基于土地利用变化的天津市生态资产价值评估及灰色预测

(天津城建大学,经济与管理学院,天津 300384)

基于土地利用变化的天津市生态资产价值评估及灰色预测

王 磊,薛雅君,张 宇
(天津城建大学,经济与管理学院,天津 300384)

生态资产是以经济社会发展为核心的生态系统和生态环境的价值表现,其价值变化是判断土地利用的合理性、实现土地结构优化和生态环境建设的重要依据。应用生态资产价值核算模型、贡献度指数、敏感性指数和灰色预测模型,对天津市土地利用变化引起的生态资产价值变化进行估算和分析,并对未来天津市的生态资产价值量进行灰色预测。结果表明:天津市近十年来生态资产价值的增长率达10.59%,其中林地面积增加对生态资产价值的贡献度最大;同时预测天津市2025年的生态资产价值将达到48.3352亿元。在此基础上,从合理调控土地利用结构、系统核算生态资产价值、构筑绿色生态保护屏障等角度提出相关的土地利用和生态资产保护的对策建议。

土地利用变化;生态资产价值;灰色预测;天津市

1 引言

绿色发展作为“十三五”五大发展理念之一,是我国社会经济发展的重要标准。生态资产是以经济社会发展为核心的生态系统和生态环境的价值表现,其中包括有形的自然资源价值和无形的生态系统服务等两大部分内容,其价值的变化是绿色发展水平的集中体现。生态资产如何进行科学量化核算已成为理论和实践中的重要问题。作为人类生存和发展基础的土地资源,其利用变化过程直接导致生态系统类型和空间分布变化,影响到区域生态资产价值变动。近年来天津市社会经济发展迅速,生态用地锐减,建设用地规模不断扩展,土地生态系统负荷不断加剧。因此,基于土地利用变化开展对生态资产价值的评估核算与预测模拟,对动态测度土地生态资产价值的变动趋势,剖析土地利用对生态资产价值的影响,预测不同生态系统的发展趋势，为区域生态环境建设提供决策参考。

国内外学者对土地利用结构和生态资产价值变化开展了大量的研究,其中主要集中在:①对生态资产概念及价值核算的研究。Vogt首次提出自然资本概念,同时认为消耗自然资源会减少美国偿还债务的能力;Westman提出“自然的服务”概念及其价值评估问题,使生态资产的研究取得了较大进展。20世纪80年代以来,Hartwick提出了在现行的国民经济核算中引入环境核算方法;Costanza等学者在《全球生态系统服务与自然资本的价值》中,把全球分为16个生态系统,按生态功能分为17个大类,计算了地球上所有生物群落的生态系统服务的总价值。②土地利用结构变化对生态资产价值的影响研究。谢高地等学者对青藏高原及其草原生态系统的生态资产价值进行了测算,同时依据问卷调查建立了中国陆地生态系统单位面积服务价值表;李正等、郭年冬等学者分别对贵州省和河北省平山县的土地生态系统服务价值的年际变化进行了测算,并对区域土地利用构成和生态系统服务价值进行了灰色预测;李恒哲等学者对环京津土地生态服务价值进行分时段分区评估,同时采用灰色预测模型对未来的生态服务价值进行了预测。

综上所述,前期土地利用和生态资产价值评估的研究成果较丰富,总体上表现为评估类型多样化、评估范围分布广泛和评估核算方法不断突破创新等特征，但也存在以下局限性:①对土地利用结构变化如何影响生态资产价值量变化的研究较少。②研究视角大多集中于各类用地的生态资产价值变化,对生态资产服务价值的时序变化研究涉及较少。③将灰色系统理论应用到生态资产价值的评估研究中较少。基于此,本文从幅度、速度和强度等视角综合描绘土地利用的时序变化情况,分析不同种类用地对天津市生态资产价值的贡献度,并运用敏感性指数检验所计算的生态资产价值的可靠性,采用GM(1,1)模型对天津市2020和2025年的生态资产价值进行预测,为天津市土地利用结构优化和生态环境建设提供有利参考。

