安徽省生态保护红线的生态系统服务价值评估

潘丽丽 吴楠

摘要 基于10 m分辨率的土地覆被数据，采用服务价值当量法，定量评价2017年安徽全省和红线内生态系统服务价值，并按红线内非生态用地的修复方案构建了5种未来土地覆被情景，分析全省和红线内服务价值变化对5种情景的响应。结果表明，2017年安徽省生态系统服务总价值达20 838.0亿元，红线内的服务价值总额7 346.4亿元，占比35.3%。通过划定红线保育服务价值的生态效益比达2.33。红线内水文调节服务价值突出，占红线总价值量的55.3%。随着红线内修复强度提升，红线内和全省的服务价值量以及红线内服务价值占全省的比重均呈现梯度增加，新增服务价值抵消生态工程花费所需时间逐渐缩短，可见修复强度的提升加速服务效益的累积，生态经济效益也更显著。

关键词 生态保护红线;生态系统服务价值;土地覆被;情景模拟;安徽省

Abstract Based on the land cover data with a resolution of 10 m，the ecosystem services value of Anhui Province and the Ecoredline region in 2017 were quantitatively evaluated by using the evaluation method for ecosystem services value based on per unit area.According to the restoration scheme of non ecological land in the Ecoredline region，five future land cover scenarios were constructed.The response of services value change in the whole province and the Ecoredline region to five different scenarios was analyzed.The results show that in 2017，the total value of ecosystem services in Anhui Province reached 2 083.80 billion yuan while the value inside the Ecoredline region was 734.64 billion yuan accounting for 35.3%.The ecological benefit ratio of conservation services inside the Ecoredline region reached 2.33.The value of hydrological regulation service inside the Ecoredline region was the highest，accounting for 55.3% of the total value of the Ecoredline region.With the improvement of the restoration intensity inside the Ecoredline region，the ecosystem services value of Anhui Province and Ecoredline region showed a gradient increase as well as the ratio of value inside the Ecoredline region to value of Anhui Province.The time required for the value of new services to offset the cost of ecological engineering was gradually shortening.It can be seen that the improvement of the restoration intensity accelerates the accumulation of services benefits，and the ecological economic benefits were more significant.

Key words Ecoredline region;Ecosystem services value;Land cover;Scenario simulation;Anhui Province

自2008年起，我國生态保护的重心逐渐转为“生态功能上的划区保护”[1]，通过划定生态保护红线战略，固定最重要的生态空间，禁止开发、保护和修复红线内的国土空间。根据《生态保护红线划定指南》（环办生态〔2017〕48号），生态保护红线是在生态空间范围内具有特殊重要生态功能、必须强制性严格保护的区域[2]。因此在红线划定过程中，需遵循生态系统服务评估的科学性和自然生态系统的整体性原则的同时，还需要兼顾部门事权和地方政府管理诉求，确保红线划得准、能落地、管得住。

按照中办、国办《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》（厅字〔2017〕2号）要求[3]，截至目前，包括安徽省在内的长江经济带沿线各省（直辖市）生态保护红线已经国务院批准，已由各省（直辖市）正式发布。生态保护红线维护了省内最优质生境质量的生态系统和最重要的生态系统服务功能，因此，分析红线在维护生态系统服务价值方面的生态效益，以此检验红线的划定成效就显得尤为必要和重要。

根据《安徽省生态保护红线》（皖政秘〔2018〕120号），全省红线总面积为21 233.32 km2，主要分布在皖西皖南山地丘陵区及江淮干流、沿岸湿地等生物多样性维护重要区域[4]，包含3大类16个片区，约占安徽省国土总面积的15.15%。该研究基于生态系统服务价值当量法[5-7]，以安徽省为例，定量评价2017年红线保育生态系统服务价值的效益，并按红线内非生态用地对应的修复方案构建未来地表覆被情形，模拟生态系统服务价值的提升状况，相关技术方法可为其他省份开展类似评估提供方法借鉴，分析评价结论可为红线保护修复方案及生态效益维护与提升提供参考和支撑。

