空間數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生態(tài)審計(jì)

李正榮， 陳昱蓉， 張 豐， 劉仁義， 杜震洪

(浙江大學(xué)浙江省資源與環(huán)境信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310028)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，自然環(huán)境受到廣泛關(guān)注，集中體現(xiàn)在十八屆三中全會(huì)提出的將自然資源納入政府部門政績(jī)考核范圍，從制度上推行自然資源審計(jì)，有利于為推動(dòng)自然環(huán)境保護(hù)、資源短缺、自然災(zāi)害頻發(fā)等問(wèn)題提供制度保障。生態(tài)審計(jì)屬于自然資源審計(jì)，它產(chǎn)生于美國(guó)環(huán)境立法推動(dòng)下對(duì)企業(yè)發(fā)展過(guò)程中環(huán)境影響評(píng)價(jià)[1]，作為企業(yè)在政策框架下分析環(huán)境績(jī)效影響因素、建立有效環(huán)境保護(hù)體系和環(huán)境績(jī)效評(píng)價(jià)方法、向公眾傳達(dá)企業(yè)環(huán)境績(jī)效信息的工具[2]。生態(tài)審計(jì)還被認(rèn)為是一種公共政策評(píng)價(jià)[3]，適用于環(huán)境狀況描述和環(huán)境影響分析[4]。為推動(dòng)環(huán)境保護(hù)制度和相關(guān)條例的有效性，中外相關(guān)學(xué)者做了不同層面探索。中外學(xué)者則較多關(guān)注企業(yè)發(fā)展過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響，較為突出的是對(duì)產(chǎn)品生命周期評(píng)估及不同產(chǎn)品處置方案對(duì)環(huán)境的影響[5-8]。在實(shí)證研究中，李兆東等[9]將草原生態(tài)審計(jì)定義為審計(jì)機(jī)關(guān)對(duì)與草原生態(tài)保護(hù)相關(guān)單位的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和各級(jí)黨政領(lǐng)導(dǎo)的自然資源責(zé)任的真實(shí)性、合法性和績(jī)效性所進(jìn)行的監(jiān)督、評(píng)價(jià)和鑒證工作；生態(tài)審計(jì)過(guò)程中較多考慮生態(tài)領(lǐng)域內(nèi)容，毛敏[10]將生態(tài)審計(jì)作為一種工具運(yùn)用到企業(yè)建立基于自然生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)循環(huán)審計(jì)模式和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)各環(huán)節(jié)和部門之間自然生態(tài)鏈中，以實(shí)現(xiàn)充分、合理、有效利用資源，消除環(huán)境破壞，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。綜合生態(tài)審計(jì)內(nèi)容與現(xiàn)有研究成果，將生態(tài)審計(jì)概括為以自然資源的可持續(xù)利用和自然環(huán)境保護(hù)為出發(fā)點(diǎn)，為審計(jì)主體依據(jù)一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或依據(jù)對(duì)被審計(jì)對(duì)象活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的資金利用、自然環(huán)境變化、政策制訂與實(shí)施等進(jìn)行審計(jì)的一種手段。

當(dāng)前生態(tài)審計(jì)方法主要有能值分析法、生態(tài)足跡法[11]、平衡計(jì)分卡[12]、市場(chǎng)價(jià)值法[13]。已有的評(píng)價(jià)方法以物質(zhì)、貨幣量對(duì)生態(tài)審計(jì)內(nèi)容進(jìn)行表征，對(duì)時(shí)間動(dòng)態(tài)性進(jìn)行表達(dá)，多使用數(shù)值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)、審查，忽略了空間尺度上的信息，不利于因地制宜、因時(shí)制宜服務(wù)于管理與決策。

現(xiàn)有研究成果針對(duì)生態(tài)審計(jì)的相關(guān)研究較少，且多集中在政府和企業(yè)生態(tài)審計(jì)方面，對(duì)自然資源方面開展的生態(tài)審計(jì)研究相對(duì)較少，采用的審計(jì)方法普適性偏低。因此在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，采用空間數(shù)據(jù)，顧及區(qū)域差異，結(jié)合GIS(地理信息系統(tǒng))方法從生態(tài)和經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮，進(jìn)行生態(tài)審計(jì)研究，拓展生態(tài)審計(jì)研究領(lǐng)域。因資源環(huán)境所處地域差異，不同區(qū)域?qū)ι鐣?huì)經(jīng)濟(jì)開發(fā)應(yīng)激程度不同，因而引入生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)開展生態(tài)審計(jì)研究。在時(shí)空維度上，基于生態(tài)敏感性和土地利用變化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行生態(tài)審計(jì)具有動(dòng)態(tài)、高效等特征?，F(xiàn)采用的生態(tài)審計(jì)方法能夠有效地對(duì)審計(jì)對(duì)象的空間差異變化、長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等進(jìn)行可視化表達(dá)。

