廖凌云 傅田琪 吳涌平 蘭思仁

生態(tài)系統(tǒng)服務（ecosystem services, ES）是人類從生態(tài)系統(tǒng)直接或間接獲取的各種效益的統(tǒng)稱[1]。自然保護地的設(shè)立目標已從物種保護拓展至生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務保護[2-3]。中國早先設(shè)立的以自然保護區(qū)為代表的保護地多以對物種的搶救保護為主要目標，缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務的考慮[4-5]。在國家公園體制建設(shè)背景下，《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》指明了中國自然保護地建設(shè)應以生態(tài)系統(tǒng)保護為最優(yōu)先項，以提升生態(tài)系統(tǒng)服務為主要目標之一，對自然保護地優(yōu)化整合提出了新要求。

國外學者對生態(tài)系統(tǒng)服務的研究起步較早，已經(jīng)從以生態(tài)系統(tǒng)服務為單一保護目標進行保護地的規(guī)劃管理研究[6-7]，轉(zhuǎn)向社會價值與生態(tài)系統(tǒng)整合[8-9]的研究。生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法大致可分為“功能價值法”和“當量因子法”2類[10]。功能價值法是基于生態(tài)系統(tǒng)服務功能量的多少和功能量的單位價值得到總價值[11]，可根據(jù)生態(tài)方程對區(qū)域特定服務功能量進行運算，結(jié)果較為科學但運算繁雜，且參數(shù)統(tǒng)一有難度，多適用于小尺度評估[12]。而1997年由Costanza等提出的當量因子法，是將不同類型生態(tài)系統(tǒng)各種服務功能的價值當量與生態(tài)系統(tǒng)的分布面積結(jié)合進行評估的一種估算方法[13]。此種方法的數(shù)據(jù)需求較少，更適用于大尺度。謝高地等通過改進Costanza的方法，提出針對中國生態(tài)現(xiàn)狀的生態(tài)系統(tǒng)服務當量因子表，并將其方法運用于省、市、縣及更小尺度，拓展了該方法在小尺度上的應用[4,12,14-18]。

盡管國內(nèi)外對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的研究方法相對成熟、研究尺度豐富多樣，但研究對象多是以森林生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)等為主的自然保護地[19-21]，研究方法多采用價值系數(shù)和物質(zhì)量評估2種方法，而應用于市域自然保護地體系空間優(yōu)化的研究較為匱乏[20,22]。中國自然保護地優(yōu)化整合是以市域為基本單元展開的?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)服務視角展開對市域自然保護地體系的生態(tài)價值快速評估和保護空缺分析，可以為保護地邊界優(yōu)化提供技術(shù)支持。本研究以福州市為案例，基于當量因子法對市域的生態(tài)系統(tǒng)服務進行價值評估，核算出的生態(tài)系統(tǒng)服務價值（ecosystem services value, ESV）的空間分布特征，并基于聚類分析識別自然保護地體系的生態(tài)系統(tǒng)服務價值保護空缺，最后從分類體系、空間格局和管理體制3方面提出了優(yōu)化建議。本研究可以為市域尺度自然保護地優(yōu)化整合提供生態(tài)系統(tǒng)服務價值快速評估技術(shù)框架和案例參照。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)域

福州市地處中國東南沿海區(qū)域閩江流域下游，是典型的河口盆地地貌，丘陵與山脈環(huán)抱著盆地中央的主城區(qū)。福州市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量始終處于國內(nèi)優(yōu)良水平，區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度總體較高，自然資源豐富。本次研究范圍涵蓋了福州市鼓樓、臺江、倉山、晉安、馬尾、長樂6個區(qū)，閩侯、連江、羅源、閩清、永泰、福清6個縣市①。福州市共有自然保護地37個（圖1），總面積9.901 4萬hm2，占國土面積的8.3%②。

