楊金澤 耿其明 陳青鋒 陳召亞 陳亞恒

摘要：生態(tài)系統(tǒng)作為地球生命的支撐系統(tǒng)，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。隨著人類社會對可持續(xù)發(fā)展理念理解的不斷深入，生態(tài)系統(tǒng)的保護及其服務價值的量化已經(jīng)變得越來越重要。近年來，各國學者對全球尺度、國家尺度、區(qū)域尺度及單個生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行測算，對縣域尺度及土地整治前后生態(tài)系統(tǒng)服務價值變動的研究較少。基于國內(nèi)外研究成果，以Constanza生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估模型為基礎，通過當量因子修訂、功能性修正與經(jīng)濟性調(diào)整等過程，結(jié)合耕地整治前后土地利用變化及不同利用方式下生態(tài)系統(tǒng)服務價值的差值，對河北省懷來縣耕地整治生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化進行測算。結(jié)果表明，懷來縣2014—2015年耕地整治提升區(qū)面積為13 750 hm2，新增耕地面積為4 592 hm2，耕地整治生態(tài)潛力值為2 376.21萬元，其中原有耕地生態(tài)服務價值提升 356.47萬元，新增耕地生態(tài)服務價值為2 019.73萬元。該研究探索適用于縣域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算方法，并結(jié)合土地整治項目對懷來縣土地整治生態(tài)潛力進行測算，通過該研究為縣域尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算、土地整治生態(tài)系統(tǒng)服務變化、土地整治生態(tài)潛力測算、生態(tài)文明安全保護等相關(guān)研究提供理論參考與技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：耕地整治;生態(tài)潛力;懷來縣;生態(tài)系統(tǒng);服務價值;當量因子

中圖分類號： F323.211 ?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）16-0270-07

收稿日期：2017-09-08

基金項目：河北省社會科學基金（編號：HB16YJ060）;河北農(nóng)業(yè)大學社會科學基金（編號：SK201616）。

作者簡介：楊金澤（1994—），男，河北石家莊人，碩士研究生，主要從事土地資源持續(xù)利用研究。

通信作者：陳亞恒，博士，教授，主要從事土地整理、土地評價、土地規(guī)劃等方面的研究與教學工作。

生態(tài)系統(tǒng)作為地球上一切生命體的支持系統(tǒng)和生存載體，其健康狀況直接決定了人類與自然環(huán)境相處的和諧程度[1]。長期以來，由于現(xiàn)有社會經(jīng)濟系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)資產(chǎn)與其提供的服務價值沒有進行充分的評價，導致生態(tài)系統(tǒng)服務被大眾認為是一種取之不盡、用之不竭的免費公共資源與服務，對生態(tài)系統(tǒng)服務的過度消費現(xiàn)象頻頻發(fā)生[2]。我國是人均生態(tài)資源稀缺的國家，為解決對生態(tài)系統(tǒng)服務的浪費現(xiàn)象[3]，緩解生態(tài)系統(tǒng)服務稀缺，以生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化評估為基礎，進行生態(tài)系統(tǒng)資產(chǎn)化管理、生態(tài)服務使用償還等政策的制定成為保護生態(tài)系統(tǒng)、構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展社會的迫切需求[4]。

近年來，關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化評估的研究不斷取得進展，自1997年Costanza將全球生態(tài)系統(tǒng)服務功能劃分為17種類型并將成果發(fā)表在《Nature》雜志上之后，各國學者在此基礎上分別發(fā)表了不同的成果。謝高地等在Costanza的成果基礎上，根據(jù)國內(nèi)的實際情況，以實物量計算方法為主，結(jié)合遙感數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗分別于2008、2010、2015年修訂并分析了我國二級生態(tài)系統(tǒng)服務基準價值。在這些研究基礎上，曾杰等基于遙感影像、王剛等基于土地利用/覆被變化、杜加強等基于水源涵養(yǎng)功能、孫榮等基于固碳功能都分別從不同方面對生態(tài)系統(tǒng)服務進行價值量化。在這些學者的努力下，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務的理論和評估方法得到了大眾與政府的重視與應用，在世界、國家、區(qū)域、流域等不同尺度與河流、草地、森林等不同類型的土地上陸續(xù)開展了生態(tài)服務價值的評價與測算[5-7]。但關(guān)于縣域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算、土地整治工程生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化測算、土地整治生態(tài)潛力等的研究尚處于初級階段，在研究數(shù)量和研究成果上與其他方面相比存在不小的差距[8]。

