-
生态环境的急剧退化已经成为影响区域可持续发展的重要因素之一。随着协调、绿色等发展理念的提出，社会经济与自然生态的和谐稳定发展被越发受到重视。定量评价社会经济与生态之间的协调可持续发展成为当下诸多学者的研究热点之一，其中评价方法主要涉及能值分析、物质流分析、服务流分析、生态补偿及生态足迹等[1-6]。生态系统服务功能是人类直接或间接地从生态系统中得到的效益，同时也是实现可持续发展的基础[7-8]，生态系统服务功能与社会经济发展之间有着密切的关系。学者对于生态系统服务功能价值的评估已经取得了大量的研究成果，但由于缺乏统一的评估方法及理论依据，研究结果往往差异性较大[9-13]。本研究采用的全排列多边形图示指标法可以同时反映单项指标与综合指标的关系，从而减少了因主观判断而产生的随意性[14-15]。通过研究分析一段时间内生态系统服务价值与社会经济发展之间的关系，可以表征区域内社会经济与生态环境之间的可持续性发展水平。本研究对杭州市2005-2014年的城市绿地生态系统服务功能价值进行评估，并且构建生态服务功能价值指数(IESE)，经济发展指数(IED)和社会效益指数(ISB)[16-17]，从而探索研究区域近10 a绿地生态系统服务功能与社会经济发展之间的协调关系，为今后城市绿地格局优化及生态系统服务功能的可持续性发展提供参考。
HTML
-
杭州市位于29°11′~30°33′N，118°21′~120°30′E，地处东南沿海北部，钱塘江下游，京杭大运河南端，东临杭州湾，西南与衢州市相接，北与湖州市、嘉兴市毗邻，西南与黄山市交界，西北与宣城市交接。杭州市总面积为16 596 km2，下辖9区2县，代管2个县级市，全市2014年生产总值为9 206.16亿元，森林面积为10 949 km2，森林覆盖率达65.14%。杭州地处亚热带季风气候区，四季分明，雨水充沛，环境优美，景色怡人，自古就有“人间天堂”的美誉。本研究区域范围为市区城市绿地，不包含行政区划中的2县及2个代管县级市，根据CJJ/T 85-2002《城市绿地分类标准》相关准则，文中城市绿地面积为公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地及其他绿地的面积总和。
-
充分考虑杭州市生态环境、经济和社会民生等方面的地域性特点，基于科学性、系统性、典型性、导向性和可操作性等原则下，同时借鉴国内外相关研究经验[16-18]，本研究从环境、经济、社会等3个方面出发，选取了绿地生态系统服务功能价值指标、经济发展指标、社会效益指标作为生态系统服务功能可持续性发展研究的评估指标体系(表 1)。整个评估指标体系相对全面的涵盖了可持续性发展的各方面影响因素，创新性的引入社会效益指标，将社会民生等因素纳入评估指标当中，摆脱了以往单一的对生态环境与经济发展之间的可持续性研究，使对可持续性发展的研究更加科学性。
一级指标 二级指标 计算公式 公式参数释义 生态系统服务
功能价位指标涵养水源 ${U_{\rm{W}}} = S \times {S_0} \times ({F_{\rm{W}}} + {K_{\rm{W}}}) \times (P -E -C)\; \; (1)$ UW为涵养水源价值；S为绿地面积(hm2); SO为城市绿地面积转换系数；P为城市年降水量系数；E为城市绿地蒸散量系数；C为地表径流量系数；为水的净化费用，取2.28元·m-3; FW单位水库库容造价，取6.11元·m3; 公园绿地SO为0.87, 风景林地SO心为1.00; C选取常绿阔叶林地表径流系数2.04%; E为48.10%[19-22] 固定土壤 ${U_{\rm{F}}} = {C_{\rm{F}}} \times S \times {S_{\rm{O}}} \times ({X_1} -{X_1})/P\; \; (2)$ UF为固定土壤价值；CF为单位体积土方造价，取12.60元·m-3; S, SO见式（1); X1为有绿化土壤侵蚀模数，取常绿阔叶林土壤侵蚀模数0.50 t·hm-2·a-1, X2为无绿化土壤侵蚀模数；取无绿化土壤侵蚀模数为31.98 t·hm-2·a-1; P为城市绿化土壤容重(t·m-3)，P取杭州市土壤平均容重1.13 