基于區(qū)位模型的四川森林生態(tài)服務(wù)價值核算研究

趙海鳳，劉川源，魯莎莎，張大紅(.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 000； .北京林業(yè)大學(xué)，北京 00083)

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基于區(qū)位模型的四川森林生態(tài)服務(wù)價值核算研究

趙海鳳1，劉川源2，魯莎莎2，張大紅2
(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101； 2.北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

從地形和氣候兩方面構(gòu)建生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo)體系，探討森林生態(tài)服務(wù)價值核算的新方法。同時，以四川省森林生態(tài)系統(tǒng)為例，利用區(qū)位系數(shù)對原有核算結(jié)果進行調(diào)整。結(jié)果表明，四川省森林生態(tài)服務(wù)價值總量增加，說明該省森林生態(tài)服務(wù)價值被原有核算方式低估；西部州市生態(tài)服務(wù)價值量增加，東部州市減少，說明該省生態(tài)脆弱州市較多，生態(tài)區(qū)位呈現(xiàn)明顯的地帶特征。調(diào)整后的結(jié)果能夠反映出四川省不同地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能差異，更準(zhǔn)確地揭示出四川省森林生態(tài)系統(tǒng)在支持人類福利方面所起的作用。

森林生態(tài)系統(tǒng)；價值評估；區(qū)位系數(shù)

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1]。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值包括直接價值和間接價值，間接價值即生態(tài)服務(wù)價值，不能在市場中進行交易，也無法用傳統(tǒng)的市場價格法來計量，一般采用機會成本法、影子價格法、成本替代法等進行評估。已有研究主要集中在大區(qū)域尺度、同類型的生態(tài)系統(tǒng)上，因此在核算整個區(qū)域的生態(tài)價值量時，多是將被評估地區(qū)劃分為不同的子生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域，且各子區(qū)域單位量生態(tài)價值都采用統(tǒng)一單位價格[2-8]。但森林生態(tài)服務(wù)價值與自身的區(qū)位密切相關(guān)，統(tǒng)一單位價格的方法忽略了生態(tài)系統(tǒng)本身所具有的空間異質(zhì)性和區(qū)域差異性。中國已有研究構(gòu)建森林生態(tài)區(qū)位評價體系并測度生態(tài)區(qū)位系數(shù)，在評估森林生態(tài)服務(wù)價值時將區(qū)位因素考慮在內(nèi)，唐秀美[9]根據(jù)北京市城市主體功能區(qū)劃并結(jié)合區(qū)域的地貌等因素進行生態(tài)區(qū)位劃分；齊丹坤[10-12]從生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和敏感性方面構(gòu)建大小興安嶺森林生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo)體系，并測度不同等級森林的生態(tài)區(qū)位系數(shù)；李英[13]從生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性和生態(tài)環(huán)境敏感性方面構(gòu)建森林生態(tài)區(qū)位價值評估指標(biāo)體系。但是，目前尚未形成一個統(tǒng)一的森林生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo)體系。指標(biāo)應(yīng)充分體現(xiàn)區(qū)位差異，而地形和氣候是影響林業(yè)生態(tài)安全，造成森林空間異質(zhì)性的重要因素[14-16]，尚未有研究從地形和氣候要素評價森林生態(tài)區(qū)位。因此，本研究從地形和氣候兩方面構(gòu)建生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo)體系，探討森林生態(tài)服務(wù)價值核算新方法。同時，以四川森林生態(tài)系統(tǒng)為例，計算得到四川省各州市生態(tài)區(qū)位系數(shù)，對四川省森林生態(tài)服務(wù)基準(zhǔn)價值進行調(diào)整。修正后的結(jié)果可以更精確反映四川不同州市的生態(tài)差異，為該省制定相關(guān)林業(yè)政策提供參考。