2 研究区域和数据来源

2.1 研究区域

天津市是环渤海地区的经济中心和中国北方最大的沿海开放城市，它处于华北平原东北部,西部紧邻北京,东部濒临渤海,北部依靠燕山,有“河海要冲”、“畿辅门户”之称。天津市土地总面积11305km2,依据土地利用结构及其所提供的生态资产类型的不同,将该市土地利用类型划分为耕地、园地、林地、建设用地、水域和未利用地等。

2.2 数据来源

为了保持数据的有效性和一致性,本文采用的基础数据主要来源于2006—2015年《天津市统计年鉴》和2006—2015年土地利用变更调查数据。依据土地利用结构及其所提供的生态资产类型的不同,本文主要分析和测算了耕地、林地、园地、水域、建设用地和未利用地的土地利用结构变化及其生态资产价值。

3 研究方法

3.1 生态资产价值核算方法

本文采用生态资产价值量估算法对Costanza的单位面积服务价值表结果利用修正系数法进行了修正,测算出天津市的生态资产总价值,计算公式为:

EA=∑(VCk×Sk)

(1)

式中,EA为生态资产的价值(元)；VCk为第k类土地的生态资产价值系数(元/hm2)；Sk为第k类土地的面积(hm2)；i为不同的土地利用类型。

根据谢高地等所提出的中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表作为计算标准,对天津市生态资产价值进行测算，但需要对当量因子系数进行修正。天津市的修正系数为0.85,我国2005年单个生态系统价值当量的经济价值为449.1元/hm2,根据2006年《天津市统计年鉴》计算得出2005年天津市平均粮食产量为4779.2kg/hm2。根据2006年全国耕地平均粮食产量5896.5kg/hm2对天津市生态系统价值当量系数进行修正,得出天津市单位当量价值为364元/hm2,天津市单位面积生态资产价值系数见表1。

表1 天津市单位面积生态资产价值系数表(元/hm2)

3.2 贡献度测算法

生态资产价值的贡献度是指对生态资产价值变化总量而论,各个土地利用类型的生态资产价值变化所占据的比例,贡献度可判断各个土地利用类型的变化对生态资产价值量影响的大小。通过以上价值量估算法测算出各类土地的生态资产价值,计算出天津市2005—2014年生态资产价值的贡献度,计算公式为:

(2)

式中,EA为生态资产价值的贡献度(%)；EAa、EAb为代表研究期初和期末的生态资产价值(元)；EAia、EAib为代表第i种土地利用类型在研究期初和期末的生态资产价值(元)。

3.3 灰色预测模型

(3)

GM(1,1)预测模型对应的标准型解为:

(4)

式中,b和m为待确定的未知参数；t为时间。

为了提高该模型预测值的可靠性,本文采用后验差检验方法对预测值进行精度验证。后验差比值C与小误差概率P可定义为:

(5)

式中,S1为原始数据标准差；S2为预测数据标准差；ek为预测数据误差；e为预测误差的均值;C的大小表示模型预测值与实际值之间的差距,其值越小越好,而P值越大越好。

4 结果与分析

4.1 天津市土地利用结构变化分析

土地利用变化幅度分析:土地利用变化幅度是指，特定研究阶段内各种土地利用类型之间相互转化,从而引起各类土地面积产生变化。通过对天津市2005—2014年土地利用数据的分析,得出研究阶段内土地利用变化的情况。根据表2,对比2005年和2014年天津市土地利用结构,各地类面积占总面积的比重产生了明显的波动。天津市2005年和2014年耕地所占的面积比例最高,其值达到总面积的40%以上,建设用地和未利用地的面积占比次之。2005—2014年各地类面积占比的变化量从大到小依次为:林地面积增加50.86%，未利用地减少了38.64%，水域减少了18.41%，园地减少了18.07%，建设用地增加了17.23%，耕地面积减少了1.62%。2005—2014年天津市林地面积增速显著,这与风沙源治理和“退耕还林工程”的实施密不可分。同时,天津市中心城区和滨海新区积极开展林地绿化工程,大大增加了林地的面积。

