基于帕累托改进的闽江流域生态补偿标准研究

饶清华,颜梦佳,林秀珠,邱 宇,许丽忠(.福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院,福建 福清350300；.福建省环境科学研究院,福建 福州 35003；3.福建师范大学环境科学与工程学院,福建 福州 350007)



基于帕累托改进的闽江流域生态补偿标准研究

饶清华1,颜梦佳1,林秀珠1,邱 宇2,许丽忠3*(1.福建师范大学福清分校海洋与生化工程学院,福建 福清350300；2.福建省环境科学研究院,福建 福州 350013；3.福建师范大学环境科学与工程学院,福建 福州 350007)

摘要：为了消除生态环境保护活动的外部性,借助流域边际价值的概念,得出了使流域实现帕累托最优改进,需要对上游流域保护区进行生态补偿的结论.分析了3种实现帕累托改进的方法:政府对上游补偿、对下游征税同时补偿上游、上下游之间进行谈判.以闽江流域为例,对1999～2013年流域上、下游的区市流域生态环境保护投入和流域相关地区生产总值的数据进行数据统计并分析,结果显示:通过对上游给予补偿同时对下游征税,可以实现流域的帕累托改进,上、下游地区达到各自的效用最大化,即对下游征税额应高于26.026亿元;上下游再用谈判或者达成协议等方式对净收益进行分配.以此实现各自利益最大化,最终达到帕累托最优状态.

关键词：闽江流域；生态补偿；帕累托最优；帕累托改进；补偿标准

∗ 责任作者, 研究员, lizhongxu@fjnu.edu.cn

近年来生态补偿(Ecological Compensation)成为了世界上生态与环境经济学领域关注的热点问题.目前,国外专家学者对生态补偿的研究集中在公路建设[1-3]、森林资源[4]、种群栖息地[5-6]、海湾环境[7]、生物多样性[8-10]等领域的研究.国内对于生态补偿理论内涵[11]、类型模式[12-15]、运行机制[16-19]等理论体系方面的流域生态补偿的研究相对较多.同时也开展了部分有关生态补偿标准的研究[20-26],而对于研究怎样消除生态和环境保护活动的外部性影响,通过确定生态补偿标准,进而使整个流域实现帕累托最优的研究相对匮乏.

环境资源的生产和消费过程中产生的外部性,尤其是河流污染作为一种典型的区域性环境公共品,对人们的生产、生活产生负面影响,并由此造成人们福利的损失,而河流污染外部性产生的效果并没有通过货币或者市场交易反应出来.这种带来负外部性的河流高于流域最优水平,最终令整个流域的资源无法达到最优效率的使用,使得流域生态环境保护难以达到帕累托最优.用福利经济学及外部性理论来理解生态补偿与污染赔偿问题,为我们提供了一种新的方法,有助于提出明确的政策路径来有效解决流域生态环境保护中出现的“公地悲剧”问题.

帕累托最优应用到生态补偿里可以类比为资源分配的一种状态,是指不减少其他人的福利条件下,无论如何分配资源,都不能再使任何一个人的福利增加.帕累托改进(Pareto Improvement)指的是,允许发生一种变化,可以在没有让任何人福利变坏的前提下,使得至少一个人的福利变得更好[26-27].无法再进行帕累托改进状态就是帕累托最优状态.如果在生产生活中能够消除外部性带来的影响,那么经济社会就能够实现帕累托最优[27].即假设经济社会中没有外部性,流域上下游会因为各自都寻求经济利益最大化,仅会做出对自己最有利决策,而若是能使得流域上下游通过一些合理的方法去共同实现更优化的经济效益,那么这样的流域就达到了帕累托最优状态,这些合理的方式方法就是帕累托改进.上游地区流域资源的负外部性过强,是造成上述问题的根本原因,也使得能够产生正外部性的环境保护的供给量远小于人们对它的需求量,最终造成了生态环境污染与社会经济效益低下等问题发生[28].

