株洲云龙示范区绿地系统生态服务功能评价与优化

王光军 ，莫蕙榕 ，张洪江 ，赵 月 ，扶 杰

（1. 北京林业大学 水土保持学院，北京 海淀 100083；2. 中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙

410004；3. 河南省信阳市南湾实验林场，河南 信阳 464006）

株洲云龙示范区绿地系统生态服务功能评价与优化

王光军1，2，莫蕙榕2，张洪江1，赵 月2，扶 杰3

（1. 北京林业大学 水土保持学院，北京 海淀 100083；2. 中南林业科技大学 生命科学与技术学院，湖南 长沙

410004；3. 河南省信阳市南湾实验林场，河南 信阳 464006）

绿地系统是城市生态系统的重要组成部分，具有重要的生态服务功能。本文运用生态服务功能指数的概念，选择涵养水源、土壤保育、营养物质积累、固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护这6个指标因子构建云龙示范区绿地系统生态服务功能评估模型，采用全排列多边形图示指标法对云龙示范区绿地系统的“现状绿地”、“控规绿地”、“理想绿地”3种情景下的生态服务功能进行评价和预测。研究结果表明，通过调整云龙示范区绿地系统中乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地的比例，3种土地利用情景下绿地系统生态服务功能综合指数分别为 0.24、0.70和1.26，生态服务效能得到有效改善。当云龙示范区绿地系统面积大于6 612 hm2，乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地的结构比例调整为620∶20∶5∶10∶6时，绿地系统生态服务功能达到理想状态。同时在植物配置时，优先选择乡土树种，有利于绿地系统生态服务功能的发挥。

城乡绿地系统；生态服务功能评价；全排列多边形图示指标法；株洲云龙示范区

城乡一体化是城市与乡村之间协调发展的动态过程，涉及到空间景观、生态环境、社会经济和文化生活等多个方面[1]。从绿地系统规划来说，农、林、公园绿地系统城乡一体化是依托区域生态基础设施，强调城乡各类绿地的有机结合[2]，规划区内的森林、公园、湿地、农田和旅游风景区等都被纳入了规划的范畴，为了有效地保护乡土生境和本地野生动植物，需要保护森林、农田、湿地等关键性生态板块并且充分整合所有绿色空间[3]，实现人工与自然生态过程的畅通有序的绿地规划，解决城市生态和人居环境问题[4]。因此，城乡农、林、公园绿地系统一体化规划不但要思考宏观时空尺度区域绿地系统生态过程，解决生物多样性降低、景观破碎化、景观孤岛化等生态问题，而且还要加强微观时空尺度来思考局部绿地系统生态过程[5-6]，解决绿地系统的结构与功能、形态与要素、资源破坏与浪费、生产污染与过度消费、创造生态设计[7]。

城市绿地评价从关注评价绿地结构和生态功能，逐渐扩展到关注绿地生态服务评价[8]。目前国外对城市绿地系统的研究，主要集中在城市环境质量改善、绿地生态系统管理、生物多样性保护、休闲娱乐以及绿地的负面效应等方面[9]。我国对城市绿地的研究主要集中在城市绿量[10]与绿当量[11]、立体绿化量与城市生存环境绿色量值群[12]、评价指标体系[13]、绿地结构与布局[14]、服务价值评价标准[15]及CityGreen模型应用[16]等方面，对城市绿地评价的研究并不多。本文以株洲云龙示范区的绿地为对象，研究区域内乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地在涵养水源、保育土壤、生物多样性保护、营养物质积累、固碳释氧和净化大气环境6个方面的生态服务功能价值量，建立评价指标体系与定量化测度方法[17]，结合云龙示范区绿地现状、规划目标和理想状态的需求，评估绿地系统生态服务功能，论证示范区土地利用过程中绿地系统规划的合理性与科学性，比较绿地系统控制规划的生态服务效能与现状绿地之间的差距，根据绿地系统生态服务功能的不足提出优化对策，为株洲云龙示范区生态城市建设提供参考和依据。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

