生態(tài)系統(tǒng)服務功能非貨幣量核算研究

劉耕源

1 北京師范大學環(huán)境學院,環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,北京 100875 2 北京市流域環(huán)境生態(tài)修復與綜合調(diào)控工程技術研究中心,北京 100875

當前政府普遍使用國民經(jīng)濟的貨幣經(jīng)濟核算方法(如國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均收入等)來計算宏觀經(jīng)濟指標。但是在過去半個世紀,由于環(huán)境污染、資源稀缺、生態(tài)退化等問題日益嚴重,人們對生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟使用給予了更多的關注。由于傳統(tǒng)的貨幣經(jīng)濟核算系統(tǒng)不能反映生態(tài)系統(tǒng)的破壞及環(huán)境惡化對國民財富的影響,使得環(huán)境核算(也有文獻翻譯成環(huán)境會計)方法逐漸步入研究者的視野,并很快成為研究自然資源的儲備價值的有力工具。如2010年完成的國際項目“生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性經(jīng)濟學(The Economics of Ecosystems and Biodiversity, TEEB)”就嘗試在生產(chǎn)性經(jīng)濟系統(tǒng)框架內(nèi)以貨幣方式評估生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的貢獻。而其核心思想是在做經(jīng)濟決策時,將環(huán)境成本作為經(jīng)濟核算的直接或間接的成本或收益,如常用的綠色GDP,即在貨幣核算基礎上,從GDP中扣除資源耗減成本和環(huán)境降級成本,很多國家都嘗試計算綠色GDP,為此聯(lián)合國于1993年公布了《環(huán)境與經(jīng)濟綜合核算體系(SEEA)》,將環(huán)境因素納入國民核算中,但是由于在實現(xiàn)過程中面臨的種種困難,加之不夠成熟的實踐經(jīng)驗,使得SEEA在施行過程中往往無法很好的達到預期的目標。

新古典主義經(jīng)濟學的基礎是在19世紀末提出,被稱為“邊際革命(Marginal Revolution)”。其一般不強調(diào)環(huán)境在經(jīng)濟中的作用,將重點從生產(chǎn)手段轉(zhuǎn)移到市場動態(tài)[1]。新古典經(jīng)濟學家Solow[2]完全將土地從經(jīng)濟生產(chǎn)函數(shù)中去除,確定自然的工作可以被制造資本代替。Georgescu-Roegen[3]駁斥了自然可以代替的主張,并斷言經(jīng)濟學受到熱力學限制的約束和限制。Odum[4]提出了類似的主張,他闡明了環(huán)境工作和經(jīng)濟財富之間的聯(lián)系。在這個時候,環(huán)境對經(jīng)濟的貢獻的估值開始分為兩個陣營：生物物理評估(能量投入、能量投入回報、生命周期分析等)和生態(tài)經(jīng)濟學(條件價值評估法、享樂定價理論、生產(chǎn)函數(shù)分析等),具體方法學參見文獻[5]。因此,新古典經(jīng)濟學原理中經(jīng)濟和環(huán)境的關系完全是脫鉤的,所以在后續(xù)的研究中,如何將人類經(jīng)濟所依賴的自然資源資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)服務統(tǒng)一進來可能是生態(tài)經(jīng)濟學研究中最重要的問題之一[6- 9],這也將會成為現(xiàn)代經(jīng)濟理論的重要分支之一[5,10]。該項研究的主要問題是：自然資本和生態(tài)系統(tǒng)服務的真正價值是什么？以及如何量化？但在新古典經(jīng)濟學的框架內(nèi),當自然資源富足時,其價值非常??；但是當自然資源瀕臨稀缺時,其價值又開始增加。例如,當自然資源(如土地、淡水、濕地)的豐富量與人類經(jīng)濟活動的規(guī)模相比很大時,我們不會去考慮它們的價值,直到人口的增長與經(jīng)濟活動的加快使得這些自然資源變得很有“價值”。但是這也僅限于那些容易被量化和銷售的資本,譬如土地、森林和淡水資源這些易于被賦予貨幣價值的自然資源。一些資源至今也沒有定價,如清潔的空氣和雨水等。

