生態系統生產總值核算理論在生態文明評價中的應用
——以三亞市文門村為例

耿 靜,任丙南

1 三亞學院翟明國院士工作站, 三亞 572000 2 三亞學院旅酒學院, 三亞 572000

打造人與自然和諧共生發展的美麗宜居鄉村是中國特色社會主義新時代鄉村振興戰略的重要內容[1]。當前,鄉村生態文明建設已經不僅僅是解決環境衛生狀況問題,更重要的是以整體觀統籌治理山水林田湖草系統。生態系統綜合管理理念是實施山水林田湖草生態保護的核心理論基礎[2]。森林、草原、濕地、河流、山脈等環境要素具有多重服務價值,各服務之間存在此消彼長的權衡或彼此增益的協同關系,生態系統綜合管理需要進行多目標權衡,維護和提升區域生態系統服務功能[3- 4]。因此,當前生態保護和建設突出強調對生態系統的綜合管理與保護,以促進各生態系統全面的生態服務功能充分發揮為目標[5- 6]。已有較多的研究證實,生態系統服務功能的價值評估極大增進了人們對生態服務功能的認識[7- 9],同時為制定管理政策和評估政策提供了參考依據[10- 11]。目前,國家層面已經提出要把生態效益納入經濟社會發展評價體系,建立體現生態文明要求的績效評價考核和責任追究制度,并在一些重點生態功能選擇試點開展了以生態系統生產總值核算理論和方法為依托的評估[12-13]。

海南省1998年在全國率先提出建設生態省,2007年明確實施“生態立省”戰略。多年來,環境質量持續全國領先。良好的生態環境成為海南發展的最強優勢和最大本錢[14]。鄉村生態文明建設是海南生態省建設的主戰場,也是海南生態省建設的“細胞工程”。2000年就在全國首先開展文明生態村創建活動。到2017年海南累計創建文明生態村17934個,占全省自然村總數的85%以上[15]。文明生態村建設最突出的成效是改善了村容村貌、鄉村道路基礎建設和環境衛生狀況,持久創建在一定程度上使海南鄉村的發展沒有付出沉重的資源環境代價,保留了綠水青山、詩意田園。但如何將綠水青山的生態資源優勢轉化為生態經濟優勢始終是海南省鄉村發展需要解決的突出問題。得利于文明生態村建設的基礎和良好的資源環境稟賦,海南在“十三五”期間開展實施“美麗海南百千工程”,計劃到2020年重點打造100個特色產業小鎮,建設1000個宜業宜居宜游的美麗鄉村[16]。同時,海南美麗鄉村建設和首個“全國全域旅游示范省”創建相結合,為鄉村生態產業化帶來了難得的機遇。但生態產業化的過程必將對村民生產和生活方式產生影響,鄉村土地利用/覆被也將會帶來變化,在一定空間上,就會存在開發利用與保護的沖突,以此產生對生態效益的影響。因此,今后的建設是否能確保生態系統健康和可持續發展,是否能確保生態產品供給和生態服務價值持續提升是當前在統籌山水林田湖草治理理念下美麗宜居鄉村生態文明建設的目標。而傳統的生態文明建設等級考核方式,不能反應生態資產的存量和流量,生態系統生產總值核算理論及方法可以起到核算生態資產價值的目標,起到客觀定量衡量鄉村生態文明建設成效的作用[17]。通過生態系統生產總值的增長、穩定或降低既可以反映生態系統對經濟社會發展支撐作用的變化趨勢[18],同時,又由于生態系統服務存在權衡關系,科學理解有利于實現經濟發展和生態保護的“雙贏”目標[19- 20]。因此,在海南省鄉村生態文明建設進入提質增效的生態產業化階段,生態系統生產總值核算可以為生態文明綠色發展績效考核提供方法；其次,在生態產業化的起步階段,生態系統生產總值可以客觀呈現美麗鄉村的生態價值,良好的生態環境是農村最寶貴的財富,以此可以吸引更多資本、技術、人才等要素向農村流動,推動綠水青山變成金山銀山。

