贛西地區生態系統服務價值與生態補償策略

趙志剛,余 德,王凱榮,呂愛清

1 宜春學院, 宜春 336000 2 中國地質大學(武漢)公共管理學院, 武漢 430074 3 青島農業大學青島市農村環境工程研究中心, 青島 266109

生態系統服務是指人類直接或者間接從生態系統功能中獲得的收益,這些收益包括影響人類生活的支持、調節、供給和文化服務4大類[1- 2]。研究者通常采用貨幣形式對生態系統服務的價值進行估算。隨著Daily[3]和Costanza等[4]學者對于生態系統服務研究工作的開展及MA(Millennium Assessment)的報告[2]發表,使得全球范圍的生態系統服務價值(Ecosystem Services Value,ESV)評估研究受到廣泛關注并逐漸成為熱點。生態系統服務作為人類社會的物質基礎和自然資本,其價值的穩定性是衡量一個地區能否實現可持續發展的重要依據[5- 6]。由于人類對自然資源的過度開發利用,一些地區生態系統功能遭受巨大破壞,生態系統服務價值明顯下降。為促進區域生態系統的保護與修復,調動保護區的生態保護積極性,生態補償政策應運而生。管理者通過政策手段對損害(或保護)資源環境的行為進行收費(或補償),以經濟手段調節利益相關者的利益關系,實現保護和可持續利用生態系統服務的目的[7]。

生態補償額度的確定是建立生態補償機制的核心和難點[8]。一般來說,生態系統服務的價值是制定生態補償額度的主要依據[9-10]。因此,從某種意義上說,區域生態補償是生態系統服務價值研究的具體實踐,因為生態補償的本質就是生態保護受益者或生態破壞者向生態保護主體付費的行為[11]。國內外學者圍繞生態系統服務開展了大量研究,從概念[12]、價值評估模型[13]和方法[14-16]、時空變化[17- 19],再到具體實例,涉及農田[20- 21]、草地[22]、森林[23- 24]、濕地[25- 26]、流域[27]等諸類生態系統,這些研究為制訂區域生態補償量化標準、提供合理的生態補償額度奠定了科學基礎。對于涉及區域內多個單元間的補償額度與順序等問題時,王女杰等[28]以山東省為例,從區域間生態補償的迫切程度入手,在綜合考慮區域生態系統服務價值和經濟發展水平的基礎上,提出了生態補償優先級概念(Ecological Compensation Priority Sequence,ECPS)。該方法已被一些學者應用于不同區域的生態補償研究中[29- 31]。在此基礎上,高振斌等[32]運用區域單元補償需求強度與生態價值量等指標對東江流域19縣(市、區)的生態補償額度進行了估算。

贛西地區以山地和丘陵為主,位于長株潭經濟圈與鄱陽湖生態經濟區之間,是兩大經濟都市圈的重要生態屏障區,在自然資源保護與農業生產等方面發揮著重要作用,為周邊區域的生態環境穩定和經濟發展做出了巨大貢獻。但是,隨著贛西地區城市化的發展,人為擾動加劇,近年來該區域植被覆蓋度減少,高溫與次高溫面積擴大,熱島效應增強,生態功能退化,水土流失和土壤侵蝕增強,對區域生態系統安全造成嚴重威脅[33]。本研究以贛西地區為對象,基于土地利用變化數據,采用當量因子計算方法對2002—2016年該區域生態系統服務價值的時空特征進行分析,并綜合考慮區域自然、經濟發展水平,對各縣(區)生態補償優先級和生態補償額度進行測算,旨在為促進贛西地區生態系統健康和社會經濟協調發展提供科學依據。

1 研究區概況

贛西地處113°34′—116°9′E,29°57′—29°6′N之間,轄宜春、萍鄉和新余三個地級市,17個縣(區)(圖1)。東部和中部地形相對平坦,西北—北部、西南部海拔相對較高,主要山脈有九嶺山和羅霄山脈。該區多年平均氣溫17℃,年均降水量1500—1600 mm,年均日照數1650 h,無霜期270 d,屬亞熱帶季風氣候區,林草覆蓋率60%以上,為江西、湖南和湖北等省的發展提供了重要的生態屏障。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