在此情況下,更多的環(huán)境核算方法開始主要從物質(zhì)計量角度開展環(huán)境核算,以期打破大多數(shù)以人類為中心框架下的經(jīng)濟學方法的弊端,而新的方法框架進一步關注對人類及生態(tài)有益的生態(tài)服務的價值,即不忽視自然界提供的無關人類的相關服務功能。典型的方法包括：生態(tài)足跡法,即計算生產(chǎn)性土地的直接、間接需求；物質(zhì)流分析法,即計算自然界到經(jīng)濟系統(tǒng)中的直接和隱性物質(zhì)投入；體現(xiàn)能核算法,主要計算全生命周期的累積能量消耗；各種計量經(jīng)濟過程排放物的環(huán)境影響核算法,如IPCC溫室氣體核算、CML2000環(huán)境影響系數(shù)等；以及能值分析法,即計量從生物圈能量運動角度來衡量某物質(zhì)或某系統(tǒng)所需要的所有能量總和。Odum[11- 12]確定了由太陽能、潮汐能和地熱能驅(qū)動的生物圈作為自然資源和生態(tài)服務的原始驅(qū)動力的研究,將這些能量核算為太陽能等效能量,并用能值進行可持續(xù)性評估和自然資本評估的核算基礎[13- 14]。上述這些環(huán)境核算方法都能從一定角度反映人類活動對自然資源和環(huán)境的真實載荷,因而得到了學界乃至政府組織的廣泛認可,成為指導和評價環(huán)境績效和可持續(xù)發(fā)展的重要工具。這些方法的重點是將地球生態(tài)系統(tǒng)的所有部分作為一個包含結構與過程的功能整體,而人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)只是嵌入其中的一部分而已。這種研究框架可以精細地核算地球上各個物種獲得自然資源及服務(礦產(chǎn)、化石燃料、生物質(zhì)、水、空氣、文化、信息等)的通量、效率、層級結構及反饋過程,并可看出如何最大程度的提高生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)的產(chǎn)出效率。

1 基于生態(tài)熱力學的環(huán)境核算理論基礎

能值分析作為環(huán)境核算領域的重要方法之一,能夠持續(xù)受到廣泛關注的原因是源于它具有一套獨特的理論和方法體系。能值理論和方法是由美國著名生態(tài)學家、系統(tǒng)能量分析先驅(qū)——H.T. Odum,基于其兄弟E.P. Odum無法直觀的表達能量生態(tài)學的苦惱,借助于物理學的電路原理,于20世紀80年代創(chuàng)立的一個新的系統(tǒng)分析理論和方法,它從地球生物圈能量運動角度出發(fā),以太陽能值來表達某種資源或產(chǎn)品在形成或生產(chǎn)過程中所消耗的所有能量,并在此基礎上建立一般系統(tǒng)的可持續(xù)性能值評價指標體系。實際上Odum家族從20世紀50年代便開始對生態(tài)系統(tǒng)能量學進行深入的研究、追溯生態(tài)系統(tǒng)中的能流,并在20世紀70—80年代提出了一些在當時看來的新概念和具有開拓性的重要觀點,諸如能量系統(tǒng)、體現(xiàn)能(embodied energy)和能量品質(zhì)(energy quality)等,第一次將能流和經(jīng)濟流聯(lián)系在了一起。有趣的是,由embodied energy轉(zhuǎn)變到emergy(能值)是1983年由一位在當時在美國、名叫David Scienceman的澳大利亞的訪問學者將embodied energy這兩個單詞捏合到一起而提出的[15],是一個當時的新詞匯,以至于一段時間內(nèi),能值研究者發(fā)表文章在寫到eMergy這個詞的時候要單獨大寫字母M,以突出和energy這個詞的不同。H.T. Odum隨后又創(chuàng)立了能值理論以及提出太陽能值轉(zhuǎn)換率(solar transformity)等一系列概念,從能量、體現(xiàn)能發(fā)展到能值,從能量分析發(fā)展到能值分析在今天看來在理論和方法上都是一個重大飛躍[16]。H.T. Odum[11]在Science期刊上發(fā)表了題為Self-Organization,Transformation的文章,文中闡述了能值理論,論述了能值與能量品質(zhì)、能量等級等概念的關系[17]；隨后在1996年出版了第一部能值專著EnvironmentAccounting:EmergyandEnvironmentalDecisionMaking,這本書可以認為是能值研究領域的第一本系統(tǒng)的代表作,產(chǎn)生了深遠的影響,具有里程碑式的意義。H.T. Odum[11- 12]在他的文章中將自然資本和生態(tài)系統(tǒng)服務確定為財富的真正來源(即稟賦價值視角——Donor Side),盡管當時普遍認為只有勞動和經(jīng)濟資本才是財富的來源(即接收者視角——Receiver Side)。E.P. Odum和H.T. Odum觀點的通常理解是拋開生態(tài)系統(tǒng)的具體物質(zhì)組成、結構特征和連接形式,把能量作為“無差別”的通用“貨幣”,使生命的與非生命的成分連接成為了一個通過能量執(zhí)行生態(tài)功能、反映生態(tài)關系的功能性整體系統(tǒng)。在葛永林和徐正春[18]的文章中也提到了“在E.P. Odum把整個生物圈看作是一個最大的生態(tài)系統(tǒng)的基礎上,‘蓋婭理論’把整個生物圈看作了生命有機體：由所有生物與地球環(huán)境組成的整合的有機整體系統(tǒng)。它們相互調(diào)節(jié)、彼此適應、共同進化?！睢牡厍蛲耆褪沁@些生物聚集在一塊所表現(xiàn)出的社會、生物屬性,以及無意識進化對環(huán)境影響的結果”。這也說明了從稟賦價值視角重新解讀了社會經(jīng)濟系統(tǒng),更深層次明確了“當前的”自然資產(chǎn)和生態(tài)服務實際是生態(tài)系統(tǒng)對資源使用的一種努力和結果,其“過去的”生態(tài)過程經(jīng)歷了長時間“試錯和優(yōu)化”。

