河北地质大学 武金华 王争光 高亮

引言

人们改变土地用途，会使生态系统的类型发生改变，从而影响生态系统服务价值。生态系统服务价值的研究对人们正确使用土地具有重要的现实意义[1]。1974年，Holdren和Ehrlish首次提出了生态系统服务这一概念[1]；1997年Robert Costanza等基于效用价值理论和均衡价值理论，制定了全球生态系统服务价值当量因子表，对生态系统服务价值进行了具体测度[2]，同时期美国学者Gretchen C.Daily出版《Nature’s Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems》[3]，这两项研究成果引发了人们对生态系统服务价值的广泛研究。1995年，侯元兆等首次评估了我国森林资源的总价值，为13亿元人民币[4]；2001-2005年联合国千年生态系统评估（MA）开启了对生态系统服务更深入的研究，将生态系统服务的研究导向了形成机理、流动、权衡与协同等，尤其对生态系统服务与人类福祉的关系进行了讨论[5]。

对于生态系统服务价值的评估，自Costanza始，后人也进行了许多深入的研究。1999年欧阳志云等运用影子价格，替代工程或损益分析等方法探讨了中国生态系统的间接价值[6]；2003年谢高地等在Costanza等的基础上，结合本国的国情，制定了中国的陆地生态系统单位面积服务价值表[7]；2012年徐丽芬等对谢高地等制定的《中国的生态系统服务价值当量因子表》进行了进一步完善，使之能够更好地服务于不同时间空间的研究区[8]；2015年谢高地等又进一步完善了全球生态系统服务价值当量因子表，更加细分了土地利用类型，同时对一些生态系统的价值进行了修订[9]。当前的生态系统服务价值评估,主要是针对大尺度区域来进行，这对于国家和省区市区域尺度的资本价值认识具有重要的意义。但是，大尺度的研究对于小区域环境和生态系统的管理的指导作用并不明显。同时，矿区的开采使得小范围的生态系统的价值产生大幅度的波动。因此，把矿区作为研究对象，对促进矿区生态系统价值评估，研究矿区生态系统服务价值的变化具有重大意义。

1 研究区概况

本项目以承德县建龙矿业有限公司解营铁矿为研究对象，地址位于承德市承德县岔沟乡下院村，在承德县城北东10°方向有简易公路与101国道相连。矿种为铁矿，开采形式为露天开采，生产规模为600万吨/年，矿区面积为3.2963平方公里，设计服务期限为5年。矿区包含两个矿区，分别为苏家沟脑采区和于家营子采区。于家营子采区：中心点坐标为东经118°11'20″，北纬41°08'15；苏家沟脑采区：东经118°11'16″，北纬41°09'23″。矿区内矿体分布在山坡或山脊处，沟谷发育，有利于自然排水，矿区范围内无地表水体，大气降水是地下水的唯一补给来源。矿区及周围植被以野生灌木为主，次为森林植被。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

本项目所涉及的研究区数据来源于《承德县建龙矿业有限公司解营铁矿矿山地质环境保护与土地复垦方案》，统计数据来源于地区统计年鉴。粮食价格数据来源于各年的《全国农产品成本收益资料汇编》。

2.2 研究方法

2.2.1 生态系统服务价值研究方法

本文以谢高地的研究出的中国生态系统服务价值当量因子表[9]为基础，就研究区所在地的当前发展情况，修正单位面积农田年粮食产量的经济价值。然后根据研究区的实际生物类型，对得到的生态系统服务价值当量因子表进行修正。

2.2.2 评估体系

本文根据2020年研究区复垦前后土地利用结构调整表，结合考虑研究区的实际情况将研究区地分成有林地、灌木林地、其他林地、其他草地、道路用地、坑塘水面、建设居住用地、采矿用地、损毁地等。以此为基础来计算研究区复垦前后生态系统服务价值的变化。

本研究以谢高地等提出的基于单位面积的当量因子法为基础，一个当量因子相当于全国1hm2的年均粮食产量的平均价值，为当年全国平均粮食价格的1/7[10,11]，本文采用移动平均法对粮食的平均价格进行预测，由于2020年有比较特殊疫情严重，对粮食的价格会产生较大影响，所以采用预测的2019年价格作为河北省粮食价格基准，来消除通货膨胀的影响。

本文收集了2005-2018年河北省粮食价格数据，采用简单移动平均法对2019年价格进行估算，其优点是计算方便，数学要求不高，适用于趋势变动不太明显的时间序列。公式为：