1 資料与方法

1.1 研究区概况

安徽省地处我国华东地区（114°54′～119°37′E，29°41′～34°38′N），位于长江、淮河中下游（图1），省内多生态要素以秦岭-淮河地理分界线为界呈纵横双向过渡式。全省地势呈西南—东北降低的趋势，地貌类型齐全，主要包括沿江、淮河平原区，皖西、皖南丘陵区以及江淮间台地丘陵区。安徽省气候上主要呈现为湿润季风气候，属暖温带与亚热带过渡区，全年平均气温14～17 ℃，年平均降水量为773～1 670 mm，有南多北少的特点。截至2019年末，安徽省常住人口约7 119万人，常住人口城镇化率55.81%;经济总量突破3万亿元，三产结构8.8∶46.1∶45.1。常住居民人均可支配收入23 984元[8]。

1.2 数据来源及处理

2017年全国和安徽省土地覆被数据来源于世界首套10 m空间分辨率的全球土地覆盖产品（FROM-GLC10）[9]。该数据基于“少量全球样本稳定地表覆盖分类”理论，将2015年采集的30 m分辨率样本迁移到2017年10 m分辨率，进行全球地表覆盖制图。该数据划分的土地覆被类型包括1农田Cropland、2林地Forest、3草地Grassland、4灌丛Shrubland、5湿地Wetland、6水体Water、7冻原Tundra（安徽无此类）、8建设用地Impervious surface、9荒地Bareland、10冰雪Snow/Ice（安徽无此类）共10个类型（图2a）。

2011—2015年全国和安徽省生态系统净初级生产力（NPP）数据是基于光能利用率模型GLM_PEM计算获取的，数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http：//www.resdc.cn），空间分辨率为500 m×500 m。在ArcGIS 10.3的栅格计算器（raster calculator）中计算多年NPP的平均值（图2b）。

全省生态保护红线矢量数据来源于生态环境部门，永久基本农田（以下简称：永农）矢量数据来源于自然资源部门，城镇开发边界矢量数据来源于住房与城乡建设部门。

全国单位面积生态系统服务价值当量来源于文献[7]。有关经济社会统计数据来源于《安徽省统计年鉴2018》[10]和《全国农产品成本收益资料汇编2018》[11]。

统一数据采用2000国家大地坐标系统，高斯-克吕格投影，1985国家高程基准;数据预处理及叠加、统计分析等基于ArcGIS 10.6平台实现;相关数据生态服务价值的计算及统计等基于Excel实现。

1.3 土地覆被格局情景设定 根据目前安徽省红线内生态保护修复工程谋划和城镇建设用地扩张的需求，构建省域不同土地覆被格局情景进行模拟。①情景1：红线和永农内土地覆被不变，城镇按开发边界发展。②情景2：红线内弱修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内坡度15°以上农田转为林地，荒地全部转为林地，红线内自然保护地核心区内的建设用地转为林地，其余区域土地覆被相比2017年不发生变化。③情景3：红线内中修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内坡度6°以上农田转为林地，荒地全部转为林地，红线内自然保护地范围内的建设用地转为林地，其余区域土地覆被相比2017年不发生变化。④情景4：红线内强修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，红线内所有农田、建设用地和荒地均转为林地，其余区域土地覆被相比2017年不发生变化。⑤情景5：生态空间内强修复。永农内全部转为农田，城镇按开发边界发展，生态空间内所有农田、建设用地和荒地均转为林地，其余区域土地覆被相比2017年不发生变化（图3）。

1.4 价值当量法评价生态系统服务价值

基于单位面积价值当量因子的方法（以下简称当量因子法）[5，12]以区分多种类型生态系统服务功能为前提，以可量化的标准构建各项对应服务功能的价值当量，再结合生态系统分布面积进行评价[5-7，12]。由于当量因子法结论直观、操作简单且对数据要求低，因此在进行区域或全球尺度下生态系统服务价值评估常采用该方法[13-14]。

1.4.1 1个标准单位生态系统服务价值当量因子的价值量。

1个标准单位生态系统生态服务价值当量因子（以下简称标准当量）是指1 hm2全省平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值。参考谢高地等[5]的处理方法，将单位面积农田生态系统粮食生产的净利润作为1个标准当量因子的生态系统服务价值量。农田生态系统的粮食产量价值主要依据稻谷、小麦和玉米三大粮食主产物计算。其计算公式如下：