1 研究區(qū)域概況

四川省位于東經(jīng)97°21′～108°31′，北緯26°03′～34°19′，由21個州、市構(gòu)成。全省氣候區(qū)域表現(xiàn)差異顯著，東部冬暖、春旱、夏熱、秋雨、多云霧，西部則寒冷、冬長、基本無夏、日照充足、降水集中、干雨季分明；氣候垂直變化大，氣候類型多；氣象災(zāi)害種類多，發(fā)生頻率高，范圍大。地貌類型復(fù)雜多樣，有平原、緩丘平壩、丘陵、低山、中山、高山、極高山、山原和高原，還有盆地、寬谷、峽谷、山間洼地、湖泊、沼澤、山岳冰川、巖溶地貌等，不同地區(qū)的光照、氣溫、降水等自然條件差異顯著。因此四川省內(nèi)不同州、市生態(tài)系統(tǒng)區(qū)位差異極大，在計量該省森林生態(tài)服務(wù)價值時，引入生態(tài)區(qū)位系數(shù)進行修正，可使核算結(jié)果更科學(xué)準(zhǔn)確，對四川省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評估和林業(yè)政策制定具有重要意義。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2012年四川省氣候情景數(shù)據(jù)來自國家氣候中心區(qū)域氣候模式輸出的1 km尺度降雨數(shù)據(jù)，并利用中國真實的降水?dāng)?shù)據(jù)對該模型降水?dāng)?shù)據(jù)進行校正。真實降水?dāng)?shù)據(jù)來自中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所人地系統(tǒng)主題數(shù)據(jù)庫提供的全國1 km尺度月和年降水量數(shù)據(jù)。其他數(shù)據(jù)則來自四川省森林1∶10 000林相圖、四川省森林二類調(diào)査數(shù)據(jù)、《四川省統(tǒng)計年鑒(2012)》和《四川省林業(yè)統(tǒng)計年鑒(2000—2012)》。

2.2 生態(tài)服務(wù)基準(zhǔn)價值核算

采用市場價格法、影子價格法、替代成本法計算2012年四川省21個州、市森林生態(tài)服務(wù)價值，不同州市采用統(tǒng)一的單位價格核算，各地區(qū)求和后得出全省的生態(tài)價值量，包括固碳釋氧價值、營養(yǎng)物質(zhì)固持價值、土壤保持價值、涵養(yǎng)水源價值、生物多樣性保護價值[17]。此核算方法中，該區(qū)域森林生態(tài)服務(wù)價值計算公式可表示為：

(1)

式中：vi(i=1，2，…，n)為該地區(qū)不同子區(qū)域的森林生態(tài)服務(wù)價值；aij為第i(i=1，2，…，n)個子區(qū)域內(nèi)第j(j=1，2，…，m)類森林生態(tài)服務(wù)量；pj為第j類生態(tài)服務(wù)量整個區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)一單位價格。但是這種計算方法忽略了生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)位差異，不能準(zhǔn)確地反映不同區(qū)域的生態(tài)服務(wù)價值量。

2.3 生態(tài)服務(wù)價值修正

2.3.1 生態(tài)區(qū)位系數(shù)的引入 通過引入生態(tài)區(qū)位系數(shù)，可以對使用統(tǒng)一價格核算的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行修正，使結(jié)果包含生態(tài)區(qū)位因素。生態(tài)區(qū)位系數(shù)是指生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)單元內(nèi)，由于其自然條件的不同體現(xiàn)出較大的差異性，用一些指標(biāo)體現(xiàn)其差異性，并依據(jù)一定方法構(gòu)建成系統(tǒng)性的系數(shù)，以反映該生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出的生態(tài)功能的大小，這樣的系數(shù)叫做生態(tài)區(qū)位系數(shù)，簡稱區(qū)位系數(shù)。

2.3.2 生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo) 構(gòu)建反映生態(tài)區(qū)位的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系從地形和氣候兩大要素進行評價，地形要素細分為平均海拔、坡度、坡向3個因子，氣候要素細分為年降水量、年日照時數(shù)、平均氣溫、年均積溫、風(fēng)速5個因子[18-21]。

