福州市土地生態系統服務功能價值的評估1)

胡喜生 洪 偉 吳承禎

(福建農林大學，福州，350002)

國內外對生態系統服務功能價值的核算，絕大部分都是沿用Costanza等人［1］關于全球生態系統服務功能價值的估算方法。謝高地等人根據Costanza等人的研究成果，制定出我國生態系統生態服務價值當量因子表［2］，然而均未考慮建設用地的服務價值(一般都假設為零)［3－4］;對生態系統服務功能總值的計算一般只考慮生態服務價值，而未考慮經濟服務和社會服務功能價值。針對上述存在的問題曹順愛等［5］、董家華等［6］提出了城市建設用地生態服務功能的計算方法，并對服務功能總價值進行了修正，使得結果更加客觀;宗躍光等［7］對靈武市生態系統服務價值以及陶星名等［8］對杭州市生態系統服務價值的測算中提出:生態系統除了具有自然資本外，還有經濟資本和社會資本，前者包括各行業的GNP，后者則包括居住、就業、文教、醫療、行政等功能。然而在靈武市和杭州市生態系統服務價值的估算中，存在幾個問題:其一，經濟資本為城市各項產業的單位面積GNP的累加，造成了建設用地單位面積經濟資本的倍數效應，夸大了其經濟功能;其二，經濟資本中各行業的GNP實際上已包括了社會資本中的就業資本，因此，在社會資本中將就業資本單列會造成重復計算;其三，由于缺乏數據的必要來源，造成耕地、林地、草地等生態用地的經濟資本和社會資本估算值偏低。鑒于此，本研究只對生態系統的生態服務功能進行探討。

1 研究區概況

福州位于福建省中部東端，臺灣海峽西岸，地處東經118°08＇～120°31＇，北緯 25°15＇～ 26°39＇。東臨臺灣海峽，西靠三明市、南平市，南鄰莆田市，北接寧德地區?，F轄鼓樓區、臺江區、倉山區、晉安區、馬尾區、閩侯縣、連江縣、羅源縣、閩清縣、永泰縣、平潭縣、長樂市、福清市等5區6縣2市。居民以漢族為主，畬、滿、苗、蒙古、回等12個少數民族聚居或雜居其間。境內地形復雜，地貌多樣，南部為福州盆地的大部分，北部為山地，從西南向東傾斜，西部為中低山地，東部丘陵平原相間，鷲峰、戴云兩山脈斜切南北，閩江橫貫市區東流入海。海岸線曲折迂回，長達1 148.8 km，海岸直線距離為146 km。沿海大小島嶼316個，平潭島245 km2，為全國第五大島。屬亞熱帶海洋性季風氣候，溫暖濕潤，雨量充沛。全年無霜期326 d，年平均氣溫19.6℃，年降水量900～2 100 mm。風向受地貌影響很大，風速由沿海到山地遞減顯著，6—9月為臺風季節，最大風力可達12級。

2 研究方法

2.1 土地利用資料來源

本文所涉及的福州市土地利用基礎數據來源于1985—2007年土地利用變更調查資料，將土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地。

2.2 土地利用程度計算方法

參照劉紀遠等人［9］提出的土地利用程度分級標準進行分級(表1)，計算土地利用程度綜合指數，從而量化土地利用程度的高低，具體計算公式為:

式中:D為土地利用程度綜合指數;Ai為第i級土地利用程度分級指數;Ci為第i級土地利用面積;Hj為土地利用評價區域內土地的總面積。

土地利用程度綜合指數既能反映不同區域的自然地質地貌對土地利用的制約作用，又能反映人類對土地利用的強度，進而反映出人類的開發利用活動對生態系統所造成的影響［10］。

表1 土地利用程度分級賦值

2.3 土地生態系統服務價值估算方法

2.3.1 非建設用地生態系統服務價值估算方法

1997年，Costanza等［1］提出了生態系統服務價值估算的原理及方法，具有明確的科學意義，但在該項研究中某些數據存在較大偏差，如對濕地的估計偏高，對耕地的估計又過低等。為此，謝高地根據Costanza等研究成果及其上述的不足之處，在對我國200位生態學者進行問卷調查的基礎上，制定出我國生態系統生態服務價值當量因子表［2］。生態系統服務價值當量因子是根據農田生態系統自然糧食產量的經濟價值來計算其它生態系統服務功能的經濟價值。

