基于生態資產的內蒙古生態保護效益評估

邱 曉,肖 燚,石 磊,王慧敏,劉亞紅,孫海蓮,*

1 內蒙古自治區農牧業科學院,呼和浩特 010031

2 中國科學院生態環境研究中心,北京 100085

生態資產是自然資源資產的主要組成部分,是能夠為人類提供生態產品和服務的自然資源資產,包括森林、灌叢、草地、濕地、荒漠等自然生態系統,農田、人工林、人工草地、水庫、城鎮綠地等以自然生態過程為基礎的人工生態系統,以及野生動植物資源[1—3]。關于生態系統的評估,一般包括存量評估和流量評估兩個部分[4—5]。生態資產是生態系統的“工廠”,代表存量,生態系統服務是生態系統的“產品”,代表流量；工廠的能力決定提供產品的產出,即存量是流量的基礎；產品在一定條件下也會影響工廠的產出,即流量會引起存量的變化[6—8]。生態資產的評估可以用來認識和了解生態系統自身的狀況以及變化,開展陸地生態資產的研究已成為生態系統恢復、生態功能區劃和建立生態補償機制、保障國家生態安全的重點戰略需求[9—10]。

生態資產評估技術方法,國內外目前的研究集中在自然資源核算與生態系統服務價值評估兩個方向[11—13]。Constanza等使用價值當量法評價了全球生態系統服務和自然資本的價值[14]。謝高地等建立了中國陸地生態系統單位面積服務價值表,通過生物量等因子的校正,對青藏高原不同生態資產的服務價值進行了估算,青藏高原生態系統每年的生態服務價值為9363.9×108元/a[15—17]。宋昌素等以青海省為例,綜合評估了重點生態功能區和非重點生態功能區各類生態資產實物量現狀和變化[18]。博文靜等以興安盟為例,通過對森林、灌叢、草地和濕地生態資產數量、質量和變化情況的評估,核算了興安盟生態資產綜合指數,2000—2010年興安盟森林和草地的質量提高顯著,生態資產綜合指數提高了2.16%[19]。張麗云等對唐古拉山以北地區的生態資產進行了核算,2000—2015年因濕地的退化該區域生態資產綜合指數降低了3.61%[20]。董天等基于鄂爾多斯市生態系統格局、質量數據,評估了鄂爾多斯市生態資產、生態系統生產總值,2010—2015年鄂爾多斯市生態資產指數和生態系統生產總值均呈上升趨勢[21]。竇聞等選擇黃河皇甫川流域五分地溝小流域作為研究區,依據傳統模型和改進模型分別對研究區進行生態資產評估,結果表明,改進模型估算的流域生態資產總價值比傳統模型的計算結果高出約1/3[22]。李真等通過構建空間生態資產價值經濟協調度模型,測算了甘肅省生態資產價值與經濟發展水平協調狀況[23]。以上研究表明,通過評估生態資產的變化來反映生態保護的成效越來越廣泛應用,生態資產可作為衡量生態狀況的重要指標。

內蒙古地處祖國北疆,是我國北方重要生態安全屏障,也是我國草地、森林資源相對豐富的省區之一。內蒙古草原是歐亞大陸草原的重要組成部分,自東向西依次分布著溫性草甸草原、溫性典型草原、溫性荒漠草原、溫性草原化荒漠和溫性荒漠類5大地帶性草原類型, 隱域分布著山地草甸類、低平地草甸類和沼澤類3類非地帶性植被。內蒙古森林主要分布大興安嶺原始林區,大興安嶺南部次生林區及寶格達山、迪彥廟、克什克騰、茅荊壩、大青山、蠻漢山、烏拉山、罕山、賀蘭山和額濟納等次生林區,以及經過長期建設形成的人工林區。內蒙古灌叢主要是自然和人工建植的以錦雞兒、白刺、山杏、檸條、沙柳、梭梭、楊柴、沙棘等灌木形成的群落。內蒙古生態狀況如何,不僅關系全區各族群眾生存和發展,而且關系華北、東北、西北乃至全國生態安全。特殊的地理位置和自然條件,內蒙古生態系統十分脆弱,一直以來是國家各類生態保護政策與工程的重點實施地區。以內蒙古為例開展生態資產評估,評估結果可以反映國家生態保護投入的生態效益。本研究針對內蒙古森林、草地、灌叢等3類主要自然生態資產,通過生態資產面積和質量構建并計算生態資產綜合指數,全面客觀評價內蒙古生態資產特征、數量和質量現狀,分析2000—2015年的變化動態,探討生態保護的生態效益,以期為內蒙古的生態補償、生態保護成效評估提供參考,實現生態資產可持續利用與管理具有重要的理論與實踐意義。

