預(yù)測收益-成本比率曲線的變化趨勢，使用支持向量機(jī)（SVM）方法，對圖2中兩條曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。支持向量機(jī)允許通過Mercer核算子K將空間M中的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)投影到高維特征空間F。最優(yōu)超平面的形式如式（5）所示。

引入不敏感損耗函數(shù)ε，利用色散分析求解最優(yōu)超平面。為了防止個(gè)體數(shù)據(jù)對模型偏差的影響，引入了松弛變量ξ和松弛變量ξ*。引入懲罰因子D對偏離模型的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行懲罰，因此最優(yōu)超平面可轉(zhuǎn)換為求解最小問題。本文采用多項(xiàng)式核K(u,v)=(u·v+1)h來建立預(yù)測模型，如式（6）所示。

基于支持向量機(jī)進(jìn)行回歸分析，以1995—2021年的效費(fèi)比數(shù)據(jù)為訓(xùn)練樣本，預(yù)測2022—2035年效費(fèi)比變化，如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目D效益-成本率實(shí)際值（1995—2021）和預(yù)測值（2022—2035）曲線圖

從圖3可以看出，不考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的項(xiàng)目D的效費(fèi)比隨著時(shí)間的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，雖然這樣的項(xiàng)目在開始時(shí)利潤增長較快，但是隨著時(shí)間的推移，收益開始急劇下降。而項(xiàng)目D基于對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)成本的考慮，即使一開始的利潤增長速度緩慢，但隨著時(shí)間的推移，收益一直在緩慢增加。在預(yù)計(jì)的近20a中，這一效益并未呈現(xiàn)下降趨勢，而是穩(wěn)步上升?？梢?，考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可以有效地增加項(xiàng)目的生命周期，鞏固現(xiàn)有狀態(tài)，推遲衰退的到來。

2013年，不考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的項(xiàng)目效費(fèi)比達(dá)到峰值，因其對生態(tài)環(huán)境的破壞超出其承受能力而未能在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中實(shí)施，隨著時(shí)間的推移，效益迅速下降。2029年，兩條曲線相交，表示此時(shí)二者的效費(fèi)比相等。此后，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)帶來的效益大于未考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)項(xiàng)目的效益。2033年，不考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)會(huì)導(dǎo)致生態(tài)極大環(huán)境破壞，嚴(yán)重影響項(xiàng)目運(yùn)行，使效費(fèi)比達(dá)到0。

3 結(jié)論

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)因素納入土地利用項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)，將增加其各類成本，從長遠(yuǎn)來看，這將使項(xiàng)目的生命周期和累積效益得到極大提升。因此，對于土地利用項(xiàng)目規(guī)劃者和管理者而言，主管部門要搞好規(guī)劃，結(jié)合本地區(qū)實(shí)際，合理制定閑置、低效建設(shè)用地使用計(jì)劃，統(tǒng)籌安排各類建設(shè)用地，切實(shí)提高管控效果；設(shè)計(jì)部門要抓好論證，結(jié)合實(shí)際制定土地利用項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展措施，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)因素作為一項(xiàng)強(qiáng)制性指標(biāo)納入規(guī)劃之中，確保建設(shè)項(xiàng)目綠色、環(huán)保、可持續(xù)健康發(fā)展；監(jiān)察部門要嚴(yán)格執(zhí)法，靈活方式方法，對轄區(qū)內(nèi)已開工建設(shè)的各類用地項(xiàng)目進(jìn)行常態(tài)化檢查抽查，發(fā)現(xiàn)并糾治項(xiàng)目建設(shè)過程中降低可持續(xù)發(fā)展措施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、違規(guī)占用基本農(nóng)田等問題。