马国霞,於 方,王金南*,周夏飞,袁 婧,牟雪洁,周 颖,杨威杉,2,彭 菲



中国2015年陆地生态系统生产总值核算研究

马国霞1,於 方1,王金南1*,周夏飞1,袁 婧1,牟雪洁1,周 颖1,杨威杉1,2,彭 菲1

(1.环境保护部环境规划院,北京 100012；2.中国科学院科技战略咨询研究院,北京 100190)

基于空间分辨率1km的遥感影像数据,对我国2015年31个省市区陆地生态系统生产总值(GEP)进行核算.核算结果显示:2015年我国GEP为72.81万亿元,GGI指数(GEP与GDP比值)为1.01,其中西藏和青海的GGI指数最高,大于10.生态调节服务是生态系统最主要的生态服务类型,其价值为53.14万亿元,占GEP的73.0%.湿地生态系统的生态服务量最大,为28.08万亿元,占GEP的42.4%;其次是森林生态系统,为19.89万亿元,占GEP的30.0%;草地生态系统为10.66万亿元,占GEP的16.1%. 单位面积GEP和人均GEP的区域差距较大,西部地区的人均GEP相对较高,东部地区的单位面积GEP相对较高.

生态系统生产总值；生态服务评估；价值核算；空间分布

生态系统提供的产品与服务是人类生存与发展的基础.目前,生态系统服务研究已经涵盖全球、国家、地区等不同区域尺度和森林、湿地、草地等不同生态类型.在全球生态系统服务价值的评估研究中,Daily[1]和Costanza等[2]学者的研究具有代表性.2001年,联合国启动了千年生态系统评估,全面评估了全球生态系统的过去、现在及未来,推进了生态系统服务的理论、方法及其应用研究[3].我国学者从生物多样性、环境净化、大气化学平衡的维持、土壤保护等方面,重点对森林、地表水、草地、湿地等类型的区域生态系统服务进行了深入研究,促使国内生态系统服务及其价值评估理论研究由理论探讨转向实证分析的发展阶段[4-5].

此后,大量学者投入到生态系统服务相关研究中,并已取得一定成果.如江波等[6]以2012年为基准年,运用市场价值法、替代成本法、个体旅行费用模型法和条件价值法评估了博斯腾湖提供给人类的生态经济价值.喻露露等[7]采用基于当量因子的生态系统服务价值评价方法,借助GIS空间分析技术,应用局部自相关模型,定量研究了海口市海岸带生态系统服务价值的时空变异特征.艾训安等[8]采用Costanza及谢高地等提出的生态系统服务价值计算方法,在根据单位面积蓄积量对厦门岛各类型生态系统单位面积生态服务价值当量进行修正的基础上,对厦门岛生态系统服务价值进行评价,并从生态系统服务角度提出对策与建议.欧阳志云等[9]借鉴国内生产总值和绿色GDP的概念,建立了生态系统生产总值核算框架.

综上,近年来的相关研究多局限于小区域范围的生态系统服务价值评估,本文利用1km空间分辨率的遥感影像数据,率先对2015年我国森林、湿地、草地、荒漠、农田、城市等生态系统提供的产品和服务价值进行核算,并在污染净化、固碳释氧以及污染治理成本、固碳成本等方面做了方法和参数改进,首次提出了绿金指数的概念,分析全国31省市区生态系统生产总值的空间分异,为实现“绿水青山就是金山银山”理念提供科学依据.

1 核算方法与数据来源

1.1 核算方法

根据生态系统服务的性质可将服务价值分为两类:市场价值和非市场价值.生态系统服务的市场价值可以定义为生态系统服务在市场机制中的交换价值或价格,比如食物和原材料生产服务.生态系统服务的非市场价值可以定义为对人类有着非常重要的作用、但不能在市场机制中得到反映的生态系统服务的价值,按照Costanza的生态系统服务理论,本文对生态系统服务价值进行分类[10](图1).