1 內蒙古自治區概況

內蒙古自治區位于祖國北部邊疆,東西直線距離2400km,南北跨度1700km,土地總面積118.3萬km2,占全國總面積的12.3%。轄9個地級市、3個盟(合計12個地級行政區劃單位),2019年全區確定的自然保護區182個,面積12.67萬km2。全區基本上是一個高原型的地貌區,大部分地區海拔1000m以上,年降水量在100—500mm之間,無霜期80—150d,年日照量普遍在2700h以上,屬于溫帶大陸性季風氣候,生態系統以草原、森林、荒漠和裸地為主。近年來,內蒙古各類生態補償投入資金不斷增加。

2 研究方法

本研究采用的是歐陽志云《面向生態補償的生態系統生產總值(GEP)和生態資產核算》中的生態資產評估指標與方法[24]。生態資產實物量核算主要包括生態資產數量(面積)和質量兩個方面。本研究根據內蒙古主要生態資產類型,對森林、灌叢、草地三類生態資產進行評估。通過遙感解譯數據分析得到生態資產數量,根據相對生物量密度或覆蓋度確定不同類型生態資產的質量等級,將生態資產質量分為優、良、中、差、劣共五類。

2.1 數據來源

本文所使用的生態系統分類數據來自由中國科學院和生態環境部支持的全國生態環境十年變化(2000—2010年)遙感調查與評估項目[1],以及全國生態環境五年變化(2010—2015年)遙感調查與評估項目,數據來源于中國科學院生態環境研究中心。植被覆蓋度計算時,使用 NASA(美國國家航空航天局)網站提供的 MODIS 產品中的 MOD13Q1_V005 數據,MOD13Q1數據為16天合成的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,歸一化差值植被指數)數據[25—26]。地上生物量數據采用修正的CASA 模型運算[27—28],根據實地測量的植被生物量數據和遙感數據反演出數據建立經驗統計模型,然后在通過遙感數據反演出區域范圍內植被生物量。氣象數據來源中國氣象科學數據共享服務網。

2.2 評估指標

本研究中草地生態資產質量采用植被覆蓋度進行評價,森林和灌叢生態資產質量采用基于像元的相對生物量密度進行評價。具體評價指標及分級標準如表1所示。

表1 生態資產質量評價指標和分級標準

草地生態資產質量計算方法為：

式中,FVC：植被覆蓋度；NDVI：通過遙感影像近紅外波段與紅光波段的發射率來計算。NDVIveg：純植被像元的NDVI值；NDVIsoil：完全無植被覆蓋像元的NDVI值。

森林、灌叢生態資產質量計算方法為：

式中,i：i像元數量；RBDij：j類生態系統i像元的相對生物量密度；Bij：j生態系統i像元生物量,通過遙感獲得；CCBj：j類生態系統頂級群落每像元的生物量。

2.3 生態資產指數

本研究采用綜合考慮生態資產面積和質量的生態資產指數作為生態資產的評估指標,便于比較不同區域與不同時期生態資產變化[24]。

2.3.1單個類型生態資產指數計算方法

針對評估區域某一個類型的生態系統,其生態資產指數計算方法為：

式中,EQi: 第i類生態資產指數；i：生態系統類型；j：生態系統質量等級數,即1—5級；EAij：第i類生態系統第j等級的面積(km2)；EAi：第i類生態系統總面積。9600000km2為全國國土面積,引進該參數的目的是將生態資產指數在全國尺度歸一化,以便于不同區域或同一區域不同時期之間的比較。