式中:Pa為一個服務價值當量因子的經濟價值量;pi為i類土地生態系統單位面積的經濟產值;Pij為i種土地生態系統j種服務功能的單位面積價值;eij為i種土地生態系統j種服務功能的當量數。

本文所指非建設用地包括耕地、園地、林地、草地、水域以及未利用土地，其單位面積服務價值根據式(2)和式(3)計算。

2.3.2 建設用地生態系統服務價值估算方法

本文所指建設用地包括城鎮及工礦、交通運輸用地，其服務價值采用替代成本法、防治成本法等間接市場法來估算，從而為城市生態服務價值的修正提供依據［5－6，8］。其中氣體調節的影響價值采用防治成本法測算;水源涵養的影響價值采用替代成本法測算;廢物處理的影響價值采用防治成本法測算;氣候調節、土壤形成與保護、生物多樣性保護、原材料的影響取值為 0［4］。

建設用地氣體調節生態價值的計算公式:

式中:Pt為建設用地氣體調節單位面積生態價值;Qt為t類廢氣排放量;Ct為治理t類廢氣所需的成本;Su為建設用地總面積。

建設用地水源涵養生態價值計算公式:

式中:Pw為建設用地單位面積水源涵養生態價值;W為用水總量;P為水單價(按1.70元·t－1計算);Qw為廢水排放總

量;Cw為治理廢水所需的成本;Su為建設用地總面積。

建設用地廢物處理生態價值計算公式:

式中:Pr為建設用地廢物單位面積生態價值;Qr為廢物排放量;Cr為治理廢物所需的成本;Su為建設用地總面積。

福州市為歷史文化名城，具備一定的旅游開發潛力，但是缺乏必要的數據，因此，本文將年鑒中旅游總收入在建設用地、水域和森林三者間平灘，作為建設用地的娛樂文化價值。

2.3.3 土地生態系統服務單位價值的確定

由于福建省特殊的地形特征，素有“八山一水一分田”之稱，丘陵、山地的比例占絕對優勢，因此，僅以農田糧食產量作為核算基礎，計算結果誤差將較大，為此，本文提出根據種植面積較大的農作物(包括糧食、蔬菜、果樹、茶葉等)的單位面積經濟價值來計算其他生態系統服務功能的經濟價值。表2給出了各種主要作物面積、產量、總產值［11］，在此基礎上經計算得到各種主要作物單位面積價值，其中茶葉單位面積價值最高，達54216.87 元·hm－2，其次是蔬菜，達 28 846.15 元·hm－2，單位面積價值最低的是糧食，為11684.92元·hm－2。根據式(2)計算出福州市每個當量的生態服務價值為4262.73元。

表2 福州市2009年主要作物面積、產量和價格

根據謝高地等的研究［2］及福州市的具體情況，將各種土地利用類型與最接近的生態系統類型聯系起來，從而給出各種土地生態系統單位面積的服務價值當量數，其中耕地與農田對應，林地與森林對應，園地取森林、草地的平均值［8］，水域與水體對應，未利用地取難利用地(荒漠)的對應值。根據式(3)計算出福州市不同土地生態系統的單位面積生態服務價值(表3)。其中建設用地的氣體調節、水源涵養、廢物處理單位面積價值根據式(4)～式(6)計算，城市“三廢”的排放量及治理費用數據來源于《2010福州統計年鑒》［12］。

2.3.4 土地生態系統服務總價值估算方法

根據各類土地生態系統面積和服務功能的單位面積價值，區域總的服務價值為:

其中:V為區域土地生態系統服務總價值;Ai為各類生態系統的面積;Pij為i種土地生態系統j種服務功能的單位面積價值。

2.3.5 土地生態系統單位面積服務價值敏感度

考慮到氣候、科技進步、人為干擾等因素對各種生態系統生物量的影響，通過對相應的生態系統服務價值進行調整，即在表4單位面積服務價值的基礎上調整50%［4，13］，運用下式對其敏感度(CS)進行分析，其計算公式:

式中:CS代表敏感度;V代表土地生態系統總服務價值;U代表單位面積服務價值;i和j分別代表最初的單位面積服務價值和調整后的單位面積服務價值;k代表土地生態系統類型。如果CS＞1，表明土地生態系統服務價值對單位面積服務價值敏感;反之，如果CS＜1，表明土地生態系統服務價值對單位面積服務價值不敏感。

表3 福州市土地生態系統單位面積服務價值 元·hm－2·a－1

3 結果與分析

3.1 福州市土地利用變化規律

從表4可以看出，1985—2007年間福州市土地利用類型變化很大。1985—1996年，耕地和園地面積增加幅度較大，分別占土地總面積的3.79%和2.36%，而水域面積急劇下降，幅度達6.89%，而建設用地面積變化不大，說明福州市在1985—1996年間城市化進程較慢，但未注意保護水域，該期間福州市土地利用變化以水域向耕地和園地的轉換為主，說明農業發展仍占有一定份量;1996—2007年，建設用地的增加幅度較大，占土地總面積的1.77%，而其它用地的變化幅度不大，說明福州市雖然在該期間城市化進程較快，但同時也注意生態用地的保護。

根據式(2)計算可知，福州市的土地利用程度在1985—2007年間呈加大趨勢，1985年、1996年、2007年土地利用程度綜合指數分別為 2.14、2.19 和 2.21。

表4 1985—2007年福州市各土地利用類型面積及其變化

3.2 福州市土地生態系統服務價值變化規律

根據表4福州市土地生態系統服務單位面積價值的數據以及1985年、1996年和2007年3期的土地利用變更數據，通過式(7)計算得到福州市1985—2007年的土地生態系統服務價值和福州市1985—2007年各項生態服務功能的價值(表5、表6)。

表5 福州市1985—2007年土地生態系統服務價值

測算結果表明(表5)，1985—2007年福州市土地生態系統服務價值變化的總態勢是逐年遞減。其中，1985—1996年間，福州市土地生態系統服務價值由874.87億元降低至1996年的745.67億元，年均降低11.75億元。主要原因是水域的面積有較大減少，使得福州市土地生態服務總價值降低;1996—2007年，福州市城市化進程加速，造成了生態用地的不合理轉化，服務價值較高的耕地、未利用地土地轉出，而服務價值為負的建設用地增加，導致了土地生態系統服務價值總體呈下降趨勢，從1996年的745.67億元下降到2007年的743.82億元，年均減少1 690.50萬元。在1985—2007年間，福州市土地生態系統服務價值的變化呈現出前期降低較快，而后期降低較緩慢。這說明后期福州土地利用類型的轉換較合理，注意對生態用地的保護。

從1985—2007年福州市土地生態系統服務價值的構成看(表5)，歷年林地生態系統產生的服務價值均最大，約占總價值的71.21% ～84.04%，且比例呈歷年增加的趨勢;其次是耕地、園地、草地和水域，其中水域的服務價值比例變化較大，由占總價值的20.15%降低到1996年和2007年的1.80%和1.99%，而耕地、園地和草地的服務價值的比例1985—2007年變化幅度不大。值得注意的是，1996—2007年水域面積減少部分只占土地總面積的7%左右，然而其服務價值減少的量卻占總服務價值的18%左右，這說明其水域面積的變化對總體價值的變化起到關鍵的作用，在生態環境保護和城市建設時應予以特別關注。

3.3 福州市土地生態系統服務功能變化規律

從1985—2007年福州市土地生態系統服務功能的價值構成看(表6)，1985年價值大小依次為水源涵養＞土壤形成與保護＞廢物處理＞生物多樣性保護＞氣體調節＞氣候調節＞原材料＞娛樂文化＞食物生產;1996年價值大小依次為土壤形成與保護＞氣體調節＞生物多樣性保護＞水源涵養＞氣候調節＞原材料＞廢物處理＞娛樂文化＞食物生產;2007年價值大小依次為土壤形成與保護＞氣體調節＞生物多樣性保護＞水源涵養＞氣候調節＞原材料＞廢物處理＞娛樂文化＞食物生產。其中1985—1996年各項服務功能價值變化趨勢較明顯，主要表現在水源涵養功能由173.68億元降低到105.33億元，廢物處理功能由121.82億元降低到62.75億元，而土壤形成與保護功能由128.25億元增加到135.35億元，其它服務功能的變化趨勢不明顯，主要原因是水源涵養和廢物處理生態功能系數較大的水域面積減少較多，土壤形成與保護生態功能系數較大的耕地和草地面積明顯增加;而1996—2007年各項服務功能價值的構成變化趨勢不大。

