随着中国城镇化的快速发展,一方面推动着城市经济､科技､文化的快速发展;另一方面,由于城市人口的急剧上升,促使城市的需求水平也在大幅上升,在人口和需求上升的同时,一些生态用地在不断被侵占,这也导致生态的供给水平一定程度地下降,进而导致生态平衡遭受冲击,产生很多的环境问题[1],如:水质污染､水土流失､空气污染､热岛效应等｡这些环境问题也使城市居民的居住环境变差,生活质量和幸福指数下降,不利于人与自然和谐共生｡如何协调城市发展与生态环境的关系,使城市实现可持续发展,已成为亟待解决的问题[2]｡

随着中国城镇化的快速发展,一方面推动着城市经济､科技､文化的快速发展;另一方面,由于城市人口的急剧上升,促使城市的需求水平也在大幅上升,在人口和需求上升的同时,一些生态用地在不断被侵占,这也导致生态的供给水平一定程度地下降,进而导致生态平衡遭受冲击,产生很多的环境问题[1],如:水质污染､水土流失､空气污染､热岛效应等｡这些环境问题也使城市居民的居住环境变差,生活质量和幸福指数下降,不利于人与自然和谐共生｡如何协调城市发展与生态环境的关系,使城市实现可持续发展,已成为亟待解决的问题[2]｡

以南昌市为例,选取水资源涵养､固碳释氧､空气净化､消声减噪和高温调节5种生态系统服务功能,对其进行价值核算,以评价南昌市城市绿地生态系统服务供需平衡状态｡

1、研究区概况及数据来源

1.1研究区概况

南昌市是江西省地级市､省会城市,国务院批复确定的中国长江中游地区重要的中心城市､鄱阳湖生态经济区中心城市,位于江西中部偏北,东经115°27′~116°35′､北纬28°10′~29°11′之间,总面积达719500hm2,截至2021年,南昌市下辖6个区和3个县｡

1.2数据来源

本研究采用的数据包括社会经济数据､遥感影像数据､POI数据和地理空间数据｡其中社会经济数据来源于2023年《南昌统计年鉴》,POI数据来源于高德地图,地理空间数据来自国家各权威部门官方网站,遥感数据来源于欧空局的哨兵二号数据,影像日期为2023年10月18日,分辨率为10m｡

2、研究方法

2.1城市绿地的提取

采用随机森林法[7],将南昌市土地利用类型划分为绿地和其他用地类型,对南昌市绿地进行粗略地提取,然后使用NDVI的阈值进行绿地精度矫正｡

2.2生态系统服务功能价值的供需估算

通过文献查找法,在收集相关资料及研究成果的基础上,结合南昌市资源､社会､环境和经济等条件,筛选出符合南昌市实际情况,并能够体现南昌市城市绿地生态系统服务功能的评价指标｡经筛选,选取水源涵养､固碳释氧､空气净化､消声减噪､高温调节5项生态系统服务功能作为评价指标｡

2.2.1水源涵养服务｡供给:水源涵养功能的主要体现是水质净化｡采用水量平衡方程[8]进行计算,公式如下:

式(1)､(2)中,W调为城市绿地系统年调节水量服务的物质量,单位:m3/a;W净为城市绿地系统年水质净化服务的物质量,单位:m3/a;W涵为城市绿地系统年水源涵养的物质量单位:m3/a;Q降为年降雨量;单位:mm/a;E为城市林地蒸散量;F为地表快速径流量｡J涵为城市绿地系统水源涵养的价值量,单位:元/a;P水为水的市场交易价格,采用南昌市居民用水价格;P污为水的净化费用｡

需求:水源涵养的需求指该地区发展所需要的水资源量,利用人均用水量和人口密度进行计算,公式如下:

式(3)中,W需为水源涵养的需求价值量,单位:元;ρ为人口密度,单位:m2;B为南昌市的人均用水量,单位:m3;C为南昌市水价｡单位:元/m3｡

2.2.2固碳释氧服务｡供给:固碳服务的供给包括城市绿地固碳量和绿地中土壤的固碳量｡固碳释氧的计算,公式如下:

式(4)､(5)､(6)中,W碳为城市绿地系统量固定二氧化碳的价值量,单位:t/a;N初为城市绿地单位面积净初生产力,单位:t/hm·2a;Q土单位面积土壤年固定二氧化碳量,单位:t/hm2·a｡W氧为城市绿地年释放氧气的物质量,单位:t/a｡J固碳释氧为城市绿地系统年固碳释氧的价值量,单位:元/a;P碳为固定单位重量二氧化碳的价格,单位:元/t;P氧为释放单位重量氧气的价格,单位:元/t｡

需求:通过人均碳排放量来衡量碳固持服务的需求量｡公式如下:

式(7)中,C需为碳固持服务的需求价值量,单位:元;φc表示人均碳排放量,单位:t/人;P碳为固定单位二氧化碳的价格,单位:元/t｡

2.2.3空气净化服务｡供给:本研究主要考虑植物对氟化物､硫化物､氮氧化物和颗粒物的吸收｡其计算公式如下:

式(8)､(9)中,W净为城市绿地系统年净化空气的物质量,单位:t/a;Q氟为城市绿地年吸收氟化物的物质量,单位:t/hm·2a;Q硫为城市绿地年吸收二氧化硫的物质量,单位:t/hm·2a;Q氮为城市绿地年吸收氮氧化物的物质量,单位:t/hm·2a;Q颗为城市绿地年吸收可吸入颗粒物的物质量,单位:t/hm·2a｡J净为城市绿地系统年净化空气的价值量,单位:元/a;P氟为氟化物治理费用,单位:元/t;P硫为二氧化硫治理费用,单位:元/t;P氮为氮氧化物治理费用,单位:元/t;P颗可吸入颗粒物治理费用,单位:元/t｡

需求:空气净化服务的需求量主要通过对空气中各类污染物含量及净化这些污染物所需的费用进行计算,公式如下:

式(10)中,P需为空气净化的需求价值量,单位:元;S为区域面积,单位:m2;H为高度:单位:m;Q为污染物浓度,单位:μg/m3｡

2.2.4消声减噪服务｡供给:根据《森林生态系统服务功能评估规范》[9],通过对隔音墙的距离进行计算来衡量消声降噪服务的价值量,公式如下:

式(11)､(12)中,W噪为城市绿地系统年消声减噪的物质量,单位:km/a｡J噪为城市绿地系统年消声减噪的价值量,单位:元/a;P隔为高速公路隔音墙的造价成本,单位:元/km｡

需求:消声减噪服务的需求价值量主要通过对噪声的监测成本进行估算,公式如下:

式(13)中,F噪为消声减噪服务需求的价值量,单位:元;M为单位噪声监测的成本,单位:元;N为该区域监测噪声的次数,单位:次｡

2.2.5高温调节服务｡供给:主要通过对植被蒸腾作用､水分蒸发过程中所吸收的太阳能进行体现,公式如下:

式(14)､(15)中,W温为城市绿地系统年高温调节的物质量,单位:度/a;Q蒸为夏季城市绿地每天蒸腾作用所吸收的热量,单位:J/hm2·d;D高为城市绿地高温调节服务的天数,单位:d｡J温为城市绿地系统年高温调节的价值量,单位:元/a;P电为居民用电价格,单位:元/度｡

需求:人们对于高温的调节方式,主要是通过空调的使用来进行,因此空调被用作城市绿地降温功能的替代品,本研究通过计算空调降低温度耗费的电费,作为城市绿地系统高温调节的需求量,公式如下:

式(16)中,Y需为高温调节服务的需求价值量,单位:元;D为高温天数,单位:天;L为单位面积空调的数量,单位:个;G为空调的功率,单位:Kw;PG为电价,单位:元｡

3、结果与分析

3.1南昌市绿地分类采用随机森林法提取南昌市的城市绿地,使用NDVI阈值对提取出的城市绿地进行进度验证｡整体分类精度达98.9682%,精度指标为0.9785,满足要求｡提取结果如图1所示,结果表明,南昌市绿地覆盖面积较大｡

根据上述结果,结合POI数据,地理空间数据,对南昌市城市绿地进行细分,结果如图2所示｡由表1可知,从总面积来看,南昌市城市绿地面积大小关系为:区域绿地>附属绿地>居住绿地>公园绿地>道路绿地>防护绿地｡各类城市绿地中,区域绿地面积占比最大,为106076.44hm2,占统计总量的44.83%,其中新建区区域绿地面积占比最大,东湖区占比最小;总绿地面积中,除区域绿地外,其次为附属绿地,面积为102185.92hm2,占统计总量的43.19%,附属绿地中面积占比最大的为进贤县,最小的为西湖区;除区域绿地､附属绿地外,总绿地面积占比最大的是居住绿地,面积达到11997.43hm2,占统计总量的5.07%;公园绿地和道路绿地次之,分别为6747.77hm2､5308.24hm2,分别占统计总量的2.85%､2.24%,红谷滩区的公园绿地面积占比最大,南昌县的道路绿地面积最大;总绿地面积中面积最小的为防护绿地,面积为4300.51hm2,占统计总量的1.82%,在各区县中南昌县的防护绿地面积占比最大｡

