基于地理國(guó)情普查成果的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算方法

徐子蒙，李廣泳，周 旭，程 滔，姜廣輝，白 駒

1. 武漢大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北 武漢 430072； 2. 國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830； 3. 北京師范大學(xué)自然資源學(xué)院，北京 100875

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)在生態(tài)過(guò)程中通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的功能直接或間接提供給人類的福祉，以滿足維持人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用[1]。文獻(xiàn)[2]首次提出了對(duì)生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)進(jìn)行貨幣化核算，并對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了核算。然而，由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算涉及生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、地理和環(huán)境等多學(xué)科知識(shí)的交叉，因此，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算自提出以來(lái)一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，其成果也備受政府、社會(huì)組織的關(guān)注，并在實(shí)際管理、政策制定中得到廣泛應(yīng)用。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，過(guò)度的不合理人類活動(dòng)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢(shì)日益嚴(yán)重，人民對(duì)優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需求與生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)產(chǎn)品供給之間的矛盾凸顯。自20世紀(jì)以來(lái)，對(duì)各級(jí)政府的考核一直局限在以傳統(tǒng)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算為主，忽略了生態(tài)環(huán)境損害的修復(fù)代價(jià)和資源消耗的不可恢復(fù)性，導(dǎo)致了自然界生態(tài)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)服務(wù)不斷弱化。準(zhǔn)確、快速地核算陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值，形成一套全國(guó)范圍、多尺度動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)產(chǎn)品已成為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生態(tài)功能區(qū)劃、生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制構(gòu)建和保障國(guó)家生態(tài)安全的重大戰(zhàn)略任務(wù)，更是生態(tài)文明建設(shè)的重要依據(jù)。

聯(lián)合國(guó)千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估理事會(huì)于2001年首次開(kāi)啟了在全球多尺度系統(tǒng)、全面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值綜合評(píng)估工作，確定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)涵、概念與分類，厘清了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與人類福祉的密切關(guān)系，提出了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)核算的框架等[3]。2014年聯(lián)合國(guó)、歐盟等機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了《2012年環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算體系-中心框架(SEEA)》和《2012年環(huán)境經(jīng)濟(jì)核算體系-實(shí)驗(yàn)性生態(tài)系統(tǒng)核算》，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算的原則、方法、貨幣價(jià)值表達(dá)方法等方面都進(jìn)行了細(xì)化，進(jìn)一步豐富了該領(lǐng)域的相關(guān)理論、方法，構(gòu)建了完善的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算平臺(tái)[4-5]。隨著國(guó)際社會(huì)及公眾對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)重要性認(rèn)知度的提升，部分發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展了生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算的研究工作。美國(guó)斯坦福大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合研發(fā)的InVEST模型，可以在土地覆被與氣候變化雙重情境下對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供的物質(zhì)量和價(jià)值空間動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行快速核算，但是模型中大量的模擬假設(shè)情境、簡(jiǎn)化的算法以及部分輸入源數(shù)據(jù)精度的限制性增加了結(jié)果的不確定性[6]。針對(duì)特定的服務(wù)功能或區(qū)域，國(guó)際組織、機(jī)構(gòu)先后開(kāi)發(fā)了Encision、SolVES、MIMES等10種以上模型。然而，模型受區(qū)域適用性、條件約束等因素的限制并不適合我國(guó)國(guó)情需要[7]。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估模型的研究沒(méi)有突破性創(chuàng)新，應(yīng)用最廣的以文獻(xiàn)[8]提出的當(dāng)量因子法居多。國(guó)內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算多針對(duì)特定生態(tài)系統(tǒng)或區(qū)域尺度下開(kāi)展[9]，全國(guó)尺度下生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算以文獻(xiàn)[8，10—11]發(fā)布結(jié)果為主?？v觀國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算研究工作，仍存在以下不足：

(1) 基于地表覆蓋數(shù)據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算中地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標(biāo)對(duì)應(yīng)性混亂；

(2) 適宜不同尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間化、多粒度變換制圖表達(dá)技術(shù)薄弱；

