生態系統服務與居民收入的耦合關系及影響因素
——以麗江拉市海流域為例

胡 蕾,吳 健,李海萍

中國人民大學環境學院 北京 100872

過去20年我國開展了一系列大型或超大型的生態保護工程,在生態保護領域取得了巨大成效[1]。十九大報告將生態保護工作提高到“中華民族永續發展的千年大計”的戰略高度,希望通過實行最嚴格的生態環境保護制度以滿足人民日益增長的優美生態環境需要。然而在依靠自然資源進行生產發展的農村地區,生態系統服務的供給往往與居民的收入是脫節的[2]。正如1993年Auty提出的“資源詛咒”,即自然資源豐富的地區經濟增長反而受到制約[3]。研究表明,我國生態環境脆弱性或生態環境重要性與經濟貧困存在明顯的耦合關系[4-5],這說明生態系統服務與居民收入脫節的情況在中國真實存在。2016年國務院印發的《關于健全生態保護補償機制的意見》指出,“結合生態補償推進精準扶貧,對于生存條件差、生態系統重要、需要保護修復的地區,結合生態環境保護與治理,探索生態脫貧新路子”[6],這要求我國的生態保護舉措需要考慮保障關鍵性的自然資本和削減貧困的雙重目標,從而達到人與自然和諧共處,經濟的可持續發展[7]。因而在具有生態重要性、脆弱性的地區,如何協調生態保護與社會經濟發展的關系以達到相互促進和協調共生的目標,成為中國走向生態文明新時代和中華民族可持續發展面臨的關鍵問題。

生態系統服務是連接自然生態系統和人類社會經濟系統的橋梁,千年生態系統評估中明確提出,生態系統服務與人類福祉之間的研究將成為現階段生態學研究的核心內容,并引領21世紀生態學發展的新方向[8]。自此之后,大量學者們構建相關的概念與框架以指導社會和生態綜合系統的研究,一些框架中強調了生計方式、生計資本、生態系統管理在服務向人類福祉轉化過程中起到的關鍵作用[2,9-10]。已有的實證研究中,Tschakert通過一個小尺度實證案例說明如何將生態系統服務(增加固碳)轉化為扶貧的具體項目,促進當地居民收入的增加,減緩貧困;Comin等以貧困化作為人類福祉的代用指標,分析了貧困與生態系統服務之間的聯系[11];Erwin H. Bulte等分析了生態系統服務付費在特定環境和政策設計情景下對生態保護和減緩貧困兩個目標的影響[12]。王大尚等在密云水庫上游流域生態系統服務供給評價的基礎上,以農戶收入作為居民福祉的指標,根據生態系統服務與居民福祉在空間上的聚集特征劃分服務福祉模式,并針對性地提出了管理措施[13]。學者們構建了不同的評價指標,并使用多樣的統計分析方法,如耦合協調度、空間相關性的相關指數和經濟環境協調指數等,對我國不同地區脆弱生態環境與經濟貧困耦合關系的空間分布格局、環境質量與人均可支配收入的空間相關性等進行分析,揭示了我國生態環境脆弱性與經濟貧困耦合共存的現象[4-5,14-15]。綜合已有研究發現,盡管概念框架研究中強調了自然稟賦、生計方式、各類生計資本、生態系統管理的重要性,但鮮有生態環境與居民福祉耦合關系的影響因素的實證分析,這導致現實決策中缺乏依據,從而難以采取科學管理措施以促進二者的耦合協調。

基于我國生態扶貧的現實需求,以及對生態系統服務與居民收入耦合關系及影響因素的研究需要,本文選取麗江市拉市海流域作為研究區域,探究生態系統服務與農村居民收入的耦合關系及影響因素。本文首先利用InVEST模型評估研究區域2015年生態系統調節服務的供給水平,刻畫其空間分布格局,并通過實地調研獲取流域內居民收入水平及其他社會經濟特征數據,在此基礎上,運用耦合模型定量分析生態系統服務與居民收入水平的耦合關系,找到影響耦合關系的關鍵因素,為促進生態保護與經濟發展的相互協調和探索生態扶貧新路子提供思路。

1 研究區概況

研究區拉市海流域位于云南省麗江市玉龍縣,是一個四周高山封閉、中心形成湖泊的天然流域,面積241.1 km2。流域跨玉龍縣拉市、太安2個鄉,共有8個行政村,30個自然村。2015年流域內共有居民4453戶,18343人。流域地理位置及自然村分布如圖1所示。

