龔 溪， 曹銘昌， 孫孝平， 樂(lè)志芳， 李 雙， 徐海根②

(1.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院， 江蘇 南京 210044； 2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042； 3.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037)

武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

龔 溪1,2， 曹銘昌2①， 孫孝平3， 樂(lè)志芳2， 李 雙3， 徐海根2②

(1.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院， 江蘇 南京 210044； 2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所， 江蘇 南京 210042； 3.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 江蘇 南京 210037)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。選擇福建省武夷山市作為研究區(qū)域，定量評(píng)估全市的產(chǎn)品供給、水源供給、水質(zhì)凈化、氣候調(diào)節(jié)、土壤保持、固碳釋氧、旅游娛樂(lè)和生物多樣性保護(hù)共8類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。結(jié)果表明，2015年武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為550.64億元。其中，旅游娛樂(lè)提供的價(jià)值所占比例最高，為28.84%；其次是土壤保持服務(wù)，占總價(jià)值的22.15%。通過(guò)對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合分區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的空間差異明顯，南部的武夷山國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、興田鎮(zhèn)和武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)一帶為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)極重要區(qū)和很重要區(qū)，東北部的嵐谷鄉(xiāng)—吳屯鄉(xiāng)一帶以及東南部的五夫鎮(zhèn)附近為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要區(qū)和一般重要區(qū)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值評(píng)估結(jié)果可以為武夷山市生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)關(guān)鍵區(qū)的科學(xué)管理提供理論依據(jù)，有助于將當(dāng)?shù)貒?guó)家級(jí)生態(tài)市建設(shè)融入經(jīng)濟(jì)發(fā)展之中。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)； 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值； InVEST模型； 武夷山市

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成的及所維持的人類賴以生存的自然條件與效用。它不僅為人類提供了食物、水源和其他生產(chǎn)生活原料,更重要的是維持和調(diào)節(jié)了人類賴以生存的生命支持系統(tǒng)[1]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值現(xiàn)已成為生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究重點(diǎn)[2]。1977年,WESTMAN[3]首次從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度探討了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究開(kāi)始萌芽。1999年,COSTANZA等[4]首次對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算。受文獻(xiàn)[4]的啟發(fā),國(guó)內(nèi)也逐漸興起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有關(guān)理論的研究[5]。歐陽(yáng)志云等[1]首先采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的概念,初步評(píng)估了中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)的6種服務(wù)功能及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2003年以后,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的理論和方法逐漸得到廣泛認(rèn)識(shí)與應(yīng)用[5]。2015年,謝高地等[6]基于擴(kuò)展的勞動(dòng)價(jià)值論原理,利用單位面積生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值當(dāng)量因子的方法,對(duì)中國(guó)的11種生態(tài)服務(wù)類型價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。國(guó)內(nèi)多是從區(qū)域角度對(duì)不同類型生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估,不同區(qū)域尺度下的森林、草地、水域、農(nóng)田、海洋生態(tài)系統(tǒng)均有涉及[7]。然而,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估還未形成統(tǒng)一的、科學(xué)的理論和方法體系,選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法仍有很大差異,但這些研究為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估提供了理論基礎(chǔ)。

