基于SolVES模型的生態系統文化服務價值評估
——以浙江省武義縣南部生態公園為例

霍思高,黃 璐,2,嚴力蛟,*

1 浙江大學生命科學學院生態規劃與景觀設計研究所,杭州 310058 2 杭州電子科技大學智慧城市研究中心,杭州 310012

生態系統服務是指人類從生態系統中獲得的各種惠益,可以看作自然資本對人類福祉所做的貢獻,包括有形的物質產品供給和無形的服務提供,分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務4種類型[1- 5]。生態系統文化服務(Cultural Ecosystem Services,CES)是指人們通過精神滿足、認知發展、思考、消遣和體驗美感而從生態系統中獲得的非物質惠益[3],是生態系統服務的重要組成部分,在社會-自然生態系統中發揮著重要作用[6- 7]。

CES雖然已經引發人們的廣泛關注,但其常常在生態系統服務研究框架中缺失[8]。一方面,CES與人的主觀認知緊密相關,具有較強的主觀性[9],對其進行合理的量化評估一直是CES研究的難點；另一方面,強調生態系統文化服務價值,可能會因為維護有價值的傳統景觀而成為創新和轉型的障礙,致使其在規劃應用中產生一定爭議[10]。因此,加強CES從評估到決策全過程的研究,將CES與其他生態系統服務相結合,在更廣泛的可持續性框架內更好地定義和整合CES,將成為未來生態系統服務研究的重要課題之一[8]。對CES進行有效評估是CES研究需要解決的基礎問題,過去對CES價值評估的研究多集中在通過旅游成本法對游憩服務進行評估[11- 13],少部分研究通過條件價值評估法對美學、存在價值進行評估[14- 15],這些研究忽略了CES的多元價值屬性,使其他文化服務價值邊緣化[9]。

SolVES模型(Social Values for Ecosystem Services)是由美國地質勘探局與美國科羅拉多州立大學合作開發的用于評估生態系統服務社會價值的模型,可以對美學、教育、游憩、康養、文化遺產等文化服務進行較為全面地評估、量化、制圖[16]。該模型內嵌的最大熵建模軟件(Maxent),可以生成文化服務價值與解釋性環境變量之間關系的魯棒模型,并對評估結果進行完整的可視化制圖。通過近幾年國內外學者的研究,SolVES模型已經成為CES價值評估研究的新方法[17- 20]。

浙江省武義縣自2015年起對縣域空間進行進一步劃分,根據其產業基礎與發展前景將全縣劃分為三大發展空間,通過“三園”形象地概括為“北部創業樂園、中部養生莊園、南部生態公園”[21]。南部生態公園覆蓋武義縣南部七個鄉鎮,生態基底良好、歷史文化悠久豐富,是研究CES的理想區域。本研究通過SolVES模型與專家調查法相結合的評估方法,對武義縣南部生態公園的CES進行價值評估,以期為CES價值評估方法的探索提供經驗,并為武義縣南部生態公園總體規劃提供理論和技術支持。

1 研究區域概況

武義縣位于浙江省中部,屬亞熱帶季風氣候,四季分明,年溫適中,熱量豐富,雨量充沛[22]。武義縣南部生態公園包括柳城畬族鎮、桃溪鎮、新宅鎮、坦洪鄉、西聯鄉、三港鄉、大溪口鄉七個鄉鎮,總面積約752.44 km2。研究區域地形以丘陵為主,土地利用類型以林地為主,森林覆蓋率達75.92%(圖1)；植被類型較為豐富,主要包括常綠闊葉林、落葉闊葉林、暖性針葉林、暖性針闊葉混交林、竹林和山地灌叢；水環境方面,水源充足、河網密布,主要河流包括宣平溪與菊溪,兩溪向南匯入甌江水系；區域內保留了較多承載著豐富傳統文化的自然村落,宗教文化、隱逸文化、非物質文化遺產豐富,具有較為深厚的文化底蘊,也是眾多藝術創作的采風基地。如何發揮優質生態資源、挖掘傳統文化價值、實現綠色可持續發展,是該區域的一項重要議題。

圖1 研究區域位置(a)和土地利用現狀圖(b)Fig.1 Location of the study area (a), and current land use map (b)

2 研究方法

2.1 SolVES模型評估法

SolVES模型包括3個子模塊,分別是生態系統服務社會價值模塊、價值制圖模塊和價值轉換制圖模塊[16,23],前兩者需基于大量問卷調查進行生態系統服務評估；后者可以將輸出的統計模型轉移到沒有調查數據的相似地區,用以預測相似地區的生態系統服務價值。其評估結果以價值指數(Value Index,VI)表示,VI越大,對應的價值越高；每種價值類型中VI的最大值為該類型的最大價值指數(Value Index Maximum,M-VI),以M-VI確定各價值類型的重要程度[17]；生成的VI地圖,可以從空間上反映各價值類型的分布情況。

