CN113657777A - 一种流域生态系统服务价值空间转移评价和作图方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种流域生态系统服务价值空间转移评价和作图方法，利用土地利用类型数据、农作物播种面积、单位面积产量、粮食作物全国平均价格等参数结合，计算流域上中下游的生态系统服务价值。利用场强模型和断裂点模型结果计算流域上中下游的生态系统服务价值空间流转及流域上中下的生态系统服务价值转移关系，并提出作图方法，绘制流域转移关系图。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明利用当量因子法则区分不同种类的生态系统服务功能，利用了可量化的标准构建不同生态系统服务功能的价值量，结合了系统面积进行评估。另外，本发明的计算方法简单易操作，数据需求量少，适用于大面积流域的生态系统价值流转评估。
Description
技术领域
本发明涉及生态服务价值评价领域，更具体地，涉及一种流域生态系统服务价值空间转移评价和制图方法。
背景技术
生态系统服务是指对人类生存与生活质量有贡献的所有生态系统产品和服务。在大尺度上具有调节气候、净化污染、涵养水源、保持水土、防风固沙、减轻灾害、保护生物多样性等功能，进而为人类的生存与发展提供良好的生态环境。东江流域不同地区之间发展极不平衡，尤其上下游之间，江西段为东江流域上游，为广东段下游提供清洁水资源，优质空气，保持水源涵养，清洁电力资源等，但上游段为下游提供高质量资源，而放弃发展经济产业。所以，评估东江流域上中下游生态系统价值转移可以为生态补偿作为参考和指导，帮助流域上中下游能相对平衡发展。
传统的生态系统价值评估主要包括替代市场技术和模拟市场技术，替代市场技术。这两种技术评估过程比较客观；然而，由于生态系统服务功能种类繁多，实际评价时有许多困难，很难真实反映生态系统服务的实际价值。模拟市场技术通过人为构造假想市场来衡量没有替代市场的生态服务功能，该法基础资料易于获取，可操作性强，但受众多主观因素影响，存在一定的局限性。
现有的生态系统价值评估方法不能客观真实反映生态系统的价值，因此导致评估价值不准确，在生态补偿中的参考意义不大，实用性不高。
发明内容
为解决背景技术中生态系统价值评估方法存在的至少一种缺陷或者不足，本发明提供一种流域生态系统服务价值空间转移评价和作图方法。该方法采用当量因子法以及断裂点模型和场强模型，能够得出流域之间不同生态系统价值的流转大小和流转区域，适用于大面积流域进行价值评估。
一种流域生态系统服务价值空间转移评价和作图方法，包括以下步骤：
S1、确定东江流域上、中、下游生态系统价值空间转移变化模型，即确定上、中、下游流域生态系统价值；再根据断裂点模型和场强模型确定上、中、下游的生态系统价值空间转移模型；
S2、计算流域上、中、下游生态系统服务功能价值；
S3、利用生态系统价值空间转移模型确定流域上、中、下游生态系统服务功能价值流转结果；
S4、通过生态系统价值空间转移模型和生态系统服务功能价值流转结果进行计算和整理，对流域上、中、下游生态系统价值空间进行转移评价，并绘制生态系统服务价值转移关系图。
进一步地，所述生态系统价值空间转移模型基于当量因子法的生态系统价值空间转移评价方法，包括生态系统服务功能价值评估模型和生态系统服务价值空间转移模型。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、确定流域范围及其上、中、下游分区；所述分区包括流域分区和行政分区；
S22、确定并获取单位面积农田食物生产服务功能的经济价值，即计算一个当量因子价值，计算公式如下式所示：
其中：Ea表示单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值，单位：元/hm；i表示作物种类；ρi表示i农作物全国平均价格，单位：元/t；qi表示i种粮食作物单产，单位：t/hm；mi表示i种粮食作物面积，单位：hm；M表示所有粮食作物总面积，单位：hm；
S23、确定上、中、下游不同土地利用类型面积和流域生态系统服务价值当量因子表；
S24、根据一个当量因子价值以及单位面积和上、中、下游各个地类面积，计算得出上、中、下游生态系统服务功能价值，具体如下式所示：