株洲云龙示范区位于长株潭城市群中央（图1），总规划面积178.7 km2，地理坐标为 113°05'31″～ 113°17'45″E，27°51'49″～28°02'15″N，紧靠长株潭城市群的绿心，与石燕湖风景区和九郎山森林公园毗邻，是湖南省长株潭城市群五大“两型”社会建设综合配套改革试验示范区之一。云龙示范区内部东高西南低，现状以林地和耕地为主，野生动植物十分丰富，其中乔木183种、灌木207种、竹类17种、藤本52种、草本430种、蕨类植物27种、水生植物45种。云龙示范区内气候属亚热带季风性湿润气候，气候温暖，四季分明，雨水充沛，年平均降水量约为1 400.6 mm，降水量的40%～55%集中在春末夏初，年均相对湿度为80%，年平均气温在17.1℃～18.9℃之间，年日照时数为1 629 h，年均无霜期286 d。云龙示范区内拥有众多的水系，属湘江一级支流白石港流域的一部分，并分布有仙人造、云峰湖、五一、菖塘等大小水库以及众多的大小山塘。

图1 云龙示范区区位图Fig. 1 The location map of Yunlong demonstration area

云龙示范区总面积为17 870 hm2，规划前的土地利用是农田占33.74%、林地占45.16%、水系占6.21%、村镇建设用地占11.21%。但由于森林生态系统分布零碎、蓄积量和生产力低，农田系统生态过程不完整，面源污染较严重，河岸绿地保水和净水能力差等问题，导致生态服务功能低下。2011年，株洲市建立云龙示范区并进行各项规划。通过分析区域内的生态基础设施，从区域景观生态安全格局的构建出发，进行土地利用空间结构调整、水资源保护与利用、植被保护与管理和完善生态农业系统过程等生态规划，将云龙示范区打造成为长株潭城市群“两型社会建设”的典范。

1.2 数据来源

云龙示范区绿地现状来自于调研资料，林分总面积为8 053.8 hm2，以人工林、灌木林和经济林为主。控规面积是依据株洲云龙示范区总体规划中，生态保护用地、城镇建设用地和农业生产用地应基本保持1∶1∶1的关系（图2），计算生态绿地总面积约为5 957 hm2。理想状态绿地面积基于碳氧平衡理论计算得到，云龙示范区是以居住、办公功能为主，碳排放总量仅从居民生活、交通出行两个方面计算，依据碳排放总量与碳吸收总量相等的原则，计算林地的碳吸收总量，估算出示范区绿地系统理想状态的面积总量不小于6 612 hm2，并将其作为理想状态下的绿地面积量。对云龙示范区绿地系统的现状、控制规划和理想情景下绿地生态服务功能进行评价。

图 2 城乡一体化的景观生态格局规划Fig. 2 The landscape ecological structure planning of Rural-urban integration

根据云龙示范区“现状绿地情景”、“控制性详细规划绿地情景”、“满足碳氧平衡的理想绿地”（以下简称为现状绿地、控规绿地、理想绿地）绿化的相关指标，根据云龙示范区内不同林分类型表现出的生态服务价值不一样，得到控规绿地和理想绿地发展情景下五种林分类型面积，结果如表1所示。这3种情景下的绿地类型及面积是对绿地系统生态服务效能进行评价的基本依据。

2 研究方法

2.1 生态服务功能定量化评价指标体系的建立

在国内外已有的研究成果的基础上，参照我国《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721-2008），运用特尔菲园林专家咨询评价法，以涵养水源、保育土壤、生物多样性保护、营养物质积累、固碳释氧、净化大气环境等6个服务功能指标因子（为均权因子）作为绿地生态服务功能评价指标，定量分析和评价它们的物质量及价值量。

云龙示范区绿地系统生态服务功能的物质量如表2，文中选取的6个服务功能指标因子中涵养水源的物质量是通过降水量和不同林分类型的蒸散量计算得出，保育土壤的物质量是运用无林地土壤侵蚀量和不同林分类型的土壤侵蚀量计算得出的绿地生态系统的固土量和保育N、P、K、有机质的养分量之和，固碳释氧的物质量是固碳量和释氧量之和，营养物质积累的物质量是计算不同林分类型积累N、P、K含量的总和，净化大气环境的物质量是计算不同林分类型吸收SO2、N2O、NO、氟化物、滞尘和提供负离子的数量之和。

本文重点探讨乔木林、灌木林、竹林、经济林、苗圃地生态服务功能价值。通过绿地系统生态服务功能物质量与价值量之间的转换公式计算得出五种不同林分类型的生态服务价值标准如表3所示，其中生物多样性保护的价值标准是根据Shannon-Wiener指数得出的。

表3 每公顷绿地年生态服务价值标准Table 3 Annual standards for ecological service efficiency per hectare green space 万元·hm-2a-1

