基于能值的陸域受威脅和瀕危物種價值估算
——以福建省廈門市為例

胡 濤,高艷妮,*,李延風,虞慧怡,王世曦,劉 鑫,楊春艷

1 中國環境科學研究院 國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室,北京 100012 2 中國環境科學研究院 環境基準與風險評估國家重點實驗室,北京 100012 3 福建省環境科學研究院,福州 350013 4 生態環境部信息中心,北京 100029

當前,生物多樣性喪失是與人類和環境負面影響相關的全球性挑戰之一[1- 3]。物種是生物多樣性的基本單元[4],而瀕危物種是一個保護生物學概念[5],是指短時間內滅絕率較高,具有種群小、野外數量不增的生物類群[6-7]。同時,評估物種瀕危等級和確定物種保護優先序[8]是生物多樣性保護的一項重要工作,其中物種保護是其核心內容[9],而瀕危物種類別和瀕危等級確定則是關鍵步驟。目前《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標準》是應用最為廣泛且影響深遠的物種瀕危確定標準[5],但瀕危物種界定是一個動態更新的過程,不同評估機構及學者所理解的概念內涵不同會導致評估結果差異較大[5,7,10]。近年來,國內外學者針對受威脅和瀕危物種在價值評估[11- 12]、價值體現[13- 16]、瀕危程度評級[17-18]、受威脅現狀及原因[19-20]、優先保育及保護序列[21-22]、就地保護狀況[23-24]及自然保護區物種多樣性價值評估方法與保護優先性確定[25]等方面開展了大量研究。而目前價值評估主要采用支付意愿法[26-29]、條件價值法[13,30]、成本效益法[31]、保護性支出法[32]、Shannon-Wiener指數評估法[33]及能值與Eco-exergy法[34]等多種方法,但上述評估方法在生態經濟學派和環境經濟學派中依然存在較大分歧[35],相比能反映出社會經濟環境系統的真實財富,更能體現生態系統過程多樣性和復雜性的能值評估法反而更加有效[36- 39]。此外,綜合評述現階段受威脅和瀕危物種價值評估的相關研究正在從定性描述向定量評估方向轉變,而評估方法也呈現多元化趨勢,但也存在著概念內涵差異較大、核算標準不統一及可重復性較差等問題,導致其科學研究的實際管理決策借鑒程度較低。

因此,本研究選取受威脅和瀕危物種[11- 12]作為評估對象,其包括國家保護等級、世界自然保護聯盟(The International Union for Conservation of Nature, IUCN)瀕危物種紅色名錄、瀕危野生動植物種國際貿易公約(Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, CITES)附錄和中國特有種等級中的各類野生動植物種。同時,運用能值法估算受威脅和瀕危物種價值時,重點將能值方法引入到價值評估體系中,并對當前能值應用中的中國能值/貨幣比率進行修正,以及去除物種不同評價等級的重復部分。本研究有助于拓展能值核算應用范疇,充實受威脅和瀕危物種價值評估方法,可以為生物多樣性保護政策制訂及管理提供決策支撐。

1 區域概況與數據來源

1.1 區域概況

廈門市地處24°23′—24°54′N、117°53′—118°26′E,轄有思明區、湖里區、集美區、海滄區、同安區及翔安區6 個行政區(圖1),國土面積1699.39 km2,其中海域面積約390 km2。廈門市位于亞熱帶地區,受南亞熱帶海洋性季風氣候影響,溫和多雨,年平均氣溫在21℃左右,年平均降水量約為1335.8 mm,水量豐富且季節變化明顯。2017年廈門全市戶籍人口231.03萬人,全年地區生產總值(GDP)4351.18億元,三次產業結構為0.5∶41.7∶57.8。2017年全年空氣優良天數362 d,優良率為99.18%,環境空氣質量在全國(不包括港澳臺)74個重點城市中排名第四,廈門灣局部海域符合第一、第二類海水水質標準占該海域總面積的69.1%,水質狀況繼續保持穩定趨于向好。