(3) 同一生態(tài)系統(tǒng)其服務(wù)功能的空間差異化區(qū)別不清晰；

(4) 欠缺對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)的精度和連續(xù)性分析。

針對(duì)全國(guó)尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算存在的以上問(wèn)題，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，筆者利用地理國(guó)情普查和常態(tài)化監(jiān)測(cè)的矢量化地表覆蓋數(shù)據(jù)，運(yùn)用優(yōu)化的單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法，對(duì)全國(guó)尺度下陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值展開(kāi)精準(zhǔn)化核算和空間化表達(dá)，為生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)提供一定的理論依據(jù)與參考。

地理國(guó)情是從地理空間的視角來(lái)表征一個(gè)國(guó)家或區(qū)域的自然、經(jīng)濟(jì)以及人文的信息綜合，包括地理區(qū)域特征、地形地貌特征、土地利用與土地覆蓋、道路交通網(wǎng)絡(luò)、城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、科技教育文化及工礦企業(yè)等基本情況，以挖掘各類國(guó)情信息直接或間接的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，用來(lái)解釋區(qū)域自然資源、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制等[12]。為了滿足現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，全面掌握我國(guó)地理國(guó)情現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，2013年國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查的通知》，決定于2013—2015年開(kāi)展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查。隨后，基于地理國(guó)情普查的本底數(shù)據(jù)開(kāi)展常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)庫(kù)。地表覆蓋數(shù)據(jù)就是地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)工作中形成的重要成果之一。地理國(guó)情地表覆蓋數(shù)據(jù)包含耕地、園地、林地、草地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物、道路、人工堆掘地、荒漠與裸露地、水域10個(gè)一級(jí)類。監(jiān)測(cè)過(guò)程中綜合利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)、航空航天遙感技術(shù)(RS)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)(GIS)等現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，結(jié)合優(yōu)于1 m分辨率的多源遙感影像，秉承“所見(jiàn)即所得”的數(shù)據(jù)生產(chǎn)原則對(duì)地表覆蓋進(jìn)行人工解譯和野外核查，能夠準(zhǔn)確地反映地表各類資源、環(huán)境、生態(tài)等要素的空間分布現(xiàn)狀及其時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。本文在全國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算過(guò)程中，主要應(yīng)用2015年完成的地理國(guó)情普查地表覆蓋數(shù)據(jù)作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算的本底數(shù)據(jù)。

1 核算流程與方法

1.1 核算流程

為了解決全國(guó)尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算過(guò)程中的不足，本文設(shè)計(jì)了適用地理國(guó)情普查矢量化地表覆蓋成果的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算流程(圖1)，主要包括4個(gè)部分：陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)生產(chǎn)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型構(gòu)建，植被生理特征參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)，全國(guó)尺度下生態(tài)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)集生產(chǎn)。陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)生產(chǎn)即利用地理國(guó)情普查或常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)地表覆蓋矢量化數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，根據(jù)地理國(guó)情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類指標(biāo)對(duì)應(yīng)性，在ArcGIS環(huán)境下利用Python腳本將地表覆蓋數(shù)據(jù)批量轉(zhuǎn)換為全國(guó)尺度下的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型構(gòu)建過(guò)程中，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，確定符合我國(guó)國(guó)情的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能類型，并構(gòu)建適宜轉(zhuǎn)化形成的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)，且滿足多尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算、動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)需求的模型。植被生理特征參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)是根據(jù)選定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型，對(duì)價(jià)值核算過(guò)程中需要的反映植被生理特征指標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)。最后，基于全國(guó)尺度下陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量化數(shù)據(jù)，運(yùn)用構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型，選用植被生理特征指標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)，采用地理格網(wǎng)空間化表達(dá)技術(shù)，生產(chǎn)全國(guó)尺度下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)集，包括生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量及供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)子功能價(jià)值量。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算流程Fig.1 Flow chart of ecosystem service value accounting

1.2 核算方法

1.2.1 地理國(guó)情數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換表達(dá)