武夷山市地處溫帶、亞熱帶交替區(qū)域,有著極為豐富的生態(tài)資源。境內(nèi)的武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)是世界生物多樣性的重要保護(hù)區(qū)之一,其生態(tài)系統(tǒng)多樣性、物種多樣性和生物遺傳多樣性均具有典型性和代表性[8]。近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,森林采伐、濕地開(kāi)發(fā)、交通建設(shè)以及旅游范圍的延伸,生態(tài)資源的開(kāi)發(fā)利用,使得武夷山市的生態(tài)系統(tǒng)格局發(fā)生巨大變化,對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成較大影響。為此，筆者以武夷山市為研究區(qū)域,基于實(shí)地調(diào)研和官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),構(gòu)建武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,定量評(píng)估該市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值。同時(shí),對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進(jìn)行評(píng)估,明確武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的區(qū)域空間分布特征。該研究旨在識(shí)別武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量與組成結(jié)構(gòu),加強(qiáng)政府和人們對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的認(rèn)識(shí),以期為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)的保護(hù),以及生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省武夷山市(27°27′31″～28°04′49″ N,117°37′22″～118°19′44″ E),位于福建省西北部,閩贛兩省交界處,東連浦城縣,南接建陽(yáng)市,西臨光澤縣,北與江西省鉛山縣毗鄰。西北部有市內(nèi)海拔最高的黃崗山,有著“華東屋脊”的美稱,東南部的興田鎮(zhèn)全市海拔最低,地勢(shì)高低相差很大,達(dá)1 993 m。武夷山市總面積為2 813 km2,2015年末全市總?cè)丝跒?4.06萬(wàn)人,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)為138.88億元,人均國(guó)民生產(chǎn)總值為5.37萬(wàn)元。該地屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),氣候差異顯著。年內(nèi)平均氣溫為17～18.4 ℃,平均降水量為1 600～1 700 mm。境內(nèi)最典型的植被為主要分布在中低山的常綠闊葉林,高海拔地帶多分布有天然針葉林,低海拔地帶多分布有次生針葉林和人工針葉林;分布最廣的植被為杉木林,也是人工林中所占比例最大的植被[9-10]。

2 研究方法

2.1 評(píng)估框架

依照生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性經(jīng)濟(jì)學(xué)(the economics of ecosystems and biodiversity,TEEB)中的分類標(biāo)準(zhǔn)[11],將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和棲息地服務(wù)5類,利用多種生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值量進(jìn)行評(píng)估(表1)。

表1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估框架

Table1Frameworkofecosystemservicevaluation

一級(jí)分類二級(jí)分類價(jià)值評(píng)估方法供給服務(wù)產(chǎn)品供給市場(chǎng)價(jià)值法水源供給市場(chǎng)價(jià)值法調(diào)節(jié)服務(wù)水質(zhì)凈化替代成本法氣候調(diào)節(jié)市場(chǎng)價(jià)值法土壤保持替代成本法影子工程法固碳釋氧造林成本法碳稅法工業(yè)制氧法文化服務(wù)旅游娛樂(lè)費(fèi)用支出法棲息地服務(wù)生物多樣性保護(hù)當(dāng)量因子法

2.2 價(jià)值評(píng)估方法

2.2.1產(chǎn)品供給

武夷山市生態(tài)系統(tǒng)的主要產(chǎn)品(除水資源以外)包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)產(chǎn)品。農(nóng)業(yè)產(chǎn)品包括谷物、薯類、油料、大豆、甘蔗、煙草、飼料、蔬菜、食用菌、水果、茶葉和中草藥材等,林業(yè)產(chǎn)品包括竹木采伐(杉木、松木、毛竹、籬竹、小材竹等)和茅草、竹筍干、松脂、油茶籽以及采集捕獵的野生動(dòng)植物等,畜牧業(yè)產(chǎn)品包括牛肉、羊肉、豬肉、家禽、禽蛋、兔肉及蜂蜜等,漁業(yè)產(chǎn)品包括魚(yú)、蝦蟹、貝類、蛙、珍珠等淡水產(chǎn)品。采用市場(chǎng)價(jià)值法,利用各產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)評(píng)估產(chǎn)品供給服務(wù)所產(chǎn)生的直接市場(chǎng)價(jià)值。

2.2.2水源供給

水源供給的物質(zhì)量通過(guò)InVEST模型計(jì)算獲得[12]。利用市場(chǎng)價(jià)值法,以生態(tài)系統(tǒng)所供給的水量用在農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)上所需要收取的費(fèi)用作為水源供給服務(wù)的價(jià)值:

V1=E1·∑(Bi·Di)。

(1)

