水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系及應用

陳 默，林育青，張建云，陳求穩(wěn)，李沁園

(1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074； 2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029；3.長江保護與綠色發(fā)展研究院，江蘇 南京 210098； 4.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098)

生態(tài)系統(tǒng)提供了人類生存和發(fā)展所需要的物質產品和服務功能，對其服務功能價值的研究愈來愈受到人們的關注。1970年以來，生態(tài)系統(tǒng)服務相關研究取得了顯著成效。Daily[1]研究闡明，生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成與維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件及其效應，并運用多種價值評估方法核算不同地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值。Costanza等[2]對16個生物群落中的17個生態(tài)系統(tǒng)服務經濟價值進行評估，包括氣候調節(jié)、水供給、營養(yǎng)物質循環(huán)、休閑娛樂、文化等服務功能，研究表明生態(tài)系統(tǒng)服務功能對人類的生存和發(fā)展具有重要的意義。因此對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的研究也得到了更多關注。

我國學者也對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行深入探索和實踐應用。歐陽志云等[3]提出生態(tài)系統(tǒng)生產總值(gross ecosystem product, GEP)的概念，并將GEP定義為生態(tài)系統(tǒng)為人類生存和發(fā)展供給物質產品和服務價值總和。GEP概念提出以來，學者們分別在全國、省級、市級、縣級行政區(qū)域開展了不同尺度多項GEP核算相關研究[4-7]。2021年3月聯(lián)合國統(tǒng)計委員會正式將GEP納入最新的環(huán)境經濟國際核算系統(tǒng)，并將GEP列為生態(tài)系統(tǒng)服務和生態(tài)資產價值核算指標以及聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展2050目標的衡量指標。

水生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了航運、水力發(fā)電、水質凈化、洪水調蓄、休閑娛樂等服務，對人類的生產及生活具有重要意義。目前，許多學者已對水生態(tài)系統(tǒng)開展相關研究[8]，并對其價值進行評估，但研究采用的核算方法及選取的核算指標缺少統(tǒng)一的標準[9-11]。我國社會經濟發(fā)展迅速，以往粗放式的經濟發(fā)展方式突顯出水環(huán)境污染、水生態(tài)系統(tǒng)退化等問題[12]。為解決以上問題，需明確水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系的服務功能指標及核算方法，從而開展科學評價，使之具有科學應用價值。

本文基于生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系和水生態(tài)系統(tǒng)服務功能，完善了水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系，并進行了實例分析，以期為評價水利水電工程對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響提供有效方法，為水利水電工程建設、水電能源可持續(xù)開發(fā)利用提供參考。

1 水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系

1.1 指標篩選

研究水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值對生態(tài)系統(tǒng)自身及人類具有重要意義。水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值研究始于國外，但早期研究重點是水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值中的休閑娛樂指標[13-14]。20世紀末我國開始研究水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，并相繼對河流、湖泊、水庫、濕地等不同類型的水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行探討。大部分研究采用不同的評價方法對不同類型的水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行評估，得出各服務功能價值評價指標的具體數(shù)值，但由于不同類型的水生態(tài)系統(tǒng)服務功能不同，相應的指標體系構建和評價方法選取也存在差異，因此最終的評價結果也不同。

本文將水生態(tài)系統(tǒng)服務類別確定為物質產品、調節(jié)服務和文化服務3類，基于此，研究水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算方法及步驟。通過統(tǒng)計分析2004—2021年中國知網(wǎng)和Web of Science數(shù)據(jù)庫中與水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值研究相關的文獻，得出共計28項核算指標[15-47]，如圖1所示(圖中指標圖案大小反映提及該指標的文獻比例)。從全部指標中篩選出14項相對較為通用的評價指標，并按照物質產品、調節(jié)服務和文化服務分成3類，其中，物質產品包含航運、供水、水產品和水力發(fā)電4項評價指標，調節(jié)服務包含空氣凈化、氣候調節(jié)等7項評價指標，文化服務包含休閑娛樂、景觀價值和科研教育3項評價指標。

圖1 文獻指標統(tǒng)計分析網(wǎng)絡關系Fig.1 Network relationship diagram for statistical analysis of literature indicators

