基于能值的陆域受威胁和濒危物种价值估算——以福建省厦门市为例

胡 涛,高艳妮,*,李延风,虞慧怡,王世曦,刘 鑫,杨春艳

1 中国环境科学研究院 国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室,北京 100012 2 中国环境科学研究院 环境基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012 3 福建省环境科学研究院,福州 350013 4 生态环境部信息中心,北京 100029

当前,生物多样性丧失是与人类和环境负面影响相关的全球性挑战之一[1- 3]。物种是生物多样性的基本单元[4],而濒危物种是一个保护生物学概念[5],是指短时间内灭绝率较高,具有种群小、野外数量不增的生物类群[6-7]。同时,评估物种濒危等级和确定物种保护优先序[8]是生物多样性保护的一项重要工作,其中物种保护是其核心内容[9],而濒危物种类别和濒危等级确定则是关键步骤。目前《IUCN物种红色名录濒危等级和标准》是应用最为广泛且影响深远的物种濒危确定标准[5],但濒危物种界定是一个动态更新的过程,不同评估机构及学者所理解的概念内涵不同会导致评估结果差异较大[5,7,10]。近年来,国内外学者针对受威胁和濒危物种在价值评估[11- 12]、价值体现[13- 16]、濒危程度评级[17-18]、受威胁现状及原因[19-20]、优先保育及保护序列[21-22]、就地保护状况[23-24]及自然保护区物种多样性价值评估方法与保护优先性确定[25]等方面开展了大量研究。而目前价值评估主要采用支付意愿法[26-29]、条件价值法[13,30]、成本效益法[31]、保护性支出法[32]、Shannon-Wiener指数评估法[33]及能值与Eco-exergy法[34]等多种方法,但上述评估方法在生态经济学派和环境经济学派中依然存在较大分歧[35],相比能反映出社会经济环境系统的真实财富,更能体现生态系统过程多样性和复杂性的能值评估法反而更加有效[36- 39]。此外,综合评述现阶段受威胁和濒危物种价值评估的相关研究正在从定性描述向定量评估方向转变,而评估方法也呈现多元化趋势,但也存在着概念内涵差异较大、核算标准不统一及可重复性较差等问题,导致其科学研究的实际管理决策借鉴程度较低。

因此,本研究选取受威胁和濒危物种[11- 12]作为评估对象,其包括国家保护等级、世界自然保护联盟(The International Union for Conservation of Nature, IUCN)濒危物种红色名录、濒危野生动植物种国际贸易公约(Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, CITES)附录和中国特有种等级中的各类野生动植物种。同时,运用能值法估算受威胁和濒危物种价值时,重点将能值方法引入到价值评估体系中,并对当前能值应用中的中国能值/货币比率进行修正,以及去除物种不同评价等级的重复部分。本研究有助于拓展能值核算应用范畴,充实受威胁和濒危物种价值评估方法,可以为生物多样性保护政策制订及管理提供决策支撑。

1 区域概况与数据来源

1.1 区域概况

厦门市地处24°23′—24°54′N、117°53′—118°26′E,辖有思明区、湖里区、集美区、海沧区、同安区及翔安区6 个行政区(图1),国土面积1699.39 km2,其中海域面积约390 km2。厦门市位于亚热带地区,受南亚热带海洋性季风气候影响,温和多雨,年平均气温在21℃左右,年平均降水量约为1335.8 mm,水量丰富且季节变化明显。2017年厦门全市户籍人口231.03万人,全年地区生产总值(GDP)4351.18亿元,三次产业结构为0.5∶41.7∶57.8。2017年全年空气优良天数362 d,优良率为99.18%,环境空气质量在全国(不包括港澳台)74个重点城市中排名第四,厦门湾局部海域符合第一、第二类海水水质标准占该海域总面积的69.1%,水质状况继续保持稳定趋于向好。