圖1 拉市海流域地理位置Fig.1 Location of Lashihai Basin

拉市海流域擁有云南高原保存較為完整的濕地生態系統,其生態環境保護與維持對生物多樣性保護及區域經濟發展有著重要意義。一方面,由于地處候鳥飛越青藏高原的第一個臺地,是候鳥遷徙路線上的重要棲息地,流域的生物多樣性、珍稀瀕危物種及其特有程度在全國有著特殊地位。另一方面拉市海流域森林資源豐富,屬于長江上游金沙江林區,所處的地理位置特殊,保持水土,蓄洪防旱,均化長江中下游水量的生態功能極為重要。同時,拉市海流域為周邊社區提供賴以生存的重要資源,當地利用拉市海水面高程,通過修建引水隧道將拉市海湖水引入麗江壩和七河壩,成為當地農田灌溉、城市用水和景觀用水的重要水源,是麗江市經濟社會可持續發展的重要保障。

由于特殊的地理位置和資源稟賦,近20年來,拉市海地區一直是國家和地方各種生態保護政策的重點執行區域或政策試點區域。1998年國家將拉市海所在全縣劃入天保工程范圍,禁止砍伐;同年云南省政府正式批準建立麗江拉市海高原濕地省級自然保護區;2000年,拉市海地區被劃入首批退耕還林工程的試點范圍;2004年底被列入“拉姆塞爾國際重要濕地”,2017年研究區域已被《云南省生態保護紅線劃定方案(征求意見稿)》劃入生態保護紅線區。生態保護工程的開展,對居民生產生活產生顯著影響。為尋找替代生計,當地先后興起生態旅游、特色種植等項目,并迅速提高了部分居民的收入。2015年流域內農民年人均總收入為9979元,收入最高的自然村——海西村農民年人均總收入為22500元,最低的自然村——格樂村農民年人均總收入僅有2202元,遠低于國家貧困線標準農民年人均純收入2800元[16]。流域內不同自然村發展極不均衡,提高居民收入的任務仍然十分緊迫。

拉市海流域具有生態保護的必要性和重要性,同時居民社會經濟特征差異明顯,是研究生態系統服務與居民收入耦合關系及影響因素的典型案例區。

2 研究方法

2.1 生態系統服務評估方法

鑒于國家對拉市海流域生態保護的主要目標和數據可得性,本研究重點評估流域水源涵養、土壤保持、水質凈化和森林固碳等四項調節服務。通過InVEST模型中泥沙傳輸率(SDR)、營養物質傳輸率(NDR)、固碳(Carbon)模塊評估土壤保持、水質凈化和森林固碳服務,基于水量平衡原理計算水源涵養服務。

(1)水源涵養服務

水源涵養是生態系統通過對降水的截留、滲透、蓄積、蒸散發等實現對水流、水循環的調控,主要表現在緩和地表徑流、補充地下水、減緩河流流量的季節波動、滯洪補枯、保證水質等方面。本文采用水量平衡方程來計算水源涵養量,計算公式為：

WC=(Pi-Ri-ETi)×10-3×Ai

式中,WC為水源涵養量(m3),Pi為降雨量(mm),Ri為地表徑流量(mm),ETi為蒸散發(mm),Ai為土地利用類型面積(m2)。

(2)土壤保持服務

InVEST模型SDR模塊主要基于修正通用土壤流失方程(USLE)定量評估不同土地利用類型上的年平均土壤保持量,基本原理如下：

uslei=Ri·Ki·LSi·Ci·Pi

式中,uslei為土壤侵蝕量(t),Ri為降雨侵蝕力MJ mmha a-1,Ki為土壤可蝕性(t ha hr(MJ ha mm)-1),LSi為坡長-坡度因子,Ci為作物管理因子,Pi為支持措施因子。

(3)水質凈化服務

InVEST模型NDR模塊用于評估生態系統中植被和土壤的水質凈化服務,植被和土壤可以通過儲存和轉換等方式移除或減少徑流中的營養鹽污染物以達到凈化水質的作用。該模型主要算法為：

