图们江地区城市绿地生态系统服务价值估算与评价研究——以延吉市为例

刘心雨，李明玉，余 洲，陈 高

(延边大学 地理与海洋科学学院，吉林 延吉 133002)

自然生态良好是城市可持续发展的重要方面[1]，随着城市化与工业化进程的不断加快，也带来了诸多发展问题[2]，如城市热岛、大气污染等，尤其近些年建筑用地面积快速扩张，绿色植被覆盖的下垫面日益减少，原有的城市生态系统平衡逐渐被打破，随着经济的发展，居民生活水平的提高，市民对生活质量的要求越来越高，追求健康舒适，美丽宜居的生活环境[3]。城市生态系统虽不像自然生态系统能承受相当程度的外界干扰压力，但仍具有一定程度的抗外界干扰和自我维持的能力[4]，这一能力在很大程度上来源于城市绿地的生态效益。城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，城市绿地系统在改善城市环境质量，促进人体健康发展，维持生态系统稳定等方面发挥着不可替代的作用[5]。根据2018年实施的《城市绿地分类标准》可以得知,生长绿色植物的地块统称为绿地，既包括天然植被和人工植被，也包括观赏游憩绿地和生产绿地，观赏游憩绿地又称为园林绿地。以物质生产为主的林地、耕地、牧草地、果园等并不属于城市绿地范畴，该文将依托城市园林绿地研究城市绿地生态系统服务价值。

国外的研究热点集中在城市绿地生态系统服务效益与人类福祉关系、城市绿地生态系统服务选择偏好与权衡、城市绿地生态系统服务价值量化与规划应用[6-7]，国内城市绿地生态系统研究的热点区域多为大中型城市及高校校园[8]，随着图们江流域得到各界学者的广泛关注，其生态系统服务的相关研究不断深化。但多集中在湿地生态系统的研究中，城市绿地生态系统服务方向的研究内容较为欠缺。

该文以图们江地区核心城市—延吉市为例，结合生态经济学原理，运用影子价格法、碳税法、恢复成本法以及造林成本法等多种方法，根据延吉市具体情况选取8项生态系统服务价值指标构建评价体系，通过全排列多边形图示指标法对2007—2018年延吉市城市绿地生态系统服务价值进行标准化，核算综合指数，根据评估结果分析动态变化,评估绿地生态系统服务的强弱，并揭示近12年延吉市城市绿地生态系统服务强弱的变化，为延吉市生态城市的建设与管理等提供理论依据[9-12]。

1 研究区概况

研究区如图1所示。

延吉市作为图们江地区核心城市，位于吉林省东部、延边州中部、长白山脉北麓，地处中、俄、朝3国交界，东临日本海，是延边朝鲜族自治州的首府，东北亚经济圈的腹地，是联合国拟定的图们江域大“金三角”中方的一个支点，是全州政治、经济、文化与对外交往的中心，全市幅员1 748 km2，城市化水平超过90%，是一座以商贸、旅游为主的具有朝鲜族民族特色的宜居旅游开放中心城市[13-14](图1)。1995年联合国开发计划署启动了《图们江地区发展计划》，2009年国务院正式批复《中国图们江区域合作开发规划纲要——以长吉图为开发先导区》，以延(吉)龙(井)图(们)为开放前沿，形成具有较强实力的对外开放先行区，带动吉林加快发展振兴，对提高我国在东北亚的战略地位也有重要意义。延吉市规划中心城区绿地形成“四片、三廊、多点”的布局结构。延吉市作为吉林省东部绿色发展转型发展区中心城市，先后被授予“全国优秀旅游城市”、“全国城市绿色发展优越城”、“国家级园林城市”称号。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

该文将延吉市作为研究区域，其中各类绿地面积、绿化覆盖面积、园林绿地面积、公园绿地面积、人均公园绿地面积以及年降水量等研究数据来源于2008-2019年《吉林省统计年鉴》和《延边州统计年鉴》，碳税率和汇率等从国家统计局公开数据获取，部分参数参考了公开发表的文献资料[15-17]。