图1 厦门市行政区划图Fig.1 Administrative map of Xiamen City

1.2 数据来源及说明

本研究中受威胁和濒危物种主要以近百年来不同时期在厦门市全境内出现的野生动植物为主,其中植物包括裸子植物类、被子和野生蕨类的野生维管束植物,而动物包括野生哺乳类、两栖类、爬行类、鸟类和淡水鱼类等陆生野生动物。野生动植物种类及分布数据采集主要依据前人完成的以及新中国成立后专业人员在福建省开展的生态系统和生物资源的考察与调查成果,主要有以下来源：①《中国植物志》、《中国动物志》、《福建植物志》、《福建鱼类志》以及各历史时期公开发表的期刊、书籍和专著,专业人员或专业机构的内部调查资料,其他公开发表文献中的物种分布信息等;②各研究机构和大学的植物标本馆及动物标本馆馆藏标本采集信息,部分信息在线查询中国数字植物标本馆(http：//www.cvh.org.cn);③通过实地调查收集物种标本。野生动植物名录来自中国科学院生物多样性委员会主编的《中国生物物种名录》(Catalogue of Life China)2011版,而物种濒危等级确定主要参考《IUCN物种红色名录濒危等级和标准》、《濒危野生动植物种国际贸易公约》、《中国物种红色名录》、《中国生物多样性红色名录》及《濒危物种红色名录》等。此外,能值核算过程中需要的社会经济数据来源于《2011年中国统计年鉴》,环境污染数据来源于《2011年中国环境统计年鉴》。

2 研究方法

本研究在Odum[40]提出的能值理论基础上改进了受威胁和濒危物种价值评估方法,整个运算流程如下：首先,计算单个物种能值转换率;其次,构建不同濒危等级指数评估模型,并采用逐级分类筛选方式解决重复性计算问题;最后,通过社会经济环境系统的能值分析指标体系,计算中国能值/货币比率,从而得到不同濒危等级物种的能值货币价值。

2.1 单个物种能值转换率

在地球生物圈2×109a的地质进化历史中有1.5×109个物种形成[40- 41],应用Brown等[42]2010年的年地球生物圈能值基准值(15.2×1024sej/a),并以研究区面积占地球表面积修正得到厦门市单个物种能值转换率,计算公式如下：

(1)

式中,τ指某一区域中单个物种的能值转换率(sej/种),Eb指地球生物圈年能值基准值(sej/a),μ指历史中物种形成数量(种),σ指地质年代的时间(a),θ为研究区国土面积占地球表面积的比例。

2.2 濒危等级评估

本研究评估方法是在王兵等[33,43]所提出的Shannon-Wiener指数评估法基础上进行改进,结合表1中的濒危等级指数,按照中国特有种、IUCN受威胁和濒危物种,国家保护Ⅰ级和Ⅱ级,CITES附录Ⅰ、Ⅱ级和Ⅲ级的先后顺序,分类筛选确定各濒危等级的物种数(表2),特别说明国家保护等级和CITES附录等级按照IUCN濒危等级指数中“近危(NT)”计算,美元与人民币采用当年平均汇率转换,其各项公式如下：

公式一：受威胁和濒危物种总价值估算方法：

U0=U1+U2+U3

(2)

式中,U0为厦门市受威胁和濒危物种总价值(元),U1为中国特有物种年物种保育价值(元),U2为IUCN受威胁和濒危种年物种保育价值(元),U3为同属中国特有物种和IUCN受威胁和濒危物种的年物种保育价值(元)。

公式二：只属于中国特有物种价值估算方法：

(3)

式中,U1为中国特有物种价值(元);Bn为评估区域内物种n的中国特有种指数(表1),一般取值为2 ;n为纳入计算的只是中国特有种指数物种数(表2)(种);τ指单个物种能值转换率(sej/种),EMR指某一区域的能值/货币比率(sej/＄)。

公式三：只属于IUCN受威胁和濒危物种价值估算方法：

(4)

式中,U2为IUCN受威胁和濒危物种价值(元);Em为评估区域内物种m的濒危指数(表1) ;m为纳入计算的只是IUCN受威胁和濒危物种数(表2)(种);τ指单个物种能值转换率(sej/种),EMR指某一区域的能值/货币比率(sej/＄)。

表1 受威胁和濒危物种等级赋值标准和特有物种分布范围

表2 不同等级物种数及评估方法

公式四：同属中国特有种、IUCN受威胁和濒危物种价值估算方法：

(5)