ALVx=HSSx·polx

式中,ALVx是經柵格x修正的輸出值,polx代表柵格x的輸出系數,HSSx代表柵格x的水文敏感度,計算方式如下：

(4)固碳服務

一個地塊的碳貯存量取決于4個“碳庫”的體量：地上生物量、地下生物量、土壤以及死亡的有機物質。InVEST模型Carbon模塊根據當地土地利用圖與土地利用分類對當地這些碳庫的碳儲量進行整合,計算原理如下：

C=C_above+C_below+C_soil+C_dead

2.2 生態系統服務與居民收入耦合協調度

1999年廖重斌[17]對環境與經濟協調發展的概念進行論述,并推導出協調度和協調發展度的計算模型,在之后的研究中逐漸演變成耦合度、協調度及耦合協調度等計算模型,其中耦合協調度被廣泛用于分析兩系統在空間上的相關關系,在生態保護領域耦合協調度被用于分析生態環境質量與經濟貧困[4]、生態資產與經濟貧困以及生態環境質量與經濟發展[5]的關系。耦合協調度模型如下：

T=αU1+βU2

式中,K為耦合協調度;C為耦合度;T為綜合得分。U1為居民收入指數;U2為生態系統服務指數,α、β為待定系數,本文認為生態系統服務供給與農村居民收入同等重要,因而兩者都取0.5。耦合度C表征系統間相互影響的強弱程度,綜合得分T表達生態系統服務與收入的綜合效益,耦合協調度K為耦合度與綜合得分的幾何平均數,綜合評估耦合度的強弱大小和協調水平的健康程度,可更好地表征生態系統服務與居民收入相互作用、良性耦合的程度。

2.3 數據來源與處理

InVEST模型所需輸入數據包括土地利用/土地覆蓋數據、氣象數據(降水量、蒸散量、降雨侵蝕力等)、土壤數據(土壤可蝕性、土壤深度、土壤有效含水量等)以及生物物理參數等。本研究中使用的土地利用數據由2015年SPOT 6衛星影像解譯得到,利用1∶100萬土壤類型圖和宋春風等[18]相關文獻數據空間化得到土壤可蝕性數據,降水量、蒸散量、降雨侵蝕力等氣象數據以及土壤有效含水量數據來源于國家地球系統科學數據共享服務平臺,DEM數據由全球環境基金(GEF)長江流域自然保護與洪水控制項目提供。模型中所需的生物物理參數包括氮輸出系數、氮去除效率、土壤截留率、碳密度等參考已有文獻值[19-24]。

為實現自然生態系統與社會經濟系統的整合研究,本研究中分析單元為邊界清晰的29個自然村。研究所需社會經濟數據來源于村小組組長訪談,匯總村小組數據得到自然村數據,包含農民年人均總收入、經營旅游活動人口比重、外出務工人口比重、林果種植面積占耕地總面積比重、高中以上學歷人口比重、貧困人口比重、村民互相信任與合作程度等。

InVEST模型輸出結果采用Max-Min標準化方法進行無量綱處理,其中氮輸出量的處理按負向指標Max-Min標準化公式做相應調整。標準化后的水源涵養量、土壤保持量、氮輸出量和碳儲量各賦0.25的權重形成取值區間為[0,1]的生態系統服務指數,自然村農民年人均總收入同樣采用Max-Min標準化方法標準化形成居民收入指數。

3 結果分析

3.1 生態系統服務的空間格局

流域內各類調節服務的供給量如表1所示,圖2則展示了各類調節服務的空間分布情況。2015年流域內共涵養水源4.17萬m3,流域四周高山森林生態系統水源涵養服務供給能力最高,而中心湖泊周圍由于水面蒸散量大以及人類活動頻繁從而水源涵養量較低。2015年流域共截留土壤552.55萬t,最終進入湖泊的土壤量為9.27萬t。中心壩區土壤保持服務供給較少,而流域上游南堯村、海西村、吉子村由于地勢陡峭,較易產生土壤侵蝕,同時森林生態系統截留的土壤也較多。流域共向湖泊輸出總氮57.41 t,平均氮輸出量為0.28 g/m2。氮輸出主要集中于拉市海北部和南部,這些區域沿著自北向南匯入拉市海的南堯沙河和自南向北匯入拉市海的老龍開河進入拉市海湖泊。2015年流域共儲存碳929.61萬t,單位面積碳儲量范圍在229.52—553.44 t/hm。流域內碳儲量主要集中于拉市海四周的山地森林區域,呈現出北高南低、西高東低的空間分布格局。