2.2 研究方法

2.2.1 城市绿地生态系统服务价值指标的选取与价值估算

延吉市作为图们江地区核心城市，具有重要战略地位。该文参考Millennium Ecosystem Assessment提出的评估生态系统框架以及Costanza的研究成果[18]，结合延吉市自然环境与社会经济发展情况，并充分考虑数据的可取性、合理性与科学性，选取涵养水源、碳固持、释氧、吸收SO2、吸收NOX、滞尘、降温、降噪等8个已市场化和准市场化的指标，对延吉市城市绿地生态系统服务价值进行评估。在确定8个指标后，结合生态经济学原理和影子价格法、碳税法、恢复成本法以及造林成本法等多种方法计算8项指标的实际价值[19-25]。

1) 涵养水源 计算城市绿地系统涵养水源服务价值的方法采用影子工程法：

XW=S×P×λ×FW

(1)

式中,XW为城市绿地系统涵养水源的实际服务价值；S为城市绿地面积/hm2;P为延吉市年降水量/mm；λ为涵养水源系数(λ=年降水量-城市绿地蒸散量-地表径流)。该文借鉴《资源环境常用数据手册》，我国林地年蒸散量占年降水量的56%，地表径流系数取针阔混交林，该系数为2.29%，则λ为47.1%；FW为水库单位库容造价(6.110 7元/m3)。

2) 碳固持 计算城市绿地系统碳固持服务价值的方法采用碳税法：

XC=1.63×S×RC×TC×B年

(2)

式中,XC为城市绿地系统固定CO2的实际服务价值;S为城市绿地面积/hm2;RC为CO2所包含的碳含量，取值27.27%;TC为碳税率，取值150$/t，根据不同年份的美元汇率折算成人民币;B年为单位面积下城市绿地净生产力/t·hm-2，该文借鉴李福强等人的研究成果，取与延吉市自然环境相似的吉林市林分单位净生产力，1.723 t/hm2。

3) 释氧 计算城市绿地系统释氧服务价值的方法采用影子价格法：

XO=1.19×S×PO×B年

(3)

式中,XO为城市绿地系统释放氧气的实际服务价值；S为城市绿地面积/hm2;PO为工业氧气价格，取工业制氧平均价格700元/t。;B年为单位面积下城市绿地净生产力/t·hm-2，该文借鉴李福强等人的研究成果，取与延吉市自然环境相似的吉林市林分单位净生产力，1.723 t/hm2。

4) 吸收SO2计算城市绿地系统吸收二氧化硫服务价值的方法采用市场价值法：

XS=S×QS×FS

(4)

式中,XS为城市绿地系统吸收二氧化硫的实际服务价值;S为城市绿地面积/(hm2;QS为单位面积下吸收SO2的含量/t·hm-2，该文取针阔混交林对SO2的吸收力152.125 kg/hm2;FS为治理SO2的费用，取工业治理SO2的平均价格1 200元/t。

5) 吸收NOX计算城市绿地系统吸收NOX服务价值的方法采用市场价值法：

XN=S×QN×FN

(5)

式中,XN为城市绿地系统吸收NOX的实际服务价值;S为城市绿地面积/hm2;QN为单位面积下城市绿地吸收NOX的含量，延吉市为针阔混交林，针阔混交林对NOX的吸收能力为6.0 kg/hm2;FN为治理NOX的费用，借鉴《排污费征收标准及计算方法》，取治理NOX的价格630元/t。

6) 滞尘 计算城市绿地系统降尘服务价值的方法采用市场价值法：

XD=S×QD×FD

(6)

式中,XD为城市绿地系统滞尘的实际服务价值;S为城市绿地面积/hm2;QD为单位面积下城市绿地降尘量，针叶林滞尘能力为33.2 t/hm2，阔叶林滞尘能力为10.11 t/hm2，而延吉市为针阔混交林，由此该文取21.655 t/hm2;FD除尘费用，取工业削减粉尘平均费用170元/t。

