汪 杰， 李 朗， 李 姣,2， 周翠煙， 牛 潛， 張燦明， 田書榮

(1.湖南師范大學(xué)商學(xué)院， 湖南 長沙 410013； 2.宏觀經(jīng)濟大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用湖南省重點實驗室，湖南師范大學(xué)商學(xué)院， 湖南 長沙 410013； 3.廣州市天則區(qū)域發(fā)展研究中心， 廣東 廣州 510000； 4.中國礦業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院， 江蘇 徐州 221116； 5.亞歐水資源研究和利用中心， 湖南 長沙 410013; 6.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類生存和發(fā)展所必須的、由生態(tài)系統(tǒng)提供的環(huán)境和資源的效用，是人類獲得來源于生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和精神享受的總和[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)功能區(qū)劃、環(huán)境經(jīng)濟核算和生態(tài)補償決策的重要依據(jù)，也是評估區(qū)域資源環(huán)境可持續(xù)的一項綜合性指標(biāo)[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化反映人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響，表征為生態(tài)環(huán)境效益的提升或降低。

國內(nèi)外學(xué)者對森林[3-4]、草地[5-6]、濕地[7-8]、農(nóng)田[9-10]等特定生態(tài)系統(tǒng)，或是受人類經(jīng)濟活動影響顯著和生態(tài)環(huán)境脆弱的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[11-14]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了大量研究，從全球國家尺度到區(qū)域流域，從特定生態(tài)系統(tǒng)到復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，從單項生態(tài)服務(wù)到生態(tài)系統(tǒng)的多種服務(wù)都成為研究者關(guān)注的內(nèi)容[15-19]。研究方法上，對于某項特定生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)而言，用直接評估法如實際市場或條件價值方法比較多[20-21]。間接評估方法以測算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量為基礎(chǔ)，再選擇方法對物質(zhì)量進行貨幣轉(zhuǎn)化。物質(zhì)量評估以InVEST(Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs)模型發(fā)展最為成熟，應(yīng)用最為廣泛[22-23]。

洞庭湖是著名的魚米之鄉(xiāng)，是我國重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟示范區(qū)和大宗農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地。湖南省洞庭湖區(qū)包括岳陽市、益陽市、常德市和長沙市望城區(qū)，是湖南省融入長江經(jīng)濟帶建設(shè)戰(zhàn)略的重要區(qū)域。2014年《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)評審?fù)ㄟ^，目標(biāo)到2020年區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)取得重大進展，區(qū)域的綜合實力提升到新高度[24]?！兑?guī)劃》把洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)建設(shè)提到戰(zhàn)略高度，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)成為湖南省又一塊國家級戰(zhàn)略板塊。量化評估洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，有利于促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，獲得生態(tài)和經(jīng)濟雙重利益；也可以為政府發(fā)展規(guī)劃設(shè)計、項目實施安排以及資源的分配使用提供一定參考，增強公眾保護生態(tài)系統(tǒng)的意識，促進生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展。

本研究選取洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)為研究對象，通過InVEST模型評估洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳存儲三類服務(wù)的價值。在評估方法的選取上，采用間接評估法從物質(zhì)量和價值量的分析角度對研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行評估，并給出相關(guān)政策建議。

1 研究區(qū)概況

2014年，國務(wù)院批復(fù)《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》，涉及區(qū)域包括湖南省岳陽市、益陽市、常德市、長沙市望城區(qū)和湖北荊州市，一共33個縣區(qū)，總面積6.05萬km2。本研究選定洞庭湖區(qū)湖南省部分為研究對象(110°27′—114°13′ E，27°58′—30°08′ N)，研究區(qū)域總面積4.66萬km2，2015年總戶數(shù)498.45萬，人口1645.95萬；2017年總戶數(shù)516.49萬，人口1660.34萬(圖1)。2017年，湖南省洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)實現(xiàn)生產(chǎn)總值8444.5億元，占湖南省總GDP的1/4，第一產(chǎn)業(yè)增加值916.7億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值3617億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值3910.8億元。洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)擁有良好的社會發(fā)展基礎(chǔ)條件，交通便利，人文資源豐厚。近年來，隨著洞庭湖區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展和人口迅速增加，洞庭湖生態(tài)環(huán)境遭到一定的破壞，氮、磷持續(xù)超標(biāo)，水質(zhì)變差、泥沙淤積等問題不斷，如何實現(xiàn)該區(qū)域經(jīng)濟、生態(tài)和社會的可持續(xù)發(fā)展，已引起政府及公眾的廣泛關(guān)注。