t·m-3[19-23] 固碳 ${U_{\rm{C}}} = S \times {S_{\rm{O}}} \times {T_{\rm{C}}} \times (1.63 \times {R_{\rm{C}}} \times B + F)\; \; (3)$ UC为固碳价值；S, SO见式（1); TC表示碳税率，取150.00元·t-1; RC为二氧化碳中碳质量分数，取27.27%; B为单位面积净生产力，取常绿阔叶林年净生产力21.84 t·hm-2·a-1; F为土壤年固碳量，取5.73 t·hm-2[19-22, 24] 释氧 ${U_{\rm{O}}} = 1.19 \times S \times {S_{\rm{O}}} \times {C_{\rm{O}}} \times B\; \; (4)$ UO为城市绿地释氧价值；S, SO见式(1); CO表示工业制氧价格, 取1 000.00元·t-1; B为单位面积净生产力，取常绿阔叶林净生产力21.84 t·hm-2·a-1[19-22] 净化空气 ${U_{\rm{A}}} = S \times {S_{\rm{O}}} \times ({Q_{\rm{S}}} \times {F_{\rm{S}}} + {Q_{\rm{F}}} \times {F_{\rm{F}}} + {Q_{\rm{N}}} \times {F_{\rm{N}}})\; \; (5)$ UA为城市鉍地净化空气总价值；S, SO见式(1)；QS为城市绿地单位面积年吸收二氧化硫量, 取88.65 kg·hm-2; FS为治理二氧化硫费用, 取1.20元·kg-1; QF位城市绿地单位面积年吸收氟化物量, 取4.65 kg·hm-2; FF为治理氟化物费用，取0.69元·kg-1; QN为城市绿地单位面积年吸收氮氧化物量, 取6.00 kg·hm-2; FN为治理氮氧化物费用，取0.63元·kg-1[19-22, 25-26] 滞尘 ${U_{\rm{D}}} = S \times {S_{\rm{O}}} \times {Q_{\rm{D}}} \times {F_{\rm{D}}}\; \; (6)$ UD为城市绿地滞尘价值；S，SO见式(1)；QD为城市绿地单位面积年滞尘量, 取常绿阔叶树滞尘值为10.11 t·hm-2; FD为治理尘土费用，取0.15元·kg-1[19-22, 26] 减少噪声 ${U_{\rm{N}}} = S \times {S_{\rm{O}}} \times {K_{\rm{N}}}/40\; \; (7)$ UN为城市绿地减少噪声价值；S，SO见式(1)；KN绿地面积折算成隔音墙千米数的价值，KN取400 000.00元·km-1[19-22, 25] 降低温度 ${U_{\rm{T}}} = 0.278 \times {10^{ -6}} \times S \times {S_{\rm{O}}} \times {Q_{\rm{T}}} \times {F_{\rm{T}}} \times {D_{\rm{T}}}\; \; (8)$ KN为城市绿地降低噪声价值；S, SO见式(1)；QT为城市绿地夏季每天蒸腾吸收的热量, 取4.59×108 J·hm-2·d-1; DT为夏季降温天数，取60 d; FT为城市电价，取0.56元·(kW·h)-1[19-22, 25] 保护物种
多样性${U_{{\rm{sd}}}}{\rm{ = }}S \times {S_{\rm{O}}} \times {Q_{{\rm{sd}}}}\; \; (9)$ Usd为城市绿地保护物种多样性价值；S, SO见式(1)；Qsd为单位面积城市绿地每年物种损失的机会成本，取30 000.00元·hm-2·a-1[19-22] 经济发展指标 国内生产
总值
(GDP)人均
GDP笫三产业
比例经济发展
总体水平$\delta = \sqrt {{R_1} \times {R_2}} \; \; (10)$ R1为人均GDP指数，R2为GDP密度指数；人均GDP指数为某一区域人均GDP与全国人均GDP之比，GDP密度指数为某一区域GDP密度与全国GDP密度之比[27] 社会效益指标 恩格尔系数 屈民消费
