刘菊+傅斌+逯亚峰+王玉宽

摘要 制定有空间差异的生态补偿标准是构建生态补偿机制的关键和难点。补偿标准的空间差异体现在提供的生态系统服务和付出的成本两个方面。其中，生态补偿保护成本因能准确反映某地关于生态系统保护的工作量和贡献程度而得到广泛关注。本研究针对山区自然因素和人文因素高度空间异质性的特点，以四川省雅安市宝兴县为例，利用GIS技术结合统计资料和实地调研，核算了研究区的保护成本。同时使用面积内插法并从距离、道路、坡度和方向4个方面评价斑块可达性难易程度，进行保护成本空间化研究。旨在为生态补偿标准的制定、生态补偿空间选择以及生态补偿效果评价提供参考和依据。结果显示：①通过考虑距离、道路、坡度和方向，计算得到宝兴县被管护林地的可达性系数，其范围在0—1之间，平均值为0.18，标准差为0.16。②2010年，研究区流域生态补偿相关的保护成本为4 590.46万元，其中不同保护对象的投入大小顺序为林地>自然保护区>水土保持地>草地>水源保护地。③研究区不同海拔带保护成本及其构成不同，林地保护成本在1 000—4 000 m范围内均较高，这与研究区林地的广泛分布有关；草地保护成本集中在高海拔地区（3 000—4 500 m）；而水源保护地保护成本集中在低海拔地区（1 000—2 500 m）。保护成本的核算准确性及空间化精度取决于对当地生态建设与保护措施的掌握程度和资料的收集、获取情况。本研究使用的可达性难易程度来调整保护成本的空间差异，是一种基于地理环境要素空间化思路和尝试。主要考虑距离、道路、坡度和方向4个方面，暂未考虑管护人员的交通工具、视域范围、办事效率等个体因素以及土地利用的限制。

关键词 补偿标准；空间差异；GIS；可达性；坡度；距离

中图分類号 F062.2

文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2016）11-0062-07 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.11.008

构建生态补偿机制是协调环境保护与经济发展的重要手段，这种运用经济激励手段促使人们保护与管理生态系统的方式日趋普遍[1-2]。学者们普遍认为在生态补偿研究领域，“谁补偿谁”、“补偿多少”以及“如何补偿”构成3个方面的基本问题。补偿标准的科学确定隶属于“补偿多少”这一基本问题，是生态补偿机制建立的重点和难点之一[3-4]。目前中国对于生态补偿标准的研究存在一个明显的问题：在很大的范围里采用统一的补偿标准，即补偿标准“一刀切”，复杂的空间差异基本被忽略了[4-5]。而缺乏空间差异的补偿必然会导致效益损失，充分考虑补偿因素的空间分异，才能在环境保护行为的持续性、资金效率及环境目标的实现方面取得较好效果[6]。

补偿标准的空间差异主要取决于两方面，一是不同区域提供的生态系统服务是有空间差异的；二是不同区域为提供生态系统服务所付出的成本是有空间差异的。国外的学者在建立生态补偿机制中建议购买方应该清晰的区分提供方提供的生态系统服务与付出的成本的空间差异[6]。其中，生态系统服务直接关系到人类福祉，随着人们对生态系统服务的重要性认识的加强，已有许多学者使用GIS技术进行生态系统服务空间差异的研究，能够满足生态补偿研究中的需要。而提供生态系统服务所付出的成本是补偿标准的理论下限，是生态系统服务提供方参加生态补偿的最低要求[7-8]。若补偿标准低于这个下限，将达不到激励生态保护行为的目的[9]。有学者认为以当前社会经济发展水平，在生态补偿项目评估中，全面、准确地计算成本比生态服务功能价值评估更为重要[10]。生态补偿成本主要包括三方面：生态系统保护成本（保护成本）、环境治理保护成本（环境成本）和机会成本[11]，其中保护成本能准确反映某地关于生态系统保护的工作量和贡献程度，为生态补偿标准制定以及之后的补偿效益评价提供合适的依据。如Tobias Wünscher等人在哥斯达黎加的森林生态补偿研究中指出区分保护成本和机会成本可以分别计算样地-具体效益-成本比例，可用于生态补偿项目效益评价[6]。目前，关于保护成本的研究多集中在核算范围与内容确定[9， 12-13]、核算方法[7， 10]等方面，而对其空间差异的研究较为少见。

