兩種生態系統服務價值評估方法比較研究
——以四川省金堂縣三星鎮土地整治工程為例

周小平,馮宇晴,羅 維,賈文濤,楊 劍,李紅舉

1 北京師范大學政府管理學院, 北京 100875 2 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 3 自然資源部國土整治中心, 北京 100035

自然生態環境保護和鄉鎮土地整治是鄉村振興及生態宜居美麗鄉村建設的基本前提與途徑,協調兩者間的關系有助于全面建設美麗鄉村、推動生態文明和美麗中國建設。鄉鎮土地整治可能對當地生態環境帶來正面和負面影響,包括直接或間接地對土壤[1]、水[1]、植被[2]、生物多樣性[1, 3- 4]、大氣[1, 5]和景觀格局[1, 5- 7]等生態環境要素產生正面影響,但也包括過度追求短期經濟效益而破壞生態環境的負面影響,例如中國以農業為導向的土地整治使耕地增加,但非農作物生境減少,造成生態系統破碎化[8]、生態連通性降低[9]、生物多樣性[10]和景觀服務價值減小[9]。因此,如何準確評估鄉鎮土地整治的生態效益是國家開展土地整治和美麗鄉村建設所要面臨的重要科學問題,恰當地使用定量評估方法對其進行準確評估有助于客觀反映鄉鎮土地整治與生態環境影響之間的關系,對于提高生態保護的重視程度和建設美麗鄉村具有重要意義。

生態系統服務價值法可用于鄉鎮土地整治的生態效益評估,這種方法包括效益轉移法和單項服務評價法。效益轉移法包括當量修正法和函數轉移法等。單項服務評價法通常采用替代市場技術和模擬市場技術。Costanza等將全球生態系統服務價值細分為17種類別[11],謝高地等依據中國情況重新將其分為供給、調節、支持和文化服務4大類、11小類[12],并將Costanza等提出的世界單位面積生態系統服務價值當量[11]修正至中國國家尺度,構建生態系統服務價值的時空動態評估法[12]。在此基礎上,國內外在鄉鎮土地整治生態效益評估中多運用當量修正法和單項服務評價法,其中,當量修正法即以區域糧食平均產量或生物量為依據修正項目區單位面積生態系統服務價值當量,評估整治前后的區域生態系統服務價值[13- 19],例如湖北省內江漢平原、鄂西山地和鄂中丘陵土地整治的生態效益評估[14]；單項服務評價法即采用環境價值評估方法計算各項生態系統服務的貨幣價值[20- 24],例如安徽省宣城市宣州區楊柳鎮新龍村土地整治的生態效益評估[20]。但是,上述兩種方法均存在如下問題：①兩種方法評估結果差異大,準確性存在質疑。Costanza等采用當量修正法和Pimentel等采用單項服務評價法開展的全球生態系統服務價值評估成果分別為3.3×1013＄/a[11]和2.9×1012＄/a[25],后者約為前者的十分之一。國內使用當量修正法基于謝高地等提出的偏低生態系統服務當量[26],評估結果往往低于單項服務評價法[27]。這種差異必然導致對評估結果準確性的質疑,難以為決策者提供可靠依據。目前尚未有研究者運用兩種方法同時評估同一鄉鎮土地整治的生態效益,并對比分析其評價結果異同及其原因。②當量修正法測算簡便、能充分考慮評估區域生態系統特點和地區特征,但是精確度較低、需要另外修正區域當量[28]。而單項服務評價法針對各項生態系統服務價值選取適宜評估方法,其精確度較高,但測算繁瑣、數據需求量較大[28],有時評估因子測算方法難定和數據缺失問題會導致評估結果不全面。由于僅根據某一種方法評估鄉鎮土地整治生態效益,其結果可能缺乏說服力,因此,運用兩種不同生態系統服務價值評估法進行對比研究,最終確定適合鄉鎮土地整治生態效益評估的方法顯得尤為重要。