本研究主要應用SolVES模型的價值轉換制圖模塊。首先利用Sherrouse等人[24- 25]對科羅拉多州圣伊莎貝爾派克國家森林公園的調查數據,通過SolVES模型內嵌的最大熵建模軟件(Maxent)建立統計模型,這一方面是出于數據公開、共享、可得性的原因,但更重要的是,該區域與研究區域都具有森林公園的屬性,土地利用類型、坡度等環境因子大體相似,建立的統計模型可能具有更好的準確性；然后,輸入相關的地理空間數據,選擇建立好的統計模型,運行價值轉換制圖模塊,對研究區域進行文化服務價值評估。建立的統計模型在研究區域的預測性能可以通過SolVES模型內嵌的AUC統計進行診斷[16- 17],AUC值越接近于1,說明模型評估效果越好；AUC值在0.5—0.7時有較低準確性,在0.7—0.9時有一定準確性,在0.9以上時有較高準確性。利用價值轉換制圖模塊,大幅度減少了大范圍問卷調查的工作量,提高了價值評估的應用效率。

通過SolVES模型價值轉換制圖模塊,可以獲得研究區域各類型文化服務價值整體空間分布情況。但是,由于價值轉換制圖模塊在一定程度上忽略了新研究區與產生統計模型的研究區之間的差異,可能會產生一定誤差[23],本文擬通過針對研究區域的專家調查法對研究區域的熱點地區進行識別,以補充完善評估結果(圖2)。

圖2 研究路線Fig.2 Research route

2.2 專家調查法

鑒于文化服務價值產生與獲取的主觀性[9],難以根據觀察到的直接或間接市場行為進行價值評估,本研究采用基于專家知識的支付意愿調查價值評估方法,通過問卷調查并根據受訪專家的回答來確定文化服務的相關價值[3]。為保證受訪者對武義縣生態系統服務的質量、數量、可得性、替代物的有效性以及發生變化的可能性具有足夠的了解,選擇具有生態學知識背景且熟悉武義縣基本情況的人作為受訪者,以保障結果的可靠性。

調查問卷的核心內容包括兩個部分：(1)為不同類型的生態系統文化服務進行價值分配；(2)在地圖上標出反映這些文化服務價值的地點。參考Clement等人[26- 27]對3個美國國家森林公園公共價值與偏好調查的問卷設計,首先,結合規劃過程關注的要點,篩選確定6種與本研究關聯性較強的文化服務價值類型(表1),要求受訪專家基于自身對研究區域及生態系統文化服務的認知將100元人民幣投資到這6種文化服務價值類型中；然后,為分配了金額的每種文化服務價值類型,在地圖上找到對應的代表性地點,以此獲取每種文化服務價值類型的空間(位置)屬性。

表1 6種文化服務價值類型[3,16]

對通過上述過程獲得的調查數據在ArcGIS操作平臺進行矢量化,得到兼具價值屬性與空間屬性的文化服務價值點圖層。然后,對該圖層進行核密度分析,并對分析結果進行標準化處理,得到十分制的VI地圖?；谒媒Y果,識別研究區域文化服務價值的熱點地區,并作為SolVES模型評估結果的補充(圖2)。

2.3 數據準備

地理空間數據：主要收集研究區域相關環境數據,考慮到距離能夠有效反映價值點與自然資源之間空間關系[17],土地利用類型與生態系統服務之間的緊密聯系[5,28],以及其他基礎地理環境因子,本研究主要收集土地利用覆被(LULC)、距道路距離(DTR)、距水體距離(DTW)、高程(ELEV)、坡度(SLOPE)五類數據,并將它們存儲于一個地理數據庫中,具體數據來源及說明見表2。

表2 地理空間數據類型

調查數據：依據專家調查法獲得的專家反饋結果及空間處理數據。

3 結果與分析

3.1 SolVES模型評估結果

3.1.1 各價值類型與環境要素的關系

各價值類型與DTR、DTW、LULC之間的關系如圖3所示。6種文化服務價值類型與DTR、DTW均呈負相關關系,距離道路、水體越近,價值越高。其中,各文化服務價值類型與DTR的回歸擬合效果要優于與DTW的擬合效果,說明可以通過文化服務價值與DTR的負相關性,更好地預測道路交通對文化服務價值的影響；在6種文化服務價值類型中,文化遺產價值與DTW的回歸擬合效果不佳,在多處距離水體較遠的位置,也出現了較高的VI,說明某些距離水體較遠的陸地生態系統,亦具有較高的文化遺產價值,可以推測水生態系統不是高文化遺產價值必須的環境要素；宗教與精神價值在距離道路100 m的范圍內,與DTR呈正相關,在100 m之外呈負相關,這說明宗教與精神價值的實現需要便捷的交通條件,但也要與道路保持一定距離,保障其環境的隱秘性。

