基于生態(tài)足跡的澧水流域生態(tài)補(bǔ)償研究

郭榮中, 申海建

(1.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410004; 2.湖南省測(cè)繪科技研究所, 長(zhǎng)沙 410004)

基于生態(tài)足跡的澧水流域生態(tài)補(bǔ)償研究

郭榮中1, 申海建2

(1.長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410004; 2.湖南省測(cè)繪科技研究所, 長(zhǎng)沙 410004)

以澧水流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)生態(tài)足跡的方法，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與補(bǔ)償量之間的轉(zhuǎn)化，結(jié)合地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，測(cè)算了研究區(qū)域的生態(tài)補(bǔ)償額度。研究表明：(1) 從2001—2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率來(lái)看，降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣；增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣。(2) 2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實(shí)際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。(3) 計(jì)算出了澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，其中澧縣需要支付的生態(tài)補(bǔ)償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。研究結(jié)果將為澧水流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立提供參考。

生態(tài)足跡; 生態(tài)補(bǔ)償; 澧水流域

生態(tài)補(bǔ)償是在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的背景下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一種經(jīng)濟(jì)手段，已越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1-2]?！吧鷳B(tài)補(bǔ)償”的本質(zhì)內(nèi)涵是生態(tài)服務(wù)功能受益者對(duì)生態(tài)服務(wù)功能提供者付費(fèi)的行為[3-5]，所以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的確定是區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)，能為研究區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償提供量化標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)足跡計(jì)算方法[6-11]是在對(duì)土地面積量化的基礎(chǔ)上，在需求層面上和供給層面上分別計(jì)算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的大小，它能定量反映出區(qū)域的資源供給能力和資源消耗強(qiáng)度。研究表明，基于生態(tài)足跡的區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償研究，在一定程度上揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在供給和需求方面的地域差異，測(cè)度人類對(duì)自然界的需求與自然界所能夠提供的生態(tài)服務(wù)之間的差距，能提供不同區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)系統(tǒng)的補(bǔ)償依據(jù)。若地區(qū)的生態(tài)盈余，說(shuō)明該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值是富余的，可向外輸出，應(yīng)獲得生態(tài)補(bǔ)償；反之，則應(yīng)支付生態(tài)補(bǔ)償，從而確定區(qū)域?qū)ι鷳B(tài)價(jià)值的消費(fèi)程度，并建立區(qū)域間生態(tài)服務(wù)價(jià)值流轉(zhuǎn)的配比關(guān)系，測(cè)算生態(tài)補(bǔ)償值[12-16]。本文以澧水流域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析研究區(qū)域內(nèi)各縣(市、區(qū))2001—2013年13 a間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時(shí)間變化和空間分異情況，引入生態(tài)足跡理論，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在供給和需求方面的地域差異，并提供不同區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)系統(tǒng)的不同補(bǔ)償量，評(píng)價(jià)結(jié)果將促進(jìn)澧水流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)其他區(qū)域開(kāi)展類似工作也具有重要的借鑒和參考價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

澧水，位于湖南省西北部，地理位置在北緯29°30′—30°12′，東經(jīng)109°30′—112°0′。以中源桑植杉木界為干流起始點(diǎn)，至常德津市小渡口入洞庭湖，河長(zhǎng)388 km，流經(jīng)桑植、永定區(qū)、武陵源區(qū)、慈利、石門、臨澧、澧縣、津市等縣(市、區(qū))。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省國(guó)土資源部門2001—2013年土地變更調(diào)查和第二次土地調(diào)查成果，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于同期《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》[17]。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估方法 在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子和基準(zhǔn)單價(jià)的修正上，該研究基于Costanza、謝高地等[18-20]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值理論和方法，并將謝高地等的研究成果修正到澧水流域尺度范圍內(nèi)，由此計(jì)算出澧水流域不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值。在土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型及價(jià)值的對(duì)應(yīng)上，按照耕地、林地、未利用地分別與農(nóng)田、森林、荒漠對(duì)應(yīng)；園地對(duì)應(yīng)于森林和草地，相應(yīng)數(shù)據(jù)取二者平均值；居民點(diǎn)及工礦用地和交通用地對(duì)應(yīng)于建設(shè)用地(其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值取0)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ak為土地利用類型k的面積(hm2)；VCk為單位面積土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[元/(hm2·a)]。

