（环境科学与工程专业论文）土地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究.pdf

a b s t r a c t e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ( e s v ) a n dl a n du s e c o v e rc h a n g e ( l u c c ) a r ea l lt h e h o ti s s u e si nt h ef i e l do fe c o - e n v i r o n m e n ts u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ee c o n o m i c v a l u a t i o no fe c o s y s t e ms e r v i c e sh a sb e e nah o tt o p i ci ne c o l o g i c a le c o n o m i cr e s e a r c h l a n du s e c o v e rc h a n g ei sac o r ej o i n tp r o j e c to ft h ee n v i r o n m e n t a lr e s e a r c h l u c c a n de s v i m p a c ta n dr e s t r i c te a c ho t h e r i ti so fg r e a ts i g n i f i c a n c et oc o n d u c ts o m e r e s e a r c h e so nt h ec h a n g eo fe c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u eb a s e do nl a n du s e c h a n g e i nt h i ss t u d y , c h a n g s h a ，at y p i c a lc i t yi nr e ds o i lh i l l yr e g i o no fc e n t r a lh u n a n p r o v i n c e ，w a sc h o s ea st h es t u d ya r e at oa n a l y z et h ev a r i e t yo fe c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u eb a s e do nl a n du s ec h a n g e a c c o r d i n gt op r e v i o u s l yp u b l i s h e dd a t aa n dt h er e a l c o n d i t i o no fc h a n g s h a ，e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u ec o e f f i c i e n t s o fe a c h l a n du s e c a t e g o r yw e r ee s t i m a t e d w ea n a l y z e dn o to n l yt h ew h o l ec i t yb u ta l s ot h eu r b a n d i s t r i c tw h e r et h el a n d s c a p ec h a n g e dm o r er a p i d l yi nt h ec e n t e ro ft h ec i t y t w o l a n d s a tt md a t as e t si n19 8 6a n d2 0 0 0a n dl a n du s ed a t ao ff i v eu r b a nd i s t r i c t s f r o m19 9 5t o2 0 0 5w e r eu s e dt oe s t i m a t e c h a n g e si nt h es i z eo fs e v e nl a n du s e c a t e g o r i e s ，t h e nu s e dv a l u ec o e f f i c i e n t st od e t e c tc h a n g e si nt h ev a l u eo fe c o s y s t e m s e r v i c e sd e l i v e r e db ye a c hl a n dc a t e g o r y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev a l u ec o e 伍c i e n to fw e tl a n di st h eh i g h e s t w a t e r b o d yi ss e c o n da n du n u s e dl a n di sl o w e s t f r o m19 