基于“消费-产出”生态足迹模型的长江经济带生态补偿量化研究

凌丹丹,陈军飞,2,3,吕周洋,丁童慧

(1.河海大学商学院,江苏 南京 211100; 2.长江保护与绿色发展研究院,江苏 南京 210098;3.江苏长江保护与高质量发展研究基地,江苏 南京 210098)

长江经济带是我国生态文明建设的先行示范带,具有丰富的生态资源和强大的生态屏障功能,是支撑我国经济社会各方面可持续发展的重要战略基础[1]。近年来,由于长江经济带经济发展与生态保护之间的矛盾愈加突出,促进两者协调稳步发展的现实需求越发迫切,党中央密集出台了一系列支持长江经济带生态保护及修复的政策,在长江经济带生态补偿工作中发挥了重要的指导作用。《中华人民共和国长江保护法》指出,要通过生态内部化手段来解决外部性环境问题,对长江干流及其重要支流的重点生态功能区域进行补偿,并建立生态补偿机制,是建设生态文明的重要环节[2]。生态环境部指出,“十四五”期间是生态文明建设的重要窗口期,需加快确定统一的生态补偿标准,建立全国统一的生态产品价值实现机制,增强生态系统的整体功能。长江经济带应利用好这个窗口期,使其成为引领我国生态优先、绿色发展的强大力量。

生态补偿是指因一方做出的生态保护行为产生的环境正外部性使另一方从中受益,受益一方需对保护的一方因保护而失去的发展机会成本或保护环境而投入的成本进行补偿[3]。区域生态补偿的关键在于确定补偿标准,同样也需要确定“谁补偿”“补给谁”“谁先补”这3个重点问题。从相关文献来看,国内外学者对生态补偿的理论基础[4-5]、补偿主客体[6-7]、补偿标准[8-9]、补偿方式[10-11]等都进行了较为深入的研究,其中补偿标准是生态补偿的重点。现阶段,生态补偿标准的核算主要采用以下几类方法:机会成本法[12]、生态足迹法[13]以及支付意愿法[14-15]。生态足迹法能够描述经济社会发展对生态资源的消耗程度,对生态补偿标准的计算具有重要的参考价值[16]。阮熹晟等[17]测算了长江经济带11个省市的耕地生态服务价值和耕地生态足迹,并引入耕地生态超载指数,计算各省市的耕地生态补偿金额。尹岩等[18]核算了沈阳市农田生态系统服务价值,构建了基于农田生态系统服务价值的生态补偿量化体系。在流域横向生态补偿方面,陈进等[19-21]进行了相关研究。乔旭宁等[22]认为流域生态补偿标准的制定应将上下游生态损益、机会成本和居民支付意愿三者统筹考虑;曹莉萍等[23]将长江经济带不同城市群之间生态补偿机制设计进行比较,最终形成基于城市群角度的长江流域生态补偿机制设计创新。

然而,目前针对长江流域生态补偿的研究主要以单一生态系统为对象,如水质、耕地等,没有针对山水林田湖草沙等综合生态系统开展研究。此外,现有生态补偿研究主要基于消费生态足迹,忽略了产出生态足迹,研究结果缺乏完整性。因此,本研究以长江经济带为例开展生态补偿量化研究,旨在解决“谁补偿”“补给谁”“谁先补”这3个问题,并基于“消费-产出”生态足迹模型和生态系统服务价值模型确定长江经济带生态补偿标准。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区域概况

长江经济带上游包含重庆市、四川省、贵州省、云南省,中游包含江西省、湖北省、湖南省,下游包含上海市、江苏省、浙江省、安徽省,共11个省市。长江经济带横亘我国东中西部区域,跨省界断面众多,不同省市之间资源禀赋和产业基础等综合发展条件具有较大差异,2020年长江上、中、下游地区生产总值分别为115950.01亿元、110916.45亿元、244713.53亿元。长江经济带拥有21.48%的国土面积,约为206.25万km2,其中耕地面积占21.81%,约为44.98万hm2,占全国耕地面积的33.33%,林地、草地、水域和建设用地面积分别占长江经济带总面积的52.9%、31.3%、5.6%和7.3%[24]。随着重点支流保护修复工作的深入推进,2020年长江流域达到或优于Ⅲ类水水质标准的断面为96.7%,较2011年提高了15.8%;流域内国家地表水考核断面水质全面消除劣Ⅴ类水质,较2011年降低了3.5%;长江经济带水质优良(达到或优于Ⅲ类水质)的比例达到75%以上[25]。“十三五”期间,长江流域累计完成造林0.147亿hm2,森林抚育0.08亿hm2,石漠化治理104万hm2,新增水土流失治理面积7.85万hm2;完成长江干流和主要支流两岸10km范围内废弃露天矿山生态修复治理1.3万hm2[26]。