2.2.2 生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算 在生態(tài)足跡的計(jì)算中，首先是按生物資源消費(fèi)和能源消費(fèi)計(jì)算各類消費(fèi)帳戶的人均生態(tài)足跡，將各種資源和能源消費(fèi)項(xiàng)目折算為耕地、林地、草地、建筑用地、化石燃料土地和水域6種類型的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，并將各種類型的生物生產(chǎn)性土地面積再乘以一個(gè)相應(yīng)的均衡因子[2]，以使不同生物生產(chǎn)性土地類型的空間匯總為區(qū)域的生物生產(chǎn)力和生態(tài)足跡。為充分體現(xiàn)研究區(qū)域的地域特點(diǎn)，本文均衡因子采用劉某承等[21]的研究成果，根據(jù)植被的凈初級(jí)生產(chǎn)力計(jì)算出湖南省各種土地類型的均衡因子，即農(nóng)地、林地、畜牧地、漁業(yè)水域、建筑用地、能源用地分別取值1.32，0.82，0.71，0.56，1.32，0.82。區(qū)域人均生態(tài)足跡(ef)的計(jì)算公式為：

(2)

式中：Ai為各類消費(fèi)帳戶的人均生態(tài)足跡；i為消費(fèi)項(xiàng)目的類型；Yi為食物生產(chǎn)性土地第i種消費(fèi)項(xiàng)目的世界平均產(chǎn)量；Pi，Ii，Ei分別為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量、年進(jìn)口量、年出口量；N為人口數(shù)；ri為均衡因子。

區(qū)域總?cè)丝诘纳鷳B(tài)足跡(EF)計(jì)算公式為：

EF=N·(ef)

(3)

式中：N為人口數(shù)。

在計(jì)算生態(tài)承載力時(shí)，為不同區(qū)域同類生物生產(chǎn)性土地面積可進(jìn)行對(duì)比，將其面積乘以一個(gè)相應(yīng)的產(chǎn)量因子[2]。區(qū)域人均生態(tài)承載力(ec)的計(jì)算公式為：

ec=∑Cj=∑aj×rj×yj

(4)

式中：Cj為第j種消費(fèi)項(xiàng)目的人均生態(tài)承載力分量；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj和yj分別為均衡因子和產(chǎn)量因子。

區(qū)域總生態(tài)承載力(EC)的計(jì)算公式為：

EC=N×(ec)

(5)

式中：N為人口數(shù)。

本文首先進(jìn)行澧水流域耕地的產(chǎn)量因子修正，因?yàn)楦氐漠a(chǎn)量因子是由不同類型作物產(chǎn)量因子加權(quán)計(jì)算所得，其中作物的產(chǎn)量因子取澧水流域內(nèi)作物平均產(chǎn)量與全球平均產(chǎn)量的比值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，得出澧水流域耕地產(chǎn)量因子為1.459 6。然后再結(jié)合劉某承等[22]的研究成果，根據(jù)植被的凈初級(jí)生產(chǎn)力計(jì)算出湖南省各種土地類型的產(chǎn)量因子，即耕地、草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收分別取值1.43，3.00，1.10，1.43，3.00，0.00。為使研究結(jié)果更能反映澧水流域的區(qū)域特點(diǎn)，本文以耕地調(diào)整系數(shù)(1.459 6/1.43=1.02)為基準(zhǔn)，同比將澧水流域內(nèi)草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子同步修正為3.06，1.12，1.46，3.06，0.00。

2.2.3 生態(tài)盈余與生態(tài)赤字的計(jì)算 生態(tài)赤字(ED)是指人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之差，若ED<0，就出現(xiàn)生態(tài)赤字,說(shuō)明區(qū)域生態(tài)足跡超過(guò)了區(qū)域所能提供的生態(tài)承載力；反之ED>0，則表現(xiàn)為生態(tài)盈余，表明區(qū)域的生態(tài)供給可以承受人類負(fù)荷。計(jì)算公式如下：

ED=EF-EC=N×(ef-ec)

(6)

式中：EF，EC，N，ef，ec的含義同前。

2.2.4 生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定 本文在計(jì)算研究區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，引入修正系數(shù)ri，具體的表達(dá)式如下:

(7)

式中：Ieci和GDPi分別表示區(qū)域i的人均生態(tài)赤字和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(元/a)；Iec和GDP分別指總研究區(qū)域的人均生態(tài)赤字和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(元/a)。