表6 福州市1985—2007年各項生態服務功能的價值

3.4 福州市土地生態系統的敏感性

根據敏感度(CS)的計算公式(式(8))，把各種土地生態系統類型的單位面積服務價值分別上下調整50%，得出福州市1985—2007年的敏感度。由表7可知，福州市土地生態系統服務價值對單位面積服務價值的敏感度變動較大，但是不同年份之間差別較小，而且均小于1;耕地、園地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地的敏感度介于0～0.84之間，這表明福州市土地生態系統服務價值缺乏彈性，研究結果是可信的。其中林地的敏感度系數最大，1985、1996和2007年敏感度值介于0.71～0.84之間，遠遠大于其他生態系統的敏感度值，這與林地的占地面積大、單位面積服務價值高有關;水域占地面積雖小，但其生態系統服務功能強大，產生了相當大的價值，故其在1985年敏感度值也較高，其值為0.20，而在1996年和2007年其占地面積急劇減少，導致其敏感度也急劇下降。敏感度分析也從另一個角度反映了各個生態系統對服務總價值的影響程度。

表7 1985—2007年福州市土地生態服務功能價值敏感度

4 結論與討論

通過1985、1996和2007年的土地利用變更數據對福州市土地生態系統服務價值進行了估算，并分析了其變化特點。1985—2007年間福州市土地利用類型變化很大。1985—1996年，耕地和園地面積增加幅度較大，分別占土地總面積的3.79%和2.36%，而水域面積急劇下降，幅度達6.89%，而建設用地面積變化不大;1996—2007年，建設用地的增加幅度較大，占土地總面積的1.77%，而其它用地的變化幅度不大;1985年、1996年、2007年土地利用程度綜合指數逐漸增大，分別為2.14、2.19和 2.21。1985—2007年福州市土地生態系統服務價值變化呈現逐年遞減的態勢。其中，1985—1996年間，福州市土地生態系統服務價值由874.87億元降低至1996年的745.67億元，年均降低11.75億元;從1996年的745.67億元下降到2007年的743.82億元，年均減少1 690.50萬元;在1985—2007年間，福州市土地生態系統服務價值的變化呈現出前期降低較快，而后期降低較緩慢。這說明后期福州土地利用類型的轉換較合理，注意了對生態用地的保護。在福州市，歷年林地生態系統產生的服務價值均最大，約占總價值的71.21% ～84.04%，且比例呈逐年增加的趨勢;其次是耕地、園地、草地和水域，其中水域的服務價值比例變化較大，由占總價值的20.15%降低到1996年和2007年的1.80%和1.99%，而耕地、園地和草地的服務價值的比例1985—2007年變化幅度不大。在各項服務功能中，土壤形成與保護、氣體調節和水源涵養產生的價值最大，三者合計約占總價值的46%。1985年，生態系統各功能價值大小依次為水源涵養＞土壤形成與保護＞廢物處理＞生物多樣性保護＞氣體調節＞氣候調節＞原材料＞娛樂文化＞食物生產;1996年和2007年各項服務功能產生的價值比例變化不大，大小依次為土壤形成與保護＞氣體調節＞生物多樣性保護＞水源涵養＞氣候調節＞原材料＞廢物處理＞娛樂文化＞食物生產。福州市土地生態系統服務價值對單位面積服務價值的敏感度變動較大，但是不同年份之間差別較小，而且均小于1;耕地、園地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地的敏感度介于0～0.84之間，這表明福州市土地生態系統服務價值缺乏彈性，研究結果是可信的。其中林地的敏感度系數最大，1985、1996和2007年敏感度值介于0.71～0.84之間，遠遠大于其他生態系統的敏感度值。

