基于生態資產價值的長江流域生態經濟協調關系研究

李 政, 何 偉*, 潘洪義, 陳 林

(1. 四川師范大學 西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室, 四川 成都 610066；2. 四川師范大學 地理與資源科學學院, 四川 成都 610066)

生態資產是國家對生態系統類型實施生態所有權且可以從中獲得經濟利益的生態景觀實體,目前逐漸成為衡量一個國家生態經濟水平的重要標準[1].伴隨著環境、資源、社會與人口問題的逐漸凸顯,自然資源和生態系統服務功能價值為核心的生態資產價值評估備受關注[2-4].十八屆三中全會后,積極健全自然資源資產產權制度并探索編制科學合理的自然資源資產負債表被提升到我國政策層面[5].在生態資產資本化的新興研究潮流中,資本化不僅成為生態資產價值增值的主要途徑,還成為區域生態環境保護、生態經濟協調發展的重要方向[6-9].自20 世紀 70 年代,生態系統服務功能概念首次被SCEP 在《人類對全球環境的影響報告》中提出,如何把抽象的生態系統服務轉化為可以進行定量評估的資產或價值,便成為學者們研究的重點[10].國外起步相對較早,理論較成熟,例如：Costanza等[11]將全球的生態系統服務劃分為水體調節、氣體調節、氣候調節等17類,并估算了當年的價值;Kreuter等[12]利用Landsat MSS影像對美國圣安東尼奧地區進行土地分類,在估算其生態資產的基礎上分析了土地利用變化對生態系統服務及城市擴張的影響.國內研究相對較晚,經歷了生態資產價值概念與內涵介紹[13],生態資產價值模型與核算方法研究[14-15],生態資產資本化研究的歷程[8].總體說來,生態資產價值研究處于探索階段,仍然存在著評估理論和方法不成熟、沒有統一的標準、生態-環境-經濟-社會綜合核算體系不完善等一系列問題[16-17].本文在劃分生態系統類型、面積、生態參數的基礎上,將核算的長江流域生態資產價值賦值于柵格上,是一種科學化、形象化、具體化的空間數量化表達方式.長江流域作為中國最大的流域,不僅具有強大的經濟、航運、政治價值,還具有多樣的生態服務價值功能,其戰略地位十分重要.研究其生態資產價值時空變化與區域生態經濟系統協調程度有利于探析該區域生態水平與生態經濟協調程度,以期為該區域生態文明建設決策提供參考和理論依據.

1 材料與方法

1.1 研究區概況長江是中國第一大河流,發源于青藏高原唐古拉山脈主峰各拉丹東西南側,全長6 300 km,跨越三級階梯,落差達5 400 m.長江流域介于(24°30′～ 35°45′N,90°33′～ 122°25′E)之間,東西長約3 000 km,南北寬約1 100 km,涉及青海、四川、云南、湖北、浙江等17個省與上海、重慶2個直轄市,總面積約180萬km2(圖1).由于長江流域在福建省與廣東省面積很小,可以忽略不計,本文并未將其納入研究區域.流域內以亞熱帶、溫帶季風氣候為主,雨熱同期,地勢西高東低,地形復雜多樣,各種地貌類型兼備,生物品種繁多.該區域分布著占全國30%的人口,加之自然地理區位優勢,使之成為全國重要糧食生產基地,區域農業生產總值占全國的40%.由于流域地跨三級階梯,土地資源表現為山地多,平地少,土地利用較為復雜,因此開展流域內生態資產核算與生態-經濟協調研究具有重要意義.

圖 1 長江流域區位圖

1.2 數據來源與處理2000、2010年GDP數據是在全國各縣GDP統計數據基礎上,考慮GDP與自然要素的地理分異規律,通過空間插值生成1 km*1 km柵格數據.NDVI數據來源于中國科學院計算機網絡信息中心國際科學數據鏡像網站(http://www.gscloud.cn),分辨率為 1 km 的月數據,通過最大值合成法得到年NDVI數據.氣象數據下載于中國氣象科學數據共享服務網 (http://cdc.cma.gov.cn/home.do).土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn),考慮到研究區域的特點與研究的側重點,依據全國土地分類標準《土地利用現狀分類》(GB/T21010—2007)將土地利用類型歸并為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地六大類.所有空間數據均統一到Albers投影.

