基于区位模型的四川森林生态服务价值核算研究

赵海凤，刘川源，鲁莎莎，张大红(.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 000； .北京林业大学，北京 00083)



基于区位模型的四川森林生态服务价值核算研究

赵海凤1，刘川源2，鲁莎莎2，张大红2
(1.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101； 2.北京林业大学，北京 100083)

从地形和气候两方面构建生态区位评价指标体系，探讨森林生态服务价值核算的新方法。同时，以四川省森林生态系统为例，利用区位系数对原有核算结果进行调整。结果表明，四川省森林生态服务价值总量增加，说明该省森林生态服务价值被原有核算方式低估；西部州市生态服务价值量增加，东部州市减少，说明该省生态脆弱州市较多，生态区位呈现明显的地带特征。调整后的结果能够反映出四川省不同地区森林生态系统的结构与功能差异，更准确地揭示出四川省森林生态系统在支持人类福利方面所起的作用。

森林生态系统；价值评估；区位系数

森林生态系统服务功能是指森林生态系统与生态过程所形成及所维持人类赖以生存的自然环境条件与效用[1]。森林生态系统服务价值包括直接价值和间接价值，间接价值即生态服务价值，不能在市场中进行交易，也无法用传统的市场价格法来计量，一般采用机会成本法、影子价格法、成本替代法等进行评估。已有研究主要集中在大区域尺度、同类型的生态系统上，因此在核算整个区域的生态价值量时，多是将被评估地区划分为不同的子生态系统区域，且各子区域单位量生态价值都采用统一单位价格[2-8]。但森林生态服务价值与自身的区位密切相关，统一单位价格的方法忽略了生态系统本身所具有的空间异质性和区域差异性。中国已有研究构建森林生态区位评价体系并测度生态区位系数，在评估森林生态服务价值时将区位因素考虑在内，唐秀美[9]根据北京市城市主体功能区划并结合区域的地貌等因素进行生态区位划分；齐丹坤[10-12]从生态环境现状和敏感性方面构建大小兴安岭森林生态区位评价指标体系，并测度不同等级森林的生态区位系数；李英[13]从生态环境现状、生态系统服务功能重要性和生态环境敏感性方面构建森林生态区位价值评估指标体系。但是，目前尚未形成一个统一的森林生态区位评价指标体系。指标应充分体现区位差异，而地形和气候是影响林业生态安全，造成森林空间异质性的重要因素[14-16]，尚未有研究从地形和气候要素评价森林生态区位。因此，本研究从地形和气候两方面构建生态区位评价指标体系，探讨森林生态服务价值核算新方法。同时，以四川森林生态系统为例，计算得到四川省各州市生态区位系数，对四川省森林生态服务基准价值进行调整。修正后的结果可以更精确反映四川不同州市的生态差异，为该省制定相关林业政策提供参考。

1 研究区域概况

四川省位于东经97°21′～108°31′，北纬26°03′～34°19′，由21个州、市构成。全省气候区域表现差异显著，东部冬暖、春旱、夏热、秋雨、多云雾，西部则寒冷、冬长、基本无夏、日照充足、降水集中、干雨季分明；气候垂直变化大，气候类型多；气象灾害种类多，发生频率高，范围大。地貌类型复杂多样，有平原、缓丘平坝、丘陵、低山、中山、高山、极高山、山原和高原，还有盆地、宽谷、峡谷、山间洼地、湖泊、沼泽、山岳冰川、岩溶地貌等，不同地区的光照、气温、降水等自然条件差异显著。因此四川省内不同州、市生态系统区位差异极大，在计量该省森林生态服务价值时，引入生态区位系数进行修正，可使核算结果更科学准确，对四川省生态环境质量评估和林业政策制定具有重要意义。

2 研究方法

2.1 数据来源

2012年四川省气候情景数据来自国家气候中心区域气候模式输出的1 km尺度降雨数据，并利用中国真实的降水数据对该模型降水数据进行校正。真实降水数据来自中国科学院地理科学与资源研究所人地系统主题数据库提供的全国1 km尺度月和年降水量数据。其他数据则来自四川省森林1∶10 000林相图、四川省森林二类调査数据、《四川省统计年鉴(2012)》和《四川省林业统计年鉴(2000—2012)》。

2.2 生态服务基准价值核算

采用市场价格法、影子价格法、替代成本法计算2012年四川省21个州、市森林生态服务价值，不同州市采用统一的单位价格核算，各地区求和后得出全省的生态价值量，包括固碳释氧价值、营养物质固持价值、土壤保持价值、涵养水源价值、生物多样性保护价值[17]。此核算方法中，该区域森林生态服务价值计算公式可表示为：

(1)

式中：vi(i=1，2，…，n)为该地区不同子区域的森林生态服务价值；aij为第i(i=1，2，…，n)个子区域内第j(j=1，2，…，m)类森林生态服务量；pj为第j类生态服务量整个区域内的统一单位价格。但是这种计算方法忽略了生态系统的区位差异，不能准确地反映不同区域的生态服务价值量。