本研究以河北省懷來縣土地整治項目為研究對象，基于Costanza與謝高地的研究成果對其進行功能性調(diào)整和邊際性調(diào)整，構(gòu)建適用于縣域的生態(tài)價值測算模型，從生態(tài)系統(tǒng)服務價值的折算方面對土地整治造成的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化進行定量分析[9-11]，以此為基礎得到土地整治生態(tài)可提升潛力，為縣域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算及土地整治生態(tài)價值提升、土地整治生態(tài)潛力測算等相關(guān)工作提供理論依據(jù)以及技術(shù)指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

懷來縣位于河北省西北部，隸屬張家口市，地處冀西北山地，燕山山脈的西南端，115°16′～115°58′E、30°3′～30°35′N，東部及東南部接壤北京市的昌平區(qū)、延慶縣、門頭溝區(qū)，西北部和張家口市的宣化縣、下花園區(qū)毗鄰，北部和張家口市的赤城縣相連，西南與張家口市涿鹿縣交界，為內(nèi)蒙古高原與華北平原的過渡地帶，具有明顯的生態(tài)環(huán)境過渡性。懷來縣域面積為1 782 hm2，19%縣域面積為丘陵地區(qū)，19%縣域面積為山區(qū)面積，2013—2015年耕地整治項目區(qū)為13 750 hm2，新增耕地為3 592 hm2。

懷來縣內(nèi)南部和北部多是山區(qū)，中部盆地，研究區(qū)涉及范圍以丘陵山區(qū)為主，生態(tài)環(huán)境面臨巨大的挑戰(zhàn)。近年來，懷來縣大力開展土地整治，土地整治的實施使區(qū)域耕地質(zhì)量/面積發(fā)生明顯變化。因此，選取懷來縣作為研究區(qū)，分析和測算耕地質(zhì)量/面積變化及帶來的生態(tài)價值的變化，以此推算出土地整治生態(tài)潛力。

進行生態(tài)價值測算的數(shù)據(jù)包括整治前后的平均糧食單價、單位產(chǎn)量等，均可以從《懷來縣統(tǒng)計年鑒》《懷來縣國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計》和《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》得到。

1.2 研究方法

對懷來縣土地整治生態(tài)潛力測算主要分為3個步驟：（1）在參照全國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量的基礎上，根據(jù)懷來縣當?shù)氐膶嶋H情況進行功能性調(diào)整與邊際性調(diào)整，得到懷來縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，并結(jié)合懷來縣耕地面積得到整治前耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值量。（2）通過整治前耕地面積與整治后生態(tài)系統(tǒng)服務基準價值的乘積得到原有耕地整治后生態(tài)系統(tǒng)服務價值量，新增耕地與整治前生態(tài)系統(tǒng)服務基礎價值乘積得到新增耕地面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值量，兩者之和為整治后懷來縣耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量[12-15]。（3）懷來縣耕地整治前后生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量差值為懷來縣耕地整治生態(tài)潛力。

1.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算模型

生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子指各地類所對應的生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能體現(xiàn)出價值相對貢獻大小的潛在的能力，具體是指將1個單位面積內(nèi)（1 hm2）農(nóng)田糧食平均產(chǎn)量的經(jīng)濟價值賦值為1，其他各地類的生態(tài)服務價值當量因子由此進行修正。單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的經(jīng)濟價值由下式進行計算。

E=（1/7）·PQ。（1）

式中：E為1 hm2生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的經(jīng)濟價值，元/hm2;P為懷來縣當年糧食平均價格，元/kg;Q為懷來縣糧食單產(chǎn)，kg/hm2。

根據(jù)式（1），建立研究區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，基于Costanza生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算方法，構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估模型[16]，具體模型如下式：

V=A·C·S·B。（2）

其中：

C=E·d;（3）

S=NPPNPPmean;（4）

B=r·p。（5）

式中：V為生態(tài)系統(tǒng)服務價值;A為懷來縣耕地面積，hm2;C為單位面積耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù);S為生態(tài)系統(tǒng)服務功能調(diào)整系數(shù);B為生態(tài)系統(tǒng)服務邊際性調(diào)整指數(shù);d為單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值調(diào)整后的當量值;NPP為懷來縣耕地凈初級第一生產(chǎn)力;NPPmean為全國范圍內(nèi)耕地凈初級第一生產(chǎn)力的平均值;r為研究區(qū)居民對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的支付能力指數(shù);p為研究區(qū)居民生態(tài)系統(tǒng)服務價值的支付意愿指數(shù)。

