摘要:研究目的:构建统一有效的生态产品价值核算方法体系,识别黄河三角洲生态产品价值的空间分布及动态变化,为生态产品价值实现路径和生态损害鉴定赔偿制度提供参考。研究方法:基于卫星遥感数据,采用生态过程模型和能值分析法。研究结果:(1)2000—2020年黄河三角洲生态产品价值增长了125.39%,其中物质供给与调节服务占比下降,文化服务占比上升。(2)从各项指标来看,水质净化和碳储量服务的价值下降;水源涵养与碳储量服务的实物量呈现下降趋势;粮食生产产品和碳储量服务的能值下降;其他指标的实物量、能值、价值均呈现增长趋势。(3)黄河三角洲生态产品价值呈现出“中部高、东北低”的空间格局,并表现出“中部区域向四周逐渐递减”的变化趋势;其中,粮食生产产品、水产养殖和休闲游憩服务高价值区域分别集中分布于黄河两岸、沿海地带和黄河入海口;水源涵养和水质净化服务呈现“中部高、沿海地区低”的空间特征;土壤保持和碳储量服务均呈现出“中部升高”的动态特征。研究结论:基于卫星遥感数据、生态过程法与能值法相结合的生态产品价值核算方法体系可显著提升生态产品价值评估的客观性和实效性,有助于推动黄河三角洲生态产品价值实现及生态补偿和生态环境损害赔偿政策的有效实施。
关键词:生态产品价值;遥感数据;能值理论;生态系统服务;黄河三角洲
中图分类号:F062.2 文献标志码:A 文章编号:1001-8158(2024)10-0137-12
基金项目:国家自然青年科学基金项目(42106215);山东省自然科学基金项目(ZR2021QD064);自主创新科研计划项目(理工科)—青年基金(22CX06033A)。
随着生态文明建设的持续推进,我国在提升生态环境质量以满足人民日益增长的美好生活环境需求的同时,面临着资源约束加剧、环境污染和生态系统退化等挑战[1]。“绿水青山就是金山银山”理论是习近平生态文明思想的重要组成部分[2-3],而生态产品就是绿水青山在市场中的产品形式[4]。推动生态产品价值核算是实现“绿水青山就是金山银山”转换的实践抓手和关键路径[5-6],是将各类生态资源所蕴含的内在价值转化为经济效益、社会效益和生态效益的过程,对于建立健全生态产品价值实现机制、完善生态保护补偿制度以及推动我国经济社会全面绿色转型具有重要意义[7]。目前对于生态产品价值的理论研究已取得丰硕成果[8],但生态产品价值研究在核算方法和核算应用等方面还面临着核算框架各异、主观性强、核算结果精确度低、可比性差的现实困境[9-10],难以在保护和改善生态环境等方面充分发挥应有作用[11]。因此,如何构建一个统一有效的生态产品价值核算方法体系,推动核算体系标准化以及核算结果的精准化,以应对生态产品价值核算的复杂性以及核算结果的可比性成为生态产品价值实现亟需解决的关键问题。
近年来,学者围绕生态产品价值核算研究开展了较为深入的讨论[12-13],现有生态产品价值核算方法包括当量因子法[14-15]、功能价值法[16]、能值法[17-18]等,已有研究成果对完善生态产品价值核算的理论方法具有重要价值,但仍然存在不足之处:(1)当量因子表具有一定时滞性,主观性较强,进而影响核算结果的精准性,核算结果难以反映实际情况[19];(2)功能价值法需要输入大量参数、核算过程较为复杂,且市场价格具有波动性,难以形成统一的核算标准[20];(3)相比于其他两种核算方法,能值分析法采用统一量纲太阳能值来核算,使得生态系统中的物质流、货币流具有可加性和可比性,可为生态产品价值核算提供一个客观标准[21],但目前尚缺乏将能值法引入到生态产品价值核算的研究案例。随着卫星遥感技术的发展,卫星遥感数据可为生态产品价值核算提供空间数据支撑,克服传统核算方法“以点带面”的缺点[24]。此外,生态产品是为生态系统生物生产和人类社会生产共同作用提供给人类社会使用和消费的终端产品或服务[9,24],而生态系统服务被认为是生态产品价值核算从实物量转换为价值量的关键[23]。综上,生态产品价值核算应基于遥感数据,从生态系统服务评估模型切入,以克服传统方法的缺点,并引入能值分析法,提高生态产品核算的统一性和可比性,使评价结果在空间上得以展现,反映区域生态产品价值的空间分布及动态变化,更好地服务于生态产品价值核算管理政策的实践。
鉴于此,本文选取黄河三角洲为案例研究区,基于遥感卫星数据以及生态过程模型核算生态产品的实物量,采用能值分析法将多样化的实物量与经济价值相互联系,并根据区域能值货币比核算生态产品价值,构建生态产品价值核算方法体系,为区域生态产品价值实现、生态保护与高质量发展提供理论依据和技术支撑。