圖1 湖南省洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)域圖Fig.1 The map of the Dongting Lake Eco-economic Zone in Hunan Province

2 數(shù)據(jù)來源與評估方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所需數(shù)據(jù)主要包括DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和水資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)。相關(guān)空間數(shù)據(jù)均采用Albers Conical Equal Area投影坐標(biāo)系，GCS_WGS_1984地理坐標(biāo)系，基準(zhǔn)面為D_WGS_1984。

DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)下載自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)，空間分辨率30 m，經(jīng)過拼接、裁剪、投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理。

2005年、2010年和2015年的土地利用數(shù)據(jù)來源于湖南省自然資源廳，采用《全國遙感監(jiān)測土地利用/覆蓋分類體系》(LUCC)，精確到二級分類，三期土地利用數(shù)據(jù)空間分辨率均為1∶10萬。

土壤數(shù)據(jù)來源于旱區(qū)寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://westdc.westgis.ac.cn/)和國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺，包括土層深度、土壤沙粒含量、土壤粉粒含量、土壤粘粒含量、土壤有機碳含量、土壤有機質(zhì)含量和土壤容重等。

氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)國家氣象信息(http://data.cma.cn)，包括2004—2016年的年降水量、逐日降水量與年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量。原始數(shù)據(jù)為日降水量與日蒸發(fā)皿蒸發(fā)量，累加為年降水量與年蒸發(fā)皿蒸發(fā)量。洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)內(nèi)及周邊共15個有效氣象站點，利用ArcGIS中的反距離權(quán)重方法對站點降水和蒸散發(fā)數(shù)據(jù)進行空間插值。

水資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于湖南省水資源公報，包括地表水資源量等。

2.2 評估方法

本研究用InVEST模型評估水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳儲存三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量，根據(jù)不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的特點，采用不同的方法將服務(wù)量貨幣化(表1)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價指標(biāo)與方法Tab.1 Evaluation indexes and methods of ecosystem service value生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水源涵養(yǎng)土壤保持固土保肥減少泥沙淤積碳儲量服務(wù)量評估方法水量提供:水庫水電生產(chǎn)模型泥沙輸移比模型碳儲存模型價值量評估方法市場價格法機會成本法影子價格法替代工程法市場價格法

2.2.1 水源涵養(yǎng) 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要功能之一是保障人類的生產(chǎn)生活用水，涵養(yǎng)地表水、地下水和土壤水等生態(tài)用水，維持生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)過程。InVEST模型中的產(chǎn)水量評估模塊基于布德科水熱耦合平衡假設(shè)[25]和年降水量數(shù)據(jù)，用每柵格單元的降水量減去實際蒸散量即為產(chǎn)水量。模型還需考慮用地形指數(shù)、土壤飽和導(dǎo)水率和流速系數(shù)對產(chǎn)水量進行修正[29]。計算公式如下：

(1)

式中：Retention為水源涵養(yǎng)量(m3)；Velocity為流速系數(shù)，無量綱；TI為地形指數(shù)，無量綱；Ksat為土壤飽和導(dǎo)水率(mm·d-1)，采用Cosby模型所提出的經(jīng)驗公式計算；WY為產(chǎn)水量(m3)。