价格指数
(CPI)生产齐物
价指数
(PPI)城市化水平 用全市城镇人口数fit占令市总人U数研的比值来表示[27] Table 1. Evaluation index system for sustainable development of ecosystem service
运用绿地生态系统服务功能可持续发展指数的概念来表示其可持续性发展能力的大小，将绿地生态系统服务功能价值指标、经济发展指标、社会效益指标作为可持续性发展分指数，通过计算可以得出杭州市近10 a来绿地生态系统服务功能可持续发展的综合指标，从而评估其绿地生态系统服务功能的可持续性发展水平与潜力。
-
本研究采用全排列多边形图示指标法对城市绿地生态系统服务功能可持续发展进行综合评价。该方法可同时反映单项指标与综合指标，既有直观图形又有数值解释, 只要确定有关的最大值、最小值、临界值，不需要考虑专家主观确定的权重系数大小。其基本原理：设共有n个指标(标准化后的值)，以城市绿地生态系统服务功能可持续发展分指数及综合指数指标的最大极值作为半径构建一个中心的正n边形, 各个指标相连接形成一个不规则中心n边形。对第i个指标进行计算时采用如下标准化函数：
式(11) 中：Si为第i个指标标准化后指数，Xi为该指标实际数值，Ui为该指标最大数值，Li为该指标最小数值，Ti为该指标平均值。全排列多边形综合指数计算公式为：
式(12) 中：SC为综合指标值，Si和Sj分别为第i个和第j个分指标值[14]。
运用全排列多边形图示指标法，按照各评价指标所对应的具体分指标数目，分别构建相应数量的正多边形，从而得出城市绿地生态系统服务功能可持续发展的3个分指数即：生态服务功能价值综合指数(IESE)，经济发展综合指数(IED)和社会效益综合指数(ISB)。根据所得3个分指数数值，再次运用多边形综合指标法计算出城市绿地生态系统服务功能可持续发展综合指数(SC)，用来评估城市绿地生态服务功能可持续发展综合能力的水平大小。
1.1. 研究区概况
1.2. 绿地生态系统服务功能可持续性发展评估指标体系
1.3. 全排列多边形图示指标法的运用
-
根据杭州市2005-2014年城市绿地面积(表 2)及生态服务功能实际价值计算公式，计算出2005-2014年杭州绿地生态系统服务功能实际价值Xi(表 3)。近10 a间杭州市城市绿地建设不断完善加强，绿地系统生态服务功能总价值增加了10.22亿元，年增长率为6.14%，在2014年生态服务功能价值达到10 a中最高值，为24.63亿元；近10 a来生态服务功能总价值占当年国内生产总值(GDP)的比重基本呈现下降态势，2005年生态服务功能价值占当年GDP比值的0.49%，2014年生态服务功能价值占当年GDP比值下降到0.27%，生态服务功能价值增长率明显小于GDP增长率13.50%；在生态系统服务功能价值构成中，9个指标的历年平均价值大小排序为：涵养水源、保护物种多样性、释氧、固碳、减少噪声、降低温度、滞尘、固定土壤、净化空气。
年份 园林绿地总面积/hm2 公园绿地面积/hm2 公园数量 公园面积/hm2 建成区绿化覆盖面积/hm2 建成区绿化覆盖率/% 2005 10 774 2 564 184 997 11 734 37.31 2006 11 309 2 926 106 852 12 490 38.14 2007 12 141 3 486 138 1 412 13 284 38.55 2008 12 971 4 078 150 1 430 14 177 38.60 2009 14 366 4 676 165 1 688 15 686 39.94 2010 15 118 5 017 176 1 906 16 483 39.95 2011 15 898 5 287 181 2 047 17 336 40.00 2012 16 647 5 635 185 2 065 18 135 40.07 2013 17 071 5 820 190 2 094 18 606 40.23 2014 18 386 6 304 207 2 298 20 031 40.57 Table 2. Dynamic change of urban green space index in Hangzhou from 2005-2014