中国地形以山地和高原为主，并且地势起伏显著，相较于平原地区而言，山区自然环境和人文特征的空间异质性更高[14]。因此对于山区而言，保护成本更存在明显的空间差异。本研究针对山区高度空间异质性的特点，以四川省雅安市宝兴县为例，基于地理信息系统（GIS）技术进行保护成本空间化研究。首先通过宝兴县林业、环保、农业等部门的统计资料和夹金山森林公园、蜂桶寨自然保护区的实地调研，再结合被保护斑块可达性难易程度进行保护成本的空间分摊，得到有空间差异的保护成本，旨在为生态补偿标准的制定和生态补偿空间选择以及生态补偿效果评价提供参考和依据。

1 研究区概况

宝兴县位于四川盆地西部边缘，是长江上游重要的水源涵养区和洪水控制区，也是全球生物多样性的热点地区。其地理位置为102°25′—103°02′E，30°09′—30°56′N。地形以山地为主，山地面积占幅员的99.7%，是典型的山区县。宝兴县属亚热带季风性湿润气候区，受山地海拔影响（750 m — 5 328 m），气候出现垂直带谱，呈现典型立体气候，年平均气温14.1 ℃，年平均降雨量993.7 mm。县内植被保存完整，覆盖度达 80% 以上，系青衣江发源地，县内有宝兴河贯穿全境，流域面积3 010 km2，整个宝兴县域基本即是宝兴河的流域范围。宝兴县隶属于四川省雅安市，全县总面积 3 114 km2，下辖 9 个行政乡（镇）、55 个行政村，有 17 个少数民族。2010年末，全县共有18 175户，总人口58 335人，人口密度为18.73人/km2，其中农业人口45 980人，占总人口的78.82%。2010年，宝兴县GDP为14.67亿元，农民人均纯收入达5 456元。

2 研究方法

2.1 保护成本核算内容

针对不同的生态补偿（如流域生态补偿、森林生态补偿、自然保护区生态补偿），保护成本核算内容也不相同。研究区为县域，并且是一个完整的流域，故依照流域生态补偿确定其保护成本的核算内容。本研究主要参考段靖[7]等、蔡邦成[3]、刘菊[11]等人的研究成果，认为保护成本核算内容主要包括流域生态保护与建设投入，即水源涵养地区为了保持水量、维护水质、减少水土流失而进行的生态建设投入。结合宝兴县实际情况，保护成本核算内容如表1所示。

2.2 保护成本核算方法

本研究采用静态核算法对研究区2010年的生态补偿保护成本进行核算。静态核算法是将某一年的生态保护各种投入作为保护成本，或者将一个时间段内生态保护的各种投入累计作为保护成本总额，再平均分配到补偿期的各个年度[7， 9]。对于单位面积保护成本的计算，主要根据各种保护措施的投入除以保护面积获得。

2.3 保护成本空间化方法

2.3.1 面积内插法

目前对于社会经济数据多是基于行政区划[省、市、县、镇（街道办）、村（居委会）]单元收集、储存和分析的，表现其空间分布的常规方法就是把社会经济数据按照面积内插[15]。面积内插法使用的前提是假设区域内社会经济数据分布均匀，这显然不切实际，但在没有其他已知信息时，也不失为一种社会经济数据空间化的有效方法[16]。因此，基于生态建设与保护投入的统计数据计算而来的生态补偿保护成本，根据其保护面积和投入进行空间化分摊。

2.3.2 可达性分析

除了使用面积内插法，本研究还考虑统计数据的地理环境要素，结合GIS技術，从距离、坡度、道路、方向的角度考虑斑块的可达性，通过斑块可达性难易程度进行保护成本空间化。主要思路如下：对于林地和自然保护区，其保护成本投入多发生在日常巡护上，故其保护成本的空间差异主要体现在被管护斑块的可达性难易程度上。本研究假设从管护站到达被管护斑块的难度的越大，所需要的时间和精力就越高，则被管护林地的保护成本就越高。可达性难易程度体现在距离、道路、坡度和方向4个方面。距离越远、途中坡度越大、无明显的道路，则到达该斑块需要的时间和精力就越高，相应的保护成本就越高。为了方便直观的比较，本研究使用可达性成本体现可达性难易程度，每个斑块的可达性成本计算公式如下：

Cost=Min[Disti×10tan（slopei）]×c（1）

式中：Cost代表总可达性成本，Disti代表目标单元格到周围8个栅格的距离；slopei代表目标单元格与周围8个单元格的坡度差；i取值范围为1—8；c代表每公里运输的成本，本研究中取值为0.25元/km。当坡度增加到一定度数时，到达的难度会显著增加，进而可达性成本会显著增加。而到达公路的时候，既然已经修成公路，故认为其坡度的影响就很小，只考虑距离的远近。可达性成本反映了从管护站点到达管护斑块的理论最短途径。通过计算，得到研究区林地的可达性成本，进行极值归一化，得到可达性参数，使用可达性参数来调整按面积平摊的单位面积保护成本，得到有空间差异的保护成本。

