龔 圍，歐盛華，楊 濤，裔傳祥

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 400047；2.廣東省國土資源測繪院，廣東廣州 510500；3.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京 210044)

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，為城市居民提供了諸多生態(tài)服務(wù)。將RS、GIS技術(shù)與城市綠地系統(tǒng)服務(wù)價值相結(jié)合，對實(shí)現(xiàn)定量化評估城市綠地生態(tài)價值具有重要意義。最終以貨幣的形式展現(xiàn)城市綠地為人類提供服務(wù)價值，能夠提高人們對城市綠地系統(tǒng)的認(rèn)識程度，進(jìn)而增進(jìn)人們對城市綠地系統(tǒng)的保護(hù)意識，價值評估結(jié)果可以作為城市綠地管理部門決策的參考，也可以為合理規(guī)劃城市綠地系統(tǒng)作出貢獻(xiàn)。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對城市綠地系統(tǒng)生態(tài)價值的研究層出不窮，從最初的定性評價向著定量化計算推進(jìn)。其中，城市綠地生態(tài)價值的貨幣化度量成為現(xiàn)階段的研究焦點(diǎn)。在國外，評價城市綠地系統(tǒng)生態(tài)價值主要有2種方法，一是現(xiàn)場實(shí)測各植被對環(huán)境的改善作用[1-2]，二是將“3S”技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)地測量相結(jié)合，構(gòu)建評價模型，從而通過模型來估算城市綠地系統(tǒng)生態(tài)價值。例如，1996年美國林學(xué)家協(xié)會(American Forests Mission)推出了基于ArcView的城市生態(tài)環(huán)境分析軟件——CityGreen，該軟件可以定量計算植被對減弱暴雨徑流、凈化空氣等方面的效益及相關(guān)價值。在我國，綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究起步較晚[3]，并且關(guān)于城市綠地系統(tǒng)生態(tài)價值定量化評估的研究卻鮮見報道[4]。筆者借鑒國內(nèi)外綠地生態(tài)服務(wù)價值評估理論，以濟(jì)南市歷下區(qū)為研究區(qū)，以ArcGIS軟件為平臺，以遙感數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，定量化評估了城市綠地的土壤保持、固碳釋氧、吸收SO2、涵養(yǎng)水源等價值，實(shí)現(xiàn)了對城市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量化的計算與評估。

1 數(shù)據(jù)獲取與指標(biāo)選取

1.1數(shù)據(jù)來源研究區(qū)是位于濟(jì)南市建成區(qū)內(nèi)的歷下區(qū)(圖1)，總面積達(dá)100.89 km2，其地形南部群山疊嶂，西部泉水遍布，地勢南高北低，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥，四季分明，城市綠地類型多樣，具有代表性。建模過程中，主要數(shù)據(jù)源有2009年8月31日分辨率為0.61 m的Quickbird影像和分辨率為30 m的Landsat TM影像。首先對遙感影像進(jìn)行輻射定標(biāo)和大氣校正等預(yù)處理[5-6]，鑒于不同類型植被生態(tài)服務(wù)價值不同，然后對城市綠地按不同類型(喬木、灌木、草地)進(jìn)行信息提取，如圖2所示(為保證圖的完整性，增加“其他”類別表示非植被類型地物，以后的價值估算僅考慮植被)。

圖1 歷下區(qū)地理位置Fig.1 Geographical position of Lixia District

圖2 歷下區(qū)城市綠地類型分類Fig.2 Classification of urban green space types of Lixia District

1.2指標(biāo)選取生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品功能和部分文化功能構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的直接價值，而調(diào)節(jié)功能、支持功能和部分文化功能則構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的間接價值。這些功能指標(biāo)主要包括水土保持、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、滯塵等。然而，截至目前，并未形成若干生態(tài)價值定量測算的統(tǒng)一方法。筆者參考有關(guān)研究[7-15]，結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，選取其中7類作為城市綠地生態(tài)價值定量評估的指標(biāo)體系(表1)。

2 空間數(shù)據(jù)建模與分析

2.1綠地生態(tài)價值評估總體技術(shù)路線根據(jù)城市綠地生態(tài)價值定量評估的指標(biāo)體系，建立各價值指標(biāo)的生態(tài)價值評估模型，將所有空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一到WGS_1984_UTM_Zone_50N空間參考坐標(biāo)下，統(tǒng)一柵格象元為30 m。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合城市綠地不同服務(wù)價值評估理論，利用ArcGIS空間分析工具，得到城市綠地不同服務(wù)價值的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而求得研究區(qū)城市綠地生態(tài)總價值，其總體技術(shù)路線見圖3。