水源涵養(yǎng)價值體現(xiàn)在水源供給服務(wù)價值，一般采用直接市場法中的市場價格法或替代市場法中的影子工程法來評估。本研究運用市場價格法計算水源涵養(yǎng)價值來反映公眾的偏好和支付意愿，考慮到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類福祉息息相關(guān)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最終是需要反映到對人類生活的增益，故選定居民生活用水價格衡量洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)價值。根據(jù)湖南省人民政府發(fā)布的《關(guān)于調(diào)整水資源費征收標(biāo)準(zhǔn)的通知》(湘價字[2013]31號)，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)三市一區(qū)的居民生活用水平均價格為3.01元·m-3。水源涵養(yǎng)價值計算公式如下：

V水=Q×P水

(2)

2.2.2 土壤保持 土壤保持是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)一項重要的功能，為土壤發(fā)育、水源涵養(yǎng)、植被固著和作物生長奠定了重要基礎(chǔ)。InVEST模型中的土壤保持模塊是在土壤流失方程(RUSLE)的基礎(chǔ)上改進而來，在InVEST模型中，土壤保持量包括兩個部分：一是土壤侵蝕減少量，是潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量之差；二是泥沙持留量，表示該地塊對其上坡來沙的持留。計算公式如下：

SEDRET=R×K×LS×(1-C×P)+SEDR

(3)

式中：SEDRET為柵格單元的土壤保持量(t)；SEDR為泥沙持留量；R為降雨侵蝕力因子(MJ·mm(ha·hr)-1)；K為土壤可蝕性因子(t·ha·hr(MJ·ha·mm)-1)；LS為坡度坡長因子；C為植被覆蓋與作物管理因子；P為水土保持措施因子。

土壤保持價值為固土價值、保肥價值和減少泥沙淤積價值之和。固土價值評估采用的機會成本法，當(dāng)土壤保持發(fā)生損失時，意味著植物的生長失去了基本的載體，即放棄了林業(yè)帶來的收益，本研究采用犧牲的林業(yè)經(jīng)濟發(fā)展價值來替代固土價值。計算公式和相關(guān)參數(shù)如下(表2)：

(4)

表2 固土價值評估參數(shù)說明Tab.2 Description of evaluation parameters of soil consolidation value數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)情況數(shù)額單位數(shù)據(jù)來源土壤保持量Q//InVEST模型的土壤保持量計算結(jié)果土壤容重ρb/g·cm-3旱區(qū)寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(http://westdc.westgis.ac.cn/)中國土壤平均厚度h/cm旱區(qū)寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(http://westdc.westgis.ac.cn/)林業(yè)年均收益P1706.61元·(hm2·a)-1參考文獻:候元兆等[26];乘以1995年為基期的2018年工業(yè)生產(chǎn)者購進價格指數(shù)1.659。

保肥價值評估采用市場價格法，基于土壤保持量，計算出來氮、磷、鉀的物質(zhì)量，按照市場磷酸二銨和氯化鉀的價格即可計算得出保肥價值，計算公式和相關(guān)參數(shù)如下(表3)：

V保肥=Q×αN×βN×P21+Q×αP×βP×P21+Q×αK×βK×P22

(5)

減少泥沙淤積價值評估采用影子工程法測算相關(guān)成本，計算公式和相關(guān)參數(shù)如下(表4)：

V減泥=Q÷?×a

(6)

2.2.3 碳儲存 碳儲存是陸地生態(tài)系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)服務(wù)的重要方面，在全球碳平衡和全球氣候調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。自然環(huán)境中的碳儲存大部分取決于四種基本碳庫：地上生物量、地下生物量、土壤和死亡的有機質(zhì)。在InVEST模型中，使用土地利用/覆被類型數(shù)據(jù)以及各個碳庫中的碳儲存量，對生態(tài)系統(tǒng)中的碳儲存總量進行計算，公式如下：

C=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

(7)

式中：C為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲存總量；Cabove為地上部分碳儲量；Cbelow為地下部分碳儲量；Csoil為土壤碳儲量；Cdead為死亡有機質(zhì)碳儲量，單位均為kg·m-2。