8 6t o2 0 0 0 ，a r e ao fw o o d l a n d ， g r a s s l a n d ，w e tl a n da n du n u s e dl a n dd e c r e a s e dr e s p e c t i v e l y , b yc o n t r a s t ，c o n s t r u c t i o n l a n d ，c r o p l a n d ，w a t e rb o d yi n c r e a s e d w o o d l a n dd e c r e a s e dm o s tw h i l ec r o p l a n d i n c r e a s e dm o s t t h et o t a lv a l u eo fe c o s y s t e ms e r v i c e si nc h a n g s h ad e c l i n e d13 21 4 5 10 0y u a nr m b ，t h ea n n u a lc h a n g er e a ti s o 38 t h i sw a sa t t r i b u t a b l et ot h er a p i d e n c r e a s eo fc o n s t r u c t i o nl a n da n dl a r g ed e c r e a s eo fw o o d l a n dw h i c hh a dr e l a t i v eh i g h v a l u ec o e 龋c i e n t i nt h ef i v ed i s t r i c t s 7 6 2 7 x10 6y u a nr m bd e c l i n e di ne c o s y s t e m s e r v i c ev a l u eb e t w e e n19 9 5a n d2 0 0 5 ，t h ea n n u a lc h a n g er e a ti s - 0 9 8 w h i c hw a s m o r et h a nd o u b l eo ft h ew h o l ec i t y t h i sm a ya t t r i b u t et of a s tu r b a ne x p a n s i o ni nt h e f i v eu r b a nd i s t r i c t s e s vo fy u h u ad i s t r i c td e c l i n e dm o s tf a s t ，w h i l ek a i f ud i s t r i c t s l o w e s tr e l a t i v e l y a n di tw a sc o n s i s t e n tw i t ht h el a n du s ec h a n g e ，y u h u ad i s t r i c t c h a n g e dg r e a t l y , a n dk a i f ud i s t r i c t sv a r i a t i o nr a n g ew a sl o w e rt h a nt h et o t a la r e a t h es e n s i t i v i t ya n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h ee s vl a c k e d e l a s t i c i t yo nt h ev a l u e c o e f f i c i e n t sw h i c hw ee s t i m a t e d ，t h er e s u l t sa r ec r e d i b l e t h ed e c r e a s eo fa r e ao f w o o d l a n d ，w a t e rb o d ya n dw e tl a n dw h i c hh a v eh i g hv a l u ec o e f f i c i e n t sw i l ll e a dt o h i 硕l j 学位论文 e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u ed e c l i n ec o n s t a n t l y t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fc h a n g s h a ， i nr e ds o i lh i l l yr e g i o no fc e n t r a lh u n a np r o v i n c ei sr e l a t i v ef r a g i l e ，i ti sn e c e s s a r yt o p a ym o r ea t t e n t i o nt ot h ee c o l o g i c a lb e n e f i t sw h e na d j u s t i n gt h el a n du s es t r u c t u