圖1 廈門市行政區劃圖Fig.1 Administrative map of Xiamen City

1.2 數據來源及說明

本研究中受威脅和瀕危物種主要以近百年來不同時期在廈門市全境內出現的野生動植物為主,其中植物包括裸子植物類、被子和野生蕨類的野生維管束植物,而動物包括野生哺乳類、兩棲類、爬行類、鳥類和淡水魚類等陸生野生動物。野生動植物種類及分布數據采集主要依據前人完成的以及新中國成立后專業人員在福建省開展的生態系統和生物資源的考察與調查成果,主要有以下來源：①《中國植物志》、《中國動物志》、《福建植物志》、《福建魚類志》以及各歷史時期公開發表的期刊、書籍和專著,專業人員或專業機構的內部調查資料,其他公開發表文獻中的物種分布信息等;②各研究機構和大學的植物標本館及動物標本館館藏標本采集信息,部分信息在線查詢中國數字植物標本館(http：//www.cvh.org.cn);③通過實地調查收集物種標本。野生動植物名錄來自中國科學院生物多樣性委員會主編的《中國生物物種名錄》(Catalogue of Life China)2011版,而物種瀕危等級確定主要參考《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標準》、《瀕危野生動植物種國際貿易公約》、《中國物種紅色名錄》、《中國生物多樣性紅色名錄》及《瀕危物種紅色名錄》等。此外,能值核算過程中需要的社會經濟數據來源于《2011年中國統計年鑒》,環境污染數據來源于《2011年中國環境統計年鑒》。

2 研究方法

本研究在Odum[40]提出的能值理論基礎上改進了受威脅和瀕危物種價值評估方法,整個運算流程如下：首先,計算單個物種能值轉換率;其次,構建不同瀕危等級指數評估模型,并采用逐級分類篩選方式解決重復性計算問題;最后,通過社會經濟環境系統的能值分析指標體系,計算中國能值/貨幣比率,從而得到不同瀕危等級物種的能值貨幣價值。

2.1 單個物種能值轉換率

在地球生物圈2×109a的地質進化歷史中有1.5×109個物種形成[40- 41],應用Brown等[42]2010年的年地球生物圈能值基準值(15.2×1024sej/a),并以研究區面積占地球表面積修正得到廈門市單個物種能值轉換率,計算公式如下：

(1)

式中,τ指某一區域中單個物種的能值轉換率(sej/種),Eb指地球生物圈年能值基準值(sej/a),μ指歷史中物種形成數量(種),σ指地質年代的時間(a),θ為研究區國土面積占地球表面積的比例。

2.2 瀕危等級評估

本研究評估方法是在王兵等[33,43]所提出的Shannon-Wiener指數評估法基礎上進行改進,結合表1中的瀕危等級指數,按照中國特有種、IUCN受威脅和瀕危物種,國家保護Ⅰ級和Ⅱ級,CITES附錄Ⅰ、Ⅱ級和Ⅲ級的先后順序,分類篩選確定各瀕危等級的物種數(表2),特別說明國家保護等級和CITES附錄等級按照IUCN瀕危等級指數中“近危(NT)”計算,美元與人民幣采用當年平均匯率轉換,其各項公式如下：

公式一：受威脅和瀕危物種總價值估算方法：

U0=U1+U2+U3

(2)

式中,U0為廈門市受威脅和瀕危物種總價值(元),U1為中國特有物種年物種保育價值(元),U2為IUCN受威脅和瀕危種年物種保育價值(元),U3為同屬中國特有物種和IUCN受威脅和瀕危物種的年物種保育價值(元)。

公式二：只屬于中國特有物種價值估算方法：

(3)

式中,U1為中國特有物種價值(元);Bn為評估區域內物種n的中國特有種指數(表1),一般取值為2 ;n為納入計算的只是中國特有種指數物種數(表2)(種);τ指單個物種能值轉換率(sej/種),EMR指某一區域的能值/貨幣比率(sej/＄)。

公式三：只屬于IUCN受威脅和瀕危物種價值估算方法：

(4)

式中,U2為IUCN受威脅和瀕危物種價值(元);Em為評估區域內物種m的瀕危指數(表1) ;m為納入計算的只是IUCN受威脅和瀕危物種數(表2)(種);τ指單個物種能值轉換率(sej/種),EMR指某一區域的能值/貨幣比率(sej/＄)。

表1 受威脅和瀕危物種等級賦值標準和特有物種分布范圍

表2 不同等級物種數及評估方法

公式四：同屬中國特有種、IUCN受威脅和瀕危物種價值估算方法：

(5)