我國經濟發達的東部沿海地區、中部沿江地區以及北方平原地區較早開展了鄉鎮土地整治工作,該區域土地整治生態效益評估的理論和實踐較西南部地區更為成熟。國內外現行的生態效益評估大多建立在我國東部沿海、中部沿江以及北方平原區土地整治的經驗基礎之上[8- 9,14- 18,20- 22],但西南部山地和丘陵地區情況顯然與此不同,該地區生態系統較為脆弱、土地整治以土地平整措施為主,因此生態系統特征和土地整治措施均具有區域特殊性。深入研究西南部土地整治生態效益的評估方法,對于我國土地整治可持續發展具有重要意義。四川省金堂縣三星鎮生態系統特征及其高標準農田建設項目是我國西南部丘陵地區鄉鎮土地整治工程的典型代表之一,本研究以此為案例,對比分析兩種評估方法異同及其評估結果內涵,以期為西南部丘陵地區鄉鎮土地整治生態效益評估方法的選擇提供依據,從而提高評估準確性、促進土地整治可持續發展。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區概況

圖1 四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田建設項目區的位置Fig.1 Location of the construction project of high standard farmland in the Laibaotuo and Xingfu Villages, Sanxing Town, Jintang County of Sichuan Province

所選典型土地整治工程-高標準農田建設項目區(圖1)位于四川省成都市東北部的金堂縣三星鎮幸福村和來寶沱村,總土地面積1228.99 hm2。金堂縣土地利用類型以耕地和林地為主,2001年以來,建設用地和林地顯著增加,耕地、草地、水體和其他用地減少。金堂縣是成都平原經濟圈重點發展區域,自然地理位置優越,土地資源豐富,由平壩、丘陵和低山組成,地處亞熱帶季風氣候區,氣候溫和,四季分明,雨量充沛,平均風速小,無霜期長。

項目區適宜農作,生產方式以農業為主,2006—2016年糧食作物單產為4524 kg/hm2(四川省成都市金堂縣農林局)[29]。但當地存在土地利用率低、耕地質量差、農田水利設施不完善、水資源缺乏且分布不均等問題,土地整治可有效增加耕地面積、改善灌排系統和生態條件,提高農民生活質量。高標準農田建設項目內容包括平整土地、建設田間道路和農田水利工程,整治面積為493.36 hm2,涉及總人口4312人,實際投資1405.17萬元,整治時間為2015年10月至2017年4月。

1.2 典型土地整治工程生態效益評估方法

本研究將項目區土地利用類型分類劃入生態系統類型,分別運用基于生態系統服務價值的當量修正法和單項服務評價法評估項目區生態效益。

1.2.1生態系統類型確定

項目區整治前后的土地利用變化如圖2所示,其中耕地、交通用地(含農村道路)、水域(含河流水面、坑塘水面、內陸灘涂、溝渠)和其他土地(含田坎和裸地)面積均發生改變[30]。根據前人研究成果,將三星鎮生態系統分為7大類和8小類,包括農田(旱地和水田)、森林(闊葉林)、園地(果園)、草地(草甸)、濕地、荒漠(裸地)和水域(水系),將土地利用類型分類劃入生態系統。根據三星鎮土地利用實際情況,將耕地劃入農田,林地(僅闊葉林)劃入森林,草甸劃入草地,園地劃入果園、且由于其價值量處在林草地中間,因此將林草地平均值作為園地當量[31],內陸灘涂和溝渠劃入濕地[13],田坎、裸地等其他土地和農村道路統一劃入荒漠生態系統[13],河流和坑塘的水面生態調節作用相似,因而二者皆作為水系劃入水域生態系統,不考慮冰川積雪和建設用地。

圖2 四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田建設前后土地利用結構變化Fig.2 Change of land-use structure in the construction project of high standard farmland in the Laibaotuo and Xingfu Villages, Sanxing Town, Jintang County of Sichuan Province