r et o m i t i g a t et h ed o w n t r e n do fe s v i nc h a n g s h a c i t y k e yw o r d s ：l a n du s ec h a n g e ；e c o s y s t e ms e r v i c e sv a l u e ；r e ds o i lh i l l yr e g i o n ； c h a n g s h ac i t y i v l - 地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究 插图索引 图2 1 研究区区位1 2 图2 2 生态系统服务的价值分类1 8 图4 1 长沙市1 9 8 6 年和2 0 0 0 年土地利用结构图3 1 图4 2 长沙市主城区土地利用结构图3 3 图5 1 长沙市主城区单位e s v 和人均e s v 变化3 7 v l l 硕l ：学位论文 附表索引 表2 1 生态系统服务及其功能1 5 表2 2 中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表2 0 表2 3 研究中生态系统服务价值功能及相应价值系数评价方法2 l 表3 1 与土地利用类型相对应的生态系统类型2 2 表3 2 各生态系统物质生产功能的单位服务价值2 3 表3 3 各生态系统娱乐文化功能的单位服务价值2 3 表3 4 各生态系统涵养水源功能的单位服务价值2 4 表3 5 各生态系统调节气体功能的单位服务价值2 5 表3 6 各生态系统保持土壤功能的单位服务价值2 7 表3 7 各生态系统净化空气功能的单位服务价值2 9 表3 8 各生态系统维持生物多样性功能的单位服务价值2 9 表3 9 长沙市不同生态系统单元单位面积生态服务价值表3 0 表4 11 9 8 6 2 0 0 0 年长沙市土地利用变化3 2 表4 21 9 9 5 2 0 0 5 年长沙市主城区土地利用变化3 3 表4 3 主城各区土地利用服务价值构成及变化3 4 表5 1 长沙市生态系统服务价值构成及变化3 5 表5 2 主城五区生态系统服务价值构成及变化3 7 表5 3 研究区敏感性指数3 8 硕土学位论文 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 随着社会经济的快速发展和人口的急剧增加，人类对自然界的长期开发已使 得不同空间尺度的生态系统遭到破坏，水土流失、土壤退化、生物多样性锐减、 大气污染等一系列生态环境问题比比皆是。这些问题仅是人们能观察到的，还有 那些潜伏的和不直观的“看不见的生态危机更为可怕，一些地区的生态系统服 务功能价值下降就是一个严重问题。生态系统服务是指通过生态系统的结构、过 程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务，这些产品和服务是人类生活的 必需品和人类生活质量的保证【1 1 。它的主要内涵包括生态环境系统的产品生产， 生物多样性的产生和维护，生物防治，减缓洪涝和干旱灾害，净化空气和调节气 候，休闲和娱乐等等。生态系统服务功能可以概略地分为两大类，一类是生态系 统产品，如为人类提供食物、工业原材料、药品等可以商品化的功能；第二类是 支撑与维持人类赖以生存的环境，如生态系统的气候调节、水源涵养、水土保持、 土壤肥力的更新与维持、营养物的循环、二氧化碳的固定等难以商品化的功能， 从而表现为间接价值【2 】。生态服务功能的间接价值目前虽不表现在国家的核算体 制上，但它们的价值可能大大超过直接价值，而且直接价值常常源于间接价值。 由于人类对生态系统的服务功能及其重要性的不够了解，导致了生态环境的破坏， 从而对生态系统某些服务功能造成了明显损害。今天人们逐步认识到，生态服务 功能是人类生存与现代文明的基础，科学技术能影响生态服务功能，但不能替代 自然生态系统服务功能，随着对可持续发展机制研究的深入，人们发现维持与保 育生态服务功能是实现可持续发展的基础。生态系统服务价值( e c o s y s t e ms e r v i c e s v a l u e ，e s v ) 的研究已成为国际可持续发展关注的热点之一。 随着人类社会的快速发展，土地利用变化也进入空前繁荣阶段，土地利用变 化问题成为全球环境及可持续发展议题的焦点。由于土地利用变化对环境的影响 主要是通过改变土地覆被状况产生的，因此人们常把土地利用变化与土地覆被变 化联系在一起，简称l u c c ( l a n du s e c o v e rc h a n g e ) ，是全球环境变化研究的核心 领域之一【3 巧】。士地利用变化对可持续发展具有相当的影响力，所以土地利用变化 与其对环境的影响已经被公认为是全球可持续发展的主要研究领域，占有相当重 要的地位。土地是各种陆地生态系统的载体，生态系统类型在土地利用中表现为 土地利用类型。土地利用结构的变化引起各种土地利用类型、面积和空间位置的 变化，即导致了各类生态系统类型、面积以及空间分布格局的变化。生态系统为 人类提供的大量的福利大多是公益性的，而现阶段土地利用则大多以单纯经济利 益为目的，这种目标下的土地利用导致了各类自然生态系统的面积大量减少，生 土地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究 态系统提供的服务功能也大幅度减少。