其中，V表示流域生态系统服务功能价值；Aj表示第j类土地利用类型的面积；Eij表示第j类土地利用类型的第i类生态服务单价；i表示流域生态系统服务功能类型；j表示土地利用类型。
进一步地，所述流域分区根据行政区GDP排名来划分；所述行政分区根据地级市或者县级市行政区范围进行划分。
进一步地，所述生态系统服务功能类型包括供给服务、调节服务、支持服务和文化服务。
进一步地，所述土地利用类型包括农田、森林、草地、水域、建设用地和未来用地。
进一步地，所述作物种类为流域内常年种植的稻谷。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、采用断裂点模型和场强模型构建生态系统服务功能空间转移模型；
S32、利用断裂点模型确定生态系统服务功能作用边界，具体如下式所示：
其中，Dl表示影响区生态环境核心点到断裂点的距离；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离；Vl表示影响区生态系统服务功能价值；Vj表示被影响区生态系统服务功能价值；l为生态系统服务功能的转出地，即影响区；j为生态系统服务功能的转入地，即被影响区；
S33、利用场强模型的生态系统服务价值转移强度公式确定上、中、下流域之间的生态系统服务功能价值转移量，具体如下式所示：
其中，Ilj表示l区域生态系统服务向j区域的平均转移强度；Vj为影响区生态系统服务功能价值；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离；
Vlj＝kljIljA (5)
其中，Vlj表示从l区域到j区域转移的生态系统服务价值总量；klj表示影响l区域到j区域的生态系统服务自然流转的影响因子，取值在0～1之间，A为转移的生态服务的辐射面积。
本发明还提供一种流域生态系统服务价值空间转移作图方法，其技术方案为：
一种流域生态系统服务价值空间转移作图方法，包括以下步骤：
A1、获取流域生态系统服务价值辐射面积；
A2、将辐射面积剪裁出进行几何计算，得出流域生态系统服务价值空间转移面积；
A3、填入流域生态系统服务价值空间流转数值，画出流域生态系统服务价值空间流转图。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：本发明利用当量因子法则区分不同种类的生态系统服务功能，利用了可量化的标准构建不同生态系统服务功能的价值量，结合了系统面积进行评估。另外，本发明的计算方法简单易操作，数据需求量少，适用于大面积流域的生态系统价值流转评估。
附图说明
图1为本发明生态系统服务价值空间转移评价方法的流程图；
图2为2018年东江流域土地利用示意图；
图3为东江流域上、中、下游划分示意图；
图4为东江流域生态系统中气体调节的上、中、下游生态价值辐射示意图；
图5为东江流域生态系统中气体调节上、中、下游流转示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
下面结合图1至5和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种流域生态系统服务价值空间转移评价和作图方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、确定东江流域上、中、下游整个流域生态系统价值空间转移变化，即确定上、中、下游流域生态系统价值，再根据断裂点模型和场强模型确定上、中、下游的生态系统价值空间转移模型。
明确基于当量因子法的生态系统价值空间转移评价方法的两个模型。第一个是流域生态系统服务功能价值评估模型，第二个是生态系统服务价值空间转移模型。
S2、计算流域上、中、下游生态系统服务功能价值。
S21、确定流域范围及其上、中、下游分区；所述分区包括上、中、下流域分区和行政分区。所述流域分区根据行政区GDP排名来划分；所述行政分区根据地级市或者县级市行政区范围进行划分。根据GDP排名和流域流向将赣州，梅州，韶关，河源划分为上游；惠州为中游；广州，东莞，深圳为下游。利用Arcgis中的合并要素，合并赣州，梅州，韶关，河源为上游；合并广州，东莞，深圳为下游，其中由于惠州为单独一个市区无需合并，直接作为中游。出图为东江流域上、中、下游示意图，具体参见图3所示。