本研究從市場角度來評估碳儲存價值，市場價格法采用碳排放權(quán)交易市場價格計算碳儲存價值，碳價格形成由碳市場供求關(guān)系決定，其供給與需求受到多種因素影響，如國際匯率、國內(nèi)外經(jīng)濟環(huán)境、能源價格、重大事件和區(qū)域政策等?？紤]到我國碳交易市場的交易規(guī)模，選取北京市碳交易市場碳價格57.69元·t-1來衡量碳儲量價值。計算公式如下：

表3 保肥價值評估參數(shù)說明Tab.3 Description of evaluation parameters of fertilizer conservation value數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)情況數(shù)額單位數(shù)據(jù)來源說明土壤保持量Q//InVEST模型土壤保持量計算值土壤中的N養(yǎng)分含量αN0.09%/土壤中的P養(yǎng)分含量αP0.04%/參考文獻:劉少博[27]土壤中的K養(yǎng)分含量αK0.98%/磷酸二銨含氮率βN14%化肥產(chǎn)品說明磷酸二銨含磷率βP15.01%化肥產(chǎn)品說明氯化鉀含鉀率βK50%化肥產(chǎn)品說明磷酸二銨化肥價格P212 641.4元·t-1采用農(nóng)業(yè)部《中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)》(http://www.agri.gov.cn)2007年春季平均價;乘以2007年為基期的2018年工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù)1.1006。氯化鉀化肥價格P222 421.3元·t-1

表4 泥沙淤積價值評估參數(shù)說明Tab.4 Description of evaluation parameters of sedimentation reduction value數(shù)據(jù)需求數(shù)據(jù)情況數(shù)額單位數(shù)據(jù)情況土壤保持量Q//InVEST模型的土壤保持量計算結(jié)果清除泥沙成本a7.89元·m-1參考文獻:韓德梁[28],乘以2010年為基期的2018年工業(yè)生產(chǎn)者購進價格指數(shù)1.214 1。土壤容重 ?/t·m-3旱區(qū)寒區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(http://westdc.westgis.ac.cn/)

V碳=Q碳×44/12×P碳

(8)

3 結(jié)果與分析

3.1 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量評估

3.1.1 水源涵養(yǎng)量 利用地形指數(shù)、流速系數(shù)和土壤飽和導(dǎo)水率對產(chǎn)水量進行修正，得到經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)量(表5)。2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)量分別為27.5070×108m3、24.7728×108m3、37.6172×108m3，呈現(xiàn)一個先小幅下降后大幅上升的趨勢。分縣級行政區(qū)來看，桃源縣、石門縣、平江縣、安化縣等縣區(qū)的水源涵養(yǎng)量較高，在2×108～6×108m3之間，其余縣區(qū)水源涵養(yǎng)量較低，一般不超過1×108m3。

表5 各縣區(qū)2005、2010、2015年水源涵養(yǎng)量Tab.5 Water conservation of each county in the area in 2005,2010 and 2015地區(qū)水源涵養(yǎng)量2005年/(×108m3)2010年/(×108m3)2015年/(×108m3)變化量/(×108m3)變化率/%地區(qū)水源涵養(yǎng)量2005年/(×108m3)2010年/(×108m3)2015年/(×108m3)變化量/(×108m3)變化率/%桃源縣4.256 73.684 95.420 71.16427.345 1石門縣2.377 62.392 83.537 31.159 748.776 1安鄉(xiāng)縣0.164 60.160 50.273 40.108 866.099 6津市市0.186 10.177 10.272 10.08646.211 7澧縣0.638 40.635 60.957 60.319 250.000 0君山區(qū)0.110 40.126 30.181 50.071 164.402 2華容縣0.292 50.314 00.523 90.231 479.111 1臨澧縣0.558 40.546 20.845 20.286 851.361 0南縣0.200 50.217 60.379 10.178 689.077 3臨湘市0.640 00.632 80.930 90.290 945.453 1岳陽縣1.365 21.328 31.972 90.607 744.513 6云溪區(qū)0.100 80.104 50.145 70.044 944.543 7岳陽樓區(qū)0.112 30.115 40.153 70.041 436.865 5汨羅市0.803 80.673 21.170 80.36745.658 1平江縣3.707 33.629 45.320 41.613 143.511 5桃江縣1.453 61.237 81.935 80.482 233.172 8漢壽縣0.519 40.460 90.651 90.132 525.510 2沅江市0.309 30.309 40.440 60.131 342.450 7赫山區(qū)0.520 60.436 60.684 50.163 931.482 9望城區(qū)0.475 50.366 50.576 80.101 321.303 9資陽區(qū)0.114 70.105 50.147 70.033 028.770 7湘陰縣0.266 40.192 20.384 10.117 744.181 7安化縣7.147 15.901 19.261 92.114 829.589 6武陵區(qū)0.123 20.106 60.132 70.009 57.711 0鼎城區(qū)1.062 60.917 61.316 10.253 523.856 6合計27.507 024.772 837.617 210.110 236.755 0

