許 晶, 陳宏偉,b, 劉 娜, 齊淑艷,b, 洪嬌嬌, 袁 昊

(沈陽大學 a. 生命科學與工程學院, b. 遼寧省城市有害生物治理與生態(tài)安全重點實驗室, 遼寧 沈陽 110044)

城市綠地系統(tǒng)巨大的生態(tài)經(jīng)濟學效益對城市經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展有著無法取代的重要意義[1].近年來,沈陽作為國家森林城市,城區(qū)建設(shè)突飛猛進,園林綠化覆蓋率有了很大的提高[2].本研究結(jié)合沈陽市具體情況選取8項生態(tài)服務(wù)價值指標構(gòu)建評價體系,對11年間沈陽市城市綠地系統(tǒng)的服務(wù)價值進行量化評估,根據(jù)評估結(jié)果分析其動態(tài)變化,以期通過此次評估探索城市綠地各項生態(tài)服務(wù)功能差異,分析沈陽城市發(fā)展過程中綠地系統(tǒng)功能變化, 為今后定量化研究和綠地系統(tǒng)格局優(yōu)化提供參考,更好地為城市規(guī)劃與管理服務(wù).

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

沈陽市(41°11′51″～43°02′13″N,122°25′09″～123°48′24″E)位于中國東北地區(qū)南部,沈陽地處溫帶半濕潤大陸性氣候地區(qū),年降水600～800 mm,年平均氣溫6.2～9.7 ℃.全市總面積逾12 948 km2,市內(nèi)面積3 495 km2,下轄10個市轄區(qū)、2個縣,代管1個縣級市(圖1).沈陽市區(qū)處于

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖Fig.1 Location map of the research area

長白植物區(qū)系、蒙古植物區(qū)系和華北植物區(qū)系3個植物分布區(qū)的交匯地帶上,所以植物種類較豐富.沈陽市內(nèi)公園的樹木種類針葉樹樹種達18種、闊葉喬木樹種達63種、灌木達到50種以上.2005年沈陽市被授予“國家森林城市”稱號,截至2010年底,林木總面積660萬畝,林木覆蓋率33.9%,有林地面積486.5萬畝,森林覆蓋率25%,活立木蓄積量達1 300萬立方米[3].

1.2 研究方法

我們根據(jù)研究區(qū)的特點在Costanza研究成果的基礎(chǔ)上,結(jié)合沈陽市城市自然生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟特點進行篩選.沈陽市作為東北老工業(yè)基地,工業(yè)門類齊全,具有重要的戰(zhàn)略地位.近年來沈陽城市建設(shè)逐步擴展,但城市綠地建設(shè)尚未跟上城市建設(shè)的步伐,沈陽城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)相對落后于經(jīng)濟和社會的發(fā)展[4-5].為揭示沈陽市城市綠地生態(tài)服務(wù)功能的重要性,本研究選取8項評價指標,構(gòu)建生態(tài)服務(wù)價值評估系統(tǒng),包括水源涵養(yǎng)、固碳、釋氧、吸收SO2、吸收NOX、滯塵、降低噪音和降低溫度,計算綜合指標,評估近11年沈陽市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的變化.

資料數(shù)據(jù)來自沈陽市統(tǒng)計年鑒(2004—2014年)[6],沈陽市各年年降水量來自《遼寧省水資源公報》[7].生態(tài)服務(wù)價值評估體系中各重要數(shù)據(jù)來自公開發(fā)表的文獻資料,相關(guān)指標參數(shù)參考了國家統(tǒng)計局及相關(guān)權(quán)威部門公布的公共數(shù)據(jù),具體見本文生態(tài)服務(wù)價值各項指標計算公式.

(1) 水源涵養(yǎng)的實際價值.采用影子價格法

XW=S×(P-E-C)×FW.

(1)

式中:XW是城市綠地的水源涵養(yǎng)服務(wù)的實際價值;S是綠地面積,hm2;P是沈陽市各年年降水量,mm·a-1;E是城市綠地的蒸散量系數(shù),該系數(shù)為58.9%;C是地表徑流系數(shù),取溫帶落葉闊葉林該系數(shù)的值1.12%;FW是水庫工程單位庫容造價,取6.110 7元·m-3[8-13].

(2) 固碳的實際價值.目前,碳稅法在國際上被廣泛應(yīng)用于固碳價值估算

XC=1.63×S×TC×R碳×B年.