基于“谁受益,谁补偿;谁污染,谁治理;谁保护,谁受益”的这一基本原则提出的生态共建共享补偿理念.一方面保护好环境的上游地区流域得到来自下游地区(收益地区)的补偿,另一方面下游地区通过这样的机制的建立,能够给予上游地区一定的制约,若是没有把水质保护好,还需对上游地区进行一定的罚款,有这样的经济关系对于上下游的科学发展提供了重要的基础.通俗的来说,谁向环境排放相关污染物,就需要对其收取一定的费用,谁向环保做了贡献,谁就能拿走其中的部分的补偿资金,以此来达到保护生态环境的目的.由于流域环境保护的正外部性存在,使上游地区对环保投入的动机不足,若是拿出部分资金,补偿给生态环境保护者即流域上游地区,流域上下游都可以共同享有帕累托改进带来的经济效益.

因此,从福利经济学的角度出发对流域生态补偿进行分析,为了克服生态环境保护活动的外部性影响,借助流域的边际效用概念,实现生态补偿由为什么“补”到怎么“补”的转变,以追求流域帕累托最优为目标,通过合理的确定生态补偿标准,消除外部性对资源配置的扭曲影响,以使外部性生产者的私人成本等于社会成本,使外部不经济内部化,实现整个流域的累托最优改进.本文以闽江流域为例,计算了该流域整体最优的上游地区生态环境保护活动投入水平,以及为达到这个最优水平,下游应该对上游地区给予生态补偿的补偿量,可为流域生态共建共享补偿的进一步实施提供一种新的思路,为跨行政区生态补偿标准测算的推广实施提供借鉴.

1　流域生态补偿模型

1.1 生态补偿帕累托改进模型的构建

根据外部性定义,流域作为一个整体,上游地区对流域的环境保护或者破坏行为会对下游地区产生正或负外部性.将流域上游地区看作一个整体行为主体U,将流域下游地区看作一个整体行为主体D,上下游均会通过社会成本和收益,来确定环境保护投入的行为是否有利可图.将上下游的边际效益用MV(Marginal Value)表示,边际效益是经济学名词,用于流域生态可释义为,在其他条件不变的前提下,地区增加一个单位环境保护要素的投入所增加的经济价值.

如图1所示,纵轴XU代表流域上游地区U对生态环境保护投入水平,横轴左端表示因为上游地区U生态环境保护投入给上游地区U带来的边际价值PU,横轴右端表示因为上游地区U生态环境保护投入给下游地区D带来的边际价值PD.如果给定一个上游生态环境保护投入XU值,相应的就能确定一个MVU和一个MVD.随着上游地区环保投入水平XU的增加,上游地区的边际价值MVU越来越小,最终为负值,我们用MVU这条线来表示;随着上游地区环保投入量XU的增加,因为这一行为始终给下游地区产生了正外部性,所以MVD始终为正值,只是随着XU的增加,对下游的边际价值越来越小,直线MVD随着XU的增加呈递减趋势.

图1　上游地区U进行生态环境保护行为给下游地区D带来的正外部性Fig.1　The positive externalities of downstream D area caused by environmental protection of upstream U area

将上下游地区的GDP作为衡量上下游边际价值的指标,考虑到GDP是决定和影响地区人民生活水平的最主要因子,因此,将GDP作为函数因变量是合适的.自变量即为前面所述流域上游地区环保投入量XU.根据函数,确定三者之间的关系,即流域上游的生产总值GDPU和流域下游的生产总值GDPD会随着上游地区环保投入量XU的变化而变化.我们可以将函数关系式列为:GDPU=f1(XU),GDPD=f2(XU).由此可得,流域上下游的边际价值函数为GDPU和GDPD对上游地区环保投入量XU求偏导数:MVU= f1'(XU),MVD= f2'(XU).