式(1)中,V1為生態(tài)系統(tǒng)水源供給的價(jià)值,元;E1為產(chǎn)水量,t;Bi為第i種行業(yè)用水水價(jià),元·t-1;Di為第i種行業(yè)用水所占比例,%。根據(jù)《福建省2015年度水資源公報(bào)》,武夷山市農(nóng)業(yè)、工業(yè)和居民生活用水比例分別為59%、32%和9%。

2.2.3水質(zhì)凈化

水質(zhì)凈化的能力表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)能夠截留部分非點(diǎn)源污染物,生態(tài)系統(tǒng)所截留的污染物越多,輸出的污染物越少,水質(zhì)凈化的功能就越強(qiáng)大。水質(zhì)凈化的物質(zhì)量通過(guò)InVEST模型計(jì)算獲得[12]。再利用替代成本法,以污水處理成本的減少作為水質(zhì)凈化服務(wù)的經(jīng)濟(jì)效益[13]:

V2=∑(Ti·Pi)。

(2)

式(2)中,V2為生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化的價(jià)值,元;Ti為氮(或磷)保留的總量,kg;Pi為氮(或磷)的凈化單價(jià),元·kg-1。

2.2.4氣候調(diào)節(jié)

氣候調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)為吸熱降溫,其價(jià)值可以從植物蒸騰和水面蒸發(fā)2個(gè)方面考慮[14]:

Vt=(Af+Ag)·Wt·α·Pe,

(3)

Vv=Aw·Ep·Wv·Pe。

(4)

式(3)～(4)中,Vt、Vv分別為植物蒸騰和水面蒸發(fā)的價(jià)值,元;Af、Ag和Aw分別為武夷山市森林、草地和水域面積,km2;Wt為單位綠地面積所吸收的熱量,為8.11×106kJ·km-2;α為常數(shù),取值1 kW·h·(3 600 kJ)-1;Ep為年平均蒸發(fā)量,武夷山市多年平均水面蒸發(fā)量為1 000 mm;Wv為單位面積水蒸發(fā)所消耗的能量,kJ·m-3;Pe為全市平均電價(jià),元·(kW·h)-1。

2.2.5土壤保持

土壤保持的物質(zhì)量通過(guò)InVEST模型計(jì)算獲得[12]。根據(jù)LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》,土壤保持的價(jià)值可從固土和保肥2個(gè)方面考慮。

減少土地廢棄的價(jià)值:采用替代成本法,計(jì)算因土壤保持而減少土地廢棄的經(jīng)濟(jì)效益[15]:

V3=E·B/(0.6·10 000·ρ)。

(5)

式(5)中,V3為減少土地廢棄的經(jīng)濟(jì)效益,元;E為土壤保持量,t;B為土地年均生產(chǎn)價(jià)值,元·hm-2;ρ為土壤容重,取武夷山區(qū)林地土壤平均容重1.22 t·m-3;0.6為土層平均厚度,m。

減少泥沙淤積的價(jià)值:采用影子工程法,計(jì)算由于泥沙淤積導(dǎo)致水庫(kù)蓄水量減少而造成的經(jīng)濟(jì)損失[15]:

V4=0.24·E·Vg/ρ。

(6)

式(6)中,V4為減少泥沙淤積的經(jīng)濟(jì)效益,元;E為土壤保持量,t;Vg為水庫(kù)的建設(shè)成本,元·m-3,由LY/T 1721—2008得到;ρ為土壤容重,t·m-3;0.24為全國(guó)平均土壤侵蝕泥沙淤積率[15]。

減少土壤肥力損失:采用替代成本法,以市場(chǎng)銷售的有機(jī)肥、硫酸氨、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀的成本價(jià)格代替土壤保留肥力的經(jīng)濟(jì)效益[15]。

減少肥力流失價(jià)值的計(jì)算公式為

(7)

式(7)中,V5為減少肥力流失的經(jīng)濟(jì)效益,元;E為土壤保持量,t;Di為土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀質(zhì)量含量,%;Qi為有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀折算為化肥中的養(yǎng)分含量,%;Pi為肥料的市場(chǎng)價(jià)格,元·t-1。根據(jù)中國(guó)1∶100萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)庫(kù),計(jì)算得到武夷山市土壤表層各養(yǎng)分平均質(zhì)量含量:有機(jī)質(zhì)為2.86%,全氮為0.14%,全磷為0.09%,全鉀為1.95%。