运用生态服务价值指数的概念，用其表示绿地系统生态服务功能的水平。假设涵养水源、保育土壤、营养物质积累、固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护等6个指标为生态服务价值分指数，通过计算可以得出现状绿地、控规绿地和理想绿地3种绿地情景下绿地系统生态服务功能的分指数和综合指数，用于评价3种发展情景下绿地系统生态服务功能的水平。

2.2 生态服务功能指数计算与评价方法

2.2.1 实际生态服务功能值的计算

根据云龙示范区绿地面积数量和绿地类型，根据3种情景下绿地类型与面积（表1）和每公顷绿地年生态服务价值标准（表3），分别计算某种情景下绿地系统各项生态服务实际功能值，并基于此对各项生态服务价值分指数进行测算。若某种情景下绿地系统乔木林面积记为A1(hm2)，单位面积草地某项生态服务价值标准为E1(万元·hm-2a-1)，某种情景下绿地系统灌木林面积记为A2(hm2)，单位面积林地某项生态服务价值标准为E2(万元·hm-2a-1)，以此类推，则某种情景下绿地系统年某项生态服务实际价值Xi(万元·a-1) 记为：[19]

2.2.2 生态服务功能分指数及综合指数的计算

为了减少专家主观评判权重系数的主观性干扰和得出更为客观的计算结果，本文的计算过程并没有采用简单的加权法。其基本原理为，设共有n个指标（标准化后的值），以生态服务功能分指数及综合指数指标的上限值作为半径构建一个中心的正n边形，连接各指标值形成一个不规则中心n边形，该不规则中心n边形的顶点就是一个由n个指标首尾相接的全排列[18]。

本文采取对生态服务价值各分指标与综合指标在实际中产生的价值进行数据标准化的方法，对各项生态服务价值分指数进行测算，标准化函数为：[19]

式中，Si为某项生态服务价值标准化分指数，Xi是某种情景下该项生态服务实际价值（t），Ui和Li分别为该项生态服务实际价值的最大值和最小值（t），Ti为各绿地情景下该项生态服务实际价值的平均值（t）。利用n个指标可以画出一个中心正n边形，n边形的中心点为Si=－1时的值，顶点为Si=1时的值，所在区间为［－1，+1］，各指标标准化的值为中心点到顶点的线段，Si=0构成的多边形为指标的临界区。临界区以内表示各指标的标准化值在0以下，其值为负；临界区以外表示各指标的标准化值在0以上，其值为正[19]。

采用公式（2）计算得到的生态服务价值分指数无量纲化值。然后采用公式（3）计算出现状绿地、控规绿地、理想绿地3种情景下云龙示范区绿地生态服务价值的综合指数。全排列多边形综合指数计算公式为：[19]

式中，Si和Sj分别是第i和第j个生态服务价值分指数，C为某种情景下绿地系统生态服务功能综合指数。根据生态服务功能综合指数对绿地系统进行评价。

3 结果与分析

3.1 数据标准化过程与结果

根据公式（1）计算出3种发展情景下绿地系统生态服务功能实际价值Xi，并按照公式（2）对其进行数据标准化处理，得到生态服务功能各分项指数Si，结果如表4所示。表中各分指数绝对值的大小说明了每项生态服务功能的值距离平均值的远近，分指数绝对值越大，生态服务功能就越好。利用生态服务价值的综合指数（公式3），可以计算出现状绿地、控规绿地和理想绿地3种情景下云龙示范区绿地生态服务功能的综合指数。

3.2 分析与评价

在现状绿地情景下，区内灌木林所占面积最大，在保育土壤和积累营养物质方面的生态服务功能物质量较大，因而在这两方面所反映出的生态服务价值也较强。在控制性详细规划阶段，城市绿地面积达到5 957 hm2，绿地系统中乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地比例为495∶62∶11∶14∶13，生态服务功能的6个指标值都有所增加，与现状绿地情景下的生态服务功能相比，此时的绿地系统生态服务能力得到改善。理想绿地情景下，绿地系统中乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地的比例增长为620∶20∶5∶10∶6，生态服务功能各项指标值都达到较理想状态，这是云龙示范区用地条件和绿化类型结合的优化选择。

表4 地均绿地生态服务价值(数据标准化)Table 4 Ecological service efficiency of green space per unit area(Data standardization)

图3 3种发展情景下绿地生态服务效能各分项指数Fig.3 Separate index of ecological service of green space eff i ciency under three scenarios

