基于自然保護區(qū)面積的森林生物多樣性評價模型

張穎

(北京林業(yè)大學經濟管理學院，100083，北京)

基于自然保護區(qū)面積的森林生物多樣性評價模型

張穎

(北京林業(yè)大學經濟管理學院，100083，北京)

摘要：森林生物多樣性評價研究對促進生物多樣性保護、加強生物多樣性管理等有重要意義。以全國森林資源統(tǒng)計和林業(yè)統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)為基礎，收集2001—2010年森林生物多樣性評價的有關數(shù)據(jù)，采用經濟控制論中最優(yōu)控制的方法建立有關評價模型，獲得基于自然保護區(qū)面積的森林生物多樣性評價的最優(yōu)價格。結果表明，我國森林生物多樣性評價的最優(yōu)價格為0.997萬元/hm2，并且存在評價的動態(tài)模型，提出我國森林生物多樣性評價應采用影子價格，并應考慮社會、經濟等因素的建議。

關鍵詞：森林;生物多樣性;評價;模型;管理

森林生物多樣性是生物多樣性的重要組成部分。如何對其進行評價，一直是學術界研究探討的問題。最早開展森林生物評價研究的是經濟合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)和芬蘭的森林資源核算［1］。1992年，OECD在環(huán)境政策影響評估計劃中就涉及到了生物多樣性的變化評價與社會經濟發(fā)展關系的研究內容，并且在1993年設計了壓力—狀態(tài)響應的評價指標框架(Pressure-State-Response，PSR)［2-3］。芬蘭在OECD指標框架的基礎上，1996年進行了本國的森林資源核算研究，1997年出版了《芬蘭森林資源核算與生態(tài)可持續(xù)能力》的研究報告［4-5］。在芬蘭的研究中，利用評價指標框架主要對森林資源的質量進行了評價，并計算了1980—1996年森林質量總指數(shù)的變化情況［4］。計算結果表明，芬蘭1980—1996年經濟發(fā)展引起森林生物多樣性的壓力變化，也引起了芬蘭的森林質量變化，這些信息為芬蘭的森林資源管理和生物多樣性保護提供了重要的參考［5］。Pukkala和Kangas等主要從物種的角度評價森林生物多樣性的變化，他們把森林生物多樣性分解為單個可測度的林分，并且把林分內稀有、受威脅和瀕危物種的出現(xiàn)頻率作為關鍵的評價因子［6］。Puumalainen等利用森林的組成、結構和功能這3個關鍵質量決定因素和國家水平的森林資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)等評價了歐洲的森林生物多樣性變化［7］。Ericsson等主要強調物種和結構在森林生物多樣性評價分析中的作用，并對瑞典林地的關鍵生境(woodland key habitat，WKH)進行了分析［8］。近年來，對森林生物多樣性的評價更多的是從系統(tǒng)的角度進行研究，評價的影響因素不僅包括自然因素，還包括人文、社會和經濟發(fā)展等各方面因素。提出的防止生物多樣性減少的方法不僅包括自然措施，也包括社會經濟文化等方面的一些措施。如由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署主持，歐洲委員會、德國聯(lián)邦環(huán)境部等支持的TEEB(The Economics of Ecosystems＆Biodiversity，TEEB)研究認為，物種和生物資產的減少主要是由于忽略私有利益以外的生態(tài)價值所造成的，并提出生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的科學評估流程為政策變更→對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的影響→生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性服務的變化→對人類福利的影響→生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性服務變化的經濟價值［9］。S.H.M.Butchan 等［10］和聯(lián)合國糧農組織(FAO)［11］的研究報告也表明，棲息地的喪失和生境的破碎化是造成環(huán)境降級和生物多樣性喪失的主要因素。另外，無論怎樣評價，很難準確知道森林生物多樣性的物種、生態(tài)系統(tǒng)和遺傳基因的準確數(shù)目，其評價是一個典型的“黑箱”系統(tǒng)，應該運用“黑箱”理論，通過人類社會經濟活動引起的森林生物多樣性的壓力—狀態(tài)和響應評價它的變化［12-13］。筆者以森林自然保護區(qū)生物多樣性為研究對象，根據(jù)全國7次森林資源清查數(shù)據(jù)，收集相關資料，通過建立國家層次的森林自然保護區(qū)生物多樣性變化與經濟發(fā)展之間的差分方程，求出森林生物多樣性價值評價的最優(yōu)價格，以期為生物多樣性的價值補償和管理提供依據(jù)。

