生態系統服務研究在生態紅線政策保護成效評估中的應用

江 波,王曉媛,楊夢斐,蔡金洲

長江水資源保護科學研究所, 武漢 430051

生態系統服務評估及其政策應用是生態學領域研究的前沿和熱點課題[1-2],因其關聯生態系統和人類福祉的整合思維而受到廣泛關注。許多國家認識到生態系統服務評估及其政策應用是應對可持續發展挑戰的一種重要途徑[2],并把生態系統服務作為生態系統管理研究中與政策相關的首要問題。聯合國先后啟動了千年生態系統評估、生物多樣性和生態系統服務的政府間科學—政策平臺等重大研究計劃[1],墨西哥、英國、中國先后分別開展了全國生態系統服務評估[1,3],2012年美國正式將生態系統服務納入國家新森林規劃條例中[4],越南、巴西、哥斯達黎加、哥倫比亞和秘魯等國在不同尺度開展了生態系統服務付費計劃[3,5]。各國對生態系統服務評估和監測制度化的需求不斷增加[1-2,5-6],極大地推動了全球生態系統服務評估和保護研究[1]。

自改革開放以來(20世紀70年代),中國已成為世界第二大經濟體[1]。由于工業化和城鎮化快速發展,中國生態環境問題日益嚴峻[1,7],對人類健康、社會穩定和經濟發展造成了嚴重威脅[8]。對政府部門而言,管理決策和政策設計面臨的重大挑戰是在減輕貧困和發展經濟的同時,又能保障生態系統服務供給能力[3]。為保障生態安全,促進經濟社會可持續發展,黨中央和國務院提出劃定生態保護紅線的重要任務[9]。在生態文明等頂層設計的背景下,生態紅線的劃定與實施逐漸被提升為國家戰略[10]。2017年2月7日,中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發《關于劃定并嚴守生態保護紅線的若干意見》,使我國生態保護紅線劃定有了明確的“時間表”[10]。

生態保護紅線是對生態功能重要區、敏感區、脆弱區實施嚴格保護的一項制度,其生態系統服務的供給者是為保障區域生態功能實施嚴格保護的生態系統,生態系統服務受益者是從生態系統服務獲取效益的不同尺度的居民。對于生態補償而言,生態系統服務的供給者是指為保障生態系統可持續供給生態系統服務而放棄發展機會的居民。針對生態系統服務多尺度利益相關者開展定量評估,并將評估成果應用于管理決策和政策制定是實現國土空間進一步優化的重大科學手段[1]。中國在經濟社會持續快速發展的同時,積極推進生態保護與建設。由于現階段科學信息與政策機制無法完全滿足管理決策者和政策制定者對信息的需求[11-12],生態紅線劃定及實踐(制度化)面臨著數據匱缺和執行匱缺等多方面挑戰[2],生態保護成效是國內外關注的核心問題,也是當前國際生態學領域研究的前沿課題。結合生態系統服務研究進展及中國生態保護紅線政策實施進程,開展生態保護成效評估,具有以下幾個方面的重要意義：(1)從科學上,明確生態紅線政策實施對多尺度利益相關者成本、效益的影響,為生態紅線政策的綜合研究提供框架和科學方法；(2)從政策設計上,為生態紅線布局進一步優化提供依據；(3)從制度建設上,針對生態紅線政策劃定和實施中面臨的科學挑戰,提出符合生態紅線政策效果的評估框架,優化生態系統服務評估方法,推動生態保護紅線制度建設由理論走向實踐。

1 生態系統服務研究的幾個重要進展

生態系統服務評估是生態系統管理決策和政策設計的重要組成部分[13]。近年來,國內外學者在生態系統服務內涵、權衡與協同關系、綜合制圖、評估模型、生態生產函數構建等方向的研究不斷深入,為管理決策及政策設計提供了重要的理論基礎。

1.1 區分生態系統中間服務和最終服務

隨著生態系統服務研究的不斷深入,生態系統中間服務和最終服務的概念受到廣泛關注[13-18]。其概念區分從理論上避免了生態系統服務價值重復計算,為生態系統服務權衡關系和生態系統服務供需耦合機制研究提供了重要的理論支撐。