表2 2005—2014年天津市土地利用变化

土地利用变化速度分析:为了全面地分析天津市2005—2014年土地利用变化速度并对其进行定量描述,本文引入单一土地利用动态度来对其进行分析。单一土地利用动态度是指在研究阶段内特定区域的某种土地利用类型的变化速度。其中,单一土地利用动态度模型公式为:

(6)

式中,K为一段时间内某种土地利用动态度;Ua、Ub为代表期末和期初内某种土地利用类型的数量(hm2);T为研究的时间长度。

为了更好地反映2005—2014年天津市土地利用变化的速率,本文将研究时期主要分为三个阶段,即2005—2008年、2009—2011年和2012—2014年。通过上述公式可得到2005—2014年天津市全市的单一土地利用类型动态度指数(表3)。从表3可见,在研究期间内,建设用地的变化速度最快,年均动态度增加1.48%;水域用地的变化速度较慢,年均动态度减少0.08%。天津市建设用地的动态度指数均为正值,说明建设用地的面积在研究期间内一直呈现出增长趋势,但增加速度逐渐减慢。究其原因，主要是伴随着城镇化进程的不断推进,大量农村人口向城市转移,城市建设用地不断向外扩张,但随着建设用地集约利用水平的提高,其调整幅度减缓,用地结构处于均衡态发展。总体来看,研究期内天津市建设用地面积显著增加,耕地面积减少,未利用土地面积通过开发转变为建设用地，保障了土地的收支平衡。

表3 2005—2014年天津市土地利用动态度(%)

土地利用变化强度分析:土地利用强度是指土地利用的效率,不同的利用效率会产生差异化的生态效应。土地利用变化强度具有上限和下限:上限是指土地利用强度的最大值,即达到该值后将无法再对土地进行开发利用；下限是指土地开发利用的程度较小且未受到人类的干扰影响。因此,按照土地开发利用程度的大小将土地进行分等定级,开发利用及干扰程度越大，等级越高。其中,一级为其他土地,主要以未利用地为主;二级为林地、水域及水利设施用地;三级为农业用地,包含耕地、园地;四级为包括城镇村居民点在内的建设用地,并按照“1分、2分、3分、4分”对各等级分别赋值。在实际操作中,研究区域土地利用类型通常不是单一的,而是混杂着以上四种类型的用地,因此需要按照每种土地利用类型占该区域的面积比例对土地利用强度综合指数进行测算,计算公式为:

(7)

式中,L代表区域内土地利用强度综合指数；Gi代表第i种土地利用强度分级指数；Ri代表第i种土地利用类型面积占区域土地总面积的比例。

由表4可知,天津市土地利用强度总体呈上升趋势,变化幅度为0.136,变动速率为5.11%。这是由于社会经济的发展和城市化水平的提速,天津市的未利用土地资源有了较大幅度的开发利用,加之对农用地的流转改善了原有的生产模式,人们对土地利用的意愿普遍提升,土地利用的综合强度也有了明显的改善。根据对天津市土地利用幅度、速度和强度变化的分析,可总结出天津市土地利用的特点:①耕地面积占天津市土地总面积的比重较大,但总体质量偏差,后备存储量匮乏,需要着重对其进行调整;②土地利用结构有待进一步优化,集约利用程度有待提升;③水域湿地等生态资源储量丰富,生态资产的增长潜力巨大。

表4 2005—2014年天津市土地利用强度综合指数

4.2 天津市生态资产价值核算及其变化分析

不同土地利用类型的生态资产价值分析:根据式(1),可计算得到2005—2014年天津市不同种土地利用类型的生态资产总价值(EA)。从图1可见,天津市生态资产价值总体呈增长趋势,由2005年的34.8988亿元增加到2014年的38.5935亿元,增加了3.6947亿元,增长率为10.59%。其变化趋势总体可分为三个阶段:2005—2008年平稳期、2009—2011年快速增长期、2012—2014年稳定增长期。在平稳期,生态资产总价值增加了0.1133亿元,增长率为0.32%;在快速增长期,生态资产的总价值增加了1.7615亿元,增长率为4.70%;在稳定增长期,生态资产的总价值增加了0.1593亿元,增长率为0.41%。