1.2.2當量修正法

通過地區修正計算三星鎮生態系統服務價值當量,確定基準當量價值和生態系統服務單價。根據生態系統面積變化計算整治前后的生態系統服務價值,評估生態效益。測算過程如下：

(1)以農田為基準的地區修正

借鑒謝高地等的研究,本研究假設生物量能在很大程度上反映各類生態系統間服務價值的差異[12],由于糧食平均產量和生物量正向相關,因而可用糧食平均產量替代生物量反映該差異。另外,水資源供給和水文調節服務價值與降水量相關。因此,本研究利用2015年三星鎮降水量對中國水資源供給和水文調節服務當量[12]進行修正,利用同期三星鎮糧食平均產量修正其他9項中國生態系統服務價值當量[12],得到2015年(整治前)三星鎮生態系統服務當量。同理,利用2017年三星鎮降水量和糧食平均產量將三星鎮生態系統服務當量從2015年修正至2017年(整治后)。公式如下：

(1)

Ej=λ·E0j

(2)

式中,λ為生態系統服務當量的區域修正系數,Q、Q0分別為四川省金堂縣三星鎮和全國農田單位面積糧食產量,B、B0分別為四川省金堂縣三星鎮和全國的平均降水量,Ej為第j類生態系統經過區域修正后的生態系統服務當量,E0j為第j類生態系統全國平均生態系統服務當量,其中j=1……8,依次分別為旱地、水田、闊葉林、果園、草甸、濕地、裸地和水系。

(2)生態系統服務單價計算

由于無人力投資的自然生態系統輸出價值為農田食物生產服務單價的1/7[32],因而,將三星鎮糧食作物單產和成都市糧食均價相乘得到三星鎮農田食物生產服務單價,然后再乘1/7得到基準當量價值。根據公式3計算三星鎮各類生態系統單位面積生態服務價值：

Eij=eij·Ea(i=1,2,…,11;j=1,2,…, 8)

(3)

式中,Eij為第j類生態系統的第i種生態系統服務單價(元/hm2),eij為第j種生態系統的第i種生態系統服務相對于農田食物生產服務的當量因子,i為11種生態系統服務類型[12],j同公式2。

(3)土地整治工程生態系統服務價值評估

按照Costanza等的方法(公式4)[11],計算三星鎮高標準農田建設項目生態系統服務總價值。

(4)

式中,ESV是生態系統服務總價值(元),n是生態系統服務數量,m是生態系統類型數量,Lj是項目區內第j類生態系統面積(hm2),Kij是第j類生態系統類型單位面積對第i類生態系統服務的經濟價值(元/hm2)。

根據項目區各生態系統面積及生態系統服務單價,計算整治前后生態系統服務價值,公式如下：

(5)

(6)

土地整治工程實施產生的生態系統服務價值增加量即為生態效益：

(7)

1.2.3單項服務評價法

單項服務評價法運用環境價值評估方法(包括市場價值法、影子價格法、替代工程法、機會成本法、費用支出法、條件價值法和成果參照法等)計算各項生態系統服務貨幣價值。借鑒國內外相關研究成果[20-24],結合三星鎮高標準農田建設項目實際情況,選取適宜方法和參數、測算出各項生態系統服務價值(表1)。

表1 四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田項目的生態效益評估單項服務評價法、參數及結果

Table 1 Evaluation methods, parameters and values of single ecosystem service provided by the construction project of high standard farmland in the Laibaotuo and Xingfu Villages, Sanxing Town, Jintang County of Sichuan Province