此处过反复试算，最终确定n=3时误差最小,采用2016、2017、2018三年的数据，最终经过计算，预测2019年粮食价格为2198.87元/吨。

本文以千年生态评估（MA）框架工作组提出的生态系统服务功能分类方法[5]，将本矿区生态系统服务功能归纳为提供产品功能、调节功能、文化功能和支持功能四大类。根据得出的2019年粮食的预测价格，根据谢高地等[12]对河北省生物量进行订正（订正系数为1.02），制定出研究区土地利用类型的生态服务价值当量因子表。其中计算得出研究区1个生态服务价值量因子的经济价值量为2242.86元/hm2,最终得到研究区不同生态系统单位面积的生态服务价值(表2)由于谢高地在其生态系统服务价值计算过程中并未给出建设用地的计算方法，所以此处工矿建设用地采用Costanza给出的数据[13]。毁损地（破损地）与建设用地同属于工矿建设用地，将前人的两种当量因子的测算结果结合，得出本文所需要的研究区土地利用类型的生态服务价值当量因子表。由此得出研究区1个生态系统服务价值当量因子的计算公式：

式中，ESV为研究区生态系统服务价值；Ak为土地利用类型k的面积；VCk.为生态系统价值系数；ESVf为生态系统单项服务价值；VCfk为土地利用类型k的生态系统单项价值系数。

2.2.3 敏感性指数分析

敏感性指数分析可验证价值指数的准确度，若CS＞1，则说明ESV对VC是富有弹性的；若CS＜1，则说明ESV对VC是缺乏弹性的，结果可信。敏感性指数的计算公式为[14]：

式中，VC、k的含义同前，ESVi和ESVj各表示最初价值和生态价值系数调整后的价值。

3 结果与分析

3.1 土地利用变化分析

根据研究区在不同时段的土地利用结构调整表（表2），可以看出，研究区土地利用结构的变化，主要是矿区的开发主要是将原来的各种用地，如耕地、林地、草地、采矿用地等损毁成了损毁地，因此，在复垦前矿区耕地、林地、草地等面积都变成了0，与此同时，损毁地变成了139.186hm2。复垦后与未损毁前对比，坑塘水面增加的最多，增加了27.9528 hm2。有林地其次，增加了26.2198hm2，灌木林地增加了17.1445hm2，其他草地增加了11.7113hm2，采矿用地全部被复垦，减少了82.1909hm2。复垦导致的研究区土地利用结构的变化最终导致了生态系统服务功能的价值发生改变。

3.2 生态系统服务价值复垦前后变化分析

分析表2可知，由于矿区特殊的土地用途以及强力的人工干预，使得矿区各种地类的生态系统服务价值的变化非常剧烈。未损毁前，有林地和其他草地是ESV中贡献最大的两种土地利用类型，分别为58.78%和58.17%，两者总和占到了116.95%。复

表2 研究区土地利用结构及生态系统服务价值变化表（单位：hm2、万元）

研究区土地利用类型的生态服务价值当量因子表（元/hm2）

3.3 敏感性分析

垦前，由于大量的压占和损毁，损毁地的ESV占据了绝对优势，为84.25%。研究区复垦后预估的ESV总量增长了很多，说明矿区复垦所带来的生态环境改善还是非常明显的。

未损毁时研究区ESV总量为137.54万元，有林地、灌木林地、其他草地ESV占比较大。复垦前年ESV总量减少到-116.66万元，1990-1995年ESV总量大幅增加的原因为矿区的开采致使损毁地的大量增加。使得研究区的生态系统服务价值呈现负值的状态。复垦后，预估的ESV总量增加到1152.44万元，与未损毁的状态相比，增长幅度很大，主要原因是坑塘水面的大量增加，同时，有林地、灌木林地、其他草地等面积的增加也使得生态系统服务价值的增长更加明显。(上表2）

将土地利用类型的生态价值系数上下各调整50%，计算价值系数调整后各用地类型的ESV的变化，并估算CS(表3)。从大到小依次为森林、草地、农田、水域、荒漠、未利用地。CS值最高的是森林，在0.5358～0.5055之间，说明如果森林的生态系统价值系数增加1%，ESV将增加05358%～0.5055%之间，对ESV影响较大；未利用地的CS最小，近似为0，对ESV结果影响不大。整体计算结果表明，各类生态价值系数的CS都小于1，这表明研究区ESV对生态服务价值系数缺乏弹性，研究结果可信。

表3 研究区不同土地利用生态系统服务价值敏感度

4 结论与讨论

矿产资源的开发和利用在极短的时间内就打破了累积了上千万年甚至是更长时间的地质结构和构造，使当地的生态环境变得愈加脆弱。所以，矿区必须执行“边开采，边复垦”的政策，避免生态环境的恶化。按照研究区的复垦计划来计算，得出的研究区的生态系统服务价值的动态变化情况为先下降后上升，这与前人的研究结果不谋而合15]。如果能够严格按照矿区土地复垦方案的步骤进行，将远远超过原有地貌的生态系统服务价值。