鄉鎮尺度生態系統生產總值核算探索
——以湖北省鶴峰縣走馬鎮為例

周 峰,馬學威,翁茂芝,萬 翔,李 朋,宋 健*

(1.湖北省地質調查院,湖北 武漢 430034; 2.湖北省地質局 第二地質大隊,湖北 恩施 445000;3.湖北省地質局 第三地質大隊,湖北 黃岡 438000)

生態系統是生物多樣性維持、人類社會可持續發展的重要基礎,隨著工業化和城鎮化的快速推進,人類活動對生態系統的改造和干擾引起了生態環境的巨大變化,促使人們開始正視生態系統對人類經濟社會發展的不可替代的價值[1]。鑒于此,國內外學者就生態系統功能和價值開展了大量研究。Daily[2]在1997年首次通過對不同生態系統服務價值開展研究,提出了生態系統價值評估內容與方法。隨后Constanza et al.[3]在《Nature》雜志上發表了生態系統功能與價值評估的研究成果,進一步豐富了生態系統價值評估體系,從而在學術界產生了較大影響。自2000年以來,國內學者謝高地等開始在中國不同區域開展生態系統價值評估相關研究,其在Constanza et al.方法的基礎上,對指標與參數進行了本地化修正[4-6]。2013年,歐陽志云等[7]首次提出了一套與GDP相對應的生態系統價值核算體系,即“生態系統生產總值”(Gross Ecosystem Product,簡稱GEP)核算體系,引起了學術界的廣泛關注。此后,許多學者以GEP為核算框架,對不同空間尺度下的生態系統服務功能量和價值量進行了核算[8-10],表明生態系統具有經濟價值和生態價值雙重屬性[11]。這些研究結果也為地方政府領導干部離任審計、生態資產管理等工作提供了重要支撐。新時期下踐行“綠水青山就是金山銀山”理念,推進生態產品價值實現與轉化,首先需要對綠水青山定量,為生態資產定價,為生態補償定調[12]。因此,GEP核算作為生態系統運行狀況評估和生態價值量化的有效手段,有必要進一步探究和拓展其應用領域與尺度[13]。目前大多數研究基本上是針對省、市、縣等尺度為單元開展,鮮有針對鄉鎮及以下尺度的GEP核算案例,GEP核算向小尺度區域拓展的技術可行性、數據可獲性、參數本地化等問題尚需進一步探究。本文選取湖北省“兩山”實踐創新示范區恩施州的重要生態鄉鎮——鶴峰縣走馬鎮,以鄉鎮尺度為單元開展GEP核算研究,探究GEP核算向空間小尺度拓展的可行性,以期能夠科學評估走馬鎮生態系統運行狀況,同時為走馬鎮進行生態保護、生態補償、生態管理和“兩山”轉化提供參考依據。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

走馬鎮位于湖北省恩施州西南邊陲、鶴峰縣東部區域,地處湘鄂兩省邊界,素有“鄂西南大門”之稱。鎮域面積502.83 km2,轄33個行政村、1個社區。走馬鎮地處武陵山脈,平均海拔920 m,植被覆蓋率達87.3%,生態系統類型以森林為主,其次為農田和灌叢,濕地及城市分布面積均較小(圖1),溇水自北向南穿過該鎮。走馬鎮是茶馬古道的起源地,擁有木耳山茶園、江坪河水庫、將軍巖等特色旅游資源,其中木耳山茶園被評為全國最美30座茶園之一,是湖北省名副其實的“生態鄉鎮”。

圖1 走馬鎮生態系統類型圖

1.2 數據來源

本次GEP核算涉及的數據主要為統計數據和空間數據。其中,統計數據包括物質產品數據、旅游收入等,主要來自鶴峰縣統計、文旅等部門;氣象數據、水文數據來源于氣象、水利部門;空氣質量數據、地表水環境監測數據來源于生態環境部門;土壤相關數據主要來源于地質部門的土壤多目標地球化學及硒資源普查項目資料;土地利用數據、DEM、遙感影像等空間數據來源于鶴峰縣自然資源和規劃局。

2 核算指標與方法

2.1 核算指標體系

本文根據《生態產品總值核算規范(試行)》(鄂發改長江[2022]228號)及其他省、市的GEP核算標準規范[14-18],以GEP核算理論和方法為參考,結合走馬鎮自然稟賦和生態資源等特點,構建了走馬鎮GEP核算指標體系(表1)。生態產品定價(表2)是參考各類GEP核算規范推薦使用價格的基礎上,結合湖北省及恩施州本地化價格參數確定。

表1 走馬鎮生態系統生產總值(GEP)核算指標體系

表2 生態產品定價參考及依據

2.2 核算方法

2.2.1物質產品價值

走馬鎮生態系統物質產品價值利用市場價值法進行評估:

(1)