2.3.2區域生態資產綜合指數計算方法

評估區域可能有多種生態系統類型,區域生態資產實物量的綜合指數,可以運用下面公式評估。

式中,EQ：區域生態資產綜合指數；i：生態資產類型；j：生態資產質量等級數,即1—5級；EAij：第i類生態資產第j等級的面積；EAi：第i類生態資產的面積。

3 結果與分析

3.1 生態資產面積特征及變化

圖1 內蒙古生態資產類型Fig.1 Ecological assets of Inner Mongolia

內蒙古生態資產的面積分布特征來看(圖1),2015年,草地生態資產面積最大,從東部到西部均有分布,總面積約為55.77×104km2；森林生態資產主要分布在東部,總面積約為16.09×104km2；灌叢生態資產面積較小,主要分布在中西部,總面積約為3.01×104km2；荒漠、沙漠和裸地分布面積較大,約占內蒙古總面積的21.83%；以河流、湖泊為主的濕地生態資產面積不大,僅占全區面積的0.69%；農田和城鎮占全區面積的12.14%。

圖2 內蒙古生態資產面積變化空間分布Fig.2 Spatial pattern of Ecological assets area changes in Inner Mongolia

2000年至2015年,內蒙古生態資產面積變化不明顯(圖2—4),其中草地生態資產面積減少了1144.89km2,降低了0.21%,農田開墾、城鎮化和草地退化是造成草地面積減少的主要因素；森林生態資產面積增加908.90km2,呈增長趨勢,退耕還林是森林生態資產面積增加的主要因素；灌叢生態資產面積增加332.26km2,提高了1.12%。

3.2 生態資產質量特征及變化

從內蒙古生態資產質量特征來看(表2),草地生態資產質量總體較差,草地生態資產優級和良級總占比約為20%,而差級和劣級總占比達60%；森林生態資產質量整體較好,森林生態資產優級和良級總占比約為90%；灌叢生態資產質量總體較差,灌叢生態資產差級和劣級占灌叢區域面積的比例較高,達到為70%。 2000—2015年,內蒙古生態資產質量整體呈提升趨勢(圖5)。其中,草地生態資產質量明顯提升,優級、良級和中級草地占區域面積比例分別提高了1.63%、2.86%和4.20%；森林生態資產質量有一定的提升,良級森林占區域面積的比例提高了6.50%； 灌叢生態資產質量提升,優級灌叢面積占區域面積的比例提高了5.24%。

2000—2015年,內蒙古生態資產質量提升的面積為16.59×104km2,質量不變的面積為50.25×104km2,質量降低的面積為6.26×104km2(圖6)。研究結果表明,內蒙古生態資產逐步提升,生態保護成效較為明顯。

3.3 生態資產指數特征及變化

從內蒙古生態資產綜合指數特征來看(表3),2015年生態資產綜合指數為416.75,從生態資產的組成上看,其中草地生態資產重要性程度最高,草地生態資產指數為269.55,對區域生態資產貢獻程度最高；森林生態資產重要性程度也相對較高,森林生態資產指數為134.58；灌叢生態資產相對重要性最低,灌叢生態資產指數僅為12.62。

圖3 內蒙古各類生態資產存量增加貢獻率 Fig.3 Contribution rate of additions to stock of ecological assets in Inner Mongolia

圖4 內蒙古各類生態資產存量減少貢獻率 Fig.4 Contribution rate of reductions to stock of ecological assets in Inner Mongolia

圖5 2000—2015年內蒙古生態資產質量變化Fig.5 Changes of Ecological assets quantity in Inner Mongolia during 2000—2015

圖6 內蒙古生態資產質量變化空間分布Fig.6 Spatial pattern of Ecological assets quantity changes in Inner Mongolia

研究結果表明,內蒙古各類生態資產指數均呈上升的趨勢。從2000年至2015年,內蒙古生態資產綜合指數提高了24.91,其中,草地生態資產指數提高了16.34,森林生態資產指數提高了6.13,灌叢生態資產指數提高了2.45,草地生態資產指數貢獻率最高。