1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
黄河三角洲地处莱州湾与渤海湾之间,是中国面积最大、最年轻、生物多样性最丰富的河口三角洲之一,以盐地碱蓬、灌木柽柳、芦苇和白茅等典型河口湿地植被为主,林木稀少;同时也是中国大型石油化工生产基地和农渔业产品综合开发区。鉴于该地区在全球湿地生态系统中具有巨大的生态价值和重要的经济价值,加之其具有典型的河口三角洲地理特征和植被特征,因此将黄河三角洲作为生态产品价值核算的研究区域。本文研究区范围以垦利县宁海为顶点,北起套尔河口,南至小清河口的扇形地带(118°01′01″~119°13′05″E,37°20′57″~38°12′18″N),涵盖沾化区、河口区、利津县、东营区、垦利县5个区县,陆地面积约5 400 km2。黄河三角洲属暖温带季风大陆性气候,年平均温度为12.1℃,年平均降水量为893.3 mm,年平均蒸发量为1 928.2 mm。
1.2 数据来源与处理
本文研究中所涉及的2000年和2020年数据包括卫星遥感数据、气象数据、社会经济统计数据(表1)。2000年、2020年土地利用数据是基于GEE平台,由Landsat遥感影像经人工目视解译,利用支持向量机算法解译得到盐碱地、黄河、林地、居民地、滩涂、水域、盐田、耕地、工业用地、港口、草地、养殖池12类土地利用类型,总精度达88%,并进行实地调研验证各类地物。
2 生态产品价值核算体系与研究方法
2.1 生态产品价值核算体系
自然界的一切能量都源于太阳能,它是推动自然生态系统运作和社会经济活动的能量源头,能值法基于生态—经济系统中的能量流动,通过能值转换率将不同形式的物质产品和服务统一到太阳能单位,以消除不同产品和服务之间的量纲差异,使得不同类型的生态产品能够在同一标准下进行比较。因此,本文将生态产品各项指标统一到太阳能单位,以便于比较和评估不同生态产品的贡献。此外,基于能值核算结果,结合能值货币比与GDP可以将生态经济系统中的能值转换为货币价值,实现产品的实物量、能值及其经济价值之间的相互转换[26]。其中,能值货币比是本地总能值与GDP的比值,这对于本地而言更具有针对性。
本文结合实际生态情况以及服务清单,确定核算方法与适用参数,构建生态产品价值核算体系。首先,基于卫星遥感数据与土地利用类型分析研究区生态系统的结构与功能,由此确定研究区域的生态系统类型;其次,基于生态系统类型构建包括粮食生产、水产养殖等物质供给服务,水源涵养、土壤保持、固碳等调节服务,以及休闲游憩等文化服务在内的生态产品价值核算指标体系;再次,利用生态过程模型法(InVEST模型等)进行生态产品实物量评价;最后,采用能值分析法将生态产品各项指标的实物量转换为太阳能值,统一单位,并结合能值货币比将生态产品的能值换算为货币经济价值,最终实现生态产品的价值核算(图1)。
生态产品价值核算的关键是对生态产品进行分类,黄河三角洲生态产品价值核算指标选取充分结合研究区生态系统结构与功能特征以及供给产品的经营现状,秉持因地制宜的原则进行筛选[27]。一方面,黄河三角洲是中国重要的粮食生产基地之一,拥有大量的耕地,且该地区地处河口海岸,拥有丰富的海洋资源,海水养殖为当地提供了大量的水产品,因此,选取粮食生产、水产养殖作为核算供给服务的二级指标。另一方面,黄河三角洲湿地生态系统作为重要的水源补给区,在维持地表水和地下水的动态平衡发挥着重要的水源涵养功能,同时,湿地植被的根系网络和地上部分具有较强的固碳能力,并且可有效减缓降雨对土壤的冲刷作用,以及具有吸附、降解水体中的污染物能力,因此选取水源涵养服务、碳储量服务、土壤保持服务、水质净化服务作为调节服务的二级指标。此外,黄河三角洲拥有黄河口国家公园、自然保护区等景观,为人类提供了休闲游憩的场所,因此,选取休闲游憩作为文化服务的二级指标(表2)。
2.2 生态产品价值核算方法
生态产品价值等于各单项指标价值的总和,计算方法见式(1)。其中,各单项指标的价值核算方法见表3,首先利用土地利用数据和生态过程模型对生态产品实物量进行评估;其次,利用能值转换率将各项生态产品指标转换为统一的太阳能值;最后,利用能值货币比和区域GDP核算各项产品指标价值。其中,能值货币比是基于本区域的总能值与GDP计算所得,见式(2),已有研究学者[26,28-29]经过大量研究实践计算了自然界和人类社会主要能量类型的太阳能值转换率,这些能值转换率适用于各国家尺度、地区尺度以及用于某种特定类型的生态系统(表4)。
3 结果分析