2.4 数据及来源

本研究所需数据有宝兴县2010年土地利用图、道路图、DEM、坡度图、森林管护站点图、宝兴县行政边界及各乡镇行政边界、自然保护区边界、水源保护地边界图以及生态系统保护投入数据等。其中，空间数据来自全国生态环境十年变化遥感调查项目以及宝兴县林地保护利用规划项目。生态系统保护投入数据来自宝兴县统计年鉴、政府生态环境规划报告、生态与环境保护建设相关部门的统计资料、自然保护区实地调查等。

3 结果与分析

3.1 保护对象

根据研究区生态补偿保护成本核算内容（表1），主要考虑以下五种保护对象，其基本情况为：宝兴县共有林地1 923.17 km2 （不含自然保护区内林地336.77 km2），其中其中国有林面积最大，为1 124.52 km2，占58.47%，其次为集体林，面积710.90 km2，占36.97%，个人林面积最小，为87.75 km2，仅占全县林地的4.56%。全县共有草地298.01 km2，主要分布在海拔4 000 m以上区域。县内有蜂桶寨国家级自然保护区，保护区总面积390.39 km2 ，保护区内林地面积336.77 km2。全县共有10个水源保护地，分散在各个乡镇，总面积45.53 km2 。宝兴县内水土保持地具体位置不详，主要集中在硗碛乡、五龙乡和灵关镇。

3.2 可达性成本分析

对于林地和自然保护区而言，其保护成本多发生在日常巡护上，故其保护成本的空间差异主要体现在斑块可达性难易程度上。通过综合考虑道路、坡度和被管护林地距离周围最近森林管护站点的距离，计算得到被管护林地的可达性系数（图1）。研究区林地可达性系数范围在0—1之间，平均值为0.18，标准差为0.16。以此系数来调整国有林和集体林的保护投入，体现林地保护成本的空间差异。

3.3 保护成本构成及空间差异

根据统计资料和实地调查，获取的研究区生态补偿保护成本如表2所示。宝兴县2010年的保护成本为4 590.46万元，其中林地保护的投入比例最高，占保护成本的65.70%；自然保护区的保护投入比例次之，占保护成本的13.99%。

根据所掌握的数据精度，结合GIS技术，使用面积内插法和可达性难易程度调整得到宝兴县2010年保护成本的空间差异（图2），其中，宝兴县流域生态补偿保护成本平均值为148.64元/hm2，标准差为200.79 元/hm2，最大值为2 966.61元/ hm2，保护成本超过1 000元/ hm2的区域多为个人林地、水源保护地以及较难到达的国有林和集体林地。

3.4 不同海拔保护成本分析

宝兴县海拔范围750—5 328 m，将其分为9个海拔带，各海拔带国土面积如图3所示，其中，海拔<1 000 m和>4 500 m的土地面积仅占全县面积的2.37%。统计分析不同海拔的保护成本及其构成，结果显示：2010年，随着海拔升高，各海拔带的保护成本呈现出先增加后降低的趋势，保护成本主要分布在海拔1 000—4 000 m范围内，其中每500 m海拔带的保护成本投入均超过500万元。而各海拔带的单位面积保护成本随着海拔的升高总体上呈现出下降的趋势。

从保护成本的构成看，林地保护投入主要集中在海拔1 000—4 000 m，这与研究区林地面积的广泛分布有关；自然保护区保护投入主要集中在海拔2 000—3 500 m；草地保护投入主要集中在高海拔地区（3 000—4 500 m）；而水源保护地保护投入主要集中在低海拔地区（1 000—2 500 m）；水土保持地保护投入由于受资料限制，按乡镇面积分摊，故其分布与乡镇海拔分布一致，在1 000—4 500 m均有分布。