生態服務 Ecosystem Service評估因子Factor評估方法Method測算公式Formula結果Result/105元食物生產、原材料生產Food and raw material production產品生產市場價值法V =∑vi =v食物+ v原料=s食物 ×p食物+ s原料×p原料式中V是供給服務總價值,vi是第i種因子的供給服務總價值,si為第i種因子的總面積,pi是第i種因子的供給服務單價1.5水資源供給Water supply渠系蓄水替代工程法渠系蓄水體積=單位面積蓄水量×集水面積渠系灌溉面積=蓄水體積÷平均土層厚度運用修建水庫成本價值折算,同水文調節價值公式0.012氣體調節Gas regulation固碳制氧替代工程法農作物類:V=Q×P×K,Q=1-RF×B[33]式中,V是固碳或制氧價值,Q是農作物年凈生物量,P和K是固碳制氧成本和系數,R是作物產量含水量,F是經濟系數,B是產量5.7溫室氣體排放成果參照法、市場價值法V=N2O 排放量×2.94＄/kg+CH4排放量 ×0.11＄/kgN2O/CH4排放量=水稻收割面積 ×(生長季)稻田N2O/CH4年平均排放通量 式中,V是溫室氣體排放價值-0.00085氣候調節Climate regulation氣候調節成果參照法借鑒前人研究成果[26]:p=(biB)Pi式中,p為修正后氣候調節服務單價,i=1, 2,…,n表示第i類生態系統,Pi是中國第i類生態系統的氣候調節服務單價,bi和B分別為項目區和中國第i類生態系統每公頃平均生物量3.3凈化環境Environmental purification滯留粉塵成果參照法、替代工程法Vd=Qd×CdQd=單位面積稻田滯塵量×稻田面積+單位面積旱作物滯塵量×旱作物面積式中,Vd為滯塵服務價值,Qd為滯塵增量,Cd為削減粉塵成本0.021水文調節Hydrologic regulation涵養水源替代工程法V=P (R-ET) A=PRθA式中,V為水文調節服務價值(元);P為項目區平均蓄水成本(元/m3);R是項目區平均降雨量(mm);ET是項目區平均蒸發量(mm);θ為徑流系數,取0.5;A是灌溉面積(m2)2.6土壤保持Soil protection水土保持影子價格法土壤保持價值提高的效果直接體現在糧食產量提高,因此可用糧食增產的經濟效益表示土壤保持價值。公式為:糧食增產經濟效益=受保護耕地面積×整治前后農作物單產差×農作物價格0.063維持養分循環Nutrient cycle maintenance土壤有機質持留機會成本法V0=S×T×ρ×OM×P[34]V0為土壤有機質持留價值(元),S為作物種植面積(hm2),T為表層土壤厚度,ρ為土壤容重(g/cm3),OM為土壤有機質含量(%),P為有機質價格(元/t)9.0生物多樣性Biodiversity生物多樣性成果參照法采用前人研究成果[26]:p=(biB)Pi其中,p為修正后生物多樣性服務單價,i=1, 2,…,n表示第i類生態系統,Pi是中國第i類生態系統生物多樣性服務單價,bi和B分別為研究區和中國第i類生態系統每公頃平均生物量1.7美學景觀Aesthetic landscape農業觀光旅游費用支出法V=旅行費用+旅行時間成本+其他費用其中,旅行費用為到采摘園的往返交通費用,旅行時間成本取成都市平均工資水平,其他費用為購買農產品費用6.1合計Total30

1.3 數據來源

所需數據主要從成都市和金堂縣規劃和自然資源局、金堂縣農林局收集獲得,部分數據通過網絡查詢和實地調研獲取。其中自然、經濟和社會指標及來源包括：全國和成都市平均降水量來源于2016—2017年《中國統計年鑒》[35- 36],通過實地調研獲取項目區年平均蓄水成本、復種指數、當地旅游費用和時間數據,城鎮年人均收入來源于《2017年成都市統計年鑒》[37]。土地整治前后的土地利用數據來源于《四川省金堂縣三星鎮高標準農田建設項目竣工報告》[30],項目區有效土層厚度和土壤有機質含量等數據來源于該項目的《新增耕地質量等別評定報告》[38]。三星鎮平均糧食單產來源于2015和2017年金堂縣農業統計年報[29],全國平均糧食單產來源于國家統計局網站[39],2006—2016年四川省成都市農作物均價來源于全國糧油價格監測網站[40]。

