近年来，生态系统服务价值已成为环境生态学和生态经济学的热点问题。植被生态服务功能越来越受到城市规划及园林景观规划学者的关注(杨小波等, 2002；任志远等，2003)。林地是植被最主要的组成形态，其功能与价值正在被深入挖掘。林地显著的生态服务功能体现在保持水土、调节气候、净化空气、固碳释氧、径流缓排、美化环境和防止噪音等方面，其中削减径流、固碳释氧、减污净气的功能尤为重要。目前，生态过程与经济过程之间的关系难以准确建立，致使我国区域生态价值测评和环境损失评价工作存在困难(陈仲新等, 2000；闵庆文等，2004)。基于原理分析、GIS与遥感技术、模型计算与软件应用的定量方法，对城市植被生态服务价值进行计算、分析与评价逐渐成为主要研究方法。目前城市绿色空间生态服务定量评价模型正不断地完善与发展(Akbari et al., 1999；Bolund et al., 1999)，以高清晰分辨率的遥感影像和GIS为技术基础的Citygreen模型，已作为评价模型的代表在发达国家的城市生态、土地利用与规划等方面得到广泛应用，如美国林业署采用该模型对10个城市的植被进行了详细的效益与生态分析。我国相关学者在沈阳市区、杭州市区、南京主城区运用Citygreen模型分析城市绿地结构与生态服务价值(胡志斌等，2003；张侃等, 2006；彭立华等，2007)，但模型的引进与城市植被生态效益的研究尚属初始阶段。

本研究以深圳梧桐山林地为例，利用2005年的0.3 m分辨率航片及遴选出的8个林地样地数据，以ArcGIS软件为平台, 嵌入生态价值Citygreen拓展模块，采用局地分析方法计算、预测梧桐山林地样地的树木生长与固碳释氧、减污净气生态效益(价值)，并基于样地数据推算、评价梧桐山林地的固碳释氧、减污净气生态效益。为促进资源调查、探讨定量预测评价方法、科学进行城市规划与建设生态宜居城市提供参考依据。

1 研究区概况

深圳梧桐山为莲花山余脉，地处深圳市东部，跨罗湖和盐田两区，西临深圳水库，东至沙头角、盐田港，南北临近特区，在深圳景观生态功能分区的生态支持区中的生态脆弱型支持功能亚区内，包括东湖公园、仙湖植物园和沙头角林场的部分区域，与香港新界山脉相连。属亚热带海洋性季风型气候，全年温暖湿润，光热充足，雨量充沛，干湿分明，年均气温22.4 ℃，年均降水量1 948 mm，为深圳河的发源地。地势自西南向东北崛起，在主山脊线上，分布着海拔692，706和943.7 m(深圳最高点)的三大主峰。地质以花岗岩和沙页岩为主，地貌由山地、丘陵、台阶地组成，土壤有赤红壤、山地红壤和黄壤等类型，自山体中下部至峰顶依次规则分布着南亚热带常绿阔叶林、南亚热带山地常绿阔叶林、南亚热带山顶常绿阔叶林和山顶矮林。深圳梧桐山有林地3 090.6 hm², 有木本植物600种，天然植被有维管束植物233科764属1 376种，其中包括刺桫椤(Alsophila spinulosa)、白桂木(Artocarpus hypargyreus)、土沉香(Aquilaria sinensis)和粘木(Ixonanthes chinensis)等珍稀、濒危物种(董仕勇等，2005)。

2 研究方法 2.1 基础数据

植物状态数据(树名、树种株数、树种类型、树冠形状与胸高断面积等)与属性数据(林冠生长因子、最大胸径、最大树高、叶面积指数等)均来自深圳梧桐山植被(林地)8个10 m×10 m样地(分别编号为1，2，3，4，5，6，7和8)的实测资料(表 1)。表 1中胸高断面积是8个样地中同种树木的平均值，生长速率数值源于中国高等植物图鉴(中国科学院北京植物研究所，1975)；研究区景观与样地定位数据来自深圳市2005年0.3 m分辨率的航片、深圳市分辨率为30 m的TM遥感影像与深圳政府2005年关于植被状况的报告；研究区地形数据来自深圳梧桐山数字高程模型(DEM)与地形图；年最大日降水量数据来自深圳统计年鉴中深圳水库站1974—2002年共29年的实测资料。