更具体地，选取2018年广东江西两省土地利用数据(分辨率：1000，1000)，该数据来源于中国科学院地理科学与资源研究所资源环境科学与数据中心。使用Arcgis软件中重分类工具将土地利用类型重新划分为6大类土地类型，包括耕地、林地、草地、水域、城乡用地和未利用土地，其利用示意图如图2所示。接着提取东江Lucc，使用东江流域范围对2018年广东江西土地利用数据进行按掩膜提取，再利用Arcgis的镶嵌工具将东江流域江西部分镶嵌到广东部分；地类面积利用Arcgis中区域分析中的面积制表工具提取东江流域上、中、下游的地类面积，出图为东江流域土地利用示意图。
S22、确定并获取单位面积农田食物生产服务功能的经济价值(一个当量因子价值的计算)，计算公式如下式所示：
其中：Ea表示单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值，单位：元/hm；i表示作物种类；ρi表示i农作物全国平均价格，单位：元/t；qi表示i种粮食作物单产，单位：t/hm；mi表示i种粮食作物面积，单位：hm；M表示所有粮食作物总面积，单位：hm。
上述作物种类选择流域内常年种植的稻谷，大豆，玉米。农作物全国平均价格和农作物单产根据中国农村统计年鉴和全国农产品成本收益资料计算得出。粮食作物面积和所有粮食作物总面积通过中国农村统计年鉴整理得出。另外，由于东江流域在江西广东分布比例为1：9，则面积比例中选取同样比重。
S23、确定上、中、下游不同土地利用类型面积和流域生态系统服务价值当量因子表。
更具体地，结合研究区和周边区域相关文献数据以及现场数据采集等方法进行修正，得到适合东江流域的生态服务价值当量因子表，如表1所示。
表1东江流域生态系统服务价值当量因子表
S24、利用当量因子法计算出一个当量因子的值(一类土地利用类型中的一类生态系统服务单价)，再结合单位面积和上、中、下游各个地类面积，计算得出上、中、下游生态系统服务功能价值，具体如下式所示：
其中，V表示流域生态系统服务功能价值；Aj表示第j类土地利用类型的面积；Eij表示第j类土地利用类型的第i类生态服务单价；i表示流域生态服务功能类型；j表示土地利用类型。
其中土地利用类型面积是利用Arcgis软件面积制表工具计算出流域上、中、下游不同土地利用面积。
获得上、中、下游生态系统服务功能价值后，存储相应的过程数据和结果数据。其中，气体调节的上、中、下游生态价值辐射示意图如图4所示。
表2 2018年东江流域上、中、下游生态系统服务功能价值(单位：亿元)
S3、利用断裂点模型和场强模型确定流域上、中、下游生态系统服务功能价值流转结果。
S31、采用断裂点模型和场强模型构建生态系统服务功能空间转移模型；
其中，断裂点模型能够确定区域生态系统服务功能价值作用的空间范围。场强模型可以确定某一区域向其他区域转移的单位面积生态系统服务功能价值的强度，包括生态系统服务功能价值转移强度和生态系统服务功能价值转移量的计算。
S32、利用断裂点模型确定生态系统服务功能作用边界，具体如下式所示：
其中，Dl表示影响区生态环境核心点到断裂点的距离；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离；Vl表示影响区生态系统服务功能价值；Vj表示被影响区生态系统服务功能价值；l为生态系统服务功能的转出地，即影响区；j为生态系统服务功能的转入地，即被影响区。
其中，影响区核心点与被影响区核心点间的距离为直线距离，直线距离利用Arcgis软件中的点距离分析工具计算得出。
在本实施例中，具体为：先利用Arcgis软件中紧邻分析确定上、中、下游流域中心，再用尺子测量辐射点到每个区域的距离并整理成excel表格。其中，根据步骤S24算出的生态系统服务功能价值，利用excel做出影响区和被影响区的表格，利用断裂点模型计算出不同生态系统服务功能截止空间作用边界。其中需要计算6种生态服务功能，分别是气体调节，气候调节，水文调节，净化环境，保持水土，维持生物多样性。每种生态系统服务功能计算一次，共计算六次。
S33、利用场强模型的生态系统服务价值转移强度公式确定上、中、下流域之间的生态系统服务功能价值转移量，具体如下式所示：