1.2 数据来源

“消费-产出”生态足迹模型中的生物资源账户和能源消耗账户相关指标数据来源于2006年、2011年、2016年和2021年的《中国农村统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》,长江经济带各省市产量因子和均衡因子的选择参考刘某承等[27-28]的研究。模型中涉及的各类土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心,空间分辨率为1km×1km。其余各类数据均来自2006年、2011年、2016年和2021年长江经济带11个省市统计年鉴、《中国统计年鉴》及《中国农村统计年鉴》。

2 研究方法

2.1 “消费-产出”生态足迹模型

2.1.1生态足迹与生态承载力

传统生态足迹模型仅从消费角度考察生态足迹,将生态足迹与生态承载力之间的差值作为判断研究区域生态盈亏状态的标准,其假设前提是各个区域为一个封闭的系统,区域之间不进行资源交换,因此不能准确反映区域生态盈亏状态[29]。“消费-产出”生态足迹模型中消费生态足迹是指某一子区域在一定时间内向其所属的域内和域外生态生产性土地面积索取的程度,而产出生态足迹是指一个国家或地区在一定时期内,从其某一子区域获取生态生产性土地面积的能力,指域内和域外对域内生态生产性土地面积的索取程度[30],所以消费生态盈亏以生态承载力与消费生态足迹两者之间的差值来表示,产出生态盈亏以产出生态足迹与生态承载力两者之间的差值来表示。生态承载力是一个综合性概念,指在一定时期内,一个区域或国家能够提供给人类生存和发展所需的生态环境容量,在计算时需要扣除12%的维护生物多样性的生态土地[31]。其关系式为

(1)

(2)

(3)

RC(DC)=F-EC

(4)

RO(DO)=EO-F

(5)

式中:EC为消费生态足迹;EO为产出生态足迹;i为生态足迹账户指标;ci为指标i的人均消费量;oi为指标i的人均产出量;pi为指标i的世界平均产量;N为区域人口;F为区域生态承载力;Aj、rj、yj分别为区域第j类生态生产性土地面积、均衡因子、产量因子;RC(DC)为消费生态盈余(赤字);RO(DO)为产出生态盈余(赤字)。生物资源账户和能源消耗账户的指标选取见表1。

表1 生态足迹账户指标选择

2.1.2持续承载生态亏损额

引入可持续承载生态亏损额(L)指标作为判别生态补偿支付者和受偿者的标准,表示从研究时点起,研究区域能继续承受的生态生产性土地亏损面积,以此度量研究区域的可持续状态[32]。若L>0,表明该区域生态盈余应获得生态补偿,即为受偿方;若L<0,表明该区域生态赤字应支付生态补偿,即为支付方;若L=0,表明该区域既不是生态盈余也不是生态赤字,无需支付或获得生态补偿。可持续承载生态亏损额具体计算公式如表2所示。

表2 可持续承载生态亏损额计算公式

2.2 生态系统服务价值

目前,生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)的计算方法主要有服务功能价值法和当量因子法[33]。选取当量因子法测度长江经济带生态系统服务价值,将长江经济带生态系统划分为林地、草地、旱地、湿地等15种类型,参考谢高地等[34-35]的研究成果,选取长江经济带11个省市生物量因子的均值,将研究区农田ESV值修正为全国平均水平的1.3336倍,对长江经济带生态系统服务价值的当量因子进行修正。鉴于1个ESV当量因子的经济价值为当年长江经济带所含11个省市平均粮食单产市场价格的1/7,选取粮食作物以稻谷、小麦、玉米为代表。以2020年为例,长江经济带粮食总产值为5777.5亿元,粮食总面积为3447.13万hm2,单位农田产出粮食的经济价值约为2467.59元/hm2,与基础当量因子表相乘,得到长江经济带不同生态系统单位面积生态服务价值系数表(表3)。同样,计算出2005年、2010年和2015年单位农田产出粮食的经济价值分别为1985.33、2264.14和2394.33元/hm2。