由于地理國(guó)情地表覆蓋與中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)分類目的、原則和體系的迥異，即使兩套分類中名稱一致的指標(biāo)，由于其指標(biāo)內(nèi)容、概念語(yǔ)義等方面存在差異，也不能簡(jiǎn)單、直接的將兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行盲目對(duì)應(yīng)[13]。筆者選取《中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)》中的陸地生態(tài)系統(tǒng)分類體系作為標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)分類指標(biāo)[14]，依據(jù)各生態(tài)系統(tǒng)類型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能，內(nèi)容指標(biāo)的概念語(yǔ)義對(duì)地理國(guó)情地表覆蓋三級(jí)指標(biāo)進(jìn)行歸并(不存在三級(jí)指標(biāo)的按照二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行歸并)，構(gòu)建地理國(guó)情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標(biāo)轉(zhuǎn)換表達(dá)關(guān)系。分類過(guò)程中，結(jié)合中國(guó)1∶100萬(wàn)植被數(shù)據(jù)集、中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)區(qū)分草地與草甸生態(tài)系統(tǒng)。濕地生態(tài)系統(tǒng)雖然是陸地重要的生態(tài)系統(tǒng)，但由于當(dāng)前濕地仍無(wú)統(tǒng)一的定義，造成其范圍難以界定[15]。因此，在本文地理國(guó)情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容指標(biāo)轉(zhuǎn)化中不考慮該類別。通常狀況下，城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)不參與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算，該部分內(nèi)容指標(biāo)將不在轉(zhuǎn)換表達(dá)對(duì)應(yīng)關(guān)系構(gòu)建內(nèi)。具體地理國(guó)情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。

1.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型

本文研究采用文獻(xiàn)[8]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類及當(dāng)量因子表，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)4個(gè)一級(jí)類，并進(jìn)一步細(xì)分為食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀11種服務(wù)功能二級(jí)類，并建立全國(guó)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值基礎(chǔ)當(dāng)量表。用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室、大棚被塑料薄膜覆蓋呈現(xiàn)同外界環(huán)境半隔離狀態(tài)，對(duì)外界的氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等部分生態(tài)服務(wù)功能幾近喪失。在生態(tài)服務(wù)功能標(biāo)準(zhǔn)價(jià)值當(dāng)量設(shè)計(jì)過(guò)程中，將溫室生態(tài)系統(tǒng)視作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中單獨(dú)的子系統(tǒng)，并針對(duì)各項(xiàng)服務(wù)功能對(duì)價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)行核算。各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)價(jià)值當(dāng)量因子表見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。

為了體現(xiàn)不同生態(tài)系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)貢獻(xiàn)潛在能力的差異，文獻(xiàn)[8]以全國(guó)農(nóng)田每年自然平均糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)價(jià)值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，將2010年1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子確定為3 406.50元/hm2。本文利用經(jīng)濟(jì)學(xué)上的可比價(jià)概念，將2010年標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價(jià)值統(tǒng)一到待核算年份的價(jià)格基礎(chǔ)上，以2015年為例，計(jì)算方法如下

ESV2015標(biāo)準(zhǔn)=ESV2010標(biāo)準(zhǔn)×(1+(CPI2015標(biāo)準(zhǔn)-CPI2010標(biāo)準(zhǔn))/CPI2010標(biāo)準(zhǔn)×100%)

(1)

根據(jù)2010、2015年CPI指數(shù)，確定ESV2015標(biāo)準(zhǔn)為1.055 4。按照2010年標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價(jià)值為3 406.50元/hm2，2015年應(yīng)該調(diào)整為3 595.22元/hm2。

為了實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的空間化表達(dá)，首先將待核算區(qū)域的陸地生態(tài)系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行地理格網(wǎng)化處理，每個(gè)網(wǎng)格單元獨(dú)立作為該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)的粒度細(xì)胞；然后，對(duì)每個(gè)地理格網(wǎng)內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)的逐項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行核算，各格網(wǎng)內(nèi)核算值的累計(jì)值即為該格網(wǎng)內(nèi)所有生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量。以1 km×1 km格網(wǎng)為核算單元，核算方法如下

