郭荣中, 申海建

基于生态系统服务的澧水流域生态补偿标准研究

郭荣中1, 申海建2

1. 长沙环境保护职业技术学院, 长沙 410004 2. 湖南省测绘科技研究所, 长沙 410007

在对澧水流域2002—2017年间生态系统服务和生态供需状况进行研究的基础上, 进行流域生态补偿空间选择, 并测算流域内各县(市、区)的生态补偿标准。结果表明: (1)研究期间, 澧水流域生态系统服务价值从2002年的437.17×108元减至2017年的435.69×108元。(2)2017年澧水流域生态供需不平衡, 人均生态赤字为-2.1497 hm2。(3)引入生态补偿优先级确定澧水流域生态补偿空间, 位于澧水上游和中游的桑植县、永定区、武陵源区、慈利县、石门县等5个县(区)属于生态输出型; 澧水下游的临澧县、澧县、津市市等3个县(市)为生态消费型。(4)根据研究区生态供需状况, 引入修正系数对各县(市、区)的生态补偿标准进行测算可知, 澧县需要支付22.91×108元; 其次是石门县和临澧县, 分别为9.40×108元和9.22×108元。研究结果对于加快构建区域生态补偿机制具有重要意义, 并对国内其他区域生态补偿工作起到借鉴作用。

生态系统服务; 生态足迹; 生态补偿; 澧水流域

0 前言

“生态补偿”在国际上通常被称为生态系统服务付费(Payments for Ecosystem Service , PES)[1], 用以实现社会公平和区域协调发展。合理、科学、准确的进行生态系统服务付费, 实现生态正义是国内外学者一直探讨的问题, 研究者积极从确定区域生态补偿的次序、界定生态补偿的主客体、测算生态补偿值、确定生态补偿方式、构建生态补偿机制等方面进行了理论与实证的探讨[2–6], 而如何确定合理可行的补偿标准, 却一直都是生态补偿研究和实践的难点问题。对于生态补偿的标准, 前人研究主要有生态功能价值法[7–8]、机会成本法[9–11]、补偿意愿法[12–14]等, 基于机会成本确定生态补偿的下限; 基于补偿意愿法确定生态补偿的中间值; 基于生态系统服务价值(Ecosystem Service Value, ESV)计算生态补偿的上限等。国内外学者积极对生态系统服务进行了大量研究[15–18], 研究表明, 生态系统服务价值核算是生态环境保护、生态功能区划、环境经济核算和生态补偿决策的重要依据和基础。其中在生态系统服务价值的评估方法上, 最为广泛采用的是谢高地等2003年制定出的“中国生态系统单位面积生态服务价值当量”[19], 并于2005年进一步制定出“我国不同省份农田生态系统生物量因子”(湖南省修正系数为1.95)[20]。而生态服务能否满足本地区对生态的消费则可通过生态足迹(Ecological Footprint, EF)进行分析[21–22], 生态足迹法能揭示生态系统服务在不同区域的供需情况, 为不同区域生态补偿量的确定提供依据[23–24]。

本文以澧水流域为研究对象, 研究区域包括湖南省张家界市和常德市辖内的八个县(市、区), 文中计算了澧水流域2002—2017年的生态系统服务价值, 并通过生态足迹法描述区域生态供需状况, 揭示区域生态供给对生态消费的满足程度, 引入生态补偿优先级(Ecological Compensation Priority Sequence, ECPS), 选择生态补偿空间, 最后根据澧水流域的生态供需状况进行系数修正, 测算生态补偿值。文章加强生态系统评估结果与区域生态补偿的契合度, 将生态系统服务纳入生态补偿的设计、实施和管理的全过程, 在生态补偿标准的测算上进行改进, 拟提供一种新的探索生态补偿机制构建的思路和方法, 以实现生态正义, 维护社会公平, 打通迈向生态文明的“绿金之道”。本文探讨流域生态补偿机制构建过程中具有广泛适用性的规律与方法, 能为加快构建湖南省“四水”流域生态补偿机制提供参考, 对国内其他区域生态补偿工作起到借鉴作用。