表3 2020年长江经济带不同生态系统单位面积生态服务价值系数 单位:元/hm2

对长江经济带不同生态系统对应的11项服务价值进行评估。王女杰等[36]将生态系统服务价值划分为市场价值和非市场价值两大类,其中市场价值包含食物生产和原材料生产两项服务,其余9项服务均属于非市场价值。由于气体调节和生物多样性保护的受益主体不够明确,因此在计算生态系统非市场价值时暂不考虑气体调节和生物多样性两项功能。生态系统服务总价值(V)和生态系统单项服务价值(Vk)的计算公式如下:

(6)

(7)

式中:Vk为研究区内某一种生态系统单项服务功能k的总价值;Ykj为第j类土地第k种生态系统服务功能的单位面积价值;Yj为第j类土地单位面积生态系统服务价值。

2.3 生态补偿量化模型

2.3.1生态补偿优先级

为了解决“谁先补”的问题,引入生态补偿优先级概念。由于生态系统服务价值中的市场价值已转换为区域发展的生产总值,所以在确定生态补偿量时只需考虑其非市场价值部分,将生态补偿优先级指数定义为单位面积的生态系统非市场价值与地区生产总值之比。对于支付区域,若生态补偿优先级较小,说明该区域支付生态补偿对其经济发展影响较小,应优先支付生态补偿资金;对于受偿区域,若生态补偿优先级较大,说明获得生态补偿对其经济状况改善作用较大,该区域迫切需要获得生态补偿,应尽快获得生态补偿额度。具体计算公式如下:

(8)

(9)

式中:S为生态补偿优先级;VN为单位面积生态系统非市场价值;GN为单位面积地区生产总值;Atotal为研究区的土地总面积;Mj为第j类土地的单位面积生态系统服务非市场价值部分。

2.3.2生态补偿系数

由于不同地区经济发展水平存在差异,对生态补偿的支付能力也有高低之分。因此,需要以经济发展水平和生态系统服务价值为依据确定生态补偿额度。生态补偿系数可以反映地区生态补偿的经济能力,以某个省市的GDP与长江经济带所有省市GDP总和的比值作为基本参数(定义为补偿能力),利用R.Pearl生产曲线模拟区域支付能力,同时根据恩格尔系数体现研究区经济与生活水平,将两者结合构建生态补偿系数[37]。具体计算公式如下:

(10)

(11)

(12)

式中:γm为区域m生态补偿系数;Lm为区域m补偿能力;Gm为区域m的地区生产总值;G为长江经济带区域生产总值;t为恩格尔系数的倒数;lc、lx、θ分别为城镇恩格尔系数、农村恩格尔系数、城镇化率。

2.3.3生态补偿模型

由于以生态系统服务价值为依据确定生态补偿额会导致补偿额度偏高,在实践中难以推进,故将生态系统服务价值作为区域生态补偿额的上限[38]。从生态系统服务价值模型的内在机理出发构建生态补偿模型,即不同的土地利用类型提供的生态系统服务价值存在差异,以“消费-产出”生态足迹模型中的全球公顷土地指标作为地类面积指标,结合区域经济发展水平构建生态补偿修正系数,确定最终的生态补偿额度。具体计算公式为

(13)

3 结果与分析

3.1 生态足迹与生态承载力测算

根据“消费-产出”生态足迹模型中的相关计算公式,对2005年、2010年、2015年和2020年长江经济带消费生态足迹与产出生态足迹进行计算,结果见表4。总的来看,研究期内长江经济带消费生态足迹呈平稳增长态势,其中,江苏省一直处于最高位,重庆市一直处于最低位,其余省市消费生态足迹差距较小。与消费生态足迹相比,整个研究期内,不同省市产出生态足迹变化幅度较大,总体呈波动增长趋势。2005—2010年,四川省产出生态足迹居于首位,2010年以后下降到第二位,江苏省居于第一位;2005—2015年,上海市产出生态足迹居于最后一位。从空间分布来看,消费生态足迹长江经济带下游区域明显大于中上游地区,产出生态足迹下游大于上游大于中游地区。以2020年数据为例,长江经济带上中下游产出生态足迹分别为19547.48万、18273.24万和25175.66万hm2。长江经济带生态承载力总体呈下降趋势。其中,四川省和云南省一直居于高位,上海市因土地面积狭小导致其生态承载力始终处于最后一位。变化幅度最大的为江西省,从2005年的3921.85万hm2下降到1841.03万hm2,降幅为53.05%。