式中,U3为同属中国特有物种、IUCN受威胁和濒危物种价值(元);Em为评估区域内物种x的濒危指数(表1);Bn为评估区域内物种y的中国特有种指数(表1) ;x为纳入计算的濒危指数物种数(表2)(种),y为纳入计算的中国特有种指数物种数(表2)(种);τ指单个物种能值转换率(sej/种),EMR指某一区域的能值/货币比率(sej/＄)。

2.3 中国能值/货币比率

本研究中国能值/货币比率确定主要参考《中国经济持续发展水平的能值分析》[44]一文中的分类体系并稍作修改(表3),结合当前能值研究中发现在可更新资源和货币流两个部分都存在重复计算的问题[45- 46],采取这两个部分的最大项作为其单项的数值,并利用已有研究[44,47-48]的能值转换率参数计算能值量,计算公式如下：

式中,EMR指某一区域(中国)的能值/货币比率(sej/＄),EM指一个国家或地区的总能值(sej),GDP指当年的国内生产总值(＄)。

表3 中国社会、经济和环境系统能值分析表(2010年)

3 结果与分析

3.1 厦门市受威胁和濒危物种种类及状况

厦门市陆域纳入计算的野生动植物物种数为1444种(表4),其中动物有5纲35目106科211属325种,植物有9纲62目190科679属1119种。动物物种中,属于国家Ⅰ级的物种数有2目3科5种,国家Ⅱ级的物种数有12目16科29种;属于福建省重点保护的物种数有10目14科26种,属于中国特有物种数有15种。

表4 厦门市陆域野生动植物濒危物种数及濒危等级

《IUCN物种红色名录濒危等级和标准》中收录的属于“极危(CR)”为3种、“濒危(EN)”为12种、“易危(VU)”为24种和“近危(NT)”的物种数为26种;植物物种中,属于国家Ⅰ级的物种数有1目1科1种,国家Ⅱ级的物种数有9目12科14种;属于福建省重点保护的物种数有4目4科4种,属于中国特有的物种数为182种。《IUCN物种红色名录濒危等级和标准》中收录的属于“极危(CR)”物种数为5种、“濒危(EN)”物种数为2种、“易危(VU)”物种数为26种和“近危(NT)”物种数为19种。

此外,为避免重复计算导致结果偏差较大,逐级分类筛选之后发现属于濒危种而非特有种的“极危(CR)”、“濒危(EN)”、“易危(VU)”及“近危(NT)”等级的物种数分别为4、16、36种和41种,属于特有种而非IUCN濒危中“极危(CR)”、“濒危(EN)”、“易危(VU)”及“近危(NT)”等级的物种数分别为4、0、14种和4种;属于国家保护Ⅰ级和Ⅱ级、非特有、非IUCN受威胁和濒危的物种数为21种,属于CITES、非IUCN受威胁和濒危、非特有的物种数为6种,这两个部分物种濒危等级按照等同于IUCN濒危等级中“近危(NT)”等级。

3.2 厦门市受威胁和濒危物种能值与价值评估结果

经估算厦门市国土面积占地球表面积约为3.33×10-6,采用公式(1)计算地球上单个物种的能值转换率为2.03×1025sej/种,2010年中国国内生产总值为4.13×1013元,中国社会、经济与环境系统能值总量为7.49×1025sej,而采用公式(6)计算得到中国能值/货币比率为1.87×1012sej/＄,与已有研究[44,47]相比中国能值/货币比率体现出中国经济发展的应有水平。基于上述参数采用公式(2)估算得到2010年厦门受威胁和濒危物种的能值为5.74×1023sej,能值货币价值为3.08×1011元。由于存在通货膨胀影响,以2010年为不变价,采用居民平均消费价格调整系数1.15估算得到2015年能值货币价值为3.53×1011元,2015年相比2010年增加4.54×1010元。

同时,通过公式(3)—(5)逐级分类筛选估算同为中国特有物种、IUCN濒危等级物种,仅为中国特有物种,仅为IUCN濒危等级物种,仅为国家保护等级,仅为CITES附录等级物种能值分别为1.52×1022、1.33×1023、4.21×1023、4.40×1021sej和6.48×1020sej,其中2010年能值货币价值分别为8.12×109、7.15×1010、2.25×1011、2.36×109元和3.47×108元,而2015年能值货币价值分别为9.32×109、8.21×1010、2.59×1011、2.70×109元和3.99×108元。此外,上述结果对比发现,仅为中国特有种占受威胁和濒危物种能值价值占比最多为73.25%,其次为IUCN濒危等级物种占比为23.24%,CITES附录等级占比最少为0.11%,不同保护等级能值与价值评估结果差异较大,而受威胁和濒危物种数和濒危等级指数是决定价值量估算的关键因素。