2 結果與討論

2.1 基于當量修正法的生態效益評估

根據公式1和2計算修正后2015和2017年三星鎮生態系統服務價值當量。將2006—2016年成都市糧食(水稻、小麥、玉米)均價(1.9元/kg)作為金堂縣糧食價格[40],根據公式3計算2015和2017年金堂縣生態系統服務單價。根據公式4—10、金堂縣生態系統服務單價和生態系統面積,計算整治前后生態系統服務價值變化量(表2)。用當量修正法評估三星鎮高標準農田建設項目生態效益約為290萬元。從生態系統類型角度看,旱地、闊葉林、果園、草甸、濕地和水系的生態系統服務價值提高、其中水系貢獻最高,裸地和水田的生態系統服務價值降低。從單項生態系統服務價值角度看,11項二級生態系統服務價值均提高,其中水文調節價值提高最明顯。

2.2 基于單項服務評價法的生態效益評估

根據生態系統服務分類[26]評估生態效益,測算4項一級生態系統服務及其下設11項二級生態系統服務價值(表1)。各單項服務價值分別采用市場價值法、影子價格法、替代工程法、費用支出法、機會成本法和成果參照法進行估算(表1)。

氣體調節價值包括固碳制氧和溫室氣體排放價值(表1)。①采用替代工程法計算固碳制氧價值：根據楊志新等和歐陽志云等人的研究,固碳和制氧系數分別取1.63和1.20[33],中國CO2吸收成本為260.9元/t,O2釋放效益為369.7元/t[41],農作物產量含水量R為0.6,經濟系數F取0.35；由此計算2015年和2017年農作物年凈生物量分別為5.135 t/hm2和5.551 t/hm2,利率折算后2017年價格水平下的固碳和制氧總價值為57萬元。②采用成果參照法和市場價值法評估溫室氣體排放價值：根據陳冠雄等和Costanza等人的研究,生長季稻田CH4排放總量為13.3—17.28 g/m2,計算時取15.3 g/m2,N2O年排放總量約為1.63 kg/hm2[42],CH4和N2O的經濟價值為0.11 ＄/kg和2.94 ＄/kg[11],計算得到2017年價格水平下溫室氣體排放價值為85元。

表2 四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田建設項目實施前、后生態系統服務價值變化量/105元

Table 2 Change of ecosystem service value produced by construction project of high standard farmland in the Laibaotuo and Xingfu Villages, Sanxing Town, Jintang County of Sichuan Province

一級服務1st level service二級服務2nd level service農田Cropland旱地Dry land水田Paddy field森林Forest闊葉Broad-leaf forest園地Garden果園Orchard草地Grassland草甸Meadow濕地Wetlands濕地Wetlands荒漠Desert裸地Bareland水域Water shed水系Water system合計Total供給服務食物生產 0.63-0.00140.0410.0380.0740.02800.0510.86Supply service原料生產 0.30-0.0000900.0930.0740.110.02700.0150.62水資源供給0.0190.00280.0750.0610.0940.2200.821.3調節服務氣體調節 0.50-0.00110.310.250.380.10-0.00850.0491.6Regulating service氣候調節 0.27-0.000570.920.711.00.2000.153.3凈化環境 0.075-0.000170.270.220.330.20-0.0420.351.4水文調節 0.25-0.00291.00.811.22.1-0.0131015支持服務土壤保持 0.77-100.370.300.470.13-0.00850.0592.1Support service養分循環 0.090-0.000190.0280.0230.0370.009900.00440.19生物多樣性0.097-0.000210.340.270.430.43-0.00850.161.7文化服務Cultural service美學景觀 0.045-0.0000900.150.120.190.26-0.00420.120.88合計Total3.0-0.00393.62.94.33.7-0.0851229

凈化環境價值由滯留粉塵價值表示[12],采用成果參照法和替代工程法估算其價值(表1)。Cd取中國治理粉塵平均成本0.17元/kg；單位面積稻田、水澆地和二年三熟秋雜旱作的滯塵質量為33.2 kg/hm2,39 kg/hm2和30 kg/hm2[43]。項目區為一年二熟制,水田種小麥、水稻,旱地種小麥、玉米,由此計算出滯塵量為3194.33kg,2017年價格水平下滯塵服務價值為2100元。