2.2.6固碳釋氧

植物每生產(chǎn)1 t干物質(zhì)可以吸收1.63 t二氧化碳,同時(shí)釋放1.19 t氧氣。

(8)

(9)

式(8)～(9)中,VC、VO分別為固碳和釋氧價(jià)值,元;PNP，i為第i種植被類型的凈初級(jí)生產(chǎn)力,g·m-2·a-1;PC為市場(chǎng)固定二氧化碳價(jià)格,采用造林成本法和碳稅法成本價(jià)的平均值753元·t-1;PO為市場(chǎng)固定氧氣價(jià)格,采用造林成本法和工業(yè)制氧法成本價(jià)的平均值330元·t-1[14]。

2.2.7旅游娛樂(lè)

使用價(jià)值指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中獲得的效益,旅游娛樂(lè)服務(wù)正是其中之一。根據(jù)旅游業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)評(píng)估旅游娛樂(lè)服務(wù)所產(chǎn)生的市場(chǎng)價(jià)值[16]。

2.2.8生物多樣性

利用謝高地等[6,17-18]提出的當(dāng)量因子法評(píng)估武夷山市生物多樣性保護(hù)價(jià)值,計(jì)算公式為

(10)

式(10)中,V7為生物多樣性保護(hù)的價(jià)值,元;Si為單位面積各生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護(hù)的價(jià)值當(dāng)量;β為當(dāng)量因子價(jià)值,元·hm-2;Ai為各生態(tài)系統(tǒng)面積,hm2。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

InVEST模型的水源供給模塊需要土地覆被圖、降雨量、潛在蒸散量、土壤深度、植被可利用水含量、植被根系深度等數(shù)據(jù);水質(zhì)凈化模塊除了以上數(shù)據(jù)外,還需要氮磷負(fù)載值、氮磷濾除率等;土壤保持模塊需要土地覆被圖、數(shù)字高程、降雨侵蝕力、土壤可蝕力等數(shù)據(jù)。

土地覆被圖來(lái)源于2015年8月的高分一號(hào)遙感影像,空間分辨率為2 m。利用ENVI 5.1軟件導(dǎo)入3、4、5這3個(gè)波段數(shù)據(jù)得到合成影像,經(jīng)過(guò)鑲嵌、輻射校正、大氣校正、幾何校正、裁剪后進(jìn)行解譯。結(jié)合野外實(shí)測(cè)的地表特征參照,經(jīng)過(guò)監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類后得到武夷山市2015年土地利用圖。根據(jù)數(shù)據(jù)需求將土地覆被分為林地、草地、農(nóng)田、園地、城鎮(zhèn)、水域和裸地7種土地利用類型。

數(shù)字高程數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)探測(cè)局共享平臺(tái)(http:∥earthexplorer.usgs.gov),數(shù)據(jù)精度為30 m,對(duì)下載后的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑲嵌、裁剪、填洼等處理?；跀?shù)字高程模型的流域數(shù)據(jù)采用ArcGIS 10.1和ArcSWAT軟件生成[19]。

降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn),收集到武夷山市及其周邊33個(gè)國(guó)家氣象站點(diǎn)從20世紀(jì)80年代到2010年降雨觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)克里格插值后得到柵格數(shù)據(jù)。降雨侵蝕力由經(jīng)驗(yàn)公式[20]計(jì)算得到:

R=μ·Pθ。

(11)

式(11)中,R為降雨侵蝕力,MJ·mm·hm-2·h-1·a-1;μ值為0.066 8;θ值為1.626 6;P為多年平均降雨量,mm。

潛在蒸散量數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際農(nóng)業(yè)研究磋商組織發(fā)布的全球干旱和潛在蒸散數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥www.cgiar-csi.org/data/global-aridity-and-pet-database)。