土地利用/覆被分類數據通過解譯2002年、2009年和2016年的TM/ETM+/OLI影像獲得(影像來源于地理空間數據云,http://www.gscloud.cn/),影像軌道號分別為121/040、121/041、122/040、122/41和123/41,各期影像含云量均低于5%。在對影像進行拼接、幾何配準、裁剪等處理后結合DEM數據構建新的數據集,然后采用目視解譯和實地調查方法獲得訓練樣本制作感興趣區(Region of Interest,ROI),基于CART算法的決策樹分類方法將研究區分為耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地6個類別,并使用訓練樣本、實地調查樣點和部分縣的土地利用現狀圖進行精度檢驗,證實各年份分類總體精度均在85%以上,符合研究要求；社會經濟數據來源于域內各市、縣統計年鑒及政府網站公報數據；行政區數據為國家基礎地理信息中心的1∶100萬比例尺數據。

研究區域總面積25677.44 km2,占江西省全域面積的15.38%,土地利用類型以林地和耕地為主(圖2)。從空間分布來看,林地多集中于西北—北部、西南部海拔相對較高地區,耕地主要集中于東部相對平緩區域。

圖2 贛西土地利用/覆被分類圖Fig.2 Land use/cover classification in western Jiangxi Province

統計各地類面積(表1)可知,2002—2016年,贛西地區耕地、林地、草地和未利用地面積呈減少狀態,水域和建設用地面積呈增加狀態,其中建設用地增加率最大,達到58.31%。

表1 2002—2016年贛西地區土地利用變化

2.2 生態系統服務價值計算與空間分析

生態系統服務價值計算方法以謝高地等[16]的研究結果為基礎數據,參考葛全勝等[34]、郭志華等[35]研究成果計算出贛西地區各類型土地自調節系數值,獲得單位面積生態服務價值基礎數據(表2)[36]。然后結合土地利用分類數據計算得到2002年、2009年和2016年各柵格像元上生態系統服務價值,以3 km×3 km的網格為基礎單元統計生態系統服務價值,按照< 300萬元、300—600萬元、600—900萬元、900—1200萬元、>1200萬元分級符號化,并計算各網格內生態系統服務價值年均變化率,進一步分析生態系統服務價值的空間變化特征。

表2 贛西地區單位面積生態系統服務價值/(元 hm-2 a-1)

2.3 生態補償優先級計算

在資金有限的情況下,如何統籌各縣(市、區)實施生態補償的順序、提高資金利用效益是實踐中必須優先解決的問題。生態補償優先級指數的提出,為客觀反映區域生態系統服務供需關系,衡量地區生態受償迫切度提供了依據[28]。本研究中優先級的確定由經濟發展水平和生態系統服務價值兩個變量決定。由于生態系統服務的市場價值(食物生產與原材料生產價值)已在市場機制中轉化成貨幣,并在區域經濟發展中得到體現,故在估算生態系統服務價值時,只考慮非市場價值。其具體表達式如下：

(1)

式(1)中,ECPS 為區域生態補償優先級指數,N_ESV 代表各縣(市、區)生態系統服務價值中除食物生產、原材料生產價值以外的非市場服務價值,GDP 代表縣(市、區)域國民經濟生產總值。ECPS 值越高,說明該區域支付生態補償后對其經濟狀況影響越大,應當率先得到生態補償支持；反之,說明該區域支付生態補償后對其經濟狀況影響較小,應當率先支付生態補償資金。

2.4 生態補償額度估算方法

為降低經濟相對落后、生態環境良好地區想實現快速發展而加大資源開發力度、破壞生態系統的風險,在支付能力有限的情況下,應優先考慮對這些地區進行生態補償[32]?；诖?本文通過引入區域生態補償需求強度(不同區域間對需要進行生態補償的緊迫程度)和非市場生態系統服務價值折算系數(按區域實際非市場生態系統服務價值進行折算)來反映生態補償額度的區域差異。區域生態補償需求強度系數采用生態補償優先級歸一化結果來表征。其具體表達式如下：

Vi=k×N_ESVi×Ti

(2)

Ti=2×arctanECPSi/π

(3)