7) 降温 计算城市绿地系统降尘服务价值的方法采用等价替代法：

XT=0.278×10-6×S×QT×DT×FT

(7)

式中,XT为城市绿地系统降温的实际服务价值;S为城市绿地面积/hm2;QT为夏季城市绿地每天蒸腾所吸收的热量4.59×108J/hm2·d;DT为城市绿地夏季降温服务天数，按夏季7，8月份60 d计算;FT为电价，取近10年延吉市平均电价0.5元。

8) 降噪 计算城市绿地系统降尘服务价值的方法采用造林成本法：

XN=S×FN×BN×15%

(8)

式中,XN为城市绿地系统降低噪音的实际服务价值;S为城市绿地面积/hm2;FN为中国平均造林成本，取值240.03元/m3;BN为城市绿地单位面积下成熟林木材蓄积量，取值80 m3/hm2。

2.2.2城市绿地生态系统服务评估

该文运用全排列多边形图示指标法对延吉市城市绿地生态系统服务价值进行评估，将8个单项指标进行标准化分析[26]。

(9)

式中,Si代表某一项指标的标准化指数；Xi为某年的某一项服务的实际价值数额；Ui为某一项服务实际价值中的最大值；Li为某一项服务实际价值中的最小值；Ti为临界值，是某一项服务实际价值中的均值。

依据全排列多边形图示指标法，n个指标可以构成正n边形，n边形的顶点为Si=1的值，中心点为Si=-1时的值，而Si=0时构成的多边形为指标的临界区，中心点到顶点所在区间为[-1，+1]，是各项指标标准化的数值。临界区的内部区域表示各指标的标准化值在临界值以下，其区间为[-1，0]；外部区域表示各指标的标准化值在临界值以上，区间为[0，+1][27-28]。

各指标经过标准化之后，进行综合指标分析

(10)

式中,S代表某一年的城市绿地生态系统服务价值综合指数；Si与Sj分别代表第i项和第j项服务价值分指标指数；n代表指标的数量，该文选取8个指标。

根据全排列多边形图示指标法，S的值所在区间为[0，1]，综合指数S的值越大代表城市绿地生态系统服务功能越强。计算出各项指标分指数与综合指数对延吉市城市绿地生态系统服务功能进行综合评价[29-30]。

3 结果与分析

3.1 延吉市城市绿地生态系统服务价值动态变化

2007—2018年，城市绿地面积由1 136 hm2增长到2 453 hm2，园林绿地面积由922 hm2扩展到2 324 hm2。公园绿地面积持续增长，由231 hm2扩展到1 312 hm2。人均公园绿地面积在12年间持续增加，由5 m2增加到23.69 m2，2007—2017年，公园数量为4个，并没有变化。在2018年延吉市城市绿地面积大幅度增加，公园面积较2017年增加59 hm2(表1)。

表1 2007—2018年延吉市城市绿地变化过程Table 1 Spatial dynamics of urban green space in Yanji City from 2007 to 2018

2007—2010年，延吉市绿地生态系统服务总价值不断提高，但在2011—2017年的总价值波动起伏，这主要是因为在此阶段延吉市以城市建设为基础，加速城市化进程(表2)。在12年间，总价值增加约1 941×104元，2018年较2017年总价值增加1 452×104元，这主要是因为在2018年延吉市为响应国家号召，全力建设美丽宜居城市，累计投资约9 400万元，完成人民公园二期和“两河”景观改造工程，成功打造“公园—烟集河—布尔哈通河”城市休闲景观带。

表2 2007—2018年延吉市绿地生态系统服务实际价值/元(×104)Table 2 Ecosystem service values of green space system in Yanji City from 2007 to 2018 / yuan (× 104)

