恩施州生態產品價值核算及驅動因素分析

譚宇輝 韋正崢 張紹山 羅玉梅 王永飛 張勁

摘要 恩施州是長江中上游重要生態屏障，具有重大的生態保護價值和生態產品價值（生態系統生產總值，GEP）開發潛質。基于功能價值法核算恩施州2011—2020年的GEP，利用時空地理加權回歸模型分析其變化特點及主要驅動因素，結果表明：恩施州GEP總量呈增長趨勢，年平均增長率2.50%，物質供給價值增速＞文化服務價值增速＞調節服務價值增速；恩施州 GEP與GDP雙增長，經濟社會與生態環境保護協調發展，各縣市間生態產品供給水平具有明顯的時空異質性；年降水量、林地面積、人均GDP、城鎮化率對恩施州GEP有顯著影響；年降水量、林地面積、人均GDP與GEP正相關；城鎮化率對GEP的影響由負相關變為正相關，具有臨界閾值效應。

關鍵詞 生態產品價值；功能價值法；時空異質性；恩施州

中圖分類號 F124.5? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）06-0068-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.06.016

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis on the Value and Driving Force of Ecosystem Product in Enshi Prefecture

TAN Yu-hui1，WEI Zheng-zheng2，ZHANG Shao-shan3 et al

（1.Enshi Ecology and Environment Bureau， Enshi，Hubei 445000；2.Policy Research Center for Environment and Economy， Ministry of Ecology and Environment of the Peoples Republic of China， Beijing 100029;3.Enshi Environmental Monitoring Station， Enshi， Hubei 445000）

Abstract Enshi Prefecture is an important ecological barrier in the middle and upper reaches of the Yangtze River，having significant ecosystem protection value and potential for the utilization and realization of GEP .This paper uses the functional value method to calculate the GEP in Enshi Prefecture from 2011 to 2020，analyzes its change trend，and explores its driving factors. The results show that，the total amount of GEP in Enshi Prefecture has shown an increasing trend，with an average annual growth rate of 2.5%，the growth rate of material supply value is greater than that of cultural service value，and the growth rate of regulated service value is greater;Enshi Prefectures GEP and GDP have achieved dual growth，with coordinated development of economy，society，and ecological environment protection，the supply level of ecological products among counties and cities exhibits significant spatiotemporal heterogeneity;The annual precipitation，forest area，per capita GDP，and urbanization rate have a significant impact on the GEP of Enshi Prefecture;The annual precipitation，forest area，per capita GDP are positively correlated with GEP;The impact of urbanization rate on GEP changes from negative correlation to positive correlation，with a critical threshold effect.

Key words Gross ecosystem product;Functional value method;Spatiotemporal heterogeneity;Enshi Prefecture

生態產品價值，又稱生態系統生產總值（gross ecosystem product，GEP） ，指一定區域的生態系統在一定時間內向人類所提供的最終產品與服務等惠益的經濟價值總和［1］，包括生態系統供給服務價值（生態系統提供的物質產品價值）、調節服務價值和文化服務價值［2］。研究GEP對開展區域生態環境保護、生態功能區劃、環境經濟核算、生態補償及探索實現生態產品價值具有重要意義［3］。目前，不少學者通過能值分析法、當量因子法、功能價值法以及模型模擬等方法從不同空間尺度、行政單元開展GEP評估研究。其中，功能價值法因方法成熟，易于理解，符合公眾的認知和判斷，評估結果可信度高等優勢，在中小尺度的生態系統服務價值評估中得到廣泛應用［4］。

恩施州土壤種類繁多，森林資源豐富，氣候條件優越，環境質量優良，是我國為數不多的未大規模工業開發的區域之一，屬于國家主體功能區規劃中的武陵山區生物多樣性及水土保持生態功能區［5］，是長江中上游重要生態屏障，當地生態系統在供給優質農林牧漁水資源等生態物質產品的同時，也提供了諸多的生態系統服務，例如土壤保持、水源涵養、洪水調蓄、空氣凈化、水質凈化、氣候調節、固碳釋氧、景觀游憩、生物保育等，具有重要的生態、經濟和文化價值。根據李克勤等［6］的研究，2014年恩施州生態價值（包括生態資源本身及其所提供的產品和服務的價值）為10.74萬億元，價值巨大，然而針對恩施州多年的歷史性GEP評估一直缺乏，從而導致對區域生態產品理解認識不夠，生態產品價值開發實現不足。核算恩施州2011—2020年GEP，利用時空地理加權回歸（GTWR）模型分析GEP的主要驅動因子，可對構建完善區域GEP核算評估體系、探索實現生態產品價值提供一定的科學參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

