第五章 城市绿地的生态服务功能 修改.docx
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第五章城市绿地的生态服务功能修改
第五章城市绿地的生态服务功能
5.1引言
5.2研究方法
5.2.1绿地生态服务功能评价指针体系
5.2.2评价方法
5.2.2.1固碳释氧价值
5.2.2.2净化环境价值
5.2.2.3滞尘价值
5.2.2.4减少噪音价值
5.3评价结果与分析
5.3.1固碳释氧价值
5.3.1.1固碳价值
5.3.1.2释放氧气价值
5.3.1.3固碳制氧总价值
5.3.2净化环境价值
5.3.3滞尘价值
5.3.4减少噪音价值
5.4典型服务功能供求平衡的研究
5.4.1大气碳氧平衡分析方法
5.4.2SO2净化量分析方法
5.4.3结果分析
5.5城市绿地景观格局对其生态功能的影响
5.5.1 研究方法
5.5.1.1 不同景观格局类型的划分及绿地空间布局指标
5.5.1.2不同绿地景观格局的环境效应观测指标与分析方法
5.5.2 结果与分析
5.5.2.1 不同绿地景观格局的空间结构分析
5.5.2.2 不同绿地景观格局对环境的影响
5.5.3 结果分析
5.6小结与讨论
第六章城市绿地的大气环境服务功能
6.1引言
生态系统服务的内容广泛而丰富，自Ehrlich首次提出以来，就己引起生态学界的重视，Westman、Cairns，Costanza等先后发表文章加以论述。
生态系统服务一般是指生命支持功能（如净化、循环、再生等），而不包括生态系统功能和生态系系统提供的产品[62]。
人们对生态系统服务的认识已有很长的历史，但是关于生态系统服务价值的评估从19世纪60年代中后期才刚刚开始，而近10年来已经成为生态学和生态经济学研究的一个热点领域，突出的特征就是发表论文的数量几乎呈指数上升[63]。
其中影响最大的是1997年Costanza等在Nature上发表的题为“Thevalueoftheworld'secosystemservicesandnaturalcapital”的文章。
该文发表后引起了强烈反响，其引用率达Nature文章平均引用率的15倍以上。
许多经济学家和生态学家纷纷就生态系统评估的有效性和必要性发表文章表明自己的观点，Science,BioScience,Ecosystems,EnvironmentalScienceandTechnology,ScienceNews,NewYorkTimes,Newsweek,USNews,WorldReport等著名杂志都曾进行过讨论。
Costanza本人也发表文章希望更多不同学科的学者进行更深入的讨论。
本文在广泛查阅相关文献的基础上，从生态系统服务功能价值评估产生的背景入手，拟就国外学者对生态系统服务价值评估的观点进行系统总结，进一步分析生态系统服务经济评估的主要困难，并提出今后努力的方向，希望对国内的有关研究有一定的参考价值。
生态系统服务的经济价值评估在处理人类与自然关系方面具有多方面的作用与意义[64]。
在微观水平上，评估研究可以提供关于生态系统结构和功能的信息，提供生态系统在支持人类福祉方面所起的多样和复杂作用的信息。
生态系统的边际效益的评估提供了关于自然环境相对稀缺性以及质量问题的信息，可作为指导人类正确利用生态系统的依据[65]。
当传统经济评估在公共管理机制（如市场以及公共财产制度）不能很好反映出环境退化所要付出的社会代价时，对生态系统服务进行经济评估就具有特殊的作用。
如果自然资源保育或恢复政策的制定没有价值概念指导，可能导致资源的误用或滥用。
在宏观水平上，生态系统服务功能价值评估有助于制定人类福利和可持续发展的指标体系。