土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所提供的中國(guó)1∶100萬(wàn)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)。植被可利用含水量由田間持水量減去永久萎焉系數(shù)[12]計(jì)算得到。土壤可蝕力由Williams等建立的EPIC模型計(jì)算得到[21]。

氮磷負(fù)載值參考研究區(qū)域及其周邊的非點(diǎn)源污染氮磷輸出系數(shù)取值[22]。不同土地覆被的氮磷濾除率選擇InVEST模型建議的取值[12,23]。

凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)來(lái)源于數(shù)字地球動(dòng)態(tài)模擬研究組多尺度生態(tài)系統(tǒng)功能建模與監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供的MOD17數(shù)據(jù)(http:∥www.ntsg.umt.edu/project/mod17)。各產(chǎn)業(yè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《武夷山市統(tǒng)計(jì)年鑒2016》,水價(jià)、電價(jià)和化肥價(jià)格信息來(lái)源于武夷山市物價(jià)局(http:∥www.fjjg.gov.cn/)。

2.4 重要性評(píng)價(jià)方法

采用多因子綜合評(píng)價(jià)法,選取產(chǎn)水量、氮磷輸出量和土壤保持量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)[14,24-26]。利用ArcGIS 10.1軟件對(duì)每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)按重要性分為極重要、很重要、重要和一般重要4級(jí)。再利用多因子加權(quán)求和模型對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)重要性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[27-28]:

(12)

式(12)中,P為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)值;Ai為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)賦值;Wi為各指標(biāo)的權(quán)重,該文將各指標(biāo)權(quán)重都設(shè)為0.25[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

產(chǎn)品供給價(jià)值:武夷山市農(nóng)業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為27.27億元,林業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為6.98億元,畜牧業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為4.53億元,漁業(yè)產(chǎn)品年產(chǎn)值為1.37億元,則食物與原材料供給的總價(jià)值為40.15億元。

水源供給價(jià)值:武夷山市年產(chǎn)水量為4.05×109t。2015年,全市農(nóng)業(yè)用水價(jià)格為1.70元·t-1,工業(yè)用水價(jià)格為2.45元·t-1,居民生活用水價(jià)格為1.55元·t-1,則水源供給總價(jià)值為78.02億元。

水質(zhì)凈化價(jià)值:武夷山市生態(tài)系統(tǒng)截留的總氮保留量為1.26×109kg,總磷保留量為8.32×107kg,總氮凈化成本為1.5元·kg-1,總磷凈化成本為2.5元·kg-1[29],則水質(zhì)凈化價(jià)值約為20.98億元。

氣候調(diào)節(jié)價(jià)值:武夷山市林地和草地覆蓋面積共為2 269.36 km2,全市因植被蒸騰作用被吸收的熱量約為1.84×1010kJ,即5.11×106kW·h。全市水域面積為21.36 km2,蒸發(fā)量約為2.14×107m3,在氣溫25 ℃環(huán)境下,單位體積水轉(zhuǎn)化為相同溫度的水蒸氣需要消耗2.43×106kJ熱量,則全市因水域蒸發(fā)所消耗的熱量約為5.19×1013kJ,即1.44×1010kW·h。武夷山市平均電價(jià)約為0.6元·(kW·h)-1,則氣候調(diào)節(jié)總價(jià)值為86.54億元。

土壤保持價(jià)值:武夷山市土壤保持總量為7.83×107t。參考武夷山市統(tǒng)計(jì)年鑒,將武夷山市單位面積林業(yè)產(chǎn)值3 034.35元·hm-2作為森林每年減少土地廢棄的機(jī)會(huì)成本,則減少土地廢棄的價(jià)值為3 245.76萬(wàn)元;由LY/T 1721—2008可知,1993—1999年我國(guó)水庫(kù)的庫(kù)容成本約為2.17元·m-3,由統(tǒng)計(jì)年鑒得到至2015年物價(jià)指數(shù)約為8,即17.36元·m-3,則減少泥沙淤積的價(jià)值為2.67億元;一般有機(jī)肥(有機(jī)質(zhì)含量w為45%)市價(jià)為800元·t-1,尿素(含氮量w為45%)市價(jià)為2 000元·t-1,過(guò)磷酸鈣(含磷量w為15%)市價(jià)為600元·t-1,氯化鉀(含鉀量w為47%)市價(jià)為2 200元·t-1,則保持土壤肥力的價(jià)值約為118.97億元。土壤保持的總價(jià)值則為121.97億元。