式中，W表示1个标准当量因子的生态系统服务价值量（元/hm2）;Ad、Ax和Ay分别表示2017年稻谷、小麦和玉米的播种面积占3种作物播种总面积的百分比（%）;Pd、Px和Py分别表示2017年全省稻谷、小麦和玉米的单位面积平均净利润（元/hm2）。依据《安徽省统计年鉴2018》[10]、《全国农产品成本收益资料汇编2018》[11]，得到2017年安徽省稻谷、小麦和玉米的播种面积分别为232.602万hm2（占比41.81%）、239.199万hm2（占比43.00%）、84.470万hm2（占比15.19%）。2017年安徽省稻谷、小麦和玉米的单位面积平均净利润分别为9 169.05、8 509.50、5 514.75元/hm2。由此计算安徽省W值为8 330.53元/hm2。

1.4.2 单位面积生态系统服务价值的基础当量。

单位面积生态系统服务功能价值的基础当量是指不同类型生态系统单位面积上各类服务功能年均价值当量（以下简称基础当量）。基于谢高地等[5-6]对生态系统服务价值的评价，该研究参考近年来主要基于功能价值量计算方法的生态系统服务价值评估研究成果，以千年生态系统评估法（MA）[15]为框架，将生态系统服务分为供给服务、调节服务、支持服务和文化服务4大类，并进一步细分为11种服务功能（表1），收集整理了各类公开发表的统计文献，以2010年卫星影像数据及气象数据代入改进的CASA模型[16]，计算得到净初级生产力（NPP）数据，结合专家经验构建了全国尺度下的不同类型生态系统及相应多种生态系统服务功能价值的基础当量（表1）。

安徽農业科学 2020年

1.4.3 单位面积生态服务价值当量的本地化校正。

生物量能够反映特定时刻单位空间内实际存在的有机总量，因此

在形成及积累过程中与生态系统的其他多种服务产生了交互影响。一般来说，生态系统服务价值与其生物量呈显著正相关，陆地生态系统的生物量越大，其保育和发挥的生态系统功能越强。为此，参考谢高地等[6-7]提出的价值当量修正方法，假设生态服务功能强度与生物量呈线性关系，采用生物量调整因子，按公式（2）将全国单位面积生态服务价值当量进一步修正为安徽省本地化的当量：

式中，Fniadj为i类生态系统类型在安徽省第n类生态服务的单位面积价值当量因子;Fni为全国平均i类生态系统的第n种生态服务价值当量因子;bi为安徽省i类生态系统类型近年来平均的NPP[g（C）/（m2·a）];Bi为全国范围i类生态系统近年来平均NPP[g（C）/（m2·a）]。

对近年平均NPP栅格数据在全国和安徽省各类土地覆被上进行分区统计，得到全国和安徽省各类土地覆被平均NPP值，经比对得到安徽省陆域生态系统的单位面积价值当量因子换算系数分别为农田1.30、林地1.20、灌丛1.29、草地2.64、荒地20.98，经换算修正为安徽省本地化的单位面积生态系统服务价值当量（表2）。

1.4.4 服务价值计算模型。生态系统服务价值的计算模型为：

式中，ESV为安徽省生态系统服务价值;Ai为第i类生态系统面积（hm2）;Fniadj为i类生态系统类型在安徽省第n类生态服务的单位面积价值当量因子;W为安徽省1个标准当量因子的生态系统服务价值（元/hm2）。

2 结果与分析

2.1 2017年生态系统服务价值

2.1.1 各生态系统类型的服务价值。

依据2017年安徽省土地覆被数据和生态保护红线范围，经GIS统计，林地、水体、农田依次为省内生态保护红线占比最高的土地覆被类型，三者面积之和占红线总面积的97.8%，其余土地覆被类型（建设用地、湿地、草地、灌丛、荒地）面积合计占比仅为2.2%。从划入红线的保护比例来看，红线内保护了全省48.8%的水体、35.5%的林地、32.1%的湿地和25.8%的灌丛，纳入红线的农田和建设用地比例相对很小，分别仅为全省的2.2%和2.0%（表3）。

结合修正后的安徽省各生态系统类型单位面积生态系统服务价值当量（表2）及1个标准单位生态系统服务价值当量因子的价值量（安徽省W值为8 330.53元/hm2），分别计算得到各类生态系统在全省和红线内的对应服务价值。经统计，安徽省生态保护红线内的服务价值贡献以水体和林地为主，二者提供的服务价值之和占红线总价值的97.7%，其余土地覆被类型（农田、湿地、草地、灌丛）提供的服务价值占比很小，合计仅占2.3%左右。2017年，安徽全省生态系统服务总价值达20 838.0亿元，生态保护红线内的服务价值总额达7 346.4亿元，占比35.3%。因此，占全省国土面积15.15%的生态保护红线，保护了全省35.3%的生态系统服务价值，红线划定保育生态系统服务价值的生态效益比达2.33（表3和图4）。