相比較于其他環(huán)境核算方法,能值分析法具有較為明顯的優(yōu)點：它能夠?qū)⑺胁煌悇e的能量、資源、產(chǎn)品,甚至勞務和服務等這種不可比、難合算的項目換算為統(tǒng)一的量綱——“太陽能等效能量(太陽能值,solar emergy)”,這就為環(huán)境負載計算和環(huán)境經(jīng)濟績效的評價提供了一種新的思路。這種合成性的方法是一種定量評估技術,用于確定非市場化和市場化資源、服務、商品和存儲在以給定產(chǎn)品或服務所需的能值中的環(huán)境價值[12]。其次,能值理論是基于生物圈內(nèi)物質(zhì)和能量流動規(guī)律而建立的,該方法基于能量學原理[19],系統(tǒng)理論[20]和系統(tǒng)生態(tài)學[14],在反映自然資源和生態(tài)服務的真實價值上,能值更具有說服力。能值分析不僅是環(huán)境核算的重要方法,它對物質(zhì)流動和能量傳遞的細致剖析,也使其成為系統(tǒng)分析和評價的重要工具。它允許量化支持每個流量或存儲的環(huán)境工作量,從稟賦價值視角(donor side)來評估每個資源,而不僅僅是基于人類偏好和市場偶然性。簡而言之,能量被定義為直接和間接支持過程并產(chǎn)生產(chǎn)出產(chǎn)品或服務所需的總可用能量(通常歸一為太陽能等效焦耳,也有的相似研究歸一為宇宙輻射[21])。所有可再生和不可再生、本地和進口的流入(物質(zhì)、能量、勞動、金錢和信息)流入一個清單,并通過名為能值轉(zhuǎn)換率(UEV：Unit Emergy Value)的轉(zhuǎn)化系數(shù)將不直接來自太陽的流動能量轉(zhuǎn)換成太陽能等效焦耳,對該過程產(chǎn)生的所有能量輸入流進行統(tǒng)一核算,最后進行相關性能指標的計算。在評估經(jīng)濟體中,能源供應和經(jīng)濟績效之間的關系由總能源使用量與國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的比值來衡量,以sej/貨幣單位表示。它表示創(chuàng)造一個貨幣財富單位所需的能值投資總量。在能值計算程序中使用該能值貨幣比,以將與勞動和服務相關聯(lián)的資金投入轉(zhuǎn)換為能量單位。能值理論與分析方法被認為是連接生態(tài)學和經(jīng)濟學的橋梁,它能夠：(1)為各種生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)各種生態(tài)流的綜合分析開辟了定量研究新方法,提供了一個衡量和比較各種物質(zhì)流、能量流、價值流的共同尺度；(2)可以衡量分析整個自然界和人類社會經(jīng)濟系統(tǒng),定量分析資源環(huán)境與經(jīng)濟活動的真實價值以及它們之間的關系,有助于調(diào)整生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展,對自然資源的科學評價與合理利用、經(jīng)濟發(fā)展方針的制定,可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,均具有重要意義。

所以,用生態(tài)熱力學的方法重新理解自然資產(chǎn)及生態(tài)服務功能的產(chǎn)生,可以看出：太陽輻射、地月引力造成的潮汐能和深層地熱是支持地球物質(zhì)和能量循環(huán)、維持生物圈可持續(xù)發(fā)展的原始驅(qū)動力。通過循環(huán)過程,生態(tài)系統(tǒng)自發(fā)地保持自身遠離熱力學平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的循環(huán)允許能量、物質(zhì)和信息的連續(xù)收斂和發(fā)散,以及高品質(zhì)能量(如化石燃料)與低品質(zhì)能量(如太陽能、地熱能等)在匯集放大過程中的相互作用[22]。經(jīng)濟系統(tǒng)實際在這個過程中的作用是加速了能量的流動和釋放了新的能力儲存,例如將石油轉(zhuǎn)化為電力和運輸服務、將礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎設施和機械、又將電力、機械和生態(tài)服務轉(zhuǎn)化為教育、娛樂、服務等。所以生態(tài)服務功能的熱力學價值是實現(xiàn)了增強能量傳輸過程穩(wěn)定性的“緩沖器”。為了防止或者延緩資源能源的衰竭,常用一些經(jīng)濟“貼現(xiàn)”反哺低品質(zhì)能源,以確保能量基礎的穩(wěn)定性。例如,在砍伐后重新種植新的樹木、焚燒秸稈并還田以維持土壤有機質(zhì)與養(yǎng)分、循環(huán)可利用的材料等等。

