基于生态系统服务价值评估的东江流域生态补偿研究

高振斌, 王小莉, 苏 婧, 陈志凡②, 郑明霞, 孙源媛, 纪丹凤

(1.华南理工大学环境与能源学院, 广东 广州 510000; 2.河南大学资源与环境研究所, 河南 开封 475004; 3.中国环境科学研究院/ 环境保护部地下水污染模拟与控制重点实验室, 北京 100012)

生态补偿是协调区域生态环境保护与经济发展之间矛盾、调整流域内区域间损益关系的有效手段。生态系统服务功能价值评估是实现生态补偿的前提,也是制定补偿额度的依据[1-2]。生态系统服务功能价值评估方法有多种,常用的有替代市场技术、模拟市场技术和当量因子法等。替代市场技术是对生态系统中具有实际市场和替代市场的服务功能进行评价,评估过程比较客观;然而由于生态系统服务功能种类繁多,实际评价时有许多困难,很难真实反映生态系统服务的实际价值[3]。模拟市场技术通过人为构造假想市场来衡量没有替代市场的生态服务功能[4],该法基础资料易于获取,可操作性强,但受众多主观因素影响,存在一定的局限性[5-6]。当量因子法则是在区分不同种类生态系统服务功能的基础上,基于可量化的标准构建不同生态系统各种服务功能的价值当量,然后结合生态系统面积进行评估[7-8]。该法计算模型简单易操作,数据需求少,功能评估较全面,适用于大面积流域尺度的价值评估[9-10]。

东江流域跨越江西、广东两省,面积较大,区域内部生态系统服务功能和生态环境问题较复杂[11-13],基础数据较难获得。鉴于此,笔者针对东江流域将中国生态系统服务价值当量因子表进行修正,采用当量因子法计算流域生态系统服务价值和理论生态补偿额度,为东江流域生态系统健康和社会经济的协调发展提供科学依据。

1 研究区概况

东江流域位于珠江三角洲东北端,是珠江3大水系之一,地理坐标为北纬22°38′～25°14′,东经113°52′～115°52′。东江发源于江西省赣州市寻乌县桠髻钵山,源区包括寻乌、安远和定南3县,上游称寻乌水;向南流入广东境内,经河源、东莞等地后,注入狮子洋后经虎门入海(图1)。东江干流全长562 km,在广东省境内长435 km;流域总面积为35 340 km2,广东省境内面积为31 840 km2,占流域总面积的90%。东江多年平均地表径流总量为297亿m3;降水较丰富,多年平均降水量在1500～2 400 mm之间,降水的面上分布一般是中下游比上游多,西南多,东北少,由南向北递减。受海洋性气候影响,流域内年气温变化不大,多年平均气温为20～22 ℃。东江流域范围见图1。

东江流域2015年土地利用总面积为3 392 646 hm2,土地利用类型仍以林地和耕地为主[14](图2)。

图1 东江流域概况

图2 2015年东江流域土地利用类型分布

图2显示,林地面积最大,为2 271 689 hm2,主要分布于东江中上游地区;其次为耕地面积,为575 169 hm2,分布较广泛;建设用地面积为320 192 hm2,集中分布于下游地区;水域、草地和未利用地面积分别为120 682、104 798和116 hm2。土地利用数据来自中国科学院资源环境数据中心,GDP、粮食单产及种植面积数据来自2016年《广东统计年鉴》和《广西统计年鉴》。

2 研究方法

借鉴谢高地等[7-8]的生态系统服务价值评估体系,通过文献资料收集、现场数据采集等方法构建适用于研究区的生态系统服务价值当量因子表,然后对研究区生态系统服务价值进行评估;并通过划分生态服务功能受益和补偿范围确定生态补偿额度,最后对生态补偿的优先程度进行量化。

2.1 生态系统服务价值计算方法

2.1.1生态系统服务总价值核算方法

区域生态系统服务功能总价值是根据各类生态系统面积和各类生态服务功能单价得出的,计算公式为

(1)