1) 降水對森林生態(tài)服務(wù)價值影響主要是通過影響森林的生產(chǎn)力和物種分布而起作用的，森林的生產(chǎn)力隨年平均降水的增加而呈非線性增加；

2) 溫度通過影響森林生產(chǎn)力進而影響森林生態(tài)服務(wù)價值，其中森林生產(chǎn)力與年平均氣溫呈非線性遞增關(guān)系；

3) 年均積溫越大、年日照時間越長，越有利于植被的生長發(fā)育，本文中積溫為日平均氣溫穩(wěn)定在≥10 ℃的日均氣溫總和；

4) 日均風(fēng)速會影響森林，樹木的受損度隨著風(fēng)速的增加而線性增加；

5) 海拔高度是地形要素的一種表現(xiàn)，海拔越低，森林環(huán)境條件相對更好；

6) 坡度是影響林木生長的外界條件，在同一坡向上，坡度越小，光照增強，熱量增加，且持水力大，土壤趨于肥沃，森林生態(tài)服務(wù)價值越高；

7) 坡向說明各森林景觀在不同坡向的分布與樹種的生理生態(tài)學(xué)特性密切相關(guān)，一般而言，陽坡森林環(huán)境條件較陰坡相對更好。

2.3.3 生態(tài)區(qū)位評價過程 1) 評價因子權(quán)重的確定。根據(jù)評價體系中的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層對區(qū)位系數(shù)的影響程度，綜合運用層次分析法和特爾菲法，確定各評價因子的權(quán)重。其中，評價目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的權(quán)重為0～1，各目標(biāo)權(quán)重值之和、同一目標(biāo)下的各準(zhǔn)則目標(biāo)權(quán)重值之和、同一準(zhǔn)則目標(biāo)下的各指標(biāo)權(quán)重值之和均為1。其中，指標(biāo)層權(quán)重等量劃分，準(zhǔn)則層權(quán)重由所屬指標(biāo)權(quán)重合計求得(表1)。

表1 區(qū)位系數(shù)評價指標(biāo)權(quán)重表 Table 1 Evaluation index weight table of location coefficient

2) 評價因子分級與賦值。根據(jù)指標(biāo)的具體特征，將每個指標(biāo)分為5個級別，分別賦值1～5，數(shù)值越大對于林業(yè)的發(fā)展越有利。目前尚缺少對每一指標(biāo)分級區(qū)間劃定的研究，因此對于每個指標(biāo)分屬不同級別的區(qū)間劃定，主要通過參考一些基礎(chǔ)性的文獻得到，再結(jié)合區(qū)位系數(shù)的定義和應(yīng)用范圍最終確定(表2)。

表2 區(qū)位系數(shù)評價指標(biāo)分級及分值表 Table 2 The classification and score of location coefficient of evaluation index

3)各因子疊加空間分析。利用ArcGIS空間分析模塊中的柵格計算器，對各影響因子進行空間加權(quán)疊加分析，獲得空間加權(quán)疊加分析結(jié)果圖。

4)區(qū)位系數(shù)評價分區(qū)。將全省市域行政區(qū)劃數(shù)據(jù)疊加于空間加權(quán)疊加分析結(jié)果圖上，得出各市域行政區(qū)區(qū)位系數(shù)均值。

2.3.4 生態(tài)區(qū)位系數(shù)計算公式 具體的生態(tài)區(qū)位系數(shù)計算公式如下：

1)確定各評價因子現(xiàn)狀分值。首先根據(jù)各參評單元評價因子的現(xiàn)狀值、評價指標(biāo)分級及其分值表，確定出各因子?xùn)鸥駡D層現(xiàn)狀區(qū)位系數(shù)評價指標(biāo)分值空間分布圖。

2)各因子?xùn)鸥裰笜?biāo)圖層區(qū)位系數(shù)分值計算公式為：

Fij=Sij×Wij

(2)

式中：Fij為準(zhǔn)則層i目標(biāo)的j指標(biāo)層因子區(qū)位系數(shù)分值；Sij為準(zhǔn)則層i目標(biāo)的j指標(biāo)層因子的評價指標(biāo)現(xiàn)狀值；Wij為j指標(biāo)層因子相對準(zhǔn)則層i目標(biāo)的權(quán)重值。