4 討論

內蒙古是我國北方重要生態安全屏障,近年來,統籌山水林田湖草沙系統治理,天然林資源保護、京津風沙源治理、“三北”防護林建設、退耕還林還草、退牧還草等國家重點生態工程深入實施,草原生態補獎政策全面落實,促進了區域生態環境明顯好轉。根據草原生態監測顯示,2015年內蒙古草原植被平均蓋度43.8%,比2000年提高14個百分點,草原退化趨勢得到有效遏制,草原自我更新修復能力得以提升,生物多樣性日益豐富,草原生態持續向好。根據全國第八次森林資源清查結果顯示,內蒙古森林覆蓋率21.03%,比2000年提高6個百分點。張思源等基于2000—2015年SPOT NDVI遙感數據和同時期18種自然因子與社會經濟因子研究表明,內蒙古年際NDVI呈緩慢增加趨勢(0.32%/a)[29]。李輝等研究結果[30],1999—2015年內蒙古草地實際NPP(ANPP)增長速率為1.36 g C m-2a-1。大量的已有研究結果顯示,內蒙古整體生態質量水平在緩慢提升,生態明顯改善,生態退化得到了有效遏制[31—32]。本研究發現,內蒙古生態資產綜合指數明顯提高,盡管草地生態資產面積減少,但生態資產指數增加,說明生態資產的質量顯著提升；森林生態資產面積增加,說明退耕還林效果明顯；評估結果表明了內蒙古生態資產狀況明顯提升,反映了生態保護成效較為顯著,實施的重大生態保護修復工程與政策效益逐步顯現。本研究基于生態資產指數來評估區域生態保護成效,同時考慮了生態資產面積和質量兩個方面,未來在區域生態狀況評估中可以應用。盡管內蒙古生態保護取得初步成效,但受自然環境的影響,生態依然脆弱,尤其是草地大部分位于干旱半干旱地區,在未來的生態保護中,要根據生態資產現狀和發展趨勢,科學合理規劃生態保護內容、生態工程布局、生態保護監督與管理等任務,確保草地、林地等生態服務價值較高的生態資產面積不減,提高生態資產的質量,實現區域生態環境和社會經濟的可持續發展。

表2 2000—2015年內蒙古生態資產實物量

表3 內蒙古生態資產綜合指數

本研究關于生態資產類型只考慮了草地、森林、灌叢等區域主要生態系統類型,暫時受數據限制,并未對濕地、耕地等生態資產類型進行定量的評估,未來會完成這部分的研究工作。本研究采用了遙感數據和氣象數據,在數據的獲取和處理中會存在一些誤差,參數差異,且遙感數據獲得的生態資產面積因提取分類差異,與統計數據存在一定的誤差,因此,研究結果會存在一些誤差,但研究方法科學,可有效實現對區域生態保護成效方面的評估,有著重要的應用價值。

5 結論

本研究通過分析內蒙古草地、森林、灌叢3類自然生態資產面積、質量、生態資產指數的特征和變化,初步對內蒙古生態資產進行了評估,初步結論如下。

(1)內蒙古生態資產主要以草地為主,占內蒙古自然生態資產總面積的73.72%。內蒙古草地生態資產質量較差,中級、差級和劣級為主,占草地生態資產的81.03%；森林生態資產質量較好,以優級和良級為主,占森林生態資產的89.69%；灌叢生態資產質量也較差,以差級和劣級為主,占灌叢生態資產的72.56%。2015年內蒙古生態資產綜合指數為416.75,其中草地生態資產指數最高,為269.55。

(2)從2000—2015年,內蒙古生態資產面積變化不明顯,其中草地生態資產面積減少了1144.89km2,降低了0.21%；森林和灌叢生態資產面積分別增加了908.90km2和332.26km2。十五年間,內蒙古生態資產綜合指數從391.83提高到416.75,提高了25.12,其中,草地生態資產指數提高了24.91,森林生態資產指數提高了6.13,灌叢生態資產指數提高了2.45,草地生態資產指數提高的最多。

(3)2000—2015年內蒙古生態資產綜合指數提高,說明從2000年以來,內蒙古各類生態保護政策與工程的深入實施,促進了生態明顯好轉。

(4)總的來看,內蒙古的生態保護已經取得一定的成效,生態資產狀況穩步提升。但內蒙古受自然因素限制,生態依然脆弱,生態保護壓力依然很大。內蒙古作為我國北方重要的生態安全屏障,草地是自然生態資產的主體,但草地質量相對較低,加強草原生態保護力度,提高生態資產的數量和質量,提升發揮生態安全屏障功能的潛力。