國內研究學者在21世紀初就率先以海南為例,進行區域尺度的生態系統服務功能的空間分析與評價[21-23],以及基于此的生態補償標準的確立。研究區域主要集中在關系全國生態安全、承擔水源涵養和生物多樣性等重要生態功能的中部山區。此外,針對典型的森林生態系統[24- 26]、紅樹林生態系統[27]和特定的生態系統服務功能如土壤保持功能[28]、水源涵養功能[29]、固碳[30]等方面也開展了較豐富的研究,并且探討了人類活動對自然生態系統服務的壓力。但目前,還沒有在村域級別基于生態系統生產總值核算理論,使用高分影像和生態系統服務模型刻畫反應鄉村生態文明建設的研究。本文以海南省生態文明建設示范村三亞市天涯區文門村為例,探討村域范圍內生態系統生產總值核算的方法,估算其2017年的生態系統生產總值。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

文門村隸屬于海南省三亞市天涯區,地理坐標為東經109°19′,北緯18°19′。屬典型熱帶海洋季風氣候,年平均氣溫25.5℃,多年平均降雨量為1475.5 mm。村域面積19.6 km2,是一級行政村,下轄13個自然村(分別為上那后村,中那后村,下那后村,上文門村,中文門村,下文門村,加業村,神庭村,龍海村,西風村,拉丁村,東風村,力村),22個村民小組,總戶數1282戶,人口5845人。

該村莊是一個有一千四百多年歷史的純黎族聚居村莊,文化底蘊深厚,曾是州官朝宦往返崖州的驛站和隱歇之處。村落四周青山環繞,地理雄奇,田間屋后可見大量的肖形巨石,狗尾河和文門水兩條河流交匯于村內形成特有的水系流入南海,千畝稻田微風逐浪,百年貢果園古樹參天,山水、林木、庭院、果園、奇石構成了文門村獨特的自然田園風景。2017年,文門村因其良好的自然生態環境和美麗鄉村建設在村莊環境整治的突出成效,被國家住房和城鄉建設部列入全國第一批“綠色村莊”名單,2018年又被海南省住建廳授予“海南省五星級美麗鄉村”稱號。村民目前的經濟收入主要以種植水稻、豇豆、苦瓜、芒果等農產品為主,同時有外出務工收入,2016年人均年收入為9015元。

1.2 數據來源

本研究采用2017年4月份高分二號影像為主要數據源來解譯文門村各生態系統的面積及空間分布,該影像數據包括4個多光譜波段,空間分辨率為3.24 m；全色影像擁有1個波段(450—900 nm),空間分辨率為0.81 m。使用ENVI5.3軟件完成正射校正后,采用Nearest Neighbor Diffusion(NNDiffuse)Pan Sharpening算法進行多光譜影像與全色影像的融合,最終重采樣生成空間分辨率為1 m的高空間分辨率多光譜影像。生態系統類型圖主要基于處理后的高分二號數據采用面向對象的分類技術[31-32],引入非影像光譜信息強化目標的識別能力,實現快速、高效的分類技術運作。本研究區域分類精度達到90%以上。數字高程模型DEM,空間分辨率為30 m,來源于國際科學數據服務平臺。降水與溫度數據,基于普通薄盤和局部薄盤樣條函數插值理論[33],氣象樣點數據來源于中國國家計量信息中心/中國氣象局(NMIC/CMA)。實際蒸散發量既包括從地表和植物表面的水分蒸發,也包括通過植物表面和植物體內的水分蒸騰[34]。本研究在監測站點數據的基礎上,通過Kriging插值法進行空間內插得到蒸散發柵格圖層[35],數據來源于中國國家計量信息中心/中國氣象局(NMIC/CMA)。土壤數據來源于中科院南京土壤研究所提供的 1∶25 萬數字化土壤圖。NPP算法參考樸世龍等[36]、肖洋等[33]選用CASA模型。植被覆蓋度數據是基于像元二分模型通過高分影像反演得到[37-38]。大氣污染物濃度監測數據來源與海南省三亞市市政府,植被沉降速率及單位面積大氣污染物凈化量從Yang等[39]文獻中獲取。負離子濃度數據選用文獻[26]提供的海南省次生林負離子濃度進行計算。