式中,Vi為第i區域生態補償總量,N_ESVi為第i區域非市場生態系統服務價值,k為非市場生態系統服務價值折算系數,參照資料[37]選擇數值為15%,Ti為區域生態補償需求強度,ECPSi為第i區域生態補償優先級指數,π為圓周率,i為研究區域不同縣(市、區)。

3 結果與分析

3.1 贛西地區生態系統服務價值的時空變化特征

3.1.1生態系統服務價值的時間變化

表3結果顯示,2002—2016年間,贛西地區生態系統服務價值總體呈下降趨勢,由293.09億元下降至289.45億元,變化率為-1.24%。從不同土地類型對生態系統服務價值貢獻來看,林地是提供生態系統服務價值最重要的類型,兩期數據占比都在80.00%以上；其次為耕地,占比均在13.50%以上；再次是水域和草地,占比分別為4.00%和1.50%；建設用地和未利用地的生態系統服務價值占比很低。

表3 2002—2016年贛西地區各土地類型生態系統服務價值變化

2002—2016年間,贛西草地生態系統服務價值下降比例最高,為-4.56%,耕地次之,水域生態系統服務價值略有增加；林地生態系統服務價值盡管下降比例不高,但總量降低最多,為2.82億元。分階段來看,耕地、林地、草地、未利用地生態系統服務價值持續下降,但減少速度在后一時期有所降低,水域生態系統服務價值則是先增后減。

對贛西地區2002年和2016年的生態系統各單項服務價值進行統計,得到結果如表4所示。

表4 2002—2016年贛西地區生態系統各單項服務價值變化

表4可以看出,贛西地區生態系統各單項服務價值排序依次為：水源涵養、土壤保持、氣體調節、生物多樣性保護、氣候調節、廢物處理、娛樂文化、原材料生產和食物生產,三個時期的大小順序保持不變。對比兩期生態系統各單項服務價值變化值,表內各項均呈下降趨勢,按減少總量大小排序依次為土壤保持(0.7597億元)、水源涵養(0.5860億元)、氣體調節(0.5679億元)、生物多樣性保護(0.5287億元)、氣候調節(0.4936億元)、廢物處理(0.2221億元)、原材料生產(0.1988億元)、食物生產(0.1683億元)和娛樂文化(0.1153億元)。

3.1.2生態系統服務價值的空間變化

由圖3可以看出,贛西地區生態系統服務價值高(≥1200萬元)的區域主要分布在西北和北部,即萬載—銅鼓—宜豐—奉新—靖安一帶區域,以及湘東區,蘆溪—袁州—分宜等南部地區。對比土地利用分類圖(圖2)可以發現,上述地區主要為林地類型,植被覆蓋率占比較高。而生態系統服務價值較低(300—600萬元)的區域主要分布在渝水區、樟樹、豐城、高安及奉新東部區域,這些區域土地類型以耕地為主。單元網格內生態系統服務價值< 300萬元的區域在2002年僅新余市渝水區有2個；2009年共有12個,其中安源區1個、袁州區3個、渝水區5個、樟樹市1個、豐城市2個；2016年增加到了15個,其中安源區1個、袁州區5個、渝水區6個、樟樹市1個、豐城市2個。總體來看,網格單元生態系統服務價值< 300萬元的區域主要集中在袁州區和渝水區。

圖3 贛西地區生態系統服務價值空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of ecosystem services value in western Jiangxi Province

通過計算研究區域柵格尺度上的生態系統服務價值年均變化,可進一步解析其空間變化特征(圖4)。2002—2016年,贛西地區17個縣(市、區)生態系統服務價值均出現不同程度的減少,且2002—2009年減少程度要比2009—2016年更大,減少像元主要分布在城市擴展區?？傮w來看,在2002—2016年,生態系統服務價值年均變化率<-4%的像元單元為7個,變化率在-4%—-2%的像元單元為43個,主要分布在安源、袁州和渝水。生態系統服務價值年均增長率2%—4%的像元數量在高安市與蓮花縣各有1個,>4%的像元數量未見分布。

圖4 贛西地區生態系統服務價值變化空間分異圖Fig.4 Spatial variation of ecosystem services value in western Jiangxi Province