如果不采取任何措施,上游地区的环保投入量XU在上游地区边际价值MVU=0的时候,就停止对环境保护这一行为的投入,对应的纵坐标为Q点,这一环保投入量Q点记为XQ.因为这一点,单纯对于上游地区这一个体来说,是上游地区的经济效益最优点.但是MVU=0这一点并不是帕累托最优点,帕累托最优点应该是MVD和MVU的交点E点,在这一点,MVD+MVU=0,所对应的纵坐标是S点,把这一环保投入量S点记为XS,上游地区环境保护投入量由XQ往上移动增加到XS,上游地区U的损失是,下游地区D的收益是,对于整个流域来说,存在一个净收益为:我们可以得出结论,上游地区U对流域环境的保护行为会对下游地区D产生正外部性,在区域部分最优化与流域整体最优化这两者之间存在差异,在不寻求外部力量或者采取适当措施的情况下,不可能实现流域整体最优化,也就是说流域不会达到帕累托最优状态.因此,需要采取适当措施,进行帕累托改进.

1.2 帕累托改进的3种方法

(1) 对上游补贴

如图1所示,为了消除外部性影响,实现流域上下游达到帕累托最优状态,可以拿出资金,补偿给生态环境维护者U,边际补偿率等于D的边际价值.补偿以后,U的直线MVU移动到MVU',相对应的,上游地区环境保护投入量由XQ往上移动增加到XS,流域上下游达到帕累托最优状态.上游地区U的损失由下游补偿,因此愿意增加环境保护投入量至S点,下游地区D因此而获得了全部收益,但是上游地区U的福利状态并没有改变,也就是说上游地区U既没有因此而收益,也没有损失.因为上游地区U的福利没有因为达到帕累托最优而发生改变,上游地区U只能被说服将其环保投入量增加至S点,下游地区D则有夸大流域污染对下游不利的动机,总的来说,这仅仅只是进行帕累托改进的一个理想化方法,并不是最好的方法.

(2) 对上游补贴,对下游征税

(3) 上下游之间进行谈判

如果上游和下游之间进行谈判,在没有政府征税的情况下也会达到帕累托最优状态.如图1所示,下游先对上游环保投入量增加至S点而导致的上游地区U的损失进行补偿后,然后上下游再对净收益进行谈判,假设下游D同意将净

2　闽江流域生态补偿研究

2.1 闽江流域概况

闽江是福建省最大的河流,发源于建宁县均口镇,闽江流经36个县、市,总长2872km,流域面积6万多km2,其中在福建省内面积达59922km2,干流全长577km,占全省陆域面积的48.87%.涉及南平、三明、龙岩、福州、宁德等.闽江流域上游地区多属于经济欠发达地区,包括南平、三明等部分县市,闽江流域下游福州市则经济较为发达[22].本文将南平、三明、龙岩、宁德等地区划分为闽江流域上游,将福州地区划分为闽江下游.

2.2 数据来源

上下游各地区的GDP数据来源于《福建省统计年鉴》[29](2000-2014).闽江流域上下游环境保护投入数据来源于福建省环境保护厅.

2.3 闽江流域生态补偿标准计算

根据闽江流域上下游地区GDP值、闽江上游环保投入量见表1和表2.

将1999～2013年闽江流域上下游GDP作为衡量上下游边际价值的指标,并作为因变量,将上游地区环保投入量XU作为自变量,进行线性回归,我们根据三者之间的关系,即流域上游的生产总值GDPU和流域下游的生产总值GDPD会随着上游地区环保投入量XU的变化而变化确定两个函数式.

2000年以来,福建省政府实施了以工业污染治理为重点的闽江流域综合整治工程,取得明显成效.2005年开始实施上下游生态补偿,2008年5 月,环保部将闽江流域列为全国首批开展生态环境补偿的六个试点地区之一.实施流域生态补偿在一定程度上弥补了治理资金的缺口,筹措的上下游生态补偿资金同时也带动了上游城市的生态环境保护投入,从而有效改善了闽江水质.

流域上游的生产总值GDPU和流域下游的生产总值GDPD与上游地区环保投入量XU呈明显相关性.因此,通过拟合可以得到闽江上游GDPU关于上游地区环保投入量XU的函数,以及闽江下游GDPD关于上游地区环保投入量XU这两个函数,数据回归后得到图2、图3.拟合曲线的

相关系数分别为R12= 0.9586、R22= 0.9684,由此可知, 回归拟合效果较好.

