苏州市2000—2014年生态系统服务价值及灰色模型预测研究

2020-04-13程媛媛周汉磊潘胜强周海江周天鹏陈德超伍燕南

苏州科技大学学报(自然科学版) 2020年1期

程媛媛，周汉磊，潘胜强，刘琦，周海江，周天鹏，陈德超，伍燕南

（苏州科技大学环境科学与工程学院，江苏苏州215009）

生态系统服务功能是指生态系统为人类生存及福祉所提供的直接与间接贡献[1－4]。影响生态系统服务功能的因素主要有五个：土地用途变化、外来物种入侵、过度开发、环境污染和气候变化[5]，其中土地用途变化是导致空间格局及生态服务功能变化的最重要因素[6]。因此，文中从土地用途角度，对苏州市2000—2014 年期间的生态服务价值的变化开展了研究，旨在掌握苏州市生态系统服务功能的变化特征，为资源更优化配置的实现及相关保护生态系统的政策制定提供理论基础。

当量因子法是由谢高地等学者建立的生态系统价值评估的常用方法之一，该方法针对农田、荒漠、水域、森林四种生态系统分别进行评估。在荒漠系统的生态评估中需要建设用地面积的数据支撑，而统计年鉴中建设用地的面积数据存在统计口径不一致的问题，如苏州统计年鉴中2008 年前的建设用地数据基于市区而统计，2008 年后的数据是基于市域而统计。该统计口径的不一致严重影响了荒漠生态系统服务价值的评估计算。因此，笔者通过建立灰色模型，预测相关年份的用地数据，并借助遥感解译方法对该模型进行验证与优化，从而提高荒漠生态系统服务价值评估计算的可行性与准确性。

近年来欧阳志云和谢高地等国内外学者对生态系统服务功能及其价值评估展开了深入研究[7－20]。欧阳志云等对生态系统服务功能的价值评估方法进行了研究，并基于科斯坦萨（Costanza）评估指标和方法对我国陆地生态系统的6 项服务功能进行了评估[21]；谢高地等在科斯坦萨（Costanza）的研究基础上，以调查问卷形式咨询了我国200 多位生态学家后，制定出我国陆地生态系统服务价值当量因子表[22]。部分学者从不同尺度对多种类型的生态系统进行了实例研究。 2012 年，世界自然保护联盟（IUCN）驻华代表朱春全先生提出了把自然生态系统的生产总值纳入国家可持续发展的评估核算体系[23]，从而进一步促进了生态系统服务价值评估的发展[24]。

尽管苏州处于长江三角洲平原地区，其高速的经济发展不可避免的影响着生态环境，如何保证生态建设和经济发展的双赢，是影响苏州可持续发展的核心问题[25]。部分学者对苏州森林资源或太湖水域的生态服务价值开展了相关研究，但针对苏州市整体生态系统服务价值的评估研究目前较少。因此，笔者拟对苏州市生态系统服务价值进行评估，厘清苏州市生态系统服务功能类型；通过计算其生态系统服务价值，定量分析生态系统在社会经济发展中的作用与功能，为苏州市生态系统走可持续发展道路提供理论依据。

1 研究区域与方法

1.1 区域概况

苏州市地处东经 119°55′～121°20′，北纬 30°47′～32°02′之间，东依上海，南傍浙江，西抱太湖，北临长江，总面积8 657.32 km2。境内河网密布，湖泊众多，三分之二太湖水面位于苏州境内，滩涂、湖泊、河流面积占全市总面积的36.6%，水域面积达到36 094 hm2[26]。苏州属亚热带季风海洋性气候，年平均气温16.9 ℃，年平均降水量1 745.5 mm。 2016 年末，苏州市实现地区生产总值15 475.09 亿元。苏州的主要粮食作物为小麦、水稻、大豆和玉米。

1.2 计算方法与数据来源

第一步：采用谢高地的当量因子法（见表1）对苏州市2000—2014 年期间的生态服务价值的变化进行计算与分析。（1）将面积为1 hm2的全国平均产量农田每年所产出的自然粮食经济价值视为1，其他生态系统某一服务价值当量因子数值则为该生态服务功能与农田食物生产服务功能价值的比值；（2）确定1/7 个单位的全国平均粮食单产市场价值为1 个生态服务价值当量因子的经济价值量。

当量因子法在区分不同生态系统服务功能的基础上，基于可量化的标准构建不同类型生态系统各种服务功能的价值当量来进行评估。该方法较其他方法，如服务价值法，更直观易用，数据需求较少，是适合我国生态系统状况和经济发展水平的一种生态系统服务价值评估工具[27]。很多学者采用了该方法对我国不同城市地区的生态系统服务价值开展了相关研究，如杜加强等采用该方法对重庆市生态系统服务价值进行了动态评估[28]。因此，当量因子法应用于苏州生态系统服务价值的研究与计算，在理论上是适用的，可行性较好。

表1 中国不同陆地类型生态系统单位面积生态服务价值当量表（2003）

第二步：基于苏州市用地现状，将苏州市土地利用类型分为耕地、园地、林地、水域、建设用地和未利用地六种类型，并建立各用地类型与生态系统类型的对应关系（如图1 所示）[29]。

第三步：数据主要基于《苏州统计年鉴》（2001 年鉴）和《中国物价年鉴》（2001 国物价年鉴）。针对2008年前后苏州市建设用地面积统计口径不一致的问题，文中采用了遥感图像解译和线性回归模型结合的方法，对2000—2007 年苏州市域建设用地面积进行了估算，结果见表2。