2 基于生態(tài)熱力學的生態(tài)服務功能核算方法

生態(tài)系統(tǒng)服務的定義隨不同組織和研究人員[23- 26]定義不同。一般的定義是,人們從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的益處。這種定義范圍較廣,即任何來自生態(tài)系統(tǒng)的益處均可認為是一種生態(tài)服務。“千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MEA)”的2005年的報告指出,生態(tài)系統(tǒng)服務對人類社會和人類福祉是有穩(wěn)定的作用[27]。雖然這種觀點主要側重于人類價值觀和偏好(接收者視角),但是MEA研究人員提出的這一整套生態(tài)系統(tǒng)服務體系為進一步評估人與生物圈的相互作用提供了重要的起點。MEA文件列出了供應、調(diào)節(jié)、支持和文化功能這四種生態(tài)系統(tǒng)服務,這些類別涉及向人類提供產(chǎn)品、調(diào)節(jié)人類所依賴的生態(tài)系統(tǒng)、支持提供服務的系統(tǒng)以及增強人們的文化娛樂體驗等：

a)支持服務(生產(chǎn)所有其他生態(tài)系統(tǒng)服務所需的服務)：包括土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)、光合作用的初級生產(chǎn)等；

b)供應服務(從生態(tài)系統(tǒng)獲得的產(chǎn)品)：包括食品、淡水、燃料木材、纖維、生物化學品、遺傳資源等；

c)調(diào)節(jié)服務(從生態(tài)系統(tǒng)過程的調(diào)節(jié)中獲得的好處)：包括氣候調(diào)節(jié)、疾病調(diào)節(jié)、水資源調(diào)節(jié)、水凈化等；

d)文化服務(從生態(tài)系統(tǒng)獲得的非物質(zhì)利益)：包括精神和宗教、娛樂和生態(tài)旅游、美學、教育、感受、文化遺產(chǎn)等。

這4項服務是為人類社會提供切實利益的生態(tài)系統(tǒng)服務,但并且沒有以某種方式支付,因此這些服務應該包括在現(xiàn)有的經(jīng)濟系統(tǒng)中。所以對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究不應僅考慮“替代價格”而應該考慮“生態(tài)價格”的概念。生態(tài)價格是對生態(tài)系統(tǒng)服務對社會的總體效益的核算。能值分析是通過單位價值能源消耗量(即國家消耗能值總量與國民生產(chǎn)總值之比),將生態(tài)系統(tǒng)服務的能值轉(zhuǎn)換為貨幣,可以得到生態(tài)價格的核算值。能值分析認為一個區(qū)域的GDP產(chǎn)生是本地的各種可更新、不可更新、進出口產(chǎn)品和服務共同作用的結果,借助太陽能值對區(qū)域所有投入的統(tǒng)一核算,可以將生態(tài)系統(tǒng)服務功能和整體經(jīng)濟系統(tǒng)納入到一個完整的核算體系中,可以用能量單位或者貨幣單位平衡的比較生態(tài)服務功能與總體經(jīng)濟價值,不會產(chǎn)生估值過大的問題(如貨幣化評估常常過高的估計森林的價值)。生態(tài)價格是從稟賦價值的角度更準確地評估生態(tài)系統(tǒng)服務所需要的能量(即從同一片土地提供的多種生態(tài)系統(tǒng)),而不是傳統(tǒng)的支付意愿方法對所有價值的簡單“堆疊”,這涉及到生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估中的“分裂”原則[28]。能值方法協(xié)調(diào)了生態(tài)系統(tǒng)為人們提供的生物物理現(xiàn)實,即為人類提供的生態(tài)系統(tǒng)服務的價值。將生態(tài)系統(tǒng)服務納入經(jīng)濟系統(tǒng)進行統(tǒng)一核算是至關重要的,這是因為如果還是從經(jīng)濟補貼的角度來考慮生態(tài)系統(tǒng)服務,那么在生態(tài)系統(tǒng)服務的降低變得限制經(jīng)濟活動之前,是不會感覺到這種稀缺性的增加,這時,對自然資本修復性的投入成本將會遠遠超過生態(tài)服務功能降低前的維護性投入。

譬如在Brown和Campbell[29]對美國森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的計算中可以初步的比較基于能值、能值轉(zhuǎn)換成的“生態(tài)價值”以及用貨幣方法計算出的服務功能的差別(表1)。表中可以看出,他們計算的森林的生態(tài)價值是市場價值的8.2倍,最大的價值提供是娛樂活動(生態(tài)價值排序第一)而不是水資源供給(市場價值排序第一)。而沒有市場價值的生態(tài)服務功能的價值是523億美元。

表1 能值、能值轉(zhuǎn)換成的“生態(tài)價值”以及用貨幣方法計算美國森林的生態(tài)服務功能[29]

* 生態(tài)價值的計算是通過前一列的能值量×能值貨幣比(1.9×1012sej/＄),這個值是全美能值貨幣比的平均值?！癗/A”指缺乏數(shù)據(jù)導致的只列出計算公式,沒有給出計算數(shù)值；“—”指沒有考慮該項

當前已有不少能值研究針對不同生態(tài)系統(tǒng)服務開發(fā)了相應的核算方法。這里我們提出使用能值方法進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能核算的6個步驟：