1.2 生態系統服務權衡關系

生態系統服務之間存在權衡和協同關系[19-23]。Zheng等[22]以水資源保護與農業發展矛盾突出的北京密云水庫流域為對象,定量研究了不同土地利用情景下多種生態系統服務之間的相互作用關系,闡明了供給服務和調節服務的權衡關系。Nelson等[23]以美國俄勒岡州威拉米特河流域為例,模擬了不同土地利用情景對生物多樣性保護與生態系統服務權衡關系的影響,闡明了產品生產服務與生態系統服務和生物多樣性之間的權衡關系。

1.3 生態系統服務綜合制圖

生態系統服務綜合制圖是生態系統服務評估結果納入到管理決策和政策制定的新模式,受到國內外學者的高度關注[1,22-26]。目前,生態系統服務綜合制圖研究主要集中在生態系統服務供給分布格局綜合制圖研究[26]及生態系統服務供需匹配綜合制圖研究[1,27-29]。

1.4 生態系統服務評估模型

隨著生態系統服務研究不斷深入,生態系統服務供給模型、需求模型和價值評估模型的開發和應用均取得了一定進展[30],其中最常用的是InVEST模型[31]。InVEST模型能較準確地模擬不同土地利用情景下生態系統服務物質量及其價值量的時空權衡關系,是國內應用最廣泛的生態系統服務評估模型,在全國尺度[1]、流域尺度[20,22]、區域尺度[32]和局地尺度[33]等均得到了較好的利用。

1.5 生態生產函數構建

生態生產函數法是基于過程模型和統計學方法研究生態系統最終服務對生態特征邊際響應的重要方法[2,14-15],能提高效益轉化法應用和尺度推繹的合理性,使生態系統服務評估結果的可靠性得到提升,為制定合理的生態補償標準提供科學數據。然而,由于數據局限性和跨學科挑戰,鮮有研究構建生態生產函數[14,34-35]。比較典型的生態生產函數是 Barbier等[36-38]構建的濱海濕地生態特征(生境變化)和最終服務(漁業生產、風暴和波浪防護等)的非線性函數。Ricketts等[39]構建了授粉和作物產量的生態生產函數。Cooter等[40]構建了生態系統條件和空氣質量的生態生產函數。Wong等[41]以永定河生態工程為案例,通過整合過程模型和回歸模型,創建了水源涵養和局地氣候調節的生態生產函數,為生態系統服務優化管理提供了重要科學依據。生態學家創建了很多類似生態生產函數的回歸模型來關聯生態系統結構、過程與功能,但因為混淆生態系統中間服務和最終服務,大部分回歸模型并非生態生產函數[2]。

2 生態保護紅線內涵、劃定進程及管控要求

2.1 生態保護紅線內涵

生態保護紅線是指依法在重點生態功能區、生態環境敏感區和脆弱區等區域劃定的嚴格管控邊界,是國家和區域生態安全的底線[42]。生態保護紅線是我國環境保護的重要制度創新,是提高生態系統服務的有效手段,對維護國家或區域生態安全及可持續發展具有戰略意義[43-45]。

2.2 生態保護紅線劃定進程

黨中央、國務院高度重視生態環境保護,作出一系列關于生態紅線劃定和實施的重大決策部署,并將生態保護紅線納入《環境保護法》。2015年,原環境保護部印發《生態保護紅線劃定技術指南》[42]。2017年,原環境保護部與國家發展和改革委員會共同印發《生態保護紅線劃定指南》[46]。基于長期實踐,京津冀、長江經濟帶11省(市)、寧夏等15個省(市)生態保護紅線劃定方案已獲國務院批準,其他各省(市、自治區)基本都在開展生態保護紅線劃定工作,國家層面也在開展生態保護紅線劃定頂層設計。

2.3 生態保護紅線管控要求

根據現階段國家生態文明建設和生態環境管理的實際需求,生態紅線一旦劃定,應滿足以下管控要求：一是性質不轉換。應強化各類生態用地空間用途管制,嚴禁生態用地轉化為非生態用地,從而維持紅線區域內主體保護對象的相對穩定。二是功能不降低。生態保護紅線的核心目標是有效維持和改善生態功能。應采取封禁等措施,保護生態系統服務的極重要區域,確保其服務持續穩定發揮；對于存在退化的生態敏感區和脆弱區,應實施生態修復,使生態服務不斷改善。三是面積不減少。為維持最低限度內一定面積規模的生態保護紅線區域內的基本生態功能,生態保護紅線邊界應保持相對穩定,面積規模不減少,以有效控制不合理的開發建設活動[43-44]。

