一种半干旱区生态系统服务功能评价方法与流程

1.本发明涉及生态保护技术领域，特别涉及一种半干旱区生态系统服务功能评价方法。


背景技术：

2.新时代系统治理目标大力提高生态系统服务功能。当前多数生态系统服务评价研究评价单元均为行政单元或某一土地利用类型，同时，现有研究多针对单一要素进行研究，这在一定程度上降低评价精准度。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种半干旱区生态系统服务功能评价方法。所述方法包括：
4.确定半干旱区不同等级的若干个小流域；
5.确定若干个所述小流域的若干个生态系统服务功能项；
6.建立若干个所述生态系统服务功能项的评价指标；
7.根据所述评价指标，得到评价指标的价值量；
8.通过所述评价指标的价值量计算半干旱区若干个所述小流域的生态服务功能总价值。
9.进一步地，所述小流域的生态系统服务功能项包括供给功能、调节功能、支持功能和文化功能。
10.进一步地，所述供给功能的评价指标为流域水资源供给功能价值量和流域渔业资源供给功能价值量；
11.所述调节功能的评价指标为流域调节径流功能价值量、流域涵养水源功能价值量、流域调节气候功能价值量和流域水质净化功能价值量；
12.所述支持功能的评价指标为流域支持功能服务的总价值量；
13.所述文化功能的评价指标为流域文化功能的总价值量。
14.进一步地，所述水资源供给功能价值量为：vw＝q
x
×
pw；
15.式中，vw—流域内水资源供给功能价值量；q
x
—流域水资源总量；pw—流域水资源参考价格；
16.所述渔业资源供给功能价值量为：vf＝∑qf×
pf；
17.式中，vf—渔业资源供给功能价值量；qf—第f种鱼类产量；pf—第f种鱼类价格。
18.进一步地，所述调节径流功能价值量为：v1＝q
max
×ci
；
[0019]v1
—流域内调节径流功能价值量；q
max
—最大安全洪水调蓄量；ci—修建每立方米水库库容的成本；
[0020]
所述涵养水源功能价值量为：v2＝r
×s×ci
[0021]
式中，v2—流域涵养水源功能价值量；r—流域平均径流深度；s—流域面积；ci—我
国建造单位立方米水库库容的成本；
[0022]
所述调节气候功能价值量通过流域释放氧气的价值量表示，所述流域释放氧气的价值量为：vo＝qo×co
；
[0023]
式中，vo—流域释放氧气的价值量；qo—流域释放氧气量；co—工业制氧的影子价格；
[0024]
所述水质净化功能价值量为：vd＝cd×
qd；
[0025]
式中，vd—流域水质净化功能价值量；cd—流域每年去除的污水量；qd—目前工业上污水处理的成本(元/吨)。
[0026]
进一步地，所述支持功能服务的总价值量为：v
b＝
e*
×
ps；
[0027]
式中：vb—流域支持功能服务的总价值量；e*—流域地区居民对于生物多样性保护支付意愿的中点值；ps—流域地区的家庭数量；
[0028]
其中，根据logit模型：ln[pr(“yes”)/1-pr(“yes”)]＝α-βa；
[0029]
式中：α为常数项，β为系数，且β为正值；a为调查问卷所得到的被访者的一个投标额，pr("yes")为选择a的概率；
[0030]
假设a是logit回归的唯一解释变量，则支付意愿数学期望
[0031]
支付意愿平均值为：e
+
＝1/β
㏑
(1+ea)；
[0032]
根据支付意愿中点值定义有：[1+exp(-α+βa)]-1
＝0.5；
[0033]
得到流域地区居民对于生物多样性保护支付意愿的中点值：e*＝α/β。
[0034]
进一步地，所述流域文化功能的总价值量为区域内已成为集观光和休闲功能于一体的优良景观个数。
[0035]
进一步地，所述计算半干旱区若干个所述小流域的生态服务功能总价值包括：
[0036]
得到若干个所述小流域在若干个时间节点的所述供给服务功能、所述调节服务功能、所述支持服务功能和所述文化服务功能的评价指标的价值量，运用 arcgis软件的栅格计算模块将若干个时间节点每个所述评价指标的价值量图层进行叠加分析，得到单位面积总价值量的空间分布图，结合土地利用图分区统计，得出半干旱区若干个小流域的生态服务功能总价值。
[0037]
进一步地，所述方法还包括：通过所述半干旱区若干个所述小流域的生态服务功能总价值不同时间节点的比对，得到若干个所述小流域生态服务功能的实际变动。
[0038]
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明以半干旱区若干个小流域为着眼点，以生态系统供给功能、调节功能、支持功能和文化功能建立相对应的评价指标体系，并计算评价指标的价值量，得到不同时间点半干旱区若干个小流域的生态服务功能总价值，实现价值的可比性，更精确地展现半干旱区生态系统服务功能，激发人类对自然生态系统的保护意识。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1是本发明提供的一种半干旱区生态系统服务功能评价方法的流程图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0042]