表1　闽江流域上下游地区GDP数据(×108元)Table 1　GDP in upstream and downstream area of Minjiang River Basin (×108Yuan)

表2　闽江上游环保投入量(×104元)Table 2　The input amount of environmental protection in upstream area of Minjiang River Basin (×104Yuan)

可以将函数关系式列为:

图2　上游地区GDPU与上游环境保护投入量Fig.2　Comparison between GDPU and the input amount of environmental protection in upstream area

图3　下游地区GDPD与上游环境保护投入量Fig.3　Comparison between GDPD in downstream area and the input amount of environmental protection in upstream area

将流域上下游的边际价值函数为GDPU和GDPD对上游地区环保投入量XU求偏导数:

流域上游的边际价值MVU= GDPU'= f1'(XU)= -0.0020XU+ 451.1379

流域下游的边际价值MVD= GDPD'= f2'(XU)= -0.0014XU+ 489.2497

对MVU=0,解得XU=225568.95万元,对MVU+MVD=0,解得XU= 276584.5882万元.由此可得,对于上游地区的环保投入量XU在上游地区边际价值MVU=0的时候,达到最优环境保护投入量XQ=22.557亿元,对于流域整体实现帕累托最优化,即MVU+MVD=0时,流域整体处于最优状态,即为从XQ移至XS,XS=27.658亿元.政府不采取措施,那么上游对环境保护投入量只会达到XU=22.557亿元,因为单单对于上游来说,超过这个投入值,上游的GDPU会开始下降.但帕累托最优点是XS,上游环保投入量达到XS=27.658亿元时,整个流域实现帕累托最优.

闽江流域上游地区U将环保投入量从XQ移至XS,对下游的征税额不能高于下游地区D的收益 ,经计算为70.27亿元,即对下游征税额不能高于70.27亿元;但对下游的征税额应高于上游地区U的损失,将征税额用于政府财政的转移并直接用于对上游地区U进行补偿,即对下游征税额应高于26.026亿元;然后上下游再用谈判或者达成协议等方式对净收益,即对流域整体净收益44.244亿元进行分配.具体的分配比例根据双方的谈判来达成共识,继而制定协议.双方亦可在谈判中,进行资金与技术投资的交流,例如可以利用下游的管理和技术来支持上游发展旅游圈,或者下游提供技术支持帮助上游更好的建设无污染,低耗能的环境友好型工业城市,帮助上游贫穷地区缓解生态环境保护与经济发展的压力[26].以此实现各自利益最大化,达到社会优化,最终达到帕累托最优状态.

2.4 补偿标准不确定分析

补偿模型的确定存在不确定性,采用GDP作为衡量上下游边际价值的指标具有较大的主观随意性.虽然本研究参考了大量的文献并结合国内经济发展的实际,但这并不能完全消除该方法的主观性,最终影响到补偿标准的科学性和准确性.

通过收集闽江流域1999年至2013年水环境综合整治项目中的饮用水源保护、养殖污染整治、工业污染整治、城乡环保基础设施建设、生态环境建设与保护等数据作为环境保护活动投入水平,该数据在收集时仅考虑当年计划投资额,未考虑项目的实际变化情况,可能导致补偿标准的估算存在偏差.

3　结论

3.1 由于外部性的存在给上游地区生态环境保护投入的流域最优值带来的扭曲,以实现流域帕累托最优为目的,探讨流域生态补偿的重要性,建立生态补偿帕累托改进模型.根据模型测算,上游地区生态环境保护者在得到补偿的基础上,可以分享流域最优带来的净福利.该方法是对传统的流域生态补偿方法的发展和补充.

3.2 以闽江流域为例,测算闽江流域整体最优的上游地区生态环境保护活动投入水平,以及为达到这个最优水平,下游应该对上游地区给予生态补偿的补偿量.提出政府可采取的有效措施,一种是上下游进行谈判,另一种是对上游补贴的同时,对下游征税,制定闽江流域上下游补偿范围.