恩施州位于湖北省西南部武陵山區，下轄2市6縣8個縣級行政單位，全域24 060 km2，有“八山半水分半田”之稱，如圖1所示。境內絕大部分是山地，平均海拔1 000 m，中亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫15～17 ℃，年降水量為1 000～1 900 mm；有11個土類236個土種［6］，含硒土壤占全州可利用面積的95.60%，表層土壤硒元素含量背景值0.41 mg/kg，是全球最大天然富硒區［7］；全州植被覆蓋率達69.23%［8］，有各類自然保護地37處，占全州土地面積12.07%［9］；境內河流眾多，5 km以上的河流382條，水能資源理論儲量509萬kW［8］，自然生態資源豐富。

1.2 數據來源及處理

1.2.1 數據來源。

采用多源數據核算GEP，其中第一、三產業、農林牧漁產品物質量、常住人口、旅游收入等相關數據來自《恩施州統計年鑒》（2011—2020年）；恩施州土地資源類型、面積等數據來自自然資源部門調查數據；降雨量等氣象數據來源于中國氣象數據網（http：//data.cma.cn），地表水資源量來自《恩施州水資源公報》（2011—2020年）；自然保護區、A級景區、水電裝機等數據分別來自林業、旅游、水利部門的統計數據；CPI指數及農林牧漁等價格數據來源于中國經濟社會大數據研究平臺（http：//data.cnki.net/）和國家統計局網站（http：//www.stats.gov.cn/）；所用圖件均來自湖北省地理信息公共服務平臺（https：//hubei.tianditu.gov.cn/standardMap），審圖號為鄂S（2022）005號，底圖無修改。

1.2.2 變量選取與處理。

人類活動、氣候變化等因素對生態系統的結構和功能有重大影響，更多情況下，氣候變化與非氣候變化因子同時發生作用［10-13］。考慮數據可獲得性、指標之間不存在共線性且可量化等因素，通過專家打分法，選取對生態產品價值的影響權屬較重的地表水資源量、觀光資源量（A級景區及非A級景區自然保護地面積）、土壤侵蝕模數、年降水量、林地面積、耕地面積、水域面積、建設用地面積、人均GDP、第一產業總值、旅游總收入、居民消費水平、常住人口數、城鎮化率14個指標作為備選驅動因子變量。

為避免偽回歸現象，在對所選變量標準化處理后，進行多重共線性檢驗。剔除方差膨脹因子（VIF）大于10的變量，最終選出年降水量、林地面積、人均GDP、城鎮化率4個驅動因子變量，各變量的VIF分別為：8.276、9.357、1.715、1.746。

1.3 研究方法

1.3.1 生態產品價值核算方法。

采用功能價值法分步核算恩施州生態產品價值，在分別核算生態系統的物質供給價值、調節服務價值、文化服務價值的基礎上，三者求和計算得出生態產品價值總量。計算公式見表1。

1.3.2 時空地理加權回歸模型。

時空地理加權回歸（GTWR）模型在地理加權回歸（GWR）模型的基礎上引入時間因子，在解決截面數據樣本數量有限的同時，兼顧考慮了時間與空間的非平穩性，能有效估計因子參數［24］，模型如下：

Yi=β0（ui，vi，ti）+pk=1βk（ui，vi，ti）Xik+εi（1）

式中：X與Y分別為解釋變量與被解釋變量，（ui，vi，ti）為第i個樣本單元的時空坐標；P為解釋變量個數；β0（ui，vi，ti）為截距項；βk（ui，vi，ti）為第k個解釋變量的估計系數；εi為模型殘差。

該研究以ArcGIS10.8軟件為平臺，采用Huang等［25］制作的GTWR插件實現時空地理加權回歸，其中帶寬采用

AICc優化設置，時空距離參數比值為1，GEP作為被解釋變量，驅動因子作為解釋變量，回歸結果相關參數為：

Bindwidth 0.283 2、Sigma 27.931 0、Residual Squqres 62 411.11、AICc 816.25、R2 0.988 3、Adjusted R2 0.987 2、Spatio-temporal Distance Ratio 2.504 6。從擬合優度看，R2與矯正后的R2均高于0.98，表明時空地理加權回歸模型能夠較好地測度解釋變量對被解釋變量的影響。