3.2城市绿地生态系统服务供给核算

经测算,2023年南昌市城市绿地生态系统服务总供给约为274.13亿元｡

基于南昌市不同城市绿地类型的面积占比,计算得到不同绿地类型的生态系统服务的供给功能价值｡由表2可知,2023年南昌市不同城市绿地类型的各项评价指标生态系统服务供给总价值依次为:区域绿地>附属绿地>居住绿地>公园绿地>道路绿地>防护绿地｡其中,区域绿地的生态系统服务价值最高,为122.90亿元,且在各项生态系统服务功能中,区域绿地所产生的生态系统服务功能价值比其他绿地类型高,这是因为城市绿地的生态系统服务功能的价值核算大多与面积成正比,其城市绿地面积占比越大,则各城市绿地类型所产生的生态系统服务功能价值就越多｡而根据前面对城市绿地的提取和不同绿地类型面积的核算可知,在整个南昌市的城市绿地类型中,区域绿地的面积占比最大,因此这类绿地各项生态系统服务功能价值要比其他的绿地类型要大;其次为附属绿地,其生态系统服务功能价值为118.39亿元;再次为居住绿地,其各评价指标总价值为13.90亿元;然后是公园绿地和道路绿地,二者所产生的总价值分别为7.82亿元和6.15亿元;最后是防护绿地,为4.98亿元｡

表1南昌市各区县绿地面积统计

表2南昌市各绿地生态系统服务供给价值量单位:亿元

从各项生态系统服务功能来看,在各评价指标所产生的生态系统服务功能中,其价值依次为:固碳释氧功能>水源涵养功能>降低噪声功能>高温调节功能>净化空气功能｡其中,固碳释氧功能价值最大,为161.05亿元;其次为水源涵养功能,为72.28亿元;再是降低噪声功能,为23.66亿元;然后是高温调节功能和净化空气功能,净化空气功能价值最小｡

基于整个南昌市的城市绿地分类,分区计算各个区县中的各生态系统服务功能价值｡由表3可知,从南昌市不同区县来看,其不同区域的生态系统服务功能供给价值依次为:新建区>进贤县>安义县>南昌县>红谷滩区>青山湖区>东湖区>青云谱区>西湖区｡其中,新建区的生态系统服务功能供给价值最高,为108.98亿元｡由上述分析的关于城市绿地的面积占比与生态系统服务功能价值之间的关系可知,各绿地面积占比越大,其所创造的生态系统服务价值就越高｡而从上述对各区县面积的计算表1可知,在各个区县中,新建区的绿地总面积占比最大,为940.64km2,因此新建区的生态系统服务功能价值最大;其次为进贤县,总价值为70.28亿元;再者为安义县,其产生的价值为36.14亿元;然后是南昌县,为35.36亿元;且从南昌县开始,其生态系统服务功能价值与前面3个区县所产生的价值开始出现断层式的下降,其根本原因都源自区域的绿地总面积占比相较于前3个区域较少,因此才会出现其生态系统服务功能价值与前3个区域出现很大差别的现象｡而在所有的区县中,西湖区的生态系统服务功能价值最低,为0.95亿元｡

表3南昌市各区县生态系统服务供给价值量单位:亿元

3.3城市绿地生态系统服务需求价值核算

通过对不同绿地类型的生态系统服务功能的需求价值进行计算(见表4),南昌市城市绿地生态系统服务功能中,水源涵养､空气净化､削减噪声､固碳释氧和气候调节的需求价值分别为42.00万元､4.14万元､576万元､186387.21万元､4889946.52万元｡从总体来看,空气净化的需求价值量最少,仅占总需求价值的

表4南昌市各地区生态系统服务需求价值0.00008%;而固碳释氧的需求价值占比最大｡

从不同区县来看,其不同区域的生态系统服务功能需求价值依次为:南昌县>青山湖区>新建区>进贤县>红谷滩区>西湖区>东湖区>青云谱区>安义县｡其中,南昌县的生态系统服务功能需求价值最高,为117.68亿元,生态系统服务功能需求价值最低是安义县,为20.52亿元｡

4、结论与讨论

从总体的供给和需求的价值来看,生态系统服务功能供给总价值为274.13亿元,而生态系统服务功能需求总价值为507.70亿元｡因此,南昌市城市绿地生态系统服务功能是需求大于供给｡

从不同区域来看,供给与需求最为平衡的是进贤县,其供给与需求的比值最接近1,而生态系统服务功能需求大于供给的区县有:东湖区､青山湖区､青云谱区､西湖区､南昌县及红谷滩区;供给大于需求的区县有:安义县､进贤县､新建区,这3个区县的生态系统服务功能供给都远大于其需求,属于高供给低需求区｡

从生态系统服务功能来看,南昌市城市绿地固碳释氧功能的供给与需求最为平衡,而水源涵养､空气净化和消声降噪功能的供给价值远远大于其需求,属于供大于需;水源涵养的供大于需,与南昌市丰富的水资源息息相关;气候调节功能的供给却远小于其需求,这项评价指标明显供给不足｡

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文章来源:黄雯.南昌市城市绿地生态系统服务功能供需评估[J].现代园艺,2025,48(13):59-62.