圖2 生態系統服務空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecosystem services

生態系統服務Ecosystem services供給量Quantity of supply生態系統服務Ecosystem services供給量Quantity of supply水源涵養Water conservation//萬m34.17氮輸出Nitrogen output/t57.41土壤保持Soil retention/萬t552.55碳儲量Carbon sequestration/萬t929.61

3.2 生態系統服務與居民收入耦合協調度

圖3 耦合協調度類型頻數Fig.3 Frequency of coordinated types

圖4 耦合協調度空間分布Fig.4 Spatial distribution of coordinated types

根據耦合協調度模型,可計算得到研究區域2015年協調度、綜合得分和耦合協調度。本研究根據曹詩頌等[4]的研究成果以及研究區域的實際情況和研究需要,將耦合協調度分為4類,即衰退失調類、瀕臨衰退失調類、勉強協調發展類和協調發展類,相應的分類區間是[0,0.4],(0.4,0.6),(0.6,0.8),(0.8,1.0),耦合協調度類別頻數統計及空間分布情況見圖3和圖4。

如圖3所示,拉市海流域內屬于衰退失調類自然村數量最多,占自然村總數的1/3,屬于衰退失調類與瀕臨衰退失調類的自然村占總數的一半,說明這些自然村仍不能做到生態保護與社會經濟同步發展。屬于勉強協調發展類與協調發展類的自然村分別有7個和8個,超過總數的一半,這些自然村生態系統服務與居民收入相互促進,從而達到良性循環。從空間上來看,調節服務的供給與自然村農民年人均總收入的耦合協調關系具有顯著空間差異,湖泊東面自然村耦合協調程度總體優于湖泊北面、南面和西面的自然村。協調發展類和勉強協調發展類自然村生態系統服務供給與居民收入均較高,這些自然村一部分以開展生態旅游為主要生計,如美泉、正盛、安上、安中村等,一部分以種植特色農產品為主要生計,如種植洋芋的吉子村、海西村,種植麗江雪桃的余樂、吉樂村。

3.3 影響因素相關分析

(1)影響因素選取

提高調節服務與居民收入耦合協調度的關鍵在于能否通過特定的生計方式實現供給服務、文化服務與調節服務的協同,而生計方式的選擇又取決于農戶對各類生計資本的配置和使用。英國海外發展部提出的農戶可持續生計分析框架中強調生計資本(金融、人力、自然、物質、社會資本)在農村發展中發揮的重要作用[25],Fisher等[10]提出的生態系統服務與削減貧困概念框架,他們認為自然稟賦、環境權利、資本(包含基礎設施等物質資本、人力資本、社會資本和金融資本)、不依賴生態系統而開展的生計方式等因素可影響人們從服務中獲取收入的能力,從而影響二者的相關關系。基于以上文獻,本文選取生計方式、生計資本兩個一級類影響因素,其中生計方式包含外出務工、生態旅游和林果種植三項二級類因素,生計資本包又含金融資本、社會資本、人力資本、物質資本和自然資本五項二級類因素。每種因素均根據當地實際選取了相應的指標,如表2所示。

(2)相關關系分析

如表3所示,生計方式中,從事旅游經營人口比重越高,耦合協調程度越好。大量已有研究證實了旅游對促進自然保護區、荒原區域生態保護與經濟發展的積極作用,Li等人的研究發現旅游業的發展對減少地區收入不平等的貢獻顯著[26]。相反地,當地生態系統服務與居民收入的耦合關系并未隨著外出務工人口比重的上升而改善,外出務工人口比重與服務收入耦合關系呈現顯著的負相關關系。人口流動對流入地和流出地經濟發展的影響一直是區域經濟學的熱點研究問題,許多研究證實了農村剩余勞動力轉移與流出地農民收入增長有明顯聯系[27],但也有學者指出欠發達地區勞動力市場不是競爭性的,人力資本的流失給農村經濟發展帶來負面影響[28]。同時,王西玉認為外出務工的派生現象是回鄉創業,“智力回流”將給當地帶來新的經濟增長機會[29]。根據對研究區域馬隊長的訪談發現,50%的馬隊長曾有外出務工經歷,特別是旅游發展較好的美泉村,超過2/3的馬隊長有外出務工經歷。根據李應子[30]對云南省流動人口特點及趨勢的分析,云南省流動人口仍以農民工外出務工經商為主要原因,學歷以初小學生為主,因此當地外出務工人口比重與服務收入耦合關系呈現負相關可能的原因是外出務工提高農村居民收入的作用有限,但人口回流對當地旅游活動起到積極的促進作用。另一方面人口流動對流出地的環境影響是一個復雜的系統性問題,人口的流動可能影響流出地的消費、環境壓力、社會資本結構、農業生產方式從而影響農村環境質量,二者并非是簡單的線性關系[31]。目前我國正在建立國家公園和劃定的生態保護紅線,將有大量的生態移民工程,若居民選擇以外出務工作為替代生計,對農村居民收入以及自然生態系統的影響須謹慎評估和判斷。