3.1.2 土壤保持量 土壤保持量即為潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量之差，InVEST模型運行成功后會在目標(biāo)文件夾自動生成相關(guān)數(shù)值，整理為土壤保持量(表6)。2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的土壤保持量分別為18.5953×108t、17.6895×108t、23.6748×108t，呈現(xiàn)略微下降后大幅上升的趨勢。以縣級行政區(qū)統(tǒng)計洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的土壤保持量，可以發(fā)現(xiàn)桃源縣、石門縣、平江縣、安化縣等縣區(qū)的土壤保持量較高，其余縣區(qū)的土壤保持量較低。

表6 各縣區(qū)2005、2010、2015年土壤保持量Tab.6 Soil conservation of each county in the area in 2005, 2010 and 2015地區(qū)土壤保持量2005年/(×108 t)2010年/(×108 t)2015年/(×108 t)變化量/(×108 t)變化率/%桃源縣2.091 01.885 32.650 90.559 926.774 8石門縣4.875 34.889 15.644 90.769 515.784 0安鄉(xiāng)縣0.027 60.032 40.036 50.008 932.312 6津市市0.040 30.040 70.047 90.007 618.862 7澧縣0.318 20.309 70.363 80.045 614.343 2君山區(qū)0.019 40.022 70.025 80.006 433.001 3華容縣0.057 10.068 10.077 20.020 135.124 6臨澧縣0.146 90.139 90.164 80.017 912.171 0南縣0.025 00.030 70.034 30.009 337.221 8臨湘市0.489 10.535 50.646 80.157 832.253 8岳陽縣0.378 80.399 00.503 40.124 632.889 9云溪區(qū)0.050 50.058 20.067 00.016 532.649 0岳陽樓區(qū)0.032 60.038 50.043 40.010 833.163 5汨羅市0.220 00.198 80.292 80.072 833.095 1平江縣2.239 52.279 42.991 50.752 133.581 9桃江縣0.870 70.829 81.109 30.238 527.396 2漢壽縣0.141 20.137 40.170 90.029 620.991 6沅江市0.059 90.062 20.077 60.017 729.489 6赫山區(qū)0.139 00.133 90.177 20.038 227.491 7望城區(qū)0.102 90.090 90.128 30.025 424.699 0資陽區(qū)0.026 20.026 30.033 30.007 026.886 5湘陰縣0.044 10.035 30.059 60.015 535.206 4安化縣5.922 85.193 88.009 92.087 235.240 2武陵區(qū)0.025 60.022 30.026 10.000 52.037 3鼎城區(qū)0.251 60.229 70.291 70.040 115.923 4合計18.595 317.689 523.674 85.079 527.316 2