其中，Ilj表示l区域生态系统服务向j区域的平均转移强度；Vj为影响区生态系统服务功能价值；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离。
Vlj＝kljIljA (5)
其中：Vlj为从l区域到j区域转移的生态系统服务价值总量；klj为影响l区域到j区域的生态系统服务自然流转的影响因子，取值为0～1，随着区域间水、风、生物等介质传递生态服务的频度、规模的增加而增大，并受地形地貌等自然因素的影响；A为转移的生态系统服务的辐射面积。
参考其他文献的取值并结合东江流域的情况，以河流为介质的生态系统服务功能k值取0.8，以大气为介质的生态系统服务功能k值取0.6，以土壤和生物为介质的生态系统服务功能k值取0.5。其中，一种生态系统服务功能的空间流转介质可能是一种或多种，如果为多种则k值取多种介质的平均值。辐射面积为上中下游中心点到辐射区域的边界，此数据利用Arcgis软件多环缓冲距进行计算得出。
在本实施例中，具体为：利用Arcgis软件中的near工具选中点要素和需要测量的面要素相交得出点到面的距离Dlj。接着在Excel中整理出影响区域到被影响区域的直线距离和影响区生态系统服务功能价值，利用场强模型中的转移强度公式在excel公式中输入转移强度得出转移强度，计算得出不同生态系统服务功能的转移强度，其中，6中不同的生态系统服务功能存储到同一个excel表中。转移量是以影响区几何中心为圆心，利用Arcgis把影响边界为半径做多环缓冲区分析；计算气候调节中的上游对下游的价值转移量时，先算出辐射面积，将实际受到影响区生态辐射的被影响区与生态辐射缓冲区做相交，完成后数据导出进行几何计算，其中单位为平方千米，提取出被影响区实际受到生态系统辐射影响的面积，出图为东江流域生态系统中气体调节的上中下游生态系统价值辐射图。气体调节的影响因子选择0.6，转移强度前面已算出，利用excel函数计算得出，整理到表格中。
值得注意的是，结果不同生态系统服务功能的空间流转介质是不同的，所以其k值也是不同的，参考其他文献的取值并结合东江流域的情况，以河流为介质的生态系统服务功能k值取0.8，以大气为介质的生态系统服务功能k值取0.6，以土壤和生物为介质的生态系统服务功能k值取0.5。
S4、通过断裂点模型、场强模型和生态系统服务功能价值流转结果进行计算和整理，对流域上、中、下游生态系统价值空间转移评价，并绘制生态系统服务价值转移关系图。下图由公式(3)(4)(5)得到影响区域向被影响区域的生态系统服务价值转移量。
东江流域上、中、下游中，生态系统服务功能价值由大到小依次为上游，中游，下游。其中，在六类生态系统服务功能中，水文调节，气候调节,水土保持为供给主体。东江流域上，中，下游向外转的生态服务价值从大到小依次是中游，下游，上游。具体如表3所示。其中，气体调节上、中、下游流转示意图如图5所示。
表3生态服务价值转移量(单位：亿元)
利用断裂点模型和场强模型结果制作生态系统服务价值转移关系图。具体包括以下步骤：
A1、利用Acrgis软件中的多环缓冲区工具作出流域生态系统服务价值辐射面积；
A2、利用Acrgis软件将辐射面积剪裁出进行几何计算得出流域生态系统服务价值空间转移面积；
A3、利用Acrgis软件中的新建shp线要素，填入流域生态系统服务价值空间流转数值画出流域生态系统服务价值空间流转图。
与现有技术相比，本实施例的有益效果为：本发明利用当量因子法则区分不同种类的生态系统系统服务功能，利用了可量化的标准构建不同生态系统服务功能的价值量，结合了系统面积进行评估。另外，本发明的计算方法简单易操作，数据需求量少，适用于大面积流域的生态系统价值流转评估。
值得说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种流域生态系统服务价值空间转移评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、确定东江流域上、中、下游生态系统价值空间转移变化模型，即确定上、中、下游流域生态系统价值；再根据断裂点模型和场强模型确定上、中、下游的生态系统价值空间转移模型；
S2、计算流域上、中、下游生态系统服务功能价值；
