一种生态系统调节服务价值核算方法

技术领域

本发明属于生态系统服务价值技术领域，尤其涉及一种生态系统调节服务价值核算方法。

背景技术

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。目前，国内外就生态系统服务价值的评估方法开展了大量的研究工作，但尚未形成一套统一的评估体系。已有研究在生态系统服务价值指标体系的设置上，一般采用生态系统产品供给、调节服务、文化服务三大类一级指标，区别主要在细化的二级指标上。生态系统服务价值的核算方法大致可以分为两类，即基于单位服务功能价格的方法（功能价值法）和基于单位面积价值当量因子的方法（当量因子法）。功能价值法首先分别计算不同生态系统服务功能的实物量，如土壤保持量、水源涵养量、固碳释氧量等，实物量通过水平衡方程、土壤流失方程、风力侵蚀模型、植物净化模型等可靠的自然-生态模型计算获得；然后基于实物量核算结果，采用市场法、影子工程法等方法将各类服务功能价值化。当量因子法是在区分不同种类生态系统服务功能的基础上，基于可量化的标准构建不同类型生态系统服务功能价值当量，然后结合生态系统的分布面积进行评估；该方法不需计算实物量，直接计算价值量，已经比较成熟。

通过对比功能价值法和当量因子法，可以发现功能价值法的主要优点在于可以分别采用专门方法计算各类生态系统服务实物量，如土壤保持功能的核算首先采用通用土壤流失方程计算土壤保持量，而后采用替代成本法计算土壤保持功能价值量，核算准确度相对较高；但功能价值法所需数据较为繁杂，一般只适用于中小尺度的区域生态系统服务价值核算。当量因子法在构建标准的当量因子表后，只需使用研究区域不同类型土地面积乘以对应的服务价值当量，即可得到相应的生态系统服务价值，优点在于所需数据简单，适用于大区域的生态系统服务价值核算；但当量因子法假设同种土地利用类型的单位面积生态系统服务价值相同，在核算准确性上低于功能价值法。

公开号为CN109544021A的中国专利公开了一种区域水生态服务价值综合评价方法，包括：将区域水生态服务功能分为提供产品、调节、支持和文化服务功能；确定各功能的评价指标，构建区域水生态服务价值评价指标体系；根据指标体系，计算各功能价值；根据计算价值，计算区域水生态服务功能的总价值；其中，提供产品功能的评价指标包括居民生活用水、产业用水、渔业产品、水电蓄能和水源地温；调节功能的评价指标包括地表水资源调蓄、地下水资源调蓄与补给、水质净化功能、气候调节功能、洪水灌溉和净化空气；支持功能的评价指标包括固碳、释氧、营养物质循环、生物多样性保护、生活质量改善和预防地面沉降；文化服务功能的评价指标包括旅游休闲娱乐、水景观功能和水文化传承。但是该专利并未考虑到病虫害防治、防风固沙、洪水调蓄、土壤保持等方面的服务价值。

因此，需要设计一种考虑到多方面的服务价值且准确度较高的核算方法。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种生态系统调节服务价值核算方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种生态系统调节服务价值核算方法，包括以下步骤：

步骤S1：收集相应生态系统调节服务的基础数据，生态系统调节服务包括水源涵养服务、土壤保持服务、洪水调蓄服务、防风固沙服务、固碳释氧服务、大气净化服务、水质净化服务、气候调节服务和病虫害防治服务；

步骤S2：根据基础数据的数据类型采用不同的数据预处理方法获得相应生态系统调节服务的实物量数据，再分别对生态系统调节服务中的各个服务的价值进行核算；

步骤S3：对每个服务价值的核算结果进行求和。

基于上述技术方案，更进一步地，所述水源涵养服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代工程法从水量平衡的角度计算水源涵养服务价值，计算公式为：

公式一：

公式二：

公式三：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述土壤保持服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法进行计算，计算公式为：

公式四：

公式五：

公式六：

公式七：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述洪水调蓄服务价值的核算方法，包括以下步骤：

按照水库总库容的35%计算水库洪水调蓄功能，按照替代工程法计算价值量，计算公式如下：

公式八：

公式九：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述防风固沙服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用修正风蚀方程计算风蚀量，并利用替代成本法，将治理这些沙化土壤的成本和减少风蚀土壤肥力作为防风固沙功能的价值，计算公式为：

公式十：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述固碳释氧服务价值的核算方法，包括以下步骤：

通过工业制氧成本法计算生态系统释氧价值，计算公式为：

公式十一：

公式十二：

公式十三：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述大气净化服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法，以各类大气污染物治理成本计算价值量，计算公式为：

公式十四：

公式十五：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述水质净化服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法，根据达到同样净化效果所需的人工净化成本计算水质净化价值，计算公式为：

公式十六：

公式十七：

式中，

基于上述技术方案，更进一步地，所述气候调节服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法，根据达到同样效果的用电量和电价计算相应的价值量；

