基于生态产品价值核算的跨界流域生态补偿标准测度

刘 洋,宋文捷,丘水林,林 蔚

(1.广东多源地理信息服务有限公司,广东 肇庆 526060;2.华南农业大学 林学与风景园林学院,广东 广州 510642;3.福建社会科学院习近平生态文明思想研究所,福建 福州 350001)

流域上游地区是“绿水青山”的保护者、下游地区是“金山银山”的受益者[1]。上游地区为提升下游乃至整个流域生态产品生产能力做出了巨大贡献,然而流域下游在享受上游提供的优质生态产品的同时并没有予以应有的经济激励,造成流域局部地区的生态环境日趋恶化[2]。流域生态补偿受偿主体往往是生态基底良好区域,功能发展定位多属于限制开发或禁止开发,经济发展基础非常薄弱,为调节生态保护者与受益者之间的经济利益关系,建立生态补偿机制对流域生态环境治理和区域协同发展十分重要[3]。从“两山论”首次提出,到《关于建立健全生态产品价值实现机制的意见》发布,生态补偿是实现“绿水青山”价值转化的重要机制,中央多次强调要建立和完善横向生态补偿机制[4]。

生态产品价值核算是实施生态补偿的前提与依据,实物量核算一般可分为过程模型法和当量因子法,各有应用价值和局限性。如当量因子法能够涵盖多种生态系统服务功能,在构建对应的价值当量后,即可结合生态系统面积进行评估,简单易行、数据需求少,适用于大面积流域尺度的价值评估[5]。InVEST模型以其对多种生态系统服务良好的时空分析表达能力得到学界认可,但也存在过程模型的敏感性分析和补偿时间跨度研究的不足[6]。价值量核算方面,模拟市场法与替代市场法可操作性强,但容易受到众多主观因素影响导致结果存在较大不确定性[7]。需要指出的是,以往基于生态系统功能价值评估的结果一般偏高[8],如果直接作为生态补偿核算依据,将导致下游面临极大的支付压力。因此,厘清生态产品价值评估的范畴,引入需求强度系数和生态产品价值折算系数,能够修正生态补偿标准的区域差异[5]。

由于跨界流域国土空间隶属于不同行政主体,横向生态补偿政策缺位将导致矛盾日益尖锐[9]。近年来,跨界流域生态补偿研究日渐增多,在冲突成因[10]、补偿标准[8]、治理模式[11]等方面取得了丰硕成果。然而,目前在补偿依据方面侧重水质等单一指标[9],并未全面考虑生态系统功能及其对应的生态产品价值,核算指标具体算法、数据来源等尚未统一,导致生态补偿标准难以核算,未能有效保护生态产品并提升供给能力。且相当部分研究采用基于生态系统服务价值的静态评估,导致结果存在一定片面性,亟需探讨跨界流域以生态产品价值评估为基础的生态补偿动态测度。增江属于珠江水系东江支流,系粤港澳大湾区外围生态屏障区,也是广州市增城区和惠州市龙门县的界河。本研究以典型跨界流域增江为例,分别核算2010、2015、2020年生态产品价值,全面认识生态产品时空变化趋势,结合区域社会经济状况优化补偿标准,为跨界流域建立完善、合理、有效的生态补偿机制提供科学依据与决策参考,同时也为探索生态产品价值实现路径做出贡献。

一、研究区概况

增江总长度为203公里,流域面积3 160平方公里。增江流域上游龙门县因保护环境和下游水源供给等因素放弃了许多的发展机会,全县经济总量在珠三角城市群处于末位。而下游的增城区人口密集,有着良好的区位条件及政策优势,经济发展水平较为优越,其发展必需的水量水质均有赖于区域生态保护。2010、2015、2020年增城区GDP总量与人均GDP均高于龙门县,虽然自2010年以来统计指标显示差距有所缩小,但流域上下游社会经济发展依然不均衡(见表1)。