1 森林生物多樣性定義及評價模型

1.1 定義

生物多樣性是物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和遺傳基因多樣性的統(tǒng)稱［8］。它包括上述3個層次，對保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性等具有重要的意義和價值。目前，對于基因多樣性評價比較困難，而對生態(tài)系統(tǒng)多樣性和物種多樣性評價較多，尤其是物種多樣性常用物種豐富度等來進行評價。所謂物種豐富度是指一定面積內種群的總數(shù)目。由于物種和種群必須在一定地域面積，即棲息地內生存，在此，為了研究和數(shù)據(jù)收集的方便，簡單地用森林自然保護區(qū)的面積代替森林物種的豐富程度［14］，并建立有關模型，求出單位面積森林生物多樣性的價格。

1.2 評價模型

研究中主要把森林自然保護區(qū)作為森林生物多樣性評價研究的對象。根據(jù)離散時間經濟系統(tǒng)控制模型和森林生物多樣性變化特性，將森林生物多樣性評價公式簡單地抽象為下面的理論方程［15-16］：

式中：B(k)為k時點森林自然保護區(qū)面積，hm2;I(k)為k時點森林自然保護區(qū)增加面積，hm2;D(k)為k時點森林自然保護區(qū)減少面積，hm2;k為年份;k0為起始年份;B0為給定的起始年份。

模型中，I(k)為控制變量，其他變量為狀態(tài)變量。森林生物多樣性評價就是要在方程(1)的約束下，使森林自然保護區(qū)的生物多樣性損失的價值最小，即

式中φ［B(N)，N］為森林自然保護區(qū)生物多樣性價值的終端約束。

2 數(shù)據(jù)收集

森林自然保護區(qū)面積、林業(yè)產值的數(shù)據(jù)主要來源于《中國森林資源清查》［17］和《全國森林資源統(tǒng)計》［18］，年森林保護區(qū)增加、減少的面積，GDP、森林保護區(qū)投資、收入的數(shù)據(jù)來源于《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》［19］和《中國統(tǒng)計摘要(2008)》［20］。另外，在數(shù)據(jù)收集中，部分數(shù)據(jù)也來源于有關研究報告［21］。收集的森林生物多樣性評價的基本數(shù)據(jù)見表1。

3 評價模型的估計

3.1 狀態(tài)方程

根據(jù)表1森林生物多樣性評價數(shù)據(jù)，采用逐步回歸方法對模型進行估計。由于森林自然保護區(qū)每年減少面積D(k)數(shù)據(jù)不足，在回歸方程中僅保留了每年增加面積I(k)和保護區(qū)面積B(k)，狀態(tài)方程的回歸結果見表2～表4。

表1 森林生物多樣性評價數(shù)據(jù)Tab．1 Data of forest biodiversity assessment

表2 模型匯總Tab．2 model summary

表3 模型方差分析Tab．3 model ANOVA

表4 模型回歸系數(shù)分析Tab．4 model coefficients of analysis

由表2可以看出，回歸模型的擬合優(yōu)度R2為1.000，調整后的R2為1.000，具有較高的擬合優(yōu)度。由表3可以看出，模型的F值為134 174.40，顯著性水平Sig.值為0.00，表示模型成立并具有統(tǒng)計學意義，即回歸后的B(k)、I(k)可顯著解釋B(k+1)。

根據(jù)表4的回歸系數(shù)，森林生物多樣性的評價模型為

B(k+1)=0.997B(k)+1.015I(k) (3)