(1)采用最新的能值基準對研究區(qū)域進行能值核算,這是獲得將使用當?shù)刎泿藕怂阄幕疹惞δ芩枘苤地泿疟认禂?shù)的重要步驟。

(2)對研究區(qū)域的生態(tài)資本進行核算,該步驟主要是核算產(chǎn)品類供給服務。

(3)通過開發(fā)區(qū)域系統(tǒng)不同生態(tài)服務功能的微觀模型來確定產(chǎn)生每個關鍵生態(tài)系統(tǒng)服務過程中所需的能值,識別在每個生產(chǎn)過程中的能值投入情況。該步驟主要用于核算支持服務和調(diào)節(jié)服務。

(4)通過評估現(xiàn)有市場直接或間接為自然服務支付的貨幣金額,例如暴雨容納費用、碳儲存在碳市場中的價格、流域保護的費用、空氣/水中污染物處置的費用等,這種替代價格或者影子價格的方法可以量化一系列生態(tài)價值,相對于計算出與提供的服務相關聯(lián)的能量的量。然后借助步驟一的數(shù)據(jù),進行文化服務類生態(tài)系統(tǒng)服務功能核算。每種生態(tài)系統(tǒng)服務的貨幣價值范圍將通過將服務的能量流量乘以一系列具體的能源與貨幣比來獲得。

(5)將生態(tài)系統(tǒng)服務價值集成到研究區(qū)域現(xiàn)有的社會經(jīng)濟系統(tǒng)中。

(6)研究結果將被開發(fā)為標準電子表格,評估人員可以利用該工具進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估驗證與比較。

以2005年計算美國森林系統(tǒng)的生態(tài)服務功能為例進行說明(表2),研究發(fā)現(xiàn),那些遠離市場定價的自然資本和生態(tài)系統(tǒng)服務功能的生態(tài)價值與市場價值差異更大。在有市場的服務功能(如供應服務),生態(tài)價值和市場價值更緊密的一致,除了水資源供應(這種由森林提供的服務對于社會通過基礎設施復制而言是昂貴的)。礦石和化石燃料的生態(tài)價值約為貨幣價值的30—60倍,巨大的差異反映了社會從價格低廉的礦物和燃料中獲得巨大的利益。沒有市場定價的服務功能的生態(tài)價值明顯高于市場價值,如凈化空氣,這可能會隨著人們對大氣污染的敏感程度提高而變化。

表2 美國森林生態(tài)服務功能的能值、生態(tài)價值以及市場價值(2005年)

3 對能值方法的批評與近期的改進

與大多數(shù)其他生物物理環(huán)境核算方法一樣,能值這種運用統(tǒng)一單位進行系統(tǒng)性計量方法的關鍵是生態(tài)資產(chǎn)存量的準確性和能值轉(zhuǎn)換率(UEV)的可靠性。這些觀點構成了早期能值研究者與傳統(tǒng)經(jīng)濟學家之間針對生態(tài)經(jīng)濟學、生態(tài)熱力學和不確定性之間的爭論[30- 33]。大多數(shù)的問題已經(jīng)在過去的十年中得到的解決和回答。但是問題的提出仍然是必要的,也促進了這種基于生態(tài)熱力學方法的進一步改進。而且,正如Hau和Bakshi[31]所提出的,很多的問題,如不確定性、所選取指標的敏感性、量化方法學的選擇等,這些批評同樣適用于經(jīng)濟學方法及這種類似的基于整體論的方法學(如生命周期評價、物質(zhì)流分析、可用能分析等),這就需要這些相關領域的研究者共同的努力來進行方法的改進。下面我們選擇了一些針對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的非價值量核算方面的核心問題進行論述。