表1 城市綠地生態(tài)價值定量評估指標(biāo)

圖3 城市綠地生態(tài)價值評估技術(shù)流程Fig.3 Technological process of ecological value assessment of urban green space

2.2綠地生態(tài)服務(wù)價值指標(biāo)分析

2.2.1土壤保持價值。由表1可知，估算城市綠地土壤保持價值時涉及三大價值，計算公式有以下：

E=Es+En+Ef

(1)

Es=Ac×B÷(H+10 000×ρ)

(2)

En=Ac÷ρ×24%×C

(3)

Ef=∑Ac·Ci·Pi(i=有機(jī)質(zhì)，N，P，K)

(4)

式中，E為土壤保持價值；Es為減少土地?fù)p失價值；En為減少泥沙淤積災(zāi)害價值；Ef為保持土壤肥力價值。Ac為土壤保持量；B為林業(yè)年均收益[1 501.4元/hm2· a][7]；H為土壤厚度(0.6 m)；ρ為土壤容重(1.5 g/cm3)；C為水庫工程費(fèi)用(1990年不變價)0.67元/m3[8]；Ci為土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的純含量(%)；Pi為有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的市場價格(元/t)(有機(jī)質(zhì)0.051 3元/kg，我國化肥平均價格為2.55元/kg)[9]。

在RUSLE方程中，A=R·K·LS·C·P[10]，當(dāng)C與P不等于1時，A為土壤的現(xiàn)實(shí)侵蝕量，當(dāng)C與P等于1時，A為土壤的潛在侵蝕量，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，土壤保持量Ac采取肖寒等[8]的方法，用土壤的潛在侵蝕量與現(xiàn)實(shí)侵蝕量二者的差值來估算Ac=R·K·LS(1-C·P)，其中年降雨侵蝕力指標(biāo)R值采用劉秉正[11]的簡易算式，土壤可蝕性因子K值采用Williams等[12]在EPIC模型中的方法計算，坡度因子和坡長因子LS分別采用肖寒等[7]和劉元寶等[13-14]的改進(jìn)RUSLE方程式，植被覆蓋因子C值通過查詢Wischmeier(1978)的觀測數(shù)據(jù)(表2)來確定。

表2 不同植被覆蓋因子(C)取值

RUSLE中土壤保持措施因子P，是指特定水土保持措施的土壤流失量與相應(yīng)未實(shí)施保持措施的順坡耕作地塊的土壤流失量之比。措施好的P值小，反之P值大。該研究中P值是根據(jù)研究區(qū)地表覆蓋類型查表(表3)確定的。

表3我國不同措施的土壤保持因子(P)

Table3Soilconservationfactors(P)ofdifferentmeasuresinChina

坡度Slope°等高帶狀耕作Contourstriptillage草田帶狀耕作Striptillageingrassfield水平梯田Horizontalterrace水平溝Horizontalchannel等高壟作Highridge<50.30.10.30.010.15～100.50.10.050.1>100.60.20.100.3

在獲得以上各因子數(shù)據(jù)后，按照圖3建立土壤保持價值評估模型，如圖4、5分別為研究區(qū)城市綠地土壤保持量和土壤保持價值結(jié)果，對其進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以計算出2009年研究區(qū)城市綠地土壤保持總量為67.89萬t，折算成服務(wù)價值為949.93萬元。

圖4 城市綠地單位面積土壤保持量Fig.4 Soil conservation per unit area of urban green space

圖5 城市綠地單位面積土壤保持價值Fig.5 Soil conservation value per unit area of urban green space

2.2.2固碳釋氧價值。在對植被凈第一性生產(chǎn)力(NPP)測算[15]的基礎(chǔ)上，利用遙感技術(shù)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，估算了研究區(qū)城市綠地固定CO2和釋放O2的物質(zhì)量，根據(jù)植物光合作用方程式：

(5)

結(jié)合呼吸作用方程可推算出：每形成1 g干物質(zhì)，可固定1.62 g CO2，并釋放1.2 g O2，而干物質(zhì)量可根據(jù)植物干物質(zhì)中碳元素的含量大約占45%[15]由NPP計算，故維持碳、氧平衡量分別為(NPP/45%)×1.62和(NPP/45%)×l.20，結(jié)合表1可得到工業(yè)制氧成本為0.4元/kg[16]，瑞典碳稅率為0.15美元/kg[16]，從而計算綠地固碳釋氧價值。圖6、7分別為研究區(qū)城市綠地固碳價值和釋氧價值結(jié)果，對其進(jìn)行統(tǒng)計可知，2009年研究區(qū)城市綠地固碳、釋氧價值分別為2 356.11萬和2 777.18萬元。