年份 生态系统服务功能价值/(×106元) GDP 总价值占
GDP比例涵养水源 固定
土壤固碳 释氧 净化空气 滞尘 减少噪声 降低温度 保护物种
多样性总价值 2005 497.34 3.66 193.84 266.88 1.18 15.83 104.41 44.31 313.22 1 440.67 294 384.00 0.49 2006 529.14 3.84 195.57 279.35 1.24 16.57 109.29 46.31 327.86 1 509.15 344 349.00 0.44 2007 642.17 4.10 197.86 298.75 1.33 17.72 116.88 49.41 350.63 1 678.87 410 401.00 0.41 2008 693.27 4.37 195.30 318.00 1.41 18.87 124.41 52.49 373.23 1 781.33 478 897.00 0.37 2009 855.44 4.83 214.71 351.67 1.56 20.86 137.58 57.99 412.74 2 057.40 511 140.00 0.40 2010 948.89 5.08 219.53 369.76 1.64 21.94 144.66 60.95 433.97 2 206.41 596 571.00 0.37 2011 827.11 5.34 230.41 388.80 1.72 23.07 152.11 64.08 456.32 2 148.97 703 727.00 0.31 2012 1044.25 5.59 227.94 406.79 1.80 24.13 159.14 67.02 477.43 2 414.11 783 361.00 0.31 2013 967.16 5.73 231.43 417.02 1.85 24.74 163.14 68.69 489.43 2 369.18 839 857.00 0.28 2014 955.21 6.17 247.58 449.02 1.99 26.64 175.66 73.95 526.99 2 463.22 920 616.00 0.27 Table 3. Ecological service value of urban green space system in Hangzhou from 2005-2014
-
对2005-2014年绿地生态系统服务价值实际价值Xi进行标准化处理，得到生态服务功能价值的各项分指数Si，结果见图 1。分指数数值越高，表示该单项价值在当年的生态服务功能中贡献越大，分指数绝对值越大，表示该单项价值与平均值相差越大。利用全排列多边形综合指数公式分别计算出2005-2014年生态服务功能价值综合指数(IESE)，结果见图 2。2005年除了涵养水源分指数之外，其余分指数最低值均为-1.000，表明2005年的生态服务功能在近10 a中效果最差，但涵养水源功能对本年度的生态服务功能价值贡献最大；从2006年开始，各项分指数均呈现上升态势，且涵养水源分指数值均为最高；2011年涵养水源分指数出现较大降幅，为该年各项分指数中最低，固碳分指数上升明显，为该年所有分指数中最高，固碳功能所提供的生态服务功能价值贡献值最大；2013年固定土壤、释氧、净化空气、滞尘、减少噪声、保护物种多样性这6个分指数数值相同，均为当年最大分指数；2014年中涵养水源分指数最小，其他分指数均达到最大值1.000，表明该年涵养水源贡献力最微弱，2014年的生态服务功能在近10 a效果表现最佳。生态服务功能价值的9个分指数，从总体来看均呈现增加趋势，其中固定土壤、释氧、净化空气、滞尘、减少噪声、保护物种多样性这6个分指数每年数值都相同，生态服务功能价值贡献力一致。
Figure 1. Each individual index of the ecological service value of urban green space system from 2005-2014