3.1 能值基準的不斷更新夯實了生態(tài)系統(tǒng)服務功能非價值量核算的基礎

驅(qū)動地理生物圈(geobiosphere,Brown和Ulgiati定義geobiosphere的系統(tǒng)邊界是地表上下各1km；時間范圍是1a)的主要能值流對能值核算方法來說很重要,因為它們是其他流的參照,是建立UEVs計算表格的基準[34]。這個基準的雛形可以追溯到20世紀70年代初,當時只包含了驅(qū)動地球生態(tài)系統(tǒng)的太陽能；之后在90年代中期,Odum將潮汐動力與地熱能也納入核算,將它們轉(zhuǎn)化為等量太陽能值,從而得出地理生物圈的基準值為9.44×1024seJ/a。隨后伴隨著能值分析的不斷發(fā)展成熟,出現(xiàn)了不同的地理生物圈能值基準[15]。在2000年,利用更好的數(shù)據(jù),Odum在考慮了地球運動的能量吸收后,將1996年的計算值從9.44×1024seJ/a修正到15.83×1024seJ/a[35]。因而,為了保證能值計算的精確性和嚴謹性,在能值核算中需要明確所采用的能值基準值,因為它和能值轉(zhuǎn)換率息息相關,是能值轉(zhuǎn)換率計算的前提條件。所以如果采用Odum修正的能值基準值,那么參考的2000年以前的能值轉(zhuǎn)換率的值就要相應地乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)1.68(15.83×1024seJ/a與9.44×1024seJ/a的比值)。另有Campbell在2000年在重新計算了潮汐能之后采納9.26×1024seJ/yr作為能值基準值[36]。2010年,Brown和Ulgiati利用衛(wèi)星測繪等更為先進的技術手段所得的數(shù)據(jù),依照1996年Odum對能值的定義重新計算了全球(即可用能)流值；并采用蒙特卡洛模擬,考慮了來源于地球地熱能的不確定性(總量和在地幔、地殼間的分布)[34]。結果得出能值轉(zhuǎn)換率的能值基準約為15.20×1024seJ/a。蒙特卡洛模擬也是一種應對能值分析不確定性的一種方法。除了值有變化外,能值基準的名稱也有若干種不同的叫法,Brown等[37]將驅(qū)動地理生物圈的可得太陽輻射能、地熱源和潮汐動力合稱為地理生物圈能值基準(geobiosphere emergy baseline, GEB)。2016年,Brown和Ulgiati[38]；Campbell[39]均又發(fā)表了最近計算的結果,分別是12.1×1024seJ/a和11.6×1024seJ/a,兩個值很接近,且平均值為11.9×1024seJ/a,若考慮可接受程度的不確定性,則可定為12.0×1024seJ/a(表3)。這個值可以被命名為GEB2016,因為未來仍有修訂的空間,會出現(xiàn)新的GEB值[37]。

表3 能值基準值組成及三次計算結果比較[38]

a 在以往的研究中,使用的是UEV,但Brown和Ulgiati[38]提出更合適的術語—等量太陽能比率(solar equivalence ratio, SER)；b 類似地,在以往的研究中,使用的是Empower來表示每種源的入流,但Brown和Ulgiati[38]提出更適宜的術語應該是等量太陽能值(solar equivalent exergy)；c 括號內(nèi)數(shù)字表示標準差.

能值基準的單位中的字母J是大寫的,原因是潮汐動力、地熱能與太陽輻射能本質(zhì)是不同的,所以能值基準的量度是等量太陽能焦耳(solar equivalent joules, seJ),而不是太陽能值的單位太陽能焦耳(solar emjoules, sej)[39]。無論采用哪個能值基準,它正如英文名稱“baseline”,是一個基礎基準參照值；Odum在他的書中[12]也寫到,基準值究竟是多少并沒有那么重要,因為能值分析的結果和給定的基準相關,也就意味著可以用系數(shù)進行轉(zhuǎn)換；Ulgiati教授曾將能值基準比喻為地理學中海拔的概念[40]。不過在研究中仍需要選定一種并注意甄別所參考的文獻中的能值基準值。

在各個學科領域中基礎常數(shù)和標準并不總是恒定不變的,會隨著新的知識而更新；如果能值研究者都能參照一個統(tǒng)一的基準值,那么應用能值方法的研究產(chǎn)出將更容易進行相互比較[37]。這是Brown、Campbell、Ulgiati等能值研究者在2016年對能值基準作出重要更新的初衷,這接近二十年的能值基準不斷更新的過程體現(xiàn)了幾代能值研究者對科學的執(zhí)著與嚴謹。

3.2 已有大量能值分析在生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)服務功能應用案例可為今后的研究提供方法參照和比較的可能

國內(nèi)外能值研究在近十幾年來日新月異,研究者進行了能值理論[41]、方法[42- 45]、基準[12,34- 35,38- 39]、算法[46- 49]、動力學[50- 53]、不確定性[54- 56]等研究；也有學者將能值應用在不同尺度的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)結構、功能分析,如城市或區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)[57- 67]、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[68- 71]、生態(tài)工業(yè)園[72- 73]、自然保護區(qū)[74]、旅游業(yè)[75]以及國家尺度[76- 79]等；在能值與其他方法技術的比較與結合上,能值分析與生命周期評價(LCA)[80- 83]、生態(tài)足跡[84]、地理信息系統(tǒng)[85- 86]得到了較多的關注；此外,能值分析的研究對象還涉及廢棄物處理[87]、建筑物[88- 89]、生態(tài)系統(tǒng)服務功能[90- 95]等。在國家層面上,Odum[96]首先對美國、瑞士等很多國家進行了能值分析,而后意大利(1994)、中國(1994)等很多國家的學者也陸續(xù)開展了各國的能值分析。2002年,佛羅里達大學Brown教授發(fā)布了其計算的134個國家的能值評價結論(2000年數(shù)據(jù)),為區(qū)域?qū)用娴哪苤笛芯康於酥匾幕A,也為全球生態(tài)系統(tǒng)服務功能的能值評估提供了可在全球尺度比較的參照值。之后在2011年劉耕源與Brown教授一起更新了2004、2008年的世界各國能值核算數(shù)據(jù)。創(chuàng)新地針對可更新能源計算、農(nóng)產(chǎn)品、進出口產(chǎn)品等進行模型修改和重新計算,并更新了最新的能值轉(zhuǎn)換率數(shù)值,使結果的準確性提升。最終形成國家環(huán)境核算基礎數(shù)據(jù)庫(National Environmental Accounting Database 2.0)并發(fā)布在網(wǎng)站http://www.cep.ees.ufl.edu/nead/供世界能值研究者使用。