所以说土地利用与生态系统服务是互相影 响、互相制约的一对矛盾统一体，土地利用影响着生态系统的结构和功能，对维 持生态系统服务功能起决定性作用。因此，研究土地利用变化下的生态系统服务 价值变化具有重要意义。 在市场经济条件下，人们十分重视环境与资源可实现的经济价值，却很少顾 及生态价值。从土地利用角度对生态系统服务价值进行研究，并对其自身变化特 点进行分析，可以促进土地资本开发的合理决策，避免损害生态服务价值的短期 经济行为，有利于土地资源系统的保护并最终有利于人类自身的可持续发展。没 有适宜的生态环境，社会进步、经济发展和人的全面发展就是一句空话。在可持 续发展成为世界普遍认同科学理念的今天，坚持以人为本，树立全面、协调、可 持续的科学发展观的一个重要的方面就是要统筹人与自然和谐发展。只有处理好 经济建设与生态环境保护的关系，建设生态保护型社会，才能推动整个社会走上 生产发展、生活富裕、生态良好的可持续发展道路。通过对生态系统服务功能及 其价值的核算，得出土地利用变化对生态系统服务价值影响结果，可有效地促进 土地资源的合理开发，实现社会经济的可持续发展。 湘中红壤丘陵区是南方一种非常重要的地貌类型，其生态稳定性差，生产力 波动性大，对人类活动和突发性灾害反应敏感，容易向不利于人类利用的方向演 替，属于典型的脆弱生态系统【6 】。研究这类区域土地利用对生态系统服务价值变 化的影响，对其制定合理的土地利用政策，促进其脆弱生态环境的恢复有着重要 的理论意义和实践意义。本文以具有典型湘中红壤丘陵地貌的长沙市为研究区， 分析了土地利用变化对其生态系统服务价值的影响，以期为这类区域的生态环境 保护和土地可持续利用提供决策参考，为区域自然生态系统和社会经济系统长期 协调发展提供理论依据。同时区域生态系统服务功能的定量研究可以有效地帮助 人们了解生态系统为人类提供的各种产品和服务的价值，认识到保育生态系统的 意义，打破传统的商品价值观念，为生态资源的合理定价与有效补偿提供科学依 据。此外，通过区域生态系统服务功能的定量研究，在明确了生态系统提供给人 类的服务功能价值的基础上，才能科学合理地进行生态规划，在时间尺度和空间 尺度上实现资源的合理利用，保证区域内与区域间、当代人以及代际间资源利用 的公平性，最终实现区域可持续发展。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 土地利用覆盖变化( l u c c ) 研究进展 1 2 1 1 国外研究进展 2 0 世纪9 0 年代以来，随着全球变化研究的不断深入，学晁逐渐重视对土地利 2 硕士学位论文 用覆盖变化的动态研究。1 9 9 3 年“全球地圈与生物圈计划 ( i g b p ) 和“全球环 境变化人文计划”( i h d p ) 均将土地利用覆盖变化列入核心研究区域，l u c c 与其它 全球环境变化的关系是核心问题，而自然和社会经济驱动因子一一土地利用变化 一一土地覆被变化一一环境效应系统的机制是研究重点【。1 9 9 5 年上述两组织发 布了土地利用土地覆被变化科学研究计划，接着各国际组织和国家纷纷跟进， 开展相应的研究项目 7 d o l 。1 9 9 5 年国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 启动了“欧洲 和北亚土地利用仕地覆盖变化模拟 项目，旨在分析1 9 0 0 - - 1 9 9 0 年欧洲和北亚土 地利用土地覆盖变化的空间特征、时间动态和环境效应，并预测在全球环境、人 口、经济、技术、社会及政治等因素变化的背景下，该区域未来5 0 年土地利用 覆盖的变化趋势，为制定相关政策服务；1 9 9 6 年美国开展北美洲土地覆盖变化研 究，主要集中在对全球与区域性土地覆盖变化的监测、土地覆盖变化与温室气体 释放及减少温室气体的研究；日本国立科学院全球环境研究中心在日本环境署的 支持下开展了“为全球环境保护的土地利用研究 ( l u g e c ) 项目，主要研究亚 太地区土地资源的可持续利用，日本海域亚太网络组织( a s i ap a c i f i cn e r w o r k ) 合 作开展了亚洲温带地区的土地利用与土地覆盖变化的研究计划；1 9 9 6 年欧盟也推 出了欧洲的l u c c 计划。通过这些项目取得了一系列研究成果，由于研究目的、手 段以及区域等方面的差异，逐渐形成了不同的研究流派，主要包括：一是从宏观的 角度出发，定性的研究全球规模大尺度上的土地利用变化状况及其与全球环境变 化的相互关系；二是利用数量模型与经济学模型，定量研究区域性土地利用变化， 并从土地可持续利用的角度出发提出对全球环境保护政策的建议；三是将l i j c c 作为一个整体性的系统，从福利分析( w e l f a r ea n a l y s i s ) 出发，在对土地资源与食 品政策进行研究的基础上，构建相关研究模型并对未来的情景以及由此造成的自 然环境与资源的改变进行模拟。国际上土地利用覆盖变化的研究重点领域和方法 大致归纳为三个方面，即其时空变化、动力机制和环境效应的案例比较研究：土地 覆盖变化的直接观测与诊断模型研究：土地利用仕地覆被变化的综合模型研究，包 括区域性和全球性的短期预测研究以及较长期的综合因子和环境效应研究【l 。 