参照国内外综合指数分级方法[17]，现状绿地、控规绿地和理想绿地3种情景下云龙示范区绿地系统生态服务功能综合指数（ESEI）的发生了变化（图4）。现状情景下的绿地系统生态服务功能综合指数为0.24，控规情景下的绿地系统生态服务功能综合指数为0.70，理想情景下的绿地系统生态服务功能综合指数为1.26。通过绿地系统规划，优化了现状绿地情景下的生态服务功能，使云龙示范区的绿地系统生态服务功能综合指数总体上呈上升趋势，达到了优良。

图4 3种发展情景下绿地生态服务价值综合指数比较Fig.4 Comparison of synthesis index of ecological service eff i ciency of green spaceunder three scenarios

从云龙示范区生态服务功能综合指数的对比分析可以看出，现状情景下的生态服务功能综合指数与控规情景相差0.46，与理想情景相差1.02，虽然控规绿地情景下的生态服务功能各项指数基本满足了生态服务功能效果的要求，但与理想绿地情景下的综合指标相比，仍然存在一定的差距。因此，以理想绿地情景作为规划的目标，使得生态服务功能达到优良，然而因此，为了满足云龙示范区建设综合配套改革试验区和打造“两型”社会战略目标的要求，需要动态性地优化绿地系统规划，使云龙示范区绿地系统生态服务功能逐渐达到最优。

4 优化对策

4.1 增加云龙示范区绿地面积

云龙示范区绿地系统的控规情景下的绿地面积为5 957 hm2，理想情景下的绿地面积为6 612 hm2，随着绿地面积的增加，绿地系统生态服务功能综合指数也由0.70增加到1.26。因此，要提高云龙示范区绿地系统的生态服务功能就需要增加控规中的绿地面积，使其绿地面积不小于6 612 hm2，同时还需要增加绿地的覆盖率，只有这样云龙示范区绿地系统生态服务功能才能从根本上得到增强与改善，满足云龙示范区打造“两型”社会建设综合配套改革试验区的战略目标与定位的要求。

4.2 合理优化云龙示范区的绿地系统结构

绿地结构分为单结构、复合结构绿地及垂直绿化结构等[20]。为了满足云龙示范区内居民的日常生产生活需要以及林业经济的需求，区内采用复合型的绿地结构，保留乔木林、灌木林、竹林、经济林和苗圃地这五种不同的林分类型并对其进行合理的结构调整。通过上文分析可知3种情景下各绿地系统中5种不同林分类型比例分别为211∶335∶11∶218∶28、495∶62∶11∶14∶13、620∶20∶5∶10∶6。现状绿地情景下绿地面积虽然为8 052.8 hm2，面积总量最大，但计算出来的生态服务价值综合指数却为最小，这说明绿地系统不同林分类型的结构比例和生态服务价值标准之间的差异，直接导致绿地系统生态服务功能综合指数的不同。因此，在云龙示范区绿地系统的规划中，要不断增大乔木林面积的比例，缩小其他四个林分类型面积的比例，使其调整到620∶20∶5∶10∶6的理想状态。除此之外，还需要调整垂直绿化结构，充分利用垂直空间实现绿量的最大化。

4.3 合理选择适宜的植物类型

植物类型的选择需要依据因地制宜的原则，因此，云龙示范区需要根据当地的气候、水文和土壤状况，选择适合种植的乡土植物，采用以乔木林为主，主要种植香樟、栾树、青冈、椤木石楠、枫香等，灌木林为次，主要种植椤木石楠、檵木、枸骨冬青、金森女贞等，全面结合经济林、苗圃地和竹林的绿化策略，种植油茶、南天竹等。合理选择云龙示范区内适宜种植的植物类型更有利于区内绿地系统生态服务功能的优化，为区内经济建设创造更优越的生态环境。

4.4 建立多功能森林经营体系

多功能森林经营理念是指在现有森林经营体系的基础上，针对具体的目标，不断调整和优化林业结构，在考虑森林主导功能的条件下，通过科学规划和合理经营，持续提升、维持和充分利用每块土地、每个经营单位、每个区域的森林所有功能，使林业的整体效益达到持续最优[21]。因此要使云龙示范区绿地系统生态服务功能达到最优化，就需要逐渐打破传统的思维理念，向生态、经济和社会效益统一的多功能森林经营方向转变，与此同时还需要从理论、技术和管理创新等角度，逐渐建立一套科学完善的多功能森林经营支撑体系，合理调节不同森林类型之间的面积比例，提高林地生产力，增加绿地生态系统的综合服务功能。