1.2.1.1 功能性調(diào)整指數(shù)計算

生物生產(chǎn)力是描述生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)功能的最基礎的指標。采用材積量生物量法對生物量進行計算，采用植物光合作用方程式及NPP計算公式對第一性生產(chǎn)力進行測算得到生物生產(chǎn)力[17]。植物光合作用方程式如下：

CO2+H2O→C6H12O6+O2。（6）

1.2.1.2 邊際性調(diào)整指數(shù)計算

通過對現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估體系構(gòu)建方法尤其是Costanza和謝高地等測算方法的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的形成是構(gòu)建在民眾的支付意愿這一基礎之上的。對于相同的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，因區(qū)域自然條件及地區(qū)之間經(jīng)濟發(fā)展水平、居民的收入狀況、價值認識和消費偏好甚至政策制度的差異，民眾對生態(tài)系統(tǒng)服務的支付能力以及支付意愿也有很大差別[18]。

1.2.2 土地整治生態(tài)潛力測算

整治后的生態(tài)系統(tǒng)服務價值增加值主要來自于耕地質(zhì)量提升和耕地數(shù)量提升等2個方面[19-20]，耕地質(zhì)量提升主要來自于原有耕地在經(jīng)過整治后耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的增加，耕地數(shù)量提升主要來自于對未利用地開發(fā)利用、荒地復墾等方式對耕地數(shù)量進行補充[17]。考慮到新增耕地由于之前大多屬于開發(fā)程度低、土壤條件差的土地，在新開發(fā)的一段時間內(nèi)狀態(tài)并不穩(wěn)定，因此新增耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算采用新增耕地面積與整治前的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值量的乘積來計算[18]。綜上所述整治后的懷來縣土地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值公式如下：

ESVip=EipA+Ei a。（7）

式中：ESVip為懷來縣耕地整治后的生態(tài)系統(tǒng)服務價值總量，Eip為懷來縣整治后的生態(tài)系統(tǒng)服務價值基準價值，元;A為懷來縣原有耕地面積，hm2;Ei為懷來縣整治前的生態(tài)系統(tǒng)服務價值基準價值，元;a為懷來縣的新增耕地面積，hm2。

整治前后生態(tài)系統(tǒng)服務總價值差即為懷來縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值潛力，公式如下：

ESV潛=ESVip-Ei A。（8）

式中：ESV潛為懷來縣的總生態(tài)系統(tǒng)服務價值潛力，元。

2 結(jié)果與分析

2.1 懷來縣土地整治生態(tài)潛力計算

通過查詢與計算，得出懷來縣進行土地整治前2013年單位面積農(nóng)田平均糧食產(chǎn)量經(jīng)濟價值713.32元/hm2，進行土地整治后2015年單位面積農(nóng)田平均糧食產(chǎn)量經(jīng)濟價值 731.18元/hm2。

在參考謝高地等的生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值系數(shù)法[16]的前提下，根據(jù)懷來縣的單位面積農(nóng)田平均糧食產(chǎn)量與全國單位面積農(nóng)田平均糧食產(chǎn)量進行第1次修正，最終得到懷來縣單位面積耕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值當量表（表1）。

通過數(shù)據(jù)整理與計算，得到懷來縣耕地凈初級第一生產(chǎn)力，結(jié)合式（3），計算出生態(tài)系統(tǒng)服務功能的調(diào)整指數(shù)：懷來縣耕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能調(diào)整指數(shù)為1.186，由于受歷年林種統(tǒng)計數(shù)據(jù)限制，對功能調(diào)整指數(shù)2013—2015年保持不變[20]。最終得到功能調(diào)整后懷來縣單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量表，如表2所示。

以小康與富裕階段的過渡點作為支付意愿聚集上升的拐點，選取恩格爾系數(shù)0.3作為支付意愿曲線的拐點，并借用Logisti_curve模型來刻畫，所確定的2013、2015年的支付意愿指數(shù)分別為1.111、1.108。

通過支付能力系數(shù)的調(diào)節(jié)服務價值當量表，能夠有效解釋因支付意愿存在能力不足所造成生態(tài)系統(tǒng)服務價值支付的困境，利用2013—2015年的懷來縣人均GDP與對應的國家人均GDP的比值對支付能力進行模擬，從而確定生態(tài)服務價值支付能力調(diào)整系數(shù)。2013、2015年的支付能力調(diào)整指數(shù)分別為0.683、0.663。根據(jù)式（5）得出，2013年整治前、2015年整治后的邊際性調(diào)整指數(shù)分別為0.759、0.768。