式中:Vm為生態系統提供的物質產品價值;Ei為第i類物質產品產量;Pi為第i類物質產品單價;i為農林牧漁業產品、水資源及生態能源等。

2.2.2調節服務價值

(1) 土壤保持。從減少泥沙淤積和保持土壤肥力兩個方面計算土壤保持價值量:

Vsr=Vs1+Vs2

(2)

(3)

(4)

式中:Vsr為土壤保持價值;Vs1為減少泥沙淤積價值;Vs2為保持土壤肥力價值;Qsr為土壤保持量,采用通用土壤流失方程(USLE模型)[16]計算獲得;Csr為水庫單位庫容清淤工程費用;ρ為土壤容重;Ci為土壤中氮、磷、鉀、硒的平均含量;Pi為折算后的當地氮、磷、鉀、硒等化肥價格。

(2) 水源涵養。采用InVEST模型計算水源涵養量[21],采用影子工程法計算價值量:

(5)

(6)

式中:Vwr為水源涵養價值;Yjx為第j種生態系統類型柵格x的產水量;AETjx為第j種生態系統類型柵格x的實際蒸散量;Px為柵格x的年降雨量。

(3) 洪水調蓄。采用影子工程法計算洪水調蓄價值量:

Vfm=(Cfc+Crc)×Cwe

(7)

式中:Vfm為洪水調蓄價值;Cfc為森林、灌叢、草地洪水調蓄量;Crc水庫洪水調蓄量;Cwe為建設單位水庫庫容的工程費用。

(4) 空氣凈化。采用污染物凈化法計算空氣凈化實物量,替代成本法計算價值量:

(8)

式中:Vap為空氣凈化價值;Qi是第i類空氣污染物凈化量;Pi為第i類空氣污染物處理成本。

(5) 水質凈化。采用污染物凈化法計算水質凈化物質量,替代成本法計算價值量:

(9)

式中:Vwp為水質凈化價值;Qi為第i類污染物凈化量;Pi為第i類水體污染物處理成本。

(6) 固碳釋氧。生態系統固碳價值主要從植被固碳、土壤固碳及巖溶固碳這三方面計算:

Vc=(Qvc+Qsc+Qkc)×Cc

(10)

Qvc=MCO2/Mc×NEP

(11)

(12)

Qkc=21.98×Sk

(13)

式中:Vc為生態系統固碳價值;Qvc為植被固碳量;Qsc為土壤固碳量;Qkc為巖溶固碳量;Cc為碳交易價格;MCO2/Mc=42/12,為碳轉化為二氧化碳的系數;NEP為凈生態系統生產力;Ai為第i類生態系統的土壤面積;Si為不同生態系統實測土壤有機碳含量;i為生態系統類型;21.98為巖溶固碳速率;Sk為巖溶地區面積。

生態系統釋氧價值主要從植被光合作用產生氧氣的角度計算:

Vop=Qop×Co

(14)

Qop=MO2/MCO2×Qvc

(15)

式中:Vop為生態系統釋氧價值;Qop為生態系統釋氧量;Co為工業制氧價格;Qvc為植被固碳量,MO2/MCO2=32/44,表示二氧化碳轉化為氧氣的系數。

(7) 調節氣候。用蒸散模型計算物質量,替代成本法計算價值量:

Vtt=(Ept+Ewe)×Pe

(16)

(17)

Ewe=Ew×q×ρ×103/3 600+Ew×y

(18)

式中:Vtt為調節氣候價值;Ept為植被蒸騰消耗能量;Ewe為水面蒸發消耗能量;Pe為電價;EPPi為第i類生態系統單位面積蒸騰消耗熱量;Si為第i類生態系統面積;r為空調能效比,取值3.0;D為空調開放天數;Ew為水面蒸發量;ρ為水的密度;q為揮發潛熱;y為加濕器將1 m3水轉化為蒸汽的耗電量。

(8) 物種保育。利用InVEST模型計算獲得生境質量[22],來反映生態系統為物種提供保育的能力,再用成果參照法計算物種保育價值。

(19)

(20)

式中:Vxj為物種保育價值量;Rxj為在j地類上第x個斑塊的生境質量;k為半飽和常數;Dxj為生境退化程度;z為2.5;Pj為單位生境質量的價值。

2.2.3文化服務價值

本文僅考慮旅游收入價值作為文化服務價值量:

(21)

式中:Vp為文化服務總價值;Vi為第i類旅游收入。

3 結果與分析

3.1 核算結果

2021年走馬鎮GEP為139.58億元。其中,生態調節服務價值最高,為123.12億元,占走馬鎮GEP的88.21%;生態物質產品價值和生態文化服務價值分別為15.26、1.20億元,分別占走馬鎮GEP的10.93%、0.86%。具體核算結果見表3、圖2。