1 研究區(qū)概況

貴州省屬于西南內(nèi)陸省份，位于103°36′～109°35′E和24°37′～29°13′N，地跨長(zhǎng)江水系和珠江水系。貴州省地勢(shì)西高東低，地形以山地為主，因其山地和丘陵面積占全省總面積的92%以上，素有“八山一水一分田”之稱。貴州省受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，雨熱同期，氣候濕潤(rùn)。貴州省不僅是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要組成部分，同時(shí)還是中國(guó)首個(gè)國(guó)家級(jí)大數(shù)據(jù)綜合試驗(yàn)區(qū)、世界知名山地旅游大省、國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)和內(nèi)陸開放型經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)。省會(huì)貴陽(yáng)具有連通東西、貫穿南北的作用，是西南地區(qū)重要交通樞紐中心。2018年底，貴州省經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得巨大進(jìn)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度居全國(guó)之首。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用的數(shù)據(jù)包括2015年中國(guó)土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、貴州省30 m數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)數(shù)據(jù)、土壤類型數(shù)據(jù)、侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)。其中，2015年中國(guó)土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、土壤類型、侵蝕強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心；貴州省30 m DEM數(shù)據(jù)來(lái)源為地理空間數(shù)據(jù)云。

2.2 研究方法

2.2.1 生態(tài)敏感性分析

(1)指標(biāo)確定。生態(tài)敏感性主要用于評(píng)價(jià)人類對(duì)自然的作用程度和自然環(huán)境對(duì)外界作用力的應(yīng)激響應(yīng)。選取的指標(biāo)應(yīng)具有區(qū)域性和環(huán)境適應(yīng)性，綜合前人研究[14-16]和研究區(qū)域特性選取坡度、高程、土壤類型、土地利用類型和侵蝕強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，各指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

(2)權(quán)重計(jì)算方法。層次分析法將人們的主觀判斷用數(shù)量形式表達(dá)、處理，是一種定性和定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法[17]。在生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)過(guò)程中采用層次分析法確定指標(biāo)的相對(duì)重要程度并計(jì)算權(quán)重，步驟分為判斷指標(biāo)重要性、計(jì)算指標(biāo)相對(duì)權(quán)重、檢驗(yàn)權(quán)重一致性和指標(biāo)權(quán)重確定。

(3)綜合生態(tài)敏感性計(jì)算方法。綜合生態(tài)敏感性是在單個(gè)指標(biāo)敏感性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的加權(quán)空間疊加計(jì)算，計(jì)算公式為

(1)

式(1)中:ES為綜合生態(tài)敏感性；Si為指標(biāo)敏感性等級(jí)；ωi為指標(biāo)權(quán)重。

表1 生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算方法

現(xiàn)有研究主要對(duì)森林、草地、耕地、水域和未利用地的氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性保護(hù)、食物生產(chǎn)、原材料、娛樂(lè)文化等9種生態(tài)服務(wù)功能計(jì)算生態(tài)服務(wù)價(jià)值。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值在不同土地利用服務(wù)價(jià)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合計(jì)算，計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；Ai為第i種土地利用類型面積；VCi為第i種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

2.2.3 GIS空間分析

空間分析是GIS區(qū)別于其他信息系統(tǒng)的重要功能之一。由于本空間分析的對(duì)象多為柵格數(shù)據(jù)，因此主要采用柵格數(shù)據(jù)疊加分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，包括Raster Calculator和Weighted Sum工具。其中，Raster Calculator對(duì)柵格圖像構(gòu)建和執(zhí)行單個(gè)地圖代數(shù)表達(dá)式，處理結(jié)果同是柵格格式，此外用于柵格像素值的疊加計(jì)算；Weighted Sum則是通過(guò)將柵格各自乘以指定的權(quán)重并合計(jì)在一起來(lái)疊加多個(gè)柵格，輸出結(jié)果同樣是柵格數(shù)據(jù)，此處用于柵格單元屬性值的計(jì)算。

3 生態(tài)審計(jì)結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)敏感性

基于生態(tài)敏感性指標(biāo)敏感性分級(jí)辦法，即表1的評(píng)價(jià)指標(biāo)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表2。