1.3 生態資產價值評估模型生態資產價值是指一定時空內,某區域自然資產與生態系統服務能夠增加的以貨幣計量的人類福利[17],其核算公式為

(1)

其中,V表示生態資產價值總和,a表示生態服務系統類型,Va表示第a類生態服務系統的生態資產價值,其核算公式為

(2)

其中,Vax表示第a類生態服務系統的第x種生態服務功能的單位面積價值,各類生態系統單位面積資產價值參考Costanza等[11]對于生態服務價值的劃分標準,采用潘耀忠等[18-19]基于專家建議優化的體系標準,耕地7.93萬元/km2、林地173萬元/km2、草地20萬元/km2、水域732萬元/km2、未利用地3.714萬元/km2、建設用地為0萬元/km2;Sxy表示柵格的面積;x、y分別表示第a類生態服務系統的第x種生態服務功能以及Vax的柵格個數;Rxy表示Vax在不同柵格的生態參數,其核算公式[17]為

(3)

其中,NPP表示凈初級生產力植物光合作用所固定的光合產物中扣除植物自身的呼吸消耗部分,也稱第一性生產力;NPPy、NPPmean分別表示第y個像元的植被凈初級生產力與研究區所有像元植被凈初級生產力的均值;f表示植被覆蓋度;fy、fmean分別表示第y個像元的植被覆蓋度與研究區所有像元植被覆蓋度的均值[17].對于f與NPP的估算分別選用像元二分模型[18]與Tornthwaite經驗模型[20]為:

(4)

NPP=3 000*(1-exp(-0.000 969 5*

(1.05*P/(1+1.05*P/(300+25*T+

0.05*T3)2)0.5-20))),

(5)

其中,NDVI為歸一化植被指數,NDVImax、NDVImin分別為各斑塊的最大值、最小值,P為多年降雨量,L為多年平均最大蒸發量,T為多年平均溫度,E為多年平均蒸發量[20].

1.4 生態經濟系統協調度模型為測度區域經濟發展水平與生態環境狀況變化之間的關系,本研究參考王振波等[21]的研究成果構建了生態經濟協調度指數模型,即用生態資產變化率除以地區總量GDP的變化率來解釋生態經濟系統發展協調概況,其計算公式為

(6)

其中,EEH為生態經濟協調指數,ΔE、ΔGDP為生態資產與GDP的變化率,Estart、Eend為期初與期末的生態資產價值指數,GDPstart、GDPend為期初與期末的GDP指數.

2 結果與分析

2.1 長江流域生態資產價值總量變化由表1可得,2000—2010年,長江流域生態資產價值總量呈增長趨勢,從2000年的45 650.87億元變為2010年的46 141.30億元,11年間共增加了490.44億元,年均增長達44.59億元,其中生態資產價值構成以林地、水域和草地為主,耕地與未利用地次之.這與該區域土地利用類型結構與生態價值標準體系有關,林地面積最大且單位面積生態價值為173萬元,水域面積雖小但生態價值高達732萬元/km2,是耕地的92倍、未利用地的197倍.11年間,耕地、林地生態資產價值處于減少趨勢,其他土地利用類型生態資產價值均呈現上升趨勢,表明在經濟發展的過程中,長江流域城鎮化水平不斷提升,建設用地面積大量增加,出現耕地、林地面積減少、破壞嚴重等問題.