式中,U3為同屬中國特有物種、IUCN受威脅和瀕危物種價值(元);Em為評估區域內物種x的瀕危指數(表1);Bn為評估區域內物種y的中國特有種指數(表1) ;x為納入計算的瀕危指數物種數(表2)(種),y為納入計算的中國特有種指數物種數(表2)(種);τ指單個物種能值轉換率(sej/種),EMR指某一區域的能值/貨幣比率(sej/＄)。

2.3 中國能值/貨幣比率

本研究中國能值/貨幣比率確定主要參考《中國經濟持續發展水平的能值分析》[44]一文中的分類體系并稍作修改(表3),結合當前能值研究中發現在可更新資源和貨幣流兩個部分都存在重復計算的問題[45- 46],采取這兩個部分的最大項作為其單項的數值,并利用已有研究[44,47-48]的能值轉換率參數計算能值量,計算公式如下：

式中,EMR指某一區域(中國)的能值/貨幣比率(sej/＄),EM指一個國家或地區的總能值(sej),GDP指當年的國內生產總值(＄)。

表3 中國社會、經濟和環境系統能值分析表(2010年)

3 結果與分析

3.1 廈門市受威脅和瀕危物種種類及狀況

廈門市陸域納入計算的野生動植物物種數為1444種(表4),其中動物有5綱35目106科211屬325種,植物有9綱62目190科679屬1119種。動物物種中,屬于國家Ⅰ級的物種數有2目3科5種,國家Ⅱ級的物種數有12目16科29種;屬于福建省重點保護的物種數有10目14科26種,屬于中國特有物種數有15種。

表4 廈門市陸域野生動植物瀕危物種數及瀕危等級

《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標準》中收錄的屬于“極危(CR)”為3種、“瀕危(EN)”為12種、“易危(VU)”為24種和“近危(NT)”的物種數為26種;植物物種中,屬于國家Ⅰ級的物種數有1目1科1種,國家Ⅱ級的物種數有9目12科14種;屬于福建省重點保護的物種數有4目4科4種,屬于中國特有的物種數為182種。《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標準》中收錄的屬于“極危(CR)”物種數為5種、“瀕危(EN)”物種數為2種、“易危(VU)”物種數為26種和“近危(NT)”物種數為19種。

此外,為避免重復計算導致結果偏差較大,逐級分類篩選之后發現屬于瀕危種而非特有種的“極危(CR)”、“瀕危(EN)”、“易危(VU)”及“近危(NT)”等級的物種數分別為4、16、36種和41種,屬于特有種而非IUCN瀕危中“極危(CR)”、“瀕危(EN)”、“易危(VU)”及“近危(NT)”等級的物種數分別為4、0、14種和4種;屬于國家保護Ⅰ級和Ⅱ級、非特有、非IUCN受威脅和瀕危的物種數為21種,屬于CITES、非IUCN受威脅和瀕危、非特有的物種數為6種,這兩個部分物種瀕危等級按照等同于IUCN瀕危等級中“近危(NT)”等級。

3.2 廈門市受威脅和瀕危物種能值與價值評估結果

經估算廈門市國土面積占地球表面積約為3.33×10-6,采用公式(1)計算地球上單個物種的能值轉換率為2.03×1025sej/種,2010年中國國內生產總值為4.13×1013元,中國社會、經濟與環境系統能值總量為7.49×1025sej,而采用公式(6)計算得到中國能值/貨幣比率為1.87×1012sej/＄,與已有研究[44,47]相比中國能值/貨幣比率體現出中國經濟發展的應有水平。基于上述參數采用公式(2)估算得到2010年廈門受威脅和瀕危物種的能值為5.74×1023sej,能值貨幣價值為3.08×1011元。由于存在通貨膨脹影響,以2010年為不變價,采用居民平均消費價格調整系數1.15估算得到2015年能值貨幣價值為3.53×1011元,2015年相比2010年增加4.54×1010元。

同時,通過公式(3)—(5)逐級分類篩選估算同為中國特有物種、IUCN瀕危等級物種,僅為中國特有物種,僅為IUCN瀕危等級物種,僅為國家保護等級,僅為CITES附錄等級物種能值分別為1.52×1022、1.33×1023、4.21×1023、4.40×1021sej和6.48×1020sej,其中2010年能值貨幣價值分別為8.12×109、7.15×1010、2.25×1011、2.36×109元和3.47×108元,而2015年能值貨幣價值分別為9.32×109、8.21×1010、2.59×1011、2.70×109元和3.99×108元。此外,上述結果對比發現,僅為中國特有種占受威脅和瀕危物種能值價值占比最多為73.25%,其次為IUCN瀕危等級物種占比為23.24%,CITES附錄等級占比最少為0.11%,不同保護等級能值與價值評估結果差異較大,而受威脅和瀕危物種數和瀕危等級指數是決定價值量估算的關鍵因素。

