基于能值拓展的流域生態外溢價值補償研究

王奕淇+李國平

摘要 流域上、下游間環境保護成本和收益的區域錯配問題嚴重影響我國流域整體發展的公平與效率，下游地區對上游地區給予適當的經濟補償已成為解決流域區域間經濟發展失衡、實現流域水資源可持續發展的重要手段。文章首先構建基于能值拓展的流域生態外溢價值計量模型，從能量投入和能級轉化的角度，以能值的形式反映流域客觀存在的社會、經濟和生態的功能服務價值，利用能值分析法測算流域生態系統服務能值與水足跡法確定流域自身消費的生態能值，通過比較流域生態系統服務能值和流域生態能值自身消費情況，判斷流域的生態盈虧狀態，并進一步利用能值-貨幣比率將生態外溢能值轉化為生態外溢價值，得到相對客觀和穩健的補償標準。然后以渭河流域上游為例，測算得到2013年渭河流域上游的生態外溢能值為1.16×1022sej，可知流域上游在扣除自身消費的生態能值后還為流域下游提供生態服務，處于生態盈余的狀態。為激勵上游地區加大流域生態環境保護力度，同時也為實現區域發展的公平與效率和流域水資源的可持續發展，下游地區應對上游地區支付水資源生態環境補償，根據能值-貨幣比率得到上游應獲得16.31億元的補償金額，并根據水資源可利用量進一步分配，得到定西市和天水市應分別獲得7.50億元和8.81億元的補償金額。基于該研究結果，建議通過擴大對流域上游地區的轉移支付、完善水資源市場構建、健全流域生態補償立法等政策提高上游地方政府的生態保護努力水平，優化水資源配置，實現流域整體的可持續發展。

關鍵詞 能值分析；水足跡；流域生態外溢價值；流域生態補償

中圖分類號 F205

文獻標識碼 A

文章編號 1002-2104（2016）11-0069-07

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2016.11.009

隨著我國社會經濟的高速發展，水資源過度開發、水環境污染、水資源短缺等問題頻發，水生態環境問題逐漸成為制約我國經濟發展的瓶頸。為保護水生態環境和實現人水和諧，國家先后出臺相關法律法規，如2012年1月，國務院發布的《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》中，明確提出水資源開發利用控制紅線、用水效率控制紅線、水功能區限制納污紅線三條紅線；2016年5月，國務院辦公廳發布的《關于健全生態保護補償機制的意見》中針對水資源保護明確提出，到2020年實現水流重要區域生態保護補償全覆蓋，補償水平與經濟社會發展狀況相適應，跨流域補償試點示范取得明顯進展。流域作為提供人類可使用淡水資源的最大來源，其水生態環境保護及水資源問題受到越來越多的關注。

流域通常具有跨越多個行政區域的屬性，流域上、下游地區間為實現自身利益的最大化，常常圍繞水資源的開采、分配和利用發生利益沖突，導致跨行政區域的水生態環境污染和破壞問題加劇。流域上游為保護水生態環境和保證水質，需要付出高昂的環境保護成本，而流域下游在無償享有上游提供的良好生態環境的同時還不斷發展社會經濟，這必將導致流域上下游區域間的矛盾。為保證流域整體發展的公平與效率，下游地區給予上游地區適當的經濟補償已成為解決我國流域經濟發展失衡、實現流域水資源可持續發展的重要手段。

1 文獻回顧

如何開展流域生態補償已引起國內外學者的廣泛關注。國外學者的研究主要集中在典型流域的補償方式確定和補償標準測算上[1-3]，國內學者的研究主要集中在流域生態補償模式探討和標準測算上[4-6]，鮮有學者從供給與消費的視角研究流域生態補償。伏潤民和繆小林認為基于供給與消費的視角，若生態環境供給主體在剔除自身消費后，還可向其他地區提供其剩余生態價值，也即某地區的生態系統服務價值扣除該地區自身消費的生態價值后還存在剩余，那么該地區就存在正的生態外溢價值，理應獲得補償，生態外溢價值的數值即為補償標準[7]。