2.2 数据处理

利用SPSS统计分析软件包中的相应程序与Excel制表软件，选择皮尔逊-Ⅲ型曲线(Г分布)，通过适线法(金光炎, 2006)计算研究区频率P为50%(重现期2年)的设计暴雨雨量。基于ArcGIS的地形分析模块，利用DEM高程图确定出梧桐山山地平均坡度等模型评价参数。

根据遥感影像，对深圳市0.3 m航片(390幅)进行统一编号，确定坐标原点，将梧桐山的经纬度范围及主要标志物与Google earth进行比对，确定其所在的4幅航片。

根据野外实测样地的经纬度坐标，利用ENVI遥感图像软件，在经过几何纠正和拼接的航片上进行定位，确定出林地样地的具体位置。通过ArcGIS软件平台，利用Citygreen生态价值评估模型，添加树木的基本信息到数据库中，进行数据匹配处理。

2.3 模型及应用

Citygreen模型是1996年美国林业署研制开发的基于ArcGIS平台计算城市绿地生态服务价值的扩展模块, 至今已经经过多次版本升级，每次升级都集成了U.S.Forest Service和Lawrence Livermore Laboratory在生态服务价值计算上的最新研究成果，增强了对城市植被的生态和经济效益分析功能。该模型有局地(小区域适用)与区域(大区域适用)2种分析尺度，本研究基于林地样地数据，采用局地分析方法进行效益预测。选取8个林地样地，并以2005年为初始状态，以10年为周期，先对梧桐山2015年至2055年林地样地中树木进行生长预测与生态价值预测，再推算整个梧桐山林地的生长与生态服务价值。实现途径为：通过ArcGIS软件平台，嵌入Citygreen生态价值评估模型，加载研究样地的源数据，利用生长预测模块，首先进行树木增长预测，再加载对应矢量数据，输入研究区水文土壤状况、降水类型、空气质量、坡度正切值与频率P=50%降水量等参数，运行Analysis data后，得到样地固碳释氧与减污净气的生态效益预测值，再根据样地单位面积预测值与林地面积的乘积，得出梧桐山林地的生态服务价值。

Citygreen模型用生物量推算法计算植被固碳价值。碳存储量计算公式为:

(1)

式中：C_v为碳存储量(t)，A_r为研究区域面积(km²)，G_c为绿地覆盖率，G_f为碳储存系数。年碳固定率计算公式为:

(2)

式中：C_r为年碳固定率，C_rf为碳固定系数。

植被对空气的净化功能主要表现在分解、吸收、过滤和固定大气中的有害物质。主要空气污染物质有O₃，SO₂，NO₂，PM₁₀和CO。Citygreen模型根据净化以上5种污染物所需的费用，计算出相应的生态服务价值。年减污计算公式为:

(3)

式中：C为污染物去除量(t)，L_A为叶表面积(m²)，V_d为沉积速率，E_t为暴露时间(h)。

模型环境评价参数反映研究区的气候与下垫面状况，是Citygreen模型计算的主要变量与参数，依据梧桐山的具体状况，主要环境参数确定方法如下。1)设计暴雨量(P)：P值为研究区重现期2年(频率为50%)的暴雨雨量。计算方法用年最大值法，基于深圳1974—2002共29年暴雨量，采用皮尔逊-Ⅲ型曲线，通过适线法(皮尔逊-Ⅲ型曲线与实测经验频率曲线做最优拟合)得出深圳梧桐山重现期为2年的24 h设计暴雨量为170.48 mm。2)平均坡度(S)：根据深圳市数字高程模型(DEM)数据，先利用ArcGIS软件进行重新分类，得出坡度图，然后利用坡度图和政区图进行分区统计，再参考坡度计算公式(S=dh/dl，dh为高程差的微分值；dl为距离的微分值)计算出的3个主峰坡度的平均值，得出梧桐山百分比平均坡度为25.8%。3)暴雨时程分配类型：美国水土保持局对全国各地区暴雨特征概化描述，分为Ⅰ~Ⅳ型。Ⅱ型表示暴雨历时短，强度大；Ⅳ型表示暴雨历时长，强度小；Ⅰ型与Ⅲ型的暴雨强度介于两者之间。我国各区域尚未有与之相适应的暴雨时程曲线, 故在综合分析梧桐山多年的丰、平与枯水年的24 h暴雨资料时，分别绘制雨量时程曲线，根据曲线分布趋势与各型曲线的比较，选出与之相近的暴雨时程类型。经分析比较，梧桐山暴雨强度较适中，暴雨时程分配曲线分布趋势与Ⅱ型曲线最为接近，故选用Ⅱ型曲线。4)水文土壤类型：模型要求将水文土壤类型分为A，B，C和D 4类，表征研究区土壤的渗水能力。从A到D表示土壤的粘性逐渐增加，渗透能力逐渐降低。经对梧桐山水文特征与土壤结构和类型的整体考虑，深圳梧桐山光热充足，雨量充沛，主要分布有赤红壤、山地红壤和山地黄壤，土壤渗透能力较强，可确定其水文土壤类型为B型。