公式十八：

式中，V为气候调节价值，单位为元/年；Q为生态系统蒸腾蒸发消耗能量，单位为（kw·h)/年，p为电价，单位为元/(kw·h)。

基于上述技术方案，更进一步地，所述生态系统蒸腾蒸发消耗能量的计算公式为：

公式十九：

式中：Q为生态系统蒸腾蒸发消耗能量，单位为kw·h；GPP为不同生态系统类型单位面积蒸腾消耗热量；S

基于上述技术方案，更进一步地，所述病虫害防治服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用防护费用法，以人工林病虫害高出天然林造成的损失计算森林病虫害控制功能及价值，计算公式为：

公式二十：

公式二十一：

式中，

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明通过采用各种价值化方法，如市场价值法、替代成本法、防护费用法等，将水源涵养服务、土壤保持服务、洪水调蓄服务、防风固沙服务、固碳释氧服务、大气净化服务、水质净化服务、气候调节服务和病虫害防治服务等各类生态系统调节服务进行整合，实现了整体价值化；并在核算过程中，设定了相应的修正方程，进一步提高了价值核算结果的准确度。

具体实施方式

实施例1

一种生态系统调节服务价值核算方法，包括以下步骤：

步骤S1：收集相应生态系统调节服务的基础数据，生态系统调节服务包括水源涵养服务、土壤保持服务、洪水调蓄服务、防风固沙服务、固碳释氧服务、大气净化服务、水质净化服务、气候调节服务和病虫害防治服务；

步骤S2：根据基础数据的数据类型采用不同的数据预处理方法得到相应生态系统调节服务的实物量数据，再分别对生态系统调节服务中的各个服务的价值量进行核算；例如统计数据采用数据对比与筛选，矢量数据采用GIS克里金插值，栅格数据采用GIS将栅格数据矢量化，进而获得实物量数据等方式；

具体的，水源涵养指生态系统对降水进行截留、渗透、蓄积，并通过蒸散发实现对水流、水循环的调控，是陆地生态系统重要的服务功能之一，其变化直接影响区域气候、水文、植被和土壤等状况，是区域生态系统状况的重要指示器。本项目参考已有研究，采用替代工程法计算水源涵养服务的经济价值。涵养水源服务的实物量采用水量平衡方程进行计算。目前，主要的功能量计算方法包括降水储存量法、多因子回归法、综合蓄水能力法、水量平衡法、林冠截留剩余量法以及森林水文模型法等。其中水量平衡法应用范围最广，从水量平衡的角度计算，结合遥感和气象资料，应用方便，结果可信度较高，该水源涵养服务价值的核算方法，计算公式为：

公式一：

公式二：

公式三：

式中，

土壤保持服务也叫水土保持服务，是生态系统提供的一项重要调节服务，指生态系统防止土壤流失的侵蚀调控能力以及对泥沙的储积保持能力。水土保持是指防治水土流失、保护、改良与合理利用山区、丘陵区和风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的综合性科学技术。土壤侵蚀的危害主要表现在以下方面：一是造成局地水土流失、土壤肥力下降，影响粮食安全；二是增加河流输沙量，影响下游地区的灌溉、污水处理和水库使用；三是造成水体中营养元素超标污染环境。因此本报告从保持土壤肥力、减少泥沙淤积等两个方面计算生态系统土壤保持功能价值。目前水土保持由三大类措施组成：水土保持农业技术措施、水土保持林草措施和水土保持工程措施。土壤侵蚀的定量评价与监测对于水土保持能力评估有着重要的意义，土壤侵蚀模型可以分为经验统计模型和物理过程模型。生态系统土壤保持实物量采用修正通用土壤流失方程（RUSLE），通过潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量的差值来计算。

其中，地表覆被、土壤可蚀性、地形条件、气候条件等都会对水土保持效果有影响，因此水土保持服务能力指数为：

式中：K为土壤可蚀性因子（无量纲）；S为坡度因子（无量纲）；NPP为植被净初级生产力，各因子需要归一化处理。

土壤流失方程模型是在原来USLE模型上的进一步改进，使其可以更好的适用于国 内实际情况。CSLE可以用于计算坡面上的土壤流失量，并且形式较为简单，可以在不同地区 进行推广，方程基本形式为：

降雨侵蚀力因子R计算：

式中：

土壤可蚀性因子K计算：

坡子和坡度因子计算：

坡度的计算利用ArcGIS坡度计算工具，从ASTGTM2 30m DEM获取研究区域的坡度数据。

坡长计算公式如下：

式中：slope为坡度，单位为°；

坡度因子计算公式如下：

坡长因子计算公式如下：

式中：L为坡长因子。

获得24个半月的植被覆盖度，结合24个半月降雨侵蚀力因子和土地利用类型计算B。具体计算方法为：

式中：

果园、其它果园、有林地和其他林地

草地

式中：

式中：NDVImax，NDVImin为NDVI最大值与最小值；k为转换系数，取该像元内NDVI平均值。

非园地、林地和草地的B因子赋值如表1所示：

表1 土地利用类型B因子赋值表

其中，表1中的其他土地包括盐碱地、沙地、裸土地、裸岩石砾地等。

所述土壤保持服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法进行计算，计算公式为：

公式四：

公式五：

公式六：

公式七：

式中，

洪水调蓄主要体现在湿地生态系统减轻洪水威胁的经济价值。沼泽湿地是蓄水防洪的天然海绵，湖泊是抵御洪水灾害的天然屏障，水库是现代防洪工程体系的重要组成部分。本项目参考已有研究，运用替代工程法，通过建设水库的费用成本计算坑塘水面、沼泽、水库等湿地生态系统的洪水调蓄价值。其中，坑塘水面是人工或天然形成的需水量小于等于10万立方米的坑塘。本项目参照湖泊调蓄能力计算，公式如下：

