城市生态系统服务功能理论与方法

城市生态规划关键技术方法之三：城市生态系统服务功能理论与方法生态系统服务功能价值评估是生态规划的重要理论和方法，本文参考了相关文献。

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成、维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用 ,它不仅为人类提供食品、医药及其他生产生活原料,还创造与维持了地球生命支持系统,形成人类生存所必需的环境条件,是人类生存与现代文明的基础。

生态系统服务功能价值评估,可以定量反映区域土地利用变化对生态系统的综合影响。

换言之，生态系统服务功能价值评估可用于土地利用规划的环境影响评价，即分析计算规划方案的生态系统服务功能价值，与现状进行比较，从而可以对土地利用总体规划目标及规划方案的生态效益进行综合评估。

城市生态系统服务功能价值评价的技术路线为:首先,根据一定的标准,如人类对土地的开发利用方式或生态系统的自然状况,将研究区域内的生态系统进行分类;其次,根据不同的测算方法,计算各种类型生态系统服务的单位面积资本;最后,计算总资本,汇总得到总资本结构表。

1城市生态系统的服务功能城市生态系统服务价值的估算一般包括对调节气候、固碳释氧、保持土壤、涵养水源、净化环境与减弱噪声等生态服务功能的价值评估:(1) 调节气候功能。

深圳市地处南亚热带,城市植被的微气候效应极为显著。

城市林地在夏季的降温作用可直接减少城市空调的使用,故而这项功能可用替代成本法即减少空调的耗电费用来衡量。

(2) 固碳释氧功能。

由于目前尚缺乏公认的评估生态系统固定CO2 经济价值的方法,参考前人工作经验,比较运用造林成本法及碳税法2 种方法,评估深圳市生态系统固定CO2 的间接经济价值;而生态系统释放氧气的价值用释放的氧气量与氧气价格的乘积衡量。

(3) 保持土壤功能。

首先采用无植被覆盖的土壤侵蚀量和森林、草地的实际侵蚀量之差来估算森林、草地每年减少的土壤侵蚀量;然后再评价森林、草地在减轻表土损失、肥力损失和泥沙淤积灾害3 方面的价值。

(4) 涵养水源功能。

根据水量平衡评估林地、水域涵养水量。

涵养水源价值为年涵养水量乘以水价,水价可用影子工程价格替代。

(5) 净化环境功能。

采用替代成本法,用其他治理环境污染措施的成本代替生态系统净化环境功能的价值。

(6) 减弱噪声功能。

目前对森林生态系统降低噪声价值的估算多以造林成本的15 %计。

2生态系统服务功能的价值评估生态系统服务功能的价值可分为直接利用价值(直接实物价值和直接服务价值,是生态系统产品所产生的价值) ,间接利用价值(生态功能价值,是指无法商品化的生态系统服务功能) ,选择价值(潜在利用价值,是指人们为了将来能直接利用或间接利用某种生态系统服务功能的支付意愿) ,存在价值(内在价值,是生态系统本身具有的价值) 。

生态系统服务功能价值的评估方法有市场价值法、费用支出法、替代成本法、影子工程法、旅行费用法、意愿调查法、条件价值法等。

2. 1 市场价值法市场价值法是对具有实际市场的生态系统产品和服务,以其市场价格作为其经济价值,它是以人们对某种生态系统服务功能的支出费用来表示其经济价值的。

如,活立木年生长量价值可以通过林分的蓄积量与年净生长率及木材的市场价格相乘而得。

市场价值法包括生产率变动法、人力资本法、机会成本法、影子工程法等。

市场价值法先定量地评价某种生态服务功能的效果,再根据这些效果的市场价格来估计其经济价值。

在实际评价中,通常有两类评价过程。

一是理论效果评价法,它可分为三个步骤:先计算某种生态系统服务功能的定量值,如农作物的增产量; 再研究生态服务功能的“影子价格”,如农作物可根据市场价格定价;最后计算其总经济价值。

二是环境损失评价法,如评价保护土壤的经济价值时,用生态系统破坏所造成的土壤侵蚀量、土地退化、生产力下降的损失来估计。

费用支出法是以人们对某种生态服务功能的支出费用来表示其生态价值。

例如,对于自然景观的游憩效益,可用游憩者支出的费用总和作为该生态系统的游憩价值。

费用支出法通常又分为三种形式:总支出法,以游客的费用总支出作为游憩价值;区内支出法,仅以游客在游憩区支出的费用作为游憩价值;部分费用法,仅以游客支出的部分费用作为游憩价值。