福州市1996—2007年水域面積減少部分只占土地總面積7%左右，然而其服務價值減少的量卻占總服務價值的18%左右，這說明其水域面積的變化對總體價值的變化起到關鍵的作用，在生態環境保護和城市建設時應予以特別關注。林地在福州市土地利用總面積中所占的比例較大且單位面積服務價值高，導致其敏感度較高，在城市建設過程中應注重對林地的保護。

本文對福州市土地生態系統服務價值的計算主要依據為Costanza等［1］以及謝高地等［2］的研究。但由于生態系統的動態性、復雜性、非線性，以及方法手段的有限性，導致重復計算、功能遺漏換等問題的存在，決定了計算結果的粗略性［14－16］。土地利用的分類和自然生態系統類型并非完全對應，同一土地利用類型一級分類目錄中包含有多個二級分類目錄，即包含多個不同的生態系統，因此各種生態系統單位面積服務價值的取值只是一種近似值。此外，城鎮建設用地中具有一定比例的綠地，其服務價值并非為零或負值，應單列計算，另外城鎮建設用地主要承擔經濟和社會服務功能，因此計算該類型生態系統服務價值如果忽略綠地以及其經濟和社會服務價值的存在，會造成建設用地服務價值的低估。本文是對福州市行政范圍內總體服務價值的評估，因此其總服務價值的大小受行政區劃的影響，而實際上服務價值具有開放性的特征，因此對服務價值的估算除考慮行政區劃的因素外，還應考慮自然地理要素的完整性及相對獨立性。本文未對區域之間服務價值差異及其與城市化影響因素之間的關系進行對比，尤其缺乏對邊際變化為社會帶來的成本和收益的研究。

［1］Costanza R，d’Arge R，de Groot R，et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capital［J］.Nature，1997a，387:253－260.

［2］謝高地，魯春霞，冷允法，等.青藏高原生態資產的價值評估［J］.自然資源學報，2003，18(2):189－196.

［3］歐陽志云，王效科，苗鴻.中國陸地生態系統服務功能及其生態經濟價值的初步研究［J］.生態學報，1999，19(5):607－613.

［4］李文楷，李天宏，錢征寒.深圳市土地利用變化對生態服務功能的影響［J］.自然資源學報，2008，23(3):440－446.

［5］曹順愛，吳次芳，余萬軍.土地生態服務價值評價及其在土地利用布局中的應用:以杭州市蕭山區為例［J］.水土保持學報，2006，20(2):197－200.

［6］董家華，舒延飛，謝慧，等.城市建設用地生態服務功能價值計算與應用［J］.同濟大學學報:自然科學版，2007，35(5):636－640.

［7］宗躍光，徐宏彥，湯艷冰，等.城市生態系統服務功能的價值結構分析［J］.城市環境與城市生態，1999，12(4):19－22.

［8］陶星名，田光明，王宇峰，等.杭州市生態系統服務價值分析［J］.經濟地理，2006，26(4):665－668.

［9］劉紀遠.中國資源環境遙感宏觀調查與動態研究［M］.北京:中國科學技術出版社，1996:171－188.

［10］岳書平，張樹文，閆業超.東北樣帶土地利用變化對生態服務價值的影響［J］.地理學報，2007，62(8):879－886.

［11］《福州年鑒》編纂委員會.福州年鑒2010［M］.北京:方志出版社，2010.

［12］福州市統計局.2010福州統計年鑒［M］.北京:中國統計出版社，2010.

［13］王成，魏朝富，邵景安，等.區域生態服務價值對土地利用變化的響應:以重慶市沙坪壩區為例［J］.應用生態學報，2006，17(8):1485－1489.

［14］Limburg K E，O’Neill R V，Costanza R，et al.Complex systems and valuation［J］.Ecological Economics，2002，41:409－420.

［15］Turner R K，Paavola J，Coopera P，et al.Valuing nature:Lessons learned and future research directions［J］.Ecological Economics，2003，46:493－510.

［16］Costanza R，Cumberland J，Daly H，et al.An introduction to ecological economics［M］.Florida:St Lucie Press，1997.