3 生態系統服務研究在生態紅線政策保護成效評估的應用

3.1 生態紅線政策與生態系統服務研究的關聯

生態保護紅線政策與生態系統服務研究有3個主要關聯點。(1)生態保護紅線劃定與生態系統服務研究的關聯。生態保護紅線是指具有特殊重要生態功能、必須強制性嚴格保護的區域。因此,必須開展系統的生態系統服務和生態敏感性評估,并根據生態功能重要性、生態環境敏感性與脆弱性科學劃定生態保護紅線,落實到國土空間。(2)生態保護紅線制度建設與生態系統服務研究的關聯。生態保護紅線制度建設的一項重要內容是生態補償制度,而紅線區域內生態補償機制的建立以生態保護紅線所在地區和受益地區的空間關聯為基礎。因此,必須開展系統的生態系統服務評估,按照誰受益、誰補償原則,推動生態系統服務所在區(供給者)和受益區(受益者)之間建立橫向生態補償制度[47]。(3)生態保護紅線區管控要求與生態系統服務研究的關聯。生態紅線一旦劃定,應滿足功能不降低的管控要求。因此,必須開展系統的生態系統服務評估,掌握全國、重點區域、縣域生態保護紅線區生態系統服務動態變化,評估結果將作為優化生態保護紅線布局和實行領導干部生態環境損害責任追究的依據[47]。

3.2 生態系統服務研究在生態紅線政策保護成效評估的應用價值

生態保護紅線劃定、實施效果和可持續性是國內外關注的核心問題[1]。生態系統服務研究是生態系統管理和政策設計的重要方法,是評估生態紅線政策保護成效的重要手段。明確生態保護紅線劃定和配套政策實施后,生態系統服務傳遞過程中多尺度(局地尺度和區域尺度等)利益相關者的成本、效益及其時間動態變化,是科學評估生態保護紅線政策實施效果的關鍵,也是生態紅線政策有效實施和紅線布局進一步優化設計的重要手段。

3.3 生態系統服務研究在生態紅線政策保護成效評估應用中面臨的挑戰

近年來,國內學者從構建國家生態安全格局和生態文明制度化建設的需求出發,圍繞生態系統服務形成機制、生態系統服務集成評估、生態補償制度建設等開展了長期研究。但由于現階段科學信息無法完全支撐科學決策[11-12],生態系統服務評估成果納入生態紅線政策設計和保護成效評估仍面臨多方面挑戰：(1)數據匱缺導致生態紅線劃定存在不科學性。生態紅線政策保護成效評估是以劃定的生態保護紅線為基礎,因此生態保護紅線劃定的科學性和合理性將直接影響生態保護成效評估的結果。生態保護紅線的劃定應在對區域生態系統功能、生態敏感性等定量評估的基礎上進行劃定,而且需要考慮利益相關方的意見。但由于數據匱缺,部分省(市、自治區)在生態保護紅線劃定時,將現有的重要/重點生態功能區、自然保護區、風景名勝區等做一個簡單的疊加[48]。生態保護紅線劃定的不科學性將對生態紅線政策的實施和效果評估造成一定的影響。(2)概念混淆導致生態紅線政策保護成效評估指標確定存在困難。生態保護成效評估的一個核心環節就是評估指標的確定,但由于生態系統中間服務和最終服務概念的混淆,評估指標很可能既包括生態系統中間服務,又包括生態系統最終服務,造成生態系統服務重復計算,對成效評估結果的可信度會造成一定影響。(3)政策目標的確定存在不確定性。生態紅線政策保護成效評估既包括生態紅線政策實施后生態系統服務是否達到相應政策目標,又包括生態紅線政策實施對生態系統服務多尺度利益相關者成本、效益的影響。因此,生態系統服務評估必須與生態紅線政策目標關聯,才能科學合理的評估生態紅線政策的實施是否達到相應目標。然而,部分生態系統服務的政策目標并不是以科學數據為支撐,例如CO2排放目標[49],給生態紅線政策的實施效果評估帶來一定的挑戰。(4)生態補償機制與生態紅線政策目標脫節。生態補償機制是確保生態保護紅線區獲得經濟支持的重要手段,同時也是生態系統服務多尺度利益相關者建立成本、效益關聯的重要機制。但由于部分省(市、自治區)劃定生態保護紅線時,未系統開展生態系統服務、生態敏感性和生物多樣性評估,難以科學確定生態系統服務供給者和受益者之間的補償標準,生態補償機制與生態紅線政策目標脫節。因此,無法全面反映生態紅線政策實施過程中生態系統服務供給者和受益者的全部成本和效益,給生態紅線政策保護成效評估帶來挑戰。(5)缺乏具指導性的生態紅線政策保護成效評估框架和生態紅線政策實施效果評估的具體步驟,生態紅線政策實施成效評估和紅線布局優化難度大。另外,大多數生態系統服務評估案例并不是以特定的政策目標為背景,缺乏替代情景以優化紅線布局。