(2)

(3)

式中，ESVi為第i格網(wǎng)內(nèi)各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量(i=1，2，…)；ESV2015標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價(jià)值量；ESVai是第i格網(wǎng)內(nèi)的所有覆蓋類型的a項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量總量(a=1，2，3，4)；Aij第i格網(wǎng)內(nèi)j類覆蓋類型圖斑面積(j=1，2，3，4，5，6)；Vaij是第i格網(wǎng)內(nèi)j類覆蓋類型某圖斑a項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量。

植被是生態(tài)系統(tǒng)中的主要組分，決定著生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。植被動(dòng)態(tài)變化特征對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的直接、間接生態(tài)服務(wù)供給量產(chǎn)生較大的影響[16]。增強(qiáng)植被指數(shù)(enhanced vegetation index，EVI)直接反映植被活性年內(nèi)、年際動(dòng)態(tài)變化特征，對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)響應(yīng)敏感，不僅與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植被群落結(jié)構(gòu)、功能密切相關(guān)，還間接反饋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水文變量、土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化。植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(net primary productivity，NPP)是單位時(shí)間、面積上的植物所產(chǎn)生的有機(jī)干物質(zhì)總量，是反映生態(tài)系統(tǒng)功能狀況的重要指標(biāo)和地球生物物理化學(xué)過(guò)程中物質(zhì)、能量循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[17]。植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度是植被從返青到枯黃階段的歷時(shí)，直接反映植被進(jìn)行光合作用的時(shí)間長(zhǎng)度。植被物候期中生長(zhǎng)季參數(shù)時(shí)間的延長(zhǎng)、縮短直接在時(shí)間維度上決定植被生態(tài)系統(tǒng)提供氣候調(diào)節(jié)、美學(xué)景觀的時(shí)間長(zhǎng)度，從而控制生態(tài)系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)、文化服務(wù)的供給總量[18-20]。因此，在傳統(tǒng)Costanza生態(tài)服務(wù)價(jià)值統(tǒng)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，將選取的EVI、NPP和生長(zhǎng)季3個(gè)指標(biāo)融入模型中，構(gòu)建生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算優(yōu)化模型，各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能選用的優(yōu)化指標(biāo)見(jiàn)表1，各生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能當(dāng)量的修正模型如下。

表1 生態(tài)服務(wù)功能優(yōu)化指標(biāo)

供給服務(wù)當(dāng)量修正方法

(4)

調(diào)節(jié)服務(wù)當(dāng)量修正方法

(5)

支持服務(wù)當(dāng)量修正方法

(6)

文化服務(wù)當(dāng)量修正方法

(7)

式中，Vaig、Vait、Vaiz、Vaiw分別為校正后i格網(wǎng)單元內(nèi)供給、調(diào)節(jié)、支持及文化生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量值；NPPi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(農(nóng)田、森林或草地)的NPP；NPP′為全國(guó)特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的基年平均NPP；EVIi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(耕地、森林或草地)的EVI；EVI′為全國(guó)特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的平均EVI。GSi第i格網(wǎng)內(nèi)的特定覆蓋類型(農(nóng)田、森林或草地)的生長(zhǎng)季；GS′為全國(guó)特定覆蓋類型的生態(tài)系統(tǒng)的平均生長(zhǎng)季。

1.2.3 不同粒度格網(wǎng)變換核算試驗(yàn)

隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)前人類面臨的共同問(wèn)題，國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于認(rèn)識(shí)國(guó)家區(qū)域大尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算愈加重視。然而，當(dāng)前大、中尺度下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間化表達(dá)受核算粒度較粗的影響，對(duì)于較小尺度下生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境管理和指導(dǎo)的意義并不直接、明確。在行政區(qū)域?qū)用娴氖?、市、區(qū)(縣)，自然區(qū)域?qū)用娴闹攸c(diǎn)流域和各類保護(hù)區(qū)加強(qiáng)中、小尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算是未來(lái)的一個(gè)重要方向[21]。同時(shí)，考慮探究不同尺度生態(tài)系統(tǒng)之間以及與外部因素之間的相互作用及影響機(jī)制，對(duì)于理解生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及其對(duì)人類福利的意義是至關(guān)重要的[22]。利用地理格網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行不同尺度、多粒度的生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算是否可行仍不確定。針對(duì)該問(wèn)題，本文選取黑龍江省呼蘭區(qū)開(kāi)展不同粒度的生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算(圖2)，并從核算耗時(shí)、成果數(shù)據(jù)量、變化監(jiān)測(cè)和可視化效果角度出發(fā)對(duì)不同粒度核算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，地理格網(wǎng)可以根據(jù)生態(tài)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、驅(qū)動(dòng)力分析的需求變換格網(wǎng)粒度，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算結(jié)果、精度不會(huì)發(fā)生改變。

圖2 黑龍江省呼蘭區(qū)不同粒度生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量空間格局Fig.2 Spatial pattern of the total ecosystem service value of different granularity of Hulan District, Heilongjiang Province

1.3 參數(shù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)

反映植被生理特征指標(biāo)的參數(shù)數(shù)據(jù)包括年內(nèi)最大EVI、NPP和生長(zhǎng)季3類數(shù)據(jù)。EVI是通過(guò)影像光譜波段運(yùn)算得到能夠反映植被活性的參數(shù)，較歸一化植被指數(shù)(normalized differential vegetation index，NDVI)改進(jìn)了大氣噪聲、土壤背景的干擾，消除了飽和度問(wèn)題，能夠更準(zhǔn)確地反映植被動(dòng)態(tài)變化特征[23]。EVI序列數(shù)據(jù)選用2015年16天合成的MODIS13Q1 250 m空間分辨率產(chǎn)品，來(lái)源于美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)網(wǎng)站(http:∥landsweb.nascom.nasa.gov/data/)。將預(yù)處理完成的年內(nèi)序列EVI數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，在ArcGIS 10.1平臺(tái)下采用最大合成法(maximum value composite，MVC)提取逐個(gè)柵格年內(nèi)最大值形成年內(nèi)最大EVI值數(shù)據(jù)。根據(jù)植被物候動(dòng)態(tài)模型，植被生長(zhǎng)季內(nèi)植被指數(shù)的累積值可以代表植被的NPP[24]。為了保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，NPP、植被生長(zhǎng)季長(zhǎng)度數(shù)據(jù)生產(chǎn)均以2015年內(nèi)序列EVI數(shù)據(jù)為輸入源數(shù)據(jù)，選用閾值法物候模型[24]。參考多個(gè)生態(tài)系統(tǒng)植被物候期提取閾值[16-18]，將植被返青期閾值設(shè)置為0.2，枯黃期閾值設(shè)置為0.6?；陂撝捣ㄎ锖蚰Ｐ停贛atlab 7.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)生產(chǎn)程序，批量生產(chǎn)NPP和生長(zhǎng)季長(zhǎng)度指標(biāo)參數(shù)數(shù)據(jù)(圖3)。利用不同生態(tài)系統(tǒng)類型矢量數(shù)據(jù)掩膜提取的2015年各生態(tài)系統(tǒng)植被生理特征指標(biāo)均值見(jiàn)表2。

圖3 2015年EVI年內(nèi)最大值、NPP和植被生長(zhǎng)季數(shù)據(jù)Fig.3 EVI,NPP and vegetation growth season data of China in 2015