采用機會成本法計算維持養分循環服務價值。作物種植(包括農田、森林、園地、草地)面積增加總量為40.94 hm2,表層土壤有效土層厚度為0.80 m[41],土壤容重取1.34 t/m3,土壤有機質含量為2.0%[38],根據薪炭材轉換成有機質的比例(2∶1)和薪材的機會成本價格(51.3元/t)換算[44],得到整治后土壤有機質持留價值增量為90萬元。由于丘陵區土地整治對土壤氮磷鉀含量影響不顯著[45],因而可忽略其生態服務價值。

采用費用支出法評估提供美學景觀價值(由表1中農業觀光旅游價值表示)。項目區距金堂縣城較近(僅7.6 km),便于發展觀光采摘和旅游。游客主要來自金堂縣城及成都市區,往返車費及餐飲費用人均40元,平均日工資98.36元[37]。游客食用和采摘水果約需花費60元/人,每年游客量約為3100人。由此計算提供美學景觀價值增量為61萬元。

其他生態系統服務價值計算方法及結果見表1。綜上,單項服務評價法計算的項目區土地整治生態效益約為300萬元(表1),說明整治后生態環境極大改善。

2.3 兩種方法評估結果的比較

比較兩種評估方法的生態效益評估結果發現：采用當量修正法和單項服務評價法得到整治前后總生態系統服務價值增加量分別為290萬元和300萬元,后者比前者高10萬元,即高出3.5%。對比兩種方法中各項生態系統服務價值增量占總增加量的比例(圖3)發現：當量修正法評估的各項生態系統服務價值變化從大到小依次是調節、支持、供給和文化服務,價值變化量占比分別為73.89%,13.65%,9.46%和3.00%。單項服務評價法評估的各項生態系統服務價值變化由大到小依次為調節、支持、文化和供給服務,價值變化量占比分別為38.74%,35.88%,20.34%,5.04%。兩種方法評估結果中4項一級生態系統服務價值均提高,但水文調節、維持養分循環和美學景觀價值占比差異較大。

圖3 四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田建設項目生態效益的評估結果比較(A),當量修正法和單項服務評價法評估各項生態系統服務價值占總價值的比例(B和C)Fig.3 Comparison of the results of ecological benefits evaluation of the construction of high standard farmland in Laibaotuo and Xingfu Villages, Sanxing Town, Jintang County of Sichuan Province,the ratios of ecosystem service values evaluated by the equivalent correction method and the single ecosystem service methodFP: Food production (食物生產); RMP: Raw materials production (原材料生產); WS: Water supply (水資源供給); GR: Gas regulation (氣體調節); CR: Climate regulation (氣候調節); EP: Environmental purification (凈化環境); WR: Water regulation (水文調節); SF: Soil formation (土壤保持); NC: Nutrient cycling (維持養分循環); B: Biodiversity (生物多樣性); AL: Aesthetic landscape (美學景觀); CS: Cultural service (文化服務)

2.4 討論

本項研究表明,單項服務評價法比當量修正法評估的四川省金堂縣三星鎮幸福村、來寶沱村高標準農田建設項目生態效益高3.5%。前人研究亦表明,基于當量修正法的評估結果低于單項服務評價法[27],由于當量修正法僅根據生態系統面積、生物量和降雨量等變化評估生態效益,未考慮土地整治通過改善景觀格局、吸引更多游客觀光旅游產生的隱性價值,因而低估了生態效益；而單項服務評價法運用費用支出法全面評估了這一隱性價值,生態效益評估結果更高。