3.2 可持续承载生态亏损额测算

根据表2,得到长江经济带2005年、2010年、2015年和2020年可持续承载生态亏损额,见表5。长江经济带可持续承载生态亏损总额由2005年的3099.9万hm2下降到2020年的-10103.1万hm2,2005年其平均值为281.8万hm2,而2020年为-918.5万hm2,高于可持续承载生态亏损额平均值的省市从6个增长到7个,可持续承载生态亏损额指标标准差由2077.43缩小到2010.36,表明长江经济带各省市之间可持续承载生态亏损额的差距在逐渐缩小。2005年、2010年、2015年和2020年,长江经济带下游省份除安徽省外可持续承载生态亏损额均为负值,表明该地区生态可持续性较弱,而生态可持续性较强的省市主要集中在长江经济带中上游地区,整体呈现西高东低的态势,这与长江三角洲地区人口规模和工业发展对资源的消耗有关。

表5 长江经济带可持续承载生态亏损额 单位:万hm2

根据可持续承载生态亏损额计算结果,对长江经济带生态补偿支付方或受偿方进行判定,结果见图1。2005年长江经济带生态补偿支付方为4个省市,到2020年增长为7个省市。下游地区除安徽省外,均属于生态补偿支付方,上游地区4个省市除重庆市以外,均属于生态补偿受偿方。从图1可知,研究期内长江经济带生态补偿的支付方多集中在下游区域,受偿方多集中在中上游区域。

图1 长江经济带生态补偿支付方/受偿方判定

3.3 生态系统服务价值测算

根据长江经济带生态系统服务价值系数和各类土地面积数据,计算2005年、2010年、2015年和2020年长江经济带生态系统服务价值量,见表6。从表6可以看出,不同省市之间存在着较大的不平衡,且研究期内长江经济带生态系统服务价值总值呈增长趋势,2005—2020年,长江经济带生态系统服务价值总值增长了25211.31亿元,增长率为24.7%。从空间分布来看,生态系统服务价值呈现西高东低的分布特征,2020年上中下游生态系统服务价值的比例分别是43.3%、33.3%、23.4%,上游4个省市的生态资源较为丰富,蕴藏着巨大的生态系统服务价值,可以向其余省市输出生态资源,是典型的生态输出区,下游省市因经济发展消耗了大量的自然资源,自然资源的存量相较于中上游地区较为匮乏,需要从其他区域输入生态资源,为典型的生态输入区。

表6 长江经济带各省市生态系统服务价值 单位:亿元

3.4 生态补偿额度测算

图2为2005年、2010年、2015年和2020年长江经济带生态补偿优先级大小排序。在对生态补偿优先级进行分析时,需要考虑研究主体是生态补偿的支付方还是受偿方。在研究期内,上海市、江苏省和浙江省的生态补偿优先级始终较低,云南省、四川省、贵州省的生态补偿优先级始终较高。以2020年为例,长江经济带所有省市中安徽省、四川省、贵州省以及云南省作为生态补偿的受偿方可以获得补偿,其余省市均为生态补偿的支付方,需支付一定的生态补偿。从生态补偿的受偿方来看,云南省生态补偿优先级达到0.8,远高于其余受偿省市,表明云南省处于迫切需要获得生态补偿的状态;从生态补偿的支付方来看,上海市生态补偿优先级为0.027,远低于长江经济带其他省市,应优先支付生态补偿。究其原因,上海市的生态系统非市场价值较低,为881.8亿元,仅占长江经济带总价值的1%。根据生态补偿优先级由小到大排序,上海市、江苏省和浙江省3个省市需要优先支付生态补偿。

图2 长江经济带生态补偿优先级

由生态补偿量化结果(表7)可知,2005年,上海市、江苏省、浙江省和湖北省需要支付生态补偿,补偿额分别为1965.96亿元、4107.6亿元、1114.46亿元和28.94亿元,其余省市均为生态补偿的受偿方,其中四川省获得的生态补偿额最高,为523.42亿元;2010年,长江经济带生态补偿的支付方仍为4个,重庆市和湖北省交换身份,其余省市的判定结果与2005年保持一致,江苏省支付的生态补偿最高,为4853.81亿元,贵州省获得的生态补偿最低,为156.06亿元;2015年,长江经济带生态补偿的支付方增加到5个,江苏省支付补偿额最高,湖南省支付补偿额最低,分别占总支付补偿额的63.6%和1.6%;到2020年,生态补偿方数量增加到7个,支付生态补偿额远大于获得生态补偿额,排名前三的省市分别为江苏省、上海市和浙江省,补偿额分别为6750.5亿元、3068.11亿元和703.3亿元。