2 研究結果

2.1 生態產品價值年際變化

年際變化能夠較好地反映恩施州生態產品價值的變化特點，該研究選取2011、2014、2017和2020 4個時間節點分析GEP的年際變化情況，結果如表2所示。

2011、2014、2017和2020年恩施州GEP總量分別為 6 055.08億、6 384.79億、7 114.01億和7 417.01億元，逐年增長，2011—2020年的年均增長率為2.50%。2011—2014年，GEP總量年均增長率為1.82%，低于年均增長率；2014—2017年，GEP總量年均增長率為3.81%，高于年均增長率；2017—2020年，GEP總量年均增長率為1.42%，低于年均增長率，且低于2011—2014年的平均增長率。2011—2020年GEP增速呈現先增后減的“A”型趨勢，不同時段增長速度有明顯差異。

2011—2020年，恩施州生態系統物質供給價值、調節服務價值、文化服務價值的年均增長率分別為12.95%、1.67%、5.97%，物質供給價值增速>文化服務價值增速＞調節服務價值增速。從結構上看，恩施州GEP主要由調節服務提供，占比80%以上，呈現波動下降的態勢；物質供給和文化服務對恩施州GEP的貢獻較低，占比均在15%以下，呈現波動上升的態勢。2011—2020年，恩施州GEP內部結構呈現出動態調整優化的特點。從增速上看，2011—2017年文化服務價值年均增速快于物質供給價值和調節服務價值年均增速，物質供給價值年均增速呈波動加速狀態，調節服務價值年均增速相對較慢；2017—2020年文化服務價值年均增速低于物質供給價值，呈現負增長，原因在于新冠疫情導致人員流通減少、旅游經濟下滑，恩施州旅游業及相關服務產業遭受重創，文化服務價值增長停滯。

2.2 供給水平的空間分異

用單位面積生態產品價值（即每平方公里生態產品的價值量，地均生態產品價值）衡量恩施州各縣市生態系統的生態產品產出水平，利用ArcGIS10.8對各縣市不同時間段的地均生態產品價值（GEP）、地均物質供給價值（WZGJ）、地均調節服務價值（TJFW）、地均文化服務價值（WHFW）進行可視化，并采用自然間斷法分級顯示，如圖2所示。

2011—2020年，各縣市地均生態產品價值總量、地均物質供給價值、地均調節服務價值、地均文化服務價值逐年上升，生態產品供給水平呈增長趨勢。各縣市地均生態產品價值總量在23.46萬～33.85萬元/hm2、地均物質供給價值0.86萬～2.52萬元/hm2、地均調節服務價值18.91萬～29.00萬元/hm2、地均文化服務價值1.60萬～9.60萬元/hm2變化，縣市間生態產品供給水平存在明顯差異；整體來看，巴東縣、鶴峰縣生態產品供給水平最高；細分來看，恩施市、宣恩縣、來鳳縣生態物質供給水平相對較高，巴東縣、鶴峰縣、咸豐縣、來鳳縣生態調節服務供給水平相對較高，恩施市生態文化服務供給水平高于其他縣市。

2.3 生態產品影響因素分析

將GEP作為被解釋變量，年降水量（NJSL）、林地面積（NDMJ）、人均GDP（RJGDP）、城鎮化率（CZHL）作為解釋變量，用GTWR模型分析解釋變量與被解釋變量間的相關性，對局部樣本可視化，如圖3所示。

總體上看，各縣市不同影響因子的回歸系數各不相同并具有顯著影響（P＜0.05），且在時間序列上發生變化；8縣市年降水量、林地面積、人均GDP的回歸系數均為正數，對各縣市GEP具有顯著的正向促進效應，隨著年降水量、林地面積、人均GDP的增加，各縣市GEP相應增大；2011—2020年，城鎮化率因子的回歸系數由負變正，說明隨著城鎮化率的增加，其對GEP的影響逐漸由負影響變為正向促進，具有閾值效應。對比來看，利川市、咸豐縣、來鳳縣年降水量回歸系數絕對值相對較大，恩施市、建始縣、巴東縣絕對值相對較小；利川市、咸豐縣、來鳳縣林地面積回歸系數相對較大，恩施市、建始縣、巴東縣回歸系數相對較小；利川市、恩施市、建始縣人均GDP回歸系數相對較大，巴東縣、鶴峰縣、來鳳縣的回歸系數相對較小；2011—2016年8縣市城鎮化率回歸系數為負數，2017—2020年8縣市回歸系數為正數。