3 结果与分析 3.1 样地固碳释氧生态服务价值

利用Citygreen生态价值模型与公式(1)和(2)，预测出2015，2025，2035，2045和2055年多样地的固碳释氧生态服务价值(表 2)。表 2表明:不同样地中树木生长状态与生态价值有明显差异，样地1的固碳释氧生态效益较小，2005年为336.62元，50年后为613.14元；样地8的固碳释氧生态效益较大，2005年为829.54元，50年后为1 130.10元；2005年各样方固碳释氧生态效益平均值为503.44元，2055年为828.04元。2005—2055年50年间不同年份林地各样地固碳释氧生态服务价值增长率不均衡。

3.2 样地减污净气生态服务价值

利用Citygreen模型取得的减污净气数据与公式(3)，预测出2005，2015，2025，2035，2045和2055年各样地的生态效益预测值(表 3)。表 3也呈现出不同样地树木生长状态与生态价值有明显差异，这种现象是由于各样地的树木种类与大小、覆盖率、树冠与胸径状态、生长速率与最大生长极限值不一样造成的。如减污能力较强的样地8，主要树种为八角枫(Alangiaceae chinese)和藜溯(Castanopsis sfissa)，其增长速率较快、树冠较大、胸径较粗，决定了该样地林木减污能力较强，产生的经济价值较大。2005年各样地减污净气生态效益平均值为14.62元，2055年为24.03元，增长比率为64.36%，增长速率明显。

梧桐山林地固碳释氧与减污净气生态服务价值用8个研究样地固碳释氧和减污净气的平均生态服务价值(表 4)与梧桐山林地面积所包含的林地样地数的乘积，预测整个深圳梧桐山林地的生态服务价值(表 5)。从表 5可知: 2005年梧桐山林地仅固碳释氧与减污净气生态服务价值就达1.601 1亿元，50年后为2.633 4亿元，增幅达64.47%，可见梧桐山林地的生态服务价值显著，增速较大。但不同年份林地树木生长速率不同，生态效益年增长率之间存在差异，这取决于不同树木的生长发育规律，因为不同树木的寿命差异很大。树木个体和器官生长周期虽表现为“缓慢-旺盛-缓慢”的“S”形曲线过程，但对于多种树木构成的林地而言，各树种各自的生长曲线在时间上不一致，加之影响林木生长的因子众多且因子间关系复杂，预测时间又仅为50年，故梧桐山林地生长与生态碳释氧与减污净气生态服务价值增长难以出现想象中的“S”形生长规律。

4 结论与讨论

本研究结果表明:梧桐山林地2005，2015，2025，2035，2045和2055年的固碳释氧生态效益依次为15 559.32，17 834.93，19 739.35，21 597.11，23 501.23和25 591.40万元；减污净气生态效益依次为451.88，517.60，572.77，627.12，679.31和742.59万元，验证了林地具有显著的生态服务价值。

城市林地生态系统服务价值的研究对生态环境建设与经济发展有重要影响。林地生态服务功能目前已被人们所认知，但多停留在定性描述上，新的、先进的、有效的定量评估方法却相对较少。Citygreen模型建立在GIS平台上且利用高清晰分辨率的遥感影像快速量化，故可高效率实现植被信息的自动提取、更新和管理，以及生态服务价值计算与预测，而基于样地数据与遥感数据相结合进行分析预测，更增加了结果的准确性与方法上的创新性。但Citygreen模型与其他软件模型一样，未提供研究结果的检验方法。

借鉴国外前沿的生态评估预测模型进行林地生态服务价值的定量研究是很有意义的尝试。但引进国外软件与模型毕竟受到地域环境的影响，因此建立符合我国情况的生态评价模型与相关数据库，为生态服务价值研究及城市发展的管理与规划提供平台是今后的研究方向。此外，如何准确获取我国的暴雨时程分配和水文、土壤类型等环境参数还需探讨。