自然系统不仅可以为生产和消费提供投入，而且人类通过上地利用方式的改变和废物的释放等活动又在改变这些系统。
生态系统服务经济价值评估的目的不是为了给环境或其组成部分赋予价格，而是为了体现生态系统服务的边际变化对人类产生的效果[66]。
所以，追踪生态系统的改变对人类福利短期和长期的影响是一项重要的策略。
6.2研究方法
6.2.1绿地环境服务功能评价指针体系
根据国内外绿地环境服务功能研究现状，作者认为长沙城市绿地环境服务功能评价指针体系主要包括固碳制氧、净化环境、滞尘、减少噪音4种类别。
6.2.2评价方法
6.2.2.1固碳释氧价值
根据植物光合作用化学方程式，绿地植被每积累1g干物质，可以固定1.63gCO2，释放1.19gO2。
在CO2中比例为27.29%。
（1）固碳价值
绿地固碳价值的计算公式为:
（6-1）
式中:
U碳为绿地固碳总价值，单位:
元;
V年为绿地蓄积年增长量折算的生物量，单位:
t/a;
C碳为固碳的价格，单位:
元/t;
系数0.4448为1.63与27.29%的乘积。
（2）释放氧气价值
（6-2）
式中
U氧为绿地释放氧气总价值，单位:
元;
V年为绿地蓄积年增长量折算的生物量，单位:
t/a;
C氧为制造氧气的价格，单位:
元/t;
1.19为系数。
6.2.2.2净化环境价值
对于长沙市大气污染具体情况而言，净化环境主要是净化SO2，以减弱酸雨对城市环境的压力，据国家环境保护总局南京科研所编写的《中国生物多样性经济价值评估》中的数据，二氧化硫的治理费用为0.6元/kg。
故得到如下公式:
（6-3）
式中
USO2为绿地吸收二氧化硫总价值，单位:
元;
Ai为不同树种面积，单位:
hm2
Q1i为不同树种吸收二氧化硫能力，单位:
kg/hm2;
n为树种数。
6.2.2.3滞尘价值
树木可以截获空气中的灰尘和杂质微粒，提高空气质量，有利人类健康。
阻滞降尘的价格采用燃煤炉窑大气污染排污收费等筹资型标准平均值，即0.56元/kg计算，为此绿地植被滞尘价值的公式如下:
（6-4）
式中
U滞尘为绿地滞尘能力总价值，单位:
元;
Ai;为不同树种面积，单位:
hm2
Q2i为不同树种滞尘能力，单位:
kg/hm2。
n为树种数。
6.2.2.4减少噪音价值
据测定，70分贝噪音通过40米宽的林带能降低10～15分贝，绿化的街道比未绿化街道降低8～10分贝，杨树和丁香等树木消减噪音的能力比较强。
在城市中因土地有限，不能栽植很宽的林带，但如果以6米宽的林带隔离街道上的汽车噪音，可获得较为理想的效果[67]。
德国邻近住宅区的高速公路旁和城市交通密集地段都栽植很多树木，认为隔音、除噪效果较好的树种有泡桐、水杉、龙柏、国槐等。
试验表明，成片的树林可降低噪音20～35分贝（正亚，2005）。
目前市场上隔音墙成本100元/m2，200m2的隔音墙相当于1hm2森林降低噪音效果。
因此，森林减少噪音价值的公式为:
（6-5）
式中
U噪音为绿地降低噪音能力总价值，单位:
元;
Ai为不同树种面积，单位:
hm2
Q3i为不同树种林分降低噪音效果权重，单位:
%;
n为树种数。
6.3评价结果与分析
6.3.1固碳释氧价值
6.3.1.1固碳价值
常用木材比重为0.4～0.75t/m3，长沙地带性植物为亚热带常绿阔叶林，阔叶树种较多，按比重0.5t/m3计算。
据2001年清查结果，长沙城市绿地蓄积年增长干物质量为120万t，又据程积民（2002）测定不同植被类型树干蓄积与总生物量的比值平均为0.45，故得到长沙城市绿地生物量年增长量为267万t。
公式6-1中碳的价格以中国造林成本法273.3元/t（侯元兆，1995;周冰冰，2000:
余新晓，2005）计算。
因此得出长沙城市绿地固碳价值为32457万元。
6.3.1.2释放氧气价值