(2)

式中:XC是城市綠地固碳服務(wù)的實際價值;S是綠地面積,hm2;TC為碳稅率[9], 本文采用國際上被廣泛運用的瑞典碳稅率150美元/t,碳稅率根據(jù)美元匯率換算成人民幣,不同年份對應(yīng)不同的匯率(2004—2014年美元兌人民幣年平均匯率數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局),因此, 2004—2014年11年間各年度換算為人民幣后的數(shù)據(jù)依次為1 245、1 230、1 185、1 125、1 035、1 020、1 020、945、945、930和1 020元/t;R碳表示CO2包含的碳含量,參照2008年《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)規(guī)范》,取值27.27%;B年表示單位面積的綠地凈生產(chǎn)力t/(hm2·a-1),本文參考與沈陽市地理自然條件相似的北京地區(qū)2010年的植被凈生產(chǎn)力,取13.48 t/(hm2·a-1)[13].

(3) 釋氧的實際價值.本文采用工業(yè)上制造氧氣的影子價值法

XO=1.19×S×PO×B年.

(3)

式中:XO是城市綠地釋氧服務(wù)的實際價值;S是城市綠地面積,hm2;PO是工業(yè)上的氧氣價格,取近些年我國工業(yè)制氧價格均值,700元·t-1;B年是單位面積綠地凈生產(chǎn)力t/(hm2·a-1),本文取2010年北京地區(qū)植被凈生產(chǎn)力13.48 t/(hm2·a-1)[8-13].

(4) 吸收SO2的服務(wù)實際價值.本文運用市場價值法估算

XS=S×QS×FS.

(4)

式中:XS是城市綠地吸收SO2服務(wù)的實際價值;S是城市綠地面積,hm2;QS是單位面積的綠地年吸收SO2量,t/(hm2·a-1), 本文參考闊葉林對SO2的吸收能力為88.65 kg/(hm2·a-1);FS是SO2治理費用,元·t-1,本研究取工業(yè)上治理SO2的費用1 200元·t-1[8-13].

(5) 吸收NOX的實際價值.吸收NOX服務(wù)價值的計算

XN=S×QN×FN.

(5)

式中:XN是吸收大氣中NOX服務(wù)的實際價值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QN是單位面積的綠地年吸收NOX量t/(hm2·a-1), 本文取闊葉樹林對NOX的年吸收能力0.38 t·hm-2;FN指NOX治理價格,元·t-1,參考《排污費征收標準及計算方法》,取630元·t-1[8-13].

(6) 滯塵的實際價值.該項服務(wù)價值計算

XD=S×QD×FD.

(6)

式中:XD是城市綠地滯塵服務(wù)的實際價值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QD是單位面積的綠地年降塵量t/(hm2·a-1), 本文參考闊葉樹降塵能力,平均為10.11 t/(hm2·a-1),FD是降塵清理費用,元·t-1,取我國工業(yè)上削減粉塵的費用170元·t-1[8-13].

(7) 降噪的實際價值.本文采用影子工程法評估

(7)

式中:XN是城市綠地降噪服務(wù)的實際價值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;按市場上隔音墻的成本進行計算,據(jù)《評估規(guī)范》,將城市綠地面積折算成隔音墻千米數(shù)的價值;KN取40萬元·km-1[8-13].

(8) 降低溫度的實際價值.采用等效益替代法貨幣法計算

XT=0.278×10-6×S×QT×DT×FT.

(8)

式中:XT是城市綠地降低溫度服務(wù)的實際價值,元·a-1;S是城市綠地面積,hm2;QT是城市綠地夏季每天的蒸騰吸收熱量J/(hm2·d-1), 參考草地、喬木、灌-草和喬-灌蒸騰吸熱量的均值4.59×108J/(hm2·d-1);DT為城市綠地的夏季的降溫天數(shù),d·a-1, 勞動法規(guī)定公共場所室內(nèi)溫度超過30 ℃就需要開空調(diào)降溫,由于沈陽夏季空調(diào)開放時間為每年7、8月,按年使用空調(diào)60 d計;FT為電價,元·度-1, 按2004—2014年沈陽市電價均值0.5元計算[14].

對城市綠地生態(tài)服務(wù)價值的評價,本文運用全排列多邊形圖示指標法,不用專家主觀評判,降低了主觀隨意性[15],一旦確定相關(guān)的最大、最小、臨界值就能夠確定權(quán)重系數(shù)值,同時體現(xiàn)了單項指標和綜合指標.