2.1.2 各生态系统服务类型的价值。

安徽省生态保护红线内的水文调节服务价值占红线总价值量的55.3%，是因为红线内包括了江淮大片水体及沿岸重要湿地，对整个区域的水文调节具有重要价值，同时调节服务中的气候调节和净化环境占比也相对较高。土壤保持和生物多样性价值在支持服务中占比较高，合计约占总价值量的11.1%，这体现了自然保护区和水产种质资源保护区物种保护的功能和陡坡林地的水土保持功能。除了维持养分循环服务，供给服务中的食物生产价值和原材料生产价值提供的价值量较少，分别占总价值量的1.2%和1.4%，这由红线非农业生产性为主的经营方式所决定。

从划入红线的生态系统服务价值保育比例来看，供给服务价值保育比例最高达41.3%，其次为调节服务（36.2%）、文化服务（34.2%）和支持服务（28.0%）。从生态系统服务的二级类型来看，保育比例最高的是水文调节服务（40.4%），其次是净化环境（35.9%）。需要说明的是：全省农田分布面积很大，由于农田的水资源供给服务价值是负值（农田耕种是耗水过程），全省整体水资源供给服务价值为-425.4亿元。但生态保护红线内农田分布很少，水资源供给更多的通过水体和林地来提供，抵消了为数不多的农田耗水负效应，因此红线内水资源供给服务价值为302.7亿元，大大提升了红线对于服务价值的整体保育比例（表4和图5）。

2.2 不同土地覆被格局情景下生态系统服务价值的响应

2.2.1 不同情景下各生态系统类型的服务价值。

经统计，5种情景模型下，红线内服务价值的贡献仍主要以水体和林地为主，随着修复模式强度的逐渐增加，二者提供的服务价值之和占红线总价值的比例也在逐渐上升，从情景1的97.7%梯度增加至情景4、5的98.8%。由于5种情景模型都设定了城镇按照开发边界大幅扩张（建设用地面积均增加到2017年的2倍以上），因此，不可避免地会侵占城镇周边高服务价值的林地、水体和农田，尽管各情景实施了各类生态修复措施，但仍然造成了全省生态系统服务总价值的下降，5种情景下的服务总价值均小于2017年现状。但随着修复模式强度的逐渐增加，从情景2至情景5，全省服务总价值是梯度攀升的，从18 797.8亿元增加至19 395.0亿元。

由于各类生态修复措施的实施，使保护地内建设用地逐渐退出还林、坡耕地退耕还林以及荒地复绿等，增加了红线内高服务价值的林地面积，因此情景2至情景5下红线内的服务价值总额相较于2017年现状均有所增加，并呈现梯度攀升趋势。由于红线价值增加、全省总价值减少，5种情景模型下生态保护红线的服务价值占全省价值总额的比例相较于2017年增加较多，其中情景4占比最高，达40.02%，情景1占比最低，为36.91%（2017年为35.25%）。因此，5种情景模型下，通过划定红线保育服务价值的生态效益比达2.44～2.64（表5）。

从拟实施的生态修复工程的成本效益分析，情景2～4对于红线内的生态修复强度逐渐增加，具体体现在林地面积的增加和农田、建设用地、荒地面积的减少。按照2017年安徽省山区造林成本取15万元/hm2（含植树的人工成本、树苗成本等。以乔木为主，乔、灌、地被群落式搭配，形成“复合”自然空间）[17-18]，相对于2017年土地覆被的现状，情景2约需要新增生态修复工程费用46.83亿元，情景3需要新增90.75亿元，情景4需要新增292.58亿元。通过计算得到情景2～4红线内的年生态系统服务价值相对于2017年分别增加了22.3亿、68.7亿和279.4亿元，新增生态系统服务价值抵消生态工程花费需要的时间分别约为2.1、1.3和1.0年。由此可见，修复强度的提升加速了服务效益的累积，并且相应的生态经济效益也更为显著。