通過計算，確定土地整治前后即2013、2015年懷來縣單位面積的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數(shù)（表3），通過式（2）計算耕地生態(tài)系統(tǒng)服務總價值，可以確定整治前后的耕地生態(tài)服務經(jīng)濟價值（表4）。

通過對懷來縣土地整治規(guī)劃文件及驗收報告等資料、數(shù)據(jù)的收集與匯總，得到懷來縣土地整治總共涉及土地面積為18 320 hm2，包含對原有耕地進行土壤改良、土地平整、水土流失防治工程等土地面積13 728 hm2，以及在適合開發(fā)利用的地塊進行重新開發(fā)作為耕地使用的土地面積 4 592 hm2。原有耕地單位面積生態(tài)潛力值為262.37元/hm2，新增耕地單位面積生態(tài)潛力值為4 336.36元/hm2。經(jīng)計算，懷來縣土地整治生態(tài)潛力值為2 351.44萬元，原有耕地生態(tài)潛力值為360.18萬元，占總生態(tài)潛力值的15.32%，新增耕地生態(tài)潛力值為1 991.25萬元，占總生態(tài)潛力之的84.68%。因本研究默認新增耕地由裸土地開發(fā)而來，在參照謝高地等的研究成果[16]后發(fā)現(xiàn)裸土地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值幾乎不計，故新增耕地在本研究中生態(tài)潛力較高，可能與實際情況有所偏差，如有新的研究成果給予更有說服力的裸土地生態(tài)系統(tǒng)服務價值，在參照本研究方法的基礎上可以予以修改。

2.2 不同整治項目生態(tài)潛力

懷來縣土地整治包含農(nóng)村建設用地整治、農(nóng)用地整治、土地復墾、宜耕后備地開發(fā)、土地綜合整治等5個具體的整治項目。由于懷來縣地處丘陵地區(qū)，與平原地區(qū)交界處，導致當?shù)氐匦纹鸱^大，各地土地條件存在很大的差異性，這5種土地整治項目按照各地不同的土地條件及各地的整治需求，較為零散地分布在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。通過對懷來縣土地整治規(guī)劃Arcgis文件中各土地整治項目整治面積及新增耕地面積的提取，在參考《2016年懷來縣土地整治驗收報告》下，計算出各土地整治項目具體的原有耕地提升面積及新增耕地面積，再根據(jù)式（7）、式（8），計算各土地整治項目原有耕地生態(tài)潛力值與新增耕地生態(tài)潛力值，各項土地整治項目的此兩值之和即為懷來縣土地整治生態(tài)潛力。

由表5可知，土地綜合整治在原有耕地提升面積和新增耕地面積2個方面均占較大比重，因此生態(tài)潛力值在所有土地整治項目中為最高值，經(jīng)計算得出結(jié)果為1 120.45萬元，占懷來縣土地整治生態(tài)潛力值的47.65%;其次是宜耕后備地開發(fā)項目和農(nóng)用地整治項目，分別為647.79萬、446.37萬元，占總生態(tài)潛力值的27.55%、18.98%;因農(nóng)村建設用地整治項目和土地復墾項目中可開發(fā)利用的相關(guān)土地資源緊缺，涉及土地面積較少，因此這兩者只占總生態(tài)潛力的一少部分，分別為1.5%、4.32%。

2.3 懷來縣土地整治生態(tài)潛力與水域分布分析

考慮到灌溉保證率在土地開發(fā)限制因素中權(quán)重較大，尤其是在本研究所選取的山區(qū)地區(qū)，機井等傳統(tǒng)提升灌溉保證率的方式具有實施難度大、施工經(jīng)費高等缺點，因此在山區(qū)地區(qū)土地整治中水域分布對整治區(qū)的選取具有重大意義。