氧气价格以369.7元/t（侯元兆，1995;余新晓，2005）计算。
根据公式6-2计算，得到长沙城市绿地释放氧气价值为117464万元。
6.3.1.3固碳制氧总价值
根据以上两方面计算结果，得到长沙城市绿地固碳制氧总价值为149921万元。
6.3.2净化环境价值
据文献数据，针叶树平均为215.60kg/hm2，阔叶树吸收SO2的能力为每年
88.65kg/hm2（国家环境保护局，1997;欧阳志云，1999;张旭东，2003）。
据1999年清查结果，长沙城市绿地中针叶林面积为32.15hm2，阔叶林面积为:
106.53hm2（灌木面积包括在内），因此根据公式6-3计算结果，得到长沙城市绿地吸收二氧化硫的价值为9825万元。
6.3.3滞尘价值
针叶树滞尘能力每年为33200kg/hm2，阔叶树平均滞尘能力为10110kg/hm2。
因此根据公式6-4计算结果，得到长沙城市绿地抑制沙尘飞扬价值为120万元。
6.3.4减少噪音价值
在公式6-5中，长沙城市绿地面积按138.36hm2（包括林分面积、灌木面积和疏林地面积），树木隔音效果按14.29%计算，因此得到长沙城市绿地隔音价值为39万元。
表6.1长沙城市绿地环境服务功能评价结果
服务功能
经济价值（万元）
权重排序
固碳释氧价值
149921
1
净化环境价值
9825
2
滞尘价值
120
3
降低噪音价值
39
4
合计
159905
/
平均（/hm2）
1155
/
6.4典型服务功能供求平衡的研究
长沙是湖南的政治、经济、文化、科教、信息中心，在全市1.18万平方公里土地上生活着601.8万人。
虽然拥有可作为生态屏障的岳麓山，有水洲相拥绿色湘江，然而城市人口密度高，使用各种燃料的机会也多，人体也会永不停止地吸入氧气、排出一氧化碳，燃料燃烧时也会消耗氧气、排出大量的一氧化碳。
由下表可以看出长沙市受酸雨污染严重。
故选取维持C、O平衡和SO2净化作为重点来评判长沙城市绿地的总体供求关系。
表6.2我国南方与北方部分城市降水中的年平均pH值表
北方地区
pH（1993）
南方地区
pH（1993）
北京（昌平）
6.36
长沙
3.31
太原
6.21
南京
4.91
长春
6.38
杭州
3.91
西宁
6.27
南宁
4.28
乌鲁木齐
5.78
桂林
3.54
秦皇岛
6.40
广州
4.41
6.4.1大气碳氧平衡分析方法
通过碳氧平衡过程中的化学反应方程式求取相关系数，并对耗氧项根据研究区（主要是有关资料统计手段）适当取舍后，进行研究区内碳氧平衡的估算。
研究的基本思路是：
耗氧项选取研究区2000年的主要燃料（煤、油、液化石油气）燃烧耗氧量、人群的呼吸作用和排泄物的生物化学氧化过程耗氧量之和，对于人类以外的其它生物有机体的呼吸作用暂不考虑，因为目前还没有较好的统计手段能全面确定其个体总量，而且动物在城市地区的种群数也很少。
（李敏，1999）
⒈耗氧量计算公式
⑴石油类燃料，将石油成分平均假定为ＣnH2n，按下列公式氧化（不考虑S、N及其它成分）ＣnH2n＋n3/2Ｏ2→nCO２＋nＨ2O，O2消耗量：
石油燃料量×48n÷（12n+2n）=石油燃料量×3.429（公式6-6）
⑵煤的平均含碳量约0.8，不考虑其它成分的氧化，则Ｃ＋O2→CO２
O2消耗量＝燃煤量×32÷12×0.8=燃煤量×2.133（公式6-7）
⑶液化石油气（LPG）以丙烷为主要成分，反应式：
Ｃ３H８＋５O2→３CO２＋４Ｈ2O
O2消耗量＝LPG燃烧量×160÷44=LPG燃烧量×３.636（公式6-8）
⑷呼吸耗氧只考虑人类，按每人每日消耗800g计算：
则O2消耗量＝总人口（人）×0.0008×365=总人口（人）×0.292（t/a）
（公式6-9）