根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)特征，將水生態(tài)系統(tǒng)分為河流、湖泊、水庫、濕地-沼澤4個類型[15]，利用篩選出的14項評價指標，結合各類型水生態(tài)系統(tǒng)特征，分別構建服務價值功能評價指標體系，分析選取的各類水生態(tài)系統(tǒng)服務功能指標。其中，航運服務功能在河流、湖泊和水庫水生態(tài)系統(tǒng)中均有體現(xiàn)，尤其在河流水生態(tài)系統(tǒng)中提供的物質產品價值最高，但濕地-沼澤由于其水體大多是孔隙介質中側向滲透的表層流，無法實現(xiàn)水路運輸，因此不具備航運功能；水力發(fā)電功能僅在水庫水生態(tài)系統(tǒng)中有所體現(xiàn)，雖然天然河流蘊藏豐富的水能資源，但其資源需人為參與進行轉化才能用以水力發(fā)電，因此河流水生態(tài)系統(tǒng)不具備該項功能；土壤保持是為了保持土壤的天然功能，防止人為或自然因素造成土壤侵蝕，河流在流動過程中會侵蝕河床及兩岸并攜帶部分泥沙，濕地-沼澤本身是介于陸域和水域的中間過渡地帶，因此不考慮河流和濕地-沼澤水生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能；供水、水質凈化、休閑娛樂等其余11項服務功能在河流、湖泊、水庫和濕地-沼澤水生態(tài)系統(tǒng)中均有所體現(xiàn)。

1.2 核算方法

水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算主要包含物質量核算、價格確定、價值量核算3個部分。其中物質產品、文化服務兩大類指標物質量核算均采用統(tǒng)計調查法；調節(jié)服務指標物質量核算采用水量平衡法、污染物凈化模型等方法。物質產品各指標價值量核算采用市場價值法；調節(jié)服務指標中土壤保持、水質凈化、空氣凈化、固碳釋氧和氣候調節(jié)價值量采用替代成本法核算，水源涵養(yǎng)和洪水調蓄采用影子工程法核算；文化服務價值量核算方法分別采用旅行費用法、享樂價值法和科研投入法。具體價值量核算公式見表1。

表1 各核算指標核算方法及價值量核算公式Table 1 Calculation methods and value quantity calculation formulas for different indicators

1.3 核算步驟

參考水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估和生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系，提出水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算步驟：①根據(jù)研究區(qū)域特征和核算目的劃分類型，如河流、湖泊、水庫等，劃分水生態(tài)系統(tǒng)評估區(qū)域；②根據(jù)研究區(qū)域服務功能，選取核算指標，確定水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算類別，包含物質產品、調節(jié)服務和文化服務三大類；③收集水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算相關數(shù)據(jù)資料，并進行整理歸納；④通過經濟核算體系、生態(tài)系統(tǒng)長期監(jiān)測體系、模型估算等方式核算指標物質量；⑤采用現(xiàn)有的定價方法，確定各核算指標價格；⑥選取合適的核算方法，如市場價值法、替代成本法等，運用相應公式核算各指標價值量；⑦計算各核算指標價值量總和得到水生態(tài)系統(tǒng)生產總值。即水生態(tài)系統(tǒng)生產總值為物質產品價值、調節(jié)服務價值、文化服務價值的總和：

V=VM+VR+VC

(1)

其中

VM=VS+VWS+VAP+VH

VR=VSC+VWC+VWP+VA+VCR+VCO+VFS

VC=VLE+VLV+VRE

式中：V為水生態(tài)系統(tǒng)生產總值；VM為物質產品價值；VR為調節(jié)服務價值；VC為文化服務價值。

1.4 水利水電工程對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響評價

水利水電工程建設對我國社會發(fā)展起到了重要的作用，關于水利水電工程建設對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響，我國學者進行了大量探索研究。以三峽工程為例，陸佑楣[48]認為三峽工程是一項有利于全球環(huán)境保護的生態(tài)工程，也為三峽庫區(qū)和湖北提供了發(fā)展機遇；潘立武等[49]認為三峽工程蓄水后，使得長江水文狀況等發(fā)生了改變，進而產生不利影響。從辯證的角度來看，興建水利水電工程可以滿足人民生活方面需求，預防洪水災害等發(fā)生，但由于改變了河流的天然水文情勢，不可避免使當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務功能受到影響[50]。傳統(tǒng)的水利水電工程以社會效益和經濟效益為主，隨著我國對生態(tài)效益的日漸重視，如何定量評估水利水電工程建設對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響，促進兩者協(xié)調發(fā)展，是亟待解決的難題。