運(yùn)用GIS可視化方法對(duì)坡度、高程、土壤類型、土地利用類型、侵蝕強(qiáng)度敏感性進(jìn)行空間可視化分析，結(jié)果如圖1(a)～圖1(e)所示?；诒?中生態(tài)敏感性指標(biāo)權(quán)重和表1中指標(biāo)等級(jí)，使用ArcGIS Desktop 10.2中Weighted Sum工具依據(jù)綜合生態(tài)敏感性計(jì)算方法對(duì)生態(tài)敏感性進(jìn)行疊加計(jì)算，得到綜合生態(tài)敏感性。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況將敏感性程度分為五級(jí)：不敏感性(0，4]，輕度敏感性(4，5.6]，中度敏感性(5.6，7.2]，高度敏感性(7.2，8.8]，極度敏感性(8.8，10)，分類后結(jié)果如圖1(f)所示。

表2 生態(tài)敏感性指標(biāo)權(quán)重

貴州省各指標(biāo)敏感性面積和所占比例見(jiàn)表3，坡度和土地利用類型的生態(tài)敏感性以輕度敏感為主，所占比重分別為50.72%和57.38%；高程、土壤類型的生態(tài)敏感性以中度敏感為主，所占比重分別為29.64%和59.27%；侵蝕強(qiáng)度指標(biāo)以不敏感區(qū)域?yàn)橹鳎急戎貫?5.07%；綜合生態(tài)敏感性的中度敏感區(qū)域占比例偏高，比例為38.32%，不敏感區(qū)域不足1%，輕度敏感區(qū)域和高度敏感區(qū)域比例相近。上述分析表明貴州省生態(tài)敏感性以中度敏感區(qū)域?yàn)橹?，不敏感區(qū)域分布較少。從空間分布上來(lái)看，各級(jí)敏感區(qū)的分布有所交叉，但仍具有一定的聚集特征。不敏感區(qū)域集中分布在貴州省中部地區(qū)，輕度敏感區(qū)域廣泛分布在貴州省中部及偏南地區(qū)，而極度敏感區(qū)域則分布在貴州省西北部、西南部和東北部等邊緣地區(qū)。

3.2 不同敏感區(qū)域土地利用變化分析

在綜合生態(tài)系統(tǒng)敏感性分析的基礎(chǔ)上，使用ArcGIS Desktop10.2中Raster Calculator工具對(duì)2005年、2010年和2015年土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，結(jié)果如圖2所示。

從貴州省土地利用狀況來(lái)看，耕地、林地和草地占比例較大，水域、建設(shè)用地和未利用地占比例較少。隨著時(shí)間和社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化，2005—2015年不同敏感區(qū)域土地利用類型呈現(xiàn)不同程度的變化特征。2005—2010年，輕度敏感區(qū)域建設(shè)用地上漲幅度最大，從2 km2上升到320 km2；高度敏感區(qū)域水域、極度敏感區(qū)域水域、不同敏感區(qū)域建設(shè)用地均呈現(xiàn)上漲趨勢(shì)，除輕度敏感區(qū)域建設(shè)用地外，其他地類增長(zhǎng)幅度處于9%～25%；輕度敏感區(qū)域水域和不同敏感區(qū)域未利用地?zé)o明顯變化；其他不同敏感區(qū)域地類均呈減少變化，減少幅度處于0～20%。2010—2015年，高度敏感區(qū)域、極度敏感區(qū)域水域、不同敏感區(qū)域建設(shè)用地和極度敏感區(qū)域未利用地均呈增長(zhǎng)變化，增加幅度在6%～220%；極度敏感區(qū)域建設(shè)用地和高度敏感區(qū)域未利用地?zé)o明顯變化；其他敏感區(qū)域地類均有減少，減少幅度為0.05%～100%(表4)。從空間分布上來(lái)看，輕度和中度敏感區(qū)域建設(shè)用地在中部、北部和西部區(qū)域增加較多，輕度敏感區(qū)域耕地在中部、北部和西南部均有所減少。

表3 不同敏感區(qū)域面積及比例

圖1 生態(tài)敏感性空間分布

圖2 2005年、2010年、2015年不同敏感區(qū)域土地利用類型

建設(shè)用地增長(zhǎng)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，建設(shè)用地占用其他地類是導(dǎo)致其他地類減少的主要因素，同時(shí)貴州省積極推行“退耕還林”政策和生態(tài)扶貧政策也導(dǎo)致了耕地面積減少，加大土地整理力度將未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌仡愐彩峭恋乩脿顩r變化的影響因素。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析