参见图1，一种半干旱区生态系统服务功能评价方法，包括以下步骤：
[0043]
步骤(1)：确定半干旱区不同等级的7个小流域。
[0044]
需要说明的是，流域是地球陆地表面特定的地理单元，包括山、水、林、田、湖、草各个自然要素，小流域是流域体系中的基本单元，是指二、三级支流以下以分水岭和下游河道出口断面为界集水面积且相对独立和封闭的自然汇水区域，基本组成单位是微流域(是为精确划分自然流域边界并形成流域拓扑关系而划定的最小自然集水单元)。在水土保持中，小流域一般指面积小于 300km2的流域。根据其面积大小可分为四级：一级小流域，流域面积为 50-300km2；二级小流域，流域面积10-500km2；三级小流域，流域面积1.0-10km2；四级小流域，流域面积0.1-1.0km2。小流域是生命(生物)和环境构成的基本生态系统单元，是山水林田湖草的基础空间形态。
[0045]
以自然形态小流域为最小单元进行生态系统服务功能评价，在一定程度上提高评价精准度。本发明基于arcgis10.2软件平台的水文分析板块进行流域范围的提取，结合遥感影像，选取了7个能够体现“山水林田湖草”特征的典型流域进行研究，例如，辽西地区的三皇庙流域、王增店流域、长皋流域、前台吉营子流域、巨力克流域、白山流域和两家子流域。
[0046]
步骤(2)：确定7个小流域的4个生态系统服务功能项。
[0047]
需要说明的是，联合国千年评估将生态系统服务功能划分为供给功能、支持功能、调节功能、文化功能四大类，本发明从该四大功能分别进行评价，最终得到干旱区山水林田湖草生态系统服务综合功能价总价值。
[0048]
供给服务包括食物生产和原材料供给，即人类从生态系统中获得能够食用的产品和获得工业等其他用途的原材料。支持服务包括土壤形成与保护、生物多样性保护，分别指保护生态系统对土壤有机质的积累和养分循环功能，保护生态系统作为野生动植物的基因库和生存栖息地。调节服务包括气体调节、气候调节、水源涵养、废物处理，即生态系统维持大气组分平衡；通过增加降水、降低气温等方式调节区域气候；生态系统对淡水的过滤、持留、储存以及供给功能；生态系统对有害化合物的去除和分解作用。文化服务包括提供美学价值，指具有潜在娱乐用途、文化和艺术价值的景观。
[0049]
步骤(3)：建立4个生态系统服务功能项的评价指标。
[0050]
需要说明的是，在本发明中供给功能的评价指标为流域水资源供给功能价值量和流域渔业资源供给功能价值量；供调节功能的评价指标为流域调节径流功能价值量、流域涵养水源功能价值量、流域调节气候功能价值量和流域水质净化功能价值量；支持功能的评价指标为流域支持功能服务的总价值量；文化功能的评价指标为流域文化功能的总价值量。
[0051]
步骤(4)：计算上述4个生态系统服务功能项所对应的评价指标，得到每个评价指标的价值量。
[0052]
需要说明的是，首先，半干旱区山水林田湖草供给服务功能是指生态系统为人类提供的许多动植物资源，包括像：渔业资源、林业资源、牧业资源和一些种植业，本发明中采用水资源供给功能和渔业资源供给价值评估项目区供给服务功能。
[0053]
水资源供给功能价值是指研究区湿地为人类提供其所需的的淡水资源的价值。用影子价格法评估其价值量，采用如下公式：
[0054]vw
＝q
x
×
pw；
[0055]
式中，vw—流域内水资源供给功能价值量；q
x
—流域水资源总量；pw—流域水资源参考价格。
[0056]
渔业资源供给功能价值量为：vf＝∑qf×
pf；
[0057]
式中，vf—渔业资源供给功能价值量；qf—第f种鱼类产量；pf—第f种鱼类价格。
[0058]
其次，调节径流服务功能是流域服务功能中的重要一环，流域生态系统可以在雨季将过量的雨水贮存下来，既避免了地区洪涝灾害保持径流，也可以在旱季释放水量，避免旱灾过于严重，可以将湿地生态系统调节径流功能看作是一个蓄水池发挥功能储藏水分，本发明采用影子工程法来评估湿地生态系统径流调节功能，评估公式如下：
[0059]v1
＝q
max
×ci
；
[0060]v1
—流域内调节径流功能价值量；q
max
—最大安全洪水调蓄量；ci—修建每立方米水库库容的成本。
[0061]
具体来说，一个流域的涵养水源功能主要表现在流域能够吸收地表径流从而截流降雨，从而能够影响区域内河流的水位变化。流域生态系统的涵养水源功能使得地球水循环能够顺利进行。类似于流域调节径流功能，流域涵养水源功能价值评估可以采用影子工程法涵养水源功能价值量为：v2＝r
×s×ci
，式中， v2—流域涵养水源功能价值量；r—流域平均径流深度；s—流域面积；ci—我国建造单位立方米水库库容的成本。
[0062]
流域的植被可以吸收二氧化碳，释放氧气从而调节局部地区的气候，因此调节气候功能价值量可以通过流域释放氧气的价值量进行评估。