在6種文化服務價值類型與LULC的關系中,林地對應的VI范圍最廣,這可能與林地面積最大、分布范圍最廣有關；在每種文化服務價值類型中,農田、水域兩種土地利用類型所對應VI都處于較高的水平,說明農田、水域具有較高的文化服務價值。

圖3 各文化服務價值類型與部分環境要素之間的關系Fig.3 The relationship between six cultural services value types and some environmental elements

3.1.2 各價值類型的空間分布狀況

從SolVES模型生成的VI地圖可以看出(圖4),6種文化服務價值類型的空間分布狀況大體一致?？傮w上看,研究區域中部及北部文化服務價值較高,該區域交通便捷,省道上松線穿境而過；水系豐富,宣平溪及其支流水網交織；坡度較小,海拔較低,地勢相對平坦；土地利用類型多元,同時保留有大量傳統村落、自然村落,在以上多因素的綜合作用下形成了此高文化服務價值區域；在研究區域的東北部,沿武麗線交通干道和菊溪水系,出現一段文化服務價值較高的條帶狀區域,但該條帶區域輻射范圍較窄,周邊文化服務價值較低。

圖4 SolVES模型得出的6種文化服務價值類型評估結果Fig.4 The valuation results of six cultural services value types obtained by SolVES

3.2 專家調查法評估結果

3.2.1 各價值類型重要性排序

本次調查共發出問卷15份,回收問卷11份,回收率為73.33%,并與返回問卷的專家進行補充交流,保證受訪專家對問卷內容理解正確,問卷完成度較高。根據對專家調查結果的空間統計分析,美學、教育、文化遺產、消遣娛樂、康養和宗教與精神6種文化服務價值類型的M—VI分別為10、3、8、5、7、2,由此可以推斷,研究區域6種文化服務價值類型的重要性排序為：美學價值>文化遺產價值>康養價值>消遣娛樂價值>教育價值>宗教與精神價值。

3.2.2 文化服務價值熱點地區

由基于專家調查結果所得VI地圖(圖5)可知,美學價值較高的地區集中在牛頭山、延福寺、大萊、十里荷花周圍；教育價值較高的地區集中在延福寺、牛頭山周圍；文化遺產價值較高的地區集中在延福寺、柳城畬族鎮、山下鮑周圍；消遣娛樂價值較高的地區集中在牛頭山、延福寺、十里荷花周圍；康養價值較高的地區集中在牛頭山、大萊周圍；宗教與精神價值較高的地區集中在牛頭山、延福寺周圍。綜合上述結果可以推斷,牛頭山、延福寺、柳城畬族鎮—十里荷花是從研究區域特定的自然生態、社會文化背景出發,文化服務價值較高的熱點地區；大萊、山下鮑次之。

圖5 專家調查法得出的6種文化服務價值類型評估結果Fig.5 The valuation results of six cultural services value types obtained by expert investigation

3.3 評估結果與武義縣南部生態公園總體規劃

3.3.1 空間布局

從上述結果分析中可以發現,武義縣南部生態公園中部及北部文化服務價值較高,東北部僅存在一段文化服務價值較高的條帶,周邊缺乏高文化服務價值點的帶動,未形成高價值片區；牛頭山、延福寺、柳城畬族鎮—十里荷花、大萊等地區文化服務價值相對較高。

基于以上現狀,從生態系統文化服務角度出發,為武義縣南部生態公園提出“面上保護、雙線并行、重點開發”的空間布局戰略：“面上保護”,即從生態公園整體層面實施對生態基底、文化遺產的綜合保護；“雙線并行”,即圍繞上松線-宣平溪、武麗線-菊溪兩條軸線進行沿線發展,上松線-宣平溪以發掘、轉化文化服務價值為主線,武麗線-菊溪以恢復、提升文化服務價值為主線；“重點開發”,即以牛頭山、延福寺、柳城畬族鎮-十里荷花、大萊等地區為關鍵節點,牛頭山、十里荷花、大萊以觀光游憩為主,延福寺、柳城畬族鎮以宗教、文化體驗為主,優先投資開發,重點建設打造,以期形成中心輻射,帶動周邊文化服務價值相對較低的地點組團發展。

3.3.2 環境要素改善

道路：鑒于DTR與文化服務價值之間的負相關關系,提高交通便捷度有利于更好地提升文化服務價值；通過道路的串聯可能是提升相鄰低文化服務價值點的方法之一。同時,也要注意道路建設的生態性,減少其對生態基底的破壞。