2 研究方法

生態系統生產總值是指在一定區域和時間內生態系統為人類提供的最終產品與服務的價值總和[18,40]。本研究結合文門村生態系統產品和服務特征,在進行生態系統生產總值核算時,首先構建了表1所示的生態系統產品和服務核算指標體系,根據該體系計算產品與服務的功能量,其次確定產品與服務的價格,最后通過功能量與價格計算生態系統生產總值。

在時間選取上,本研究將2017年作為研究年份。由于國產高分二號影像數據僅從2015年開始,結合Landsat TM數據及實地調查了解到,文門村是黎族村落,黎族村民奉行自然崇拜,愛護古樹、保護林木已經成為文門人的自覺行為,而且鄉村沒有經歷工業化的過程,近十余年該村的生態系統格局變化較小。當前的生態文明建設主要體現在對鄉村基礎設施的完善和環境衛生的整治,生態產業化還處于起步階段,因此,文門村的生態系統服務功能的時間變化特征不突出,所以目前在研究時間尺度上僅選擇了一期年份做估算。今后隨著生態產業化過程的深入實施,可以從動態的角度對生態系統生產總值進行核算,以評價及科學推進生態文明建設。

表1 生態系統生產總值功能量核算指標

2.1 生態系統服務功能

2.1.1水源涵養功能

通過水量平衡方程(1)計算。水量平衡原理是指在一定的時空內,水分的運動保持著質量守恒,或輸入的水量和輸出的水量之間的差額等于系統內蓄水的變化量[10]。

(1)

式中,Qwaterconservation為水源涵養量(m3/a)；Pi為降雨量(mm/a)；Ri為徑流量(mm/a)；ETi為蒸散發量(mm/a)；Ai為i類生態系統的面積(m2)；i為研究區第i類生態系統類型；j為研究區生態系統類型數。

2.1.2洪水調蓄功能

生態系統可以調節水流,并通過臨時儲存水來緩解洪水。其洪水調蓄量可以基于如下公式(2)計算：

(2)

式中,Cfc為生態系統洪水調蓄能力(m3/a)；Phi為暴雨降雨量(mm/a)；Rfi為暴雨地表徑流(mm/a),用徑流系數確定；Ai為生態系統的面積(m2)。

2.1.3固碳釋氧功能

參考文獻[32],依據式(3)計算固碳功能:

NEP=NPP-Rs

(3)

式中,NEP為生態系統森林固碳量(g Cm-2a-1)；NPP為生態系統森林凈生產力(g Cm-2a-1)；Rs為森林土壤呼吸損失碳量(g Cm-2a-1),計算方法參考文獻1。

依據式(4)計算釋氧功能：

Ooxygenproduction=NPP×1.19

(4)

式中Ooxygenproduction為生態系統釋氧量(g Cm-2a-1)；NPP為生態系統凈初級生產力(g Cm-2a-1)；

2.1.4空氣凈化功能

空氣凈化功能主要包括植被吸收大氣中的污染物起到大氣凈化的功能和生產負離子的功能。研究選用生態系統吸收二氧化硫、氮氧化物、阻滯吸收粉塵等指標核算生態系統凈化空氣的能力。大氣中的顆粒污染物主要通過干沉降作用機制被運輸到植被的表面而被吸收、過濾、阻隔和分解。

參考文獻[39],依據式(5)計算空氣污染流：

Fi=Vdi×Ci

(5)

式中,Fi為污染流(g cm-2s-1),Vdi為沉降速率(cm/s),Ci為空氣污染物濃度(g/cm3)。i=1表示二氧化硫,i=2表示氮氧化物,和i=3表示總懸浮顆粒物。