二、 数据来源与研究方法

(一)数据来源

本研究所需数据主要包括土地覆被、气象、土壤、社会经济等类型(表2)。通过对数据进行统一投影和转换、重采样、按掩膜提取等分析,构建研究所需数据库。

(二) 研究方法

1.生态产品价值核算。参考《生态产品总值核算规范》框架,生态产品主要包括物质供给、调节和文化服务。借鉴国内生态产品总值核算试点和生态补偿有关标准规范,结合研究区特点,构建增江流域生态产品价值核算指标体系(表3):其中,物质供给价值核算体系由食物生产、原材料生产、水资源供给3项组成,调节服务由碳固定、土壤保持、水质净化3项主导调节服务指标组成,文化服务选择美学景观价值。调节服务分别从生态产品价值实物量和价值量2个步骤进行核算后加总,物质供给和文化服务采用生态服务价值当量因子法直接计算价值量。

表3 增江流域生态产品价值核算指标体系

(1)碳固定。InVEST模型中根据不同土地利用覆被类型地上、地下、土壤、枯落物4种碳库的平均碳密度乘以各土地利用覆被类型的面积来计算生态系统碳储量。总碳储量由下式计算:

Ctotal=Cabove+Cbelow+Csoil+Cdead

(1)

式中,Ctotal为总的碳储量,单位:吨;Cabove为地上碳密度;Cbeloww为地下碳密度;Csoil为土壤碳密度;Cdead为枯落物碳密度。

碳密度参考已有研究成果中与研究区相似地区的成果[12-13],具体见表4:

表4 增江流域碳密度 吨/公顷

研究区碳固定价值量采用市场价格法进行评估,参考已有研究成果,选取57.69元/吨做为单位碳储量的价值[14]。计算公式为:

(2)

式中,V碳是碳固定的价值量(元);Q碳是碳的储存量,单位吨;P碳是碳交易的价格(元/吨)。

(2)土壤保持。土壤保持量,即生态系统减少的土壤侵蚀量(用潜在土壤侵蚀量与实际土壤侵蚀量的差值测度)。土壤保持量核算主要基于修正的通用水土流失方程(RUSLE)计算,具体公式为:

Q=RKLS-USLE=R×K×LS×(1-P×C)

(3)

式中,Q为土壤保持量(吨/年);R为降雨侵蚀力因子[兆焦耳/(公顷·小时·年)],用多年平均年降雨侵蚀力指数表示;K为土壤可蚀性因子,通常用标准样方上单位降雨侵蚀力所引起的土壤流失量来表示;LS为坡长坡度因子(无量纲),C为植被覆盖和管理因子(无量纲),P为水土保持措施因子(无量纲)。

降雨数据空间插值处理后,按照如下公式计算出月降雨侵蚀力因子,最后相加得出年降雨侵蚀力因子[15]:

(Pm≥8.7毫米)

(Pm<8.7毫米)

(4)

式中,Rm为第m个月的降雨侵蚀力;Pm为该月降雨量。

土壤可蚀性因子反映了土壤对侵蚀的敏感度,分辨率30米。DEM数据分辨率30米。生物物理参数数据包括植被覆盖与管理因子和土壤保持措施因子,该数据参考已有的研究成果[16],如表5所示。

土壤保持的价值量采用处理淤泥的成本进行表征,成本参考严有龙等研究成果[6],使用8.10元/立方米,淤泥按照1立方米为1.50吨转换。计算公式为:

(5)

式中,V土壤是土壤保持的价值量,单位:元;Q土壤是土壤保持量,单位:吨;P淤泥是淤泥处理成本,单位:元/立方米。

(3)水质净化。水质净化功能核算依据污染物浓度是否超过地表水水域环境功能和保护目标而选择不同的方法。增江流域污染物浓度未超过地表水水域环境功能标准限值,可采用污染物排放量核算实物量。污水排放量从各城市水资源公报、国民经济和社会发展统计公报、生态环境部门获取。水质净化的价值量等于所有污水排放量总处理成本。污水处理价格参考已有研究成果[17],取2.85元/吨。计算公式为:

V污水=Q污水×P污水

(6)

式中,V污水是水质净化的价值量,单位:元;Q污水是污水排放量,单位:吨;P污水是污水处理成本,单位:元/吨。

(4)物质供给与文化服务。参考已有研究成果[5],运用当量因子法计算食物生产、原料生产、水资源供给和景观美学价值,单位当量的经济价值按照研究区主要粮食作物的价值确定。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:

(7)