式(1)中,V为研究区生态系统服务总价值,元;i为生态系统服务功能类型;j为生态系统类型;eij为第j种生态系统的第i种生态服务功能相对于农田生态系统提供生态服务单价的当量因子;Ea为单位面积农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值,元·hm-2;Aj为第j类生态系统面积,hm2。

1个生态系统服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7，计算公式为

(2)

式(2)中,i为作物种类;pi为第i种作物全国平均价格,元·t-1;qi为第i种作物单产,t·hm-2;mi为第i种作物面积,hm2;M为n种作物总面积,hm2;1/7指在没有人力投入条件下的自然生态系统提供的经济价值为现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7。

2.1.2当量因子表的修正方法

当量因子表(eij)的构建是采用当量因子法进行生态系统服务价值评估的前提条件。然而,谢高地等[15]建立的中国生态系统服务价值当量因子表是针对全国范围的,在区域应用时需要对该表进行修正。首先,根据研究区生态系统和生态服务功能特点,确定研究区生态系统服务价值评估指标。其次,选取研究区及周边区域相关文献中的生态价值统计数据,对相关生态系统的生态价值量比值进行分析,制定出相对客观的区域生态价值当量因子表。最后,结合中国生态系统单位面积生态服务价值当量表对区域生态价值当量因子表进行修正。修正原则如下:同一指标差值较小时取平均值;差值较大时根据相对客观的区域价值当量因子表指标之间的比例确定。修正公式为

(3)

(4)

2.2 区域生态补偿标准计算方法

为减缓单位面积GDP较低地区迫切的发展需求,从而降低区域生态价值快速减少的风险,在支付能力有限的情况下应优先考虑生态补偿需求更迫切地区的补偿资金投入。基于此,通过区域生态补偿需求强度系数和生态价值折算系数来反映生态补偿标准的区域差异。区域生态补偿需求强度系数采用生态补偿优先级归一化结果来表征,生态价值折算系数选择15%[16]。具体表达式为

Ri=Vi×k×ti，

(5)

ti=2×arctanSe,c,p,i/π，i=1,2,…,19。

(6)

式(5)～(6)中,Ri为区域生态补偿总量,亿元;Vi为区域生态系统非市场价值,亿元;k为生态价值折算系数;ti为区域生态补偿需求强度系数;Se,c,p,i为某区域生态补偿优先级;π为圆周率。

2.3 生态补偿优先级计算方法

生态补偿优先级(ECPS,Se,c,p)指某个区域单位面积生态系统服务的非市场价值和单位面积GDP的比值[17],它表示不同区域获得生态补偿的迫切程度。由于生态系统服务的市场价值在市场机制中转化为货币,因此只取其中的非市场价值部分。具体表达式为

Se,c,p=VN/GN。

(7)

式(7)中,GN为单位面积GDP,元;VN为单位面积生态系统非市场价值,元。Se,c,p越大,说明生态补偿对区域经济发展影响越大,应优先得到生态补偿。

3 研究结果

3.1 东江流域生态系统服务价值计算

3.1.1东江流域生态系统服务价值当量的确定

通过文献资料[18-22]和现场调研,结合东江流域土地利用状况,将东江流域生态系统分为6类,并确定流域主要的生态服务功能(表1)。根据2.1.2节中当量修正原则确定东江流域生态系统服务价值当量因子表(表1)。其中,建设用地水资源供给的当量因子参照水资源消耗值[23]得出。

3.1.2东江流域生态系统服务总价值的计算

选取东江流域主要粮食作物(水稻、大豆和玉米等),根据式(2)计算东江流域1个生态系统服务价值当量因子的经济价值为2 396.05元·hm-2。根据式(1)计算得到东江流域生态系统服务总价值(表2)。

