楊 鑫，朱家明

(安徽財經(jīng)大學)

0 引言

生態(tài)系統(tǒng)服務(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[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)服務的影響具有長期性、綜合性和復雜性，因此，需要對土地利用造成的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化進行科學研究，并把生態(tài)系統(tǒng)服務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)修復項目，于2017年獲住房和城鄉(xiāng)建設部頒發(fā)的中國人居環(huán)境獎.該研究選用生態(tài)修復項目為研究目標，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)服務的方法，運用當量因子法對生態(tài)系統(tǒng)服務進行評估，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)服務價值評估取決于人們對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的認知，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)服務當量所對應的價值.為避免由不同時間價格指數(shù)變動從而導致價格水平不統(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)服務當量所對應的價值；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)作物所對應的產(chǎn)量；Pi第i種農(nóng)作物所對應價格；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)服務價值進行修正，因為在城市建設中受環(huán)境因素等導致計算差異較小，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)服務功能價值，將所求值代入各年及其所對應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)服務價值.

可以求得龍子湖東公園2010～2019年生態(tài)系統(tǒng)服務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)服務價值及總值變化

其中,2010～2012年，林地生態(tài)服務價值變化最多，增加約245357.74元；在2012～2015年林地生態(tài)服務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)服務價值增長約4.84%，使龍子湖東公園林地生態(tài)服務總價值達到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)服務價值與其類似，2010～2012年，未利用地生態(tài)服務價值以近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)服務的加入，使生態(tài)服務價值直接增加599953.06元；而2015～2017年，草地生態(tài)服務價值下降約89.26%；但2017～2019年，草地生態(tài)服務價值又上漲約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)服務總價值變化

就單項生態(tài)服務而言，2010～2019年所有生態(tài)系統(tǒng)服務功能均呈增加趨勢，見表9，其中生態(tài)系統(tǒng)服務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)服務價值結(jié)構(gòu)變化

將生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，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)服務功能價值占比最大.各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，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)服務價值結(jié)構(gòu)三維曲面圖

從生態(tài)系統(tǒng)服務價值結(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)服務中的重要組成部分.2010～2015年，該生態(tài)系統(tǒng)服務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)服務總值，呈上升趨勢；各項生態(tài)系統(tǒng)服務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)服務價值的增長.土地利用分類中，以林地生態(tài)系統(tǒng)服務價值增長735666.81元為最多；單項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值以氣侯調(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的生態(tài)系統(tǒng)服務以及提供的服務可能有差別，所有在生態(tài)系統(tǒng)服務評估過程中，應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注重多種方法的綜合與對比，使結(jié)果更加全面準確.