3.1.3 碳儲存量 InVEST模型計算的碳儲存量見表7。2005年、2010年和2015年碳儲存量逐期遞減，分別為11.6734×108t、11.5923×108t、11.5236×108t，共減少1.28%。以縣級行政區(qū)統(tǒng)計洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的碳儲存量，除君山區(qū)、華容縣、南縣、沅江市的碳儲存量略有增加外，其余縣區(qū)的碳儲存量均有所減少，其中安鄉(xiāng)縣、岳陽樓區(qū)、望城區(qū)、武陵區(qū)減少幅度均超過6%。

表7 研究區(qū)各縣區(qū)2005、2010、2015年碳儲存量Tab.7 Carbon storage of each county in the area in 2005,2010 and 2015地區(qū)碳儲存量2005年/(×108 t)2010年/(×108 t)2015年/(×108 t)變化量/(×108 t)變化率/%桃源縣1.338 51.334 01.330 3-0.008 2-0.612 6石門縣1.296 11.294 01.292 0-0.004 1-0.316 3安鄉(xiāng)縣0.125 50.118 40.117 8-0.007 7-6.135 5津市市0.106 40.102 80.101 9-0.004 5-4.229 3澧縣0.391 60.386 60.384 8-0.006 8-1.736 5君山區(qū)0.060 50.067 80.067 80.007 312.066 1華容縣0.224 30.226 30.225 00.000 70.312 1臨澧縣0.319 50.316 80.313 5-0.006 0-1.877 9南縣0.159 20.161 50.161 10.001 91.193 5臨湘市0.462 30.456 80.454 5-0.007 8-1.687 2岳陽縣0.492 00.488 20.487 9-0.004 1-0.833 3云溪區(qū)0.097 90.096 30.093 9-0.004 0-4.085 8岳陽樓區(qū)0.089 30.084 10.081 7-0.007 6-8.510 6汨羅市0.418 70.410 00.407 9-0.010 8-2.579 4平江縣1.557 21.544 11.541 4-0.015 8-1.014 6桃江縣0.758 90.753 00.747 5-0.011 4-1.502 2漢壽縣0.365 70.360 90.354 6-0.011 1-3.035 3沅江市0.173 80.178 80.178 00.004 22.416 6赫山區(qū)0.324 10.317 40.309 4-0.014 7-4.535 6望城區(qū)0.233 70.225 70.218 4-0.015 3-6.546 9資陽區(qū)0.092 80.093 10.092 6-0.000 2-0.215 5湘陰縣0.165 80.165 20.162 7-0.003 1-1.869 7安化縣1.775 31.769 61.767 5-0.007 8-0.439 4武陵區(qū)0.062 50.061 80.058 5-0.004 0-6.400 0鼎城區(qū)0.582 00.579 10.573 1-0.008 9-1.529 2合計11.673 411.592 311.523 6-0.149 8-1.283 3

3.1.4 三種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量的權(quán)衡/協(xié)同關(guān)系 運用GIS空間分析方法與數(shù)理統(tǒng)計方法相結(jié)合的方式，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系進行定量分析。這種方法的優(yōu)點是有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡與協(xié)同的空間機理分析，且所需數(shù)據(jù)量較少、簡便直觀，又不會忽略研究區(qū)內(nèi)部的空間異質(zhì)性。運用ArcGIS Spatial Analyst Tools(空間分析工具)模塊中Multivariate(多元分析)下面的Band Collection Statistics(波段集統(tǒng)計)工具，將2005年、2010年和2015年的水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳儲存分別添加至工具內(nèi)運算，可獲得三項服務(wù)的相關(guān)系數(shù)矩陣，并把在ArcGIS空間分析工具中得到的三項服務(wù)的相關(guān)系數(shù)矩陣代入SPSS中進行顯著性檢驗(表8)。

表8 各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相關(guān)系數(shù)Tab.8 Correlation coefficient between the different ecosystem services生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)2005年2010年2015年水源涵養(yǎng)-土壤保持0.102 9**0.096 37**0.111 1**水源涵養(yǎng)-碳儲存0.438 5**0.429 6**0.499 8**土壤保持-碳儲存0.100 0**0.100 1**0.101 9**