表1东江流域生态系统服务价值当量因子表

Table1EquivalentvalueofecosystemservicesinDongjiangRiverBasin

一类服务二类服务农田森林草地水域建设用地未利用地 供给服务食物生产1.000.580.490.890.280.20 原材料生产0.103.930.050.040.300 水资源供给-1.680.400.3723.09-3.710.01 调节服务气体调节0.503.742.521.3300.06 气候调节0.832.520.905.3300.05 水文调节2.696.744.0018.08-5.350.03 净化环境1.642.141.3110.09-2.460.01 支持服务保持土壤1.343.912.790.650.020.08 维持生物多样性0.342.270.811.170.340.23 文化服务提供美学景观0.020.860.142.111.200.04 合计6.7827.0913.3862.79-9.380.71

表22015年东江流域生态系统服务价值

Table 2 Ecosystem service value of Dongjiang River Basin in 2015 亿元

由表2可知,东江流域生态系统服务总价值为1 711.41亿元。从不同生态系统类型来看,森林价值最高;其后依次为水域、农田和草地等。从不同生态服务类型来看,一类服务中调节服务价值最高;其后依次为支持服务、供给服务和文化服务。二类服务中水文调节价值最大,其后依次为保持土壤、气体调节和原材料生产等。农田、森林、草地、水域、建设用地和未利用地生态服务价值占总价值的比例分别为5.46%、86.17%、1.96%、10.61%、-4.20% 和0,食物生产、原材料生产、水资源供给、气体调节、气候调节、水文调节、净化环境、保持土壤、维持生物多样性、提供美学景观10种生态服务类型价值占总价值的比例分别为3.01%、12.73%、2.21%、12.91%、9.71%、24.86%、8.92%、14.04%、7.96%和3.67%。

3.2 东江流域理论生态补偿额度的确定

3.2.1生态补偿额度的确定依据

区域生态系统服务价值就是其生态补偿的最高值,即生态补偿的上限[24]。通过对东江流域生态系统10类服务功能进行分析,将生态系统功能服务于区域和全国的部分划入补偿范围。考虑到生态系统服务中的供给服务价值在市场中需要转化为货币价值,以及气体调节、维持生物多样性等功能的外溢范围是全球性的,无法实现补偿责任的划分,所以无法将其列入最终的价值补偿。因此,该流域生态补偿主要针对气候调节、水文调节、净化环境、保持土壤和提供美学景观5种服务功能进行测度(表3)。

表3东江流域生态系统服务功能受益及补偿范围

Table3BenefitandcompensationscopeofecosystemservicesinDongjiangRiverBasin

一类服务二类服务生态系统服务功能受益者流域全国全球是否计入补偿范围 供给服务食物生产原材料生产水资源供给 调节服务气体调节气候调节 水文调节 净化环境 支持服务保持土壤 维持生物多样性 文化服务提供美学景观

3.2.2理论生态补偿总额度

根据流域各生态系统服务功能受益与补偿范围,确定东江流域各类生态系统的理论生态补偿标准(表4)。

表4东江流域生态系统理论生态补偿标准

Table 4 Ecological compensation theoretical standard for Dongjiang River Basin 亿元

2015年东江流域理论生态补偿总额度为1 047.26 亿元。生态补偿贡献率与生态系统服务价值相对应,森林生态系统的补偿额占总补偿标准的84.05%,处于绝对地位,是东江流域生态补偿的核心。水域由于具有相当高的生态价值当量,在总补偿标准中也占据一定比例,其补偿额占总补偿标准的10.01%。农田、草地、建设用地和未利用地补偿额占总补偿标准的比例分别为8.57%、2.19%、-4.83% 和0。