3)各柵格準(zhǔn)則層區(qū)位系數(shù)分值公式為：

(3)

式中：Fi為準(zhǔn)則層i目標(biāo)區(qū)位系數(shù)分值；Fij為i準(zhǔn)則層的j指標(biāo)層因子區(qū)位系數(shù)分值；m為指標(biāo)層評價因子個數(shù)。

4)目標(biāo)層分值計算。全省每一個500 m×500 m區(qū)位系數(shù)綜合分值公式為：

(4)

式中：F為區(qū)位系數(shù)綜合分值；Fi為準(zhǔn)則層i目標(biāo)區(qū)位系數(shù)分值；Wi為準(zhǔn)則層i目標(biāo)相對總目標(biāo)的權(quán)重值；n為準(zhǔn)則層指標(biāo)個數(shù)。

可根據(jù)上述(1)～(3)式，分別求出區(qū)位系數(shù)評價指標(biāo)層分值、評價準(zhǔn)則層分值、評價目標(biāo)層分值，進而求出全省區(qū)位系數(shù)綜合評價分值。

2.3.5 生態(tài)服務(wù)價值修正計算 被評價的各個區(qū)域生態(tài)區(qū)位系數(shù)的計算結(jié)果進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算公式為：

(5)

將原有的森林生態(tài)服務(wù)價值量通過區(qū)位系數(shù)進行調(diào)整，公式為：

(6)

式中：V′為調(diào)整后的四川省生態(tài)服務(wù)價值量；vi為調(diào)整前四川省各州市生態(tài)服務(wù)價值量；γsi為四川省各州市生態(tài)區(qū)位標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)；n為四川省州市個數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)區(qū)位系數(shù)計算結(jié)果

通過“區(qū)位因子空間疊加法”，即利用ArcGIS空間分析模塊中的柵格計算器，對各評價因子進行空間加權(quán)疊加分析，獲得空間加權(quán)疊加分析結(jié)果圖(圖1)，對該結(jié)果進行重分類，得到區(qū)位系數(shù)綜合評價分值分級分區(qū)圖(圖2)。四川省各州市區(qū)位系數(shù)均值按其值高低可分為5個等級：1級區(qū)為內(nèi)江市、南充市、廣安市，2級區(qū)為自貢市、瀘州市、遂寧市、眉山市、宜賓市、達州市、巴中市、資陽市，3級區(qū)為成都市、攀枝花市、德陽市、綿陽市、廣元市、樂山市，4級區(qū)為雅安市、涼山州，5級區(qū)為阿壩州、甘孜州。

圖1 四川區(qū)位系數(shù)柵格Fig.1 Location coefficient grid of Sichuan

圖2 四川區(qū)位系數(shù)面狀 Fig.2 Location coefficient planar of Sichuan

將四川省數(shù)據(jù)帶入公式(5)，計算得出生態(tài)區(qū)位標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)(表3)。

表3 四川省生態(tài)區(qū)位系數(shù)表Table 3 Location coefficient of Sichuan province

3.2 生態(tài)服務(wù)價值修正結(jié)果

將表3數(shù)據(jù)和生態(tài)服務(wù)基準(zhǔn)價值數(shù)據(jù)由公式(6)計算后，對四川省森林生態(tài)服務(wù)基準(zhǔn)價值的調(diào)整結(jié)果如表4，表中的計算誤差為“區(qū)位系數(shù)”及“生態(tài)區(qū)位標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)”保留小數(shù)點所致。

表4 四川省及其市州森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價值調(diào)整 (2012年) Table 4 The adjustment of forest ecology quantity of value in Sichuan province (2012)