2007—2018年，延吉市城市绿地系统8项指标服务价值比重的变化并不明显，所占比重相对稳定，各项指标的历年平均价值由大到小依次为降温>滞尘>降噪>涵养水源>释氧>碳固持>吸收SO2>吸收NOX，就同一年份而言，延吉市绿地系统调节温度的价值所占比重最大，其次是滞尘价值，再次是降噪的价值，这3项指标价值的总和占比超过70%(表2)，由此可见，延吉市绿地生态系统服务总价值体现在降温、滞尘、降噪这3个方面。城市绿地的降温、滞尘与降噪作用具有空间位置的固定性，对延吉市生态系统产生巨大影响，在缓解城市热岛效应，调节局部气候，保育水土，防风固沙，清洁大气，消除噪声和人体健康等方面都发挥着不可替代的作用，对建立“生态—环境—经济综合可持续发展体系”具有重要意义[31-32]。

3.2 延吉市城市绿地生态系统服务评价

该文通过全排列多边形图示指标法将延吉市绿地生态系统服务价值的估算结果按照上述公式9与公式10进行测算，进而得出绿地生态系统服务价值的各分项指数 (图2)与综合指数(图3)。

2007—2018年,延吉市绿地生态系统服务价值分项指数中不同指标年际变化，碳固持与涵养水源指数年际波动较大，其原因主要是碳固持价值会随汇率的改变而变动，涵养水源价值的波动受到不同年份降水量的影响较大，2011年受极端天气影响延吉市年降水量仅为315.7 mm，涵养水源指数达到最低值。2007年水源涵养对生态系统服务贡献最大，其他指标均为12年中的最低值，这表明绿地系统水源涵养功能对该年提高生态系统服务价值具有重大意义，且较其他年份而言，该年城市绿地生态系统服务贡献最低。2008—2011年均为碳固持指数最高，其他分指数相差不大，说明在此阶段碳固持功能对生态系统服务贡献最大。2012、2013、2015、2016年涵养水源指数最高，2014年释氧、吸收SO2、吸收NOX、滞尘、降温、降噪指数值相同。2018年绿地生态系统服务在12年中贡献力最大，各项指标均达到最大值，表明各项功能在该年达到最优化。

由图4可知，在12年间，延吉市绿地生态系统服务价值综合指数总体上呈现波动上升趋势，就不同时间段而言，延吉市绿地生态系统服务价值综合指数变化不同，2007—2018年综合指数增幅显著，增加了约0.417。2007年延吉市被评为中国优秀旅游城市后，延吉市政府积极响应国家号召建设文明城市与园林城市，加大力度投入到城市生态建设之中，在2010年延吉市城市绿地覆盖面积高达1 769 hm2，被评为国家级园林城市，绿地生态系统服务价值综合指数值为0.42，达到一个阶段性的最高值。2010—2012年，综合指数下降0.263，其原因是在此阶段城市绿地覆盖面积减少289 hm2，2011年是“十二五”规划的开局之年，面对复杂困难的经济形势和艰巨繁重的发展任务，延吉市政府持“工业强市”的战略方针，大力发展城市化，较2010年房产竣工面积增长3.4倍，农业用地增长0.2%，致使城市绿地占比减少。2012—2017年，绿地生态系统服务综合指数波动起伏，并未出现大幅起伏。2018年综合指数增幅最为显著，增加了0.826，其最重要的一部分原因是延吉市政府为评选国家园林城市复审，全力开展城市园林绿化工作。综合上述分析，2007—2010年，延吉市城市绿地建设呈现出正态的良性发展趋势。2010—2012年，延吉市对城市绿地系统规划并不合理，也并未进行有序的科学管理。2012—2017年，延吉市城市绿地建设趋于稳定，自十八大后，贯彻生态文明理念，对城市绿地系统有了更深层次的关注，更加关注。2018年获得的成效十分显著，指数大幅度的变化也彰显出延吉市城市绿地系统今后的发展态势，城市绿地系统的功能及价值进一步提高。