⑸排泄物（生物化学耗氧量）每人每日排泄物的氧化耗氧量平均按40g计:
则O2消耗量=总人口（人）×0.00004×365=总人口（人）×0.0146（t/a）
（公式6-10）
⒉所需制氧阔叶林面积
⑴按阔叶林在生长季的日照小时的制氧系数0.07吨/hm2计算
设林木生长季的日照小时数为H:
则H=年无霜期天数×年日照时间÷365 （公式6-11）
⑵（一年内）所需的制氧阔叶林面积设为M:
（耗氧量根据第1步来计算）
则M=耗氧量（一年内）÷制氧系数（0.07）÷H（公式6-12）
⒊现有制氧阔叶林面积:
N现
N现=R1J1+R2J2+R3J3+……（公式6-13）
式中:
R1=林地与园地面积R2=农田面积R3=园林绿地面积J1=林地等效阔叶林换算系数（0.1）J2=农田等效阔叶林换算系数（0.2）J3=1.0
其中R3J3=（R31+R32+R33）J3
式中R31=阔叶林面积R32=灌木等效阔叶林=灌木面积×等效系数
R33=草坪等效阔叶林面积=草坪面积×等效系数（取0.4）
⒋绿地空间大气氧平衡的贡献率系数:
Q
因大气环流对区域碳氧平衡关系有影响，则须计算绿地空间大气氧平衡的贡献率系数Q，
Q=N现/M×100%（公式6-14）
⒌需要增加的制氧阔叶林面积计算
考虑大气环流对区域碳氧平衡关系的影响,Q与公认的陆生植物绿地提供的大气碳氧平衡贡献率（60%）相比较,即
⑴当Q≥60%时则现有制氧阔叶林面积合乎该区域碳氧平衡的要求
⑵当Q<60%时则现有制氧阔叶林面积不合乎该区域碳氧平衡的要求
⑶若不合乎要求则需增加的面积为N增需要满足下式：
（N增+N现）/M>=60%即N增≥M×0.6－N现（公式6-15）
6.4.2SO2净化量分析方法
各类植物群落一年内对S的净化潜力系数（袁正科,田大伦等，森林和作物群落净化大气SO2能力及长沙市地区吸S潜力研究，2003）：
杉木林35.299kg/（hm2.a），马尾松34.430kg/（hm2.a），国外松233.65kg/（hm2.a），阔叶林80.188kg/（hm2.a），竹林48.718kg/（hm2.a），灌木40.136kg/（hm2.a），水田粮作物54.0146kg/（hm2.a），旱作物95.87kg/（hm2.a）。
在耕地作物中，该区域主要为水田，水田粮作物的净化潜力小于旱作物的净化潜力。
同样取小的资料水田粮作物即54.0146kg/（hm2.a）。
同理，针阔叶混交林取针叶林的净化潜力。
因此，设研究区S的净化量为WS，SO2的净化量为WSO2。
WS＝S1×L1＋S2×L2＋S3×L3＋……（公式6-16）
式中S1为针叶林面积，S2为阔叶林面积，S3为竹林面积；L1为针叶林净化S的潜力，L2为阔叶林净化S的潜力，L3为竹林净化S的潜力
WSO2＝WS×64/32＝2WS（公式6-17）
6.4.3结果分析
城市是人口、经济高度密集的地区，是人类利用自然资源、改造自然环境最为彻底的地域之一。
城市地域的扩张不可避免地影响着环境与社会经济的发展，最终导致了城市环境内生物多样性丧失、水土流失、城市热岛效应等一系列生态问题。
生存环境的恶化直接影响到人类的生存和生活的质量，在饱受了“公害病”带来的痛苦后，人们逐渐意识到保护环境的重要性，渴望回归久违的自然界。
城市绿地作为城市内惟一残存的自然景观，除了提供实物型生态产品外，还通过环境服务等功能促进城市生态系统物质和能量的平衡，是城市不可替代的基础设施，因此避免城市绿地的丧失对于城市环境的保护具有举足轻重的作用。
1．碳氧供求平衡分析结果
绿色植物平衡各种耗氧关系的能力对城市发展的可持续性有潜在影响。
城市环境由煤和石油燃烧所排放的CO2量远比人呼吸产生的量大得多。
而绿地可以吸收CO2释放O2，从而避免或减轻了CO2给人体带来的危害，这是任何先进科学手段所不能替代的。
