基于生態(tài)足跡的澧水流域生態(tài)補償研究

郭榮中, 申海建

(1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院, 長沙 410004; 2.湖南省測繪科技研究所, 長沙 410004)

基于生態(tài)足跡的澧水流域生態(tài)補償研究

郭榮中1, 申海建2

(1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院, 長沙 410004; 2.湖南省測繪科技研究所, 長沙 410004)

以澧水流域為研究對象，通過生態(tài)足跡的方法，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值與補償量之間的轉(zhuǎn)化，結(jié)合地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平，測算了研究區(qū)域的生態(tài)補償額度。研究表明：(1) 從2001—2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣；增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣。(2) 2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。(3) 計算出了澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)補償標準，其中澧縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。研究結(jié)果將為澧水流域生態(tài)補償機制的建立提供參考。

生態(tài)足跡; 生態(tài)補償; 澧水流域

生態(tài)補償是在生態(tài)環(huán)境保護的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種經(jīng)濟手段，已越來越受到人們的關注[1-2]。“生態(tài)補償”的本質(zhì)內(nèi)涵是生態(tài)服務功能受益者對生態(tài)服務功能提供者付費的行為[3-5]，所以生態(tài)系統(tǒng)服務價值的確定是區(qū)域生態(tài)補償?shù)幕A，能為研究區(qū)域生態(tài)補償提供量化標準。生態(tài)足跡計算方法[6-11]是在對土地面積量化的基礎上，在需求層面上和供給層面上分別計算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的大小，它能定量反映出區(qū)域的資源供給能力和資源消耗強度。研究表明，基于生態(tài)足跡的區(qū)域生態(tài)補償研究，在一定程度上揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務在供給和需求方面的地域差異，測度人類對自然界的需求與自然界所能夠提供的生態(tài)服務之間的差距，能提供不同區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)系統(tǒng)的補償依據(jù)。若地區(qū)的生態(tài)盈余，說明該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)服務價值是富余的，可向外輸出，應獲得生態(tài)補償；反之，則應支付生態(tài)補償，從而確定區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)價值的消費程度，并建立區(qū)域間生態(tài)服務價值流轉(zhuǎn)的配比關系，測算生態(tài)補償值[12-16]。本文以澧水流域為研究對象，分析研究區(qū)域內(nèi)各縣(市、區(qū))2001—2013年13 a間生態(tài)系統(tǒng)服務的時間變化和空間分異情況，引入生態(tài)足跡理論，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務在供給和需求方面的地域差異，并提供不同區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)系統(tǒng)的不同補償量，評價結(jié)果將促進澧水流域生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，同時對國內(nèi)其他區(qū)域開展類似工作也具有重要的借鑒和參考價值。

1 研究區(qū)概況

澧水，位于湖南省西北部，地理位置在北緯29°30′—30°12′，東經(jīng)109°30′—112°0′。以中源桑植杉木界為干流起始點，至常德津市小渡口入洞庭湖，河長388 km，流經(jīng)桑植、永定區(qū)、武陵源區(qū)、慈利、石門、臨澧、澧縣、津市等縣(市、區(qū))。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用基礎數(shù)據(jù)來源于湖南省國土資源部門2001—2013年土地變更調(diào)查和第二次土地調(diào)查成果，社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于同期《湖南統(tǒng)計年鑒》[17]。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法 在生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子和基準單價的修正上，該研究基于Costanza、謝高地等[18-20]的生態(tài)系統(tǒng)服務價值理論和方法，并將謝高地等的研究成果修正到澧水流域尺度范圍內(nèi)，由此計算出澧水流域不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值。在土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型及價值的對應上，按照耕地、林地、未利用地分別與農(nóng)田、森林、荒漠對應；園地對應于森林和草地，相應數(shù)據(jù)取二者平均值；居民點及工礦用地和交通用地對應于建設用地(其生態(tài)系統(tǒng)服務價值取0)。生態(tài)系統(tǒng)服務價值(ESV)的計算公式為：