水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值對人類經濟社會發(fā)展有著重要的意義，但是在人類活動影響下實現(xiàn)其部分價值的同時，會對其他服務功能價值產生影響。本文借助水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系，系統(tǒng)地評價水利水電工程對整體水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響。魯春霞等[51]建立了評價體系用于評估水利水電工程對河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響；莫創(chuàng)榮等[52]計算了水電能源開發(fā)導致的河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的變化；肖建紅等[53]建立了水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響的評價體系，并評估了2002年全國水壩對其服務功能的影響；魏國良等[54]基于河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能內涵特征，建立了一套可用于評價水電能源開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響的核算體系；Chen等[55]對小浪底水庫2000—2012年的生態(tài)效益和損失進行了綜合分析，提出了水電項目生態(tài)損益評價的了3步框架，并定量評估該項目引起的河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化量；賈建輝等[56]采用功能價值法評價武江干流水電能源開發(fā)對河流生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響。雖然針對水利水電工程對不同類型水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響已開展了部分研究，但目前尚缺乏統(tǒng)一的評價體系。

GEP概念的提出為評價水利水電工程對水生態(tài)系統(tǒng)生產總值的影響提供了思路。水利水電工程建設對水生態(tài)系統(tǒng)生產總值的影響存在正、負兩方面效應，為核算水利水電工程興建前后水生態(tài)系統(tǒng)生產總值變化量，定量評估水利水電工程對水生態(tài)系統(tǒng)生產總值的影響，基于水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系，建立如下公式：

ΔV=ΔVM+ΔVR+ΔVC

(2)

式中：ΔV為水利水電工程興建后水生態(tài)系統(tǒng)生產總值的變化量；ΔVM為物質產品價值變化量；ΔVR為調節(jié)服務價值變化量；ΔVC為文化服務價值變化量。

2 應用實例

向家壩水電站主要用以發(fā)電，兼具防洪、航運、灌溉、改善環(huán)境等功能，2012年該水電站首批機組投產，2015年完成建設。因此，本文核算2011年和2015年水生態(tài)系統(tǒng)生產總值變化量，定量評估該工程對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響。

2.1 物質產品價值變化量

a.航運。向家壩建成后淹沒84處礙航險灘，航道增加了300 km，設計年貨運量達到112萬t，客運量達到40萬人，提高貨運周轉量3.36億t·km、旅客周轉量1.2億人·km，貨運、客運單位均價分別為0.06元/(t?km)和0.24元/(人?km)[57]，航運服務功能價值變化量ΔVS為0.489 6億元。

b.供水。向家壩灌區(qū)一期工程多年平均引水量為7.67億m3，按照現(xiàn)行調水工程供水市場價格1.6元/t計算，則供水服務功能價值變化量ΔVWS為12.27億元。

c.水產品。2011年向家壩漁業(yè)資源為30.48 t，2015年向家壩漁業(yè)資源為93.21 t[58]，根據(jù)內陸水產大省的淡水產品平均價格7元/kg[57]，則水產品服務功能價值變化量ΔVAP為0.004 4億元。

d.水力發(fā)電。根據(jù)《長江年鑒(2016卷)》，向家壩2015年發(fā)電量為307億kW·h,參照云南省2015年平均上網(wǎng)電價0.321 6元/(kW·h)計算，則水力發(fā)電服務功能價值變化量ΔVH為98.73億元。

物質產品價值變化量為航運、供水、水產品及水力發(fā)電4項價值變化量的總和，共計111.494億元。

2.2 調節(jié)服務價值變化量

a.土壤保持。向家壩水電站2011年、2015年泥沙淤積量分別為4 150萬t和1 537.5萬t[59]，參考《水富縣國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計》，2011年和2015年單位土壤年均效益分別為1.36元/m2和1.73元/m2，土壤密度為1.230 t/m3,土壤表土平均厚度為0.5 m，則土壤保持服務功能價值變化量ΔVSC為-0.485 2億元。

b.水源涵養(yǎng)。2011年該研究區(qū)產流降水量為745.29 mm，地表徑流量為0.79 mm，蒸發(fā)量為872.09 mm；2015年該研究區(qū)產流降水量為1 174.51 mm,地表徑流量為5.34 mm，蒸發(fā)量為1 012.01 mm，研究區(qū)水庫面積為95.6 km2，通過水量平衡方程計算出2011年和2015年水源涵養(yǎng)物質量。單位水庫庫容建設費用為6.110 7元/m3[60]，則水源涵養(yǎng)服務功能價值變化量ΔVWC為1.66億元。

c.水質凈化。向家壩蓮花池生活污水處理廠運行以來年平均處理污水量為87.6萬m3，單位污水處理成本約為0.7元/m3，則水質凈化服務功能價值變化量ΔVWP為0.006 1億元。

d.空氣凈化。向家壩水電站建成后每年可減少SO2排放量42萬t、NO2排放量20萬t、粉塵排放量6萬t，3種污染物單位處理成本分別為1.2元/kg，0.63元/kg和0.15元/kg，則空氣凈化服務功能價值變化量ΔVA為6.39億元。