固碳釋氧價(jià)值:武夷山市NPP總量為1.50×106t,固碳量為2.45×106t,釋氧量為1.79×106t,則固碳釋氧的總價(jià)值為24.33億元。

旅游娛樂(lè)價(jià)值:武夷山市擁有首批國(guó)家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)、國(guó)家重點(diǎn)自然保護(hù)區(qū)、國(guó)家旅游度假區(qū)、國(guó)家森林公園、國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位、中國(guó)歷史文化名村等稱號(hào),2015年武夷山市接待游客量為975.81萬(wàn)人次,旅游總收入為158.83億元。

生物多樣性保護(hù)價(jià)值:1當(dāng)量因子定義為1 hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[18],參考《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2016》,得到1當(dāng)量因子價(jià)值約為3 464元,計(jì)算得到武夷山市生物多樣性保護(hù)總價(jià)值約為19.82億元(表2)。

綜上,2015年武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為550.64億元。其中,旅游娛樂(lè)服務(wù)的價(jià)值為158.83億元,占28.84%;土壤保持服務(wù)價(jià)值為121.97億元,占22.15%;氣候調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值為86.54億元,占15.72%;水源供給服務(wù)價(jià)值為78.02億元,占14.17%;產(chǎn)品供給服務(wù)價(jià)值為40.15億元,占7.29%;固碳釋氧服務(wù)價(jià)值為24.33億元,占4.42%;水質(zhì)凈化服務(wù)價(jià)值為20.98億元,占3.81%;生物多樣性服務(wù)價(jià)值為19.82億元,占3.60%(表3)。武夷山市生態(tài)系統(tǒng)除了擁有重要的旅游娛樂(lè)、土壤保持、氣候調(diào)節(jié)、水源供給服務(wù)外,產(chǎn)品供給、固碳釋氧、水質(zhì)凈化和生物多樣性保護(hù)服務(wù)的價(jià)值也不容忽視。

表2生物多樣性保護(hù)價(jià)值當(dāng)量表

Table2Equivalentmatrixofbiodiversityconservationvalues

生態(tài)系統(tǒng)分類面積/hm2價(jià)值當(dāng)量?jī)r(jià)值/萬(wàn)元林地2258942.41188581.73草地10421.27458.40農(nóng)田359670.212616.38園地84491.574594.97城鎮(zhèn)64320.0244.56水域21362.551886.77裸地3120.022.16合計(jì)198184.97

表3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量核算

Table3Accountingofecosystemservicevalues

一級(jí)分類二級(jí)分類 評(píng)價(jià)指標(biāo) 價(jià)值/億元供給服務(wù)產(chǎn)品供給農(nóng)林牧漁產(chǎn)品40.15水源供給產(chǎn)水量78.02調(diào)節(jié)服務(wù)水質(zhì)凈化氮保留量20.98磷保留量氣候調(diào)節(jié)水面蒸發(fā)吸熱量86.54植被蒸騰吸熱量土壤保持土壤保持量121.97固碳釋氧固碳量24.33釋氧量文化服務(wù)旅游娛樂(lè)旅游業(yè)產(chǎn)值158.83棲息地服務(wù)生物多樣性保護(hù)生物多樣性維持價(jià)值19.82合計(jì)550.64

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合評(píng)價(jià)

利用ArcGIS 10.1軟件將各指標(biāo)按自然間斷點(diǎn)分級(jí)法分為4個(gè)等級(jí)(表4),這種方法能夠使各級(jí)內(nèi)部方差之和最小[26]。