Figure 2. Ecological service value index of ecological service, economic development index and ocial benefit index in 2005-2014
2005-2014年杭州市绿地生态系统服务功能综合指数(IESE)分别为0.000，0.011，0.069，0.147，0.492，0.721，0.920，1.246，1.352，1.893。通过这10 a来城市绿地系统的不断规划整治，使得杭州市绿地生态系统服务功能价值综合指数呈现上升趋势，生态服务功能水平得到提升。
-
对杭州市近10 a经济发展各项指标实际数值Xi进行标准化处理，得到经济发展各项分指数Si。近10 a杭州市经济发展分指数中，GDP，人均GDP，第三产业比例等3个分指数逐年上升，均在2014年达到最大值1.000，第三产业比重分指数在2010年出现下滑波动，而后在2011年重新呈现上升趋势，经济发展总体水平分指数与其他3个分指数表现相反，总体呈现下降趋势，并在2013年达到最低值-1.000，主要因为杭州市人均GDP增长率低于全国人均GDP增长率，导致人均GDP指数逐年下降，所以经济发展总体水平分指数呈现下降趋势。
利用全排列多边形综合指数公式分别计算出2005-2014年杭州市经济发展综合指数IED，结果见图 2。由图 2可知：2005-2014年杭州市经济发展综合指数IED总体呈现上升趋势，由2005年的0.000上升至2014年的最大值1.111，其中2013年出现波动，数值下降，后又在2014年重新上升。
-
对杭州市近10 a社会效益各项指标实际数值Xi进行标准化处理，得到社会效益各项分指数Si。近10 a杭州市社会效益分指数中，城市化水平分指数变化稳定，呈现总体产生趋势，表明近10 a杭州市城市化进程处于稳步发展阶段，恩格尔系数分指数、居民消费价格指数(CPI)分指数、工业品出厂价格指数(PPI)分指数均呈现较大波动，但三者变化存在相似性，从2005年至2008年均表现上升趋势，在2009年均出现最大降幅，在2010年出现回升趋势，而后至2014年总体呈现下降趋势。利用全排列多边形综合指数公式计算得出的2005-2014年社会效益综合指数ISB结果见图 2。由图 2可知：ISB变化起伏较大，大致3个阶段，从2005-2008年呈上升趋势并达到最大值1.351，受CPI分指数和PPI分指数的影响，在2009-2010年出现大幅波动，数值下降到最低值0.137，而后又上升至1.315，2011-2014年呈现总体下降趋势。
-
选取生态服务功能价值综合指数IESE，经济发展综合指数IED和社会效益综合指数ISB作为生态服务功能可持续性发展综合指数的3个分指数，对数值进行标准化处理，得到生态服务功能可持续性发展分指数Si，结果见图 3。生态服务功能价值分指数和经济发展分指数总体呈现上升趋势，均由2005年的最小值-1.000上升在2014年的最大值1.000，社会效益分指数受CPI和PPI指数影响，总体波动较大，在2008年达到最大值1.000，在2009年下降到最小值-1.000，最终在2014年达到-0.746。
Figure 3. Each individual index of the sustainable development of ecological service function in 2005-2014
运用全排列多边形综合指标法算出2005-2014年生态服务功能可持续性发展综合指数见图 4。参照相关综合指数分级方法研究[14, 27]，将生态服务功能可持续性发展能力分为4个等级，综合指数≤0.25为弱可持续性；0.25≤综合指数≤0.50为较弱可持续性；0.50≤综合指数≤0.75为较强可持续性；综合指数≥0.75为强可持续性。由图 4可知：2005-2008年生态服务功能可持续性发展指数呈现上升趋势，2009年出现下降，2009-2011年开始回升，2011-2014年处于相对平稳状态，可持续性发展指数受IESE，IED，ISB三者的共同影响，虽然IESE和IED指数均在2014年达到最高值，但由于ISB指数的波动性影响较大，在对3个分指数进行标准化处理之后，在2011年3个分指数之和达到最大值，所以生态服务功能可持续性发展指数在2011年达到最大值1.020；从可持续性发展能力来看，2005-2007年生态服务功能可持续性发展处于弱可持续性水平，2008年发展至较弱水平，2009年重新下降至弱可持续性水平，2010-2014年发展成强可持续性水平。