一个成年人（按体重75kg算）平均每天呼出CO20.9kg，吸进O20.75kg，而1hm2绿地每天约吸收CO2900kg，生产O2700kg,可供近1000人的需氧量，即每个城市居民要有10m2树林或绿地才能满足生存的需要，如加上城市燃料所产生的CO2，则城市人均需有30～40m2的绿地面积。
表6.3长沙市燃煤燃油燃气排放的CO、CO2及耗氧量
污染源
消耗量（×104t/m3）
CO排放量（t）
CO2排放量（×104t）
O2消耗量（×104t）
燃煤
129.82
1298.20
380.42
44.42
燃油
4.98
25.94
2.66
3.47
燃气
67840
62.51
6.41
8.36
长沙市年无霜期279.3天，年日照时间1500小时，将其与总耗氧量代入⑥⑦式得所需制氧阔叶林面积：
M＝87.86×104÷0.07÷（279.3×1500/365）＝10935.13（hm2）
建成区现绿地面积：
长沙：
4866.46hm2，将其代入公式7.8式得：
N现＝4866.46（hm2）
则Q＝N现/M×100%＝44.50%
因Q<60%则N增≥M×0.6-N现＝1694.62（hm2）
N最小＝1694.62＋4866.46＝6561.08（hm2）
据以上分析可得长沙市建成区的绿化面积须至少增加等效阔叶林面积1694.62hm2才能满足建成区大气中的碳氧平衡。
由此可知，目前建成区的碳氧平衡必然得到了其外围绿地的贡献。
2．净化空气、降低大气污染物含量平衡分析
大气中有很多有害气体，SO2和粉尘是其中主要的污染物，SO2被称为人气污染的“元凶”，粉尘容易使人患气管炎、支气管炎、尘肺、尘硅和肺炎等疾病。
而大部分植物都具有吸收SO2、吸滞粉尘的能力。
1hm2成林柳杉每天能吸收60kgSO2;阔叶树中的臭椿、夹竹桃、悬铃木、杨柳类、广玉兰、银杏、槭树、柳树、加拿人杨等树种都具有较强的SO2吸收能力。
[68]据测定，当废气和粉尘通过绿地后，60%的SO2会被叶片滞留，而当绿化覆盖率为10%时，空气中总悬浮颗粒物可下降15%～20%，当绿化覆盖率为40%时，总悬浮颗粒物可下降60%～80%，在植物生长季节，树林下的含尘量比露天广场上空的平均浓度低42.2%。
[69]此外，植物还有吸收HF、CL2、CO、重金属气体、致癌物质安息香砒啉、放射性物质以及杀菌等作用，是天然、廉价的空气净化器。
长沙市建成区每年排放出SO270429t（2000年资料），建成区园林绿地
4866.46hm2（取阔叶林净化潜力系数80.188kg/（hm2.a），则一年内能被绿地吸收的SO2量即WSO2＝2WS＝2×4866.46×80.188×10-3（t）＝780.463t，因每年放出SO2为70429t，这一数据与WSO2相比较可知，建成区还有：
70429-780.463＝
69648.537tSO2未被净化，以长沙市地带性植被亚热带常绿阔叶林计算，则建成区必须要增加阔叶林绿地面积：
S增＝（70429-780.463）/（80.188×10-3）＝868565.58（hm2）
因此在现有SO2排放量不变的情况下必须增加阔叶林868565.58hm2才能刚好净化完建成区排放出的SO2。
6.5城市绿地景观格局对其生态功能的影响
6.5.1 研究方法
6.5.1.1 不同景观格局类型的划分及绿地空间布局指标
在长沙中心区实地考察的基础上,按绿地景观布局特性（绿地景观要素类型、斑块数量与面积等）的差异,并考虑总体景观格局的一致性和连片性,初步将研究区域划分出4种景观格局类型:
①斑优格局景观,以大面积绿地斑块占优势;②斑匀格局景观,以中小面积绿地斑块与廊道均匀分布;③廊道格局景观,绿地斑块较少,廊道绿地占优势;④对照格局景观,斑块绿地与绿化廊道极少。