綜合分析表明,各項生態系統服務價值增加原因如下：(1)供給服務價值增加。歸并零碎地塊、田坎減少、平整土地、完善道路及灌溉設施提高了耕地質量和利用效率,使食物生產和水資源供給價值增加。(2)調節服務價值增加量最大。其中,氣體和氣候調節價值增加是由于田塊規整和廢除多余田埂使農作物種植面積增加與耕地質量提高,且能滿足多種種植需求,增加了生物量和作物產量,有助于減少溫室氣體排放、固碳制氧、維持大氣組分平衡及調節氣候[22]。(3)水文調節、凈化環境、土壤保持、維持養分循環和生物多樣性價值增加原因主要包括3方面：①由于濕地能夠涵養水源、降解污染物和保護生物多樣性,因而增加濕地使廢物處理、水文調節和生物多樣性價值增加；②完善溝渠建設和修建網格護坡解決了土渠滲漏與田間毛渠堵塞問題、提高了灌溉保證率、有效減輕了水土流失,有助于涵養水源、調節水文和保護土壤；③規整田塊和合理改善作物布局可有效增加耕地,提高田塊平整度、耕作層厚度和土壤質量,減少土壤侵蝕和增加植物多樣性,同時,農田綠色植被增加也有助于滯塵和涵養水源。(4)通過改善空間格局、道路設施等,提高了項目區景觀美感度及文化服務價值。

兩種方法的評估依據和參數選取截然不同,造成評估結果差異較大。當量修正法主要依據土地利用變化數據,單項服務評價法的評估參數包括土地利用變化、糧食產量、土壤質量、生物量和旅游費用等。對兩種方法評估結果中差異較大的原因分析和討論如下：

(1)單項服務評價法測算的維持養分循環價值是當量修正法的46.90倍。由于整治前土壤有機質含量無法測定,因而單項服務評價法直接將新增耕地的土壤有機質含量折算為持留價值,故計算結果較大。而當量修正法中維持養分循環服務單價是11項服務價值中最小的,單價變化量也最小,計算時直接用單價變化量乘以面積計算總價值變化量,因而計算結果較低。降低誤差的有效方法為通過實驗法實地測定整治前后相同地塊的土壤有機質含量和有效土層厚度,根據實驗數據計算土壤容重,提高評估結果精確性。

(2)單項服務評價法測算的美學景觀價值是當量修正法的6.94倍。兩種方法均考慮了土地整治通過改善空間格局和道路設施提高景觀美感度、改善生態環境,而單項服務評價法另外計算了景觀格局改善后吸引更多游客觀光旅游產生的隱性價值,因而評估結果更高且更全面。提高美學景觀價值評估精確性可利用GIS技術分析整治前后空間變化,構建評估指標體系,涵蓋景觀多樣性指數、破碎度和美感度等景觀格局指標,賦予各指標合理權重,綜合評定美學景觀價值。

(3)當量修正法計算的水文調節價值是單項服務評價法的5.93倍,原因為新增水系的實際可灌溉面積難以確定,單項服務評價法僅用項目區新增耕地面積(可能小于實際可灌溉面積)衡量涵養水源價值,因而低估了該價值。此外,徑流系數難以測量,僅根據經驗選取了平均值,誤差較大。若要減少誤差,需通過實驗測定項目區地形、流域特性因子、平均坡度、地表植被情況及土壤特性等自然地理要素,實地調查水域使用和管理情況等社會因素,綜合評估水源涵養價值。

結合上述評估過程及結果分析兩種方法的異同,相同點包括2方面：(1)理論基礎均為生態系統服務價值理論。(2)評估結果能體現區域特征。當量修正法運用三星鎮農田糧食單產和降水量將全國當量修正為區域當量,單項服務評價法選取項目區生物量、糧食單產、降雨量、土壤有機質含量、蓄水成本和旅游費用等區域特色參數,賦予評估結果區域特異性。兩種評估方法的不同點體現為3方面：(1)可操作性不同。當量修正法操作簡便易行,土地利用變化數據易獲取,使用廣泛；單項服務評價法的具體評估方法較難確定,操作繁瑣,數據難獲取,且該方法難以直接量化氣候調節和維持生物多樣性價值,需深入探究。(2)適宜空間尺度不同。在較小(鄉鎮級)空間尺度中,評估過程更精細的單項服務評價法比當量修正法更合適。(3)評估過程不同。當量修正法僅根據生態系統面積、生物量和降雨量等變化測算生態效益,采用統一方法評估各項生態系統服務價值；單項服務評價法深入分析每項生態系統服務價值變化原因及核算途徑,并運用適宜方法分別計算各項服務價值,評估方法使用靈活。