图1 天津市生态资产总价值变化

从表5可见,天津市的生态资产价值主要来自耕地,其次是水域,第三是林地,三者的生态资产总价值比重在2014年达到了93.9%。在研究期限内,天津市林地的生态资产价值呈现大幅度提升趋势,增长率为50.86%,而未利用地的生态资产价值则呈现出降低趋势,减少率为38.64%,这与天津市生态城市的建设发展密不可分。在“十二五”规划期间,天津市生态市建设有序开展,城市环境园林绿化面积不断扩大,建成区绿化覆盖面积超过了2.2亿m2,绿化覆盖率达到32.1%,生态政策的推行产生的效果显著,生态资产的价值不断增加。同时,各类土地利用结构的调整改变了天津市的土地利用格局,改善了生态环境质量,提升了生态资产价值总量。

表5 2005—2014年天津市生态资产总价值(亿元)

2005—2014年天津市生态资产服务价值分析:从表6可见,2005—2014年生态资产总价值呈现上升趋势。原材料提供的价值在研究期内有所降低,减少了0.4452亿元,变化率为41.59%;其他的生态资产服务价值类型均呈现递增趋势,其中土壤形成与保护的价值变化率最大,其值增长了约50.02%。由表6可知,天津市生态资产所提供的废物处理价值最高,平均年均价值约9.2140亿元,占生态资产总价值的25.12%。生态资产所提供的原材料所含价值最低,年均价值仅为0.8626亿元,占生态资产总价值的2.35%。此外,通过分析可进一步得知：天津市生态资产的服务价值主要是水源涵养、土壤形成与保护和废物处理价值,该三项价值约占生态资产总价值的60%以上,价值的变化与天津市林地与水域面积的增长密不可分。

4.3 天津市生态资产价值的敏感性分析

为了检验所计算的生态资产价值(EA)的可靠性,本文引入敏感性指数(CS)来分析生态资产的价值(EA)随时间变化对生态资产价值系数(VC)的依赖程度。敏感性指数采用了经济学中弹性系数的概念,其含义是指生态资产价值系数每变动1%所引起的生态资产价值总量的变化情况。当CSlt;1时,表明生态资产价值量对生态资产价值系数的弹性较弱;当CSgt;1时,表明生态资产价值量对生态资产价值系数的弹性较强。比值越高,代表对生态资产价值系数的准确性要求越高,敏感性指数的计算公式为:

(8)

式中,CS为敏感性指数的大小；EA为生态资产价值总量(元)；VC为生态资产价值系数(元/hm2)；i,j分别为原始的价值和调整后的价值；k为不同的土地利用类型。

表6 2005—2014年天津市生态资产价值(亿元)

本文将五种土地类型的生态资产价值系数分别上下调整50%,并分别计算了2005年、2008年、2010年和2014年的生态资产价值的敏感性指数。根据结果显示,天津市生态资产的敏感性指数均小于1,最低值为0,这表明当未利用地或园地的生态资产价值系数每增加1%,与之对应的生态资产价值增加0—0.01%,对天津市的生态资产价值影响较小,即弹性较弱;最高值为0.8,这说明当林地的生态资产价值系数增加1%时,相对应的生态资产价值增加0.8%,对天津市生态资产价值的影响最大。以上均说明天津市的生态资产价值相对于生态资产价值系数缺乏弹性,即天津市采用的生态资产价值系数是可靠的,并没有影响到生态资产价值的真实准确性。