1.1.1 产品供给 生态产品供给服务是指由生态系统产生的具有食用、医用、药用价值的物质和能源所提供的服务.根据SEEA 2012生态实验账户(EEA),生态产品供给服务包括水资源、农业资源、林业资源、畜牧业资源、渔业资源、能源以及其他资源等(表1),本文统计了可核算的产品供给服务三级指标共76个.

式中:pro为生态产品供给服务价值;E为每种产品的产量,t;P为每种产品的单位价格,元/t.

1.1.2 气候调节 生态系统气候调节包括降温和增湿两个功能,森林和草地系统通过植物的树冠和光合作用吸收大量的太阳光能,减缓了气温的升高.湿地生态系统通过蒸腾作用,将植物体内的水分以气体形式通过气孔扩散到空气中,使太阳光的热能转化为水分子的动能,消耗热量,降低空气温度,增加空气的湿度.

表1 生态产品供给服务价值核算指标

式中:cr为生态系统气候调节价值;t为森林、草地和湿地生态系统的降温价值;m为湿地的增湿价值;GPP为森林和草地生态系统总初级生产力,t;为有机质能量转换系数,J/t;为标准大气压下水的汽化热,2260kJ/kg;为空调能效比;ew为湿地的潜在蒸散量,mm;利用彭曼斯蒂模型(Penman-Monteith,P-M)进行计算[11];w为单位体积水蒸发耗电量,125KW·h/m3;R为电价,以电能作为太阳能的替代产品,本文电价取2015年全国平均值0.5元/(KW·h)[12].

1.1.3 固碳释氧 生态系统中植物通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为碳水化合物,以有机碳的形式固定在植物体内或土壤中,并同时释放O2,不仅对全球的碳循环有着显著影响,也起到调节大气组分的作用.

(4)

式中:CO2为生态系统的固碳价值;O2为生态系统的释氧价值;NPP为不同生态系统的净初级生产力,为森林、草地、城镇、荒漠等四个生态系统;CF为不同生态系统干物质碳比例,其中,各省区森林生态系统的CF根据1980~2010年间有关林木生物量与生产力研究的3900余条数据记录进行归并处理得到[13],草地、城镇和荒漠生态系统采用IPCC推荐值[13];NPPw为湿地生态系统的净初级生产力;CFw为湿地生态系统干物质含碳率,数据来自IPCC推荐值[14];湿地生态系统的NPP为一年生植物产生,只有10%的碳转化为有机碳储存在湿地土壤中[15];根据植物光合作用基本原理,植物每固定1g CO2,释放0.73g O2;CO2为碳社会成本[16],O2为制氧成本,数据来自森林生态系统服务功能评估规范[17].

1.1.4 水流动调节 生态系统的水流动调节服务包括洪水调蓄和水源涵养两种调节.湿地可以削减洪峰、滞后洪水过程,减少洪水造成的经济损失.森林和草地植物根系深入土壤,使土壤对雨水更有渗透性,具有涵养水源的功能.

式中:wcf为生态系统水流动调节价值;wc为洪水调蓄价值;wf为水源涵养价值;洪水调蓄价值包括湖泊湿地、沼泽湿地和库塘湿地三种湿地类型的洪水调蓄.l为湖泊换水次数,次;l为湖泊湿地面积,m2;和为对应湖区的经验系数;s为洪水期沼泽的平均最大淹没深度,为1m;s为沼泽面积,m2;t为水库总库容,m3,库塘湿地的实际洪水调蓄库容按其总库容的35%进行计算[18];fg是森林和草地面积,hm2;fg是森林和草地生态系统年总降水量,mm;fg是森林和草地生态系统年总蒸散量,mm;w为建设单位库容的工程成本,元/m3,根据《森林生态系统服务功能评估规范》(LYT 1721-2008),水库建设成本为6.11元/m3,通过价格指数折算到2015年为8.1元/m3.

1.1.5 土壤保持 土壤保持从保持土壤肥力和减轻泥沙淤积灾害两个方面评价.土壤保持量用潜在土壤侵蚀量与现实土壤侵蚀量之差计算[19],本文采用通用土壤流失方程(USLE)进行全国土壤保护服务实物量评估[20-21].