表2 苏州市2000—2007 年市域建设用地面积估算结果

由于缺乏2013 年和2014 年玉米的全国平均价格数据，文中采用回归系数为0.98 的指数回归模型对2013、2014 年数据进行预测；回归方程为 exp（0.080 3*X）*0.757 7（X 取 13、14）。预算结果见表 3。

1.3 计算过程与步骤

苏州生态系统服务价值的计算过程依据公式（1）、（2）、（3）主要有3 个步骤。

步骤1：依据公式（1），对苏州2000 年服务价值年度单位农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值（Ea）进行计算[30]

其中，Ea为单位面积农田生态系统提供食物生产服务的经济价值（元/hm2）；1/7，定义面积为1 hm2的全国平均产量农田每年所产的自然粮食的经济价值为1，确定1 个生态服务价值当量因子的经济价值量等于1/7个单位的全国平均粮食单产市场价值；i 为作物种类；mi为i 种粮食作物种植面积（hm2）；qi为i 种粮食作物单位面积产量（kg/hm2）；pi为 i 种粮食作物全国平均价格（元/kg）；M 为粮食作物种植总面积（hm2）。 Ea计算分两种方式：（1）用 2000 年不变价；（2）用当年价。

表3 单位面积农田生态系统的食物生产服务经济价值

步骤2：计算不同土地类型单位面积生态系统服务价值系数Ck（计算结果见表4、表5）

其中，Fky为k 类土地利用类型y 类生态系统服务功能的当量因子。

步骤3：计算苏州生态系统服务价值ESV（计算结果见表6）

其中，ESV 为苏州市生态系统服务价值（万元）；Ak为k 类土地利用类型的面积（hm2）。

表4 不同土地类型单位面积生态系统服务价值系数Ck（2000 年不变价）

表5 不同土地类型单位面积生态系统服务价值系数Ck（当年价）

表6 苏州市2000—2014 生态系统服务价值（不变价、当年价）与GDP

2 结果分析与讨论

2.1 生态系统服务总价值的变化

依据当量因子法，分别采用不变价（2000 年）和当年价计算生态系统服务价值，解析苏州市2000—2014年生态系统服务价值变化趋势（如图2 所示）。

图2 2000—2014 年苏州市生态系统服务价值及其与GDP 比值的变化趋势

不变价（2000 年）的变化曲线显示，苏州市生态系统服务价值总体呈缓慢上升趋势，由2000 年的198 亿增至2014 年的213 亿。当年价的变化曲线显示，苏州市生态系统服务价值从2000—2002 年期间较平稳，无明显变化；而2002 年后逐步上升，且上升幅度在2007 年后显著增大，由2008 年的352 亿增至2014 年的550 亿元，期间的年平均增长率为9.4%。

基于不变价（2000 年）计算得出的苏州市生态系统服务价值年平均增长率较小（0.5%），而采用当年价得到的年平均增长率较大（12.0%）。苏州市GDP 从2000 年的1 540 亿增至2014 年的13 760 亿，年平均增长率为52.9%，但生态系统服务价值与GDP 的比值（即ESV/GDP）不断缩小，分别从2000 年的12.85%减少到2014 年的1.6%（2000 年不变价）和4%（基于当年价）。这表明苏州市GDP 增长速度大于生态系统服务价值的增长速度，尚未实现经济发展与生态建设同步的目标。

2.2 生态系统服务功能价值组成结构变化情况

生态系统服务功能价值结构是指各项服务功能价值占总服务价值的比例[27，31－33]。从图3 和图4 来看，基于不变价（2000 年）和当年价两种方法解析出的苏州市2000—2014 年生态系统服务价值结构类似：占比最大的两大功能分别为水源涵养功能（约39%）和废物处理功能（约35%），体现出苏州水资源丰富的实际情况以及环境的纳污功能。娱乐文化和生物多样性保护的占比分别为8%和7%，其余五种服务功能价值总占比为11%左右。

图3 基于不变价（2000 年）的生态服务功能价值组成及其变化趋势

图4 基于当年价的生态服务功能价值组成及其变化趋势

2.3 土地利用类型及其面积的变化

苏州市2000—2014 年期间各土地利用类型的面积见表7，可以看出2000—2008 年期间耕地面积与水域逐步减少，建设用地面积显著增加。这主要由于苏州处于经济高速发展时期，土地利用变化频率较快[28]。2008—2014 年期间，林地面积显著增加（由52 739 hm2增至98 946 hm2），园地与水域面积保持稳定，建设用地面积小幅度增加，耕地面积略有降低。2007 年太湖水危机促使国家加强管理，并于2011 年实施《太湖流域管理条例》，因此，苏州市水域面积在此期间（即2008-2014 年）保持稳定。

表7 苏州市2000—2014 年各土地利用类型面积/hm2

2.4 土地利用类型及生态系统服务价值

基于不变价（2000 年）和当年价两种方法计算了各土地利用类型的生态系统服务价值。计算结果（如图5、图 6 所示）均显示水域生态系统服务价值占比最大（83%～84%），其次是林地（11%）和耕地（5%）；园地因面积和生态系统服务价值系数均相对较小，所以对应的生态系统服务价值也较小；城市建设用地其生态系统服务价值系数接近零，因此，忽略不计。