(1)

式中：Ak為土地利用類型k的面積(hm2)；VCk為單位面積土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務價值[元/(hm2·a)]。

2.2.2 生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算 在生態(tài)足跡的計算中，首先是按生物資源消費和能源消費計算各類消費帳戶的人均生態(tài)足跡，將各種資源和能源消費項目折算為耕地、林地、草地、建筑用地、化石燃料土地和水域6種類型的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，并將各種類型的生物生產(chǎn)性土地面積再乘以一個相應的均衡因子[2]，以使不同生物生產(chǎn)性土地類型的空間匯總為區(qū)域的生物生產(chǎn)力和生態(tài)足跡。為充分體現(xiàn)研究區(qū)域的地域特點，本文均衡因子采用劉某承等[21]的研究成果，根據(jù)植被的凈初級生產(chǎn)力計算出湖南省各種土地類型的均衡因子，即農(nóng)地、林地、畜牧地、漁業(yè)水域、建筑用地、能源用地分別取值1.32，0.82，0.71，0.56，1.32，0.82。區(qū)域人均生態(tài)足跡(ef)的計算公式為：

(2)

式中：Ai為各類消費帳戶的人均生態(tài)足跡；i為消費項目的類型；Yi為食物生產(chǎn)性土地第i種消費項目的世界平均產(chǎn)量；Pi，Ii，Ei分別為第i種消費項目的年生產(chǎn)量、年進口量、年出口量；N為人口數(shù)；ri為均衡因子。

區(qū)域總?cè)丝诘纳鷳B(tài)足跡(EF)計算公式為：

EF=N·(ef)

(3)

式中：N為人口數(shù)。

在計算生態(tài)承載力時，為不同區(qū)域同類生物生產(chǎn)性土地面積可進行對比，將其面積乘以一個相應的產(chǎn)量因子[2]。區(qū)域人均生態(tài)承載力(ec)的計算公式為：

ec=∑Cj=∑aj×rj×yj

(4)

式中：Cj為第j種消費項目的人均生態(tài)承載力分量；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj和yj分別為均衡因子和產(chǎn)量因子。

區(qū)域總生態(tài)承載力(EC)的計算公式為：

EC=N×(ec)

(5)

式中：N為人口數(shù)。

本文首先進行澧水流域耕地的產(chǎn)量因子修正，因為耕地的產(chǎn)量因子是由不同類型作物產(chǎn)量因子加權(quán)計算所得，其中作物的產(chǎn)量因子取澧水流域內(nèi)作物平均產(chǎn)量與全球平均產(chǎn)量的比值。計算結(jié)果見表2，得出澧水流域耕地產(chǎn)量因子為1.459 6。然后再結(jié)合劉某承等[22]的研究成果，根據(jù)植被的凈初級生產(chǎn)力計算出湖南省各種土地類型的產(chǎn)量因子，即耕地、草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收分別取值1.43，3.00，1.10，1.43，3.00，0.00。為使研究結(jié)果更能反映澧水流域的區(qū)域特點，本文以耕地調(diào)整系數(shù)(1.459 6/1.43=1.02)為基準，同比將澧水流域內(nèi)草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子同步修正為3.06，1.12，1.46，3.06，0.00。

2.2.3 生態(tài)盈余與生態(tài)赤字的計算 生態(tài)赤字(ED)是指人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之差，若ED<0，就出現(xiàn)生態(tài)赤字,說明區(qū)域生態(tài)足跡超過了區(qū)域所能提供的生態(tài)承載力；反之ED>0，則表現(xiàn)為生態(tài)盈余，表明區(qū)域的生態(tài)供給可以承受人類負荷。計算公式如下：

ED=EF-EC=N×(ef-ec)

(6)