3.3 廈門市受威脅和瀕危物種不同等級保護成效分析

采用公式(2)—(4)估算廈門市境內2010年不同瀕危等級的陸域受威脅和瀕危物種的能值貨幣價值如表5所示,其中國家保護等級中受威脅和瀕危的動物和植物能值貨幣價值分別為5.41×109元和1.36×109元,動物是植物的3.99倍;CITES附錄等級中受威脅和瀕危的動物和植物能值貨幣價值分別為3.62×109元和5.41×109元,植物是動物的1.50倍;IUCN瀕危等級中受威脅和瀕危的動物和植物能值貨幣價值分別為3.10×1010元和2.10×1010元,動物是植物的1.54倍;中國特有種等級中受威脅和瀕危的動物和植物能值貨幣價值分別為2.17×109元和2.44×1011元,植物是動物的112.22倍。

以上結果表明,4個不同的保護等級所計算出的受威脅和瀕危物種能值貨幣價值差別較大,呈現出不均衡狀況,其中最大為2.44×1011元,最小為1.36×109元,也表明各類保護等級中受威脅和瀕危動物要比植物的能值貨幣價值變化較小;國家保護等級和IUCN瀕危等級中對受威脅和瀕危動物的保護作用高于植物,而CITES附錄等級和中國特有種等級中正好相反,其中中國特有種等級中兩者差距最大,也說明廈門陸域中中國特有種植物較多且瀕危等級也較高;IUCN瀕危等級和中國特有種等級對廈門市受威脅和瀕危物種的保護成效顯著,國家保護等級和CITES附錄等級保護成效相對較弱。此外,對比分析也表明廈門市作為濱海城市,也是一個典型開放的生態系統系統,其獨特的地理區位和氣候條件加速區域內物質能量代謝,造成在地球生物圈進化過程中形成了許多區域特有物種,而中國特有種等級也凸顯了保護受威脅和瀕危野生動植物的作用。

表5 廈門市陸域不同瀕危等級的能值貨幣價值

4 討論

4.1 能值價值評估法的主要問題與應用前景

能值(Emergy)是某一產品或勞務形成過程中直接或間接投入應用的一種有效能(Available Energy)總量[41,48],現階段能值價值評估法也存在如下幾方面問題：①能值/貨幣比率是一個動態變化的,統計數據的缺失或不真實會導致核算結果誤差,不同研究對象和系統邊界會導致數值會存在較大差異;②地球能值基準值有待考究,目前地球生物圈能值基準值有Odum[40]和孟范平等[41]的9.44×1024sej/a、Brown[42,49]的15.2×1024sej/a和 12.0×1024sej/a等多套結果,依然缺乏一套較為公認的結果;③能值分類體系所包含類別不統一,具體指標的能值轉換率參數基本上來自于文獻及前人的研究成果,對于生態經濟系統的能值分析而言會存在多樣變化而導致結果可信度偏低;④能值理論有待進一步擴展與延伸,能值核算已從人類中心論到生態中心論的環境倫理觀的轉移階段[50],這與能值方法所定義的內涵范疇相吻合,但增加了標準化應用的難度。

因此,后續研究中應積極研制一套統一建立起能值與價值聯系的能值貨幣比率快速核算方法,從而為當前我國提出的自然資源資產負債表,官員離任審計以及生態系統與生物多樣性經濟學(The Economics of Ecosystems and Biodiversity, TEEB)主流化提供一定參考價值。同時,本研究中只是評估了陸域受威脅和瀕危物種,對海洋受威脅和瀕危物種并未納入,由于海陸物種棲息環境的差異,調查與統計手段不同,如何構建海陸統籌的評估模型使得陸地和海洋受威脅和瀕危物種具有可比性是未來可進一步深入探究領域。此外,能值方法作為一種系統生態學方法,可從單一受威脅和瀕危物種在棲息環境中的能流圖著手分析其生態過程,也可進一步了解物種棲息地變化及其擾動狀況,從而更有針對性提出物種保育管理措施。