參考文獻[39],依據式(6)計算被植被所吸收的空氣污染流：

Fit=Fi×CA×T

(6)

式中,Fit為植被凈化空氣污染物量,CA為某一時期柵格的植被覆蓋度,T為持續的時間。本研究只關注林地和園地生態系統,不考慮空氣污染物在其他土地類型表面的沉降(如建筑用地,街道,水體等)。

累加植被凈化的多種污染物得出生態系統大氣凈化總量,式(7)。

(7)

式中,Qairpurification為生態系統大氣凈化總量(kg/a)；i為大氣污染物類別。

生產負離子量依據《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721- 2008)提供公式(8)計算[41]：

(8)

式中,Qanion為生態系統提供負離子個數(個/a)；Ci為負離子濃度(個/cm3)；Ai為生態系統的面積(hm2)；Hi為植被高度(m)；L為負離子壽命(min)。本研究主要關注林地生態系統產生負離子量。

2.2 生態系統生產總值核算

進行生態系統價值量核算時,一般采用的方法大致分為實際市場法、替代市場法和模擬市場法[13]。在文門村生態系統生產總值核算中,產品供給功能價值量通過市場價值法進行評估,調節功能產生的價值主要用替代市場法進行評估。對于有當年單價的生態系統產品和服務,根據當年價格核算其當年的價值；對于沒有當年單價的生態系統產品和服務,將其在某一時期的價格,通過價格指數折算成當年的名義價格,用名義價格核算這些生態系統產品和服務當年的價值。

水源涵養價值主要表現在蓄水保水的經濟價值,此處采用影子工程法,用模擬建設一座蓄水量與生態系統水源涵養量相當的水庫,所需要的費用作為生態系統的蓄水保水價值。洪水調蓄價值主要體現在減輕洪水威脅的經濟價值,洪水調蓄功能與水庫的作用非常相似,運用影子工程法,通過建設水庫的費用成本計算生態系統的洪水調蓄價值。固碳釋氧的經濟價值采用造林成本法和工業制氧成本法評估。生態系統空氣凈化價值采用防治費用法,通過工業治理大氣污染物成本評估生態系統大氣凈化價值。負離子價值按替代成本法《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721- 2008)的推薦值計算。本研究運用到的價值核算參數信息主要來源于文獻[41-43]。

3 結果與分析

3.1 生態系統類型空間特征

文門村生態系統類型以林地為主,森林覆蓋面積達到62.6%以上,其次為耕地和園地,分別約占15.5%和11.2%。城鎮和交通用地分別占5.8%和1.0%。濕地和人工綠地面積較低,僅為3.4%和0.06%(圖1,表2)。

表2 海南省三亞市天涯區文門村不同生態系統面積與比例

圖1 2017年海南省三亞市天涯區文門村生態系統類型分布Fig.1 The distribution of the ecosystems in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

圖1可以看出,文門村主要村落集中在中部區域,經過實地調查掌握到,該區域內包含12個自然村,有居民住戶1224戶,聚集了95%村民。文門村的耕地、園地、村鎮建筑用地基本均集中在此區域。該區域三面環山,地勢呈西高東低的特征。中部村落由北經西向南被鍋嶺、那后嶺、金星嶺、布山嶺、馬嶺環繞。北部區域主要以熱帶山林為主,兼有一座水庫,該區域僅有1個自然村力村。海南環島西線高速公路G98從西向東將文門村中部村落和南部山嶺馬嶺相隔。南部區域馬嶺和三亞市天涯海角景區相接,成為天涯海角景區重要的景觀資源。

3.2 生態系統服務功能量及空間特征

文門村生態系統水源涵養總體上呈現南高北低特征,森林、園地生態系統發揮著重要的涵養功能(圖2)。由于南部地區降水豐富,使得南部地區的森林和園地水源涵養量較高；而北部地區由于多年降水相對較少,導致其水源涵養整體偏低,但北部地區的水庫涵養量較高。2017年文門村生態系統水源涵養總量為1508.0 萬m3,單位面積水源涵養量為0.7 m3/m2。