3.3 东江流域各县市生态补偿标准

通过引入区域生态补偿需求强度系数和生态价值折算系数估算区域生态补偿标准,根据式(5)～(6)估算东江流域19个县市生态补偿实际额度为68.73亿元。其中,东源县补偿额度最高,为16.76亿元,占总补偿额度的24.39%;其次为紫金县,补偿额度为8.11亿元,占总补偿额度的11.80%;深圳市补偿额度为0亿元,即不进行补偿;其他各县市生态补偿额度见表5。各县市生态补偿额度与当年GDP对比,均未超过各县市当年GDP,其中,东源县补偿额度占GDP比例最大,为17.95%。

表5东江流域19县市生态补偿标准

Table5Thestandardofecologicalcompensationofthe19countiesandcitiesinDongjiangRiverBasin

县市生态补偿标准/亿元占GDP比例/%占总补偿额度比例/% 东源县16.7617.9524.39 紫金县8.116.9511.80 和平县6.727.319.78 寻乌县6.6011.829.60 龙川县5.954.868.66 连平县5.646.788.21 龙门县4.692.966.83 新丰县3.805.135.52 定南县3.125.044.53 安远县2.775.294.03 惠东县2.030.392.96 博罗县1.770.322.57 兴宁市0.390.250.56 惠阳区0.210.060.31 增城市0.070.010.10 河源城区0.040.010.06 惠州市区0.040.010.05 东莞市0.0200.03 深圳市000 合计68.73—100

“—”表示无数据。

3.4 东江流域各县市生态补偿优先级

东江流域上下游经济发展水平有较大差异,各县市单位面积GDP分布见图3。根据2015年东江流域各县市经济发展水平,利用式(7)计算得到各县市ECPS顺序。东江流域各县市ECPS顺序为东源(2.18)、安远(2.17)、寻乌(2.01)、紫金(1.44)、新丰(1.24)、连平(1.22)、龙川(1.22)、和平(1.19)、定南(1.04)、龙门(0.66)、兴宁(0.66)、惠东(0.30)、博罗(0.21)、惠阳(0.04)、河源市区(0.04)、惠州市区(0.04)、增城(0.01)、东莞(0.01)和深圳(0)。其中,ECPS大于1为优先补偿区域。

图3 东江流域19县市单位面积GDP分布

4 讨论

4.1 从生态系统的生态服务贡献差异方面分析提高流域生态系统服务价值的途径

生态系统服务功能的改善对人类的生产、生活具有重大意义。然而,由于近些年东江流域经历了高速发展过程,人口密度、建设用地面积不断增加,严重破坏了流域生态系统平衡,降低了流域生态系统服务总价值。东江流域森林价值所占比例高达86.17%,在流域生态服务价值中发挥着无可替代的重要作用;而农田在流域生态服务价值中的权重较森林小,因此可适当地实施退耕还林等项目[25],从而可以大大地提高流域的生态系统服务价值。

另外,调节服务价值在各项生态服务类型中也占据重要地位,尤其是森林水文调节功能价值高达367.08亿元,再次印证了东江流域森林对于保持水量平衡、调节区域水分循环和改善水文状况等的重要性。同时较强的土壤保持功能为遏制流域土壤沙化起到了重要作用。然而,水文调节、气候调节的价值比例远低于中国生态系统相应生态服务的价值比例[26],而原材料价值却相当高,这是因为东江流域森林面积在过去的几年内减少近15%(2009年森林面积为26 928 km2)[27]。林木加工业、城镇、农村生产生活长期消耗大量森林资源以及大规模山地开发等,导致东江流域森林资源破坏严重[28],进而导致森林生态服务功能低下。因此,加强流域综合管理,优化土地利用结构,尤其是加强流域水源涵养林的建设与保护能极大地提高流域的生态系统服务价值。