今后應重點加強以下幾個方面的研究：(1)構建標準化的生態系統服務監測指標體系并搜集生態系統服務評估所需的數據,并使用科學的方法來確定生態系統服務的熱點區域,提高生態系統服務評估結果的科學性和合理性,為劃定生態保護紅線提供數據支撐；(2)基于生態系統服務流動機制和受益者需求,確定局地尺度的生態系統最終服務指標,區分生態系統中間服務和最終服務,使國家目標與局地特征相結合,為生態保護紅線政策實施效果評估提供基礎；(3)開展多尺度的利益相關方成本效益權衡分析,將利益相關方納入生態保護紅線劃定和執行過程中,通過利益相關方成本效益權衡關系分析,提升生態補償機制與生態紅線政策目標的關聯性,確保生態保護紅線落地；(4)構建具有指導性的生態紅線政策保護成效評估框架,優化生態紅線政策實施實施效果及替代情景生態系統服務評估方法和評估步驟,為紅線布局優化提供依據。

4 生態紅線政策實施成效評估技術框架及基本思路

針對生態紅線政策與生態系統服務研究的關聯及生態系統服務研究在生態紅線政策保護成效評估應用面臨的挑戰,我們構建了生態紅線政策實施效果評估的技術框架(圖1)。該框架基于劃定的生態保護紅線區域,結合國家宏觀政策目標和地方政策目標,確定生態保護紅線區主導生態系統服務,并結合生態系統服務科學和政策實施背景和情景設計,構建生態系統服務多尺度利益相關者成本、效益的關聯機制。通過生態系統服務集成評估(指標體系構建、模型驗證、情景模擬、問卷調查、生態監測和價值評估),開展生態紅線政策保護成效評估,能從科學上明確生態紅線政策實施對多尺度利益相關者成本、效益的影響；從政策設計上為生態紅線布局方案進一步優化提供依據；從制度建設上,推動生態保護紅線制度建設由理論走向實踐。

圖1 生態紅線政策實施效果評估框架圖Fig.1 Framework for the effectiveness evaluation of the ecological redline policy (ERP)

生態紅線政策實施效果評估的基本思路包括：(1)確定主導生態系統服務及其政策目標。從國家生態文明頂層設計出發,結合區域生態保護目標、生態系統服務傳遞機制和生態系統服務受益者需求,確定生態保護紅線區主導生態系統服務及其政策目標；(2)分析生態紅線政策實施后生態系統服務水平是否達到管理目標。選取生態紅線政策實施前后的典型年份,結合野外調查、生態監測、問卷調查和空間模型模擬等技術手段,開展生態系統服務評估,分析生態紅線政策實施后生態系統服務是否達到政策目標；(3)分析生態紅線政策對生態系統服務供給者和受益者成本、效益的影響。明確生態系統服務供給者和受益者成本、效益的組成部分及關聯機制,并選取生態紅線政策實施前后的典型年份,明確生態紅線政策實施對供給者和受益者成本、效益的影響,從科學上明確生態紅線政策實施效果。(4)結合情景模擬,進一步優化生態保護紅線布局方案。設置不同的土地利用情景(紅線基準情景、城市總體規劃情景、紅線優化情景),闡明生態系統服務對土地利用變化的響應機制,從政策設計上提出紅線區域的優化布局方案。(5)通過開展多尺度的利益相關方成本效益權衡分析,提升生態補償機制與生態紅線政策目標的關聯性,從制度建設上,推動生態保護紅線制度建設由理論走向實踐。