1 研究区概况

澧水流域位于湖南省西北部, 流经张家界市和常德市内的2个区, 1个县级市, 5个县, 即张家界市辖永定区、武陵源区、桑植县、慈利县, 常德市辖津市市、石门县、临澧县、澧县。截至2017年末, 土地总面积1733935.38 km2; 其中耕地面积为338441.13 km2、园地面积为67737.13 km2、林地面积为1050467.59 km2、草地面积为34871.82 km2、湿地面积为15883.33 km2、居民点及工矿用地面积为85385.82 km2、交通用地面积为20972.35 km2、水域面积为99617.83 km2、未利用地面积为20558.38 km2; 总人口361.33 万人, 其中城镇人口174.82 万人, 农村人口186.51 万人, 城市化水平48.38 %; 地区生产总值1433.7628 亿元, 其中第一产业186.1918 亿元, 第二产业434.7435 亿元, 第三产业812.8275亿元, 第一、二、三产业结构比例为12.99: 30.32: 56.69。

本文基础数据来源于湖南省自然资源部门。社会经济数据来源于湖南省相关统计年鉴。

2 研究方法

2.1 生态系统服务价值评估

2.1.1 当量因子和基准单价修正

本文在谢高地等人[19–20]研究成果的基础上对生态系统服务价值计算中的当量因子和基准单价进行修正, 根据澧水流域2002—2017年平均粮食产量5 127.10 kg·hm-2比对湖南省同期平均粮食产量为5 873.19 kg·hm-2, 文中当量因子修正系数最终确定为1.95×(5127.10/5873.19)=1.702 4。基准单价(VC)的确定是基于在没有人力投入的自然粮食生态系统提供的经济价值, 以现有单位面积农田提供的食物生产服务经济价值的1/7计, 计算公式为:

式中:VC为单位面积生态系统服务价值基准单价,为区域基准年粮食单价(元·kg-1), 本文取流域2017年的粮食单价为3 元kg-1;Q为区域第年粮食产量(kg·hm-2);为年份数。根据式(1)计算出澧水流域的VC为2197.33元·hm-2。

经过当量因子和基准单价本地化修正, 计算出澧水流域生态系统单位面积生态服务价值(表1)。

2.1.2 评估方法

澧水流域土地利用类型包括耕地、园地、林地、草地、湿地、居民点及工矿用地、交通用地、水域、未利用地, 生态系统类型分为森林、草地、农田、湿地、水体、荒漠。在生态系统类型与土地利用类型的对应上, 本文采用农田、森林、荒漠分别与耕地、林地、未利用地对应; 湿地、水域对应类型不变; 园地取森林和草地的平均值; 建设用地对应居民点及工矿用地、交通用地(建设用地生态系统服务价值取零)[25]。生态系统服务价值的计算公式表达为:

式中:为生态系统服务价值;ESV为生态系统单项服务价值;A为种生态系统类型的面积(hm2);VC为当量因子的价值量(元·hm-2·a-1);VC为单项服务价值量(元·hm-2·a-1)。

2.2 生态足迹模型

2.2.1 生态足迹计算方法

生态足迹计算方法表达为:

式中:为区域人均生态足迹;为区域人均生态承载力;i和i分别为世界平均产量和年生产量; N为人口数;a为人均生物生产面积;r为均衡因子;y为产量因子。

2.2.2 产量因子和均衡因子修正

为更好体现区域特点, 本文对生态足迹方法中的关键参数(均衡因子和产量因子)进行本地化修正,刘某承等[26–27]曾对两者进行省域尺度的修正, 本文在其基础上进一步进行区域修正, 首先加权计算研究区域不同类型作物产量因子, 其结果为澧水流域耕地产量因子(1.6336), 再以耕地调整系数为基准, 同比同步修正其他各类产量因子(表2)。均衡因子则直接采用2010年刘某承等[26]确定的湖南省数值(表3)。

表1 澧水流域生态系统单位面积生态服务价值表

注: 价值单位为元·hm-2·a-1(2017年)。

2.3 区域生态补偿空间选择

生态补偿优先级()[28]是一种较常见的空间选择方法。计算公式为:

式中:VAL为单位面积生态系统非市场价值,GDP为单位面积GDP。

2.4 区域生态补偿标准确定

结合区域经济发展水平, 本文引入修正系数r[5]。表达为:

式中:、、r、同上。

3 结果与分析

3.1 生态系统服务价值

根据式(2)、式(3), 可计算出2002—2017年澧水流域生态系统服务价值(表4)和单项服务价值(表5)。从表4可知: 2002年, 澧水流域生态系统服务价值为437.17×108元, 2017年为435.69×108元, 期间下降了1.47×108元, 减少率为0.34％。而且除了林地增加了1.72×108元。其他六种类型的都在减少, 草地减少最多, 为-13.22%, 其次是湿地, 为-10.56%。同时从表5可以看出, 原材料和气体调节略有增加, 生物多样性保护在2002年和2017年是相同的, 气候调节等其他六项价值在减少。