3.3 厦门市受威胁和濒危物种不同等级保护成效分析

采用公式(2)—(4)估算厦门市境内2010年不同濒危等级的陆域受威胁和濒危物种的能值货币价值如表5所示,其中国家保护等级中受威胁和濒危的动物和植物能值货币价值分别为5.41×109元和1.36×109元,动物是植物的3.99倍;CITES附录等级中受威胁和濒危的动物和植物能值货币价值分别为3.62×109元和5.41×109元,植物是动物的1.50倍;IUCN濒危等级中受威胁和濒危的动物和植物能值货币价值分别为3.10×1010元和2.10×1010元,动物是植物的1.54倍;中国特有种等级中受威胁和濒危的动物和植物能值货币价值分别为2.17×109元和2.44×1011元,植物是动物的112.22倍。

以上结果表明,4个不同的保护等级所计算出的受威胁和濒危物种能值货币价值差别较大,呈现出不均衡状况,其中最大为2.44×1011元,最小为1.36×109元,也表明各类保护等级中受威胁和濒危动物要比植物的能值货币价值变化较小;国家保护等级和IUCN濒危等级中对受威胁和濒危动物的保护作用高于植物,而CITES附录等级和中国特有种等级中正好相反,其中中国特有种等级中两者差距最大,也说明厦门陆域中中国特有种植物较多且濒危等级也较高;IUCN濒危等级和中国特有种等级对厦门市受威胁和濒危物种的保护成效显著,国家保护等级和CITES附录等级保护成效相对较弱。此外,对比分析也表明厦门市作为滨海城市,也是一个典型开放的生态系统系统,其独特的地理区位和气候条件加速区域内物质能量代谢,造成在地球生物圈进化过程中形成了许多区域特有物种,而中国特有种等级也凸显了保护受威胁和濒危野生动植物的作用。

表5 厦门市陆域不同濒危等级的能值货币价值

4 讨论

4.1 能值价值评估法的主要问题与应用前景

能值(Emergy)是某一产品或劳务形成过程中直接或间接投入应用的一种有效能(Available Energy)总量[41,48],现阶段能值价值评估法也存在如下几方面问题：①能值/货币比率是一个动态变化的,统计数据的缺失或不真实会导致核算结果误差,不同研究对象和系统边界会导致数值会存在较大差异;②地球能值基准值有待考究,目前地球生物圈能值基准值有Odum[40]和孟范平等[41]的9.44×1024sej/a、Brown[42,49]的15.2×1024sej/a和 12.0×1024sej/a等多套结果,依然缺乏一套较为公认的结果;③能值分类体系所包含类别不统一,具体指标的能值转换率参数基本上来自于文献及前人的研究成果,对于生态经济系统的能值分析而言会存在多样变化而导致结果可信度偏低;④能值理论有待进一步扩展与延伸,能值核算已从人类中心论到生态中心论的环境伦理观的转移阶段[50],这与能值方法所定义的内涵范畴相吻合,但增加了标准化应用的难度。

因此,后续研究中应积极研制一套统一建立起能值与价值联系的能值货币比率快速核算方法,从而为当前我国提出的自然资源资产负债表,官员离任审计以及生态系统与生物多样性经济学(The Economics of Ecosystems and Biodiversity, TEEB)主流化提供一定参考价值。同时,本研究中只是评估了陆域受威胁和濒危物种,对海洋受威胁和濒危物种并未纳入,由于海陆物种栖息环境的差异,调查与统计手段不同,如何构建海陆统筹的评估模型使得陆地和海洋受威胁和濒危物种具有可比性是未来可进一步深入探究领域。此外,能值方法作为一种系统生态学方法,可从单一受威胁和濒危物种在栖息环境中的能流图着手分析其生态过程,也可进一步了解物种栖息地变化及其扰动状况,从而更有针对性提出物种保育管理措施。