國內外鮮有學者測算生態外溢價值，大多數研究都是圍繞生態服務價值評估展開，但尚未形成統一的評估方法。Costanza等[8]對生態系統服務價值的定量評估起到了劃時代的作用，將生態系統服務價值的研究推向高潮。此后國內學者開始廣泛定量評估生態系統服務價值，主要采用市場化評估法、顯示偏好法和狀態偏好法三類方法[9]，其中市場化評估法包括市場價值法、機會成本法、生產成本法、收入因子法等方法，如肖強等采用市場價值法和生產成本法定量評估重慶市森林生態系統服務功能價值，得到總生態服務價值為2 579.91億元[10]。雖然這類方法的估值相對準確，但容易受到市場不完全和政府干預導致市場價格扭曲的影響，還容易出現重復估算的問題。顯示偏好法包括旅行成本法和內涵價格法，如楊懷宇等利用旅行成本法評估池塘養殖的娛樂休憩服務價值，得到總娛樂價值為1.90億元[11]。但這類方法對消費者行為有嚴格的假定，評估結果對選用的統計方法非常敏感。狀態偏好法包括條件價值法和選擇實驗法，其中又以條件價值法的應用最為廣泛和成熟，如俞玥與何秉宇采用條件價值法對新疆天池濕地的生態服務功能非使用價值進行估算，得到新疆天池濕地每年可提供0.52億元的生態服務功能非使用價值[12]。但這類方法從調查實施到結果處理的過程中容易產生誤差。

一些學者認為能值分析法可以改進或彌補上述測算方法存在的價值判斷標準差異的不足[7]，該方法由美國著名生態學家Odum創立，他提出以能值為基準，利用能量守恒定律將生態系統中不同質量、不同種類和不可比較的能量轉換為同一標準的能值進行比較分析[13]。由于能值分析法采用一致的能值標準，使生態系統中的物質流、貨幣流和能量流具有可加性和可比性，是測算生態服務價值的一種有效方法[14]。該方法被廣泛應用于生態系統服務價值的測算，如席宏正和康文星應用能值分析法估算洞庭湖濕地的生態服務功能價值，發現洞庭湖濕地每年約可提供2 599.55億元的生態服務價值[15]；李麗鋒等將該方法應用于評價盤錦雙臺河口濕地生態系統服務功能價值，得到供給服務價值、調解服務價值、文化服務價值分別為116.65億元、890.65億元和12.21億元，總生態服務價值為1 019.51億元[16]。但能值分析法測算得到的生態服務價值并不等同于生態外溢價值，其測算的是一個地區的總生態系統服務價值，沒有考慮本地區自身消費的生態價值。

因此，本文在能值分析法的基礎上構建拓展的能值模型測算流域生態外溢價值，將能值分析法與水足跡法有效結合，通過利用能值分析法測算流域生態系統服務能值，有效避免簡單列舉生態服務功能存在的局限性，并利用水足跡法確定并剔除流域自身消費的生態能值，得到流域的生態外溢能值，判斷流域的生態盈虧狀態，進一步利用能值-貨幣比率將生態外溢能值轉化為生態外溢價值，得到公平與客觀的補償標準。

2 流域生態外溢價值測算：拓展的能值模型構建

在測算流域生態外溢價值過程中，要充分體現生態補償的依據合理、方法科學和客觀可比等原則，具體表現為：一、以現有的相關政策和文獻為依據，認為流域生態外溢價值是在流域生態系統服務能值扣減自身消費的生態能值進而得到生態外溢能值的基礎上，根據能值-貨幣比率轉換而得；二、科學的方法是測算生態外溢價值的核心，選取的能值模型和水足跡模型可科學測算流域生態外溢價值；三、流域生態外溢價值要具有客觀性和可比性，從能量投入和能級轉化的角度，以能值的形式反映流域客觀存在的社會、經濟和生態的功能服務價值，避免忽視或遺漏流域生態系統功能導致的不可比較。基于以上原則，構建拓展的能值模型測算流域生態外溢價值①，以此作為對流域開展生態補償的依據，詳見式（1）。

式中，i=1，2分別代表流域上游區域和下游區域，Vi代表各區域的生態外溢價值，λi代表各區域的能值-貨幣比率②，OEi代表各區域的生態外溢能值，FEi代表各區域的生態系統服務能值，CEi代表各區域自身消費的生態能值。當OEi>0時，說明該區域在扣除自身對生態能值的消費后還為其他區域提供生態服務，處于生態盈余的狀態，應獲得生態補償資金，獲取的金額為Vi；反之，當OEi≤0時，說明該區域的生態服務能值不足以或正好彌補自身對生態服務的消費，處于生態虧欠或生態平衡狀態，應支付生態補償資金，支付的金額為Vi。