表2 澧水流域产量因子

表3 澧水流域均衡因子

表4 澧水流域生态系统服务价值变化

表5 澧水流域生态系统单项服务价值变化

同理计算澧水流域各县(市、区)的生态系统服务价值(表6)。可以看出, 2002—2017年慈利县、桑植县、武陵源区、石门县价值量均表现为净增, 其中慈利县的增加量最大, 达到0.13×108元。澧县、永定区、津市市、临澧县价值量均表现为净减, 其中澧县的减少量最大, 达到0.71×108元。从各县(市、区)的变化率来看, 增幅最大的是武陵源区, 其次是慈利县, 增幅分别为0.40%和0.15%。降幅最大的是津市市, 其次是临澧县, 分别为-2.29%和-1.28%。澧水流域上游和中游地区生态服务功能较好, 下游地区经济发展较活跃, 要根据各县(市、区)生态服务能力因地适宜开展生态补偿。

3.2 澧水流域2017年生态足迹和生态承载力

由式(4)、式(5)计算出2017年澧水流域生态足迹和生态承载力(表7)。

表6 2002—2017年澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值的空间分异

表7 2017年澧水流域生态足迹和生态承载力

注: 可利用生态承载力为实际生态承载力的88%。土地类型中的耕地对应农地, 草地对应畜牧地, 水域对应渔业水域。

由表7可知: 2017年澧水流域人均生态足迹为2.7386 hm2, 人均可利用生态承载力为0.5889 hm2, 人均生态赤字为-2.1497 hm2, 研究区域生态供需不平衡。其中耕地、草地、水域、能源用地为生态赤字, 主要原因是研究期间澧水流域的土地利用类型发生较大的变化, 耕地面积从2002年的342538.97 hm2减少到了2017年的338441.13 hm2, 草地面积从2002年的40184.76hm2减少到了2017年的34871.82 hm2, 从而导致生态承载力的降低。林地和建筑用地为生态盈余, 研究区域林地面积从2002年的1044358.39 hm2增加到了2017年的1050467.59 hm2, 居民点及工矿用地面积从2002年的79937.00 hm2增加到了2017年的85385.82 hm2, 交通用地面积从2002年的18259.12 hm2增加到了2017年的20972.35 hm2。

3.3 生态补偿空间选择

根据式(6)计算出研究区域县(市、区)的ECPS(表8)。通过征询专家意见, 本文将补偿空间分为“生态输出型”(ECPS≥0.1600)和“生态消费型”(ECPS< 0.1600)。由表8可知: 澧水流域上游(桑植县、永定区、武陵源区)属于生态输出型, 结合表7发现, 因为永定区属于旅游城市张家界市市辖区, 旅游经济发达, 导致生态系统服务价值减少0.41×107元外, 桑植县、武陵源区生态系统服务价值在研究期间分别增加0.05×107元和0.04×107元; 中游(慈利县、石门县)也属于生态输出型, 生态系统服务价值在研究期间分别增加0.13×107元和0.03×107元, 应得到相应的生态补偿。澧水下游(临澧县、澧县、津市市)属于生态消费型, 经济发展较活跃, 生态系统服务价值在研究期间分别减少0.26×107元、0.71×107元、0.35×107元, 应进行生态支付。

3.4 生态补偿标准确定

按照式(7)、式(8)计算出生态补偿标准(表9), 在澧水流域各县(市、区)中, 桑植县处于生态盈余状态。澧县需要支付的金额最高, 为22.91×108元; 其次是石门县、临澧县、津市市, 分别为9.40×108元、9.22×108元、6.98×108元。澧县、石门县、临澧县、津市市位于澧水流域中下游, 经济发展活跃, 上述4个县、市GDP占澧水流域总额的61.45%, 生态补偿支付金额占总额的96.48%; 慈利县、永定区、武陵源区需要支付的金额分别为1.41×108元、0.35×108元、6.04×104元, 上述3个县、市GDP占澧水流域总额的32.21%, 生态补偿支付金额占总额的3.52%, 由此说明上游地区为了维护流域生态调节功能, 需要限制部分产业发展、损失部分发展机会, 增加更多的生态建设费用, 以为下游提供更多的优质生态系统服务, 从而影响了本地经济的发展和人民生活水平的提高。下游地区经济发展较发达, 是优质生态系统服务的收益者, 需要为生态系统服务的“无偿”享有“买单”, 并积极考虑以产业转移、人才培训、对口支援等方式为上游地区提供补偿。