式中：EF，EC，N，ef，ec的含義同前。

2.2.4 生態(tài)補償標準的確定 本文在計算研究區(qū)域生態(tài)補償標準時，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平，引入修正系數(shù)ri，具體的表達式如下:

(7)

式中：Ieci和GDPi分別表示區(qū)域i的人均生態(tài)赤字和國內(nèi)生產(chǎn)總值(元/a)；Iec和GDP分別指總研究區(qū)域的人均生態(tài)赤字和國內(nèi)生產(chǎn)總值(元/a)。

然后再用生態(tài)足跡的方法計算研究區(qū)的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，確定地區(qū)應支付或獲得的生態(tài)補償，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務價值與補償量之間的轉(zhuǎn)化。具體的計算公式為:

(8)

式中：E為生態(tài)補償價值；N為研究區(qū)總?cè)丝冢籸i為修正系數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

3 結(jié)果與分析

3.1 澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值

由式(1)計算可知，澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化情況(表3)。由表3可以看出，2001—2013年桑植縣、武陵源區(qū)、慈利縣、石門縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值均表現(xiàn)為凈增，其中桑植縣的增加量最大，達到1.18×107元。永定區(qū)、臨澧縣、澧縣、津市市生態(tài)系統(tǒng)服務價值均表現(xiàn)為凈減，其中澧縣的減少量最大，達到2.62×107元。從各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，增幅分別為0.488 9%和0.186 2%。降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣，分別為-0.6514%和-0.5748%。

3.2 澧水流域2013年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力

本文根據(jù)澧水流域的實際消費情況，將生物資源消費分為農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、林產(chǎn)品等幾大類消費項目，并對各大類進行詳細分類，主要對應耕地、草地、林地、水域4類生物生產(chǎn)性土地，在計算中使用聯(lián)合國糧農(nóng)組織的有關生物資源的世界平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)。并由式(2) 、式(3)計算出2013年澧水流域生物資源生態(tài)足跡(表4)。同時選取澧水流域主要耗能11種進行能源消費計算，除了將電力消費轉(zhuǎn)化為建筑用地面積外，其他的原煤、天然氣等一次能源的消費統(tǒng)一為化石燃料用地面積。并計算出2013年澧水流域能源生態(tài)足跡(表5)。

由式(4)、式(5)和式(6)，根據(jù)澧水流域2013年實際能夠提供的人均生物生產(chǎn)面積，計算2013年澧水流域生態(tài)承載力與生態(tài)赤字(表6)。

表3 2001-2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值

表4 2013年澧水流域生物資源生態(tài)足跡消費

注:木材的全球平均產(chǎn)量的單位為m3/hm2，其生物量的單位為104m3。

由表6可知，2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，扣除要預留12%的生物多樣性保護用地后，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。其中耕地、草地、水域、化石能源用地的生態(tài)足跡都為赤字，反映了澧水流域?qū)@四類用地的需求都過高，澧水流域的耕地面積從2001年的343 415.95 hm2減少到了2013年的337 860.08 hm2，草地面積從2001年的40 114.07 hm2減少到了2013年的35 113.26 hm2，這是導致研究區(qū)域生態(tài)承載力降低的主要原因。而林地和建筑用地的生態(tài)足跡為盈余，澧水流域的林地面積從2001年的1 043 848.06 hm2增加到了2013年的1 051 723.56 hm2，居民點及工礦用地面積從2001年的79 705.92 hm2增加到了2013年的83 541.54 hm2，交通用地面積從2001年的17 944.06 hm2增加到了2013年的19 878.80 hm2，反映了澧水流域人均林地和建筑用地的需求在生態(tài)系統(tǒng)承載范圍之內(nèi)。