式中:s为土壤保持的服务价值;USLEp为潜在土壤侵蚀量;USLEr为现实土壤侵蚀量;按照我国流域的泥沙运动规律,土壤侵蚀流失泥沙的24%淤积于水库、河流、湖泊中,需要清淤作业消除影响[22];w为建设单位库容的工程成本,元/m3;为土壤容重,t/m3;C为土壤中氮、磷、钾和有机质的纯含量;R为氮、磷、钾元素和有机质转换成尿素、过磷酸钙和氯化钾等肥料及碳的比率,取值2.17、8.33、2.22、0.58;P为尿素、过磷酸钙、氯化钾、有机质价格,2015年尿素价格为1300元/t,过磷酸钙为2950元/t,氯化钾为2250元/t.

1.1.6 防风固沙 防风固沙是森林和草地等生态系统通过其结构与过程,减少风蚀导致的土壤侵蚀的功能,主要与风速、降雨、温度、土壤、地形和植被等因素密切相关.本文选用修正风蚀方程RWEQ[23]进行全国防风固沙功能的实物量评估.由于风沙扬起后,在输送途径中会因重力作用沉降堆积,覆盖表土后形成沙化层,使之失去利用价值.因此,本文采用沙化土壤的治理成本进行防风固沙服务价值量核算.

(8)

(9)

式中:d为生态系统防风固沙价值;为防风固沙量,kg/m2;为沙砾堆积密度,按1.4t/m3计算;为土壤沙化标准覆沙厚度,取0.1m;P为治沙工程的平均成本,采用《内蒙古自治区草原植被恢复费征收使用管理办法》[24]的草地植被恢复费用3.75元/m2;代表距离上风向不可蚀地面的距离;为区域侵蚀系数;max为风蚀最大转移量,kg/m;WF为气象因子;EF为土壤可蚀性因子;SCF为土壤结皮因子;为植被覆盖因子;为地表粗糙度因子.

1.1.7 水质净化 水质净化污染物是一系列物理、化学和生物因素共同作用的结果,水环境容量能更好地体现生态系统真实的纳污能力,本文采用湿地生态系统对COD和氨氮两种污染物的地表水水环境容量,进行水质净化价值核算.

式中:w为生态系统水质净化价值;c为治理水体污染物的成本,元/t;P为年地表水水环境容量(COD/氨氮),万t,数据来源于《全国地表水化学需氧量和氨氮环境容量计算与分析》[25].治理成本来自《中国环境经济核算技术指南》[26],根据价格指数,2015年COD治理成本为21.84元/kg,氨氮治理成本为8.02元/kg.

1.1.8 空气净化 空气净化是生态系统通过一系列物理、化学和生物因素的共同作用,使大气环境中污染物浓度降低的过程,主要包括吸收硫化物、氮化物和粉尘等物质,过滤空气,维持大气成分平衡等功能.

式中:a是空气净化价值;CSN为SO2和NO两种污染物的大气环境容量,万t;PSN为SO2和NO两种污染物的单位治理成本,元/t;PMN为PM2.5和氨气两种污染物的单位治理成本,元/t;CMN为PM2.5和氨气两种污染物的大气环境容量;Q为污染物当量值,根据《排污费收费标准及计算方法》[27],一次PM2.5、氨的污染物当量值分别为2.18kg和9.09kg,单位当量收费标准为0.6 元/单位当量;单位治理成本来自《中国环境经济核算技术指南》[26],根据价格指数,2015年SO2治理成本1170元/t,NOX治理成本为3363元/t.

1.1.9 病虫害防治 生态系统通过食物链控制病虫害的传播,通过受到影响的物种数量或减少人类疾病、牲畜疾病的概率进行表征.

式中:b为病虫害控制价值;NFa为天然林面积, hm2;MFr为人工林病虫害发生率,%;NFr为天然林病虫害发生率或综合防治农田病虫害发生率, %,数据来自《中国林业年鉴2015》[28];b为单位面积病虫害防治费用,万元/hm2.