4 讨 论

保护成本的核算因为有实际的资料记载作为支撑，比较容易量化[17]，但还存在核算不规范，随意性大，主观性强，准确性低等问题[7]。并且测算过程较复杂，涉及到多种数据的获取和多种参数的调整[18]。不同类型生态补偿（森林、流域及自然保护区生态补偿）中保护成本的核算内容不尽相同。并且保护成本具有不确定性，即使是同一类型生态补偿保护成本的核算目前还没有形成统一、明确的核算内容和指标体系[11]。因此保护成本的核算准确性及其空间化的精度取决于对当地生态建设与保护措施的掌握程度和资料的收集、获取情况。保护成本的空间差异至少体现在三个方面[11]：①保护不同生态系统，由于保护措施和方法不同，所产生的保护成本不同；②保护同一种生态系统，由于生态系统自身的异质性，所产生的保护成本不同。例如营造不同树种、森林覆盖率、森林结构的森林所产生的造林费是不同的。③ 保护分布在不同区域的同一种生态系统，由于地形、道路交通便捷性、距离集镇远近等自然条件和社会经济条件的空间差异，也会导致保护成本不同。例如对于相同的林地，山顶和山脚的造林成本与管护成本都可能不同，因为山顶需要耗费更多的运输费用、时间和精力等。目前使用较多的面积内插法，结合统计资料和实地调研，可以体现保护成本前两个方面的空间差异。如戴其文等对甘南藏族自治州的草地保护成本进行核算，主要考虑禁牧围栏费用（围栏材料费、运费和人工费）和草地补播费用（草籽费和人工费用），根据甘南州部分县退牧还草工程报告及相关调查数据，获得甘南州各县市的草地保护成本，各县市草地保护成本范围在982.95—1 550.25元/hm2[19]。

但有学者指出简单的面积内插并不是真正意义上的空间化，因为它并没有考虑影响数据的地理环境要素，其结果的可靠性往往受到质疑[20]。因此对于林地和自然保护区，其保护成本投入多发生在日常巡护上，故其保护成本的空间差异主要体现在斑块可达性难易程度上，

有学者认为可达性的难易程度受到3方面的因素影响：土地使用因素、交通因素和个体因素。其中土地使用因素包括土地的使用性质（如居住、工作、购物、文化娱乐等）和土地使用的空间分布（如位置、规模、强度等）；交通因素包括交通需求、交通供给（含交通工具因素）、出行距离及时间等；个体因素包括个人需要、个人能力及个体其他属性等。此三者之间相互作用相互影响，共同决定了可达性的大小[21]。

本研究通过斑块可达性难易程度来调整其保护投入的空间差异，主要考虑被管护林地距离管护站点的距离、道路、坡度和方向4个方面，暂未考虑管护人员的交通工具、视域范围、办事效率等个体因素以及土地利用的限制（可达性成本计算中最短途径可能遇到水域或建筑物）在本研究计算过程中忽略。

在生态补偿项目实施过程中存在着三种无效率情况[22]：①即使没有生态补偿项目，也会存在期望的土地利用活动；②支付的补偿金额没有高到引起社会期望的土地利用活动；③支付的补偿金额引起的正外部性价值低于成本。而

通过保护成本空间差异研究，可直观的找出保护成本高或者低的地方，为相关保护规划制定和具体保护措施实施提供空间选择。同时为解决目前生态补偿标准“一刀切”现象提供解决思路。此外，可用于成本-效益分析进行生态补偿效益评价。正如Babcock 等将参与者空间选择的研究工具和方法分为3种：效益法、成本法、效益成本比例法[23]。谢剑斌等人[4]认为对政府主导型的生态补偿项目来说，应将资金配置到生态效率高或生态效益增量大的地方，或者到投入成本低的地方。戴其文等人[24]以甘南藏族自治州草地生态系统水源涵养服务为例， 以乡镇为基本研究单元，通过核算各乡镇的生态补偿成本与水源涵养量，通过风险效益成本比对甘南州进行生态补偿区等级划分。

5 结 论

由于山区自然环境和人文环境存在明显的空间异质性，山区保护成本存在明显的空间差异。通过统计资料、考虑结合地理环境要素、结合GIS技术进行山区保护成本的空间差异研究。所得结论如下：①通过距离、道路、坡度和方向，计算得到宝兴县被管护林地的可达性系数，其范围在0—1之间，平均值为0.18，标准差为0.16。根据统计资料使用面积内插法获取单位面积保护成本，再通过可达性难易程度调整单位面积保护成本，是一种基于地理环境要素空间化思路和尝试。而保护成本的核算准确性及其空间化的精度取决于对当地生态建设与保护措施的掌握程度和资料的收集、获取情况。②2010年，研究区流域生态补偿相关的保护成本为4 590.46万元，其中不同保护对象的投入大小顺序为林地>自然保护区>水土保持地>草地>水源保护地。③研究区不同海拔带保护成本及其构成不同，林地保护成本在1 000—4 000 m范围内均较高，这与研究区林地的广泛分布有关；草地保护成本多发生在高海拔地区（3 000—4 500 m）；而水源保护地保护成本多发生低海拔地区（1 000—2 500 m）。本研究可直观的找出保护成本高或者低的地方，为相关保护规划制定和具体保护措施实施提供空间选择，同时为解决目前生态补偿标准“一刀切”现象提供解决思路，此外，可用于成本-效益分析进行生態补偿效益评价。

（编辑：王爱萍）

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