3.1 生态产品各项指标实物量、能值和价值的时空演变特征
3.1.1 物质供给
从时间上来看,2000—2020年黄河三角洲物质供给价值由2000年的153.8亿元上升至2020年的242.9亿元,增幅为57.93%(表5)。其中,粮食生产价值在物质供给中占主导地位,而水产养殖价值增长幅度最大。在实物量方面,2000—2020年由于耕地面积和养殖池面积的急剧扩张,粮食生产和水产养殖实物量皆呈增长趋势;在能值方面,2000—2020年粮食生产虽仍是主体,但生态产品总能值中的比例下降,而水产养殖的能值增长最快,增长了121.27%,反映了资源利用效率的变化,即从传统的粮食生产转向了能值产出更高的水产养殖。
从空间上来看,2000—2020年黄河三角洲地区的粮食生产价值呈现“中部高、四周低”的空间分布特征(图2),这主要是因为黄河周围有充足的水源条件且土地肥沃,利于农作物的生长,而水产养殖价值在2000—2020年期间呈现出“中间低、四周高”的空间分布特征,并呈现出由内陆向沿海滩涂扩展的趋势,这主要的原因是海岸带的自然环境更利于养殖业的发展。在实物量方面,粮食生产实物量较高的区域主要集中在垦利区和利津县,这两个区域的粮食产量在该地区中占据领先地位;水产养殖的实物量高值区域集中在河口区和垦利区,这两个区域的养殖条件较为优越,适宜多种海产品的养殖。在能值方面,粮食生产的能值高值区域以中部为核心,并呈现向南部、北部及东部地区逐步扩散的趋势。水产养殖的高能值区域正逐渐从黄河三角洲的内陆区域向海岸带地区转移,且除了黄河三角洲国家级自然保护区之外,大部分自然海岸线已经被养殖池占据。
3.1.2 调节服务
从时间上来看,2000—2020年黄河三角洲调节服务价值由253.3亿元上升至380.3亿元,增幅为50.14%(表5)。其中,土壤保持价值的贡献最大,增幅达到442.72%;水质净化价值贡献最小,所占比例显著下降。这主要得益于黄河三角洲湿地的基本特征,植被覆盖率高,该地区具有较高的土壤保持能力;而2000—2020年耕地面积逐渐扩张,农药与化肥的不断增加,N、P等污染物通过地下径流流向水体,导致该地区由点源污染转换为面源污染。在实物量方面,水源涵养服务与碳储量服务皆呈现下降趋势,而水质净化服务和土壤保持服务呈现上升趋势,增幅分别为34.15%、1008.91%。在能值方面,水源涵养能值、土壤保持能值占生态产品总能值的比例上升;水质净化能值、碳储量能值占生态产品总能值的比例却在下降。耕地面积逐渐扩张,导致区域内的森林、草地面积减少,使得原本具备高碳储存能力受到削弱,而具有截留能力的林地减少,导致拦截污染物的效率减少,水质净化能力降低。
从空间上来看,2000—2020年黄河三角洲地区的水源涵养服务价值呈现出“中部高、沿海低”的空间分布特征(图3)。高价值区域由最初呈分叉型分布在黄河及其故道周围,逐渐向黄河三角洲的中部区域集中;低价值区域则从三角洲内部零散分布向沿海滩涂区域迅速扩展,黄河及其故道周围的研究区主要以截水、蓄水能力强的林地、耕地为主,海岸带方向主要以沿海滩涂为主,导致其水源涵养量低于中部地区。在实物量方面,水源涵养服务的高值区域主要集中在黄河三角洲的中部和东部,这些地区拥有广阔的植被覆盖,对水源涵养服务起到积极作用;而低值区域主要位于沿海边缘,由于该区域多为滩涂和盐碱地,不利于植被生长,水源涵养功能较弱。在能值方面,水源涵养的高值区域逐渐由黄河三角洲的中南部和中北部向东部转移,而低值区域则持续向海岸带区域扩展。
黄河三角洲的碳储存服务价值呈现出由“东部高”向“中部高”转变的空间分布变化。2000年高价值区集中在东部区域,特别是在耕地、林地和草地等植被覆盖率较高的地区,而至2020年碳储量的高价值区域逐渐向中部扩展,覆盖了整个内陆区域。在实物量方面,高实物量由2000年主要集中在研究区东部区域,发展至2020年向整个研究区扩散。此外,碳储量的能值也呈现出从黄河三角洲边缘向中部地区扩展的变化趋势。
土壤保持服务价值呈现出“中部升高、四周降低”的空间变化特征。高价值区域从沿海滩涂的内圈逐渐向中部及东部迁移,低价值区域主要集中在东部的工业用地和沿海滩涂区域。土壤保持服务的实物量高值面积在这此期间有所扩大,并扩展至海岸带以及黄河三角洲的尾闾地带,这些区域分布着林地、草地及耕地,其发达的根系结构有助于有效固定土壤,从而减少土壤侵蚀以及由此产生的径流。在能值方面,高能值区主要环绕沿海滩涂的内圈分布,并且在此期间高值面积逐渐增加,呈现出向北部偏移的趋势;低能值区则从黄河三角洲东部向东北部扩展,这些地区主要为工业用地,工业活动可能导致土壤暴露和侵蚀的风险增加。