4.4 不同土地利用结构对生态资产的贡献度

生态资产的贡献度分析:由式(3)可以计算得到天津市2005—2014年不同用地类型的生态资产贡献度。从表7可见,以2013—2014年和2005—2014年两个阶段为例分析天津市不同时期各种类型土地的生态资产贡献度。2013—2014年天津市的生态资产价值呈现增长趋势,但林地、园地、未利用地的生态资产贡献度均小于0,说明三类土地利用类型的生态资产价值与天津市的生态资产价值变化趋势相反。林地、园地、未利用地对天津市的生态资产价值为负贡献;耕地和水域的贡献度大于0。说明对天津市生态资产价值为正贡献。2005—2014年天津市的生态资产价值总趋势是递增的,在这一阶段,耕地、林地、园地、水域的贡献度均大于0,即该地类的生态资产价值与天津市的生态资产价值的变化趋势相同,认为该四种地类对天津市的生态资产价值变化呈现出正贡献效应。未利用地的贡献度小于0,说明2005—2014年未利用地的生态资产价值与天津市的生态资产价值变化趋势相反,说明它对天津市的生态资产价值贡献为负贡献。通过以上分析可知,同一种土地利用类型在不同的研究阶段对生态资产的贡献是不同的,如林地在2013—2014年对天津市的生态资产价值为负贡献,2005—2014年为正贡献。

表7 2005—2014年天津市生态资产贡献度(%)

不同用地类型变化对生态资产的影响程度分析:从表7可见,在各研究时段内同一种土地利用类型对生态资产的贡献是不同的。表现在:①2006—2007年和2008—2009年,林地的贡献度为最大且为正贡献,这表明在这两个阶段生态资产价值量的增加最主要来自于天津市林地面积的增加。天津市的风沙源治理和“退耕还林工程”实施初见成效,未来可继续推行相关政策发挥其涵养水源、防风固沙、净化空气的效用。②水域贡献度除2008—2009年以外,其余均为正值。总体来看,水域对天津市的生态资产价值的贡献度最大,表明天津市生态资产价值的增加主要来自于水域面积的变化。③2010年以前,园地的面积变化较小,因此贡献度较小，在2010年以后生态资产贡献度有所提升。④在研究期内,耕地对天津市生态资产价值的贡献度波动较大,总体呈现出正贡献但贡献相对较小。由于天津市的耕地受到盐碱侵蚀危害和水源条件的限制,总体质量条件不高,因此对生态资产的贡献较小。⑤未利用地对天津市生态资产价值基本上呈现出负贡献,说明天津市储备土地的稀缺性逐渐增强。

4.5 2020年和2025年生态资产灰色预测

基于天津市2005—2014年土地利用分类数据,构建土地利用类型的灰色GM(1,1)模型,预测2020年和2025年各土地利用类型的生态资产价值(具体运算过程应用Matlab软件),计算结果见表8。为了提高GM(1,1)模型预测结果的可靠性和准确性,需要对其精确性进行分等定级,根据模型预测精度等级评定标准,当Clt;0.35、P≥0.95时,精确性较高,为一级;当C≥0.65、P≤0.75时,灰色预测模型精确度较差,不可使用。由表8知,该模型的Clt;0.35、P=1≥0.95,均为一级预测结果,精确性较高、预测结果可信度较好,可代表天津市生态资产价值的未来走向。

表8 2020年和2025年天津市生态资产价值预测值

从表8可见,2020—2025年天津市土地利用结构逐渐趋于均衡,生态资产总价值将继续增加。据预测显示,在外部条件和政策环境不变的情况下,2020年和2025年天津市生态资产总价值量分别达到43.6985亿元和48.3352亿元。其中,耕地、林地、园地和水域的生态资产价值量相应增加, 2025年生态资产总值达到生态资产总价值的98%以上,未利用地的生态资产价值量将持续减少。