表2 2015年各生態(tài)系統(tǒng)植被動(dòng)態(tài)特征指標(biāo)均值

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)果

以2015年完成的第一次全國(guó)地理國(guó)情普查地表覆蓋矢量化成果為源數(shù)據(jù)，采用1 km×1 km格網(wǎng)核算全國(guó)尺度下(澳門、香港、臺(tái)灣除外)陸地生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量(圖4)。2015年全國(guó)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量為402 503.54億元，其中供給服務(wù)價(jià)值為27 059.71億元，調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值為290 940.69億元，支持服務(wù)價(jià)值為70 134.96億元，文化服務(wù)價(jià)值為14 699.58億元。生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量比重最大，達(dá)到72.28%。2015年全國(guó)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量均值為412.92萬(wàn)元/km2，其中供給服務(wù)價(jià)值均值為27.76萬(wàn)元/km2，調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值均值為298.47萬(wàn)元/km2，支持服務(wù)價(jià)值均值為71.95萬(wàn)元/km2，文化服務(wù)價(jià)值均值為15.08萬(wàn)元/km2。

圖4 2015年中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)、支持、文化服務(wù)和生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量空間格局Fig.4 Spatial pattern of the supply, regulation, support, cultural services and the total ecosystem service value of China’s terrestrial ecosystem in 2015

根據(jù)圖4可以看出，中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)提供的總服務(wù)和各項(xiàng)子功能服務(wù)強(qiáng)度地域分異規(guī)律明顯。整體來(lái)看，中國(guó)東北部、中部和南部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量和各項(xiàng)子功能服務(wù)價(jià)值量較高，西北部地區(qū)較低。在全國(guó)范圍，生態(tài)系統(tǒng)供給、調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值量空間格局較支持、文化服務(wù)價(jià)值量更趨于均勻。東北部大、小興安嶺和長(zhǎng)白山地區(qū)，中部秦嶺地區(qū)以及喜馬拉雅山東麓生態(tài)系統(tǒng)支持、文化服務(wù)價(jià)值量明顯高于周邊區(qū)域。青藏高原多湖泊分布，其生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量和各項(xiàng)子功能服務(wù)價(jià)值量集聚分布明顯。

2.2 成果對(duì)比與分析

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型在文獻(xiàn)[8]的當(dāng)量因子法基礎(chǔ)上進(jìn)行了修正，繼承了原模型直觀易用，對(duì)數(shù)據(jù)需求少的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，注重植被對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的貢獻(xiàn)，增加了反映植被生理特征指標(biāo)的修正參數(shù)，發(fā)展成了一種動(dòng)態(tài)的核算方法，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)類型、質(zhì)量狀況的時(shí)空差異進(jìn)行了區(qū)分，能夠準(zhǔn)確地反映生態(tài)系統(tǒng)功能在時(shí)間、空間上的動(dòng)態(tài)變化。生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算過(guò)程中可以應(yīng)用多級(jí)格網(wǎng)技術(shù)，將逐個(gè)格網(wǎng)作為生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算的粒度單元，直接應(yīng)用矢量化數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算，滿足不同尺度對(duì)粒度大小的要求，不會(huì)改變生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算的精度和區(qū)域內(nèi)生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算總量。較文獻(xiàn)[2]基于生態(tài)系統(tǒng)單元進(jìn)行核算，InVEST模型不能變換核算粒度具有很大的進(jìn)步，可以適應(yīng)政府、社會(huì)對(duì)不同尺度管理單元不同粒度的需求。該方法結(jié)合常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高精度、高頻度動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了氣候變化和土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化貢獻(xiàn)的區(qū)分[18]。在核算過(guò)程中本底數(shù)據(jù)選擇上，地理國(guó)情普查地表覆蓋矢量化成果轉(zhuǎn)化的陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，保留了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部最小的異質(zhì)性斑塊，更準(zhǔn)確地反映生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，較國(guó)內(nèi)、國(guó)際大尺度上生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算采用的30 m、250 m、1000 m柵格數(shù)據(jù)核算的生態(tài)服務(wù)價(jià)值更準(zhǔn)確[8,11,23]。