在收集长沙中心城区背景资料和平面图的基础上,通过实地调查获取斑块类型、位置、面积等结构信息。
调查中根据长沙市中心城区景观特点,将斑块类型划分为:
①绿地斑块（包括小型水面）;②建筑铺装斑块;③绿化道路廊道;④无绿化道路廊道,将调查的景观结构信息标绘于1∶5000长沙市中心城区平面图上制成长沙市中心城区景观分布图。
然后根据景观生态学原理中景观格局与景观过程、功能的关系,并结合城市绿地景观格局的空间分异特点,选用绿化覆盖率、斑块平均面积、斑块优势度指数、破碎化指数、廊道密度指数等指标来对四种绿地空间格局进行分析与评价。
6.5.1.2不同绿地景观格局的环境效应观测指标与分析方法
按从属性、代表性、便利性原则,分别在4种景观格局内选取每种景观格局的5个测点（梅花型布置,测点全部分布在水泥铺装地面上,且距周围障碍物10m以上）进行环境效应指标观测。
监测时间选择在植物生长季及对市民工作与生活影响较大的白天进行,各观测项目的测点高度均为离地1.5m。
每天8:
00～20:
00每2小时一次分别对气温、相对湿度进行4种景观格局的同步测定,重复5天;每天9:
00～17:
00每2小时一次分别对噪声（ND-10声级计）进行同步测定,每次隔5s测定一瞬间声级并连续读取100个数据,利用等效声级公式：
（Li为间隔时间t的噪声值,N为测定的噪声值Li的总数）来反映噪声差异;每天14:
00～15:
00分别采用KZL型便携式SO2监测仪对大气SO2含量（甲醛缓冲溶液吸收-盐酸副玫瑰苯胺分光光度法）进行4种景观格局的同步采样与分析;每天13:
00～16:
00以CH-150C型TSP中流量采样器对大气中总悬浮颗粒物（TSP）含量进行同步测定。
各景观格局间大气SO2含量和TSP含量先根据国家大气环境质量标准（GB3095-82）和监测所得数据进行分级:
共分7级,其中1和2级为国家大气环境质量中的第1级;3和4级为国家大气环境质量的第2级;5和6级为国家大气环境质量的第3级;7级为国家大气环境质量的第4级（表6-4）。
大气污染物等级的评价采用以模糊数学理论和灰色理论为基础的倍斜率聚类法来进行。
各景观格局间气温、相对湿度、噪声及大气污染物含量等级的差异用SPSS10.0软件做成对数据假设检验。
表6-4 大气污染物含量分级标准
分级标准（mg/m3）
1
2
3
4
5
6
7
SO2
<0.025
0.025～0.050
0.050～0.100
0.100～0.150
0.0150～0.200
0.200～0.250
>0.250
TSP
<0.075
0.075～0.150
0.150～0.225
0.225～0.300
0.300～0.400
0.400～0.500
>0.500
6.5.2 结果与分析
6.5.2.1 不同绿地景观格局的空间结构分析
从长沙市中心城区四种景观的总体格局看（表6-5）,斑优格局景观的总面积最大,达62.38hm2,但由于斑块总数的差异,斑块平均面积则以廊道格局景观最大,达43256m2,斑匀格局景观的斑块平均面积最小（16453m2）。
其中,建筑斑块面积以对照格局景观最大,达56.86hm2,无绿化道路总面积除廊道格局景观极小外（3521m2）,但无绿化道路的平均面积差异不大（2456～4535m2之间）。
可见,4种景观在斑块总面积、建筑斑块面积和无绿化道路面积等总体格局上较均衡,但其绿化覆盖率差异较大,斑优格局景观的绿化覆盖率高达40.15%,其余3种景观的绿化覆盖率依次为:
斑匀格局10.36%,廊道格局8.14%,对照格局2.
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