根据全排列多边形图示指标法的原理，结合延吉市绿地生态系统服务价值综合指数的计算结果，对延吉市绿地生态系统服务功能强弱做出定性评价(表3)。就延吉市绿地生态系统服务等级而言，该市服务等级呈现出“升高—降低—平稳—升高”的趋势。2009—2010年达到第2等级，2011年降为第3等级，2012—2015年始终维持稳定在第4等级，2016年打破这种维持在最低等级的状态，达到第3等级，2017年综合指数有所降低，服务等级降为第4等级，2018年打破最低等级的状态，跃为第1等级。综上分析：延吉市绿地生态系统服务的强弱级别变化并非由弱到强的正态提升，所以延吉市城市绿地生态系统服务还需进一步的重视与优化。

表3 2007—2018年延吉市城市绿地生态系统服务等级划分Table 3 Classification of ecological service of urban green space system in Yanji City from 2007 to 2018

4 讨论与结论

该文结合生态经济学原理，通过运用全排列多边形图示指标法，估算了2007—2018年延吉市城市绿地生态系统服务价值，并对延吉市城市绿地生态系统服务进行了评估。从系统的角度对各项指标的综合效应做出了定性与定量的评价，科学合理地评价延吉市近12年城市绿地系统的现状，研究结果如下:

1) 延吉市的城市化程度高达90%，但城市绿化水平与国内其它大城市相比仍存有差距。2007—2018年，延吉市城市绿化覆盖面积由1 136 hm2增长到2 453 hm2，城市绿地生态系统服务总价值由1 648.1×104元增长到3 588.75×104元，净增长1 940.65×104元，尤其是2018年为了评选国家级园林城市，全市的绿地面积和公园面积大幅度增长。虽然在12年间城市绿地生态系统服务总价值总体上呈增长趋势，但在此期间城市绿地覆盖面积变化波动起伏，并未呈现出良好的发展态势，由此说明，延吉市城市绿地系统发展与规划存在不合理之处，仍需在发展经济的同时重视生态建设。

2) 通过对延吉市绿地系统的各项指标及综合指标的估算结果进行分析，8项指标的生态系统服务价值均值由大到小依次为：降温>滞尘>降噪>涵养水源>释氧>碳固持>吸收SO2>吸收NOX。降温、滞尘、降噪、吸收SO2和NOX服务价值占总价值的74.27%，涵养水源、释氧、碳固持占总价值的25.73%。在城市绿地生态系统服务总价值构成中，涵养水源、释氧、碳固持可以由城市外的生态系统补偿，而降温、滞尘、降噪、吸收SO2和NOX在延吉市地域范围内与人民生活质量密切相关[33]。延吉市绿地生态系统服务功能变化波动起伏，还需要进行合理化的建设与发展。因此，大力建设城市绿地系统，不断完善城市绿地政策，加强对城市绿地红线的把控与管理，提高城市绿化水平，充分发挥城市绿地系统涵养水源、碳固持、释氧、吸收S02、吸收NOX、滞尘、降温、降噪的服务是改善延吉市城市环境，提高市民生活质量的重要措施，为延吉市城市绿地系统的可持续发展提供了理论依据。

该文在构建评价城市绿地生态系统服务价值指标体系时由于一部分指标难以量化并且难以确定计算方法，如保护生物多样性、游憩观赏等，所以并未对这些指标进行价值的估算，因此所得估算的总价值要比实际绿地生态系统服务总价值低。城市绿地生态系统服务的高低不仅仅取决于城市绿地面积的大小，该文仅从绿地的面积以及各项生态系统服务价值着手，在今后的研究中还需考虑城市绿地系统的结构、空间布局、景观布局以及管理水平等多个方面[34-35]。

该文采用全排列多边形图示指标法综合评价各类型生态系统服务的整体功能，实现了定量与定性、部分与整体的结合。随着人们对城市绿地的要求逐渐提高，生态文明城市的建设，城市绿地系统受到越来越多的关注，该文从城市绿地系统的角度出发，可以反映延吉市绿地生态系统服务价值变化，可以为延吉市今后的发展规划提供参考，优化城市结构，维持生态平衡，对城市可持续发展具有重要意义。