洪水調蓄總體上呈現北高南低、由北到南逐漸遞減特征。由于文門村暴雨降雨集中發生在北部地區,所以北部地區的森林、園地、濕地等生態系系統發揮著重要的洪水調蓄功能(圖3)。2017年文門村生態系統洪水調蓄總量為196.7萬m3,單位面積洪水調蓄量為0.1 m3/m2。其中,各生態系統中,森林是文門村生態系統洪水調蓄功能的主體,其洪水調蓄量為142.6萬m3,約占洪水調蓄總量的72.5%。

生態系統固碳釋氧量空間特征總體一致,均呈現北南高中間低、由南北向中部逐漸遞減特征(圖4和圖5)。固碳釋氧量較高的區域主要集中在北部和南部的林地,而中部地區的固碳釋氧量偏低。由于北部和南部地區植被集中,土壤質地好,生物多樣性豐富,所以該地區固碳能力較高。2017年生態系統固碳總量為14228.4 t,單位面積固碳量為699.7 g C/m2。生態系統釋氧總量為30957.6 t,單位面積釋氧量為1521.8 g/m2。

生態系統大氣污染物凈化空間特征呈現北高南低特征(圖6)。空氣凈化量較高的區域主要集中在北部的林地和園地,而南部地區的綠地和林地空氣凈化能力偏低。由于北部地區靠近山區,自然植被集中,植被覆蓋度和葉面積較高,對污染物的吸收能力較南邊人工植被更高,所以該地區植被能吸收較多的空氣污染物特別是懸浮顆粒物,所以該地區空氣凈化量較高。2017年生態系統空氣凈化總量為198.2 t,其中SO2凈化量為31.7 t,NOx凈化量為43.5 t,懸浮顆粒物凈化量為122.9 t。2017年生態系統產生負離子量為5024.59×1019個。

圖2 文門村生態系統水源涵養量Fig.2 Water conservation of ecosystem in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

圖3 文門村生態系統洪水調蓄量Fig.3 Flooding mitigation of ecosystem in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

圖4 文門村生態系統固碳量Fig.4 Cfixation of ecosystem in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

圖5 文門村生態系統釋氧量Fig.5 Oxygen production of ecosystem in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

圖6 文門村生態系統空氣凈化量Fig.6 Air purification of ecosystem in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

3.3 生態系統生產總值

3.3.1生態系統產品價值

文門村生態系統產品主要是水稻種植和冬季蔬菜。水稻種植面積約248 hm2；豇豆種植面積約113 hm2。2017年生態系統產品產值為2567萬元,其中農產品產值約2522 萬元,水資源價值為45萬元(表3)。農產品中豇豆產值貢獻最大,其次是苦瓜。水資源價值中盡管農業灌溉用水量遠大于生活用水,但由于農業灌溉不收取水資源費,因此在當年度水資源價值量計算中并沒有體現出農業灌溉用水的價值。

表3 文門村2017年生態系統產品價值量

3.3.2生態系統服務價值

根據文門村生態系統調節服務功能量,2017年文門村生態系統所產生調節服務價值為7730.80萬元,其中水源涵養服務功能的價值量最大,達到3287.44 萬元,約占總價值量的42.52%；其次為固碳釋氧和洪水調蓄的價值量,分別為2815.32萬元和1593.32 萬元；空氣凈化價值占比較低,但其中的負氧離子價值占空氣凈化價值的67.37%(表4)。

表4 文門村2017年生態系統調節服務價值核算表

對比分析各類型生態系統服務價值,林地對生態系統服務價值貢獻作用最大,其服務價值為5378.33萬元,約占總服務價值的69.57%；其次為耕地和園地生態系統,約占總服務價值的14.86%和11.66%。文門村濕地和綠地的服務價值占比較低,分別占文門村生態系統總間接價值的3.84%和0.07%(表5)。