1 2 1 1 国内研究进展 我国早期的土地利用覆盖变化的相关研究主要在分类、分区、管理等方面。 2 0 世纪9 0 年代中后期以来，我国配合i g b p h d p 科学研究计划，在借鉴国外相关 研究成果的基础上，针对我国粮食安全、土地生态环境问题、典型地区土地利用 变化与社会经济发展关系以及典型地区土地利用变化驱动力研究开展了大量工 作，取得了一定的研究成果【1 2 46 1 。高志强等【1 2 】基于遥感和g i s 对中国土地利用 覆盖情况进行了研究；顾朝林【1 4 】对北京土地利用变化的机制进行了研究；郭林【l 州 等对佛山市快速城市化过程中土地利用格局进行了分析。国内主要研究领域包括： 3 十地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究 利用遥感影像对土地利用土地覆盖变化的监测分析、土地利用土地覆盖变化模 型的建立、土地利用土地覆盖变化研究数据库的构建、土地利用土地覆盖变化 驱动机制研究、土地利用土地利用t 地覆盖变化的生态环境效应研究等方面。 1 2 2 生态系统服务价值( e s v ) 研究进展 1 2 2 1 国外研究进展 2 0 世纪7 0 年代初，s c e p ( s t u d yo f c r i t i c a le n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ) ( 1 9 7 0 ) 提出了 生态系统的服务功能，并列出了自然生态系统的“环境服务功能 如：害虫控制、 昆虫授粉、气候调节和物质循环等【1 7 】。1 9 7 4 年h o l d r e n 和e h r l i c h 将其拓展为“全 球环境服务功能”并在环境服务功能清单上增加了生态系统对土壤肥力和基因库 的维持功能。随后e h d i c h 等又提出了“全球生态系统公共服务功能 l l 引，后来逐 渐演化出“自然服务功能，【1 9 j ，最后由e h r l i c h ( 1 9 8 1 ) 将其确定为“生态系统服务”， 他在研究生态系统对土壤肥力与基因库维持的作用以及生物多样性的丧失对生态 系统的影响时，首次使用了“生态系统服务 一词，很快也为其他学者所引用。 国际科学联合会环境委员会( s c o p e ) 于1 9 9 1 年组织了一次主要讨论如何开展 生物多样性的定量研究的会议。美国生态学会组织了以d a i l y 负责的研究小组，对 生态服务功能进行了系统的研究，在l9 9 7 年出版了n a t u r e ss e r v i c e ：s o c i e t a l d e p e n d e n c eo nn a t u r a le c o s y s t e m ) ) 一书【2 们，比较系统地介绍了生态系统服务功能 的概念、研究简史、服务价值评估等专题研究。同年，c o s t a n z a 等人在( ( n a t u r e ) ) 上发表的“t h ev a l u eo ft h ew o r l d se c o s y s t e m ss e r v i c e sa n dn a t u r a lc a p i t a l ”一文尤 为引人注目，影响最大。c o s t a n z a 等人对全球生态系统服务功能进行了划分和评 估，他们将全球生态系统分为1 6 种类型，生态系统服务功能归纳为1 7 种类型，估 算了全球生态系统服务的总价值。c o s t a n z a 等人的研究使生态系统的价值评估的 原理和方法从科学意义上得以明确。其后，又有许多学者对生态系统服务功能及 其价值进行了研究和估算【2 卜2 4 】。 国外对生态系统服务的研究主要集中在以下方面： 1 、生态系统服务的概念和分类研究 到目前为止，生态系统服务功能还没有统一的概念。d a i l y ( 1 9 9 7 ) 等人将其 定义为：生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的 自然环境条件及其效用。c o s t a n z a ( 1 9 9 7 ) 等人指出生态系统服务是指通过生态 系统的结构、过程和功能直接或间接得到的生命支持产品和服务，这些产品和服 务是人类生活的必需品和人类生活质量的保证。d a i l y 提出的生态系统服务分类是 目前较有代表性的分类。主要包括功能分类，如调节、承载、栖息、生产和信息 服务；组织分类，如与某些物种相关的服务，或者与生物实体的组织相关的服务； 描述分类，如可更新资源物品、不可更新资源物品、生物服务、生物地化服务、 4 硕上学位论文 信息服务以及社会和文化服务。其中功能分类是目前主要的分类方法，也更加便 于生态系统服务评价工作的开展。c o s t a n z a 等也从功能的角度提出了生态系统服 务分类。他们将生态服务分为气体调节、气候调节、扰动调节、水调节、水供给、 控制侵蚀和保持沉积物、土壤形成、养分循环、废物处理、传粉、生物控制、避 难所、食物生产、原材料、基因资源、休闲娱乐、文化1 7 个类型，是目前一个较 有影响的从功能角度提出的生态系统服务分类。 