Figure 4. Comprehensive index of sustainable development of ecological service function in 2005-2014
运用SPSS 19.0对生态服务功能可持续性发展综合指数SC与3个分指数进行多元线性回归分析[28]，发现SC与IESE，IED，ISB之间存在可信线性关系。线性方程为SC＝0.912IESE-0.742IED+0.431ISB-0.084。方差分析表明：R2 = 0.960，通过F检验，P＜0.01，达到极显著水平。从线性方程中可以看出：IESE对于生态服务功能可持续性发展综合指数的影响最大，其次是IED和ISB的影响相对较小，对于提高生态服务功能可持续性发展水平来说，首先应该关注生态服务功能价值的体现，注重区域内生态服务功能价值的提升，同时要重视经济的循环发展，维持经济与生态之间的和谐稳定，社会效益问题也应该加以权衡。
2.1. 杭州市绿地生态系统生态服务功能实际价值
2.2. 杭州市绿地生态系统服务功能价值分指数及生态服务功能价值综合指数
2.3. 杭州市经济发展分指数及经济发展综合指数
2.4. 杭州市社会效益分指数及社会效益综合指数
2.5. 杭州市生态服务功能可持续性发展综合指数
-
2005-2014年间杭州市绿地生态服务功能总价值由1 440.67×106元增加至2 463.22×106元，增加了10.22亿元，年增长率为6.14%，单位面积绿地生态服务功能价值由8.68×104元增加至14.84×104元，但生态服务功能总体价值所占GDP比例从0.49%下降至0.27%，这是因为虽然生态服务功能价值量在逐年增加，但相对城市经济总量发展速度而言却在降低。在构成杭州市绿地生态系统服务功能价值的9个指标中，历年平均价值大小排序为涵养水源、保护物种多样性、释氧、固碳、减少噪声、降低温度、滞尘、固定土壤、净化空气。2005-2014年生态服务功能价值综合指数呈现逐年上升趋势，城市绿地生态系统服务功能水平处于积极向上状态。2005-2014年杭州市生态服务功能可持续发展综合指数呈现波动性变化，10 a间生态服务功能可持续性能力先增后减，整体趋势表现良好；生态服务功能可持续性发展综合指数与生态服务功能价值综合指数、经济发展综合指数、社会效益综合指数等3个分指数之间可以用线性方程S＝0.912IESE-0.742IED+0l.431ISB-0.084较好表征，对于提高生态服务功能可持续性发展水平来说，应该把生态服务功能价值放在首要位置。
生态系统服务功能价值涵盖面广泛，其选择价值和存在价值均有重要研究意义。本研究由于数据获取的限制没有将两者纳入指标体系当中。不同的绿地结构和类型的相互组合对于生态服务功能价值量的影响也会出现差异，不同绿地类型在固碳、涵养水源及固定土壤等方面的参照标准均有变化。本研究由于相关数据获取的难度较高没有对不同类型的绿地分别展开计算。在今后的研究中应该充分全面的考虑生态系统服务功能价值的指标选择，涵盖其多方面功能价值，并且结合地理信息系统(GIS)等影像数字处理技术，分析不同植被类型下的绿地生态服务功能，提高研究数据的科学性及精确性。
生态系统服务功能价值的逐年上升并不表示生态环境得到了很好的保护，城市经济的总体发展速率远远高于生态服务功能价值的发展速率，生态服务功能的可持续性发展往往受到经济发展的制约和影响，要极力避免经济发展造成环境破坏之后，盲目单一地进行生态保护，从而提高生态服务功能的暂时性表现。处理好生态环境与经济发展之间的矛盾是促进生态服务功能可持续性发展的关键，从城市角度而言，应该出台完善有效的法律政策来保障城市绿地不被破环，创建生态效益补偿机制、科学规划城市绿地系统、合理布局、优化结构、加强管理，从而多方面多角度有效地提高城市绿地生态系统服务功能价值，实现生态服务功能的绿色、协调可持续发展。
DownLoad: