鞏 杰,降同昌,謝余初,趙彩霞,岳東霞

(蘭州大學西部環(huán)境與氣候變化研究院西部環(huán)境教育部重點實驗室, 甘肅蘭州 730000)

生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的條件與效用[1-4]。它是人類賴以生存和發(fā)展的基礎,是人類所擁有的、關鍵的自然資本,與人造資本、人力資本一起構成人類福利[5]。生態(tài)系統(tǒng)服務功能的變化直接影響著人類的福利狀況,維持和保育生態(tài)系統(tǒng)服務功能是社會經濟可持續(xù)發(fā)展的基礎。當前,多數生態(tài)系統(tǒng)服務研究多是從物理量和價值量兩個方面分析和探討生態(tài)系統(tǒng)服務價值,發(fā)展了針對不同生態(tài)系統(tǒng)服務的評價方法與貨幣化測算[4-8]。文獻[9-13] 進一步探討和完善了Costanza 等[4]的生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估理論、評價模型與方法等?？偟膩碚f,Costanza等[4]提出的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值研究是基于全球靜態(tài)總平衡輸入輸出模型的評估和基于全球靜態(tài)部分平衡模型的評估,是與生態(tài)系統(tǒng)結構和功能有關的生態(tài)系統(tǒng)本身的價值,是生態(tài)系統(tǒng)服務的靜態(tài)價值,并且對生態(tài)系統(tǒng)服務的空間異質性考慮不足。謝高地等[13]雖對生態(tài)系統(tǒng)價值系數等進行了修訂,得到了“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表。”但仍屬于靜態(tài)生態(tài)價值研究。而在實際應用于指導以社會、經濟、生態(tài)綜合效益最大為目標的流域水土資源優(yōu)化配置決策時,由于靜態(tài)生態(tài)價值并不能反映資源的稀缺程度和隨社會經濟發(fā)展水平變化的對生態(tài)價值的支付意愿,因而,這些研究成果難以得到應用。大量研究表明,生態(tài)價值的定量評估不僅是可能的,而且是高效、合理配置競爭性需求的環(huán)境資源的基礎[1,3-4,13-14]。因此,進行生態(tài)價值的量化評估,并將其納入國民經濟核算體系,才能促進自然資本開發(fā)的合理決策,有利于保護生態(tài)系統(tǒng)并最終有利于人類自身的可持續(xù)發(fā)展[3,5]。這一點在水土資源稀缺地區(qū)(如干旱區(qū))尤為重要[5]。如何將這種無法在市場上公開交易的生態(tài)價值轉化為現(xiàn)實價值,直接指導管理決策是生態(tài)學家、經濟學家共同面臨的挑戰(zhàn)。李金昌[14]提出用社會發(fā)展階段系數來校正生態(tài)價值核算結果。Wilson 等[15]通過轉移法研究景觀的生態(tài)價值。粟曉玲等[16]建立了基于發(fā)展階段系數和資源緊缺度的生態(tài)價值動態(tài)估算方法,可為有效地開展生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估與生態(tài)系統(tǒng)有效管理和決策支持提供數據支撐和科學依據。

水資源是制約干旱區(qū)、半干旱區(qū)社會經濟良性發(fā)展的關鍵因子。水資源的多寡、時空分布的均衡程度等直接關系著干旱區(qū)綠洲的發(fā)展狀況,威脅著人類健康和安全以及區(qū)域生態(tài)安全。水庫是一種介于河流與湖泊之間的半人工半自然的水體[17],水庫的修建是調解水資源時空分布的主要手段,在灌溉、防洪、養(yǎng)殖等方面起著巨大的作用[18-21],在改善水資源利用、處理和減輕中國所面臨的問題和挑戰(zhàn)方面,水壩建設仍將是有效的方法[22],在干旱區(qū)、半干旱區(qū)尤為重要。但是,水壩對生態(tài)環(huán)境的影響仍存在著持續(xù)的爭論[20-21]。雖然,目前已有學者對水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行了研究[23-26],但對干旱區(qū)的水庫生態(tài)系統(tǒng)服務的研究卻鮮有報道。筆者擬開展紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的實際靜態(tài)生態(tài)價值及其轉化為現(xiàn)實可接受的動態(tài)價值的量化評估,為生態(tài)價值研究成果進一步應用在水資源配置與管理中提供途徑[27-28],以期為干旱區(qū)的水庫研究提供參考,為干旱區(qū)水資源利用、水庫生態(tài)系統(tǒng)管理[28-30]及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展政策實施等提供科學支撐。

1 研究區(qū)概況

紅崖山水庫位于河西走廊東北部,石羊河下游,處于騰格里和巴丹吉林兩大沙漠的包圍之中,四周環(huán)繞沙漠和鹽堿荒漠,處于甘肅省民勤縣境內的黑山與紅崖山前谷地中,距民勤縣城30 km,是一座沙漠洼地蓄水工程和亞洲最大的沙漠水庫。水庫始建于1958 年,經初建、加固續(xù)建、擴建而成,于1980 年最后建成[31]。水庫面積為30 km2,2007 年的蓄水量為1.9 億m3[32]。它是以灌溉為主兼防洪和養(yǎng)魚的大型水利工程。