在評價模型中，不包括D(k)。

3.2 性能指標

根據(jù)研究，森林自然保護區(qū)面積的增加與經濟發(fā)展之間存在一定的關系，尤其是自然保護區(qū)面積的增加和保護區(qū)收入之間存在二次曲線關系［22］。根據(jù)表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計軟件計算的二者之間的關系式為

其中，R=0.976，R2=0.952，方程的 F 值為69.256，Sig.值為 0.000。

按照《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒：2010》的統(tǒng)計資料，2010年，我國林業(yè)總產值為22 779.02億元，其中林木培育和種植業(yè)為8 564.98億元，林業(yè)旅游與休閑服務為1 310.37億元［22］。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，2001—2010年，我國森林自然保護區(qū)的收入年均增長23.95%，到2020年森林自然保護區(qū)面積將為24 072.29萬hm2，占國土面積25%，年收入將達到4 755.06億元左右［23］。據(jù)此，按照2020年森林自然保護區(qū)將達到的最大面積計算，如果以1990年為初始點，到2020年，我國森林自然保護區(qū)年收入約為4 755.06億元。此時，根據(jù)狀態(tài)方程，終端約束為0.997B(k)+1.015I(k)=24 072.29，因此，性能指標變?yōu)?/p>

式(5)的具體含義為：在方程(3)、(4)的約束下，在時間［1，k-1］內，求出 k個控制變量 I(1)、I(2)、…、I(k-1)，使狀態(tài)由初始B(1)轉移到終止狀態(tài)B(k)，并使式(5)的性能指標取極小值，也就是在時間［1，k-1］內，使森林自然保護區(qū)的面積最大，生物多樣性損失的價值最小。

4 森林自然保護區(qū)生物多樣性評價最優(yōu)價格的計算

根據(jù)表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年，我國森林自然保護區(qū)面積將為2億4 072.29萬hm2，森林自然保護區(qū)面積增加的最大值為2億4 072.29萬hm2左右;因此，森林自然保護區(qū)生物多樣性評價的狀態(tài)方程為：

這里，求得的λ*(k)=0.997萬元/hm2是2020年森林自然保護區(qū)生物多樣性每公頃評價的影子價格，也是森林生物多樣性保護的單位面積最優(yōu)價格。

上述計算結果的具體含義為，我國森林自然保護區(qū)生物多樣性的最優(yōu)價格為0.997萬元/hm2，這也是我國森林生物多樣性保護應有的補償價格。

5 結論

1)我國森林自然保護區(qū)生物多樣性評價的模型為：

其中，森林自然保護區(qū)面積B(k)與B(k+1)回歸方程的擬合優(yōu)度R2=1.000，調整后R2=1.000。模型的F值為134 174.40，顯著性水平Sig.值為0.00，表明模型成立并具有統(tǒng)計學意義。目標函數(shù)也表明，在2020年，我國森林自然保護區(qū)年收入將達到4 755.06億元，評價模型的終端約束條件為0.997B(k)+1.015I(k)=24 072.29。

2)在2020年我國森林自然保護區(qū)面積24 072.29萬hm2的目標下，采用最優(yōu)控制中最小值原理的方法得出我國森林自然保護區(qū)生物多樣性的最優(yōu)價格為0.997萬元/hm2，這也是我國森林生物多樣性保護應有的補償價格。

6 討論

森林生物多樣性評價既是目前國際研究的一個熱點問題，又是關系世界各國可持續(xù)發(fā)展的一個焦點問題，但對森林生物多樣性的評價研究更多的是關注某一時點的物種和生態(tài)系統(tǒng)的多少，而對生物多樣性長期變化評價的研究還不多［12］，尤其缺少把森林生物多樣性的減少同社會經濟發(fā)展的聯(lián)系進行研究，并在滿足一定社會需要的前提下求出森林生物多樣性保護的單位面積最優(yōu)價格等。筆者采用差分方程和最優(yōu)控制中最小值原理的方法計算了森林自然保護區(qū)生物多樣性的單位面積最優(yōu)價格，這為我國森林生物多樣性的補償和管理提供了一定的依據(jù)。