2 、生态系统服务的形成及其变化机制研究 生态系统是生态服务与功能形成和维持的物质基础。在生态系统服务形成和 维持过程中，生物多样性通过它在管理生态系统属性和过程中所起的作用与生态 系统服务产生密切联系【1 ，2 们。t i l m a n 等根据草地生态系统小区试验研究发现，生 态系统功能多样性及其组成对生态系统过程的影响比物种多样性更显著。多样系 统中生物多样性微小的变化只会导致极小的生态系统功能和服务供给的改变。 l o r e a u 等认为某些最少数量的物种在稳定条件下对生态系统功能非常必要，以及 较大数量的物种可能对维持变化环境中生态系统过程的稳定性非常必要。l u c k 等 提出了服务供给单元，它是指在一定时间或空间尺度内提供或未来会提供的已经 认识到的服务的单元，它的提出为生态系统服务形成和变化机制及其受损生态系 统服务的恢复研究提供了一个全新的观点和方法。 3 、生态系统服务价值评估理论 ( 1 ) 能量价值论( e n e r g yt h e o r yo f v a l u e ) 最初涉足生态系统服务价值评估研究实践的生态学家们利用的是能量学的基 本原理，即热力学两大定律。把能量作为衡量生态系统服务价值的标准是由其作 为一切生产过程的原投入这个特征决定的。因此，可利用能量作为基础商品是唯 一具备稀缺性的生产因素，从而可用来衡量一切商品的交换价值。但是，估算自 然界任何一种活动耗费的总能量并非易事，因为并不是所有的能量形式在质量上 都相同，例如可利用度、结构性等。正如0 d u m 等引用m a r t in e z a 1i e r 的评论中 指出，2 0 世纪中叶的研究者们在利用能量来评估环境产品的价值时之所以失败， 就是因为他们没有考虑到自然界的能量具有等级性，典型的例子即食物链中的能 量金字塔结构。 ( 2 ) 能值价值论( e m e r g yt h e o r yo fv a l u e ) 针对能量价值论这一缺陷，研究者们探索到相应的改进途径来评估生态系统 的服务价值。1 9 8 3 年，能值一词出现并被用于表达在生产指定商品和服务时，以 种能量形式( 如太阳能) 计数所需的量。而能值转换为经济价值，相当于1 1 6 1 0 j 的太阳能值合计为1 美元。0 d u m 等和c o s t a n z a 等都曾利用能值价值论来研究过生态 系统的服务价值。而基于能值为标准的价值评估理论利用的是生物物理原理，其 不取决于消费者的偏好程度，目的是利用生态数据来影响环境政策的制定。虽然 十地利用变化对长沙市生态系统服舞价值的影响研究 能值价值论在合理性和换算方法等方面尚有争议，但是它的存在和发展与市场价 值论等其他理论在生态系统服务价值评估这个问题上可以相得益彰，互为补充。 ( 1 ) 劳动价值论( l a b o rt h e o r yo f v a l u e ) 1 8 世纪，经济学家a d a ms m i t h 将商品的使用价值和交换价值区分开，却否 认使用价值是交换价值的基础，他还提出当劳动力成为生产过程中的唯一稀缺因 素时，就可把其看作是商品交换的计价单位。r i e a r g o 等发展了劳动价值论，他 也提出要找到一个恒定价值作为商品交换价值的衡量标准。世界的资产储备由自 然资本、人力资本以及人造资本构成。而劳动价值论过于强调劳动力即人力资本 的作用，其成立的假定条件一劳动力为唯一稀缺因素，只能受限于特定的历史时 期。而生态系统的服务价值体现的是自然资本对人类的贡献，古典经济学强调的 劳动价值论不能作为生态系统服务价值评估这个问题的理论基础，而从某种角度 上说，却构成了早期人类过度开发利用自然资源的经济背景因素。 ( 2 ) 效用价值论( u t i l i t yt h e o r yo fv a l u e ) 2 0 世纪初，经济学家认识到商品的效用性和稀缺性对商品的交换价值有重要 影响，因此边际效用和边际价值的概念被提出作为商品交换价值的基础。如何获 取人们对边际效用的评价( 即边际价值) 依赖于有效地量化他们对商品或服务数量 增长的支付意愿以及对其数量减少接受补偿的意愿。对于生态系统的商品和服务 而言，有些如木材、食品、旅游等具有真实的市场，它们的价格在市场供求关系 的变化中趋于动态平衡，但这主要是由于这些商品和服务具有排他性。但是，生 态系统作为自然资产的拥有者，生产的商品和提供的服务远远超过可以在市场上 通过价格表现的这个范畴，例如空气和气候调节、水源涵养、污染物的降解和吸 收等。生态系统的服务功能大多数具有外部性，即所有的利益相关者只能公平的 无竞争地共同享有这些服务，而不能将其中任何一方排除，因此，一般的市场经 济环境对生态系统服务价值的确定无能为力。但是从商品的效用性和稀缺性入手， 我们可以假定生态系统本身作为利益代表。 4 、生态系统服务价值的评估方法研究 生态系统服务的总经济价值包括使用价值和非使用价值两部分，使用价值包 括直接使用价值( 直接实物价值和直接服务价值) 、间接使用价值( 即生态功能价 值) ，非使用价值包括遗产价值和存在价值，还有选择价值( 即潜在使用价值) 既可 归为使用价值，也可归为非使用价值。直接使用价值是由生态系统对目前的生产 或消费的直接贡献来认定的，例如木材、药品、休闲娱乐、居住等都是森林的直 接使用价值。