式中,pi为第i种作物全国平均价格(元/吨);qi为第i种作物单产(吨/公顷);mi为第i种作物面积(公顷);M为n种作物总面积(公顷)。

基于式(7)计算得到一个当量因子的经济价值为2 396.05元/公顷,当量因子见表6。

表6 生态系统服务当量因子表

流域生态系统服务价值是根据各类生态系统面积和对应生态系统服务当量因子得出的,计算公式为:

(8)

式中,Ea是一个当量因子的经济价值,单位元/公顷;ei是i类生态系统对应的当量因子;Si是i类生态系统的面积(公顷)。

2. 生态补偿优先级及生态补偿标准计算。生态补偿优先级(Eco-Compensation Priority Sequence,ECPS)表示不同区域对生态补偿资金所需要的迫切程度,指某个区域单位面积生态系统服务的非市场价值与单位面积GDP比值[18-19],本研究借鉴了该指数并进行修正,计算公式为:

ECPS=GEPn/GDP

(9)

式中,GEPn为单位面积的生态产品总值,GDP代表各区县单位面积地区生产总值,ECPS越大,表示获得生态补偿的迫切程度越高。

为减缓单位面积GDP较低地区因追求发展而牺牲生态环境的风险,在支付能力有限情况下,应优先考虑对生态补偿需求更迫切地区投入补偿资金。基于此,引入生态产品价值折算系数和生态补偿需求强度对生态系统服务价值进行调整,得到最后的生态补偿标准。生态补偿需求强度则通过修正生态补偿优先级计算获取[5],计算公式为:

Ri=GEPn×k×ti

(10)

ti=2×(arctanECPS)/π

(11)

式中,Ri是i地区的生态补偿标准,GEPn是单位面积生态产品总值,k是生态产品价值折算系数,结合研究区实际情况与已有研究[20]选择15%,ti是i地区生态补偿需求强度。

三、生态产品价值核算与生态补偿实证结果与分析

(一) 生态产品价值核算结果

1. 调节服务价值。(1)碳固定。碳固定总量计算结果如图1所示,3个时间节点均超过3 000万吨,其中上游龙门县所占比例均超过64.5%,2010—2020年呈微弱下降趋势,林地碳固定量占整个龙门县碳固定的95%,说明林地对于碳固定至关重要;而下游增城区则出现先上升后下降的趋势,这与林地在2010—2015年期间先增加,而又在2015—2020年期间减少有关。碳固定价值核算结果显示(图2),流域价值总量均在64亿元以上,2010—2020龙门县碳固定及其生态系统服务价值总体呈现微弱下降趋势,这可能是由于林地向耕地类型转换导致。

图1 增江流域碳固定实物量

图2 增江流域碳固定价值量

2010、2015、2020年增江流域碳固定总量分别为3 057.13万吨、3 057.21万吨、3 026.14万吨。其中2010、2015、2020年龙门县碳储量分别为1 981.91万吨、1 971.79万吨、1 955.07万吨,林地碳固定量占整个龙门县碳固定量的95%,说明林地对于碳固定至关重要。2010、2015、2020年增城区碳储量分别为1 075.21万吨、1 085.42万吨、1 071.07万吨,林地碳固定量占整个增城区碳固定量的80%。

龙门县2010、2015、2020年碳固定价值分别为41.92亿元、41.71亿元、41.36亿元,总体呈现微弱下降趋势,主要与主要土地利用类型为林地以及林地与耕地之间的土地利用转换有关。增城区2010、2015、2020年碳固定价值分别为22.74亿元、22.96亿元、22.66亿元,呈现先上升后下降的趋势,这与林地在2010—2015年期间先增加,而后又在2015—2020年期间减少有关。

(2)土壤保持。2010、2015、2020年增江流域土壤保持总量(图3)分别为0.56亿吨、0.55亿吨、0.43亿吨。其中龙门县土壤保持量分别为0.41亿吨、0.4亿吨、0.31亿吨,各类土地利用类型中林地对土壤保持的贡献最大。2010、2015、2020年增城区土壤保持总量分别为0.15亿吨、0.14亿吨、0.12亿吨,分析结果显示林地对增城区土壤保持至关重要。

图3 增江流域土壤保持实物量

价值核算结果显示(图4),2010、2015、2020年龙门县土壤保持价值分别为2.23亿元、2.15亿元、1.67亿元,总体呈现下降趋势,这与研究期间龙门县林地面积减少以及2020年降雨较往年偏少有关。2010、2015、2020年增城区土壤保持价值分别为0.78亿元、0.76亿元、0.64亿元,总体呈下降趋势。