黄河三角洲地区的水质净化服务价值在2000—2020年呈现出“中部高、沿海地区低”的空间格局特征。高价值区域由2000年集中在黄河及其故道附近,至2020年逐渐向黄河三角洲中部与黄河入海口地区转移,低价值区域主要分布在沿海地带,主要因为沿海地区的植被覆盖率低,导致拦截污染物的效率减少,水质净化能力低。在实物量方面,高值区域面积在此期间有所增加,最初以分叉型分布在黄河及其故道周围,随后向东南部扩展,这些区域的主要土地利用类型为耕地和林地。在能值方面,高能值区域的面积同样呈现增长趋势,2000年高能值区域主要分布在黄河及其故道两岸,到了2020年高能值区域逐渐沿黄河及其故道向周边地区扩散。
3.1.3 文化服务
从时间上来看,2000—2020年黄河三角洲文化服务价值占生态产品价值比例由13.12%上升至41.00%,而实物量和能值也均呈现上升趋势,实物量增幅为2 678.18%,能值的增幅为2 668.47%,这反映了2000—2020年期间黄河三角洲地区积极推动了旅游业的发展,通过保护和修复自然景观、建立国家公园、大力宣传黄河入海口等措施,吸引了更多游客并提供了丰富的休闲游憩体验。
从空间上来看,黄河三角洲地区的休闲游憩服务价值呈现出由“东北部向内陆转移”,高价值区域向中北部、中南部以及东部迁移(图4)。这与东部地区自然资源的丰富性密切相关,尤其是黄河口国家自然保护区及黄河河流两岸公园具有较大吸引力的景观,进一步增强了这些区域的休闲游憩服务价值。在实物量方面,2000年休闲游憩服务的高值区域主要分布在黄河三角洲的东部及沿海滩涂地带,至2020年,高值区域已经向沿海滩涂的内圈和黄河三角洲尾闾地区转移,而低值区域则主要集中在北部和南部的养殖池区域。在能值方面,休闲游憩服务的能值高值区域持续集中于东部的自然保护区以及南部和北部的林草地区域,低能值区位于海岸带和中部区域,并呈现出向沿海区域扩张的趋势,这主要是因为沿海滩涂地带以及自然保护区通常拥有独特的湿地景观和丰富的生物多样性,这些自然景观对游客具有很高的吸引力,能提供独特的游览和体验机会。然而,2020年养殖池占据了大部分海岸带,养殖活动会造成水质变化、景观破坏等影响,降低了北部及东南部的旅游吸引力。
3.2 生态产品总价值时空变化特征
从时间变化上来看,2000—2020年,黄河三角洲生态产品价值由468.6亿元增长至1 056.2亿元,增幅为125.39%(表6)。其中,物质供给、调节服务及文化服务价值均为增长趋势,但物质供给、调节服务占生态产品价值比例却在下降,降幅分别为29.88%和33.33%;文化服务价值占生态产品价值比例急剧增加,由13.2%上升至41.0%。从各项指标来看,粮食生产价值、水质净化价值、碳储量价值占生态产品价值比例分别下降了9.8%、4.68%和27.12%(图5),而水源涵养价值和土壤保持服务价值所占比例分别增长了4.17%和9.59%,生态产品价值贡献主体由碳储量变为休闲游憩。这主要是因为2000—2020年黄河三角洲能值货币比大幅上升,由3.31×1010 sej/元上升至1.30×1011 sej/元。其中,GDP增幅为48.46%,生态产品总能值增幅为482.86%,单位货币所代表的生态产品能值显著增加,反映出黄河三角洲生态资源利用效率和环境保护意识的提高,有效抑制了对环境资源的过度开发,从而提高了生态产品总能值。在此期间,GDP的稳步增长与生态产品能值的快速提升并行不悖,显示了经济与生态的协同效应,尤其是湿地生态系统总能值的产出增长率超过经济发展的速度,进一步凸显出生态产品价值增长的态势,实现经济发展与生态保护的良性互动。
从空间上看,2000—2020年期间黄河三角洲地区的生态产品价值呈现出“中部高、东北低”的空间格局,并表现出“中部区域向四周逐渐递减”的变化趋势。具体来看,生态产品价值高值区域的面积有所增加,并且逐渐向黄河三角洲的中心地带扩展;低价值区域则向东北部及沿海滩涂方向扩散(图6)。黄河三角洲中部的耕地、中部周边以及东部河口地区的林地和草地在提升生态产品价值中发挥了关键作用,这些区域的植被不仅在维持土壤稳定、防止水土流失等生态调节功能方面发挥了积极作用,也进一步促进了生态产品价值的增长;而东北部主要为人类活动较为密集的工业用地,尤其是石油开发,对自然生态系统造成破坏,导致该区域的生态产品价值相对较低。
4 结论与建议
4.1 结论
本文从生态产品核算方法的视角,通过构建基于卫星遥感数据、生态过程评估模型与能值相结合的生态产品价值核算方法体系,对黄河三角洲2000年和2020年的生态产品价值进行核算,并分析其时空变化特征。主要结论如下:
(1)2000—2020年黄河三角洲生态产品价值实现了显著增长,物质供给、调节服务及文化服务价值均呈现增长趋势,但物质供给与调节服务占生态产品价值比例却在下降,文化服务价值占比逐渐上升,这表明随着黄河三角洲生态保护政策的实施以及国家公园的建立,休闲游憩服务已逐渐成为黄河三角洲重要的生态产品。
(2)黄河三角洲地区的生态产品价值空间上呈现出“中部高、东北低”的空间格局,并表现出“中部区域向四周逐渐递减”的变化趋势。其中,水产养殖服务高价值区域由内陆逐渐向沿海滩涂方向扩展,而水质净化服务低价值区域主要分布在沿海地带,水产养殖池的扩展加剧了水体污染,增加了水质净化服务的负担,同时,土壤保持服务低价值区域主要集中在东部工业用地及滩涂区,这为生态保护和自然资源管理提供了重要的参考依据。
(3)本文构建的基于卫星遥感数据、生态过程法与能值法相结合的生态产品价值核算方法体系可显著提升生态产品价值评估的客观性,并能够满足自然资源管理部门在行政管理上的需求,可应用于领导干部的离任审计、生态补偿政策制定等多个领域,为相关决策提供科学依据。同时,该方法为生态产品价值核算提供了新的视角和工具。
4.2 建议
开展黄河三角洲地区的生态产品核算,对于推进黄河流域生态保护与高质量发展具有重要的现实意义和长远的战略价值。本文根据研究结果提出以下政策建议。
(1)针对生态产品价值核算结果,建议对黄河三角洲地区的生态产品价值进行定期核算和监测,确保区域GDP与GEP协同增长,评估生态保护成效。尤其要关注休闲游憩对生态产品价值的贡献,促进文化服务价值的利用和地区经济的多元化发展。同时,针对调节服务价值下降的问题,应加强水土保持与面源污染治理措施,及时跟踪水质变化,实现综合研判、风险预测和污染追溯。
(2)针对生态产品价值的动态变化,政府和相关部门应制定优化区域发展策略,关注中部耕地以及黄河入海口高价值生态产品区域的保护,改善东北部油田开发低价值区域的生态环境修复;加强对粮食生产和水产养殖的规划,兼顾环境保护,探索建立黄河三角洲横向补偿机制,实现经济发展与生态环境保护的协调发展。
受限于研究时点选择以及数据获取,本文未能对黄河三角洲地区的生态产品价值进行全面的动态分析,未来应通过生态参数点位监测网格化,解决高分辨率生态产品核算数据问题;同时,在能值转换过程中,现有研究往往直接采用前人的研究成果,在不同区域仍采用相同的能值转换率,可能会降低计算的准确性,未来应在已有的大区域大系统能值转化率基础上,细化对小区域甚至是个体的能值转化率,完善能值转化率的核心计算系统,使计算结果更加科学准确。此外,应探寻系统能值演化效率的本质以及真实量化途径,探索建立科学完备的生态产品价值核算体系,并将生态资源情况纳入政府绩效考核、干部考核等指标,使其成为政府决策的行为指引和硬约束,以实现国内生产总值和生态产品总值“双核算、双运行、双提升”。
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Value Assessment and Spatiotemporal Variation Characteristic Analysis of Ecological Products in the Yellow River Delta
GUAN Qingchun1, LI Hui1, FAN Yanguo1, ZHU Daolin2,3, HAO Jinmin2
(1. College of Oceanography and Space Informatics, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China; 2. College of Land Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 3. Center for Land Policy and Law, Beijing 100193, China)