表4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合評(píng)價(jià)體系

Table4Comprehensiveevaluationsystemforecosystemservicesinimportance

項(xiàng)目重要性一般重要重要很重要極重要單位柵格產(chǎn)水量1)[1340,1415)[1415,1491)[1491,1567)[1567,1643]單位柵格總氮輸出量2)[1.12,3.29][0.58,1.12)[0.15,0.58)(0,0.15)單位柵格總磷輸出量3)[0.09,0.25][0.05,0.09)[0.01,0.05)(0,0.01)單位柵格土壤保持量4)(0,20)[20,58)[58,127)[127,353]分級(jí)賦值1234分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0,1.5](1.5,2.5](2.5,3.5](3.5,4.5)

1)單位為mm·(900 m2)-1； 2)單位為t·(900 m2)-1； 3)單位為t·(900 m2)-1； 4)單位為t·(900 m2)-1。

對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)和空間疊加分析后,發(fā)現(xiàn)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間差異明顯(圖1)。極重要區(qū)和很重要區(qū)的面積分別達(dá)399.25和1 005.65 km2,占全市總面積的12.06%和35.75%,主要分布在武夷山市南部的武夷山國(guó)家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)、興田鎮(zhèn)和武夷山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)一帶。該區(qū)域降雨豐富,植被保存完好,植被覆蓋度較高,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量較高。重要區(qū)和一般重要區(qū)的面積分別達(dá)933.07和535.03 km2,占全市總面積的33.17%和19.02%,主要分布在武夷山市東北部的嵐谷鄉(xiāng)—吳屯鄉(xiāng)一帶以及東南部的五夫鎮(zhèn)附近。該區(qū)域采礦業(yè)發(fā)達(dá),城市化水平較低,植被覆蓋度較低,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量較差。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性空間分布Fig.1 Spatial distribution of ecosystemservices in importance

4 討論

通過(guò)對(duì)武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)估,明確了其經(jīng)濟(jì)價(jià)值及結(jié)構(gòu)組成,并在此基礎(chǔ)上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性綜合分區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià),識(shí)別各區(qū)域的服務(wù)功能特征,更加直觀地展現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間分布格局,希冀為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)保護(hù)及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù)。武夷山市生態(tài)系統(tǒng)有著強(qiáng)大的旅游娛樂(lè)功能和土壤保持功能,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為550.64億元,是當(dāng)年全市GDP的3.96倍,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為1 957萬(wàn)元·km-2。將武夷山市按生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性分為4個(gè)等級(jí)。極重要區(qū)水源涵養(yǎng)、土壤保持和水質(zhì)凈化的服務(wù)質(zhì)量最高,應(yīng)繼續(xù)注意水土保持,加強(qiáng)護(hù)林、育林措施;很重要區(qū)應(yīng)注意生態(tài)修復(fù)與保育,加強(qiáng)防范山體滑坡和泥石流等自然災(zāi)害;重要區(qū)人口密集,應(yīng)注意科學(xué)合理地發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),減輕對(duì)耕地資源的壓力,保護(hù)庫(kù)區(qū)的水質(zhì)安全;一般重要區(qū)農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)較發(fā)達(dá),應(yīng)注意控制人為水土流失。

此前,也有不少學(xué)者開(kāi)展了武夷山市及其周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究(表5)。比較已有的研究結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),由于評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)年份和評(píng)價(jià)區(qū)域的不同,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果存在較大區(qū)別。為此,建立一套科學(xué)、合理、統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系尤為重要。TEEB是生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估、示范和政策應(yīng)用的綜合方法體系,為生物多樣性保護(hù)和可持續(xù)利用提供了新的思路和方法。TEEB在2007年被首次提出,自2008年以來(lái)得到了聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的支持。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和棲息地服務(wù)4大類,價(jià)值評(píng)估方法多采用市場(chǎng)價(jià)值法、顯示性偏好法和陳述性偏好法等。目前,TEEB方法體系已在30多個(gè)國(guó)家得到應(yīng)用,被國(guó)際社會(huì)廣泛接受與認(rèn)可[11]。筆者采用TEEB評(píng)估方法開(kāi)展武夷山市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究,評(píng)估方法更合理,評(píng)估內(nèi)容更全面,評(píng)估結(jié)果更可靠。