表8 2017年澧水流域各县(市、区)生态补偿优先级

表9 2017年澧水流域生态补偿标准测算

4 讨论与结论

1) 本文对生态补偿测算中的关键参数进行本地化修正。文中修正了生态系统服务价值中的当量因子和基准单价, 并根据澧水流域实际耕地产量对生态足迹中关键参数产量因子进行修正。结果表明: 澧水流域生态系统服务价值从2002年的437.17×108元减少到2017年的435.69×108元, 呈现先升后降的变化趋势, 2017年研究区域人均生态赤字为-2.1497 hm2。

2) 本文探讨了澧水流域生态补偿的主客体界定问题, 结合区域经济发展水平, 采用生态补偿优先级对澧水流域各县(市、区)生态补偿进行空间选择。澧水上游、中游5个县(区)属于生态输出型, 澧水下游3个县(市)属于生态消费型。这将为确定生态补偿的次序提供参考, 助推生态保护者和受益者良性互动, 有助于研究区域生态补偿机制的建立。

3) 本文计算出的澧水流域各县(市、区)需要支付/得到的生态补偿值, 探索“补偿多少”的问题, 这是县级尺度生态补偿标准测算的积极尝试。其中澧县需要支付的金额最高, 为22.91×108元。研究结果能为区域生态文明建设提供指导, 流域生态保护成果的“受益者”支付相应的费用, 有利于激励上游地区保护生态环境, 提高生态服务供给, 有利于促进流域上、下游的协调发展, 维护生态系统持续健康发展。在今后的研究中, 将加强对澧水流域生态补偿方式的进一步研究, 实现补偿方式由单一性向多样性的转变、强化纵向补偿、发展横向补偿、用活市场补偿, 以更好解决“怎么补偿”的问题。

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Studies on ecological compensation standard based on Ecosystem Service in Lishui River Basin

GUO Rongzhong1, SHEN Haijian2

1. Changsha Environmental Protection Occupation Technical College, Changsha 410004, China 2.Institute of Mapping of Hunan Province, Changsha 410007, China

In this study, spatial selection of ecological compensations in Lishui River Basin was extensively performed based on the ecosystem supply and demand, as well as predicting the standard of ecological compensations. The results showed that: (1) The ecosystem service value in Lishui River Basin decreases from 437.17×108yuan in 2002 to 435.69×108yuan in 2017. (2) The ecological deficit per capita was -2.1497 hm2due to the imbalance of ecological supply and demand in Lishui River basin of 2017. (3) The spatial of ecological compensations decided by the introduction of the priority of ecological compensation showed that 3 county (city, district) of Linli, Lixian and Jinshi belonged to the type of ecological consumption, while the other five County (city, district) of Sangzhi county, Yongding district, Wulingyuan district, Cili county and Shimen county were the type of ecological output. (4) According to ecological supply and demand together with the introduction of correction coefficient, the predicted ecological compensation standard in Lishui River Basin was that Lixian needed to pay the highest amount of ecological compensations about 22.91×108yuan, the following was that Shimen and Linli county were 9.40×108yuan and 9.22×108yuan respectively.

ecosystem services; ecological footprint; regional ecological compensation; Lishui River Basin

郭荣中, 申海建. 基于生态系统服务的澧水流域生态补偿标准研究[J]. 生态科学, 2021, 40(1): 147–154.

GUO Rongzhong, SHEN Haijian. Studies on ecological compensation standard based on Ecosystem service in Lishui River Basin[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 147–154.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.019

X22

A

1008-8873(2021)01-147-08

2020-04-16;

2020-04-24

国家自然科学基金面上项目(21674034); 湖南省自然科学基金项目(2019JJ70013); 湖南省教育厅科研项目(18C1801); 湖南省生态环境厅环保科研项目; 湖南省社会科学成果评审委员会课题(XSP19YBC297); 湖南省自然资源调查与监测工程技术研究中心开放课题(2020-14)

郭荣中(1979—), 女, 湖南桂东人,博士, 教授。研究方向: 土地信息与土地利用。E-mail: 865495696@qq.com。电话: 13787027606