生产率变动法是利用生产率的变动来评价环境状况变动的影响的方法。

此法就是用计算出的产品产量变化的货币值来评价生态系统服务功能的价值。

如,水土流失又会导致农作物产量的减少,则可用农作物减产的价值作为森林涵养水源、保持水土的价值。

影子工程法是当市场价格不存在或扭曲时,对现有价格进行调整,以“影子价格”来估算其经济价值的方法。

如,计算森林涵养水源的价值,可将森林涵养水源的量(m3) 与建设相同库容的水库的影子价格相乘而得。

人力资本法是通过市场价格和工资多少来确定个人对社会的潜在贡献,并以此来估算环境变化对人体健康影响的损失。

环境恶化对人体健康造成的损失主要有三方面:因污染致病、致残或早逝而减少本人和社会的收入;医疗费用的增加;精神和心理上的代价。

边际机会成本是由边际生产成本、边际使用成本和边际外部成本组成的。

机会成本是指在其它条件相同时,把一定的资源用于生产某种产品时所放弃的生产另一种产品的价值,或利用一定的资源获得某种收入时所放弃的另一种收入。

对于稀缺性的自然资源和生态资源而言,其价格不是由其平均机会成本决定的,而是由边际机会成本决定的,它在理论上反映了收获或使用一单位自然和生态资源时全社会付出的代价。

恢复和防护费用法。

全面评价环境质量改善的效益,在很多情况下是很困难的。

对环境质量的最低估计可以从为了削除或减少有害环境影响所需要的经济费用中获得,我们把恢复或防护一种资源不受污染所需的费用,作为环境资源破坏带来的最低经济损失,这就是恢复和防护费用法。

2. 2 替代市场法替代市场法是对于没有直接的市场交易和市场价格的生态系统服务功能,通过计算其替代品的价值来代替其经济价值,即以使用技术手段获得与某种生态系统服务相同的结果所需的生产费用为依据,间接估算其经济价值。

其中包括旅行费用法、资产价值法、防护支出法等。

旅行费用法常被用来评价那些没有市场价格的自然景点或者环境资源的价值。

它将旅游者对旅游场所的环境商品或服务的支付意愿作为其经济价值,而支付意愿又由实际支出和消费者剩余两部分组成,旅游者的实际支出包括:往返交通费、餐饮费、住宿费、门票费、设施使用费,及旅游者所花费的时间成本等,通过抽样调查获得的数据可以推导出需求曲线,由需求曲线可以估算出消费者剩余部分,最后将旅游者的实际支出与消费者剩余相加之和作为旅游景点的价值。

享乐价格法。

享乐价格与很多因素有关,如房产本身数量与质量,距中心商业区、公路、公园和森林的远近,当地公共设施的水平,周围环境的特点等。

享乐价格理论认为:如果人们是理性的,那么他们在选择时必须考虑上述因素,故房产周围的环境会对其价格产生影响,因周围环境的变化而引起的房产价格可以估算出来,以此作为房产周围环境的价格,称为享乐价格法。

西方国家的享乐价格法研究表明:树木可以使房地产的价格增加5 %～10 %;环境污染物每增加一个百分点,房地产价格将下降0. 05 %～1 %。

2. 3 假想市场法假想市场法是对于没有市场交易和实际市场价格的生态系统产品和服务(纯公共物品) 人为的构造假想市场来衡量其价值。

假想市场法的主要代表是意愿调查法,它是一种直接调查方法,直接询问人们对某种生态系统服务的支付意愿或对某种生态系统服务损失的接受赔偿意愿,以此来估计其经济价值。

意愿调查法受很多因素的影响,如受调查者的知识水平、环保意识、生活水平等,而且在支付意愿与接受赔偿意愿之间存在着极大的不对称性,意愿调查评估法研究的结果一直表明:支付意愿比接受赔偿意愿数量低几倍(通常为1/ 3) ,这可能是由于同人们对获得其上尚未拥有的某物的评价相比,人们对其已有之物的损失会有更高的评估。

生态系统服务功能的价值并不是固定不变的,它会随着社会经济的不断发展,人民生活水平的不断提高而逐渐增加。

生态系统服务功能的价值随恩格尔系数的降低而增加。

3生态系统服务功能的价值计算有两种方法：一是大尺度低精度的计算方式，即根据学者统计研究出的全球或者中国的不同陆地生态系统单位面积生态服务价值标准来进行计算。

二是结合实际情况，分别计算城市的不同用地类型的不同生态系统服务功能的价值，再求和。

3.1第一种方法：Costanza 等将生态系统的功能归为17 类,综合应用多种评估技术方法对每种生物群落单位面积提供的生态系统服务价值进行估算,然后乘以该生物群落在地球上的总面积,相加后得到地球上所有生态系统服务价值总和。

这一研究成果为后续研究提供了重要的理论参考和研究空间。

谢高地等[12] 参考了Costanza 等的理论,并针对其不足(如对耕地价值估计过低、对湿地估计偏高等) ,结合我国的具体情况,建立了中国不同陆地生态系统单位面积生态服务价值(见表1) ,将表1 中不同土地利用类型各项功能服务价值加和得到生态系统服务价值系数(见表2) 。