表7 长江经济带各省市生态补偿额 单位:亿元

研究期内长江经济带支付与获得生态补偿额之和总是为正值,总体获得生态补偿额小于支出生态补偿额,表明长江经济带生态系统服务需求大于供给需求。2005年,长江经济带总支付生态补偿额为7216.96亿元,总获得生态补偿额为2719.18亿元,支付与获得生态补偿的差值为4497.78亿元。对获得生态补偿的区域进行分析,根据受偿方获得生态补偿额占长江经济带获得生态补偿额总量的比例可知,四川省和云南省获得生态补偿额所占比例之和超过50%,这是因为两个省的产出生态足迹始终大于消费生态足迹,且其人均生态承载力均较高,表明生态环境处于可持续发展状态,在发展的同时对生态系统造成的压力较少,因此理应获得较高的生态补偿额。2005年、2010年、2015年和2020年长江经济带应支付的生态补偿额小于生态补偿支付方地区生产总值之和,表明该计算结果在各省生态补偿支付承受能力之内,计算结果符合实际且可接受。

4 结论与建议

4.1 结论

a.研究期内长江经济带消费生态足迹和产出生态足迹均呈增长态势,与消费生态足迹相,产出生态足迹变化幅度较大,长江经济带生态承载力总体呈下降趋势。从空间分布来看,长江经济带下游区域消费和产出生态足迹均明显大于中上游地区。

b.不同省市之间生态系统服务价值存在着较大的不平衡,上游4个省市的生态资源较为丰富,蕴藏着巨大的生态系统服务价值,是典型的生态输出区;下游省市自然资源的存量相较于中上游地区较为匮乏,为典型的生态输入区。

c.研究期内长江经济带生态可持续性较强的省市主要集中在中上游地区,整体呈现西高东低的态势。长江经济带生态补偿的支付方多集中在下游区域,生态补偿的受偿方多集中在中上游区域。根据生态补偿优先级由小到大排序,上海市、江苏省和浙江省需要优先支付生态补偿。

d.长江经济带总体获得生态补偿额小于支出生态补偿额,表明长江经济带的生态系统服务需求大于供给需求。2005年、2010年、2015年和2020年长江经济带应支付生态补偿标准额小于生态补偿支付方地区生产总值之和,表明该计算结果在各省市生态补偿支付承受能力之内,计算结果符合实际且可接受。

4.2 相关建议

a.加大生态建设投入,提供更为优质的生态服务产品。该阶段生态价值应充分显现并获得市场认可,受益者有意愿、有能力、有条件为不断提升的生态价值支付合理的报酬,生态环境保护者获得应有的收益。建议通过环境保护和生态建设不断提高生态系统正外部性服务的供给能力,提升生态产品的价值,在数据积累和交易不断增多基础上,才能更好地发挥市场主体的作用。

b.建立和实施生态补偿激励约束机制。鼓励长江经济带沿线省市树立共建共治共享的责任意识,共同编制长江经济带生态补偿机制建设实施方案,不断完善长江经济带生态保护规划。鼓励按照“谁受益、谁开发、谁补偿”的原则,推动上中下游开发区对生态保护区进行横向生态补偿,积极探索多样化生态补偿投入机制和生态补偿模式,最终建立流域生态保护的长效机制。

c.科学制定长江经济带生态补偿标准。长江经济带构建生态补偿机制要根据经济发展水平合理确定补偿标准,量力而行,不能超出中央政府和下游地区的补偿能力,不能使被补偿方产生不合理预期。应综合考虑上游地区提供的生态服务价值量及因环境保护所失去的发展机会成本、中下游支付能力等因素,科学确定资金补偿标准。

d.构建生态补偿资金管理平台。要在长江经济带建立以政府为主导、市场为导向、社会资本为主体的多层次投融资机制,引导社会资本参与生态保护。在生态补偿资金的管理和运作方面,政府应严格把控补偿资金的运作进程,创新资金使用方式,并对资金使用情况进行跟踪反馈。