2.2.2 不同情景下各生态系统服务类型的价值。

经统计，5种情景下，红线内的水文调节服务价值都较为突出，全部均占红线总价值量的50%以上。同时调节服务中的气候调节和净化环境占比也相对较高。土壤保持和生物多样性价值在支持服务中占比较高，合计约占总价值量的11%以上。除了维持养分循环服务，供给服务中的食物生产价值和原材料生产价值提供的价值量最少，合计仅占总价值量的2.6%以下。

从划入红线的生态系统服务价值保育比例（表6）来看，由于红线内水资源供给主要由水体和林地提供，抵消了极少量农田耗水负效应，红线内水资源供给（属供给服务类）价值保育比例极高，因此5种情景下均为供给服务价值保育比例最高（42.8%～47.3%），其次为调节服务（37.9%～40.9%）、文化服务（35.5%～40.1%）和支持服务（29.4%～32.7%）。从生态系统服务的二级类型（表6）来看，由于红线内生态系统类型以森林和湿地为主，其主要提供的水文调节和净化环境服务价值的保育比例也最高，分别达42.4%～45.0%和37.3%～41.7%。

随着红线内生态修复强度的提升，情景1至情景4下的红线内服务价值和红线对于4类服务价值的保育比例均呈现梯度增加，说明在红线内开展的生態修复工程能够有效地提升红线内生态系统服务的价值及其在全省服务价值中的占比，更好地巩固其作为国家和省域生态安全的底线和生命线的定位。情景5下由于全省服务价值相对最高，而其红线内服务价值与情景4相同，故情景5下红线对于4类服务价值的保育比例略低于情景4，与情景3基本持平（图6）。

3 讨论

该研究基于世界首套10 m空间分辨率的全球土地覆盖产品（FROM-GLC10），将遥感数据中土地覆被类型划归为生态系统类型，在利用服务价值当量进行生态系统服务价值化的过程中，会带来一定误差。例如水田和旱地同划归为农田，针叶林和阔叶林同划归为林地，草原和草甸同划归为草地，毫无疑问，上述两者的生物量和生态服务效益存在明显差异，但由于受到土地覆盖分类体系和精度的限制，计算过程中实际价值系数是相同的。未来将在数据精度允许的情况下，合理细分生态系统类型及修正价值系数。

此次对生态保护红线内服务价值进行测算与分析所采用的当量因子基于专家知识与国家生态系统现状特征，且针对安徽省内采用NPP因子进行空间校正，因此应用广泛且可操作性强。但对基于格局和过程的生态系统服务保育和发挥的空间相关性和异质性仍缺乏考虑。同时需注意到，当量因子法将建设用地价值定义为0，但存在某些建设用地仍具有文化美学价值的情况，将其价值定义为0，会对生态系统服务价值造成低估。

该研究涉及的5种未来土地覆被情景模型仅参考了省内现行的各种生态保护修复工程，从理论角度以3条控制线的管控原则、保护地的管理要求等为依据，采取红线中的保护地内建设用地逐渐退出还林、坡耕地退耕还林以及荒地复绿等措施进行构建，实际上，在自然修复为主、人工修复为辅的生态修复指导原则下，海拔、坡向以及土壤类型等因素也对植被生长及分布情况造成影响。未来研究重点将侧重在气候、地形及土壤数据等潜在的各类生态条件，同时结合经济发展、国土空间规划，以期更加合理地设置全省及红线内土地覆被情况，并在此基础上模拟相关生态效益，从而对全省和局部地区的生态环境质量改善和服务价值提升提供更有益的借鉴。

4 结论

（1）2017年，安徽省生态系统服务总价值达20 838.0亿元，红线内的服务价值总额达7 346.4亿元，占比35.3%。通过划定红线保育生态系统服务价值的生态效益比达2.33。

（2）2017年，全省生态保护红线内的服务价值贡献以水体和林地为主，二者提供的服务价值之和占红线总价值的97.7%;红线内水文调节服务价值突出，占红线总价值量的55.3%。

（3）鉴于城镇扩张的巨大压力，5种情景下全省生态系统服务价值相较于2017年均有下降。随着红线内修复强度提升，红线内和全省的服务价值量以及红线内服务价值占全省的比重均呈现梯度增加，在红线内开展生态修复能有效地提升红线内和全省的服务功能。

（4）随着红线内修复强度提升，情景2～4新增生态系统服务价值抵消生态工程花费需要的时间分别约为2.1、1.3和1.0年，修复强度的增加带来的服务效益是逐渐增加的，且生态经济效益也更为显著。

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