S3、利用生态系统价值空间转移模型确定流域上、中、下游生态系统服务功能价值流转结果；
S4、通过生态系统价值空间转移模型和生态系统服务功能价值流转结果进行计算和整理，对流域上、中、下游生态系统价值空间进行转移评价，并绘制生态系统服务价值转移关系图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生态系统价值空间转移模型基于当量因子法的生态系统价值空间转移评价方法，包括生态系统服务功能价值评估模型和生态系系统统服务价值空间转移模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21、确定流域范围及其上、中、下游分区；所述分区包括流域分区和行政分区；
S22、确定并获取单位面积农田食物生产服务功能的经济价值，即计算一个当量因子价值，计算公式如下式所示：
其中：Ea表示单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值，单位：元/hm；i表示作物种类；ρi表示i农作物全国平均价格，单位：元/t；qi表示i种粮食作物单产，单位：t/hm；mi表示i种粮食作物面积，单位：hm；M表示所有粮食作物总面积，单位：hm；
S23、确定上、中、下游不同土地利用类型面积和流域生态系统服务价值当量因子表；
S24、根据一个当量因子价值以及各土地利用类型面积，计算得出上、中、下游生态系统服务功能价值，具体如下式所示：
其中，V表示流域生态系统服务功能价值；Aj表示第j类土地利用类型的面积；Eij表示第j类土地利用类型的第i类生态服务单价；i表示流域生态系统服务功能类型；j表示土地利用类型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述流域分区根据行政区GDP排名来划分；所述行政分区根据地级市或者县级市行政区范围进行划分。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生态系统服务功能类型包括供给服务、调节服务、支持服务和文化服务。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述土地利用类型包括农田、森林、草地、水域、建设用地和未来用地。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述作物种类为流域内常年种植的稻谷。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31、采用断裂点模型和场强模型构建生态系统服务功能空间转移模型；
S32、利用断裂点模型确定生态系统服务功能作用边界，具体如下式所示：
其中，Dl表示影响区生态环境核心点到断裂点的距离；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离；Vl表示影响区生态系统服务功能价值；Vj表示被影响区生态系统服务功能价值；l为生态系统服务功能的转出地，即影响区；j为生态系统服务功能的转入地，即被影响区；
S33、利用场强模型中生态服务价值转移强度公式确定上、中、下流域之间的生态系统服务功能价值转移量，具体如下式所示：
其中，Ilj表示l区域生态系统服务向j区域的平均转移强度；Vj为影响区生态系统服务功能价值；Dlj表示影响区核心点与被影响区核心点间的距离；
Vlj＝kljIljA (5)
其中，Vlj表示从l区域到j区域转移的生态系统服务价值总量；klj表示影响l区域到j区域的生态系统服务自然流转的影响因子，取值在0～1之间，A为转移的生态系统服务的辐射面积。
9.一种流域生态系统服务价值空间转移作图方法，其特征在于：包括以下步骤：
A1、获取流域生态系统服务价值辐射面积；
A2、将辐射面积剪裁出进行几何计算，得出流域生态系统服务价值空间转移面积；
A3、填入流域生态系统服务价值空间流转数值，画出流域生态系统服务价值空间流转图。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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