1 福州市自然保護地分布Distribution map of protected areas in Fuzhou City

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)包括福州市2018年土地利用數(shù)據(jù)③、行政區(qū)劃邊界和自然保護地邊界數(shù)據(jù)。福州市土地利用數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃邊界來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心（www.resdc.cn），其中土地利用的數(shù)據(jù)精度為30 m×30 m。福州市土地利用數(shù)據(jù)的分類包括耕地、森林、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6個一級類型和19個二級分類，本研究按照生態(tài)系統(tǒng)類型將土地利用數(shù)據(jù)整合為耕地、森林、濕地、水域和濕地5類生態(tài)系統(tǒng)（圖2），其中建設(shè)用地和未利用地未納入價值評估統(tǒng)計，灘地、灘涂與沼澤3個二級土地利用類型作為濕地生態(tài)系統(tǒng)（表1）。

2 福州市2018年土地利用現(xiàn)狀Status of land use in Fuzhou City in 2018

1.3 研究方法

1.3.1 基于當量因子法的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

本研究以謝高地等構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的當量因子表為基礎(chǔ)，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)研究成果[12,23]和福州市現(xiàn)狀進行參數(shù)修正，開展福州市域尺度生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的綜合評估。研究選取當量因子法進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值快速評估，因為該方法所需數(shù)據(jù)較少，具有更強的可操作性，尤其是在缺乏本底調(diào)查數(shù)據(jù)的自然保護地優(yōu)化整合的改革期。

為了全覆蓋中國主要生態(tài)系統(tǒng)類型，進一步將生態(tài)系統(tǒng)服務一級分類細化為食物生產(chǎn)、水資源供給、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、生物多樣性和美學景觀等11項服務功能。同時，考慮到計算精度，本研究在謝高地等針對中國生態(tài)服務現(xiàn)狀所做出的生態(tài)服務功能研究的基礎(chǔ)上，采用生態(tài)系統(tǒng)二級分類（表1）對土地利用類型進行細化。

表1 中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值當量[12]Tab. 1 Ecological services value equivalent per unit area of Chinese ecosystem[12]

生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值當量因子可用于量化單位面積的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的服務功能在全國區(qū)域內(nèi)的年均價值量，表征了不同生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的潛在生態(tài)服務貢獻能力[12]。每個標準單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值量是指每公頃農(nóng)田的糧食的年均產(chǎn)量的經(jīng)濟價值。然而，農(nóng)田在自然條件下糧食產(chǎn)量受諸多因素的影響，其經(jīng)濟價值難以精確計算。因此，本研究參考相關(guān)研究[12,15,23-25]的處理方法，將單位面積生態(tài)系統(tǒng)當量因子的價值D設(shè)定為該年研究區(qū)域平均糧食單產(chǎn)市場價值的1/7[12,20]，即：

式中：S為年農(nóng)作物經(jīng)濟總價值；A為年農(nóng)作物播種面積。參考2018年《福州統(tǒng)計年鑒》中農(nóng)作物播種面積和經(jīng)濟價值，計算可得2018年福州單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值量約為2 423.3元。

基于生態(tài)服務價值當量因子基準單價，可將當量因子表轉(zhuǎn)化為生態(tài)系統(tǒng)服務價值基準單價表，針對每個柵格對應的土地單元，不同土地利用方式各單項的生態(tài)服務價值估算式為：

式中：ESVk表示該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)總服務價值（元·hm–2·a–1）；Yk表示土地利用類型k所對應的生態(tài)服務價值當量因子（表1）；D表示1個標準單位生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值量；Ak表示對應土地利用類型面積與單位面積（1 hm2）的比值。

1.3.2 基于價值聚類分析的保護地空缺分析評估

目前自然保護地保護空缺研究的特點為：1）多利用物種數(shù)據(jù)[26-27]，而利用生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行空缺識別的較少；2）多利用熱點分析法，且基于研究者的主觀判斷衡量冷熱點。