3.3 闽江流域跨界生态补偿标准的测算,兼顾了上下游的利益,实现上下游的互惠互利、共同发展;明确了上下游地区环境保护的责权利,激励当地政府将流域环境管理纳入区域的行政责任范围,为福建省其它流域生态补偿机制以及补偿标准测算的推广实施提供借鉴.

3.4 建立基于帕累托改进的闽江流域生态补偿标准计算方法,但是在补偿模型的确定以及数据收集等方面存在不确定性,可能导致补偿标准的估算存在偏差.因此,今后的工作包括寻找衡量流域上下游地区效用的价值的指标、收集更多可靠的资料,减少补偿模型的不确定性,确定更加科学合理的补偿标准,从而得到更符合实际的生态补偿量.

参考文献：

[1] Cuperus R, Canters K J, Udo de Haes H A, et a1. Guidelines for Ecological Compensation Associated with Highways [J]. Biological Conservation, 1999,90(1):41-51.

[2] Cuperus R, Bakermans M M G J, De Haes H A, et al. Ecological compensation in Dutch highway planning [J]. Environmental Management, 2001,27(1):75-89.

[3] Villarroya A, Puig J. A proposal to improve ecological compensation practice in road and railway projects in Spain [J]. Environmental Impact Assessment Review, 2013,42:87-94.

[4] Murray B C, Abt R C. Estimating Price Compensation Requirements for Eco-certified Forestry [J]. Ecological Economics, 2001,36(1):149-163.

[5] Johst K, Drechsler M, Wätzold F. An Ecological-economic Modeling Procedure to Design Compensation Payments for the Efficient Spatio-temporal Allocation of Species Protection Measures [J]. Ecological Economics, 2002,41(1):37-49.

[6] Scolozzi R, Geneletti D. A multi-scale qualitative approach to assess the impact of urbanization on natural habitats and their connectivity [J]. Environmental Impact Assessment Review, 2012,36:9-22.

[7] Cowell R. Substitution and Scalar Politics: Negotiating Environmental Compensation in Cardiff Bay [J]. Geoforum, 2003,34(3):343-358.

[8] Mason M. Civil Liability for Oil Pollution Damage: Examining the Evolving Scope for Environmental Compensation in the International Regime [J]. Marine Policy, 2003,27(1):1-12.

[9] Herzog F, Dreier S, Hofer G, et a1. Effect of Ecological Compensation Areas on Floristic and Breeding Bird Diversity in Swiss Agricultural Landscapes [J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2005,108(3):189-204.

[10] Dalang T, Hersperger A M. Trading connectivity improvement for area loss in patch-based biodiversity reserve networks [J]. Biological Conservation, 2012,148(1):116-125.

[11] 张志强,程 莉,尚海洋,等.流域生态系统补偿机制研究进展[J]. 生态学报, 2012,32(20):6543-6552.

[12] 许晨阳,钱争鸣,李雍容,等.流域生态补偿的环境责任界定模型研究 [J]. 自然资源学报, 2009,24(8):1488-1496.

[13] Zhang W, Zhang H, Zhang Y. A method to determine the spatial allocation standard of social ecological compensation [J]. Journal of Geographical Sciences, 2012,22(2):283-300.

[14] Xie R, Pang Y, Li Z, et al. Eco-Compensation in Multi-District River Networks in North Jiangsu, China [J]. Environmental management, 2013,51(4):874-881.

[15] 彭秋志,康慕谊,廖剑宇,等.河段水质压力目标管理模式的概念与方法 [J]. 环境科学学报, 2012,32(10):2625-2632.

[16] 王军锋,侯超波,闫 勇.政府主导型流域生态补偿机制研究—对子牙河流域生态补偿机制的思考 [J]. 中国人口.资源与环境, 2011,21(7):101-106.

[17] 郭 梅,许振成,夏 斌,等.跨省流域生态补偿机制的创新—基于区域治理的视角 [J]. 生态与农村环境学报, 2013,29(4):541-544.