圖6 城市綠地單位面積固定CO2價值Fig.6 CO2 value of urban green space per unit area

圖7 城市綠地單位面積釋放O2價值Fig.7 O2 value of urban green space per unit area

2.2.3吸收SO2與滯塵價值。城市綠地吸收SO2價值和滯塵價值采用以下公式進(jìn)行評估：

城市綠地吸收SO2價值=不同植被類型面積×植被吸收SO2能力×削減SO2成本[16]

(6)

城市綠地滯塵價值=不同植被類型面積×滯塵能力×削減粉塵成本[8]

(7)

式中，喬木、灌木、草地吸收SO2能力分別為85.0、18.9、 8.9 kg/(hm2·a)，滯塵能力分別為12.9、3.2、0.5 t/(hm2· a)，SO2和粉塵的治理費(fèi)用根據(jù)我國發(fā)改委等四部委2003年第31號令《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計算方法》中規(guī)定SO2排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為1.20元/kg，粉塵排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.15元/kg。圖8、9分別為城市綠地吸收SO2和滯塵價值結(jié)果，分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，可知 2009年研究區(qū)城市綠地吸收SO2量為284 t，轉(zhuǎn)成服務(wù)價值為34.05萬元，滯塵量為4.26萬t，轉(zhuǎn)化成服務(wù)價值為641萬元。

圖8 城市綠地單位面積吸收SO2價值Fig.8 Absorption of SO2 value per unit area of urban green space

圖9 城市綠地單位面積滯塵價值Fig.9 Dust the city green space per unit area value

2.2.4熱島緩解與蓄水價值。城市綠地一方面通過樹冠遮擋陽光，減少陽光對地面的輻射熱量，另一方面通過蒸騰作用向環(huán)境散發(fā)水分，同時吸收周圍環(huán)境中的熱量，降低空氣溫度。城市綠地蒸騰吸熱量具體計算過程參考文獻(xiàn)[17]，結(jié)合表1，參照居民用電價格可估算出綠地緩解熱島價值。城市綠地涵養(yǎng)水源量用土壤貯水量來表示，土壤貯水量與多種因素有關(guān)，其中土壤結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。土壤涵養(yǎng)水源的貯水量常用下式表示：

Q=S·h·p

(8)

式中，Q為綠地土壤貯水量；S為綠地面積；h為土壤厚度；p為土壤的粗孔隙率。以同樣具有蓄水功能的水庫作為替代工程，已知研究區(qū)附近的一個水庫，庫容為113萬m3，投資200萬元。因此，在不考慮支付意愿的情況下，以該水庫作為替代工程可以求出研究區(qū)城市綠地蓄水價值。圖10、11分別為城市綠地緩解熱島價值和蓄水價值結(jié)果。經(jīng)統(tǒng)計可知，2009年研究區(qū)城市綠地?zé)釐u緩解服務(wù)價值為5 151.30萬元，涵養(yǎng)水源量為3.44×106m3，轉(zhuǎn)化成服務(wù)價值為609萬元。

圖10 城市綠地單位面積緩解熱島效應(yīng)價值Fig.10 Value of urban green land per unit area to mitigate heat island effect

圖11 城市綠地單位面積涵養(yǎng)水源價值Fig.11 Water conservation value of urban green space per unit area

2.3城市綠地生態(tài)價值定量評估模型總體構(gòu)建由以上分析可知，該研究所選擇的綠地生態(tài)服務(wù)價值指標(biāo)與定量化評估城市綠地的生態(tài)價值確實(shí)具有不可分割的聯(lián)系，由于以上指標(biāo)結(jié)果均是以貨幣的形式展現(xiàn)的，因而每個指標(biāo)之間都是等權(quán)重的，權(quán)重均為1，將以上指標(biāo)結(jié)果進(jìn)行等權(quán)疊加，值越高，表明城市綠地產(chǎn)生的生態(tài)效益越高。在ArcGIS中運(yùn)用空間建模工具模塊，按照上述原理與方法，建立城市綠地生態(tài)價值定量評估模型。城市綠地生態(tài)總價值評估結(jié)果見圖12。