已有研究表明，自然地理、社會發(fā)展等因素直接影響生態(tài)系統(tǒng)服務價值，使得生態(tài)系統(tǒng)服務價值與各類地理實體一樣存在空間關(guān)聯(lián)性[28]。生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間格局可以基于空間自相關(guān)分析[29-30]、聚類分析[31]等方法探究。本研究首先利用ArcGIS中的“聚類和異常值分析”（Anselin Local Moran I）工具，對福州市不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行高低聚類分析，可以得到以下5種分類結(jié)果（圖3）：1）“不顯著”（not significant）區(qū)域表示該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值與空間關(guān)系不顯著；2）“高值聚類”（high-high cluster）區(qū)域表示該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值與空間關(guān)系顯著，且均為提供高價值生態(tài)系統(tǒng)服務的區(qū)域，從而得到福州市生態(tài)系統(tǒng)服務重要區(qū)域；3）“高值主要由低值圍繞的異常值”（high-low cluster）區(qū)域以及“低值主要由高值圍繞的異常值”（low-high cluster）區(qū)域表示該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值與空間關(guān)系顯著，但區(qū)域內(nèi)不均質(zhì)，導致聚類結(jié)果異常；4）“低值聚類”（low-low cluster）區(qū)域表示該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值與空間關(guān)系顯著，且均為提供低價值生態(tài)系統(tǒng)服務的區(qū)域。

3 聚類示意圖Clustering diagram

然后，從聚類結(jié)果中提取出包括供給、支持、調(diào)節(jié)和文化4類生態(tài)系統(tǒng)服務的高值聚類區(qū)域。把高值聚類區(qū)域與福州現(xiàn)有保護地矢量數(shù)據(jù)進行疊加分析，從而識別出空缺區(qū)域。

2 福州市生態(tài)系統(tǒng)服務的價值核算

福州市2018年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算為542.7億元，以森林生態(tài)系統(tǒng)為主要類型，占比64.05%?？傮w而言，福州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間分布主要呈現(xiàn)四周高、中心低、顯現(xiàn)出西北向東南遞減的總體格局，與福州山水相依的盆地地形相符（圖4）。比較不同類型生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，從大到小依次為：森林>水域>草地>濕地>耕地（表2）。比較不同類型的生態(tài)服務功能，調(diào)節(jié)服務較為突出（占比70.30%），主要體現(xiàn)在水文調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)功能；其次是支持服務，占總服務價值的19.80%，包括土壤保持和保持生物多樣性方面的價值。

表2 福州市不同生態(tài)系統(tǒng)的ESV核算Tab. 2 Ecosystem services value accounting for different ecosystems in Fuzhou City 億元

4 福州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值空間分布Spatial distribution map of ecosystem services value in Fuzhou City

3 福州市生態(tài)系統(tǒng)服務的保護空缺

福州市自然保護地體系保護了供給和調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)服務的高價值區(qū)域，而支持和文化服務方面存在3處保護空缺區(qū)域，主要位于福州市閩清縣和福清市，其中閩清縣保護空缺面積最大，而福清市的保護空缺大型斑塊最多（圖5）。

5 福州市生態(tài)系統(tǒng)服務保護空缺分析及優(yōu)先區(qū)劃定Analysis of ecosystem services conservation gap and demarcation of priority areas in Fuzhou City

3.1 供給服務

2018年福州市供給服務的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為30.37億元，占比5.60%。從聚類結(jié)果可以看出供給服務的高值聚類區(qū)域面積較小，主要分布于福清市、連江縣、長樂區(qū)等沿海地區(qū)。較大的斑塊有4處：1）福清市東南側(cè)；2）長樂國家級海洋公園西側(cè)；3）連江縣官坂鎮(zhèn)、渡口鎮(zhèn)的近海區(qū)域；4）羅源縣與連江縣交接，靠近羅源呂洞省級森林公園（圖6-1）。福州市供給服務高價值區(qū)域都被納入保護地范圍內(nèi)，無保護空缺。