Abstract: The purpose of this study is to establish a unified and effective methodology for valuing ecological products, and identifying their spatial distribution and temporal dynamics, to provide insights for pathways that realize ecological product values and ecological damage compensation systems. The research methods include ecological process model and emergy analysis based on remote sensing data. The research findings are as follows: 1) the ecological product value of the Yellow River Delta increased significantly from 2000 to 2020, with a growth rate of 125.39%. The proportion of material supply and regulatory services decreased, while that of cultural services increased. 2) In terms of individual indicators, the values of water purification and carbon storage decreased; the physical quantities of water conservation and carbon storage showed a downward trend; the emergy and value of crop production and carbon storage declined; the other physical quantity, emergy, and value indicators showed growth trends. 3) Spatially, the ecological product value exhibits a“high in the middle, low in the northeast” pattern, with a gradient decrease from the central region to the periphery. Highvalue areas for grain production, aquaculture and recreational services are concentrated along the Yellow River banks, coastal areas and the river’s mouth. Water conservation and water purification services show a “high in the middle, low in coastal areas” spatial characteristic. Both soil conservation and carbon storage services demonstrate a dynamic increase towards the central region. In conclusions, the combined methodology of satellite remote sensing data, ecological process models and emergy analysis significantly improves the objectivity and practicality of ecological product value assessment, which facilitates the realization of ecological product values in the Yellow River Delta and the effective implementation of ecological compensation and environmental damage compensation policies.
Key words: ecological product value; remote sensing data; emergy theory; ecosystem service; the Yellow River Delta
(本文责编:陈美景)