由表8可知，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)內(nèi)的水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳儲存服務(wù)之間的相關(guān)系數(shù)均大于0，呈正相關(guān)關(guān)系，即水源涵養(yǎng)、土壤保持、碳儲存均呈相互增益的協(xié)同關(guān)系，一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增益也同時會促進其他兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增益。

3.2 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評估

3.2.1 水源涵養(yǎng)價值 根據(jù)公式(2)可得到洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)水源涵養(yǎng)的價值(表9)。整體來看，2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)水源涵養(yǎng)的價值分別為303.59億元、273.41億元、415.17億元。其中三市的水源涵養(yǎng)價值大小關(guān)系為：常德市>益陽市>岳陽市。雖然2010年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)價值相較于2005年有所降低，但2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)價值相較于2005年大幅度增加，三市的水源涵養(yǎng)價值均呈現(xiàn)先小幅下降后大幅提高的變化特征。

表9 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)水源涵養(yǎng)價值Tab.9 Water conservation value of the Dongting Lake Eco-e-conomic Zone億元年份水源涵養(yǎng)價值常德市岳陽市益陽市望城區(qū)合計2005109.1281.66107.565.25303.592010100.2478.5490.594.04273.412015147.97119.02141.826.37415.17

3.2.2 土壤保持價值 土壤保持價值由固土、保肥、減少泥沙淤積三者價值之和組成，由公式(4)、公式(5)和公式(6)可算出洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)土壤保持價值及其構(gòu)成部分價值。2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)土壤保持的價值分別為166.02億元、163.35億元、226.82億元。呈現(xiàn)出略微下降后大幅上漲的特征(表10)。

表10 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)土壤保持價值Tab.10 Soil conservation value of the Dongting Lake Eco-e-conomic Zone億元年份土壤保持價值常德市岳陽市益陽市望城區(qū)合計200573.7633.5733.571.33166.02201073.5635.5753.071.16163.35201593.9048.2682.981.67226.82

從土壤保持價值構(gòu)成的時間變化特征來看(表11)，固土價值一直以來都是最低，減少泥沙淤積價值最高，后者是前者的數(shù)十倍，且均呈上升趨勢，而保肥價值居中，且其變化與整個湖區(qū)的土壤保持價值變化趨于一致。

表11 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)土壤保持價值構(gòu)成Tab.11 Composition of soil conservation value in the Dongting Lake Eco-economic Zone億元年份土壤保持價值構(gòu)成固土價值減少泥沙淤積價值保肥價值2005年9.39112.0944.542010年14.01106.8142.542015年29.25142.6854.89

3.2.3 碳儲存價值 通過公式(8)計算，可獲得洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)及各地區(qū)的碳儲存價值的結(jié)果(表12)。2005年、2010年、2015年碳儲存價值分別為：2469.32億元、2 452.12 億元、2437.63億元，呈逐期略微下降的趨勢。其中三市的碳儲存價值大小關(guān)系為：常德市>岳陽市>益陽市。2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的碳儲存價值相較于2005年有所下降，常德市占洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)碳儲存價值比重較大。

表12 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)碳儲量價值Tab.12 Carbon storage value of the Dongting Lake Eco-eco-nomic Zone億元年份碳儲量價值常德市岳陽市益陽市望城區(qū)合計2005970.46754.74694.6949.432 469.322010963.39748.56692.4247.742 452.122015957.49745.18688.7646.202 437.63

3.2.4 價值匯總 將上述方法計算出來的洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的碳儲存、水源涵養(yǎng)、土壤保持價值相加,得出生態(tài)服務(wù)價值(表13)。2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為2938.93億元、2888.88億元、3079.62億元，呈現(xiàn)先小幅下降后回歸波動前的價值的特征，各地區(qū)與整體趨勢基本保持一致。2005—2010年，洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值下降，主要受到氣候變化和人類活動影響，區(qū)域內(nèi)洞庭湖濕地面積下降，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值減少了50.04億元。2010—2015年，湖區(qū)加大了濕地保護力度，基本形成“一湖四水”為主體的濕地生態(tài)保護格局，濕地面積增長帶動整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的回升。