依照研究對象隸屬于不同的系統(tǒng)類型,能值理論的研究領域劃分以下幾類(表4),分別為：自然環(huán)境系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、環(huán)境治理工程、區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)等。

表4 能值分析方法現(xiàn)有的研究領域

3.3 生態(tài)服務功能價值量和非價值量的差異的根源在于從人類中心論到生態(tài)中心論的環(huán)境倫理觀的轉(zhuǎn)移

現(xiàn)今越來越多的人們意識到人類中心主義是引發(fā)并導致環(huán)境破壞的重要原因,森林的退化就是一個例子。人類中心論可以給出人們之所以伐木的若干種原因：賺錢獲利、建造房屋等,與此同時卻忽視或不顧及林木本身固有的價值和所能提供的生態(tài)服務(影響水循環(huán)、穩(wěn)定土壤性質(zhì)、維護生物多樣性等)。由此,不但生境遭破壞,其他更大尺度上的對人類的生態(tài)挑戰(zhàn)也會逐漸顯現(xiàn)[78]?？上驳氖?許多和環(huán)境保護相關的觀念日益涌現(xiàn)來遏制人類中心主義占據(jù)主導。這些觀念主要聚焦于人類作為環(huán)境管理者的角色,而這源于生態(tài)中心主義[97]。

這種管理的角色并不對人類自身特別對待,而是同樣注重全球環(huán)境中的其他生物。這種角色對人類來講也很特殊。但問題在于人類擁有能改變環(huán)境的能力,或許這種改變會是極具破壞性的,因為人類能在一定程度上擁有控制自然中的其他生物的能力。但這種能力絕不能讓人類產(chǎn)生可以駕馭自然界中一切的這種想法；應該提倡的是,人類同自然和諧互動從而促進自然界生物之間維系良好的狀態(tài)[78]。

區(qū)域可持續(xù)發(fā)展爭論已久。環(huán)保學者和生態(tài)經(jīng)濟學家形成了一個普遍的共識,即經(jīng)濟增長會被“環(huán)境的再生能力和吸收能力”所限,是有極限的。Liu等[98]提出可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在矛盾,可歸納如下：“可持續(xù)”暗示了能源和資源的全球平均,“發(fā)展”暗示了生產(chǎn)和消費的持續(xù)增長。任何現(xiàn)實主義的可持續(xù)發(fā)展定義都應該是減少而不是增加資源的開采和使用,這才是唯一可以使全球平均消費和擴張率下降的方法。這也是我們?yōu)槭裁匆絹碓綇娬{(diào)資源的稀缺性的原因。任何社會經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng),最終的可持續(xù)表現(xiàn)都在于促進人群福祉、政治的公正以及長期的生態(tài)平衡等。

Stewardship一詞有哲學觀念,尤其是倫理道德層面的含義。它同樣也被用來呼吁人們對環(huán)境倫理的關注。依照以生態(tài)為中心的觀念,人類應該作為生態(tài)系統(tǒng)的守護者。能值反對人類中心這種觀念,而將人類只是看做整體自然中的一部分,反映了從人類中心主義向生態(tài)中心主義的變遷[98]。能值的生態(tài)哲學是一種整體論的觀念,即生態(tài)系統(tǒng)各組成部分相互作用使整體所具有的結構功能要復雜于各組成部分的單純組合。原文的論述是,“組織層次的一個重要意義是組分或者子集合可以聯(lián)合起來產(chǎn)生更大的功能整體,從而突現(xiàn)新的功能特性,這些特性在較低層次是不存在的。因此,每個生態(tài)層次或者單元上的涌現(xiàn)性,是無法通過研究層次或單元的組分來預測的。這個概念的另一種表述是不可還原性,也就是說,整體的特征不能還原成組分特性的綜合”[18]。