(3)水质净化。根据各地市水资源公报、国民经济和社会发展统计公报和生态环境管理部门统计数据得出2010、2015、2020年污水排放量,龙门县污水排放量分别为0.24亿吨、0.18亿吨、0.19亿吨。利用替代成本法计算出龙门县水质净化价值分别为0.684亿元,0.513亿元,0.541亿元。增城区污水处理量分别为2.02亿吨、2.01亿吨、1.45亿吨。利用替代成本法计算出增城区水质净化价值为5.757亿元,5.729亿元,4.133亿元。

2.物质供给。基于当量因子法,计算得到龙门县与增城区食物生产、原材料生产和水资源供给价值。其中食物生产价值量变化不大(图5),2010、2015、2020年龙门县分别为3.459亿元、3.466亿元、3.486亿元,增城区分别为2.662亿元、2.621亿元、2.632亿元;流域原材料生产价值量先上升后下降(图6),增城区2010、2015、2020年价值量呈同样变化趋势,分别为8.752亿元、8.913亿元、8.619亿元,而龙门县呈下降趋势,价值量分别为18.472亿元、18.332亿元、18.09亿元;水资源供给方面(图7),受到增城区2020年价值量快速下降的影响(2015—2020年快速发展,建设用地面积激增),流域总值也下降非常明显,龙门县下降趋势稍缓,2010、2015、2020年价值量分别为1.471亿元、1.394亿元、1.213亿元。

图5 增江流域食物生产价值量

图6 增江流域原材料生产价值量

图7 增江流域水资源供给价值量

3.文化服务。基于当量因子法计算得到流域景观美学价值呈先上升后下降的趋势(图8),主要来自于水域和建设用地的贡献。龙门县2010、2015、2020年价值量分别为4.177亿元、4.162亿元、4.118亿元,虽然逐年下降,但均占整个流域的60%以上,增城区分别为2.525亿元、2.58亿元、2.543亿元,呈先上升后下降趋势。

图8 增江流域景观美学价值量

(二) 生态补偿标准

2010、2015、2020年龙门县生态产品价值如表7所示,分别为72.413亿元,71.727亿元,70.478亿元,总体呈下降趋势。结合龙门县GDP计算可得2010、2015、2020年生态补偿优先级分别为1.05、0.452、0.425,生态补偿标准分别为5.599亿元、2.909亿元、2.705亿元。

表7 2010、2015、2020年增江流域生态产品价值核算结果 亿元

2010、2015、2020年增城区生态产品价值分别为44.096亿元,44.206亿元,41.326亿元,呈先上升后下降趋势。结合增城区GDP计算可得增城区2010、2015、2020年生态补偿优先级分别为0.065、0.047、0.039,生态补偿标准分别为0.274亿元、0.197亿元、0.153亿元。

增江流域上游龙门县生态产品价值有所下降,但其贡献依然突出,且龙门县的生态补偿优先级显著高于增城区,应优先对龙门县进行生态补偿,可直接提高受偿区人民生活水平;下游增城区经济发展水平相对较高,作为生态受益区可率先支付补偿,有效发挥生态补偿的作用,改善区域经济发展不平衡的格局,促进增江流域的社会经济和生态环境协调发展。

四、结论与政策建议

本文以增江流域为例,通过遴选物质供给、调节、文化类核心指标构建核算框架体系,综合运用过程模型法、当量因子法评估增江流域生态产品价值,引入生态补偿优先级量化上游龙门县和下游增城区的生态补偿需求程度,并进一步调整生态补偿标准,主要研究结论如下:(1)龙门县和增城区2010、2015和2020年生态产品价值分别为72.413亿元、71.727亿元、70.478亿元和44.096亿元、44.206亿元、41.326亿元,生态产品的主要价值来源于碳固定,各年份占比均超过50%;(2)2010、2015、2020年龙门县生态补偿优先级分别为1.05、0.452、0.425,生态补偿标准分别为5.599亿元、2.909亿元、2.705亿元;2010、2015、2020年增城区生态补偿优先级分别为0.065、0.047、0.039,龙门县的生态补偿优先级显著高于增城区。生态产品价值核算是构建跨界流域横向补偿机制的基础,未来应结合本底特征和社会经济发展水平,进一步拓展生态产品价值实现模式,推动上下游高质量发展,有效弱化生态产品供给地与受益地经济发展与环境保护的矛盾,促进区域间生态环境共建,绿色发展惠益共享。