3.2第二种方法：3. 2.1 直接经济价值直接经济价值包括林产品价值和种植业生产价值两方面.林产品价值采用市场价值法来评估其价值: Fp = S ×E ×R ×P ×C/ T ,其中Fp 为区域森林生态系统木材价值, S 为林地面积, E 为平均木材价格(取600 元·m- 3) , R 为综合出材率(取50 %) , P 为择伐强度(取35 %) , C 为成熟林单位面积蓄积量(取80 m3·h m- 2) , T 为择伐周期(取10 a) .种植业每公顷价值= 种植业的总产值/ 全市农作物播种面积.3. 2.2 间接经济价值估算3.2.2.1涵养水源价值本研究以生态系统涵养水源量为基础,使用影子价格法定量评价城市生态系统涵养水源功能的价值.涵养水源的单位价值= 每种生态系统的平均持水量×面积×蓄水成本. (水库蓄水成本为0.67 元·t - 1 (1990 年不变价) )3.2.2.2土壤保育价值运用影子价格法,从保护土壤肥力和减轻泥沙淤积灾害2 个方面来评价.1) 土壤肥力保持价值估算.(1) 降低氮素流失的效益: M1 = C1 E1 DQ1 S 1 . 式中: M1 为降低氮素流失的效益(元·h m- 2) , C1 = 1 ×10 - 6 , E1为硫酸铵市场价格(500 元·t - 1) , D 为土壤保持量(t·hm- 2) , Q1为碱解氮折算硫酸铵系数(4. 808) , S 1为土壤碱解氮平均含量(69. 34 mg·kg - 1) .(2) 降低磷素流失的效益: M2 = C2 E2 DQ2 S 2 . 式中: M2 为降低磷素流失的效益(元·h m- 2) , C2 = 1 ×10 - 6 , E2为过磷酸钙市场价格(500 元·t - 1) , Q2为速效磷折算成过磷酸钙的系数(5. 13) , S 2 为土壤速效磷平均含量(2. 78 mg·kg - 1) .(3) 降低钾素流失的效益: M3 = C3 E3 DQ3 S 3 . 式中: M3 为降低钾素流失的效益(元·h m- 2) , C3 = 1 ×10 - 6 , E3 为氯化钾市场价格(1 300 元·t - 1) , Q3为速效钾折算成氯化钾的系数(1. 82) , S 3 为土壤速效钾平均含量(47. 64 mg·kg - 1) .(4) 降低有机质流失效益: M4 = E4 DS 4 . 式中: M4 为降低有机质流失效益(元·hm- 2) , E4为有机质的价格(53. 1 元·t - 1) , S 4 为土壤有机质平均含量(31 g·kg - 1) . 2) 减轻泥沙淤积价值计算.按照我国主要流域的泥沙运动规律,全国土壤侵蚀流失的泥沙有24 %淤积于水库、江河、湖泊,本研究根据蓄水成本来计算生态系统减轻泥沙淤积灾害的经济效益.En = 24 %×A c ×C/ρ, 式中En为减轻泥沙淤积经济效益, A c 为土壤保持量( t ·a - 1) , C 为水库工程费用(0. 75 元·m- 3) ,ρ为土壤密度.3.2.2.3固碳吐氧价值本研究利用广州市各类生态系统的净初级生产力数据,根据光合作用反应方程式计算出广州市各类生态系统的净初级生产量.以系统每生产1. 00 g 植物干物质能固定1. 63 g 二氧化碳为基础,用瑞典税率(40.94 美元·t - 1 ,其中美元对人民币的汇率按1∶8. 23) 计算,得到最终的价值.生态系统每生产1. 00 g 干物质能释放1. 20 g 氧气. 以此为基础,使用工业制氧法(0. 4 元·kg - 1) ,计算释放氧气的总价值,得到最终的价值.3.2.2.4净化空气的价值利用已有的生物与周围污染物之间的剂量响应关系,定量评价了各个不同生态系统吸收SO2和滞尘2 项能力,然后使用影子工程法和替代花费法将生态系统净化污染物的量价值化.1) 吸收SO2的价值: V d = P ×A ×Cd ,式中V d为生态系统吸收SO2的价值, P 为生态系统对SO2的吸收能力, A 为生态系统的面积, Cd为削减单位二氧化硫的工程费用(1 090 元·t - 1) ;利用影子工程法,用工业消减SO2的单位成本乘以SO2的吸收量即可得各生态单元吸收SO2的价值.2) 滞尘功能价值评估. 运用替代花费法,以消减粉尘的成本来估算每个生态单元的滞尘功能价值: V d = Qd ×S ×Cd ,式中V d为滞尘价值(元·hm- 2) , Qd为滞尘能力( t·h m- 2) , S 为面积(hm2) , Cd为削减粉尘成本(170 元·t - 1) .1. 3. 5 城市城市生态系统服务功能总价值计算公式为V t = ΣViSi , 式中V t 为城市生态系统服务功能总价值(万元·a - 1) , V i为第i 种类型生态系统的服务功能单位价值(元·hm- 2·a - 1) , S i为第i 种类型生态系统的总面积(hm2) .4可以分析出的结论发现比较哪种用地类型提供的生态服务功能最大，不同生态服务功能中哪种用地贡献最多，哪种生态功能价值占总价值的比例最高，得到不同生态服务功能的重要性排名，城市哪个区域提供的生态服务功能最多。