3 討論

2011—2020年，恩施州年平均GEP為6 658.5億元，其中物質供給價值占比為5.43%、調節服務價值占比82.31%、文化服務價值占比12.26%，GEP內部結構表現為調節服務價值＞文化服務價值＞物質供給價值，與歐陽志云等［4］在浙江麗水市、趙寅成等［26］在安徽六安市、白瑪卓嘎等［27］在四川甘孜州、牟雪潔等［28］在北京延慶區、董天等［29］在內蒙古鄂爾多斯市的同類研究結果類似。歐陽志云等［4］提出，根據GDP與GEP的增長趨勢和關系，可以評估一個地區生態文明建設進展及人與自然和諧共生的狀態與趨勢。恩施州GDP由2011年的458.42億元增長到了2020年的1 117.70億元［17］，年均增長率15.98%，GEP與GDP雙增長，GDP增速大于GEP增速，全州社會經濟與生態環境保護協調發展，生態文明建設成效顯著，與2019、2021年恩施州先后獲得國家生態文明建設示范州、“綠水青山就是金山銀山”實踐創新基地命名相印證。

該研究得出年降水量、林地面積、人均GDP、城鎮化率因子對恩施州生態產品價值具有顯著影響，與國內其他研究得出的自然氣象、土地利用、經濟水平、社會人口等因素對GEP有影響［30-32］的結論趨于一致。GTWR模型分析結果顯示，不同時間不同縣市年降水量、林地面積、人均GDP、城鎮化率因子的回歸系數存在差異，印證了生態系統服務驅動因素及其作用機理的復雜性，與鄧煌煒等［13］的研究結論相似。利川市、咸豐縣、來鳳縣年降水量與GEP的相關性較強，主要原因是上述縣市是恩施州傳統的農牧物質產品產出大縣，而降水對農作物生長和農業生產具有重要作用，間接影響生態物質供給價值。

林地是恩施州最主要的用地類型，提供了大量的林業產品和調節服務產品，林地面積與GEP總體正相關，但受林地占比、林相品種、林地等級質量的不同，以及天然林保護、退耕還林和石漠化治理等生態治理差異，回歸系數在縣市間表現出空間異質性。人均GDP作為經濟發展水平的風向標，回歸系數均為正，說明經濟發展水平對GEP有正向促進作用，可能有兩個原因，第一是經濟發展水平影響生態物質產品及生態功能服務單位價格，第二是經濟繁榮與產業發展互促，如農林牧漁產品的精深加工和旅游文化產業的繁榮會促進放大生態產品價值；因經濟產業發展狀況差距，各縣市人均GDP對GEP的影響表現出空間異質性。城鎮擴張會減少耕地、林地、水域等能提供重要調節服務功能的生態用地，從而導致生態產品價值降低；但城鎮化又會帶來產業繁榮和經濟發展，對生態產品價值具有增益放大效應；2011—2016年，恩施州城鎮率快速增長，由32.53%增長至41.88%，城鎮化增益效應小于城鎮化占用生態用地負面影響，城鎮化率與GEP負相關；2017—2020年，恩施州城鎮化率增速變緩，只從41.88%增長至45.56%，城鎮化增益效應大于其負面影響，城鎮化率與GEP正相關；因各縣市發展基礎、城鎮化路徑和速度不同等原因，城鎮化率回歸系數表現出時空差異。

4 結論

利用多源數據，結合統計分析、空間可視化等手段，核算了恩施州2011—2020年的GEP，并運用時空地理加權回歸模型分析GEP的主要影響因素。具體結論如下：

（1）2011—2020年，恩施州年平均GEP為6 658.5億元，結構上調節服務價值＞文化服務價值＞物質供給價值；GEP呈增長趨勢，年均增長率2.50%，物質供給價值增速＞文化服務價值增速＞調節服務價值增速；GEP與GDP雙增長，區域經濟社會與生態環境保護協調發展。

（2）2011—2020年，恩施州各縣市地均生態產品價值、地均物質供給價值、地均調節服務價值、地均文化服務價值分別在23.46萬～33.85萬、0.86萬～2.52萬、18.91萬～29.00萬和1.60萬～9.60萬元/hm2間波動變化，且不同縣市間存在明顯差異，具有空間異質性。

（3）2011—2020年，恩施州年降水量、林地面積、人均GDP、城鎮化率對GEP具有顯著影響（P＜0.05），不同因子的回歸系數在縣市間存在空間差異。其中，年降水量、林地面積、人均GDP對GEP正向促進；城鎮化率因子的回歸系數由負變正，表明對于恩施州這種城鎮化率較低的重點生態功能區，隨著城鎮化率的提升，其對GEP的影響逐漸由負面影響變為正向促進，表現出閾值效應。

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