表 1 長江流域生態資產價值總量變化

2000—2010年,長江流域內各省(直轄市)生態資產價值總體呈上升趨勢,但區域變化差異顯著,約58.8%的省(直轄市)出現增長趨勢,41.2%出現下降趨勢.由表2可得,河南、湖北、安徽省與浙江生態資產價值呈現大幅增長,青海、甘肅、陜西、江西、湖南與江蘇省增長較慢,其余省份均出現不同程度的下降;河南與湖北增速最快,分別達到16.18%與8.80%.此情況與這兩省的土地利用結構優化有關,河南省在11年間林地增加了3.19 km2,草地增加了15 km2,水域增加了99 km2,生態資產價值增加了86億元.湖北省水域面積大,約占長江流域水域面積的22%,且逐年增加.上海市生態資產價值總量減幅最大,達到11.51%,這與上海市在經濟發展與城鎮化過程中,大量將耕地、林地、草地以及未利用地變為建設用地有關;而四川、西藏、云南、廣西、貴州與重慶減幅較小,分別減少了4.36%、3.98%、3.13%、3.07%、4.07%、1.41%.

表 2 長江流域生態資產價值分布(分省域統計)

2.2 長江流域生態資產空間格局及演變長江流域生態資產價值空間分布呈西北低東南高的格局特征(圖2),生態資產價值由西北向東南增加,高值區呈“插花狀”分布且主要出現在長江流域中下游平原湖泊地帶與西北青藏高原唐古拉山脈主峰各拉丹東西南側的源頭地帶,此分布格局與長江流域植被地帶性和河流湖泊分布的格局基本一致.

單位面積生態資產最高值區主要分布在湖北東南部梁子湖、湖南東南部洞庭湖、江西的鄱陽湖、安徽中部的巢湖與江蘇的洪澤湖、太湖等地及其周邊地區,這些區域熱量充足,降水豐富,植被茂盛,是中國淡水湖泊集中的地區,單位面積生態資產一般在183×104元以上.其余最高值區較多分布在青海省西南部的高原湖泊與西藏自治區東北部(青藏高原)唐古拉山地區,這些區域本身受人類活動的影響較小,且擁有高山冰雪融水的常年補給,高山草地及灌叢大量分布,生態資產達176×104元/km2.單位面積生態資產價值中值地區面積大、分布范圍廣,主要分布在一二級階梯交界處的橫斷山脈、成都平原與川西高原交界的邛崍山脈、渝鄂交界的大巴山脈以及東南丘陵地帶.該區域,主要位于亞熱帶季風氣候區域,雨熱同期,森林廣布,擁有較高的生物量與植被覆蓋度,生態資產一般在30×104元/km2.單位面積生態資產低值區主要分布在青海省的玉樹藏族自治州及其周邊地區、甘肅省隴中地區、成都平原與東部沿海地區,這些區域可以歸為3類：生態環境脆弱且多地質災害區域、降水量少植被稀疏的區域以及人類活動頻繁的經濟發達區,單位面積生態資產價值僅為5×104元.

根據長江流域2000與2010年生態資產價值變化,參考相關研究成果[17,22],將其分為7個變化等級(表3).由表3可得,2000—2010年,長江流域生態資產價值以基本穩定為主,基本穩定區域面積達660 784.94 km2,占區域總面積的36.78%;增長的面積次之,達到全區總面積的32.1%,約579 300.63 km2;退化區域約557 589.19 km2(31.1%).輕度退化區域面積達360 791.69 km2(20.1%),主要分布在四川盆地東部與重慶接壤的山區地帶以及貴州、湖南、江西的部分丘陵地帶;中度退化區面積達186 303.5 km2(10.4%),且主要分布在東北部與貴鄂交界地帶;嚴重退化區面積最小,僅10 494 km2(0.6%),主要分布在成都平原、湖北東南部、江蘇、上海、浙江等經濟發展迅速的區域;輕度增長區面積約占18.3%,分布較為均勻,各省均有涉及;中度增長區面積達230 354 km2,主要集中在云南東北部與貴州交界地帶、甘南地區、陜西東部與河南交界地帶以及湖北、安徽大部分地區;快速增長區面積僅為區域總面積的1.1%,主要分布在甘肅的肅南縣及其周邊區域、河南丹江口水庫及其周邊地區以及江西中部地區.