[0063]
植物的光合作用方程式：co2+h2o
→
c6h
12
o6+o2→
多糖(162g)，当植物经过光合作用每固定二百六十四克二氧化碳，就可以产生一百六十二克多糖，而植物产生的多糖就是植物生长产生的干物质，由这个方程式可以得到以下结论： q＝植物年生长总量
×
1.62，在此基础上再把植物光合作用固定二氧化碳的量折合成为纯碳，即：qc＝q
×
0.2729，二氧化碳是主要的温室气体之一，毫无疑问固定二氧化碳是有价值的，对于固定二氧化碳的价值本发明拟参考造林成本法和碳税率法，流域生态系统固定二氧化碳的功能用经济价值量表示出来，具体计算公式如下：
[0064]vc
＝qc×cc
，
[0065]
其中，q—植物经光合作用二氧化碳固定量；vc—流域固定二氧化碳所带来的价值量；qc—二氧化碳折合纯碳量；cc—固定二氧化碳价值参考的造林成本法或者碳税率法中每吨纯碳的价格。
[0066]
流域释放氧气的价值量评估选取影子工程法，由光合作用方程式可知，植物每生长一克可以释放一点二克氧气，可以参考工业上制氧的价格，以此为基础评估流域释放氧
气的价值量，也就是调节气候功能价值量为：
[0067]vo
＝qo×co
；
[0068]
式中，vo—流域释放氧气的价值量；qo—流域释放氧气量；co—工业制氧的影子价格。
[0069]
流域都是有一定的净化水质服务功能，每年净化功能所产生的经济效益更是不可忽略。由于流域水质净化功能缺乏相似的市场产品，所以市场法并不适用，为此发明考虑选取替代分析法，拟选择流域净化水质功能中的主要净化物氮和磷作为替代对象，通过其净化量和工业去除成本评估流域内水质净化服务功能价值，其评估公式为：
[0070]vd
＝cd×
qd；
[0071]
式中，vd—流域水质净化功能价值量；cd—流域每年去除的污水量；qd—目前工业上污水处理的成本(元/吨)。
[0072]
再者，流域的支持服务功能价值，主要表现在流域作为动物的栖息地和繁衍产所，其提供的保护生物多样性的功能。由于流域提供栖息地功能的价值量难以应用市场法和费用分析法，所以本发明采用条件价值法即cvm法对于流域提供栖息地功能价值评估，通过问卷调查设置问题的方式得到人们对于该项非使用价值的支付意愿(wtp)或接受补偿意愿(wta)，从而得到人们对于该项生态服务功能支付的意愿价格。通过对流域地区附近的人们进行流域支持服务功能的问卷调查，再运用经济学模型对所得调查结果进行分析得到其支持服务功能价值量。具体如下：
[0073]
根据logit模型：ln[pr(“yes”)/1-pr(“yes”)]＝α-βa；
[0074]
式中：α为常数项，β为系数，且β为正值，a为调查问卷所得到的被访者的一个投标额，pr("yes")为选择a的概率；
[0075]
假设a是logit回归的唯一解释变量，则支付意数学期望
[0076]
支付意愿平均值为：e
+
＝1/β
㏑
(1+ea)；
[0077]
根据支付意愿中点值定义有：[1+exp(-α+βa)]-1
＝0.5；
[0078]
得到流域地区居民对于生物多样性保护支付意愿的中点值：e*＝α/β，支持功能服务的总价值量为：v
b＝
e*
×
ps；
[0079]
式中：vb—流域支持功能服务的总价值量；e*—流域地区居民对于生物多样性保护支付意愿的中点值；ps—流域地区的家庭数量。
[0080]
另外，半干旱区典型小流域文化服务功能指区域内已成为集观光和休闲等功能于一体的优良景观个数，通过调研当地旅游局获取。
[0081]
步骤(5)：计算半干旱区若干个所述小流域的生态服务功能总价值：
[0082]
得到若干个小流域在若干个时间节点的供给服务功能、调节服务功能、支持服务功能和文化服务功能的评价指标的价值量，运用arcgis软件的栅格计算模块将若干个时间节点每个评价指标的价值量图层进行叠加分析，得到单位面积总价值量的空间分布图，结合土地利用图分区统计，可得出半干旱区若干个小流域的生态服务功能总价值。
[0083]
步骤(6)：通过半干旱区若干个小流域的生态服务功能总价值在不同时间节点的比对，得到若干个小流域生态服务功能的实际变动。实现价值的可比性，更精确地展现半干
旱区生态系统服务功能，激发人类对自然生态系统的保护意识。
[0084]
值得说明的是，现有的生态系统服务功能评价指标值以行政区为赋值单元和评价单元，难以精准表征山水林田湖草中不同空间构成的服务功能强弱问题，本发明以半干旱区若干个小流域为着眼点，以生态系统供给功能、调节功能、支持功能和文化功能建立相对应的评价指标体系，并计算评价指标的价值量，得到不同时间点半干旱区若干个小流域的生态服务功能总价值，实现价值的可比性，更精确地展现半干旱区生态系统服务功能，激发人类对自然生态系统的保护意识。
[0085]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0086]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。