3.2 調(diào)節(jié)服務

2018年福州市調(diào)節(jié)服務的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為381.53億元，占比70.30%。閩清縣西北、福清市西北、永泰縣東南的調(diào)節(jié)服務價值的高值聚類最明顯。調(diào)節(jié)服務保護空缺區(qū)域位于福州南側(cè)：1）福清市與莆田市交界處，包含石竹山省級風景名勝區(qū)與福清靈石山國家森林公園向西南的延展區(qū)域；2）石竹山省級風景名勝區(qū)與十八重溪風景名勝區(qū)之間的區(qū)域（圖6-2）。

3.3 支持服務

2018年福州市支持服務的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為107.45億元，占比19.80%。閩清縣西北、福清市西北、永泰縣東南的支持服務價值的高值聚類最明顯。支持服務保護空缺區(qū)域主要位于福州的南側(cè)和西北側(cè)：1）南側(cè)一處位于福清市與莆田市交界處，包含石竹山省級風景名勝區(qū)與福清靈石山國家森林公園向西南的延展區(qū)域；2）南側(cè)另一處位于石竹山省級風景名勝區(qū)與十八重溪風景名勝區(qū)之間的區(qū)域；3）西北側(cè)空缺位于雄江黃楮林國家級自然保護區(qū)與閩清美菰林省級森林公園西南的延展區(qū)域（圖6-3）。

3.4 文化服務

2018年福州市文化服務的生態(tài)系統(tǒng)服務價值為23.39億元，占比4.31%。福清市西北部的文化服務價值的高值聚類最明顯。文化服務保護空缺最大的區(qū)域位于福州市南側(cè)，與調(diào)節(jié)服務空缺區(qū)域位置一致（圖6-4）。

6 福州市不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務的保護空缺Conservation gaps of different types of ecosystem services in Fuzhou City

4 福州市自然保護地體系優(yōu)化建議

4.1 分類體系優(yōu)化

福州市目前共有5類37處自然保護地（圖1）。根據(jù)《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》，在福州市優(yōu)化整合預案中，福州市自然保護地將整合為自然保護區(qū)與自然公園2類，風景名勝區(qū)不參與優(yōu)化整合。自然保護地格局體系初現(xiàn)雛形[32]，但其類型與管理目標還未清晰界定，應將主導的生態(tài)系統(tǒng)服務納入評估和保護目標中，建議明確自然保護地的分類與生態(tài)系統(tǒng)服務的關(guān)系（表3）[33]，增加提供供給服務的資源保護區(qū)和調(diào)節(jié)服務的生態(tài)功能保護區(qū)2類自然保護地，以實現(xiàn)在對生態(tài)系統(tǒng)整體保護的前提下，加強對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的保護與維持。

表3 以不同生態(tài)系統(tǒng)服務為保護目標的保護地分類建議[33]Tab. 3 Classification of protected areas with different ecosystem services as conservation objectives[33]

4.2 空間格局優(yōu)化

在這一輪自然保護地改革中，解決空間交叉重疊和矛盾沖突是自然保護地邊界調(diào)整的主要任務[34-36]，但缺乏對生態(tài)系統(tǒng)服務保護空缺的分析。建議在自然保護地空間格局優(yōu)化的過程中，通過商品林贖買、地役權(quán)或社區(qū)共管方式逐步將周邊生態(tài)系統(tǒng)服務高價值區(qū)域調(diào)整至保護地范圍內(nèi)。本研究基于保護空缺劃定了保護優(yōu)先區(qū)（圖5），建議雄江黃楮林國家級自然保護區(qū)向西南方向進行面積拓展，將支持服務高值聚類區(qū)域納入邊界范圍內(nèi)。石竹山省級風景名勝區(qū)與福清靈石山國家森林公園向西南側(cè)進行面積的擴展，將高調(diào)節(jié)、高支持、高文化服務的區(qū)域納入邊界范圍內(nèi)。

4.3 管理體制優(yōu)化

自然保護地的分類體系和空間格局的優(yōu)化需要管理體制支撐，一方面需要健全相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)指南，健全生態(tài)系統(tǒng)服務評估的指標體系和監(jiān)測系統(tǒng)；另一方面需要加大對自然保護地管理機構(gòu)的資金投入和能力建設(shè)提升。研究通過量化福州市生態(tài)系統(tǒng)服務的價值，識別保護空缺區(qū)域，期望保護地管理更加重視以保護和提升生態(tài)系統(tǒng)服務為目標，將保護地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估結(jié)果運用到保護地的管理制度優(yōu)化中。加強對生態(tài)系統(tǒng)服務高價值區(qū)域的管理有效性評估[37]，并根據(jù)評估進一步實施更有針對性的保護措施。

5 結(jié)論

本研究通過當量因子法與價值聚類工具對福州市內(nèi)多種生態(tài)系統(tǒng)的服務功能價值進行定量化估算，主要結(jié)論如下。1）2018年福州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估值為542.7億元。不同類型生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務價值依次為：森林>水域>草地>濕地>耕地。不同服務的生態(tài)系統(tǒng)服務價值依次為：調(diào)節(jié)服務>支持服務>供給服務>文化服務。2）福州市生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間分布主要呈現(xiàn)中心低、四周高的總體格局。以生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值保護為目標，福州市自然保護地體系存在3處保護空缺：1處位于閩清縣，2處位于福清市。研究針對供給、調(diào)節(jié)、支持和文化等不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值的保護空缺區(qū)域提出差異性優(yōu)化策略，并從分類體系、空間格局和管理體制3方面針對自然保護地體系優(yōu)化提出建議（圖7），本研究的分析評估方法和優(yōu)化思路可為市域自然保護地體系的快速評估與優(yōu)化提供案例參照。

7 基于ES價值評估的市域自然保護地體系優(yōu)化框架Framework for optimizing the municipal protected area system based on ES value assessment

目前國內(nèi)外對于生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的研究較為成熟，但應用于自然保護地空間優(yōu)化的研究較為匱乏。同尺度現(xiàn)有研究基于影子工程法等核算各類生態(tài)系統(tǒng)服務價值，利用分級色彩判讀出高生態(tài)價值的空缺區(qū)域[10]。相較于色彩判讀，聚類分析同時考慮了生態(tài)系統(tǒng)服務價值的空間自相關(guān)性，基于高值聚類確定生態(tài)系統(tǒng)服務高價值區(qū)域，而不是主觀劃定閾值，因而評估體系更為客觀。但本研究僅計算福州市域的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，且采取當量因子法對2018年福州市不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行快速評估，在研究時間跨度和空間范圍存在一定局限性，還有待進一步深入探究。由于目前福州市也缺乏生物多樣性、景觀等資源本底調(diào)查數(shù)據(jù)，后續(xù)研究有賴于自然保護地監(jiān)測系統(tǒng)的完善。完善的本底調(diào)查數(shù)據(jù)可以為生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

致謝(Acknowledgments)：

感謝福建省林業(yè)局提供福州市自然保護地的矢量數(shù)據(jù)。

注釋(Notes)：

① 研究范圍不包含平潭縣。2013年7月，平潭綜合實驗區(qū)獲得行使設(shè)區(qū)市的管理權(quán)限，改由福建省直管。平潭縣在本輪優(yōu)化整合中不參與福州市的自然保護地優(yōu)化整合。

② 數(shù)據(jù)由福建省林業(yè)局提供。

③ 2019年4月，福建省林業(yè)局組建自然保護地管理處，開始保護地優(yōu)化整合工作?；趯σ?guī)劃基準年2019年的設(shè)定，因此本研究選取2018年土地利用數(shù)據(jù)進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1～7由作者繪制，底圖審圖號：閩S(2021)46號，圖中的福州市自然保護地矢量數(shù)據(jù)均由福建省林業(yè)局提供；表1根據(jù)參考文獻[12]繪制；表2由作者繪制；表3根據(jù)參考文獻[33]繪制。