3.2 贛西地區生態補償額度與優先級

根據贛西地區生態系統服務的受益與補償范圍,以2016年數據為基礎,計算了各土地類型生態系統服務價值的理論生態補償額度(表5)。贛西地區理論生態補償總額度為3.9262億元,其中林地生態系統需補償3.1820億元,是該區域生態補償的核心,占比達81.04%；其次是耕地和水域,補償額度分別為0.4964億元和0.1836億元,分別占比12.64%和4.68%。從生態系統各單項服務來看,補償額度從高到低依次是水源涵養、土壤保持、氣體調節、生物多樣性、氣候調節、廢物處理和娛樂文化功能,占比分別為20.48%、19.07%、16.48%、15.33%、13.92%、8.57%和6.16%。

通過引入區域生態補償需求強度系數和生態價值折算系數估算出研究區域各縣(市、區)生態補償額度(表6)。結果顯示,生態補償優先順序排名前三的分別是銅鼓、靖安和宜豐,數額分別為0.9622億元、0.6822億元和0.4735億元,占總補償額度的53.94%；處于后三位的分別是安源、樟樹和上高,僅占總補償額度的1.66%。各縣(市、區)優先級指數平均值為0.0852,超過平均值的有8個,低于平均值的有9個。各縣(市、區)補償額度與GDP值相比,所占比例均較低,總補償額度僅占贛西地區總GDP總額的0.13%,補償額度最高的銅鼓縣也僅占2016年該縣GDP的2.46%。按照生態補償優先級排序,贛西地區依次為：銅鼓縣、靖安縣、宜豐縣、蓮花縣、萬載縣、奉新縣、袁州區、高安市、蘆溪縣、分宜縣、上栗縣、渝水區、豐城市、湘東區、上高縣、樟樹市、安源區。

表5 贛西地區生態系統理論生態補償額度(2016年數據)/(× 108元)

表6 贛西地區各縣(區)生態補償額度與優先級測算(2016年數據)

4 討論與結論

生態系統服務對人類的生產、生活具有重要意義。然而,近15年(2002—2016)來,隨著贛西地區城鎮化、工業化的快速推進,林地、耕地、草地面積逐漸減小,區域內生態系統服務價值持續降低,累計共減少了3.64億元,變化率為-1.24%。盡管與我國其他一些城市相比[38- 39],贛西地區生態系統服務價值下降幅度相對較小,但由于贛西地區位于長沙與南昌兩大省會城市之間,隨著長株潭城市圈與鄱陽湖生態經濟區經濟建設的持續推進,恐將會進一步壓縮贛西地區良好的生態空間。因此,加強該區域的生態系統保護具有重要意義。

本研究表明,林地是贛西地區提供生態系統服務價值最重要的類型,占總價值比例的80.39%,主要分布在贛西的西北部等地。水源涵養、土壤保持、氣體調節是生態系統內的主要服務類型,三者占到總比例的51.18%。從空間上來看,生態系統服務價值相對較低的區域主要分布在渝水、樟樹、豐城和高安,主要原因是這些縣(市、區)毗鄰南昌市,受省會城市輻射影響,該區域人口集中,工業較強,對生態環境的負面影響相對較大；生態系統服務價值相對較高的區域主要分布在銅鼓、宜豐、奉新和靖安等西北部縣,這些縣區林地面積較大,如靖安縣森林覆蓋率達到84.10%(2016年)。在2002—2016年贛西地區17個縣(市、區)生態系統服務總價值均出現不同程度的減少,其中降幅較大的縣(市、區)主要是萍鄉、宜春和新余市的行政中心區域,統計數據表明,安源、袁州和渝水區是近15年來城鎮化發展最快、人口增加最多的三個區縣。