4.2 物种濒危等级界定有待规范与及时更新

濒危等级界定是确定物种优先保护顺序和制订受威胁和濒危物种保育策略的重要依据[33,43],目前存在等级划分标准不统一[7,51],多管齐下,给价值评估造成很大难度。同时,以厦门市陆域为案例的研究中,普通物种占比77.98%,而受威胁和濒危物种比重较小,表明存在较多物种并未进行濒危等级界定,而受威胁和濒危物种的濒危等级直接影响价值估算结果。此外,物种多样性调查是一项十分复杂的工作,需要投入更多人力物力资源,一些常规生态学样方调查及生态系统综合观测站的实测数据应用可为未来研究提供支撑作用。而且,物种多样性及受威胁和濒危物种的保育机制与它们栖息生境相关,生境质量变化影响物种种群数量变化,当前随着现代城镇化率水平不断提升,人类活动空间不断挤压生态空间导致物种栖息地不断缩减,物种锐减速率加快。已有研究报告也指出现有的各类物种保护名录未能及时准确覆盖我国的受威胁和濒危物种,亟需更新[52]。

因此,后续研究中应综合对比已有受威胁和濒危物种界定标准,结合我国实际情况出台受威胁和濒危物种定级规范[18]。当前我国出台了《中华人民共和国野生动物保护法》,相比美国1973年出台的《濒危物种法案》,我国法律对受威胁和濒危的植物和海洋生物保护力度不足,亟需形成受威胁和濒危物种名录制度、栖息地保护制度及野生动物保护税费制度等相关法规保障体系[53]。由于物种濒危等级界定是一个动态变化的过程,积极开展生态系统红色名录数据库建立很有必要[54]。此外,受威胁和濒危物种价值评估模型离不开基础数据支撑,特别是及时更新物种红色名录,确定受威胁和濒危物种等级状况,分析物种丰度及种群密度,注重在更深层次探究受威胁和濒危物种形成及变化机制,以及物种多样性与社会自然因素的耦合关系等。

4.3 加大受威胁和濒危物种的保护成效分析

通过将纳入计算的受威胁和濒危物种及普通物种按照能值法估算能值总量为6.50×1023sej,其中2015年价值总量为4.00×1011元,相当于厦门市当年GDP的近四分之一;2010年为3.48×1011元,相当于厦门市当年GDP的1.5倍;受威胁和濒危物种能值与价值都占总值的88.31%,表明受威胁和濒危物种保护成效显著。同时,以物种大面积濒危为特征的生物多样性危机是目前人类面临的严重危机之一[55],加大受威胁和濒危物种的保护成效分析意义更加突出,当前研究主要关注自然保护地[9]、濒危物种拯救[56]及自然保护区[25,57]等方面的保护成效分析,缺乏对不同保护等级受威胁和濒危物种保护成效的对比分析,因此有学者提出可设立“珍稀濒危物种保护成效评价技术导则”[58]。此外,现阶段我国也面临着生物多样性国际履约[59]、IPBES[60](The Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)及TEEB[61]等生物多样性保护主流化议题,因此加强受威胁和濒危物种的价值评估和不同保护等级的保护成效分析有助于国际谈判和提高公民意识,推动全社会对生物多样性保护的重视与参与。

5 结论

(1) 经估算2010年中国社会-经济-环境系统能值为7.49×1025sej/a,能值/货币比率为1.87×1012sej/＄,地球上单个物种能值转换率为2.03×1025sej/种。

(2)借鉴能值方法增加濒危等级的厦门市陆域受威胁和濒危物种能值量和价值量估算结果显示,去重复性计算能值总量为5.74×1023sej,其中2015年能值价值约为3.53×1011元,2010年能值价值约为3.08×1011元。

(3)中国特有种等级对受威胁和濒危物种价值估算贡献最大,占比为73.25%;其次为IUCN濒危等级,占比为23.24%;国家保护等级和IUCN濒危等级中受威胁和濒危动物的保护成效优于植物,而CITES附录等级和中国特有种等级正好相反;不同保护等级价值评估结果对物种保护成效作用显著,但国家保护等级和CITES附录等级对濒危物种价值估算贡献力度有限。

致谢：感谢厦门市环境保护局在实地调研中提供的帮助,中国环境科学研究院李俊生研究员帮助写作，特此致谢。