4.2 物種瀕危等級界定有待規范與及時更新

瀕危等級界定是確定物種優先保護順序和制訂受威脅和瀕危物種保育策略的重要依據[33,43],目前存在等級劃分標準不統一[7,51],多管齊下,給價值評估造成很大難度。同時,以廈門市陸域為案例的研究中,普通物種占比77.98%,而受威脅和瀕危物種比重較小,表明存在較多物種并未進行瀕危等級界定,而受威脅和瀕危物種的瀕危等級直接影響價值估算結果。此外,物種多樣性調查是一項十分復雜的工作,需要投入更多人力物力資源,一些常規生態學樣方調查及生態系統綜合觀測站的實測數據應用可為未來研究提供支撐作用。而且,物種多樣性及受威脅和瀕危物種的保育機制與它們棲息生境相關,生境質量變化影響物種種群數量變化,當前隨著現代城鎮化率水平不斷提升,人類活動空間不斷擠壓生態空間導致物種棲息地不斷縮減,物種銳減速率加快。已有研究報告也指出現有的各類物種保護名錄未能及時準確覆蓋我國的受威脅和瀕危物種,亟需更新[52]。

因此,后續研究中應綜合對比已有受威脅和瀕危物種界定標準,結合我國實際情況出臺受威脅和瀕危物種定級規范[18]。當前我國出臺了《中華人民共和國野生動物保護法》,相比美國1973年出臺的《瀕危物種法案》,我國法律對受威脅和瀕危的植物和海洋生物保護力度不足,亟需形成受威脅和瀕危物種名錄制度、棲息地保護制度及野生動物保護稅費制度等相關法規保障體系[53]。由于物種瀕危等級界定是一個動態變化的過程,積極開展生態系統紅色名錄數據庫建立很有必要[54]。此外,受威脅和瀕危物種價值評估模型離不開基礎數據支撐,特別是及時更新物種紅色名錄,確定受威脅和瀕危物種等級狀況,分析物種豐度及種群密度,注重在更深層次探究受威脅和瀕危物種形成及變化機制,以及物種多樣性與社會自然因素的耦合關系等。

4.3 加大受威脅和瀕危物種的保護成效分析

通過將納入計算的受威脅和瀕危物種及普通物種按照能值法估算能值總量為6.50×1023sej,其中2015年價值總量為4.00×1011元,相當于廈門市當年GDP的近四分之一;2010年為3.48×1011元,相當于廈門市當年GDP的1.5倍;受威脅和瀕危物種能值與價值都占總值的88.31%,表明受威脅和瀕危物種保護成效顯著。同時,以物種大面積瀕危為特征的生物多樣性危機是目前人類面臨的嚴重危機之一[55],加大受威脅和瀕危物種的保護成效分析意義更加突出,當前研究主要關注自然保護地[9]、瀕危物種拯救[56]及自然保護區[25,57]等方面的保護成效分析,缺乏對不同保護等級受威脅和瀕危物種保護成效的對比分析,因此有學者提出可設立“珍稀瀕危物種保護成效評價技術導則”[58]。此外,現階段我國也面臨著生物多樣性國際履約[59]、IPBES[60](The Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services)及TEEB[61]等生物多樣性保護主流化議題,因此加強受威脅和瀕危物種的價值評估和不同保護等級的保護成效分析有助于國際談判和提高公民意識,推動全社會對生物多樣性保護的重視與參與。

5 結論

(1) 經估算2010年中國社會-經濟-環境系統能值為7.49×1025sej/a,能值/貨幣比率為1.87×1012sej/＄,地球上單個物種能值轉換率為2.03×1025sej/種。

(2)借鑒能值方法增加瀕危等級的廈門市陸域受威脅和瀕危物種能值量和價值量估算結果顯示,去重復性計算能值總量為5.74×1023sej,其中2015年能值價值約為3.53×1011元,2010年能值價值約為3.08×1011元。

(3)中國特有種等級對受威脅和瀕危物種價值估算貢獻最大,占比為73.25%;其次為IUCN瀕危等級,占比為23.24%;國家保護等級和IUCN瀕危等級中受威脅和瀕危動物的保護成效優于植物,而CITES附錄等級和中國特有種等級正好相反;不同保護等級價值評估結果對物種保護成效作用顯著,但國家保護等級和CITES附錄等級對瀕危物種價值估算貢獻力度有限。

致謝：感謝廈門市環境保護局在實地調研中提供的幫助,中國環境科學研究院李俊生研究員幫助寫作，特此致謝。