2.3 生态服务价值修正

2.3.1 生态区位系数的引入 通过引入生态区位系数，可以对使用统一价格核算的森林生态系统服务价值进行修正，使结果包含生态区位因素。生态区位系数是指生态系统或生态单元内，由于其自然条件的不同体现出较大的差异性，用一些指标体现其差异性，并依据一定方法构建成系统性的系数，以反映该生态系统表现出的生态功能的大小，这样的系数叫做生态区位系数，简称区位系数。

2.3.2 生态区位评价指标 构建反映生态区位的指标体系。指标体系从地形和气候两大要素进行评价，地形要素细分为平均海拔、坡度、坡向3个因子，气候要素细分为年降水量、年日照时数、平均气温、年均积温、风速5个因子[18-21]。

1) 降水对森林生态服务价值影响主要是通过影响森林的生产力和物种分布而起作用的，森林的生产力随年平均降水的增加而呈非线性增加；

2) 温度通过影响森林生产力进而影响森林生态服务价值，其中森林生产力与年平均气温呈非线性递增关系；

3) 年均积温越大、年日照时间越长，越有利于植被的生长发育，本文中积温为日平均气温稳定在≥10 ℃的日均气温总和；

4) 日均风速会影响森林，树木的受损度随着风速的增加而线性增加；

5) 海拔高度是地形要素的一种表现，海拔越低，森林环境条件相对更好；

6) 坡度是影响林木生长的外界条件，在同一坡向上，坡度越小，光照增强，热量增加，且持水力大，土壤趋于肥沃，森林生态服务价值越高；

7) 坡向说明各森林景观在不同坡向的分布与树种的生理生态学特性密切相关，一般而言，阳坡森林环境条件较阴坡相对更好。

2.3.3 生态区位评价过程 1) 评价因子权重的确定。根据评价体系中的目标层、准则层和指标层对区位系数的影响程度，综合运用层次分析法和特尔菲法，确定各评价因子的权重。其中，评价目标层、准则层、指标层的权重为0～1，各目标权重值之和、同一目标下的各准则目标权重值之和、同一准则目标下的各指标权重值之和均为1。其中，指标层权重等量划分，准则层权重由所属指标权重合计求得(表1)。

表1 区位系数评价指标权重表 Table 1 Evaluation index weight table of location coefficient

2) 评价因子分级与赋值。根据指标的具体特征，将每个指标分为5个级别，分别赋值1～5，数值越大对于林业的发展越有利。目前尚缺少对每一指标分级区间划定的研究，因此对于每个指标分属不同级别的区间划定，主要通过参考一些基础性的文献得到，再结合区位系数的定义和应用范围最终确定(表2)。

表2 区位系数评价指标分级及分值表 Table 2 The classification and score of location coefficient of evaluation index

3)各因子叠加空间分析。利用ArcGIS空间分析模块中的栅格计算器，对各影响因子进行空间加权叠加分析，获得空间加权叠加分析结果图。

4)区位系数评价分区。将全省市域行政区划数据叠加于空间加权叠加分析结果图上，得出各市域行政区区位系数均值。

2.3.4 生态区位系数计算公式 具体的生态区位系数计算公式如下：

1)确定各评价因子现状分值。首先根据各参评单元评价因子的现状值、评价指标分级及其分值表，确定出各因子栅格图层现状区位系数评价指标分值空间分布图。

2)各因子栅格指标图层区位系数分值计算公式为：

Fij=Sij×Wij

(2)

式中：Fij为准则层i目标的j指标层因子区位系数分值；Sij为准则层i目标的j指标层因子的评价指标现状值；Wij为j指标层因子相对准则层i目标的权重值。

3)各栅格准则层区位系数分值公式为：

(3)

式中：Fi为准则层i目标区位系数分值；Fij为i准则层的j指标层因子区位系数分值；m为指标层评价因子个数。

4)目标层分值计算。全省每一个500 m×500 m区位系数综合分值公式为：

(4)

式中：F为区位系数综合分值；Fi为准则层i目标区位系数分值；Wi为准则层i目标相对总目标的权重值；n为准则层指标个数。

可根据上述(1)～(3)式，分别求出区位系数评价指标层分值、评价准则层分值、评价目标层分值，进而求出全省区位系数综合评价分值。

2.3.5 生态服务价值修正计算 被评价的各个区域生态区位系数的计算结果进行标准化处理，计算公式为：

(5)

将原有的森林生态服务价值量通过区位系数进行调整，公式为：

(6)

式中：V′为调整后的四川省生态服务价值量；vi为调整前四川省各州市生态服务价值量；γsi为四川省各州市生态区位标准系数；n为四川省州市个数。

3 结果与分析

3.1 生态区位系数计算结果

通过“区位因子空间叠加法”，即利用ArcGIS空间分析模块中的栅格计算器，对各评价因子进行空间加权叠加分析，获得空间加权叠加分析结果图(图1)，对该结果进行重分类，得到区位系数综合评价分值分级分区图(图2)。四川省各州市区位系数均值按其值高低可分为5个等级：1级区为内江市、南充市、广安市，2级区为自贡市、泸州市、遂宁市、眉山市、宜宾市、达州市、巴中市、资阳市，3级区为成都市、攀枝花市、德阳市、绵阳市、广元市、乐山市，4级区为雅安市、凉山州，5级区为阿坝州、甘孜州。