上述结论蕴含如下政策含义。

1.调节类生态产品价值与土地利用类型及面积密切相关,随着人口增长和城镇化进程的推进,龙门县和增城区在2010—2020年期间均有部分林地转变为建设用地和其他用地,而林地对生态产品价值起到显著提升作用,导致这3项指标核算结果减小。增江流域应优化布局农业、生态、城镇等功能空间,统筹区域协调发展和空间需求,按照绿色集约发展要求划定城镇开发边界,着力构建支撑区域经济高质量发展的国土空间格局,通过国土空间开发格局优化提升生态产品价值。建议利用丰富的林业资源,大力发展绿色产业,深入实施商品用材林、名贵经济林木与竹业花卉、林产工业、森林旅游工程,积极扶持现代竹业、苗木花卉、林下经济、森林步道项目建设,创新合作经营模式,持续推进森林碳汇,提高生态公益林经济补偿标准,稳步提升生态产品价值。

2.为精准支撑跨界流域生态补偿机制构建,未来有必要加强土壤因子、碳储量等数据定期监测,并加强与相关部门沟通以获取更加准确全面的数据,进一步增强生态产品价值核算的准确性,确保生态补偿标准的可靠性。政策研究应该着重建立可对比的生态产品价值与对应指标评估体系,包括评估指标选取的综合性、可靠性、可用性以及可选用的评估方法,必要时应协同政府部门、领域专家和公众参与,对指标体系进行磋商和遴选,使得生态补偿标准的评估更加准确和权威,提高跨界流域实施生态补偿的科学性和有效性。应优先对龙门县进行生态补偿,建议后续生态补偿标准可基于动态评估提出,若监测数据允许应增加时间节点,每年评估生态产品价值变化,更加符合流域支付方和受偿方的需求和接受度;完善横向生态补偿相关理论和具体实施路径,从而真正达到流域上下游协调发展,支撑流域区内全方位高质量发展。

3.在严格保护生态环境前提下,鼓励采取多样化模式和路径,科学合理推动生态产品价值实现。上游龙门县拥有丰富的自然资源和良好的生态环境,对发展大健康医药产业具有较大的潜力和优势,应以大健康产业为重点抓手,着力构建“健康+业态”模式,如健康服务业、健康制造业、健康农业,构建有本地特色的健康产业体系。同时打造增江沿河文旅经济带,构建自然风光与人文特色深度融合的生态休闲景观带,引入“生态+农业”“生态+旅游”等新业态模式,助力生态产品价值实现。作为首批省级生态县,龙门县应错位发展,要把当地的生态优势充分发挥出来。在发展当中既要把生态环境保护好,更要开发利用好,并在此基础上提质增效,发挥好龙门的生态优势。下游增城区应鼓励发展绿色生态农林业,积极发展绿色低碳农业,以高产减碳为发展目标,以荔枝、丝苗米、迟菜心等特色产业发展为重要抓手,推广绿色低碳种植。增城区可利用丰富的林业资源,逐步形成以“森林康养旅游”为龙头,以“林下种养”为基础,以林产品采集加工为辅助的林下经济产业体系发展模式。整个增江流域应重点创新生态产品与文化服务,推进自然资源高效利用,健全生态产品经营开发机制,构建绿色发展的制度框架。提高跨行政区域生态补偿协商效率,如设立流域管理机构(横向协商平台),引导龙门县和增城区建立生态补偿信息互通机制。探索建立多种生态补偿方法,不仅是资金补助,还可以通过与对口单位合作、产业转移、人力资源培训、购买生态产品和服务等方式,增加支付方与受偿方的合作维度,提升双方对于生态补偿的满意度,提升受偿地区的自我造血能力。此外,跨界流域要形成以高质量发展为主导的考核指标体系,根据基础条件、资源禀赋和发展阶段,各尽所能、各展所长,优化发展核心区,把重点拓展区培育成新的增长极,把生态优势区保护好,有力推动区域协调发展。