3.3 生態(tài)補償值的確定

按照式(6)分別計算澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)赤字/盈余情況，結(jié)果見表7。可以看出，2013年澧水流域八個縣(市、區(qū))均為生態(tài)赤字，其中澧縣的生態(tài)赤字情況最為嚴重，需要為占用生態(tài)資源而支付生態(tài)補償。按照式(7)、式(8)計算可得澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)補償標準，其中澧縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。桑植縣需要支付的生態(tài)補償量最少，僅為23.01萬元。澧縣在2001—2013年期間的生態(tài)系統(tǒng)服務價值的減少量和下降幅度都在澧水流域八個縣(市、區(qū))中居首位，這說明，位于澧水流域下游地區(qū)的澧縣經(jīng)濟發(fā)展活躍，建設用地增加較快，需要支付更多的生態(tài)補償量。而桑植縣和武陵源區(qū)需要支付的生態(tài)補償量相對較少，這兩個地區(qū)位于澧水流域上游和中游，說明澧水流域上、中游地區(qū)受人類干擾較小，生態(tài)環(huán)境較好。這就為開展流域生態(tài)補償機制的建立提供參考，為生態(tài)建設規(guī)劃和生態(tài)文明建設提供科學的依據(jù)和指導。

表5 2013年澧水流域能源生態(tài)足跡

表6 2013年澧水流域生態(tài)承載力與生態(tài)赤字

表7 2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)補償額度測算

4 結(jié)論與討論

(1) 從2001—2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣，分別為-0.651 4%和-0.574 8%；增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，增幅分別為0.4889%和0.1862%。

(2) 2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，扣除要預留12%的生物多樣性保護用地后，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。反映了該研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為人類提供各種服務能力在持續(xù)下降，需要通過從外地不斷地輸入生態(tài)足跡，才能維持現(xiàn)有的生活水平和消費水平。

(3) 文章計算出了澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)補償標準，其中澧縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。從結(jié)果來看，生態(tài)赤字大的地區(qū)支付的生態(tài)補償量就大，這就需要各區(qū)域要積極探索如何提高資源使用效率，保護生態(tài)環(huán)境，以有效地緩解生態(tài)赤字帶來的壓力，確保生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)地為經(jīng)濟發(fā)展提供服務價值。另外，本文的生態(tài)補償標準是在生態(tài)足跡、生態(tài)系統(tǒng)服務價值的基礎上進行核算的，同時考慮了區(qū)域GDP對其的影響，該方法為當?shù)卣贫ㄍ晟频纳鷳B(tài)補償政策提供科學依據(jù)和決策支持，并可運用于不同空間尺度的區(qū)域生態(tài)補償。

[1] 李利軍.成本倒逼,利益引導:合理運用排污權(quán)制度消解經(jīng)濟與環(huán)境矛盾[J].石家莊鐵道大學學報:社會科學版,2013,7(3):1-6.

[2] Tietenberg, Tom:Environment and Natural Resource Economics[M]. Sixth Edition. Beijing: Tsinghua Press, 2005.

[3] 王女杰,劉建,吳大千,等.基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的區(qū)域生態(tài)補償：以山東省為例[J].生態(tài)學報,2010,30(23):6646-6653.

[4] 張落成,李青,武清華.天目湖流域生態(tài)補償標準核算探討[J].自然資源學報,2011,26(3):412-418.

[5] 楊光梅.基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)補償理論與實證研究[D].北京:中國科學院研究生院,2007.

[6] Rees W, Wackernagel M. Urban ecological footprints: why cities cannot be sustainable—and why they are a key to sustainability[J]. Environmental impact assessment review, 1996, 16(4): 223-248.

[7] Wakernagel M, Rees W E. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the Earth[C]. Gabriola Island: New Society Publishers, 1996.

[8] Rees W E. Revisiting carrying capacity: area-based indicators of sustainability[J]. Population and Environment, 1996,17(3):195-215.

[9] 鄭暉,石培基,何娟娟.甘肅省生態(tài)足跡與生態(tài)承載力動態(tài)分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013,27(10):13-18.