1.1.10 文化服务 生态系统文化服务价值指源于生态系统组分和过程的文学艺术灵感、知识、教育和景观美学等生态文化.本文以各地区旅游收入近似代替,假设自然景观的旅游收入占总旅游收入的70%[29],进行生态系统文化服务价值估算.

1.2 数据来源

本文统计数据主要来自2015年的《中国统计年鉴》[30]、《中国农业统计资料》[31]、《中国畜牧业统计年鉴》[32]、《中国林业统计年鉴》[28]、《全国农产品成本收益汇编》[33]、《中国能源统计年鉴》[34]等统计年鉴.遥感数据来自中国科学院资源科学数据中心提供的2015年土地利用类型和DEM数据,2015年的MOD13A3的NDVI数据和MOD17A3的NPP数据、中科院南京土壤研究所的土壤类型.气象数据来自中国气象数据网.其他数据来自《中国2008年温室气体清单研究》[13]、《2006IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories》[14]、《森林生态系统服务功能评估规范》(LYT 1721-2008)[17]、《全国地表水化学需氧量和氨氮环境容量计算与分析》[25]、《基于全国城市PM2.5达标约束的大气环境容量模拟》[34]、《中国环境经济核算技术指南》[26]、《中国湿地资源系列图书》[36]、《内蒙古自治区草地植被恢复费征用使用管理办法》[24]、全国化肥价格网[37]、美国EPA的碳社会成本报告[16]等.

2 2015年我国GEP核算结果

2.1 不同生态系统面积与净初级生产力指标分析

面积可反映不同生态系统的数量,净初级生产力反映不同生态系统质量,这两个指标是GEP实物量核算的重要指标.2015年,我国草地总面积为264.77万km2,占核算生态系统总面积的28%;森林总面积为224.95万km2,占比为23.8%;农田面积为178.84万km2,占比为18.9%;湿地总面积为41.44万km2,占比为4.4%;城镇面积为25.55万km2,占比为2.7%;荒漠面积为209.59万km2,占比为22.2%.2015年,我国森林生态系统NPP为12.68亿t,占比为45.9%;农田生态系统NPP为7.85亿t,占比为28.4%;草地生态系统NPP为5.15亿t,占比为18.6%;荒漠、湿地和城镇生态系统NPP相对较少,占比分别为3%、2.7%和1.4%.从单位生态系统面积的NPP指标看,森林和农田生态系统相对最高,分别为563.6t/km2和439.1t/km2;草地和湿地生态系统单位面积的NPP分别为194.5t/km2和183.2t/km2;荒漠生态系统单位面积的NPP最小,为18.2t/km2.从NPP的空间分布看,云南(3.47亿t)、四川(2.73亿t)、内蒙古(1.87亿t)、黑龙江(1.57亿t)、广西(1.46亿t)和西藏(1.25亿t)等省份的NPP相对最高,占全部NPP的比重为44.7%(图2).

2.2 不同生态系统GEP核算结果

2015年,我国GEP为72.81万亿元,是2015年GDP的1.01倍.其中,湿地生态系统的生态服务价值最大,为28.08万亿元,占比为42.4%;其次是森林生态系统,为19.89万亿元,占比为30.0%;草地生态系统为10.66万亿元,占比为16.1%;农田和城市生态系统的服务量分别为6.11万亿元和0.39万亿元,占比为9.2%和0.6%;荒漠生态系统提供的生态服务量最小,为0.36万亿元,占比为0.55%.(表2).从全部生态系统提供的不同生态服务价值指标看,2015年,全部生态系统提供的产品供给服务为13.12万亿元,占比为18%;调节服务价值为53.14万亿元,占比为73.0%;文化服务价值为6.55万亿元,占比为9%.在调节服务中,气候调节服务量最大,为31.72万亿元;其次是水流动调节,为10.76万亿元,固碳释氧服务为5.91万亿元.

表2 不同生态系统的生态服务价值量(亿元)

注 :文化服务价值无法分解到不同生态系统,只有合计.大气环境净化价值以不同生态系统的面积为依据进行分解.×表示未评估,－表示不适合评估.