表5已有相關(guān)研究概述

Table5Overviewoftherelativeresearchesalreadyreported

數(shù)據(jù)來(lái)源年份研究區(qū)域 評(píng)價(jià)指標(biāo) 評(píng)價(jià)方法總價(jià)值/億元王洪翠等[30]2001武夷山風(fēng)景名勝區(qū)調(diào)節(jié)氣候、干擾調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)水分等15項(xiàng)Costanza等的測(cè)算方法0.88孫潔斐[31]2008武夷山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)有機(jī)物生產(chǎn)、原材料供給、水源涵養(yǎng)等10項(xiàng)能值分析法23.3許紀(jì)泉[15]2005武夷山區(qū)森林資源供給、固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、土壤保持等6項(xiàng)多種生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法189.15岳文淙等[32]2005武夷山市美感、水源涵養(yǎng)、凈化空氣和科研文化第2類綠色GDP核算法123.18游巍斌等[33]2009武夷山風(fēng)景名勝區(qū)涵養(yǎng)水源、保持土壤、氣候調(diào)節(jié)、生物多樣性保護(hù)等6項(xiàng)當(dāng)量法362.4

該文仍存在一些不足:(1)研究只涉及了武夷山市所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價(jià)值的一部分。由于研究方法的不完善和研究數(shù)據(jù)難以獲取,仍有很多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)未能加以評(píng)估。(2)模型法雖然在理論上是比較完善的,但終歸只是對(duì)實(shí)際情況的模擬。模型所用的各因子數(shù)據(jù)來(lái)源和精度不一,模型參數(shù)采用他人的研究成果,應(yīng)用于武夷山市也會(huì)不可避免地產(chǎn)生誤差。

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ValuationofEcosystemServicesinWuyishanCity.

GONG Xi1,2, CAO Ming-chang2, SUN Xiao-ping3, LE Zhi-fang2, LI Shuang3, XU Hai-gen2

(1.Nanjing University of Information Science and Technology, School of Geography and Remote Sensing, Nanjing 210044, China; 2.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China; 3.Nanjing Forestry University, Co-Innovation Center for Sustainable Forestry in Southern China, Nanjing 210037, China)

Ecosystem service is the foundation for human to rely on for survival and development. Wuyishan City, Fujian Province was selected as a case for the study to assess economic values of the following 8 types of ecosystem services: products supply, water supply, water purification, climate regulation, soil conservation, carbon-sequestration and oxygen-release, tourist entertainment and biodiversity conservation. Results show that the total of the ecosystem services in Wuyishan City was valuated at 55.064 billion yuan. Among them, the tourist entertainment service contributed the most, contributing 28.84%, the soil conservation service came the next, contributing 22.15%. Spatial distribution of the ecosystem services in the city in terms of importance was analyzed, showing sharp differences between areas. The southern part of the city, home to the Wuyishan National Scenic Spot, Xingtian Town and the Wuyishan National Nature Reserve were areas of extreme importance and great importance in ecosystem service, while Langu and Wutun Township in the northeastern part and Wufu Town in the southeastern part were areas of importance and general importance. The valuation of the ecosystem services may serve as theoretical basis for scientific management and protection of the ecosystems and ecologically critical areas in Wuyishan City.

ecosystem service; ecosystem service value; InVEST model; Wuyishan City

2017-05-12

國(guó)家自然科學(xué)基金(31461143033)； 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC0503806)

① 通信作者E-mail: caomingc@163.com

② 共同通信作者E-mail: xhg@nies.org

F062.2

A

1673-4831(2017)12-1094-08

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.12.005

龔溪(1992—),女,江蘇南京人,碩士,主要從事基于GIS的珍稀瀕危物種生境評(píng)價(jià)研究。E-mail: soniakong@163.com

李祥敏)