各項分指數(shù)的計算運用以下標準函數(shù)公式:

(9)

式中:Si是某項標準化的分指數(shù);Xi是某年的實際價值,元;Ui和Li分別代表Xi的最大、最小值,元;Ti是臨界值,依據(jù)評估對象相關(guān)指標的平均值來確定,元.利用n個指標可以作出一個中心正n邊形,n邊形的n個頂點為Si= 1時的值,中心點為Si=-1時的值,中心點到頂點的線段為各項指標標準化值所在區(qū)間[-1,+1],而Si=0時構(gòu)成的多邊形為指標的臨界區(qū).臨界區(qū)的內(nèi)部區(qū)域表示各指標的標準化值在臨界值以下,其值為負;外部區(qū)域表示各指標標準化的值在臨界值以上,其值為正.

生態(tài)服務(wù)價值綜合指標按以下公式計算:

(10)

式中:C是某年綠地生態(tài)服務(wù)價值綜合指數(shù);Si和Sj代表第i和第j項生態(tài)服務(wù)價值分指標,根據(jù)計算所得的生態(tài)服務(wù)價值綜合指數(shù),結(jié)合各項分指數(shù)對沈陽市城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能進行綜合評價[16].

2 結(jié)果與分析

2.1 沈陽市城市綠地系統(tǒng)變化分析

2004—2014年沈陽市城市綠化覆蓋面積由20 118 hm2增加到29 482 hm2,其中建成區(qū)面積由10 603 hm2增加到19 427 hm2,園林綠地面積由19 441 hm2增加到28 724 hm2,其中建成區(qū)面積由9 962 hm2增加到17 757 hm2,人均公園綠地面積由8.23 m2增加到14.10 m2,公園建成區(qū)的綠地覆蓋率由36.44%增加到41.78%,城市對綠地建設(shè)也有了足夠的重視,公園數(shù)量從47個增加到66個(見表1),為市民提供休閑娛樂、鍛煉健身等功能.但自2011—2014年這4年來,綠地建設(shè)速度相對緩慢(見圖2).

表1 2004—2014年沈陽市城市綠地變化特征Table 1 Change characteristics of urban green space in Shenyang from 2004-2014

圖2 2004—2014年沈陽市城市綠地面積變化趨勢Fig.2 Variation trend of urban green area in Shenyang from 2004-2014

2.2 沈陽市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)的實際價值

根據(jù)8項指標評估公式計算得出表2.從表2可以看出,城市綠地服務(wù)功能總價值增加了1.74億元,從2004年的9.116 9億元增加到2014年的10.852 5億元,年均增長率1.76%,但遠低于沈陽市GDP的年均增長率14.9%.8項指標歷年均值由大到小依次為: 水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2.2004—2006年這3年間,沈陽市生態(tài)服務(wù)總價值依次為9.1億元、9.9億元、9.4億元,2007年后沈陽市生態(tài)服務(wù)總價值均穩(wěn)超10億,說明沈陽市加大了城市綠地建設(shè)的力度.

表2 2004—2014年沈陽市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實際價值Table 2 The actual value of urban green space system ecological service in Shenyang from 2004-2014

2.3 沈陽市城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值的分指數(shù)和綜合指數(shù)

根據(jù)標準函數(shù)公式處理沈陽市2004—2014年綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值實際價值Xi,并通過計算獲得各項分指標Si制作圖3.利用公式(10)計算出11年間沈陽城市綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)實際價值的綜合指數(shù)(IESE)分別為0.000、0.007、0.039、0.086、0.123、0.474、0.559、0.417、0.877、0.883、0.750(見圖4).計算結(jié)果表明,11年間,沈陽市綠地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值整體呈現(xiàn)波動化上升趨勢,這主要是由于沈陽市于2005年舉辦了第二屆“中國城市森林論壇”,在2006年承辦了中國沈陽世界園藝博覽會,在這兩年前后全市各區(qū)域?qū)G地建設(shè)加大投入,生態(tài)服務(wù)功能穩(wěn)步上升;2011小幅度下降后連續(xù)遞增兩年,2013年上升至最大值0.883,2014年又因降水量驟減出現(xiàn)小幅度下降,但整體來看,生態(tài)服務(wù)功能水平得到一定的提升.