e.氣候調節(jié)。研究區(qū)水體面積為95.6 km2，2011年和2015年平均蒸發(fā)量分別為872.09 mm和1 012.01 mm，單位體積水蒸發(fā)耗電量按2.43 GJ計算[3]，2011年單位電價取0.483元/(kW·h)，2015年單位電價取0.45元/(kW·h)，則氣候調節(jié)服務功能價值變化量ΔVCR為22.06億元。

f.固碳釋氧。2011年和2015年研究區(qū)凈初級生產力分別為899.22 g/m2和907.74 g/m2，向家壩水庫面積為95.6 km2，則2011年固碳量為14.012萬t，釋放氧氣量為10.312萬t；2015年固碳量為14.145萬t，釋放氧氣量為10.414萬t。根據(jù)國際碳稅標準770元/t及工業(yè)制氧量價格376.5元/t，估算固碳釋氧服務功能價值變化量ΔVCO為0.007 2億元。

g.洪水調蓄。向家壩防洪庫容為9.03億m3，單位水庫庫容工程造價為6.110 7元/m3[60]，則洪水調蓄服務功能變化量ΔVFS為55.18億元。

調節(jié)服務價值變化量為土壤保持、水源涵養(yǎng)、水質凈化、空氣凈化、氣候調節(jié)、固碳釋氧和洪水調蓄7項價值變化量的總和，共計84.815 1億元。

2.3 文化服務價值變化量

a.休閑娛樂。由于向家壩壩址位于水富縣內，因此休閑娛樂指標以水富縣年旅游收入估算。參考《水富縣國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計》，2011年水富縣接待游客70.5萬人，旅游綜合收入2.38億元；2015年接待旅客260萬人，旅游綜合收入12.7億元。根據(jù)國家旅游局的統(tǒng)計，水生態(tài)系統(tǒng)景點旅游收入占總景點旅游收入的比例為12.3%[60],則休閑娛樂服務功能價值變化量ΔVLE為1.27億元。

b.景觀價值。根據(jù)水富縣2011年和2015年房產升值進行估算，受益面積為水富縣建城區(qū)面積12.7 km2，2011年至2015年水富縣房產平均溢價約為500元/m2，則景觀價值服務功能價值變化量ΔVLV為63.5億元。

c.科研教育。在中國知網(wǎng)和Web of Science數(shù)據(jù)庫全文搜索“向家壩”“Xiangjiaba”，得出2011年共發(fā)表與向家壩水電站相關論文1 283篇，2015年共發(fā)表與向家壩水電站相關論文1 059篇。根據(jù)國家統(tǒng)計局2011年和2015年的年度數(shù)據(jù)，2011年科研經費411.81億元，全年共發(fā)表科技論文150萬篇，則2011年單篇科技論文產出為27 454元/篇；2015年科研經費716.12億元，全年共發(fā)表科技論文164萬篇，則2015年單篇科技論文產出為43 665.9元/篇。由此估算科研教育服務功能價值變化量ΔVRE為0.110 2億元。

文化服務價值變化量為休閑娛樂、景觀價值及科研教育價值變化量的總和，共計64.880 2億元。

水生態(tài)系統(tǒng)生產總值變化量為物質產品、調節(jié)服務和文化服務價值變化量三者之和，則水生態(tài)系統(tǒng)生產總值變化量為261.189 3億元。由表2可看出向家壩水電站服務功能主要以水力發(fā)電、景觀價值、洪水調蓄、氣候調節(jié)和供水為主，與水電站自身具有的效益相符。

表2 向家壩水電站水生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化量占比Table 2 Proportions of value variation of water ecosystem service functions of Xiangjiaba Hydropower Station

3 結 語

本文梳理了近年來國內外水生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算指標與方法，構建了水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算體系，將其應用于水利水電工程建設對水生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響的定量評估。總體而言，目前我國水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算尚處于研究初期，核算方法及體系存在諸多不足，其應用領域還需要進一步探索。水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算應針對河流、湖泊、水庫和濕地-沼澤等不同特征水生態(tài)系統(tǒng)類型選擇適宜的指標，并應將水生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算納入水利水電工程興建前后的論證工作中，科學評估水利水電工程建設對水生態(tài)系統(tǒng)生產總值的影響，以推動水電能源開發(fā)與生態(tài)保護的協(xié)調發(fā)展。核算水生態(tài)系統(tǒng)生產總值、評估生態(tài)產品蘊含的經濟價值，有助于生態(tài)產品價值的實現(xiàn)，可為相關部門制定評價指標體系及政策提供科學參考，協(xié)同促進經濟社會高質量發(fā)展與生態(tài)文明建設。