2.1 流域生態系統服務能值：能值分析法

流域生態系統服務能值是流域生態系統為人類社會提供各種服務的能值體現，本文采用能值分析法進行測算。利用能值分析法測算流域生態系統服務能值，需要考慮流域生態系統的環境投入能量和人類投入能量，其中環境投入能量包括太陽能、雨水化學能、雨水勢能和表土層損失能，人類投入能量包括林業建設、水土流失治理和工業廢水治理。通過能量循環和能級轉換為太陽能能值，為流域生態系統的社會生產和經濟發展提供服務，以此體現流域生態系統的服務能值。根據能值分析的原理，構建基于能值分析的生態系統服務能值模型，詳見式（2）。

式中，j=1，2，3，4分別代表流域生態系統自然環境投入的太陽能、雨水化學能、雨水勢能和表土層損失能，FBij代表流域自然環境各類投入的相應能量，FKj代表流域各類投入的能值轉化率，k=1，2，3代表流域生態系統人類投入的林業建設、水土流失治理和工業廢水治理，FLk代表人類各類投入的相應能量，具體指標參數見表1。

2.2 流域生態能值自身消費：水足跡模型

流域生態外溢能值是由流域生態系統服務能值扣減自身消費的生態能值所得到，本文采用水足跡模型測算流域水資源消費系數，將其作用于流域生態系統服務能值，得到流域自身消費的生態能值。水足跡理論最早由Hoekstra[18]在Allan[19]虛擬水研究的基礎上提出，認為水足跡是指某個已知人口的國家或地區在一定時間內消耗的所有產品與服務所需要的水資源數量，它從消費的角度反應一個國家、一個地區或者一個人真實占用水資源的情況。水足跡理論將水資源相關問題與人類社會經濟活動聯系起來，反映人類對流域生態系統的消費程度。

構建基于水足跡的生態能值自身消費模型，通過將流域水資源需求（水足跡）和水資源供給（水資源可利用量）相比較得到生態服務消費系數，定量評價人類對水生態系統的利用程度，將其作用于流域生態系統服務能值，得到自身消費的流域生態能值，詳見式（3）。

CEi=FEi×WDiWSi（3）

式中，WDi代表流域水資源需求，即水足跡，WSi代表流域水資源供給，即水資源可利用量。

2.2.1 水資源需求測算

人類通常通過消費由水資源提供的產品和服務等間接方式進行水資源消費，這些產品和服務在生產過程中所消耗的水資源即為虛擬水[20]。虛擬水以“看不見”的形式蘊含在產品和服務中，由于人類生活直接利用的實體水資源量一般較少，因此產品形式的虛擬水消費是水足跡的主要組成部分[21]。水足跡需求的計算公式見式（4）。

WDi=CVWi+AVWi+RWi+ENVi+NVWIi（4）

式中，CVWi代表農業產品消費的虛擬水含量，AVWi代表工業產品消費的虛擬水含量，RWi代表居民生活用水量，ENVi代表生態環境用水量，NVWIi代表凈進口虛擬水含量（在實際應用中，由于凈進口虛擬水含量的計算困難和需水量較小，計算過程中可忽略不計）。

其中，農業產品消費的虛擬水含量是目前虛擬水計算的最重要部分，主要包括農作物產品的虛擬水含量測算和動物產品的虛擬水含量測算。

（1）農作物產品虛擬水含量測算。農作物的類型、灌溉條件、生長區域及管理方式等決定了農作物產品生產需要的水資源，因此農作物產品的虛擬水含量通常只是特點地點下的一種估算。假設農作物自身包含的水分忽略不計，農作物實際需水量即為其在生長期間的累積蒸發蒸騰所消耗的水資源量，農作物產品的虛擬水含量通常采用世界糧農組織推薦的標準彭曼公式進行計算[18]，見式（5）。