表2 社會經濟特征指標

表3 影響因素相關分析

**P<0.05

自然資本不具備流動性,其中海拔、距湖泊距離、距麗江市距離與服務收入的耦合協調度的關系在統計意義上不顯著,人均耕地面積與耦合協調度有顯著的正相關關系。這說明流域內耦合協調度隨著人均耕地面積等可直接利用的自然資本增加而提高,調節服務與居民收入的耦合關系則與地理位置、地形等自然特征無明顯關系,當然,這很可能是因為受到路網密度等因素的干擾。

金融資本、人力資本、社會資本與耦合協調度的相關性不顯著,但從相關系數的符號可以看出,這些資本對于促進二者協調發展有積極作用。代表物質資本中基礎設施的路網密度與耦合協調度呈顯著負相關。進一步對路網密度與調節服務供給和居民收入的相關分析發現,路網密度與生態系統服務指數在1%的顯著水平下負相關,而與居民收入指數無顯著相關關系,這說明當地修建農村公路對生態環境的影響值得關注。農村公路是是基礎設施建設的重要組成部分,已有國內外研究表明,農村公路的建設將會帶來更高的農業產出、更高的收入和更多的工資收入機會從而有利于區域社會經濟的發展,同時也加大了農村土地資源壓力,造成水土資源流失和生態系統功能結構的破壞[32- 33]。已有學者呼吁在農村公路建設的不同階段開展環境影響評價,以降低公路建設對生態環境的影響。

4 結論

(1)流域內生態系統服務存在明顯的空間差異,流域上游供給能力高。水源涵養、土壤保持、森林固碳服務供給能力較高的區域集中在流域上游,而靠近湖泊,擁有較大灘涂面積的自然村,由于湖泊蒸散量大,水源涵養量較低,由于人類活動頻繁,營養物質的輸出也集中在流域中間壩區。

(2)生態系統服務與居民收入的耦合關系存在空間差異。流域近一半自然村生態系統服務與居民收入的耦合協調度較差,而湖泊東側自然村總體呈現較好的耦合協調關系。開展生態旅游以及特色農產品種植的自然村屬于協調發展類,生態系統服務與居民收入呈現協調發展的關系。耦合協調關系的形成主要依賴于居民能否通過特定的生計方式獲取生態系統的產品供給和文化服務所帶來的收益。

(3)生計方式和部分生計資本與耦合協調度有顯著相關關系,其中外出務工、生態旅游、公路建設的相關性具有政策含義。當地居民的生計方式中,生態旅游與耦合關系具有顯著正相關關系,而外出務工與耦合關系具有顯著的負相關關系。盡管外出務工對于直接提高當地居民收入的促進作用較小,但其可能通過“智力回流”的方式提高了當地居民開展生態旅游的能力。自然資本中人均耕地面積等可利用的自然資本與耦合關系顯著正相關。金融、人力、社會資本的相關性盡管不顯著,但其系數符號表明,該類生計資本的存量可能對促進生態系統服務與居民收入的耦合協調有積極作用。基礎設施中的路網密度與耦合協調度呈顯著負相關,在具有生態脆弱性、重要性的區域建設公路時需謹慎評估對生態系統結構和功能的影響。

本文重點評估了拉市海流域生態系統調節服務與居民收入的耦合關系,發現了耦合關系的空間差異,識別了其主要的影響因素。耦合關系的空間差異性提示我們,在重點生態功能區、生態紅線區、自然保護區等具有生態重要性、脆弱性的區域實施生態保護工程時,應更有針對性地提供補貼和生態補償,并通過相關政策促進生態保護相關的產業發展,為當地經濟發展創造更多機會,促進生態保護與經濟發展的統一協調。