水域：對于距離水體較近的區域,水環境質量直接影響人的主觀感受,因此成為該區域文化服務價值的重要影響因素之一,提升與改善水環境是提高其文化服務價值的一種方法。

傳統村落、自然村落：保留良好原始風貌的傳統村落、自然村落是反映文化服務價值的重要載體之一,一方面,要注意保護其農田、水域、山林的景觀格局,以維持不同土地利用類型帶來的文化服務價值；另一方面,要保護當地非物質文化遺產,以及具有重要文化意義的歷史景觀和物種。

4 討論

4.1 評估結果的準確性

通過SolVES模型價值轉換制圖模塊進行評估,本質上是利用建立好的統計模型對研究區域生態系統文化服務價值進行預測的過程,結果的準確性一定程度上取決于所建立統計模型的性能,根據SolVES模型內嵌的AUC統計結果,為每種文化服務價值類型建立的統計模型,其AUC值均位于0.7—0.9之間,說明從統計上看模型具有較好的性能；此外,本研究所得的生態系統文化服務價值與部分環境因素之間的關系,與王玉等人[17]的研究結果相一致,間接說明應用該統計模型進行價值評估具有一定可靠性。

支付意愿調查價值評估法是根據受訪者對一些問題的回答結果推測有關服務的價值[3],其結果的準確性很大程度上取決于問題引導的合理性與受訪者回答的準確性。首先,本研究的問卷設計,修改自Clement等人[26- 27]的調查研究,已經過大量樣本的實踐,問題設置的合理性具有一定保障。其次,本研究調查對象的選取,參考謝高地等人[29]利用38位專家調查的結果對青藏高原生態系統服務價值進行評估的研究,調查對象限定在具有生態學背景且熟悉武義縣基本情況的范圍內；相較于謝高地的研究,本文研究區域的尺度較小、復雜性較低,且專家調查法僅作為在通過數據模型獲得價值評估結果基礎上的優化方法,綜合考慮規劃實踐的便捷性要求、受訪人群知識背景的雙重要求以及專家問卷反饋有效性強等因素,理論上可以基于11位專家的反饋結果進行價值評估研究。最后,通過本研究所識別的熱點區域,與2015年武義縣委、縣政府面向全縣發起的尋找“武義最美”活動的評選結果[30]相吻合,說明本研究中專家調查法的評估結果具有一定代表性。

4.2 評估方法在規劃應用中的優勢

本研究較之以往文化服務價值評估所采用的方法[11- 15,17],一方面,通過專家調查法對SolVES模型價值轉換制圖模塊的評估結果進行補充,保留了其適用范圍廣、快速便捷的優點,并在一定程度上彌補了其忽略研究區域特性的不足,滿足了規劃過程科學、高效、便捷的實踐要求；另一方面,以VI地圖的形式對評估結果進行表達,直觀地展示了文化服務價值在空間上的整體分布情況及高文化服務價值地區的空間位置,滿足了規劃中空間布局、空間統籌的需求；此外,本研究對美學、教育、文化遺產、消遣娛樂、康養和宗教與精神6種文化服務價值類型進行了評估,擺脫了以往僅關注消遣娛樂單一價值類型,其他文化服務價值類型邊緣化的研究現狀[9]。

5 結論

本文以專家調查法補充SolVES模型評估結果,對武義縣南部生態公園的6種生態系統文化服務價值進行研究。結果表明：武義縣南部生態公園中部及北部生態系統文化服務價值較高,東北部存在一條價值較高的生態系統文化服務帶,牛頭山、延福寺、柳城畬族鎮-十里荷花等地是生態系統文化服務價值較高的熱點地區,大萊、山下鮑次之；受訪專家認為美學、文化遺產、康養、消遣娛樂價值重要程度較高,教育、宗教與精神價值重要程度相對較低；生態系統文化服務價值與距道路、水體距離呈負相關關系,林地對應的價值指數范圍最廣,農田、水域對應的價值指數相對較高。

在分析所得的現狀基礎上,為武義縣南部生態公園提出“面上保護、雙線并行、重點開發”的空間布局戰略,在全域保護的前提下,以上松線-宣平溪、武麗線-菊溪為軸,以牛頭山、延福寺、柳城畬族鎮-十里荷花、大萊為點,以改善道路、水系、傳統村落、自然村落等環境要素為途徑,實現生態系統文化服務價值的提升與轉化。綜合本研究可以發現,通過專家調查法對SolVES模型評估結果進行補充,可以科學、便捷地獲得規劃所需的生態系統文化服務知識,為管理決策提供必要的理論與技術支持。未來結合生態系統服務和規劃技術集成等方面的研究,可以為更多相似環境區域的生態系統文化服務價值評估和規劃應用提供有益參考。

致謝：感謝浙江工商大學、武義縣人民政府和武義縣“三園”綠色產業可持續發展模式研究項目組對問卷調查給予的幫助。

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