表3 2021年走馬鎮生態系統服務實物量與價值量

圖2 2021年走馬鎮GEP核算結果構成(單位:億元)

3.2 結果分析

3.2.1物質產品價值

2021年走馬鎮生態物質產品總價值為152 606.68萬元,占走馬鎮GEP的10.93%。其中,農林牧漁產品和水資源供給價值量分別占該鎮生態物質產品總價值的42.03%和50.50%,而生態能源價值量最低,僅占7.47%。

(1) 農林牧漁產品。根據走馬鎮統計數據,2021年走馬鎮農林牧漁產品價值總量為64 144.94萬元。其中,農業產品價值量最高,為47 218.75萬元,占農林牧漁產品價值總量的73.61%,表明該地區農業最為發達;畜牧業和林業產品價值量其次,占比超1/4,表明走馬鎮發達的森林資源提供了豐富的畜牧業和林業價值。

另外,根據《鶴峰縣土地質量地球化學評價暨土壤硒資源普查報告》(1)司可夫、吳穎、鄭雄偉等，鶴峰縣土地質量地球化學評價暨土壤硒資源普查報告，2020。,走馬鎮的富硒農作物主要為水稻(富硒率10%),2021年富硒水稻產量為2 200 t,根據富硒水稻市場價格對比,核算出走馬鎮富硒產品溢價為176.00萬元。

(2) 水資源供給。根據《鶴峰縣水資源公報(2021年)》,走馬鎮2021年水資源量為4.586 9億m3,按照湖北省水價標準計算得到走馬鎮2021年水資源供給價值總量為77 059.92萬元。

(3) 生態能源。根據鶴峰縣能源部門統計,走馬鎮唯一的水力發電站——江坪河水電站年均發電量為9.638億kW/h,走馬鎮風電場年發電量為9 115萬kW/h,按照湖北省電價標準計算得到2021年走馬鎮水力發電價值量為5 859.90萬元,風力發電價值量為5 541.92萬元,生態能源價值總量為11 401.82萬元。

3.2.2調節服務價值

2021年走馬鎮生態調節服務總價值量為1 231 185.32萬元,占GEP的88.21%。各單項指標價值量由大到小依次為:土壤保持>洪水調蓄>水源涵養>固碳釋氧>物種保育>空氣凈化>調節氣候>水質凈化。

(1) 土壤保持。通過模型計算獲得走馬鎮生態系統土壤保持的實物量為2.97億t,從空間格局看走馬鎮中部地區土壤保持量普遍較高(圖3),以國營走馬林場為中心散發式分布。經計算,減輕泥沙淤積價值量為217 876.33萬元,從土壤保氮、保磷、保鉀、保硒4個方面計算得到保持土壤肥力價值量為160 332.37萬元,因此走馬鎮2021年土壤保持價值總量為378 208.70萬元。

圖3 土壤保持量空間分布圖

(2) 水源涵養。通過模型計算獲得走馬鎮生態系統水源涵養的實物量為3.15億m3,從空間格局看水源涵養量大致呈現東南高西北低的特征(圖4),高值主要分布在森林覆蓋較集中的地區,尤其是國營林場;而在森林、灌叢、草地等生態系統相對分散或人口聚集的區域,水源涵養功能相對較弱。經計算,2021年走馬鎮水源涵養價值總量為226 482.38萬元。

圖4 水源涵養量空間分布圖

(3) 洪水調蓄。走馬鎮生態系統洪水調蓄實物量分別為森林2.23億m3、草地0.15億m3、灌叢0.001 5億m3,水庫調蓄量則采用江坪河水庫的調蓄容積2.00億m3。經計算得到2021年走馬鎮洪水調蓄價值總量為314 774.08萬元,其中森林和水庫的調蓄價值占比最大,二者之和占洪水調蓄價值總量的95%以上,草地和灌叢的調蓄價值較低。

(4) 水質凈化。2021年走馬鎮濕地生態系統對主要水質污染物(總磷、總氮、COD、氨氮)的凈化量分別為2.67萬t、7.50萬t、23.96萬t和30.21萬t,水質凈化的價值總量為234.59萬元,其中凈化氨氮價值量最高,占總凈化價值量的45.08%。

(5) 空氣凈化。2021年走馬鎮對主要空氣污染物(二氧化硫、氮氧化物和PM10)的凈化量分別為6.58萬t、8.69萬t和30.72萬t,空氣凈化價值總量為47 787.57萬元,其中以凈化氮氧化物和二氧化硫的價值量為主,分別占總凈化價值量的45.92%和34.80%。

(6) 固碳釋氧。走馬鎮森林、灌叢、草地、濕地、農田等共有植被面積480.93 km2,巖溶地區面積448.31 km2,計算得到植被固碳量為182.64萬t,土壤固碳量為102.55萬t,巖溶固碳量為0.99萬t,氧氣釋放量為132.83萬t。2021年走馬鎮固碳釋氧價值總量為214 030.19萬元,其中生態系統釋氧價值要遠大于固碳價值,這也正體現出走馬鎮作為森林氧吧的重要生態功能。