表13 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值Tab.13 Ecosystem service value of the Dongting Lake Eco-e-conomic Zone億元年份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值常德市岳陽市益陽市望城區(qū)合計20051 153.34869.96859.6256.012 938.9320101 137.19862.67836.0852.952 888.8820151 199.36912.46913.5654.243 079.62

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究綜合利用相關(guān)數(shù)據(jù)，以ArcGIS軟件和InVEST軟件為工具，評估了洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)2005年、2010年和2015年的水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳儲存三種主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值。

(1) 2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的水源涵養(yǎng)量為27.5070×108m3、24.7728×108m3、37.6172×108m3，呈現(xiàn)一個先小幅下降后大幅上升的趨勢；以居民生活用水價格計算出來的洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)2005年、2010年、2015年水源涵養(yǎng)價值分別為：303.59億元、273.41億元、415.17億元，研究期間內(nèi)總體水源涵養(yǎng)價值上升了36.75%。

(2)2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的土壤保持量為18.5953×108t、17.6895×108t、23.6748×108t，呈現(xiàn)先略微下降后大幅上升的趨勢；洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)2005年、2010年、2015年土壤保持的價值分別為：166.02億元、163.35億元、226.82億元，研究期間內(nèi)總體水源涵養(yǎng)價值上升了36.62%；從土壤保持價值構(gòu)成來看，固土價值一直以來都是最低，減少泥沙淤積價值最高，保肥價值居中。

(3)2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的碳儲存量分別為11.6734×108t、11.5923×108t、11.5236×108t，呈逐期遞減趨勢；以選取價格的均值計算，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)2005年、2010年、2015年碳儲存價值分別為2469.32億元、2452.12 億元、2437.63億元。將計算出的價值相加，得到2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分別為2938.93億元、2888.88億元、3079.62億元。

(4)結(jié)合ArcGIS空間分析方法與SPSS數(shù)理方法對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系進行定量分析，結(jié)果表明洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)內(nèi)的水源涵養(yǎng)、土壤保持和碳儲存等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)呈正相關(guān)關(guān)系，一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增益也同時會促進其他兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增益。

4.2 討論

(1)本研究評估方向為調(diào)節(jié)服務(wù)中的水源涵養(yǎng)服務(wù)、碳儲存服務(wù)，支持服務(wù)中的土壤保持服務(wù)，但需要強調(diào)的是，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包含多種類型，且與人類生活息息相關(guān)。由于工作量和數(shù)據(jù)限制，本研究僅用InVEST模型對水源涵養(yǎng)量、土壤保持量和碳儲量進行模擬，并結(jié)合選定價格計算其價值量，其結(jié)果是遠遠小于整個區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。

(2)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估相當(dāng)復(fù)雜，基于不同評估原理選取不同的評估方法，評估出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值包含內(nèi)容不同，差異也會較大，橫向的可比性差。如鄧楚雄等[29]基于當(dāng)量因子法計算出的洞庭湖區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為2434.80億元，張麗云等[30]綜合運用市場價值法、替代工程法和旅行費用法評估2010年洞庭湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值為2154.22億元，盡管數(shù)值上存在一定差距，但結(jié)果都表明洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)蘊含巨大價值。

(3)考慮到數(shù)據(jù)的科學(xué)性和嚴(yán)謹性，以及技術(shù)因素，本研究用湖南省自然資源廳提供的2005年、2010年、2015年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)測定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化，研究時間大概在《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》頒布的緩沖期，為后面研究打下基礎(chǔ)。而2020年的數(shù)據(jù)需要2021年才能獲得，若本研究獲得2020年數(shù)據(jù)，則可以更好的對比出《洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》出臺前后該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化，進而延伸出政策評價的思路，進一步地可以從政策評價角度進行更深層次的分析。