图1 四川区位系数栅格Fig.1 Location coefficient grid of Sichuan

图2 四川区位系数面状 Fig.2 Location coefficient planar of Sichuan

将四川省数据带入公式(5)，计算得出生态区位标准系数(表3)。

表3 四川省生态区位系数表Table 3 Location coefficient of Sichuan province

3.2 生态服务价值修正结果

将表3数据和生态服务基准价值数据由公式(6)计算后，对四川省森林生态服务基准价值的调整结果如表4，表中的计算误差为“区位系数”及“生态区位标准系数”保留小数点所致。

表4 四川省及其市州森林生态系统生态价值调整 (2012年) Table 4 The adjustment of forest ecology quantity of value in Sichuan province (2012)

经区位系数调整后，森林生态服务价值总量最大的3个市州是甘孜州、阿坝州与凉山州，各占全省的33.49%，23.14%与12.89%，说明四川省西部地区在该省生态中的地位十分重要。此外，四川省各州市的森林生态服务量均发生了变动。其中，部分州市调整后价值量提高，增幅从大到小依次为：甘孜州(44.76%)、阿坝(41.68%)、凉山州(17.27%)、雅安市(16.03%)、绵阳市(2.84%)、攀枝花市(1.83%)；出现减少的州市按减少幅度由大到小依次为南充市(-14.01%)、广安市(-12.88%)、内江市(-11.86%)、达州市(-10.27%)、遂宁市(-9.56%)、眉山市(-9.12%)、巴中市(-9.12%)、宜宾市(9.09%)、资阳市(-8.91%)自贡市(-8.66%)、泸州市(-7.48%)、德阳市(-4.41%)、成都市(-3.99%)广元市(-3.48%)乐山市(-1.58%)。地形气候复杂的西部州、市生态服务量出现增加，东部州市减少。说明原有的核算方法低估了西部高原山地区域的生态价值，而东部平原丘陵区域生态服务价值被高估。不同州市的变动幅度相差大，说明四川各地区生态区位差异明显。

4 结论

本研究从地形和气候两方面构建生态区位评价指标，并以四川为例，使用生态区位系数对该省森林生态服务基准价值进行了修正。研究结论如下：

1)计算得到四川省各州、市生态区位系数，四川省生态区位呈现明显的地带特征，东强西弱，说明四川省西部森林生态系统具有更高的生态服务价值。

2)由区位系数修正后的四川省森林生态系统的生态服务价值总量增加至54 191 255万元，比基本量(调整前)增加22.69%，表明四川省森林生态系统生态脆弱地区较多，同时也说明存在区域生态差异的情况下，这种调整更具合理性。该结果与四川省生态环境质量状况相一致，对指导生态环境政策以及制定生态补偿标准具有重要意义。

3)从地形、气候2方面构建生态区位系数评价指标，是对现有生态区位评价体系的发展和补充。经区位系数修正后的四川省森林生态服务价值，包含了区位因素，克服了以往评估方法中各个子区域采用统一单位价格造成的偏差。生态区位系数将不同区域之间的自然差异性纳入计算模型，增加了生态脆弱地区的生态服务价值，是对森林生态服务基本价值的合理修正。

4)本研究的区位评价指标体系只考虑地形和气候两方面的因素，并不能包括所有生态区位因素，森林生态系统与河流湖泊的距离、不同的生态管理也会影响到森林的生态服务价值[22]。未来的研究可以将更多因素考虑在内，使生态区位指标体系更加完整科学。

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(责任编辑：马红春)

Study on the forest ecological services value accounting in Sichuan based on the location factor model

ZHAO Haifeng1, LIU Chuanyuan2, LU Shasha2, ZHANG Dahong2
(1.Institute of Geographic Science and Natural Resource Research, CAS, Beijing 100101,China； 2.Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

This study focuses on the forest ecological services value accounting and constructs the ecological location evaluating index in an innovative way from the terrain and climate perspectives. Meanwhile, Sichuan province is taken as an example to illustrate the forest ecosystem in this study and to adjust the location coefficient. After the adjustment, the total value of Sichuan become higher, which means the value was underestimated by the fomer method, while the eastern parts become higher and western parts become lower, which suggests that there exist a number of fragile parts in Sichuan and a zonal characteristic. The location factor model includes location factors which can reflect the ecological information in different regions of Sichuan province more precisely. It can also demonstrate the importance of forest ecosystem services for mankind′s welfare.

forest ecosystem; value accounting; location factor coefficient

2015-08-01

国家林业局林业生态安全指数研究项目(ZDWT201415)

赵海凤(1977-)，女，辽宁沈阳人，博士后，主要从事生态经济领域研究。

张大红(1959-)，男，重庆涪陵人，教授，博士研究生导师。

1000-2340(2015)06-0831-07

F307.2

A