趙佳奇，卯昌書，張 劍，付意成

(1. 寧夏大學，銀川 750021; 2. 云南省水利水電勘測設計研究院，昆明 650021; 3.中國水利水電科學研究院，北京100038)

0 引 言

生態(tài)系統(tǒng)服務價值作為益于人類發(fā)展的服務功能，其供應影響所有制度層面的利益相關者。流域生態(tài)服務價值(ES)測算過程中的主要問題為價值不被識別，數(shù)據(jù)不能具體支持當?shù)丨h(huán)境決策的制定。ES在空間上并非均勻分布，并且以不同的速率流動，導致生態(tài)服務與其受益者在時空層面存在不匹配現(xiàn)象[1,2]。學者根據(jù)生態(tài)服務類別和水資源綜合管理的理念，對流域層面的生態(tài)系統(tǒng)服務進行評價[3-5]。生態(tài)系統(tǒng)變化的間接和直接驅動因素可能會削弱流域上游的生態(tài)服務提供量。驅動因素包括人口、經濟、社會政治、技術、物理或生物因素。因服務價值提升或退化與特定的土地所有者或土地管理機制相關，環(huán)境服務提供者、受益者和價值流動在環(huán)境政策中被識別和承認可以促進資源的空間再分配，實現(xiàn)生態(tài)景觀有形。制定生態(tài)服務功能貨幣價值評價方法在環(huán)境政策實施中的作用至關重要。支持所有ES利益相關者(用戶和提供者)參與評估是維護生態(tài)系統(tǒng)服務功能、平等分配供需預算的成本和收益的重要環(huán)節(jié)。

基于流域層面，森林生態(tài)系統(tǒng)通常是一系列環(huán)境服務的主要提供者，如供水調節(jié)、土壤保育和固定、氣候調節(jié)、棲息地供應、糧食生產和娛樂服務[6-8]。以往研究表明，河流下泄水量的增加與小流域(<1 km2)和較大流域(>700 km2)的森林砍伐或森林價值轉換有關；下游用水戶應補償上游森林保護地區(qū)的涵養(yǎng)水源功能和調節(jié)水量的成本付出[9,10]。學者在飲用水處理成本和森林覆蓋率間建立量化的對應關系，處理成本的變化很大程度上受制于水源區(qū)中森林覆蓋率百分比變化。森林和濕地覆蓋率較高的流域在減少和延遲徑流、凈化水質方面特別有效。世界各地對森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能從不同的尺度進行研究[11-13]。

森林生態(tài)系統(tǒng)不僅為民眾生存提供各種原料、產品，還具有凈化污染、調節(jié)氣候、保持水土、涵養(yǎng)水源等多種生態(tài)服務價值，對流域及周邊區(qū)域民眾生存和社會活動有所貢獻的所有森林生態(tài)系統(tǒng)提供的產品和服務統(tǒng)稱為森林生態(tài)系統(tǒng)服務。森林生態(tài)服務價值評估本質上是對外溢于傳統(tǒng)市場之外的成本和效益的測度，并通過相應的補償方式將外部性納入經濟行為人的決策之中，從而實現(xiàn)社會不同主體生態(tài)友好的行為方式。但就當前的實際情況來看，由于采用的指標、價值的估算尚缺乏統(tǒng)一的標準，并且按照現(xiàn)有的計算理論和方法所得出的生態(tài)效益計算結果往往偏大，難以為社會所接受。因此，生態(tài)服務價值的合理測算是確定生態(tài)補償標準限值的前提。生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能的特征尺度決定了生態(tài)補償問題的空間尺度。本文以流域水生態(tài)服務價值種類及計算方法為依據(jù)，在綜合比較多種計算方法適用范圍和計算成果可靠性的基礎上，給出流域森林生態(tài)系統(tǒng)價值評估方法。結合流域森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值與流域生態(tài)補償標準間的對應關系，在考慮到研究區(qū)下游受益區(qū)的支付能力和支付意愿，合理確定流域生態(tài)補償上限。

1 研究區(qū)概況

珊溪水庫截飛云江干流而成，位于文成縣珊溪鎮(zhèn)，集水面積為1 529 km2，總庫容18.24 億m3，正常庫容12.91 億m3，珊溪(趙山渡)庫區(qū)有玉泉溪、泗溪、峃作口溪、黃坦坑、三插溪、洪口溪、莒江溪等14條主要支流。珊溪水庫水系分布，見圖1。