2 研究方法

2.1 數據來源

民勤縣糧食作物的單產、面積、恩格爾系數、來水量、耕地面積、農業(yè)產值和GDP 數據均源于文獻[33] ,紅崖山水庫的土地利用類型對應為水體。

2.2 靜態(tài)生態(tài)價值計算方法

Costanza 等[4]的研究使生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的原理和方法從科學意義上得以明確,但該項研究中某些數據存在較大偏差,如對耕地的估計過低,對濕地又偏高等, 引起學者廣泛而強烈的爭論[13,33-35]。我國學者謝高地等[13]在Costanza 等[4]提出的評價模型基礎上,通過對國內生態(tài)學學者的問卷調查,得出了“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表”,該表定義1 hm2全國平均產量的農田每年自然糧食產量的經濟價值為1,其他生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值當量因子是指生態(tài)系統(tǒng)產生該生態(tài)服務相對于農田食物生產服務貢獻的大小,并確定單位生態(tài)服務價值當量因子的經濟價值量等于全國平均糧食單產市場價值的1/7,以此將價值因子表轉換成生態(tài)系統(tǒng)服務單價表。根據謝高地等[13]的方法,依照式(1)[37],計算出紅崖山水庫所在民勤縣單位面積農田生態(tài)系統(tǒng)提供糧食生產服務功能的經濟價值,參照“中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表”,計算出紅崖山水庫各類生態(tài)系統(tǒng)服務功能的單位面積經濟價值(表1)。

表1 紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務構成及其價值

式中：Ea 為農田生態(tài)系統(tǒng)提供食物生產服務功能的經濟價值,元/hm2;i 為作物種類,紅崖山水庫所在民勤縣主要作物為小麥、玉米和棉花;mi 為i 種糧食作物面積, hm2;pi為i 類作物全國平均價格,元/t;qi為i 種糧食作物單產,t/hm2;M 為糧食作物總面積,hm2。

紅崖山水庫的生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算(除食物生產價值之外),其計算公式為

式中：V 為生態(tài)系統(tǒng)服務價值,元/a;A 為紅崖山水庫的面積,hm2;Xi 為i 類服務功能的價值當量因子。

2.3 灌溉糧食增產價值

紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)價值的一個重要組成是它的農田灌溉糧食增產價值,考慮到干旱區(qū)“無灌溉就無農業(yè)生產”這一現(xiàn)實情況,采用灌溉糧食增產價值來估算紅崖山水庫的灌溉糧食生產服務價值。雖然民勤縣糧食的產量與灌溉、農技、品種、化肥、農藥等因素有關,但滿足糧食作物生長的需水要求,則是保證灌溉糧食產量的關鍵因子。因此,紅崖山水庫的灌溉糧食增產價值評估的計算式為

式中：V灌為灌溉糧食增產價值,元/a;F 為效益分攤系數, %;G 為水利用率, %;B 為灌溉水量,m3;C為保證單位面積作物正常生長的需水量,m3/hm2;D為農業(yè)生產總值,元/a;E 為農田面積,hm2。

2.4 紅崖山水庫的靜態(tài)生態(tài)總價值

紅崖山水庫靜態(tài)生態(tài)總價值包含基于Costanza等[4]和謝高地等[13]估算的生態(tài)系統(tǒng)服務價值V 和灌溉糧食增產價值V灌兩部分,在上述分部分生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算的基礎上,紅崖山水庫總的靜態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務價值的具體計算公式為

式中：V總為靜態(tài)生態(tài)總價值,元/a。

2.5 動態(tài)生態(tài)價值的估算方法

利用上述方法得出的結果,是生態(tài)系統(tǒng)服務功能的靜態(tài)生態(tài)價值,它并不能反映資源的稀缺程度和社會經濟發(fā)展變化對生態(tài)價值的支付意愿。為此,采用發(fā)展階段系數[14]和資源緊缺度[16]來修正靜態(tài)生態(tài)價值,以便盡可能地反映出現(xiàn)有社會發(fā)展水平和資源稀缺程度下的現(xiàn)實價值。動態(tài)生態(tài)價值是指某一區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務功能在特定人群一定支付意愿下的貨幣價值[16]。資源緊缺度在資料缺乏時,可用關鍵因子來替代,其計算式為

式中：Q 為資源緊缺度;M 為維持生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的資源需求量;N 為資源的實際存量。

由于水資源是制約民勤綠洲生態(tài)系統(tǒng)的關鍵因子,因而可用最大生態(tài)需水量與實際生態(tài)用水量之比來替代民勤縣的資源緊缺度,則紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務的動態(tài)價值的計算式為

其中

式中：VES為動態(tài)生態(tài)價值;P 為發(fā)展階段系數;t 為社會發(fā)展階段;E n 為恩格爾系數(一個國家或地區(qū)人民的食品支出與總消費支出的比值,用于衡量人們的生活水平)。