4.2 从生态补偿的迫切程度方面分析有效发挥生态补偿效用的方式

通过确定区域生态补偿优先顺序,可以最大程度地发挥生态补偿效用。东江流域中上游地区地处连片贫困山区,安远县和寻乌县是国家级重点扶贫县,定南县是省级重点扶贫县。多年来,中上游地区在生态环境建设与保护方面做出了巨大贡献,生态环境保护成效较好,污染相对较少,产生的生态系统服务价值较高;同时也牺牲了一定的发展机会和经济利益,经济发展处于流域低端水平[18];因而生态补偿优先级较高。由于中上游地区生态环境建设意义重大,不能进行大规模的城镇化建设,只能选择发展对区域生态环境无破坏或有益的产业,区域经济发展受到限制。而下游地区经济发展水平较高,生态服务价值较低,因而生态补偿优先级较低。

不同经济发展水平地区进行生态补偿所受的影响差别很大,对经济较落后地区进行生态补偿可显著改善其经济环境,有利于其更好地保护生态环境;而对经济发达地区进行生态补偿,其补偿额占GDP比例较小导致收效不大[29]。因此,从获取生态补偿的迫切程度来看,生态补偿优先级较高的地区应该优先得到生态补偿,也可由生态受益区或周边发达地区对其进行生态补偿，生态补偿优先级较低的地区应当率先支付补偿，从而可以有效地发挥生态补偿的作用。这也可为当地政府制定因保护而影响发展的上游地区的生态补偿措施提供参考。

4.3 基于生态系统服务价值的生态补偿机制分析

基于生态系统服务价值进行生态补偿研究的首要问题是弄清生态系统服务价值与生态补偿之间的关系[30]。以生态服务是否外溢为参考,阐述了东江流域的理论生态补偿额度是由溢于市场之外的生态系统服务价值确定的。然而,应该提供的补偿、能够提供的补偿与需要提供的补偿之间存在一定差异,利用生态系统服务价值法计算得到的结果是应该提供的补偿额度。为了增强生态补偿的现实有效性,应根据流域生态环境需求以及经济发展状况,制定出与流域经济水平相适应的补偿方案。今后还可结合生态保护和恢复的成本、生态系统服务供求双方的补偿意愿以及需求方的补偿能力等因素,对生态补偿额度的分配做进一步探讨。

东江流域生态补偿的方式主要是财政转移支付,笔者估算的补偿结果可为流域内部政府统一调拨的纵向补偿资金分配提供参考,即在补偿资金确定的前提下,应优先对东源县补偿16.76亿元,其次为紫金县(8.11亿元),依此类推。然而具体补偿过程中的补偿方式是多元化的,由于经济补偿的资金有限,在某些情况下,实施政策补偿、技术补偿或不同方式的组合比单纯经济补偿更具现实和长远意义。

5 结论

生态系统结构功能复杂多样,对其进行定性探讨和定量分析有助于解决生态补偿标准、补偿金额高效分配等重要问题。主要结论如下:

(1) 2015年东江流域生态系统服务总价值为1 711.41 亿元。各生态系统价值由大到小依次为森林、水域、农田、草地、未利用地和建设用地。一类生态服务价值由大到小依次为调节服务、支持服务、供给服务和文化服务。二类生态服务价值由大到小依次为水文调节、保持土壤、气体调节、原材料生产、气候调节、净化环境、维持生物多样性、提供美学景观、食物生产和水资源供给。

(2) 2015年东江流域理论生态补偿总额度为1 047.26 亿元,其中,森林生态系统补偿额度占总补偿额度的84.05%,是东江流域生态补偿的核心,其次为水域,其补偿额度占总补偿额度的10.01%。各生态系统类型生态补偿额度由大到小依次为森林、水域、农田、草地、未利用地和建设用地。

(3) 2015年东江流域19县市实际生态补偿总额度为68.73亿元。各县市补偿额度由大到小依次为东源、紫金、和平、寻乌、龙川、连平、龙门、新丰、定南、安远、惠东、博罗、兴宁、惠阳、增城、河源市区、惠州市区、东莞和深圳。根据生态补偿优先级计算结果,东源、安远、寻乌、紫金、新丰、连平、龙川、和平和定南9县应优先享受生态补偿。

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