式中，

所述洪水调蓄服务价值的核算方法，包括以下步骤：

按照水库总库容的35%计算水库洪水调蓄功能，按照替代工程法计算价值量，计算公式如下：

公式八：

公式九：

式中，

沼泽洪水调蓄价值主要计算内陆滩涂在调蓄洪水的价值，与其面积及洪水期淹没深度有关。而确定沼泽洪水调蓄功能价值计算公式如下：

式中，

防风固沙是指生态系统通过其结构与过程，降低因风蚀导致的地表土壤裸露，增强地表粗糙程度，降低风速，减少风沙输沙量，减少土地沙化的功能。所述防风固沙服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用修正风蚀方程计算风蚀量，并利用替代成本法，将治理这些沙化土壤的成本和减少风蚀土壤肥力作为防风固沙功能的价值，计算公式为：

公式十：

式中，

其中，结合两个修正风蚀方程，对固沙量

式中，

采用修正风蚀方程一，计算得到实际风力侵蚀量S

采用修正风蚀方程二，计算得到潜在风力侵蚀量

其中，

对于每个栅格，单位面积固沙量的计算公式为：

式中，SR为单位面积固沙量，单位为吨/(km

固碳释氧是生态系统中的植物通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，同时向空气中释放氧气的服务。根据光合作用方程式，植物生产1g干物质需要1.63g二氧化碳，并释放1.2g氧气。本项目采用植物净初级生产力计算生态系统干物质量，参考已有研究通过市场价值法，采用二氧化碳市场价格计算生态系统固碳价值，通过工业制氧成本法计算生态系统释氧价值。所述固碳释氧服务价值的核算方法，计算公式为：

公式十一：

公式十二：

公式十三：

式中，

生态系统具有一定的自净能力，能够通过一系列的物理、化学和生物因素的共同作用，使环境介质中人类生产生活所产生的污染物浓度降低。本项目选择滞尘量、二氧化硫和氮氧化物的吸收量来衡量生态系统大气净化服务价值。采用单位面积生态系统对颗粒物（PM2.5、PM10）、二氧化硫、二氧化氮的吸收量与各类生态系统面积的乘积作为生态系统大气环境净化的功能量，采用核算大气净化功能价值常用的替代成本法，以各类大气污染物治理成本计算价值量，所述大气净化服务价值的核算方法，计算公式为：

公式十四：

公式十五：

式中，

净化水质指生态系统吸收、处理、过滤水体污染物，净化水质的功能。本项目采用植物净化模型核算湿地生态系统净化水质功能主要包括对COD、总氨、总磷的净化量，并参照已有研究，使用替代成本法根据达到同样净化效果所需的人工净化成本计算水质净化价值，所述水质净化服务价值的核算方法，计算公式为：

公式十六：

公式十七：

式中，

生态系统气候调节功能的价值指生态系统蒸腾、蒸发消耗能量从而节约用电量产生的价值，包括植被蒸腾和水面蒸发两方面。

公式十九：

式中，Q为生态系统蒸腾蒸发消耗能量，单位为kw×h；GPP为不同生态系统类型单位面积蒸腾消耗热量；S

所述气候调节服务价值的核算方法，包括以下步骤：

采用替代成本法，根据达到同样效果的用电量和电价计算相应的价值量；

公式十八：

式中，V为气候调节价值，单位为元/年；Q为生态系统蒸腾蒸发消耗能量，单位为kw×h/年，p为电价，单位为元/kw×h。

生态系统通过增加物种多样性水平可以提高生态系统的稳定性，同时能够增加天敌而降低植食性昆虫的种群数量，从而起到控制病虫害的作用。本项目参考已有相关研究，采用防护费用法，以人工林病虫害高出天然林造成的损失计算森林病虫害控制功能及价值，所述病虫害防治服务价值的核算方法，计算公式为：

公式二十：

公式二十一：

式中，

步骤S3：对每个服务价值的核算结果进行求和。

具体的，水源涵养服务价值计算为公式一：

土壤保持服务价值计算为公式四：

洪水调蓄服务价值计算为公式八：

防风固沙服务价值计算为公式十：

固碳释氧服务价值计算为公式十一：

大气净化服务价值计算为公式十五：

水质净化服务价值计算为公式十六：

气候调节服务价值计算为公式十八：

病虫害防治服务价值计算为公式二十：

将公式一、公式四、公式八、公式十、公式十一、公式十五、公式十六、公式十八、公式二十相加计算的结果即为生态系统调节服务价值，单位为元/年。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。