5 结论与建议

2005—2014年，天津市耕地、园地、水域和未利用地面积有所减少,林地和建设用地的面积呈现增加趋势。此外,通过对土地利用变化速度和强度的分析可知,天津市的土地开发强度增加,土地综合利用情况有了明显的改善。2005—2014年天津市的生态资产价值总量明显增加,由2005年的34.8988亿元增加到2014年的38.5935亿元。其中,耕地、水域和林地的生态资产价值量较大,约占生态资产总价值量的90%以上。对生态资产提供的不同服务类型来说,天津市的生态资产服务类型主要由水源涵养、土壤形成与保护和废物处理构成,这三种服务类型约占生态资产总价值量的60%以上,表明近年来天津市生态市建设工作效果显著,其中林地和水域面积的增加对天津市生态资产价值的增加起着关键性作用。灰色预测模型结果表明, 2020年和2025年,天津市的生态资产总价值会分别增加到43.6985亿元和48.3352亿元。通过对灰色预测模型进行精度检验,其精度评级为一级,模型可靠度较高。灰色预测模型能充分利用有限的时间序列数据和在政策条件不变的情况下,其计算简便、预测结果精度较高，但预测年限不宜过长,否则会导致预测结果与实际情况不符。

基于此,提高天津市生态资产的价值应注意以下方面工作:①合理调整土地利用结构。在保护现存林地面积的基础上,继续加大造林力度,发挥其防风固沙的作用;严控现有水域面积减少,同时增加水域和湿地面积。此外,还需严格控制耕地红线保护耕地面积,继续开发和改造未利用土地面积,从而发挥其生态资产的生态服务效用。②系统核算生态资产价值,综合考虑土地结构和空间变化。土地利用方式的转变会造成其产生的生态环境效应和强度发生变化,从而改变生态资产的总价值量。综合考虑土地利用结构和空间变化对生态系统功能的影响,系统核算生态资产价值,分析不同类型土地面积的转化对生态资产价值的影响,为土地利用决策和生态环境建设提供借鉴。③构筑绿色发展科学保护屏障。依托天津市生态廊道和节点,构建覆盖全区域的绿色生态安全布局;严格保护重点生态功能区,划定绿色生态控制线;坚持“防治结合、标本兼治”,推进综合环保行动计划,研究制定和完善生态环境保护、生态恢复、生态补偿、节能减排等方面的实施标准,构筑绿色发展生态资产保护屏障。

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EcologicalAssetsValuationandGreyForecastBasedonLandUseChangeinTianjinCity

WANG Lei,XUE Ya-jun,ZHANG Yu
(School of Economics and Management,Tianjin Chengjian University,Tianjin 300384,China)

Ecological assets valuation was based on the development of the society and embodied the valuation of ecological system and environment.The change of its value was an important basis for judging the rationality of land use structure and realizing the optimization of land use structure and construction of ecological environment.This paper used ecological assets valuation accounting model,contribution index,sensitivity index and grey forecast model,and calculated the ecological assets value due to the change of land use structures,and predicted the ecological assets value in the future.The results were shown as follows:During the 2005 and 2014 in Tianjin,the land use structures showed that cultivated land,garden land,water body and unused land decreased significantly,while the forest land and construction land showed an increasing trend.The total ecological assets valuation in 2014 was 0.3695 billion yuan more than those in 2005,an increase of 10.59%,and the increase of forest land had the greatest contribution to the ecological assets valuation in Tianjin.The coefficient sensitivity analysis showed that the ecological assets valuation coefficients were reasonable,and the ecological assets valuation was lack of flexibility in Tianjin.The forecast ecological assets valuation showed an increasing trend and reached 4.8335 billion yuan in 2025.On this basis,some suggestions were put forward on based on above research with respect to accounting the ecological asset value more systematically,building the ecology protection forest system,regulating the land use structure more reasonably and establishing the mechanism of land ecological management.

land use change;ecological assets valuation;grey forecast;Tianjin

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.07.005

X826.2；F293.22

A

1005-8141(2017)07-0796-06

2017-05-10；

2017-06-23

国家社会科学基金项目“网络化治理视域下工业污染生成与全过程共治机制研究”(编号16BGL141);国家自然科学基金项目“区域物质减量的低碳响应测度机理研究”(编号:71303170)。

及通讯作者简介：王磊(1980-),男,天津市人,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为环境经济与管理、循环经济。