圖 2 長江流域單位面積生態資產價值與價值變化格局圖

2.3 長江流域生態經濟系統協調度空間格局一個區域內的人類活動所創造出來的經濟價值(GDP)與生態環境狀況(本文用生態資產價值表征)的協調程度一定程度上反映了該區域社會經濟發展的可持續水平.如果該地區的生態資產價值增幅長期低于GDP增長甚至生態資產出現負增長,則表明該地生態環境壓力增加,生態經濟系統不協調;反之,應該充分挖掘生態資源將其轉化為經濟資產.為了更深入地揭示研究區EEH的空間格局,依據長江流域的實際情況,參考相關學者的研究成果[17,21],以0.2為EEH的基本單位對其進行分類(表4).

由圖3可得,長江流域生態經濟協調程度以潛在沖突類型為主,低沖突區次之,其他協調類型零散分布,表明長江流域在社會經濟發展的同時生態環境壓力逐漸加大.潛在沖突區約803 375.49 km2,占長江流域面積的44.68%,均勻分布于各省(直轄市).近11年,長江流域城市化進程加快,耕地與林地大量減少,區域生態資產價值增幅長期低于GDP,若不采取措施,生態環境壓力將繼續上升,甚至出現EEH大于0,生態經濟系統變為不協調的狀態.低沖突區面積僅次于潛在沖突區,達680 147.45 km2,約占研究區面積的37.83 %,主要分布于西南地區的四川、云南、貴州三省與重慶市境內.這些區域生態資產價值出現負增長,經濟發展與環境保護開始失衡,雖目前出現的問題不明顯,但必須加大保護力度,防止其進一步惡化.其余生態經濟系統關系不協調的類型與面積占比分別為：關系惡化區(1.75%)、高度沖突區(0.37%)、較高沖突區(0.59%)、中度沖突區(1.16%)與較低沖突區(4.19% ),主要分布于四川省成都市、河南省西南部、湖北省武漢與隨州市、重慶市西南部、湖南省懷化市、安徽省中部以及上海市等地,表明這些地區以犧牲生態環境為代價發展經濟,區域生態平衡被打破,處于不可持續狀態.

表 3 2000—2010年長江流域生態資產價值變化等級

表 4 2000—2010年長江流域生態經濟協調度(EEH)等級劃分

圖 3 2000—2010年長江流域生態經濟系統協調度(EEH)

生態經濟協調區類型主要包括低度協調(5.02%)、較低協調(1.44%)、中度協調(0.68%)、較高協調(0.38%)與高度協調(1.93%)5種,主要分布于湖北省東部與西北部、甘肅省隴南地區、貴州威寧少數民族聚居區、青海省西部與安徽部分地區,總面積僅占研究區的9.44%,表明長江流域生態經濟協調水平低,可持續發展緩慢.

3 討論與結論

3.1 討論長江流域橫跨中國東、中、西三大經濟區,區域內自然資源極其豐富,生物量巨大,是中國重要生態與氣候調節區,分析長江流域生態資產價值時空變化,有利于促進區域生態經濟協調發展,堅持可持續.自然因素與人文因素的相互作用對于區域內生態資產價值變化影響深遠,但由于短期內自然因素變化不大,人類活動成為主要限制性因素.從長江流域生態資產價值空間分布與變化格局可以發現,嚴重退化區主要分布在成都平原、湖北東南部、江蘇、上海、浙江等經濟發展迅速的區域,這些地區城市化進程快,人口多,大量耕地、草地與林地被轉化為建設用地.從生態經濟協調程度發展空間格局可以發現類似的現象,關系惡化區主要分布于四川成都、湖北武漢、河南南陽、重慶、上海等經濟發展迅速、經濟水平高的地區.這些地區由于經濟發展過快,環境保護措施難以與之相適應,導致環境惡化;或者有些經濟水平高的地區遺留下來的歷史環境問題還未解決,經濟發展過程中新的問題又出現,使得區域生態更加難以恢復.因此,結合長江流域的實際情況提出了幾點建議：