[10] 張佳琦,段玉山,伍燕南.基于生態(tài)足跡的蘇州市可持續(xù)發(fā)展動態(tài)研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2015,24(2):177-183.

[11] 安寶晟,程國棟.西藏生態(tài)足跡與承載力動態(tài)分析[J].生態(tài)學報,2014,34(4):1002-1009.

[12] 李曉光,苗鴻,鄭華,等.生態(tài)補償標準確定的主要方法及其應用[J].生態(tài)學報,2009,29(8):4431-4440.

[13] 莊添淇.基于生態(tài)足跡和服務價值的生態(tài)補償研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學,2012.

[14] 張皓瑋,方斌,魏巧巧,等.區(qū)域耕地生態(tài)價值補償量化模型構(gòu)建:以江蘇省為例[J].中國土地科學,2015,29(1):63-70.

[15] 肖建紅,王敏,于慶東,等.海島型旅游目的地生態(tài)補償標準方法體系的構(gòu)建與應用[J].生態(tài)學報,2016,36(2):1-16.

[16] 蘇浩,雷國平,李榮印.基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值和能值生態(tài)足跡的河南省耕地生態(tài)補償研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學學報,2014,48(6):765-769.

[17] 湖南統(tǒng)計年鑒 [Z].北京:中國統(tǒng)計出版社,2002—2014.

[18] Costanza R, d′Arge R, De Groot R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997,386(6630):253-260.

[19] 謝高地,魯春霞,冷允法,等.青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估[J].自然資源學報,2003,18(2):189-196.

[20] 謝高地,肖玉,甄霖,等.我國糧食生產(chǎn)的生態(tài)服務價值研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2005,13(3):10-13.

[21] 劉某承,李文華.基于凈初級生產(chǎn)力的中國各地生態(tài)足跡均衡因子測算[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2010,26(5):401-406.

[22] 劉某承,李文華,謝高地.基于凈初級生產(chǎn)力的中國生態(tài)足跡產(chǎn)量因子測算[J].生態(tài)學雜志,2010,29(3):592-597.

StudiesonEcologicalCompensationBasedonEcologicalFootprintinLishuiRiverBasin

GUO Rongzhong1, SHEN Haijian2

(1.ChangshaEnvironmentalProtectionOccupationTechnicalCollege,Changsha410004,China; 2.InstituteofMappingofHu′nanProvince,Changsha410004,China)

Lishui River Basin was selected as the research site. The ecological compensation amount of the study area was calculated by combining with the regional social and economic development level, and using the calculation method of the ecological footprint. The results show that: (1) with respect to the change rate of the ecosystem service value in Lishui River Basin counties (cities, districts) from 2001 to 2013, the largest decrease was observed in Lixian, followed by Linli County, while the largest increase occurred in Wulingyuan District, followed by Sangzhi County; (2) the ecological footprint per capita in Lishui River Basin in 2013 was 3.203 6 hm2, but the actual ecological carrying capacity was 0.600 0 hm2, the ecological carrying capacity per capita was 0.528 0 hm2, and the ecological deficit per capita was -2.675 6 hm2; (3) the ecological compensation standard of the counties (cities, districts) in Lishui River Basin was calculated, of which the amount of ecological compensation of Lixian was required to pay the highest value of 2.697×109yuan, followed by the Shimen County, and Linli County with 8.87×108and 6.44×108yuan, respectively. The research results would provide supports to establish the ecological compensation mechanism in the Lishui River Basin.

ecological footprint; regional ecological compensation; Lishui River Basin

2016-05-11

：2016-05-24

湖南省教育廳科研項目“基于PSR模型的長株潭城市群生態(tài)安全評價關鍵技術研究”(15C0014)

郭榮中(1979—),女,湖南桂東人,副教授,高級工程師,博士研究生,主要從事土地信息與土地生態(tài)研究。E-mail:gyun91@163.com

F301

：A

：1005-3409(2017)02-0353-06