圖12 城市綠地單位面積生態(tài)服務(wù)總價值Fig.12 Total value of ecological services per unit area of urban green space

對圖12進(jìn)行統(tǒng)計分析可知，2009年研究區(qū)城市綠地生態(tài)服務(wù)價值為1.25億元，占全年生產(chǎn)總值的0.22%，查閱有關(guān)資料，2009年研究區(qū)專業(yè)綠化面積155 hm2，綠化總投資0.304億元，僅該研究涉及的綠地生態(tài)服務(wù)價值就超過了總投資的4倍多，其中，喬木、灌木、草地的生態(tài)服務(wù)價值見表4，再結(jié)合圖13可知，研究區(qū)綠地服務(wù)價值喬木所占比重最大，達(dá)66%，灌木次之(為19%)，而且喬木主要分布在圖下方位置，因而在圖12表現(xiàn)出下部顏色較紅為高值區(qū)。

表4不同類型綠地的生態(tài)服務(wù)價值

Table4Ecologicalservicevalueofdifferenttypesofgreenland

城市綠地類型Typesofurbangreenspace面積Areahm2生態(tài)服務(wù)價值Ecosystemservicesvalue∥億元喬木Tree3160.131.02灌木Shrub922.480.12草地Grassland717.270.11總計Total4799.881.25

由高分辨率遙感影像可以判別，圖12東北區(qū)域?yàn)楣I(yè)區(qū)，中東部為商業(yè)區(qū)，中西部為居住區(qū)，東南區(qū)域?yàn)榻紖^(qū)，研究區(qū)不同區(qū)域綠地的生態(tài)服務(wù)價值見圖14。由圖14可知，郊區(qū)綠地服務(wù)價值最大，而其他區(qū)域都很小，這是由于生態(tài)服務(wù)價值高的喬木大多分布在郊區(qū)，同時也說明目前研究區(qū)城市綠地分布格局存在缺陷，結(jié)合研究區(qū)城市綠化覆蓋率僅36.5%，建議工業(yè)區(qū)這種熱島效應(yīng)顯著區(qū)域應(yīng)增加喬木的種植數(shù)量，而商業(yè)區(qū)和居住區(qū)為滿足美觀要求應(yīng)增加灌木和草地的種植數(shù)量。

圖13 城市綠地類型生態(tài)價值比例構(gòu)成Fig.13 Proportion of ecological value of urban green space types

圖14 不同地區(qū)綠地生態(tài)價值比例構(gòu)成Fig.14 Proportion of ecological value of green space in different areas

3 結(jié)論

(1)為從城市尺度直觀量化綠地資源產(chǎn)生的生態(tài)價值，揭示城市綠地生態(tài)功能的重要性，筆者定量評估了濟(jì)南市歷下區(qū)城市綠地的七大價值，結(jié)果表明：①2009年研究區(qū)城市綠地在土壤保持、固碳釋氧、吸收SO2等生態(tài)服務(wù)方面產(chǎn)生的總價值約為1.25億元，占全年生產(chǎn)總值的0.22%，是城市綠化投資的4倍，平均單位面積價值為2.60萬元，去除人民幣升值等因素，與王慶日[18]對2000年杭州市綠地生態(tài)價值評估單位面積結(jié)果一致；②郊區(qū)綠地生態(tài)服務(wù)價值占52%，而工業(yè)區(qū)、居住區(qū)、商業(yè)區(qū)三者總和僅占48%，且城市綠化覆蓋率僅36.5%，因而有必要增加工業(yè)區(qū)、居住區(qū)、商業(yè)區(qū)的城市綠地面積；③喬木具有較高的生態(tài)服務(wù)價值，并且在緩解熱島、納碳釋氧方面具有較強(qiáng)的能力，應(yīng)而在加強(qiáng)歷下區(qū)城市綠地建設(shè)過程應(yīng)優(yōu)先擴(kuò)大喬木林綠地面積。

(2)該研究從理論層面估算了城市綠地的生態(tài)價值，并未進(jìn)行實(shí)地考察采集數(shù)據(jù)，但是該研究的核心目標(biāo)是從城市綠地系統(tǒng)服務(wù)角度直觀地揭示其經(jīng)濟(jì)學(xué)意義，凸顯維護(hù)保持城市綠地生態(tài)功能的重要作用，以及為城市規(guī)劃者與管理者制定政策提供依據(jù)。

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