2.3 我国GEP的空间分布

我国GEP的空间差异较大.内蒙古的GEP最高,达到6.81万亿元;其次是黑龙江,为6.4万亿元;西藏、四川、广东、云南等四省的GEP相对接近,在4.7~3.5万亿元之间.GEP位于2~3.5万亿元之间的省份有广西、湖南、青海、湖北、江西、福建、新疆和浙江8个省份;GEP位于1~2万亿元之间的省份有江苏、山东、安徽、河南、贵州、辽宁、吉林、河北、甘肃和陕西10个省份;重庆、山西、海南、北京、上海、天津和宁夏 7个省市的GEP低于1万亿元(表3).GEP总值较高省份中,湿地、森林提供的生态价值总值和单位面积生态价值都相对较高.内蒙古、黑龙江、西藏和广东等省份湿地生态系统提供的生态价值最高,分别占总生态价值的66%、76%、52%、45%.四川森林生态系统提供的生态价值最高,占其总生态价值的37%.从单位面积的生态价值看,GEP总值最高的这5个省份中,湿地单位面积的生态价值都是最高的.内蒙古、黑龙江、西藏、四川和广东湿地单位面积的生态价值分别为0.72、0.98、0.27、1.31和2.05亿元/km2,广东省单位面积的湿地生态价值最大.

2.4 我国GEP核算综合分析

采用单位面积GEP、人均GEP以及绿金指数(GGI:GEP与GDP比值)等指标,对GEP进行综合分析.GEP是人类享受自然生态系统提供的福祉,人口相对较少,但自然生态系统提供的生态服务相对较大的西部地区,其人均GEP相对较高.人均GEP最高的省份主要有西藏、青海、内蒙古、黑龙江、新疆和云南.人均GEP相对较低的省份主要有上海、河南、河北、天津、山东、北京.单位面积GEP相对较高的省份主要分布在东部地区,上海、北京、天津、浙江等省市单位面积的GEP相对较高,而新疆、甘肃、宁夏、西藏、青海等西部地区单位面积GEP相对较低.GGI指数大于1的省份有15个,主要分布在西部地区,其中,位于我国青藏高原的西藏(46.5)和青海(12.6)的GGI指数大于10.上海、天津、北京、江苏、山东等东部省份的GGI指数都小于0.5(表3).

表3 2015年我国31个省市自治区GEP及相关指标排序

从GEP核算的角度看,大小兴安岭森林生态功能区、三江源草原草甸湿地生态功能区、藏东南高原边缘森林生态功能区、若尔盖草原湿地生态功能区、南岭山地森林及生物多样性生态功能区、呼伦贝尔草原草甸生态功能区、科尔沁草原生态功能区、川滇森林及生物多样性生态功能区、三江平原湿地生态功能区等国家重点生态功能区的生态服务价值相对较大,但按照主体功能区划要求,这些地区都是限制开发区,其社会经济发展严重受限.其中,以西藏和青海为主体的生态功能区,无论从GEP总值,还是人均GEP,都相对较高,但其经济落后.这些地区需以GEP核算价值为基础,寻找变生态要素为生产要素,变生态财富为物质财富的道路,提高绿色产品的市场供给,争取国家的生态补偿,转变社会经济发展的考核评估体系,实现“青山绿水”就是“金山银山”的重要转变.

3 讨论

本文中,GEP核算涉及11种不同的生态功能指标核算,很多生态功能没有直接市场化的价格,每种生态功能价格核算方法都不同,且每种生态功能可能有多种核算方法,使评估结果较大地依赖于不同方法的选择,从而使得可比性下降.与以往研究相比,本文估算的GEP相对偏高,如欧阳志云等[4]估算的1998年中国陆地生态系统服务功能生态经济价值为30.49万亿元,与本文估算值(72.81万亿元)相比偏低;余新晓等[38]估算的1998年中国森林生态系统服务功能经济价值为3.06万亿元,与本文估算值(19.89万亿元)相比偏低;这主要是由于生态系统指标选取、产品与服务定价方法不规范所导致的.因此,在今后的研究中,还需对GEP核算方法、关键参数、核算范围、指标体系等方面进行规范,以便实现GEP核算结果的可比性和系统性.