補償優先級是在一個區域內各個縣(市、區)補償順序的相對值,可根據區域總N_ESV與總GDP先計算出均值,再進行對比分析,判斷各縣(市、區)補償的需求程度。補償額度則是在一個區域內各個縣(市、區)需要給予補償的具體值,在計算出理論數值的基礎上,根據區域內可提供的實際補償金額進行合理分配。兩者之間有一定的關聯,研究區域生態補償優先順序,可以對有限的生態補償資金進行更加合理的分配。本研究證實,生態補償優先級與區域GDP成反比,經濟總量高的地區其生態補償優先級一般較低,這與生態補償初衷相一致的,即經濟發展較快的地區要通過生態補償資金反哺經濟發展落后地區。本研究發現,贛西的銅鼓、靖安和宜豐縣為優先補償順序和需要補償的額度均排名前三。趙志剛等[40]之前的研究發現,銅鼓、靖安和宜豐三縣的農業生態安全度在贛西地區處于前三位的水平,說明這些縣在生態環境建設與保護方面做出了巨大貢獻,其生態系統服務價值較高,但三縣的GDP值相對較低,排名倒數,表明其在保護環境的同時也犧牲了一定的發展機會和經濟利益,因而優先通過一定額度的生態補償對于減緩這些縣域的經濟發展滯后狀況具有重要的現實意義。本研究測算出的贛西地區理論生態補償總額度為3.9262億元,占總GDP比例的0.13%,對地方政府的財政經濟壓力并不大,在生態補償實踐中具有較好的可操作性。

黨的十九大報告明確提出,要像對待生命一樣對待生態環境,統籌山水林田湖草系統治理,實行最嚴格的生態環境保護制度,同時要求建立市場化、多元化的生態補償機制。因此,生態補償研究首先要考慮能否指導具體的實踐工作。生態環境問題存在跨界流動性特征[41],國內也有學者對跨省域的生態補償機制進行了研究[42-43],但由于涉及省際間的行政、財政等方面的問題較多,具體實施仍有一定難度。從目前的現實來看,在同一省份內開展生態補償工作具有較強的可操作性。國家在2010年和2017年相繼出臺了《鄱陽湖生態經濟區規劃》[44]和《國家生態文明試驗區(江西)實施方案》[45]文件,將鄱陽湖生態經濟區及江西省確立為建立生態補償機制的試點區域,要求率先建立生態補償機制,進而為全面建立生態補償機制提供經驗。同期江西省也相繼出臺了相應的森林與流域生態補償政策,如《江西省生態公益林管理辦法》[46]、《江西省流域生態補償辦法》[47]等,為促進贛西區域生態補償研究與實踐打下良好的基礎。

對于生態補償資金的分配和使用的問題,本研究認為可以將補償資金分為兩部分,一部分分配給以人為主體的單位,即對在保護生態環境效益時犧牲了發展機會和經濟利益的主體給予額外的資金補償；另一部分分配給以自然為主體的單位,即對為恢復生態服務價值而進行生態修復的主體進行生態建設資金補償。計算分配給自然為主體的補償金額時應考慮本區域已出現和未來可能出現的生態服務價值下降的額度,并應按年度逐步投入。

綜上,本研究的主要結論如下：

① 贛西地區林地的生態系統服務價值最高,占總價值的比例達80.39%,水源涵養、土壤保持、氣體調節等是生態系統內的主要服務類型,三者占到總比例的51.18%,但從整個區域來看,總的生態系統服務價值和生態系統各單項服務價值均呈不同程度降低趨勢。從縣域單元看,生態系統服務價值相對較低的分別是渝水區、樟樹市、豐城市和高安市；相對較高的主要分布在銅鼓縣、宜豐縣、奉新縣和靖安縣；生態系統服務價值下降率最高的是安源區、袁州區和渝水區。

② 贛西地區理論生態補償總額度為3.9262億元,占總N_ESV的1.49%,總GDP的0.13%,林地生態系統的補償額為3.1820億元,占總補償的81.04%。從縣域單元看,銅鼓、靖安和宜豐縣為優先補償順序的前三位,補償額度分別為0.9622,0.6822和0.4735億元,占總補償額度的53.94%,處于后三位的分別是安源區、樟樹市和上高縣,占總補償額度的1.66%。本研究測算出的補償順序與理論補償額度,與縣區統計數據資料部分印證,這表明該研究具有一定的科學性和合理性。補償資金占GDP值比重低,對地方財政壓力小,在保護區域生態環境與可持續發展的具體實踐中,具有一定的可操作性。