由計算結(jié)果可見,2004年水源涵養(yǎng)功能對本年度的生態(tài)服務(wù)功能貢獻最大,但其他7項分指數(shù)均為最低值-1.000,這表明2004年的生態(tài)服務(wù)功能在11年間的貢獻力最差;2005年各項分指數(shù)最大和最小值分別為水源涵養(yǎng)和吸收SO2,這反映了綠地系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能對該年提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有重要意義,而吸收SO2的效益最弱;2006年固碳、釋氧分指數(shù)較大,而吸收SO2、水源涵養(yǎng)功能分指數(shù)較小,即固碳、釋氧這兩項功能為這一年供給了更多的生態(tài)服務(wù)價值,而水源涵養(yǎng)、吸收SO2功能則呈現(xiàn)相反趨勢;2007年水源涵養(yǎng)功能所提供的生態(tài)服務(wù)功能價值貢獻值最大,其他7個分指數(shù)相差不大;從2008年開始,除水源涵養(yǎng)分指數(shù)外,其他各項分指數(shù)呈穩(wěn)定上升態(tài)勢;2009—2011年,釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2這7項分指數(shù)數(shù)值相同; 2010年的生態(tài)服務(wù)功能在11年間表現(xiàn)最佳,水源涵養(yǎng)分指標達最大值1.000,表明水源涵養(yǎng)功能在該年達到最佳效果.而到2014年,受極端天氣影響,降水量驟減,僅為歷年的60%[17],降水量對水源涵養(yǎng)分指標影響嚴重,使其降低至最小值-1.000,表明此年該指標貢獻最弱.2004—2014年綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價值的8個分指數(shù)雖有所波動,但整體均呈升高趨勢,其中水源涵養(yǎng)受降水量影響波動較大,2004—2014年水源涵養(yǎng)分指數(shù)的值依次為-0.43、-0.06、-0.65、-0.23、-0.04、0.05、1、-0.59、0.56、0.57、-1.通過比較過去11年的生態(tài)服務(wù)功能,2014年除水源涵養(yǎng)外,各項分指數(shù)為最大值,2014年的綠地系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)能力得到改善,這說明《沈陽城市結(jié)構(gòu)性綠地控制規(guī)劃》取得了良好的成績和效果,進一步提高了城市綠地系統(tǒng)的功能及價值.

圖3 2004—2014年綠地生態(tài)服務(wù)功能價值各項分指數(shù)Fig.3 Each sub-index of the ecological service value of urban green space system from 2004-2014

圖4 2004—2014年綠地生態(tài)服務(wù)價值綜合指數(shù)Fig.4 The ESEI of ecological service values from 2004-2014

3 結(jié) 論

(1) 2004—2014年11年間沈陽市在城市綠地建設(shè)方面取得了顯著成績,11年間城市綠化覆蓋面積由20 118 hm2增加到29 482 hm2,尤其是2006年承辦了中國沈陽世界園藝博覽會,在籌備期間,全市的綠地面積和公園面積更是大幅度增長.

(2) 11年間沈陽市不斷完善城市綠地建設(shè),城市綠地生態(tài)服務(wù)功能總價值增加了1.74億元,年平均增長率為1.76%,其中在2013年生態(tài)服務(wù)功能價值達到最高值,為13.81億元;但生態(tài)服務(wù)功能總價值占當年GDP的比重下降,從2004年的0.51%降低至2014年的0.15%,這是因為相對于城市經(jīng)濟總量發(fā)展,生態(tài)服務(wù)功能價值量增長速度卻在下降,因此生態(tài)服務(wù)功能價值增長率明顯低于GDP增長率.

(3) 我們根據(jù)前面討論的各指標及綜合指標的計算結(jié)果進行分析,得出8項指標按貢獻價值從大到小依次為:水源涵養(yǎng)、釋氧、減噪、降低溫度、滯塵、固碳、吸收NOX、吸收SO2.雖然2004—2014年生態(tài)服務(wù)功能價值綜合指數(shù)呈波動性變化,但總體趨勢良好.

(4) 生態(tài)服務(wù)功能價值的評價是一個涉及多學科的復(fù)雜工程,主要包括經(jīng)濟、社會、文化、生態(tài)等.目前相關(guān)理論和實踐雖取得重大進展,但還是不夠成熟和統(tǒng)一.本文構(gòu)建的城市綠地生態(tài)服務(wù)評價體系包含了目前學者認為的相對重要的指標,還有一部分重要指標由于目前定量和評價方法缺乏研究未能計算在內(nèi),特別是對城市生態(tài)系統(tǒng)非常重要的文化功能,如游憩觀賞、教育、維持身心健康等[18].

目前沈陽城市綠地生態(tài)系統(tǒng)缺少大面積的綠地類型,多以零星分布的公共、道路、附屬綠地類型占優(yōu)勢,建議增加包括公園和以風景林為主的大面積綠地類型,并平衡各類型布局.本研究可以反映沈陽市綠地系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值變化,可以為城市規(guī)劃建設(shè)以及管理上提供啟示和借鑒,這對于實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.