由于四川省金堂縣三星鎮土地整治工程以改善丘陵地區生產條件為目標,以平整土地、修筑網絡護坡、建設田間道路和農田水利為主,重點保護生態系統生物多樣性和土壤保持服務價值,因此,可結合研究案例特征,根據上述評估方法異同點分析總結出我國西南部丘陵地區鄉鎮土地整治生態效益的適宜評估方法。雖然當量修正法簡便易行,但是評估考慮的因素不全面導致評估結果偏低、誤差較大,例如評估結果顯示美學景觀價值增量較低,原因是該方法忽視了土地整治的積極景觀格局效應可吸引更多游客觀光旅游和提高文化服務價值、導致生態效益被低估,其重要性被忽視,因此當量修正法不適用于精度要求較高的西南部丘陵地區鄉鎮土地整治生態效益評估,這與國內外通常將當量修正法運用于省市縣級等較大空間尺度評估研究結果相一致[8- 9,18,46]。單項服務評價法針對各項生態系統服務特征,靈活地選擇差異化評估方法,其結果全面、可靠且誤差較小。該方法所需數據相對繁多,國內外研究常因數據缺失忽略某項生態服務價值[20- 22,24],導致評估結果準確度存在質疑。由于鄉鎮尺度數據較易獲取,因而本研究中數據的完善性有效增加了評估準確度。總體看來,在我國西南部丘陵地區鄉鎮尺度土地整治生態效益評估中,單項服務評價法具備更多優越性,其結果的高精確度和可信服性有利于綜合展現土地整治實施效果,其評估結果有助于提高公眾對生態效益的重視程度、鼓勵工程實施者采取更多提高生態效益的措施,從而促進生態環境保護、推動美麗鄉村和生態文明建設。

當然,本研究評估時空尺度有待完善。在時間尺度上,僅靜態評估項目區整治前后的生態系統服務價值,未考慮土地整治對土壤等生態要素的動態影響,為了完善評估結果,可長期、動態地研究土地整治生態效益年際變化趨勢。雖然目前已有一些動態研究[17,19],但均僅使用其中一種生態服務價值評估方法,未來可繼續比較兩種方法的動態評估結果差異。在空間尺度上,僅評估項目區內部生態效益,但其對周邊臨近區域生態環境亦可能產生影響,因此未來可將評估單元擴展為土地整治工程區及周邊臨近區域。

3 結論

運用當量修正法和單項服務評價法分別評估2015—2017年我國西南部丘陵地區典型鄉鎮土地整治工程的生態效益,評估結果均表明：整治后生態系統服務總價值提高,其中調節服務價值增量最高,因而土地整治工程創造了較大的生態系統間接使用價值。兩種方法中各項生態系統服務價值增量占總增量的比例按大小排序為：(1)當量修正法：調節服務價值(73.89%)>支持服務價值(13.65%)>供給服務價值(9.46%)>文化服務價值(3.00%)；(2)單項服務評價法：調節服務價值(38.74%)>支持服務價值(35.88%)>文化服務價值(20.34%)>供給服務價值(5.04%)。由于兩種方法評估依據和參數的選取不同,因而單項服務評價法的生態效益評估結果比當量修正法高3.5%,單項服務評價法測算的維持養分循環價值、美學景觀價值分別是當量修正法的46.90倍和6.94倍,當量修正法測算的水文調節價值是單項服務評價法的5.93倍。與單項服務評價法相比,當量修正法測算結果較低,生態系統服務價值被低估,導致生態效益重要性易被忽略。考慮到單項服務評價法可針對各項生態系統服務靈活地選擇評估方法,評估結果全面、誤差較小、更為精確,而且其較大的生態效益評估價值有助于提高生態效益重視度,因此建議運用單項服務評價法評估我國西南部丘陵地區鄉鎮土地整治的生態效益。