然后再用生態(tài)足跡的方法計(jì)算研究區(qū)的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，確定地區(qū)應(yīng)支付或獲得的生態(tài)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與補(bǔ)償量之間的轉(zhuǎn)化。具體的計(jì)算公式為:

(8)

式中：E為生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值；N為研究區(qū)總?cè)丝?；ri為修正系數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

由式(1)計(jì)算可知，澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化情況(表3)。由表3可以看出，2001—2013年桑植縣、武陵源區(qū)、慈利縣、石門縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均表現(xiàn)為凈增，其中桑植縣的增加量最大，達(dá)到1.18×107元。永定區(qū)、臨澧縣、澧縣、津市市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均表現(xiàn)為凈減，其中澧縣的減少量最大，達(dá)到2.62×107元。從各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率來(lái)看，增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，增幅分別為0.488 9%和0.186 2%。降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣，分別為-0.6514%和-0.5748%。

3.2 澧水流域2013年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力

本文根據(jù)澧水流域的實(shí)際消費(fèi)情況，將生物資源消費(fèi)分為農(nóng)產(chǎn)品、動(dòng)物產(chǎn)品、林產(chǎn)品等幾大類消費(fèi)項(xiàng)目，并對(duì)各大類進(jìn)行詳細(xì)分類，主要對(duì)應(yīng)耕地、草地、林地、水域4類生物生產(chǎn)性土地，在計(jì)算中使用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)。并由式(2) 、式(3)計(jì)算出2013年澧水流域生物資源生態(tài)足跡(表4)。同時(shí)選取澧水流域主要耗能11種進(jìn)行能源消費(fèi)計(jì)算，除了將電力消費(fèi)轉(zhuǎn)化為建筑用地面積外，其他的原煤、天然氣等一次能源的消費(fèi)統(tǒng)一為化石燃料用地面積。并計(jì)算出2013年澧水流域能源生態(tài)足跡(表5)。

由式(4)、式(5)和式(6)，根據(jù)澧水流域2013年實(shí)際能夠提供的人均生物生產(chǎn)面積，計(jì)算2013年澧水流域生態(tài)承載力與生態(tài)赤字(表6)。

表3 2001-2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

表4 2013年澧水流域生物資源生態(tài)足跡消費(fèi)

注:木材的全球平均產(chǎn)量的單位為m3/hm2，其生物量的單位為104m3。

由表6可知，2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實(shí)際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，扣除要預(yù)留12%的生物多樣性保護(hù)用地后，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。其中耕地、草地、水域、化石能源用地的生態(tài)足跡都為赤字，反映了澧水流域?qū)@四類用地的需求都過(guò)高，澧水流域的耕地面積從2001年的343 415.95 hm2減少到了2013年的337 860.08 hm2，草地面積從2001年的40 114.07 hm2減少到了2013年的35 113.26 hm2，這是導(dǎo)致研究區(qū)域生態(tài)承載力降低的主要原因。而林地和建筑用地的生態(tài)足跡為盈余，澧水流域的林地面積從2001年的1 043 848.06 hm2增加到了2013年的1 051 723.56 hm2，居民點(diǎn)及工礦用地面積從2001年的79 705.92 hm2增加到了2013年的83 541.54 hm2，交通用地面積從2001年的17 944.06 hm2增加到了2013年的19 878.80 hm2，反映了澧水流域人均林地和建筑用地的需求在生態(tài)系統(tǒng)承載范圍之內(nèi)。

3.3 生態(tài)補(bǔ)償值的確定

按照式(6)分別計(jì)算澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)赤字/盈余情況，結(jié)果見(jiàn)表7?？梢钥闯?，2013年澧水流域八個(gè)縣(市、區(qū))均為生態(tài)赤字，其中澧縣的生態(tài)赤字情況最為嚴(yán)重，需要為占用生態(tài)資源而支付生態(tài)補(bǔ)償。按照式(7)、式(8)計(jì)算可得澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，其中澧縣需要支付的生態(tài)補(bǔ)償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。桑植縣需要支付的生態(tài)補(bǔ)償量最少，僅為23.01萬(wàn)元。澧縣在2001—2013年期間的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的減少量和下降幅度都在澧水流域八個(gè)縣(市、區(qū))中居首位，這說(shuō)明，位于澧水流域下游地區(qū)的澧縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展活躍，建設(shè)用地增加較快，需要支付更多的生態(tài)補(bǔ)償量。而桑植縣和武陵源區(qū)需要支付的生態(tài)補(bǔ)償量相對(duì)較少，這兩個(gè)地區(qū)位于澧水流域上游和中游，說(shuō)明澧水流域上、中游地區(qū)受人類干擾較小，生態(tài)環(huán)境較好。這就為開(kāi)展流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立提供參考，為生態(tài)建設(shè)規(guī)劃和生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)的依據(jù)和指導(dǎo)。