通過對懷來縣土地整治生態(tài)潛力與水域分布進行分析，在Arcgis中將懷來縣土地整治項目與水域分布融合，得到懷來縣耕地整治區(qū)域（圖3）。將水域分布作緩沖處理，緩沖間隔100 m為1個單位，共設置10個間隔，完成后再與懷來縣耕地整治項目作融合得到圖3，相交的部分取最近水源距離，將各整治區(qū)與最近水源距離導入Excel表中，通過數(shù)據(jù)的整理，得到整治區(qū)與水域距離關(guān)系（表6）。由表6可知，在距水域1 km以內(nèi)的34個項目區(qū)中，距離水域100 m以內(nèi)的項目區(qū)最多，共有20個，占34個項目區(qū)的58.82%，占總項目105個的19.05%，原有耕地提升面積3 883 hm2，原有耕地生態(tài)潛力值101.88萬元，新增耕地面積1 390 hm2，新增耕地生態(tài)潛力值602.75萬元，共704.63萬元，占懷來縣耕地整治生態(tài)潛力總值的29.97%。距水域101～1 000 m的項目區(qū)數(shù)量較少，共有13個，占總項目區(qū)數(shù)量的12%，原有耕地提升面積531 hm2，原有耕地生態(tài)潛力值13.93萬元，新增耕地面積 288 hm2，新增耕地生態(tài)潛力值124.89萬元，共138.82萬元，占懷來縣耕地整治生態(tài)潛力總值的5.90%。距水域1 km以上的項目區(qū)共71個，占總項目區(qū)數(shù)量的68%，原有耕地提升面積 9 314 hm2，原有耕地生態(tài)潛力值244.37萬元，新增耕地面積2 914 hm2，新增耕地生態(tài)潛力值1 263.61萬元，共 1 507.99萬元，占懷來縣耕地整治生態(tài)潛力總值的64.13%。

3 結(jié)論與討論

本研究在參考Constanza等的研究成果及在應用了功能性調(diào)整和邊際性調(diào)整的前提下，以2013—2015年懷來縣土地整治調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎數(shù)據(jù)，構(gòu)建適用于縣域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值修正方法，并創(chuàng)建土地整治生態(tài)潛力測算模型，對懷來縣土地整治生態(tài)潛力進行科學計算，從而為縣域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務價值測算和縣域尺度土地整治生態(tài)潛力測算作出貢獻，其結(jié)果可為耕地整治、生態(tài)保護、生態(tài)補償?shù)冗M行指導提供參考。結(jié)果表明，懷來縣具有很高的土地整治生態(tài)潛力，總量達到23 758 930萬元。在15個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，潛力值較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為土木鎮(zhèn)、狼山鄉(xiāng)、孫莊子鄉(xiāng)、小南辛堡鎮(zhèn)，潛力值較低的土地利用區(qū)為西八里鎮(zhèn)、沙城鎮(zhèn)、雞鳴驛鄉(xiāng)、大黃莊鎮(zhèn);除此之外，土地整治生態(tài)潛力還與整治項目不同、整治區(qū)與水域距離等存在關(guān)系。

本研究成果可服務于合理分配基本農(nóng)田保護指標、生態(tài)補償和生態(tài)系統(tǒng)服務價值的測算、土地整治規(guī)劃的制定等政策的制定和實施提供積極的借鑒意義，并能為區(qū)域土地整治尤其是山地丘陵地區(qū)的土地整治生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化提供科學的測算方法。

本研究對土地整治的生態(tài)潛力測算方法進行探索，并針對縣域尺度的特點，在現(xiàn)有研究基礎上作出修正，須要注意的是土地整治生態(tài)潛力具有豐富的內(nèi)涵，采用生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化值表示耕地整治生態(tài)潛力，除本研究提到的生態(tài)系統(tǒng)服務價值之外，還有環(huán)境提升、景觀改善、生態(tài)風險等多方面的內(nèi)容，內(nèi)涵更為豐富、表征更為全面的耕地整治生態(tài)潛力測算將是未來研究的重點。除此之外，本研究中耕地整治之后新增耕地部分在增加耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的同時，轉(zhuǎn)變?yōu)楦氐奶锟病⒒牟莸?、裸地等在轉(zhuǎn)變?yōu)楦刂巴瑯哟嬖谝欢ǖ纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務價值，在本研究中僅僅計算了這類地塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦刂笤黾拥纳鷳B(tài)系統(tǒng)服務價值，卻忽略了它們作為原地類時本身持有的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的損失值，在未來的研究中，關(guān)于土地整治前后整個項目區(qū)多種地類之間的生態(tài)系統(tǒng)服務動態(tài)變化及耕地占補平衡的生態(tài)系統(tǒng)服務價值動態(tài)變化應該成為人們關(guān)注的焦點。

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