2015年全國(guó)生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量比文獻(xiàn)[8]核算的2010年總量增加了21 469.32億元。其主要原因?yàn)槭車?guó)內(nèi)通脹率的影響，2015年標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價(jià)值比2010年增長(zhǎng)1.055 4倍。在不考慮通脹率的前提下，2015年生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量比2010年略微增加。相比2010年，各省生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量變化差異較大(圖5)。東北、西部地區(qū)省份生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量增加明顯，以內(nèi)蒙古、新疆、西藏、黑龍江和青海增量最大，其主要原因?yàn)榻陙?lái)國(guó)家對(duì)西部地區(qū)實(shí)施了大量生態(tài)環(huán)境保護(hù)、修復(fù)工程，以及在東北實(shí)施森林禁伐等政策利于該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能強(qiáng)度的提升[25]。西南、中東和南部省份生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量減少的省份較多，以云南、四川、江西、廣東省減量尤其突出，其主要原因是生態(tài)服務(wù)價(jià)值核算的數(shù)據(jù)源精度差異所致?；诘乩韲?guó)情監(jiān)測(cè)成果轉(zhuǎn)化形成的陸地生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠?qū)⑸鲜鍪》蒉r(nóng)村分散的大量獨(dú)戶農(nóng)村居民點(diǎn)區(qū)分出來(lái)，不參與生態(tài)服務(wù)價(jià)值的核算。而分辨率較高的柵格數(shù)據(jù)忽略這些信息，將農(nóng)村居民點(diǎn)歸并到周邊占優(yōu)勢(shì)的生態(tài)系統(tǒng)類型中，參與生態(tài)服務(wù)價(jià)值的核算，導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量核算值偏高。另一方面，部分省份經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，城市化進(jìn)程促進(jìn)大面積高生態(tài)服務(wù)強(qiáng)度生態(tài)系統(tǒng)向城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變也是導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量降低的原因之一[26]。

圖5 2010、2015年各省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量變量Fig.5 Variable of total ecosystem service value of every province between 2010 and 2015

中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量空間格局呈現(xiàn)明顯的地域分異規(guī)律，與文獻(xiàn)[8，27]研究結(jié)果基本一致。在全國(guó)尺度下，中國(guó)東北部、中部和南部地區(qū)較西北部區(qū)域土壤肥沃，氣候條件等更適宜植物生長(zhǎng)，植被生物多樣性、覆蓋度較高[28]。因此，該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度、價(jià)值量都明顯高于其他地區(qū)。中國(guó)西北部氣候類型以干旱為主，多荒漠、戈壁等脆弱生態(tài)系統(tǒng)分布。因此，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)強(qiáng)度較弱，單位面積地域提供的各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值量較低?？傊?，我國(guó)幅員遼闊，不同地域氣候、地貌類型等因素的明顯差異決定了陸地生態(tài)系統(tǒng)的空間分異，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間格局差異性也主要受我國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)地域分異規(guī)律和不同生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能供給量強(qiáng)度的影響[27]。

3 結(jié) 論

本文結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)生態(tài)文明建設(shè)的需求，提出了地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)成果在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算領(lǐng)域的應(yīng)用，建立了地理國(guó)情地表覆蓋與生態(tài)系統(tǒng)分類內(nèi)容指標(biāo)轉(zhuǎn)換表達(dá)關(guān)系，應(yīng)用植被生理特征指標(biāo)構(gòu)優(yōu)化了當(dāng)量因子法生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算模型，運(yùn)用地理格網(wǎng)法實(shí)現(xiàn)了生態(tài)服務(wù)價(jià)值的空間化準(zhǔn)確表達(dá)，形成了一套完善的基于地理國(guó)情地表覆蓋矢量化數(shù)據(jù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算方法。結(jié)果表明，該技術(shù)方法能夠快速地進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的核算，并可實(shí)現(xiàn)多尺度下的空間化表達(dá)粒度變換，利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)和驅(qū)動(dòng)力分析?；谠摲椒ㄉa(chǎn)的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值數(shù)據(jù)集成果將為我國(guó)生態(tài)補(bǔ)償政策制定、生態(tài)功能區(qū)劃提供服務(wù)，在國(guó)家生態(tài)安全重大戰(zhàn)略方面發(fā)揮重要作用。