3.4 從生態(tài)熱力學的視角研究生態(tài)服務功能為從能量的角度提出環(huán)境稅確立了可能性

Bimonte和Ulgiati[99]指出存在“新的稀缺性”,即生態(tài)支持系統(tǒng)的重要組成部分越來越不夠用。環(huán)境作為主要資源的來源和作為廢物的匯的能力不像過去那樣是無限的。如果僅考慮進行資源開發(fā)而不關心其對環(huán)境完整性的影響,退化的生態(tài)系統(tǒng)越來越無法提供基本的生態(tài)服務(水循環(huán)、光合作用、對生物多樣性的支持等)和資源產(chǎn)品(木材、食品、淡水等)。因此,Bimonte和Ulgiati[99]提出了一種基于Odum的能值方法的稅收工具,指出當前基于貨幣化服務功能核算的環(huán)境政策和稅收計劃只專注于對人群收益和損害的部分,并不考慮對整體生態(tài)環(huán)境的貢獻和對全球的影響。例如,當前設置碳稅的目的是減少二氧化碳排放以實現(xiàn)防止全球變暖,但是大氣溫度的變化不僅僅對經(jīng)濟系統(tǒng)這個單一參數(shù)產(chǎn)生影響,最核心的是會造成整個生態(tài)環(huán)境完整性的破壞。而如果目的是解決生產(chǎn)基礎的問題,那么不能簡單的通過限制給定的資源使用來實現(xiàn)。這正如Odum[12]所指出的：“如果從提高效率的意義上說,節(jié)約能源是有益的。但是這種建立在限制燃料使用上的“節(jié)約”的經(jīng)濟體往往會降低其經(jīng)濟競爭力。征收燃料稅有時可以作為節(jié)約能源的獎勵措施,但限制燃料對經(jīng)濟產(chǎn)生負面的放大效應,可能會大于效率的提高”。所以我們設置環(huán)境稅的目的如果放大到實現(xiàn)整體生態(tài)環(huán)境的完整性,那么這種稅收政策將注重生態(tài)生產(chǎn)過程(生態(tài)服務功能)與使用過程(經(jīng)濟過程)的整體績效,而不僅僅是考慮單一資源效率或者排放量。例如Bimonte和Ulgiati在他們的文章中提出建議根據(jù)能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(Environmental Sustainable Index, ESI[100])來建立面向環(huán)境完整性的稅收體系。能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ESI)既考慮了經(jīng)濟優(yōu)勢(基于能值產(chǎn)出率EYR來衡量能值投資回報率),又考慮了環(huán)境負荷(由環(huán)境承載力ELR表示)。而ESI正是EYR和ELR的比。而基于ESI的環(huán)境稅收策略是用于懲罰那些較少使用對環(huán)境無害技術或較少使用可再生資源的發(fā)展方式。這種稅收是將維持經(jīng)濟活動的生態(tài)環(huán)境作為一種“基金”而不是“股票”,環(huán)境稅的目的是通過稅收恢復其維持經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展的能力,保持這種“基金”不變。這種說法類似于Barnes提出的通過將所有利益相關者返還給他們所擁有的財富的一小部分來回報所有利益相關者的想法,原則上適用于當前的自由市場體系[101]。這種方式可以實現(xiàn)以下3種效果：1)對整個區(qū)域的生態(tài)服務功能及經(jīng)濟投入進行統(tǒng)一而全面的評估,并以此為基礎實施環(huán)境政策；2)稅收的目的為恢復或維持生態(tài)環(huán)境,這不僅是維持生態(tài)環(huán)境能為人類經(jīng)濟活動提供什么樣的支持活動,而是為了整體的環(huán)境完整性保護和恢復；3)由于稅收的目的不僅是限制經(jīng)濟系統(tǒng)單一資源效率或者排放量,也是增加和修復生態(tài)資產(chǎn)提升服務功能,這種向生態(tài)環(huán)境“基金”的投資將極大的減緩其折舊率。

4 結論

本研究梳理了基于生態(tài)熱力學的生態(tài)系統(tǒng)服務功能非價值量核算的理論基礎、方法框架及這種方法對發(fā)展與展望,可以總結出生態(tài)系統(tǒng)服務功能非價值量核算方法的兩大特點：

1)這種方法對與資本(存量)與服務(流量)的核算不是基于人類偏好而估價的,而是根據(jù)在劃定的時空尺度下對生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的環(huán)境支持的需求來估價的。這樣就使得我們應該著重對那些需要空間尺度大、積累時間長、用盡后難以找到替換資源的投入予以更科學的核算。但這部分的投入由于低品質(zhì)、分散化的特點又很少被市場動態(tài)“定價”或者說根本就沒有“上市”,但是這部分又是至關重要的,它們反映了生物圈的價值。

2)能值方法將生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)聯(lián)系在一起的價值在于體現(xiàn)“反饋控制”的生態(tài)內(nèi)涵。即更加公平的生態(tài)資本定價及通過環(huán)境稅對自然資本的修復,這種涵蓋了自然系統(tǒng)的“反饋控制”在常規(guī)經(jīng)濟系統(tǒng)的動態(tài)價格市場中是不被考慮的。

這里還需要補充的是使用能值方法可以確定生態(tài)資本、服務功能的“生物圈價值”,這種價值實際是對現(xiàn)有的貨幣價值評估有很好的補充作用。所以在當前對于生態(tài)資產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)服務的核算手段缺乏的情況下,建議采用雙重核算方法,即類似于金融會計中使用的方法一樣,用能量來記錄環(huán)境負債,并建立一個貨幣化的資產(chǎn)負債表說明經(jīng)濟情況及環(huán)境對經(jīng)濟生產(chǎn)的貢獻。正如Barnes所說,現(xiàn)在需要建立一套被其成為“市場經(jīng)濟3.0”的全新的金融體系,實現(xiàn)包括自然的所有“利益相關者”的財富回歸[102]。

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