3.3.3文門村生態系統生產總值

文門村2017年生態系統生產總值是10297.79萬元,生態系統產品價值占24.93%,調節服務價值占75.07%,單位面積生態系統生態總值為5.06萬元/hm2。文門村的生態系統調節服務價值遠遠高于其農業生產價值,說明該地區的自然生態系統對地區可持續發展的作用十分顯著,政府應該繼續加強對自然生態系統的保護和管理,特別是對該地區的森林生態系統的保護。

表5 文門村2017年各類生態系統調節服務價值

Table 5 Value of ecological regulation services in different ecosystem types in Wenmen Village, Tianya District, Sanya City, Hainan Province (2017)

類型Types水源涵養價值/萬元Value of water conservation洪水調蓄價值/萬元Value of flooding mitigation固碳釋氧價值/萬元Value of C fixation and oxygen production空氣凈化價值/萬元Value of air purification小計/萬元Subtotal比例/% Percentage林地 Forest2130.911155.702058.0033.725378.3369.57綠化用地 Green spaces2.720.641.620.004.980.07濕地 Wetland131.9870.7494.500.00297.223.84耕地 Farmland613.70180.31355.130.001149.1414.86園地 Orchard408.13185.93306.071.00901.1311.66城鎮 Urban village land0.000.000.000.000.000.00交通 Transport land0.000.000.000.000.000.00工礦 Industry land0.000.000.000.000.000.00

4 結論

國家從戰略定位上提出把海南建設成為“國家生態文明試驗區”,為推動全國生態文明建設探索新經驗。以綠色發展為導向的考核評價體系的建立將是海南省生態文明建設體制改革的重要內容。生態系統生產總值核算可以客觀呈現海南省美麗鄉村的生態優勢和生態價值,能充分科學驗證綠水青山就是金山銀山,用當前的自然生態優勢吸引最好的投資,以此實現鄉村生態效益最大化。同時在海南美麗鄉村進入生態產業化階段,該方法可以起到精細化、流程化監督、評價鄉村生態文明綠色績效的目的,以其不降低作為約束條件增強可持續發展能力。

本研究首次將生態系統生產總值核算理論應用到鄉村生態文明評價中。基于高分辨遙感數據和插值數據,以生態系統服務模型為技術手段,計算出鄉村生態系統服務功能量和價值量。2017年海南省三亞市文門村生態系統生產總值約為10297.79 萬元,其中生態產品的價值達到2567 萬元,生態系統調節服務的價值約為7730.80萬元。“天涯苦瓜”和“文門豇豆”是其馳名的農業產品,此兩項農產品的價值占總生態產品價值的77.7%。所計算的四類生態系統調節服務的價值按大小排序依次是水源涵養>固碳釋氧>洪水調蓄>空氣凈化,水源涵養價值占總調節服務價值的42.66%。文門村的林地生態系統所貢獻的價值最大,其次為耕地和園地。

隨著美麗鄉村建設的深入和自然資源管理制度的健全,未來文門村的生態系統生產總值將會有較大的變化。在本研究中文門村的農業灌溉主要來自于本村的土壤水庫和力村水庫,但目前不征收農業灌溉水資源使用費。因此,產品供給價值中這部分價值的當前市場價值為零。但隨著國家水資源有償使用制度改革的推進,農業用水方式由粗放式向精細化轉變,農業灌溉的水資源價值將合理體現。此外,生態系統的文化功能價值由于還沒有通過生態旅游、生態教育的效應對外顯現,本研究中沒有計算其產生的價值。但在三亞市天涯區城鄉發展規劃中,文門村定位為田園特色的高端文化體驗和康年養生度假區,確立了“天涯古村,文(彩)繪之鄉”的村莊愿景。未來伴隨生態農業與鄉村旅游的有機融合,同時對文門村歷史文化遺跡遺存的發掘,以文門村為依托的黎族非物質文化遺產功能的發揮,以休閑娛樂價值和文化遺產價值構成的文化服務價值將是核算的一個重要組成部分,今后需要增加生態產業化帶來的文化服務價值到生態系統生產總值核算內容中。