4 结论

4.1 生态系统生产总值是评估生态系统对人类福祉贡献的重要指标.2015年,我国GEP为72.81万亿元,GGI指数为1.01.其中,调节服务价值最大(53.14万亿元),占比为73.0%.在调节服务价值中,气候调节服务量最大,为31.72万亿元;其次是水流动调节,为10.76万亿元.从不同生态系统提供的生态服务价值指标看,湿地生态系统的生态服务量最大,为28.08万亿元,占比为42.4%;其次是森林生态系统,为19.89万亿元,占比为30.0%.

4.2 我国单位面积GEP和人均GEP的区域差距较大,西部地区的人均GEP相对较高,东部地区的单位面积GEP相对较高.东部地区单位面积GEP为1645.2万元/km2,人均GEP为6.1万元/人;西部地区单位面积GEP为492.8万元/km2,人均GEP为9.1万元/人.我国GEP较高的省份为华北地区的内蒙古,东北地区的黑龙江,青藏高原的西藏,西南地区的四川省和华南地区的广东省.

4.3 我国GGI指数区域差异较大.以西藏和青海为主体的生态功能区,无论从GEP总值,还是人均GEP,都相对较高,但其经济发展水平总体相对落后.这些地区需以GEP核算为基础,实施生态补偿和生态文明建设考核的参考依据,探索变生态要素为生产要素、变生态财富为物质财富的道路,提高绿色产品的市场供给和生态补偿力度,促进“绿水青山”向“金山银山”的转变.

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致谢：文章核算过程中,得到了中国科学院生态环境研究中心欧阳志云研究员和郑华研究员、北京师范大学朱文泉教授、中国科学院植物研究所胡会峰研究员、国家气候变化战略与国际合作中心李俊峰研究员、中国科学院地理科学与资源研究数据服务平台的指导和帮助.在此,致以衷心的感谢！

Measuring gross ecosystem product (GEP) of 2015 for terrestrial ecosystems in China.

MA Guo-xia1, YU Fang1, WANG Jin-nan1*, ZHOU Xia-fei1, YUAN Jing1, MOU Xue-hua1, ZHOU Ying1, YANG Wei-shan1,2, PENG Fei1

(Chinese Academy for Environmental Planning, Beijing 100012, china；2.Institute of Science and Development, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, china).

We evaluated China’s Gross Ecosystem Product (GEP) for terrestrial ecosystems in 2015. Six land use types of terrestrial ecosystems (forest, wetland, grassland, cropland, urban, desert) were included in the analysis; GEP of thirty one provinces and autonomous regions of China were reported and contrasted. An index comparing the natural capital to the built capital called GGI (GEP to GDP Index) was introduced. The results indicate that: GEP for terrestrial ecosystems of 2015 was ¥72.81 trillion, the national GGI was 1.01. At provincial level, Tibet and Qinghai ranked first and second as measured by GGI. Among all the ecosystem services we evaluated, regulation service values ¥53.14 trillion, accounting for 73% of GEP. For six land use types, wetland provides services worth of ¥28.08 trillion, accounting for 42.4% of GEP; followed by the forest and grassland which is ¥19.89 trillion and ¥10.66 trillion accounting for 30% and 16.1% of GEP respectively. Spatial distribution of GEP per capita and GEP per unit area varies significantly among regions in China, the GEP per capita in the western China is higher than eastern China.

Gross Ecosystem Product；ecosystem service valuation；nature capital auditing；spatial distribution

X196

A

1000-6923(2017)04-1474-09

2017-03-06

国家自然基金(41371533,41371536),重点大气专项(2016YFC0208800)

马国霞(1978-),女,宁夏同心县人,研究员,博士,主要从事环境经济核算与可持续发展研究.已发表论文40余篇.

* 责任作者, 研究员, wangjn@caep.org.cn

, 2017,37(4)：1474~1482