[18] 孔凡斌.江河源头水源涵养生态功能区生态补偿机制研究——以江西东江源区为例 [J]. 经济地理, 2010,30(2):299-305.

[19] 彭晓春,刘 强,周丽旋,等.基于利益相关方意愿调查的东江流域生态补偿机制探讨 [J]. 生态环境学报, 2010,19(7):1605-1610.

[20] 刘玉龙,胡 鹏.基于帕累托最优的新安江流域生态补偿标准[J]. 水利学报, 2009,40(6):703-708.

[21] 徐大伟,常 亮,侯铁珊,等.基于WTP和WTA的流域生态补偿标准测算—以辽河为例 [J]. 资源科学, 2012,34(7):1354-1361.

[22] 饶清华,邱 宇,王菲凤,等.闽江流域跨界生态补偿量化研究[J]. 中国环境科学, 2013,33(10):1897-1903.

[23] 高 磊,陈建耀,朱爱萍,等.基于SCS模型的跨界小流域物质通量估算—以东莞石马河流域为例 [J]. 中国环境科学, 2015, 35(3):925-933.

[24] 乔旭宁,杨永菊,杨德刚,等.流域生态补偿标准的确定—以渭干河流域为例 [J]. 自然资源学报, 2012,27(10):1666-1676.

[25] 石广明,王金南,毕 军.基于水质协议的跨界流域生态补偿标准研究 [J]. 环境科学学报, 2012,32(8):1973-1983.

[26] 于成学.辽河流域跨省界断面生态补偿共建共享帕累托改进研究 [J].干旱区资源与环境, 2013,27(8):125-130.

[27] 马 中.环境与自然资源经济学概论(第二版) [M]. 北京:高等教育出版社, 2006:37-48.

[28] 韩凌芬,胡 熠,黎元生.基于博弈论视角的闽江流域生态补偿机制分析 [J]. 中国水利, 2009,(11):10-12.

[29] 福建省统计局.福建统计年鉴 [J]. 北京:中国统计出版社, 2000-2014.

Ecological compensation standard for Minjiang River based on Pareto improvement.

RAO Qing-hua1, YAN Meng-jia1, LIN Xiu-zhu1, QIU Yu2, XU Li-zhong3*(1.College of Ocean Science and Biochemistry Engineering, Fuqing Branch of Fujian Normal University, Fuqing 350300, China；2.Fujian Research Academy of Environmental Science, Fuzhou 350013, China；3.College of Environmental Science and Engineering, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China). China Environmental Science, 2016,36(4)：1235～1241

Abstract：In order to eliminate the externality of ecological and environmental protection activities, it was suggested that providing the ecological compensation to upstream area is necessary for Pareto optimality according to the concept of margin value. Three modes were investigated for Pareto improvement, including the mode of paying compensation to upstream area, the mode of combination of paying compensation to upstream area with imposing tax from downstream area and the mode of determined by negotiation between upstream and downstream area. Taking the Minjiang River basin for example, the revelent data from 1999～2013was analyzed, which focused on the ecological environment protection and the relevant regional GDP in the basin between upstream and downstream. The results indicated the two-step possible way is effective to realize Pareto improvement optimality. Firstly, the mode of combination of paying compensation to upstream area and composing tax will be used to obtain the maximum utility for both upstream and downstream area, namely more than 2.6026 billion Yuan for taxation respectively. Moreover, the mode of determined by negotiation should be used to distribute the net income, in further to maximize their benefits and eventually achieve the Pareto optimality.

Key words：Minjiang River；ecological compensation；Pareto optimality；Pareto improvement；compensation standard

作者简介：饶清华(1981-),男,福建福州人,副教授,硕士,主要从事环境影响评价方面研究.发表论文18篇.

基金项目：福建省教育厅项目(JA13345);福建省科技厅软科学项目(2015R0032);国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07603-003)

收稿日期：2015-09-14

中图分类号：X171

文献标识码：A

文章编号：1000-6923(2016)04-1235-07