1) 建設新型生態城鎮.建設新型生態城鎮是推進區域可持續發展的必然要求.這就要求各地方政府要根據自身的生態經濟協調程度與生態經濟建設要求,對經濟發展較好的城鎮進行生態恢復與改善,合理布局生態、生產、生活空間,牢牢守住生態紅線.加大對于生態保護的投資力度,推動生態城鎮建設與第三產業協同發展,引導產業轉型,大力推進社會主義生態文明建設.

2) 堅持退耕還林、還草工程.林地與草地具有豐富的生態系統服務功能,對于區域水源涵養、氣候調節有著明顯的作用.特別是加強長江上游及其源頭的生態防護林建設,積極退耕還林還草,已達到涵養水源保持水土的作用,同時注重加大部分地區的生態補償.

3) 加強生態環境脆弱區的生態移民.生態移民不僅有利于當地居民改變生活環境,還有利于恢復當地已經惡化的生態環境,比如三峽庫區內的湖北十堰、重慶萬州以及陜西秦嶺生態功能保護區等區域,緩解人類活動對于環境的壓力.

4) 加強長江沿岸生態修復.生態修復有利于區域生態自我繁衍與恢復,從而達到大面積、快速防治水土流失系統工程,其主要實現手段是封禁治理,即通過劃定生態保護區對人類活動進行約束.

本文通過Arcgis10.2的空間分析工具,將生態經濟系統協調度以柵格方式呈現,相對于以縣域為研究單元更加細化、更加具體.但是本文仍存在以下不足：第一,生態經濟是一個復雜的系統,而本文經濟指標單以GDP來衡量,不能完全反應經濟系統的本質,具有一定的局限性.第二,生態資產核算體系不完善,現有研究僅采用 NPP 和植被覆蓋度作為生態調整參數,而忽視了地形變化、生物量、土壤質地、土壤侵蝕等因素,有待進一步改善.第三,生態資產價值化的標準各異,若參考的生態服務價值量化標準不同,其核算出來的生態資產差距甚遠.本文采用潘耀忠等[18-19]基于專家建議優化的體系標準,并沒有嚴格區分長江流域植被類型,認為長江流域植被類型以亞熱帶森林為主,故以173萬元/km2來計算,而忽略了溫帶森林.第四,建設用地單位服務價值0萬元/km2來計算,忽略了城市系統中的公園綠地,使得生態資產價值總量小于實際價值.第五,不同的主體功能區域發展的重心不同,應作為生態經濟協調的參考.生態資產資本化是實現生態資產價值增值的重要途徑,更是促進區域生態經濟協調與生態環境保護的新方向.

3.2 結論2000—2010年,長江流域生態資產總體呈增長趨勢,11年間共增長490.44億元,年均增長44.59億元,其中林地貢獻率最高,達63.01%,水域次之,為31.63%.一方面,伴隨著城市化進程的加快,該區域土地利用類型發生轉變,具體表現為耕地與林地逐漸減少,建設用地大量增加,成為生態資產價值增長的限制性因素;另一方面三峽大壩的修建使得長江上游水域面積增加,同時其強大的蓄水功能對于中下游地區枯水期河流與湖泊的補給十分明顯,促進了研究區生態資產的增長.長江流域生態資產價值空間分布呈西北低東南高的格局特征,生態資產價值由西北向東南增加,高值區呈“插花狀”分布,此分布格局大致與長江流域植被地帶性與河流湖泊分布的格局基本一致.長江流域生態經濟協調類型以潛在沖突區為主,低沖突區次之,協調區面積僅占9.44%,表明生態經濟協調水平低,可持續發展處于初級階段.