5 结 论

（1）本文根据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721-2008），在国内外已有的研究成果的基础上，运用特尔菲园林专家咨询评价法，从涵养水源、保育水土、生物多样性保护、营养物质积累、固碳释氧、净化大气环境这6个方面定量评价了云龙示范区5个主要森林类型（乔木林、灌木林、竹林、经济林、苗圃地）的生态服务功能，并且根据现状绿地、控规绿地和理想绿地3种土地利用方式下的绿地系统相关指标，利用标准化函数对绿地生态服务价值的实际值进行计算，并且对生态服务价值的综合指数进行进一步运算，采用全排列多边形图示指标法对生态服务价值的综合指数进行评价，评价过程客观清晰，评价结果准确。因此，本文的研究方法与研究结果对云龙示范区生态服务价值更加深入的定量研究和绿地系统规划具有一定的参考价值。

（2）云龙示范区绿地生态服务功能评估表明：在现状、控规和理想3种不同绿地情景下，绿地系统生态服务功能综合指数分别为0.24、0.70和1.26，生态服务功能水平逐步改善。控规绿地情景下的生态服务功能较为理想，基本满足理想生态服务功能的要求。但是控规绿地情景下的绿地系统组成存在绿地面积不足、绿地结构不合理等问题。因此，云龙示范区的生态建设重点要从区内绿地面积的增加、绿地结构的合理优化、植物类型的合理选择以及多功能森林经营体系的建立等方面入手，有效提高区内的绿地生态服务功能。

（3）本文仅就影响云龙示范区生态服务价值大小的6个主要因子进行分析，所选因子数量有限，并且不同林分类型的基础数据来源不同，存在一定的误差。现实中，影响绿地系统生态服务功能的因素还有很多，例如避灾减灾、美化环境、陶冶情操等，这些因素都很难进行定量研究，本文并未涉及，因此本文所述的绿地系统生态服务功能与绿地系统的生态服务实际价值存在一定的差距，还需要更加深入的研究与探讨。

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Evaluation and optimization of ecological service function of greenbelt system in Yunlong demonstration area in Zhuzhou

WANG Guang-jun1,2, MO Hui-rong2, ZHANG Hong-jiang1, ZHAO Yue2, FU Jie3
(1.School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Haidian 100083, Beijing, China; 2.College of Life Science and Technology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 3. Nanwan experimental forestry farm of Xinyang, Xinyang 464006, Henan, China)

Greenbelt system is an important constituent part of urban natural ecosystem. It has important ecological service eff i ciency.The concept of ecological service eff i ciency index (ESEI) was used in this paper. Six indicatorsincluding water conservation, conservation of soil, carbon fi xation and oxygen released, nutrient accumulation, atmosphere environmental purif i cation, biodiversityconservation were selected to construct an evaluation modelof the ecological services of Yunlonggreenbelt system. The ESEI of the system was evaluated and predicted using the method of entire-array-polygon diagram index under three scenarios, including current condition,regulatory detailed planning, and ideal condition. Evaluation results show that by adjusting the structural proportion of high forest,shrubbery, bamboo forest, economic forest and nursery, the ESEI of greenbeltsystem for the three scenarios were 0.24, 0.70 and 1.26,respectively. When the area of greenbelt system in Yunlong demonstration area is more than 6 612 hm2, and the structural proportion of high forest, shrubbery, bamboo forest, economic forest and nursery adjust to 620∶20∶5∶10∶6, the ecological service eff i ciency of greenbelt system will be ideal condition. At the same time, we should choose the local plants fi rstly when deployingplants, it is useful for expressing the ecological service eff i ciency of greenbelt system.

urban-rural greenbelt system; assessment of ecological service eff i ciency; entire-array-polygon diagram index method;Yunlong demonstration area in Zhuzhou

S718.55+7

A

1673-923X(2015)02-0059-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.02.012

http: //qks.csuft.edu.cn

2014-03-29

2014年度湖南省高校创新平台开放基金项目（14K115）

王光军，博士后；E-mail：csuftwgj@163.com 通讯作者：张洪江，教授，博士生导师；E-mail：zhanghj@bjfu.edu.cn

王光军，莫蕙榕，张洪江，等. 株洲云龙示范区绿地系统生态服务功能评价与优化[J]. 中南林业科技大学学报,2015,35(2):59-65.

[本文编校：吴 彬]