申海建，陳嘯玨

（1.湖南省測繪科技研究所，湖南 長沙 410007；2.湖南大學環(huán)境科學與工程學院，湖南 長沙 410082）

基于LUCC的張家界市生態(tài)補償研究

申海建1*，陳嘯玨2

（1.湖南省測繪科技研究所，湖南 長沙 410007；2.湖南大學環(huán)境科學與工程學院，湖南 長沙 410082）

本文基于張家界市土地利用/土地覆蓋變化，通過改進的生態(tài)系統(tǒng)服務價值與生態(tài)足跡的方法，測算了研究區(qū)域的生態(tài)補償額度。研究表明：（1）從2001～2013年張家界市各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，永定區(qū)呈下降態(tài)勢；增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，慈利縣增幅最小。（2）2013年張家界市的人均生態(tài)足跡為1.3625 hm2，而實際生態(tài)承載力為0.9556 hm2，人均可利用生態(tài)承載力為0.8409 hm2，則人均生態(tài)赤字為-0.5215 hm2。（3）計算出了張家界市各縣（區(qū)）的生態(tài)補償標準，其中慈利縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為18.61億元；其次是永定區(qū)，為10.49億元；再次是武陵源區(qū)，為582.12萬元；最小的是桑植縣，為359.70萬元。評價結(jié)果將促進張家界市生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

土地利用/土地覆蓋變化；生態(tài)系統(tǒng)服務價值；生態(tài)足跡；生態(tài)補償；張家界市

隨著全球變化研究工作的深入，土地利用/土地覆蓋變化（land use/land cover change, LUCC）研究逐漸成為全球環(huán)境變化研究的重要領域，是全球環(huán)境研究的熱點和前沿問題[1]。生態(tài)補償（ecological compensation, EC）是為實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展采用的一種經(jīng)濟手段，是當前生態(tài)經(jīng)濟學界的熱點問題[2]。所以生態(tài)系統(tǒng)服務價值（ecosystem service value, ESV）評估是生態(tài)補償?shù)幕A工作之一，能為研究區(qū)域生態(tài)補償提供量化標準。生態(tài)補償目前受到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，在國外，也有許多國家實施了生態(tài)補償計劃，如英國保護生物多樣性的北約克摩爾斯農(nóng)業(yè)計劃、瑞士保護農(nóng)業(yè)環(huán)境的補償政策、德國易北河流域生態(tài)補償、哥斯達黎加森林生態(tài)效益補償?shù)鹊?。國外學者在農(nóng)業(yè)、濕地、流域等領域進行了大量的生態(tài)補償實踐，這些實踐探索在一定程度上促進了生態(tài)環(huán)境保護和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[3～5]?！吧鷳B(tài)補償”的本質(zhì)內(nèi)涵是生態(tài)服務功能受益者對生態(tài)服務功能提供者付費的行為[6]。國內(nèi)研究者也積極從基于生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)補償理論與實證開展了研究[7～9]。但是由于生態(tài)補償對象的多樣性，生態(tài)補償范圍的不確定性等原因，使得生態(tài)補償范圍、標準、方式等難于確定，這就需要我們在理論和實踐中進一步加強研究。國外學者對生態(tài)系統(tǒng)服務價值做了大量的研究[10～12]，國內(nèi)研究者也不同尺度進行了積極探討，謝高地、何浩等從國家尺度對生態(tài)系統(tǒng)服務價值測量方法進行了探討[13,14]，趙亮、陳陽分別對撓力河流域、三江平原北部進行了實證研究[15,16]，劉永強、徐庭慎等從省域尺度重點分析了土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的效應影響[17,18]。研究表明，對生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行評估，有利于制定合理的生態(tài)補償價格，為研究區(qū)域生態(tài)補償提供了量化標準。生態(tài)足跡計算方法[19,20]是在對土地面積量化的基礎上計算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的大小，在一定程度上揭示了生態(tài)系統(tǒng)服務在供給和需求方面的地域差異。本文以張家界市為研究對象，基于張家界市2001～2013年13年間土地利用/土地覆蓋變化情況，分析其引起的生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化，引入生態(tài)足跡理論，并基于生態(tài)系統(tǒng)服務價值和生態(tài)足跡因子的本地化修正，揭示生態(tài)系統(tǒng)服務在供給和需求方面的區(qū)域空間分異，并提供不同縣（區(qū)）對于生態(tài)系統(tǒng)的不同補償量，評價結(jié)果將促進張家界市生態(tài)環(huán)境保護和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

張家界市位于湖南省西北部，為中國著名的旅游城市之一。地處武陵山脈東段，境內(nèi)多山，地勢由西北向東南傾斜，地貌構(gòu)造復雜，主要有山地、巖溶、丘陵、崗地和平原等，尤其以石英砂巖峰林峽谷地貌聞名世界。介于東經(jīng)109°40'～111°20'，北緯28°52'～29°48'之間。下轄2個區(qū)（武陵源區(qū)、永定區(qū)），2個縣（桑植縣、慈利縣）。東連常德市石門縣、桃源縣，南接懷化市沅陵縣，西抵湘西土家族苗族自治州永順縣、龍山縣，北毗湖北省的鶴峰縣、宣恩縣。2013年末，全市土地總面積9533.77 km2；總?cè)丝?51.24萬人，其中城鎮(zhèn)人口63.87萬人，農(nóng)村人口87.37萬人，城市化水平42.23%；地區(qū)生產(chǎn)總值365.65億元，其中第一產(chǎn)業(yè)45.50億元，第二產(chǎn)業(yè)92.89億元，第三產(chǎn)業(yè)227.26億元，第一、二、三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為12.45∶25.40∶62.15。主要河流有澧水、溇水，屬中亞熱帶山原型季風濕潤氣候。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用基礎數(shù)據(jù)來源于湖南省國土資源部門2001～2013年土地變更調(diào)查和第二次土地調(diào)查成果。本文社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、農(nóng)作物產(chǎn)量等來源于同期《張家界統(tǒng)計年鑒》和《湖南農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析

土地利用動態(tài)變化度可定量描述區(qū)域內(nèi)各類型土地利用變化的速度[21]。單一土地利用類型動態(tài)度（K）的表達式為：

式中：Ua和Ub代表研究期初和期末某種土地利用類型的數(shù)量；T代表研究時段長，一般設定為年。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法

生態(tài)系統(tǒng)服務是指生態(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自然環(huán)境條件與效用。本文涉及的價值是通過謝高地等[22]的生態(tài)系統(tǒng)服務價值理論和方法進行量化，并將其研究成果修正到張家界市域尺度范圍，由此計算出張家界市不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務價值。同時按照郭榮中等[9]采用的方法將土地利用類型與生態(tài)系統(tǒng)類型及價值保持對應。生態(tài)系統(tǒng)服務價值（ESV）的計算公式：

式中：Ak為土地利用類型k的面積，單位為hm2；VCk為單位面積土地利用類型k的生態(tài)系統(tǒng)服務價值，單位為元/hm2·a。

2.2.3 生態(tài)足跡方法

（1）生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算

生態(tài)足跡是能夠持續(xù)地提供資源或消納廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間。本文采用劉某承等[23]計算出的湖南省各種土地類型的均衡因子，即農(nóng)地、林地、畜牧地、漁業(yè)水域、建筑用地、能源用地分別取值1.32、0.82、0.71、0.56、1.32、0.82。區(qū)域總?cè)丝诘纳鷳B(tài)足跡（EF）計算公式：

式中：N為人口數(shù)；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡；Ai為各類消費帳戶的人均生態(tài)足跡；i為消費項目的類型；Yi為食物生產(chǎn)性土地第i種消費項目的世界平均產(chǎn)量；Pi為第i種消費項目的年生產(chǎn)量；ri為均衡因子。

在計算生態(tài)承載力時，為不同區(qū)域同類生物生產(chǎn)性土地面積可進行對比，將其面積乘以一個相應的產(chǎn)量因子[2]。區(qū)域總生態(tài)承載力（EC）的計算公式：

式中：N為人口數(shù)；ec為區(qū)域人均生態(tài)承載力；Cj為第j種消費項目的人均生態(tài)承載力分量；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj和yj分別為均衡因子和產(chǎn)量因子?？紤]世界環(huán)境與發(fā)展委員會的建議，預留12%的生物多樣性保護用地后，剩余的即為實際可以利用的生態(tài)承載力。通過對人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的差值計算，即可得生態(tài)盈余或生態(tài)赤字情況。

本文首先進行張家界市耕地的產(chǎn)量因子修正，因為耕地的產(chǎn)量因子是由不同類型作物產(chǎn)量因子加權(quán)計算所得。計算結(jié)果見表1，得出張家界市耕地產(chǎn)量因子為1.2411。然后再結(jié)合劉某承等[24]的研究成果，即湖南省耕地、草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子分別取值1.43、3.00、1.10、1.43、3.00、0.00。同時以耕地調(diào)整系數(shù)（1.43/1.2411=1.0207）為基準，同比將張家界市市域內(nèi)草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子同步修正為2.6037、0.9547、1.2411、2.6037、0.0000。

（2）生態(tài)盈余與生態(tài)赤字的計算

生態(tài)赤字（ED）是指人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之差，若ED＜0，就出現(xiàn)生態(tài)赤字,反之ED＞0，則表現(xiàn)為生態(tài)盈余。計算公式如下：

表1 2013年張家界市耕地產(chǎn)量因子Table 1 The result of cultivated land yield factors in Zhangjiajie city in 2013

式中：EF、EC、N、ef、ec的含義同前。

2.2.4 生態(tài)補償標準的確定

本文在計算研究區(qū)域生態(tài)補償標準時，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平，引入修正系數(shù)ri，公式如下：

式中：Ieci和GDPi分別表示區(qū)域i的人均生態(tài)赤字和國內(nèi)生產(chǎn)總值（元/年）； 和 分別指總研究區(qū)域的人均生態(tài)赤字和國內(nèi)生產(chǎn)總值（元/年）。

然后再結(jié)合生態(tài)足跡和生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算生態(tài)補償價值。具體的計算公式為：

式中：E為生態(tài)補償價值；N為研究區(qū)總?cè)丝?；ri為修正系數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用動態(tài)變化

張家界市土地利用類型面積變化如表2所示，研究期間，區(qū)域所有土地利用類型均發(fā)生了不同程度的變化。林地、居民點及工礦用地、交通用地、水域面積是增加的，分別增加了3462.49 hm2、2298.89 hm2、1277.25 hm2、281.73 hm2；其中林地增加居首位。耕地、草地、園地、未利用土地、濕地面積凈減，分別減少了4011.50 hm2、2336.63 hm2、546.31 hm2、250.46 hm2、175.48 hm2；其中耕地減少最多，其次是草地，濕地減少最少。在變化幅度方面：交通用地變化幅度最大，高達18.43%；其次是草地和未利用土地，分別為-16.84%和-11.67%；最小的是林地，僅為0.49%。張家界市耕地、草地、園地、未利用土地、濕地持續(xù)減少，林地和建設用地（居民點及工礦用地、交通用地）不斷增加，這與全市高度重視和發(fā)展旅游經(jīng)濟，注重生態(tài)環(huán)境保護，相關(guān)基礎設施不斷完善，不斷占用其他土地；以及國家同期退耕還林政策宏觀背景密切相關(guān)。

3.2 各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值

由式（2）計算可知：張家界市各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值的變化情況（表3）。由表3可見，2001～2013年張家界市生態(tài)系統(tǒng)服務價值基本穩(wěn)定，但各縣（區(qū)）呈空間分異：桑植縣、武陵源區(qū)、慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值均表現(xiàn)為凈增，分別為1179.89萬元、615.68萬元、368.08萬元；永定區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值表現(xiàn)為凈減，達到2226.55萬元。從各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，最小是慈利縣，增幅分別為0.4914%、0.1862%、0.0980%；永定區(qū)的降幅為-0.5650%。