直接使用价值在概念上易于理解，但在经济上有的却不易衡量。例 如林产品的价值可以根据市场或调查数据估算，但是药用植物的价值却难以衡量。 问接使用价值包括从生态系统所提供的用来支持目前生产和消费活动的各种功能 中，间接获得的效益。以森林资源为例，涵养水源、保持土壤、净化空气等价值 6 硕士学位论文 都属于间接使用价值范畴【2 副。 生态系统服务的经济学评价方法主要有以下几种： ( 1 ) 市场价值法。其基本原理是将生态系统作为生产中的一个要素，生态系统 的变化将导致生产率和生产成本的变化，进而影响价格和产出水平的变化，或者 将导致产量或预期收益的损失。因此，通过这种变化可以求出生态系统产品和服 务的价值。 ( 2 ) 机会成本法。机会成本法是费用一效益分析法的重要组成部分。它常被用 于某些资源的社会净效益不能直接估算的场合，是一种非常实用的技术。机会成 本法简单易懂，能为决策者和公众提供宝贵的有价值的信息，机会成本法常用来 衡量决策的后果。薛达元【2 6 】使用机会成本法估算出长白山森林生态系统保持表土 的价值为2 3 5 7 3 万元年，有机质循环价值达5 3 5 1 7 7 万元年。 ( 3 ) 影子价格法。影子价格己广泛应用于生态系统服务功能的定量评价。例如， 中国生物多样性国情报告【2 7 】中使用了瑞典的碳税率15 0 美元t ( 碳) ，计算了中 国陆地生态系统每年固定c 0 2 的总经济价值为4 4 5 x 1 0 1 1 美元。欧阳志云、王如松 等【2 8 】运用此法估算出中国陆地生态系统每年释放0 2 的经济价值为3 4 0 x10 1 2 元。薛 达元【2 6 1 应用此方法对长白山自然保护区森林生态系维持营养物质循环功能进行 了评价，得出其价值为0 4 3 亿元年。 ( 4 ) 费用分析法。根据实际费用情况的不同，可以将费用分析法分为防护费用 法、恢复费用法和影子工程法三类。中国生物多样性国家报告1 27 j 编写组使用 防护费用法估算中国的部分珍稀濒危动物价值。国家环保局南京环科所编写组在 中国生物多样性经济价值评估中，采用s 0 2 的平均治理费用，估算出中国森 林生态系统净化s 0 2 的价值为9 6 9 7 亿元年。欧阳志云、王如松等利用此法估算出 我国森林、草地生态系统每年减少泥沙淤积损失的经济价值为1 5 4 2 l 亿元。 ( 5 ) 能值分析法。能值( e m e r g y ) 定义为：在产生一种产品或服务的全过程中， 将所使用的各种类型的能量用某一种能量表示的当量。实际应用中通常以太阳能 焦耳值度量各种不同类别能量的能值。某种资源、产品或服务的太阳能值，就是 其形成过程中直接或间接应用的太阳能焦耳总量。通过利用世界年生产总值除以 驱动世界经济运行的能值年流量，就可以计算出货币流与能值流的比率，以能元 ( e m d o l l a r ，e m $ ) 表示单位货币能值的比率。于是，可以用能元作为统一单位来定 量表示各种产品或服务的价值。m t b r o w n 等估算出全球生态系统中，土壤有 机质的储存量为2 1 0 x l0 1 5 m $ ，植物生物量约为3 3 5 x l0 1 4 m $ ，动物生物量约为 3 7 0 x 1 0 1 3 m $ 。 此外，还有旅行费用法、条件价值法，也叫调查评价法、支付意愿调查评估 法或假设评价法，它是通过对消费者直接调查，了解消费者的支付意愿，或者他 们对产品或服务数量选择的愿望来评价生态系统服务功能的价值，根据获取数据 7 十地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究 的途径不同，条件价值法可以细分为投标博弈法、比较博弈法、无费用选择法、 优先评价法和德尔菲法；资产价值法，它是利用生态系统变化对某些产品或生产 要素价格的影响，来评估生态系统服务功能的价值。 目前国外有关生态系统服务及其价值评估的研究已经广泛开展【2 9 1 ，其研究主 要特点是不同研究者采用了不同的研究角度。d a i l y 等主要从生态学基础的角度探 讨生态系统服务及其价值，c o s t a n z a 等则更多从经济学的角度研究生态系统服务 的经济价值，并探讨评价的方法与技术；p i m e n t e l 3 0 】等也估算了生态系统服务的 价值，并与c o s t a n z a 等的研究结果进行了对比；t u r n e r 注重生态系统服务经济价值 评估的技术与方法的研究；n a e e m 贝l j 更关注生态系统服务变化的机制，特别是生 物多样性与生态系统服务变化之间的相互作用。千年生态系统评估( m i l l e n n i u m e c o s y s t e ma s s e s s m e n t ，m a ) 更加全面地关注生态系统服务概念、与人类福利之间关 系、变化的驱动因子、评价的尺度、评价技术与方法、评价过程中的分析方法以 及评价结果与最终的政策制定，并在全世界范围内广泛开展了案例研究。几乎所 有的科学家都认为生态系统服务价值评价的最终目的是为决策者提供政策制定的 依据，促进生态系统服务的可持续发挥。 