ETc=Kc×ET0（5）

式中，ETc代表農作物產品c的虛擬水含量，Kc代表農作物系數，用以修正實際農作物與參考農作物間生理及物理特征的差異，ET0代表參考農作物蒸發蒸騰消耗的水資源量。

（2）動物產品虛擬水含量測算。動物產品的虛擬水含量依賴于動物類型、動物成長的自然環境和動物的飼養結構，其計算公式見式（6）。

WC=WCF+WCD+WCS+WCP（6）

式中，WC代表動物產品的虛擬水含量，WCF代表動物成長和加工飼料需水量，WCD代表動物飲用水量，WCS代表清潔圈舍等服務需水量，WCP代表產品加工需水量。

2.2.2 水資源供給測算

水資源供給是指一個地區在統籌考慮生產、生活和生態用水基礎上的水資源可利用最大水量，包括地表水可利用量和地下水可利用量。水資源供給的計算公式見式（7）。

WSi=Wai+Wbi-Wci（7）

式中，Wai代表地表水資源可利用量，Wbi代表地下水資源可利用量，Wci代表地表水和地下水之間的重復量。

3 渭河流域上游生態外溢價值實證測算

3.1 背景描述

渭河流域發源于甘肅省渭源縣的鳥鼠山，由陜西省潼關匯入黃河。渭河全長818 km，流域流經甘肅、寧夏、陜西三省區，分為上、中、下游三段，其中寶雞峽以上為上游，寶雞峽至咸陽為中游，咸陽至入黃口為下游。渭河流域總面積達134 766 km2，其中甘肅占44.1%、寧夏占5.8%、陜西占50.1%。渭河流域是“關中-天水經濟區”發展的基礎性水源，水資源對于干旱地區的“關中-天水經濟區”顯得尤為重要，但隨著流域社會經濟快速發展，渭河流域出現了水資源短缺、水污染加劇和水土流失治理緩慢等生態環境惡化問題，已嚴重制約渭河流域的可持續發展。

由于我國生態補償機制的不完善，使渭河流域上游保護生態環境和發展區域經濟的矛盾日益嚴重，雖然流域中下游（陜西的西安、寶雞、咸陽、渭南和楊凌示范區）聯合流域上游（甘肅天水、定西）針對甘肅省提供的水質狀況簽訂生態補償協議，提出流域中下游對上游天水市和定西市各補償300萬元、總計600萬元的補償方案，專項用于支持流域上游水污染治理工程、水質監測能力提升和水源地生態建設工程項目，但根據調研組對陜西省水利廳的調研，發現此金額遠無法滿足流域上游為保護生態環境所付出成本的補償。

3.2 實證測算

根據構建的能值拓展模型測算渭河流域上游生態外溢價值所需指標，從《甘肅發展年鑒2014》《中國環境統計年鑒2014》《2013年甘肅省水資源公報》、FAO的CLIMATE數據庫和CROP數據庫等相關統計資料中獲取相關數據，對2013年渭河流域上游的生態外溢價值進行實證測算。

3.2.1 生態系統服務能值測算

由于流域生態系統各類投入轉化形成太陽能能值的函數關系已確定，根據式（2）可測算得到渭河流域上游的生態系統服務能值。2013年渭河流域上游的生態系統服務能值為2.07×1022sej，其中自然環境投入和人類投入通過能量循環和轉換形成分別形成太陽能1.16×1022sej和0.91×1022sej，為渭河流域上游的社會發展和居民生活提供服務，具體如表2所示。

3.2.2 生態能值自身消費測算

渭河流域上游地區包括甘肅省的定西市和天水市，由公式（3）可知上游地區水資源消費系數為上游水足跡與水資源可利用量的比值。根據渭河流域上游地區的實際情況和數據的可得性，從以下4個方面測算渭河流域上游地區的水足跡：①農業用水量，包括農作物產品生產用水量和動物產品生產用水量；②工業用水量，主要包括工業生產、建筑等用水量；③居民生活用水量，包括居民日常做飯、洗衣等用水量；④生態環境用水量，包括灌溉綠植、清潔環境衛生等用水量。

單位產品虛擬水含量的確定是測算流域上游地區水足跡的關鍵。由于工業產品種類紛雜，且虛擬水實際消耗的水量較小，因此常常忽略不計工業產品的虛擬水含量，只計算工業產品的實際用水量[22]。農業是世界上最大的水資源利用部門，用水量占全球總用水量的比例高達80%，各類農產品實際蘊含了大量的虛擬水[19]。單位產品虛擬水含量的計算一般采用世界糧農組織（FAO）推薦的標準彭曼公式和CROPWAT模型獲得[18]，單位產品虛擬水含量與產品消費量的乘積為虛擬水量[23，24]。渭河流域上游地區2013年的水足跡結果見表3。

由表3可知，2013年渭河流域上游地區的水足跡為31.17億m3，同時根據《2013年甘肅省水資源公報》可計算得到上游地區的水資源可利用量為71.20億m3（定西市32.53億m3，天水市38.67億m3）。得到渭河流域上游的水資源消費系數為0.44，將其作用于流域生態系統服務能值，得到2013年渭河流域上游自身消費的生態能值為0.91×1022sej。