1)森林生物多樣性的評價更應關注長期趨勢的變化，尤其要關注社會、經濟發(fā)展等綜合因素對生物多樣性的影響，并且要具體區(qū)分自然氣候變化、社會經濟發(fā)展等對森林生物多樣性的影響，只有區(qū)分了自然變化和社會經濟發(fā)展變化因素引起的影響，才能有效制訂出針對人類社會發(fā)展影響的政策、法規(guī)，促進經濟社會的持續(xù)發(fā)展;因為自然因素引起的變化往往是不可控制的，過多的注重森林生物多樣性的評價計量，不區(qū)分自然因素、社會經濟發(fā)展變化等因素對森林生物多樣性大小的影響，對政策、法規(guī)制訂的參考意義不大，且無助于森林資源的管理。

2)對森林生物多樣性的評價，離不開生物多樣性的價值計量，尤其離不開對森林生物多樣性的價格計量。對森林生物多樣性的價格計量時，應采用影子價格或最優(yōu)價格來計量，且要符合經濟學的理論規(guī)范。一般情況下，完全自由市場競爭形成的價格，比較接近或等于影子價格或最優(yōu)價格，而替代價格或成本價格只能是部分價格或局部價格。一般方法進行評價時使用的或求出的價格往往是替代價格或成本價格，而這些價格在一定的時點下不是唯一的，也不符合經濟學規(guī)范;因此，進行森林生物多樣性評價時，應該采用影子價格或最優(yōu)價格，不應該采用局部的成本價格或替代價格，這既不符合經濟學規(guī)范，也不利于森林生物多樣性的保護。

3)進行森林生物多樣性的評價，應把自然、社會、經濟、人類的影響等因素綜合考慮進來，生物學、生態(tài)學的評價更多地關注生物、生態(tài)等自然因素的影響;除此之外，森林生物多樣性的變化還受經濟發(fā)展水平、保護投資、保護區(qū)管理水平等因素的影響：因此，評價時應把這些因素綜合考慮進來以便系統(tǒng)地評價森林生物多樣性的變化。

4)目的不同，尺度不同，評價的方式方法也應不同。本研究主要針對國家層次的森林自然保護區(qū)生物多樣性的評價，主要用于自然保護區(qū)的管理和生態(tài)補償?shù)难芯?，而對于單一物種的評價，其尺度、方法也是不同的［23］;因此，目的不同，尺度不同，評價的方法、公式、內容也應不同，否則，會造成森林生物多樣性評價不科學。

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Forest biodiversity assessmentmodel based on the nature reserve area in China

Zhang Ying
(School of Economics andmanagement，Beijing Forestry University，100083，Beijing，China)

Abstract：There is an important significance of studying of forest biodiversity assessment for promoting the conservation of forest biodiversity and enhancing biodiversitymanagement in China.The paper collected forest biodiversity assessment-related data from 2001 to 2010，and used of optimal controlmethods in Economic Cybernetics to establish the evaluationmodel，and calculated the optimal price for forest biodiversity assessment based on the nature reserve area.The studies showed that forest biodiversity assessment of the optimal price was 9，970 RMB yuan/hm2，and there was a dynamicmodel of evaluation.Finally，the study suggested China's forest biodiversity assessment should use the shadow price，and should consider the social，economic and other factors.

Key words：forest;biodiversity;evaluation;model;management

S718.56

A

1672-3007(2013)04-0030-06

2012-12-25

2013-05-01

國家林業(yè)局林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經費課題“基于林改的森林資源可持續(xù)經營技術研究”(200904003);教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目“森林碳匯的經濟核算及其市場化研究”(09YJA910001)

張穎(1964—)，男，博士，教授、博士生導師，美國克羅拉多大學合聘教授。主要研究方向：自然資源，環(huán)境資源的價值評價、核算，區(qū)域經濟。E-mail：zhangyin@bjfu.edu.cn

(責任編輯：宋如華)