从研究对象范围上可以归纳为以下4 个方面1 3 l 】： ( 1 ) 全球或区域生态系统服务价值评估，具有代表性的女h c o s t a n z a 等世界1 3 位 科学家对全球生态系统服务价值的分类与全面评估；p i m e n t e l 对全球生物多样性 和美国生物多样性进行的比较研究；s u t t o n 研究了全球生态系统的市场价值和非 市场价值及其与世界各国g d p 的关系；联合国千年生态系统评估工作组开展的全球 尺度和3 3 个区域尺度的“生态系统与人类福利 研究，是目前最新也是规模最大 的评估工作。 ( 2 ) 流域尺度生态系统价值，g r e n 等对欧洲多瑙河流域经济价值的评估；d i x o n 讨论了英国某流域土壤和沉积物保持的价值评价及其对流域环境管理的指导作 用；p a t t a n a y a k 贝, u 评价了印度尼西亚m a n g g a r a i 流域减轻旱灾的价值，并着重对其3 步评价方法进行了具体讨论。 ( 3 ) 单个生态系统价值评估，t u r n e r 对湿地经济价值评估及管理做了大量工 作；h a n l e y 对森林景观和娱乐价值的评价；l o o m i s 对美国p l a t t er i v e r 河流生态系 统总经济价值的评价；l a l 研究了太平洋沿岸海洋红树林价值及其对环境决策制定 的意义。 ( 4 ) 物种和生物多样性保护价值评估，女f l j a k b o s s o n 采用条件价值评估方法对 澳大利亚维多利亚州所有濒危物种的价值评估；m e n d o c a l l 采用支付意愿和种群生 存分析模型( p v a ) 讨论了巴西金狮绢毛猴等3 个物种的货币价值，并预测了未来各 个物种的生存概率；b a n d a r a 讨论了斯里兰卡亚洲象保护的净效益及其政策含义。 8 硕上学位论文 1 2 2 2 国内研究进展 国内生态系统服务研究明显落后于国外。2 0 世纪9 0 年代以后，一些学者将生 态系统服务的概念、内涵和价值评价方法介绍到国内，国内有关生态系统服务的 研究随之有了较大发展。 欧阳志云【3 2 】等学者详细介绍了生态系统服务的定义、内涵和价值评估方法， 并系统地分析生态系统服务的研究进展与发展趋势，探讨了生态系统服务及其与 可持续发展研究的关系。赵景柱【3 3 j 等对生态系统服务的物质量评价和价值量评价 这两类方法进行比较。陈仲新【3 4 】等参考c o s t a n z a 等人的分类方法与经济参数对中 国生态系统功能与效益进行了价值估算。谢高地等【3 弘3 8 】对中国自然草地生态系统 服务价值、青藏高原生态系统土壤保持功能价值、青藏高原生态系统服务价值进 行了评估。余新晓和秦永胜等人【3 9 】从生态系统服务功能的概念入手，根据观测和 研究资料，采用替代工程法、市场价值法等从直接经济价值和间接经济价值两方 面评价了北京山地森林生态系统服务功能的价值。余新晓【4 0 j 等人根据全国第五次 森林资源清查资料( 19 9 4 - - - 19 9 8 年) 及c o s t a n z a 等人的技术方法估算了我国森林生 态系统涵养水源、固碳释氧、营养物质化循环、净化空气和保护土壤等八项服务 功能的总价值。彭皓【4 l 】等根据草地的产草量和退化程度将锡林河流域天然草地划 分为5 个等级，利用c o s t a n z a 的生态系统服务功能评价的基本思路和方法，对锡林 河流域天然草地生态系统服务价值进行了评估。郭忠伟【4 2 】等人则对我国湖北省兴 山县森林生态系统的服务价值进行了估算。 从2 0 世纪9 0 年代中期至今，生态系统服务研究在国内逐渐发展起来1 2 引。最初 研究更多的集中在对国外生态系统服务概念、内涵、评估方法研究成果的介绍以 及对生态系统服务理论的探讨。国内对生态系统服务功能的评价大多采用 c o s t a n z a 、谢高地等学者的经济系数，并多限于自然生态系统，对于生态对城市 生态系统服务功能的价值评估仍不多见。对生态系统使用价值种类的辨识和评价 一般未能超过1 0 种( c o s t a n z a 等将全球生态系统服务分为1 7 大类) ，这可能是部分 生态服务功能的识别和测算受到相关理论、方法和基础数据的局限。 直接市场价值评价法是国内生态系统服务价值评估的主要方法学特征。直接 市场评价方法的基本评价范式是，研究区域选择后，在生态系统服务功能辨识的 基础上，获得区域生态系统服务的各种功能类型对应的生物量或物质量，再将其 折算为相应的价值量；最后对各服务功能的经济价值进行简单的线性加和，获得 研究区域生态系统服务的经济价值。现阶段常用的评价方法有市场价值法、影子 价格法、替代工程法、机会成本法等。如水源涵养和土壤保持主要采用影子工程 法、生产率变动法；气体调节采用碳税法和影子价格法；污染物降解一般采用防 治成本法等。上述方法均属于生态经济学中的直接市场法范畴，较少涉及揭示偏 9 士地利用变化对长沙市生态系统服务价值的影响研究 好技术( 替代市场) 和陈述偏好技术( 假想市场) 。 尽管如此，通过较多学者的努力，国内在生态系统服务领域的多方面都有所 进展，对国家的生态政策产生了较大影响。 1 2 3l u c c 对e s v 影响方面的研究 目前国内外在生态系统服务价值的变化研究上已较多注意土地利用这一主要 因素，或已注重对生态系统服务价值在土地利用结构优化中的应用。k r e u t e r t 4 3 】 等研究了美国德克萨斯州