3 結果與分析

根據民勤縣2007 年國民經濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報[33]得知：主要作物小麥、玉米、籽棉的單產分別為7.29 t/hm2、9.18 t/hm2、3.56 t/hm2, 面積分別為10486.9hm2、4 025.7 hm2、18 246.7 hm2。2007 年全國小麥、玉米、籽棉的平均價格分別為1 480 元/t、1 500 元/t、5800 元/t。把上述數據代入式(1),得Ea為2378 元/hm2。將E a 值代入價值當量因子表,得到紅崖山水庫的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務的經濟價值系數(表1)。將所得的生態(tài)系統(tǒng)服務價值系數代入式(2),得V 為3.2722 億元/a。

依據民勤縣農機推廣中心對民勤縣農作物用水量多年的調查材料[33,38],小麥、棉花(大田漫灌)、地膜玉米的用水量分別為7 350m3/hm2、5 200m3/hm2、7 200 m3/hm2。按主要作物最高需水量7 350 m3/hm2來計算,效益分攤系數為0.65[38],灌溉水利用系數0.62 ～0.69[38],取其平均值為0.66,紅崖山水庫年放水量1.44 億m3,農業(yè)產值9.12 億元,耕地面積61173.33hm2[33],將以上數據代入式(3),得灌溉糧食增產價值(V灌)為1.253 億元。將V、V灌代入式(4),得總靜態(tài)生態(tài)價值為4.5252 億元/a。

將民勤縣2007 年恩格爾系數0.58[33]代入式(7)—(8),得民勤縣的發(fā)展階段系數為0.22。

20 世紀50 年代影響民勤綠洲生態(tài)系統(tǒng)服務功能的水資源相對豐富,因此可用20 世紀50 年代平均來水量5.42 億m3作為最大生態(tài)需水量[39],2007年1.582 7 億m3[33]用作實際用水量, 將其代入式(5),可得資源緊缺度為3.55。將P 、Q、V總值代入式(6),得紅崖山水庫的動態(tài)價值為3.5297 億元/a。

經上述計算,可知2007 年紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的靜態(tài)價值為4.5252 億元/a?？梢钥闯?紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能主要為：水源涵養(yǎng)1.453 9 億元/a、廢物處理1.296 9 億元/a 和食物生產1.253 0 億元/a。這3 部分分別占水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的32.13%、28.65%和27.69%,而其他的生態(tài)系統(tǒng)服務功能如生物多樣性保護、娛樂文化、氣候調解等僅占11.53%(表1)。

筆者采用資源緊缺度和社會發(fā)展階段系數等估算得到2007 年紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的動態(tài)經濟價值為3.529 7 億元/a,占水庫靜態(tài)經濟價值的78%?？梢?在干旱區(qū),社會經濟發(fā)展水平和水資源的稀缺性影響著人們對水庫生態(tài)系統(tǒng)服務價值的支付意愿的大小。即水資源緊缺度愈大(愈緊缺),或者隨著社會經濟發(fā)展水平的越高(社會越發(fā)展),紅崖山水庫的生態(tài)系統(tǒng)服務價值(即當地的水資源的服務價值)也就越大,人們的對水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的支付意愿越高。

4 結 語

筆者以典型沙漠水庫——紅崖山水庫為例,開展了干旱區(qū)水庫的生態(tài)系統(tǒng)服務的經濟價值估算。結果表明,紅崖山水庫具有多種生態(tài)服務功能,其經濟價值為4.525 2 億元/a,主要生態(tài)服務功能是水源涵養(yǎng)1.453 9 億元/a、廢物處理1.296 9 億元/a 和食物生產1.253 0 億元/a 等,這與水庫所處地理位置的特殊性及其灌溉、防洪和水源涵養(yǎng)等功能是相一致的。水庫建設在防洪減災、調蓄水量、灌溉發(fā)電等方面帶來巨大的經濟效益和社會效益的同時[17-18,26-30],也對河流進行了控制[20-21],從而使整個河流生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化[18,21,28-29,40]。客觀評價水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其對區(qū)域環(huán)境的影響,對完善我國水庫工程環(huán)境影響評價和水庫生態(tài)系統(tǒng)管理和保護均具有重要意義。本研究可為紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務經濟價值的公眾認知和水庫生態(tài)系統(tǒng)管理提供科學依據和參考應用。

需要說明的是,該研究屬于探索性工作,僅估算了紅崖山水庫生態(tài)系統(tǒng)服務功能的經濟價值和水庫生態(tài)系統(tǒng)服務的正效應,忽視了負效應[41]和水庫的存在價值和遺產價值,如紅崖山水庫蓄水擠占庫區(qū)下游的生態(tài)用水導致沙漠化加劇等。另外,筆者采用影響干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的關鍵因子——水資源的緊缺度來反映資源緊缺度的方法,僅適用于干旱區(qū),對水庫生態(tài)系統(tǒng)服務的動態(tài)價值估算,尚待進一步分析和完善[17,41]。

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