經(jīng)區(qū)位系數(shù)調(diào)整后，森林生態(tài)服務(wù)價值總量最大的3個市州是甘孜州、阿壩州與涼山州，各占全省的33.49%，23.14%與12.89%，說明四川省西部地區(qū)在該省生態(tài)中的地位十分重要。此外，四川省各州市的森林生態(tài)服務(wù)量均發(fā)生了變動。其中，部分州市調(diào)整后價值量提高，增幅從大到小依次為：甘孜州(44.76%)、阿壩(41.68%)、涼山州(17.27%)、雅安市(16.03%)、綿陽市(2.84%)、攀枝花市(1.83%)；出現(xiàn)減少的州市按減少幅度由大到小依次為南充市(-14.01%)、廣安市(-12.88%)、內(nèi)江市(-11.86%)、達州市(-10.27%)、遂寧市(-9.56%)、眉山市(-9.12%)、巴中市(-9.12%)、宜賓市(9.09%)、資陽市(-8.91%)自貢市(-8.66%)、瀘州市(-7.48%)、德陽市(-4.41%)、成都市(-3.99%)廣元市(-3.48%)樂山市(-1.58%)。地形氣候復(fù)雜的西部州、市生態(tài)服務(wù)量出現(xiàn)增加，東部州市減少。說明原有的核算方法低估了西部高原山地區(qū)域的生態(tài)價值，而東部平原丘陵區(qū)域生態(tài)服務(wù)價值被高估。不同州市的變動幅度相差大，說明四川各地區(qū)生態(tài)區(qū)位差異明顯。

4 結(jié)論

本研究從地形和氣候兩方面構(gòu)建生態(tài)區(qū)位評價指標(biāo)，并以四川為例，使用生態(tài)區(qū)位系數(shù)對該省森林生態(tài)服務(wù)基準(zhǔn)價值進行了修正。研究結(jié)論如下：

1)計算得到四川省各州、市生態(tài)區(qū)位系數(shù)，四川省生態(tài)區(qū)位呈現(xiàn)明顯的地帶特征，東強西弱，說明四川省西部森林生態(tài)系統(tǒng)具有更高的生態(tài)服務(wù)價值。

2)由區(qū)位系數(shù)修正后的四川省森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值總量增加至54 191 255萬元，比基本量(調(diào)整前)增加22.69%，表明四川省森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)脆弱地區(qū)較多，同時也說明存在區(qū)域生態(tài)差異的情況下，這種調(diào)整更具合理性。該結(jié)果與四川省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況相一致，對指導(dǎo)生態(tài)環(huán)境政策以及制定生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。

3)從地形、氣候2方面構(gòu)建生態(tài)區(qū)位系數(shù)評價指標(biāo)，是對現(xiàn)有生態(tài)區(qū)位評價體系的發(fā)展和補充。經(jīng)區(qū)位系數(shù)修正后的四川省森林生態(tài)服務(wù)價值，包含了區(qū)位因素，克服了以往評估方法中各個子區(qū)域采用統(tǒng)一單位價格造成的偏差。生態(tài)區(qū)位系數(shù)將不同區(qū)域之間的自然差異性納入計算模型，增加了生態(tài)脆弱地區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值，是對森林生態(tài)服務(wù)基本價值的合理修正。

4)本研究的區(qū)位評價指標(biāo)體系只考慮地形和氣候兩方面的因素，并不能包括所有生態(tài)區(qū)位因素，森林生態(tài)系統(tǒng)與河流湖泊的距離、不同的生態(tài)管理也會影響到森林的生態(tài)服務(wù)價值[22]。未來的研究可以將更多因素考慮在內(nèi)，使生態(tài)區(qū)位指標(biāo)體系更加完整科學(xué)。

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(責(zé)任編輯：馬紅春)

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

國家林業(yè)局林業(yè)生態(tài)安全指數(shù)研究項目(ZDWT201415)

趙海鳳(1977-)，女，遼寧沈陽人，博士后，主要從事生態(tài)經(jīng)濟領(lǐng)域研究。

張大紅(1959-)，男，重慶涪陵人，教授，博士研究生導(dǎo)師。

1000-2340(2015)06-0831-07

F307.2

A