已有研究成果主要是針對(duì)生產(chǎn)性土地計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，在計(jì)算中均對(duì)建設(shè)用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值取值為0，因此參照前人研究成果[18]，對(duì)森林、草地、耕地、水域、未利用地5種土地利用類型進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算。森林、草地、耕地、水域、未利用地的生態(tài)服務(wù)價(jià)值參照表5[19]進(jìn)行計(jì)算。

貴州省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與土地利用變化情況大體相似，森林、草地和耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較為突出，其中森林尤甚，水域和未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不明顯。就森林、草地和耕地這3個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大的用地類型而言，2005—2010年，中度敏感區(qū)域林地、高度敏感區(qū)域林地和輕度敏感區(qū)域草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所增長(zhǎng)，其他敏感區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均呈現(xiàn)下降的變化趨勢(shì)；由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)較少的水域和未利用地變化情況可知，不同敏感區(qū)域水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均增長(zhǎng)，未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值無(wú)明顯變化。2010—2015年，高度敏感區(qū)域水域、極度敏感區(qū)域水域和極度敏感區(qū)域未利用地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所上升，其他敏感區(qū)域地類的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均減少。2005年、2010年和2015年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值分別為23 075 630.8元、23 110 659元和23 030 393.8元，通過(guò)比較這三年總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，可以看出，2005—2010年，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所增加，增加幅度為0.15%；2010—2015年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值則有所減少，減少幅度為0.35%(表6)。

表4 不同敏感區(qū)域土地利用變化量

表5 中國(guó)陸地不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表

貴州省在2005—2010年大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中建設(shè)用地占用了耕地等生產(chǎn)性土地，造成土地利用類型發(fā)生不同程度的變化，與之相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也受到不同程度影響。2010—2015年，貴州省加大了“退耕還林”和生態(tài)扶貧力度，促使耕地向園地、林地等土地類型轉(zhuǎn)變，同時(shí)貴州省提出的“五個(gè)100”工程也促使農(nóng)用地向其他用地類型轉(zhuǎn)變，因此不同敏感性區(qū)域耕地所貢獻(xiàn)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值均有所下降。2005—2015年，小型水利工程實(shí)施導(dǎo)致了水域面積的擴(kuò)大，高度、極度敏感區(qū)域水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均有較多增加，這與其他用地存在明顯的差異。以上結(jié)果表明社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值減少使得生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀況，生態(tài)安全穩(wěn)定性受到一定影響。

4 結(jié)論與討論

在空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，引入生態(tài)敏感性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值開展生態(tài)審計(jì)研究。綜上可知，貴州省全域的綜合敏感性以中度敏感為主，單個(gè)指標(biāo)的生態(tài)敏感性中，坡度和土地利用類型敏感性以輕度敏感為主，高程和土壤類型以中度敏感為主，侵蝕強(qiáng)度敏感性則以輕度敏感為主。

由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值建立在不同土地利用類型基礎(chǔ)上，因此重點(diǎn)采用GIS空間疊加分析對(duì)不同敏感區(qū)域土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行分析。從土地利用類型變化來(lái)看，土地利用變化情況符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，體現(xiàn)在建設(shè)用地增長(zhǎng)幅度較大，耕地和未利用地等地類有所減少。就生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值而言，水域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較大，但由于在貴州省所占比例基數(shù)小，導(dǎo)致水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不突出；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較為突出的耕地、林地和草地在2005—2015年均呈現(xiàn)減少的變化態(tài)勢(shì)，使得生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)不同程度減少，生態(tài)安全穩(wěn)定性受到影響。

表6 不同敏感區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

生態(tài)審計(jì)涉及多方面內(nèi)容，無(wú)法直接對(duì)其價(jià)值進(jìn)行估算，因此基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值開展生態(tài)審計(jì)在一定程度上解決了價(jià)值估算問(wèn)題。此外，結(jié)合空間數(shù)據(jù)和GIS空間分析方法開展生態(tài)審計(jì)有利于審計(jì)人員把握審計(jì)材料的時(shí)間和空間特征以及變化過(guò)程。因此，在系統(tǒng)的生態(tài)審計(jì)方法出現(xiàn)之前，運(yùn)用審計(jì)知識(shí)結(jié)合GIS方法對(duì)不同敏感區(qū)域態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行估算是開展生態(tài)審計(jì)的有效、重要手段。