3.2.3 生態外溢價值測算

根據渭河流域上游的生態系統服務能值和生態能值自身消費的測算結果，將其帶入公式（1），計算得到2013年渭河流域上游的生態外溢能值為1.16×1022sej，可知上游在扣除自身消費的生態能值后還為下游提供生態服務，處于生態盈余的狀態，理應獲得補償。

采用能值-貨幣比率將生態外溢能值轉化為生態外溢價值，以定西市的能值-貨幣比率4.41×1013sej/US$計算[25]，得到生態外溢價值為2.63億美元，由《2014中國統計年鑒》可知美元兌人民幣匯率為6.20，因此2013年渭河流域上游的生態外溢價值為16.31億元。進一步確定上游各市應獲得的補償量，一般根據水資源可利用量進行分攤[24]，得到定西市應獲得補償7.50億元，天水市應獲得補償8.81億元，具體如表4所示。

4 結論與政策建議

本文將能值分析法與水足跡法有效結合，構建一個基于能值拓展的流域生態外溢價值補償模型，以渭河流域上游為例，根據能值分析法和水足跡法計算得到的生態系統服務能值和生態能值自身消費判斷上游地區的生態盈虧狀態。結果表明，渭河流域上游地區呈生態盈余狀態，在扣除自身消費的生態能值后還為下游地區提供生態服務。為激勵上游地區加大流域生態環境保護力度，同時也為實現區域發展的公平與效率和流域水資源的可持續發展，下游地區應對上游地區支付水資源生態環境補償。然后采用能值-貨幣比率將生態外溢能值轉化為生態外溢價值，得到上游地區應獲得的補償金額，并根據水資源可利用量，進一步分配上游各市應獲得的補償金額。本文構建的拓展的能值模型利用能值分析法測算流域生態系統服務能值與利用水足跡法確定并剔除流域自身消費的生態能值，從能量投入和能級轉化的角度，以能值的形式反映流域客觀存在的社會、經濟和生態的功能服務價值，避免忽視或遺漏流域生態系統功能導致的不可比較，得到相對客觀和穩健的補償標準，該方法對流域生態外溢價值補償研究具有一定的實用性和可行性。

基于上述結論，本文提出以下政策建議：

首先，擴大對流域上游地區的轉移支付。流域上游地區的經濟發展水平往往落后于下游地區，而中央對水源地水環境保護的重視又進一步限制了當地政府的財政稅收。因此，一方面中央政府應加大對流域上游地區的財政轉移支付，提高上游地區的財政收入水平，另一方面下游地區無償享有上游地區提供的生態外溢價值，應提供橫向轉移支付分攤上游流域生態環境保護成本。2016年5月，《關于健全生態保護補償機制的意見》中明確提出在江河源頭區以及具有重要飲用水源或重要生態功能的湖泊，全面開展生態保護補償，適當提高補償標準。通過擴大中央政府的縱向轉移支付和流域地方政府間的橫向轉移支付提高流域上游地區的一般性均等化財政水平，提高上游地區地方政府的生態保護努力水平。

其次，完善水資源市場構建。構建反應市場供求和水資源稀缺程度的水資源市場，明確水資源產權。2015年9月，《生態文明體制改革總體方案》中提出“推行水權交易制度，合理劃定和分配水權，探索地區間、流域間、流域上、下游等水權交易方法。研究制定水權交易管理措施，明確可交易水權的范圍和類型、交易主體和期限、交易價格形成機制、交易平臺運作規則等。開展水權交易平臺建設。”在保證水資源為國家所有的前提下，構建有序的環境產權市場開展水資源產品的交易，使水資源的價格機制在水資源市場上充分發揮作用，最終實現水資源的優化配置。

最后，健全流域生態補償立法。雖然我國目前關于資源和環境保護的法律法規制定取得一定進展，但缺乏專門針對流域生態補償立法的法律法規。流域生態補償缺乏最基礎的法律保障，使許多條款之間可能重疊、交叉，或由于只是原則性的規定，缺少具體的實施細則，使這些與流域生態補償相關的法律條文失去可操作性。我國應盡快出臺具有較強針對性的流域生態補償法律法規，例如《流域生態補償法》或《流域生態補償條例》，保障流域上、下游間生態補償的具體實施。

（編輯：于 杰）

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