3.3 2013年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力

由式（3）計算出2013年張家界市生物資源生態(tài)足跡（表4）。

由式（4）計算出2013年張家界市能源生態(tài)足跡（表5）。

表2 張家界市土地利用類型面積變化和動態(tài)度Table 2 Area change of land use type in Zhangjiajie city單位：hm2

表3 2001～2013年張家界市各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值Table 3 Land ecosystem services value in Zhangjiajie city from 2001 to 2013

表4 2013年張家界市生物資源生態(tài)足跡Table 4 Ecological footprint of biological resources in Zhangjiajie city in 2013

由式（3）、（4）和（5），根據(jù)張家界市2013年實際能夠提供的人均生物生產(chǎn)面積，計算了2013年張家界市生態(tài)承載力與生態(tài)赤字（表6）。

由表6可知：2013年張家界市的人均生態(tài)足跡為1.3625 hm2，而實際生態(tài)承載力為0.9556 hm2，扣除預留12%的生物多樣性保護用地后，人均可利用生態(tài)承載力為0.8409 hm2，則人均生態(tài)赤字為-0.5215 hm2。

表5 2013年張家界市能源生態(tài)足跡Table 5 Ecological footprint of energy in Zhangjiajie city in 2013

3.4 生態(tài)補償值的確定

按照式（5）分別計算張家界市各縣（區(qū)）的生態(tài)赤字/盈余情況，結(jié)果見表7?？梢钥闯觯?013年張家界市四個縣（區(qū)）均為生態(tài)赤字，其中慈利縣和永定區(qū)的生態(tài)赤字情況最為嚴重，分別為-660217.01 hm2和-463408.18 hm2，需要為占用生態(tài)資源而支付生態(tài)補償。按照式（6）、式（7）計算可得各縣（區(qū)）生態(tài)補償標準，其中慈利縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為18.61億元；其次是永定區(qū)，為10.49億元；再次是武陵源區(qū)，為582.12萬元；最小的是桑植縣，為359.70萬元。慈利縣和永定區(qū)的修正后的生態(tài)補償金額較大，這說明，慈利縣和永定區(qū)經(jīng)濟發(fā)展活躍，需要支付更多的生態(tài)補償量。而桑植縣和武陵源區(qū)需要支付的生態(tài)補償量相對較少，這是因為桑植縣擁有中國首批、湖南省首個國家級自然保護區(qū)八大公山原始森林，已被納入中國“人與生物圈保護區(qū)（MAB）”和中國“具有全球意義的17個生物多樣性關(guān)鍵地區(qū)之一”，以及全球200個重要生態(tài)區(qū)之一，經(jīng)濟發(fā)展緩慢；武陵源主要由張家界國家森林公園和索溪峪、天子山兩個自然風景區(qū)組成，植被豐富，生態(tài)系統(tǒng)類型結(jié)構(gòu)合理，其中雖然武陵源區(qū)經(jīng)濟也較活躍，旅游產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達。但由于武陵源風景名勝區(qū)主要位于武陵源區(qū)，森林覆蓋率高達85%，是世界自然遺產(chǎn)，其生態(tài)環(huán)境受到了嚴格保護。說明這兩個地區(qū)受人類干擾較小，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良。這就為生態(tài)建設規(guī)劃和生態(tài)文明建設提供科學的依據(jù)，為開展區(qū)域生態(tài)補償機制的建立提供參考。

表6 2013年張家界市生態(tài)承載力與生態(tài)赤字Table 6 Ecological carrying capacity and ecological defcit in Zhangjiajie city in 2013單位：hm2/人

表7 2013年張家界市各縣（區(qū)）生態(tài)補償額度測算Table 7 Ecological compensation of each county in Zhangjiajie city in 2013

4 結(jié)論與討論

（1）研究期間，區(qū)域所有土地利用類型均發(fā)生了不同程度的變化。林地、居民點及工礦用地、交通用地、水域面積是增加的，其中林地增加居首位。耕地、草地、園地、未利用土地、濕地面積凈減，其中耕地減少最多。在變化幅度方面：交通用地變化幅度最大，高達18.43%，最小的是林地，僅為0.49%。

（2）從2001～2013年張家界市各縣（區(qū)）生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化率來看，增幅最大的是武陵源區(qū)，其次是桑植縣，最小是慈利縣，增幅分別為0.4914%、0.1862%、0.0980%；永定區(qū)的降幅為-0.5650%。桑植縣、武陵源區(qū)、慈利縣生態(tài)系統(tǒng)服務價值均表現(xiàn)為凈增，分別為1179.89萬元、615.68萬元、368.08萬元；永定區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務價值表現(xiàn)為凈減，達到2226.55萬元。研究結(jié)果表明：土地利用/土地覆蓋變化對維持生態(tài)系統(tǒng)服務功能起決定性的作用。2013年張家界市的人均生態(tài)足跡為1.3625 hm2，人均可利用生態(tài)承載力為0.8409 hm2，則人均生態(tài)赤字為-0.5215 hm2。

（3）研究估算出了張家界市各縣（區(qū)）的生態(tài)補償標準，其中慈利縣需要支付的生態(tài)補償量最高，為18.61億元；其次是永定區(qū)，為10.49億元；再次是武陵源區(qū)，為582.12萬元；最小的是桑植縣，為359.70萬元。研究結(jié)果表明：生態(tài)赤字大的縣（區(qū)）支付的生態(tài)補償量也大，這就需要積極探索如何有效的緩解生態(tài)赤字帶來的壓力，確保生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。

（4）生態(tài)系統(tǒng)服務價值和生態(tài)足跡因子的本地化修正是一種有益的嘗試與探索。本文的生態(tài)補償標準是在關(guān)鍵參數(shù)本地化修正的基礎上進行核算的，同時分析了區(qū)域GDP對其產(chǎn)生的影響，該方法是市域尺度生態(tài)補償量測算的深入探索，可為當?shù)卣贫ㄍ晟频纳鷳B(tài)補償政策提供科學依據(jù)和決策支持。

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Regional Ecological Compensation Based on Land Use/Land Cover Change in Zhangjiajie

Shen Haijian1, Chen Xiaojue2
(1.Institute of Mapping of Hunan, Changsha Hunan 410007 ; 2.College of Environmental Science and Engineering, Hunan University , Changsha Hunan 410082)

Based on the zhangjiajie city land use/land cover change, by improving the ecosystem service value and ecological footprint method, estimates the ecological compensation of the study area.Research results shows that: (1) from 2001 to 2013 Zhangjiajie counties (districts) the ecosystem service value change rate, assigned in a downward trend; growth is the biggest Wulingyuan District, the second is Sangzhi county, Cili county.growth is minimal.(2) the Zhangjiajie city in 2013 the per capita ecological footprint is 1.3625 hm2, and the actual ecological carrying capacity is 0.9556 hm2, available per capita ecological carrying capacity is 0.8409 hm2, ecological defcit per capita as 0.5215 hm2.(3) to calculate the Zhangjiajie various counties (districts) of ecological compensation standard, including Cili county has the highest amount of ecological compensation, need to be paid for the 1861.32×106yuan; secondly, Yongding district, 1048.55×106yuan; again is the Wulingyuan district, 5.82×106yuan; the smallest is Sangzhi county, 3.60×106yuan.The evaluation results will promote zhangjiajie city ecological environment protection and economic and social sustainable development.

land use/land cover change; ecosystem service value; ecological footprint; ecological compensation; Zhangjiajie

X22

A

1672-5603（2016）04-038-7

*第一作者簡介 申海建，男，1978年生，高級工程師，主要從事國土整治、土地利用規(guī)劃與土地生態(tài)研究工作。Email：78482490@qq.com

2016-10-16；改回日期：2016-11-3。