(7) 調節氣候。經計算,走馬鎮植被蒸騰消耗能量為2 024.19萬kW/h,水面蒸發消耗能量為546.52萬kW/h,2021年走馬鎮調節氣候服務價值量為1 562.99萬元,其中植被蒸騰消耗能量價值占比78.74%,表明高植被覆蓋率的走馬鎮具有明顯的調節氣候優勢。

(8) 物種保育。通過模型計算獲得走馬鎮的生境質量均值為0.613 159,空間分布格局具有明顯的集聚特征,總體上生境質量從西南到東北呈下降趨勢(圖5),可能與東北部城鎮集中分布有關。經計算,2021年走馬鎮物種保育服務價值量為48 104.82萬元。

圖5 生境質量空間分布圖

3.2.3文化服務價值

走馬鎮2021年接待游客10萬人,文化服務總價值量為1.2億元,占走馬鎮GEP的1.00%。受鶴峰地區交通落后和新冠疫情等綜合因素影響,2021年走馬鎮旅游收入總體較低,但未來生態旅游、生態文化價值轉化的潛力仍較大。

3.3 結果討論

(1) 從生態系統調節服務各項功能來看(表4),土壤保持、洪水調蓄、水源涵養和固碳釋氧這四項的價值最顯著,四者總和占走馬鎮生態系統調節服務總價值量的92.07%;其中土壤保持價值量最大,為37.82億元,占走馬鎮GEP的30.72%,其為走馬鎮生態系統提供了主要服務。整體而言,走馬鎮GEP較大,調節服務價值量顯著,物質產品和文化服務占比偏少,一方面說明走馬鎮生態系統運行良好,生態服務功能價值可觀;另一方面也表明走馬鎮生態物質產品價值和生態文化服務價值具有較大的發展潛力。

表4 2021年走馬鎮各類生態系統調節服務價值量

(2) 從生態系統類型來看(表4),各生態系統服務價值量依次為:森林>濕地>農田>灌叢>城市>草地>其他,其中森林生態系統的價值量占生態系統調節服務總價值量的62.39%,主要體現在土壤保持、洪水調蓄、固碳釋氧、水源涵養等方面,濕地、農田、灌叢生態系統的價值量分別占生態系統調節服務總價值量的13.12%、12.30%、9.31%。這客觀反映了走馬鎮擁有豐富的森林資源和水資源,優良的資源稟賦為當地的生態調節等提供了必要支撐,同時也體現了森林生態系統在走馬鎮生態保護和“兩山”轉化中的重要生態價值。

(3) 從行政單元來看(圖6),調節服務價值相對較高的幾個村為:紅土村、九洞村、柘坪村、水坪村、芭蕉村和國營走馬林場,這些村或林場主要得益于森林資源稟賦優勢,因此調節服務價值較高,尤其是境內的幾處國營走馬林場,其生態調節服務價值量總和達14.45億元,占走馬鎮調節服務總值的11.74%。各行政村的生態調節服務差異格局客觀反映了走馬鎮生態資源稟賦的空間異質性,在推動生態產品價值實現與轉化的過程中,各行政村應結合各自不同的生態資源條件,因地制宜地探索適合自身生態環境與經濟社會協調發展的路徑。

圖6 2021年走馬鎮各行政村調節服務價值量

4 結論

(1) 本文以湖北省鶴峰縣走馬鎮為例,構建了一套具有本地特色的鄉鎮尺度生態系統生產總值(GEP)核算體系。經計算,2021年走馬鎮GEP為139.58億元,其中生態調節服務價值最大,占GEP的88.21%,生態物質產品和生態文化價值較低。總體上走馬鎮生態系統運行良好,生態價值可觀,生態發展潛力大。

(2) 走馬鎮作為湖北省典型的欠發達山區,研究其生態系統服務價值,可以為GEP核算向空間小尺度區域應用提供實踐案例,從而進一步拓展GEP核算的應用領域;也可為湖北省創建“兩山”實踐創新區提供抓手,為基層領導干部資產離任審計、生態管理、生態保護、生態補償和“兩山”轉化提供數據支撐,推進當地生態文明建設。

(3) 本文研究也表明,GEP核算向小尺度拓展過程中,具有研究參數本地化難度大、空間數據分辨率要求高、核算價格易受市場調節影響、經濟社會數據采集難度大等特點。隨著生態文明建設的持續推進,GEP核算的應用領域和范圍也需得到進一步拓展,未來仍有必要進行針對小尺度區域GEP核算的理論創新、體系構建和參數本地化等問題的深入研究。