表5 2013年澧水流域能源生態(tài)足跡

表6 2013年澧水流域生態(tài)承載力與生態(tài)赤字

表7 2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)補(bǔ)償額度測(cè)算

4 結(jié)論與討論

(1) 從2001—2013年澧水流域各縣(市、區(qū))生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化率來(lái)看，降幅最大的是澧縣，其次是臨澧縣，分別為-0.651 4%和-0.574 8%；增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，增幅分別為0.4889%和0.1862%。

(2) 2013年澧水流域的人均生態(tài)足跡為3.203 6 hm2，而實(shí)際生態(tài)承載力為0.600 0 hm2，扣除要預(yù)留12%的生物多樣性保護(hù)用地后，人均可利用生態(tài)承載力為0.528 0 hm2，則人均生態(tài)赤字為-2.675 6 hm2。反映了該研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)為人類提供各種服務(wù)能力在持續(xù)下降，需要通過(guò)從外地不斷地輸入生態(tài)足跡，才能維持現(xiàn)有的生活水平和消費(fèi)水平。

(3) 文章計(jì)算出了澧水流域各縣(市、區(qū))的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，其中澧縣需要支付的生態(tài)補(bǔ)償量最高，為26.97億元；其次是石門縣和臨澧縣，分別為8.87億元和6.44億元。從結(jié)果來(lái)看，生態(tài)赤字大的地區(qū)支付的生態(tài)補(bǔ)償量就大，這就需要各區(qū)域要積極探索如何提高資源使用效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，以有效地緩解生態(tài)赤字帶來(lái)的壓力，確保生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)地為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供服務(wù)價(jià)值。另外，本文的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)是在生態(tài)足跡、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行核算的，同時(shí)考慮了區(qū)域GDP對(duì)其的影響，該方法為當(dāng)?shù)卣贫ㄍ晟频纳鷳B(tài)補(bǔ)償政策提供科學(xué)依據(jù)和決策支持，并可運(yùn)用于不同空間尺度的區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償。

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StudiesonEcologicalCompensationBasedonEcologicalFootprintinLishuiRiverBasin

GUO Rongzhong1, SHEN Haijian2

(1.ChangshaEnvironmentalProtectionOccupationTechnicalCollege,Changsha410004,China; 2.InstituteofMappingofHu′nanProvince,Changsha410004,China)

Lishui River Basin was selected as the research site. The ecological compensation amount of the study area was calculated by combining with the regional social and economic development level, and using the calculation method of the ecological footprint. The results show that: (1) with respect to the change rate of the ecosystem service value in Lishui River Basin counties (cities, districts) from 2001 to 2013, the largest decrease was observed in Lixian, followed by Linli County, while the largest increase occurred in Wulingyuan District, followed by Sangzhi County; (2) the ecological footprint per capita in Lishui River Basin in 2013 was 3.203 6 hm2, but the actual ecological carrying capacity was 0.600 0 hm2, the ecological carrying capacity per capita was 0.528 0 hm2, and the ecological deficit per capita was -2.675 6 hm2; (3) the ecological compensation standard of the counties (cities, districts) in Lishui River Basin was calculated, of which the amount of ecological compensation of Lixian was required to pay the highest value of 2.697×109yuan, followed by the Shimen County, and Linli County with 8.87×108and 6.44×108yuan, respectively. The research results would provide supports to establish the ecological compensation mechanism in the Lishui River Basin.

ecological footprint; regional ecological compensation; Lishui River Basin

2016-05-11

：2016-05-24

湖南省教育廳科研項(xiàng)目“基于PSR模型的長(zhǎng)株潭城市群生態(tài)安全評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究”(15C0014)

郭榮中(1979—),女,湖南桂東人,副教授,高級(jí)工程師,博士研究生,主要從事土地信息與土地生態(tài)研究。E-mail:gyun91@163.com

F301

：A

：1005-3409(2017)02-0353-06