圖1 珊溪水庫水系圖Fig.1 The river system of Shanxi reservoir

飛云江流域上游森林覆蓋率高，森林覆蓋率達73.25%，2015年，珊溪水庫降水量為2 068.2 mm，年蒸發(fā)量為1 643.1 mm(約為年降水量的79%)，庫區(qū)森林總面積為16.638 9 萬hm2，具有水源涵養(yǎng)功能的林地面積為13.99 萬hm2。草地、濕地資源分布較小，并且多分布在森林區(qū)域邊緣或河岸帶周邊。珊溪水庫上游水源保護區(qū)，行政區(qū)涉及泰順縣、文成縣和瑞安市，所在地區(qū)的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)經濟特征以農業(yè)經濟為主，工業(yè)基礎薄弱；水庫下游為溫州市區(qū)。溫州市近年來加大對珊溪水庫上游庫區(qū)流域生態(tài)保護力度，2011年出臺《溫州市生態(tài)補償專項資金使用管理辦法》，設立專項資金重點支持珊溪水庫集雨區(qū)生態(tài)補償，將庫區(qū)群眾生活補償逐步納入生態(tài)補償專項資金使用范圍。

2 森林生態(tài)服務價值測算

2.1 測算方法

筆者借助遙感技術對森林生態(tài)系統(tǒng)類型進行劃分，綜合利用數(shù)字化分析技術，評估珊溪水利樞紐庫區(qū)森林生態(tài)服務價值，評估內容包括氣候調節(jié)、營養(yǎng)物質循環(huán)、凈化環(huán)境、提供產品、涵養(yǎng)水源、保育土壤、保護生物多樣性、文化旅游、森林防護9方面。珊溪水庫森林生態(tài)系統(tǒng)具有供給、調節(jié)、文化和支持服務4 種服務功能，由此衍生出的評估指標體系及方法見表1。

表1 珊溪水庫庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估計算方法Tab.1 Evaluation method of forest ecosystem service value in Shanxi reservoir

(1)水源涵養(yǎng)。森林涵養(yǎng)水源指通過林冠、地被物及土壤截留降水、緩和地表徑流、增強下滲、削減洪峰等調整森林水量的“時空”分布格局。公益林通過林冠截留、枯枝落葉層截持、林地土壤對水分調節(jié)3個過程發(fā)揮生態(tài)防護效能。本文利用有林地和無林地蓄水能力的差異情況對珊溪庫區(qū)公益林調蓄水功能進行評價，以調蓄水量衡量公益林凈水能力[14,15]。綜合蓄水能力法即綜合考慮林冠層、枯枝落葉層和土壤層對降水的截留和貯存，此方法能較為全面地反映森林的水源涵養(yǎng)功能，計算公式如下：

w=∑(Ci+Li+si)Ai

(1)

式中：w為森林調節(jié)水量，t；Ai為不同森林類型面積，hm2；Ci為不同森林類型林冠截留量，t/hm2；Li為森林枯枝落葉層的飽和持水量，t/hm2；Si為森林土壤蓄水量，t/hm2。

對公益林涵養(yǎng)水源效益采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LY/T1721-2008)中的影子工程法進行計算[16]。公益林涵養(yǎng)水源的功能價值主要從調水效益和改良水質效益兩方面進行測算。計算公式為：

Vw=w(P1+P2)

(2)

式中：Vw為公益林涵養(yǎng)水源價值，元；w為公益林調蓄水量，m3；P1為調蓄水效益影子價格，6.11 元/m3；P2為凈水效益影子價格，2.65 元/m3。

(2)提供產品。森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的直接經濟價值主要是林產品、林副產品，包括木材、藥材、水(干)果、筍竹等方面的產品。采用市場價值法按照如下公式進行計算：

Vp=∑SiViPi

(3)

式中：Vp為森林生態(tài)系統(tǒng)提供產品總價值，元；Si為第i種森林類型或果品的分布面積，hm2；Vi為第i種森林類型單位面積凈生長量或產量，m3/hm2；Pi為第i種森林類型木材或果品的市場價格，元/m3；i為不同的森林類型。

(3)保育土壤。珊溪水庫庫區(qū)森林固土保肥和改良土壤效益的評價，從森林固土效益、森林保肥效益和森林改良土壤效益3方面進行衡量。森林固土能力用特定面積的森林固土量來表示；森林固土量通過該面積森林減少同等面積的無林地土壤侵蝕的量來衡量，計算公式為：

Di=Ai(Sw-Si)

(4)

式中：Di為林型i的固土量，t/a；Sw為無林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；Si為林型i林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)。

庫區(qū)森林固土的生態(tài)效益為：

(5)

式中：Vg為森林的年固土價值，元/a；Cr為水庫庫容造價，元/m3；ρi為泥沙的平均密度，t/m3。

本文以等價于森林固定土壤中純N、P、K量的碳酸氫銨、過磷酸鈣和硫酸鉀的貨幣化價值計量森林保肥效益[17]。計算公式為：

式中：Vs為森林每年保育土壤的價值，元/a；Kn為挖掘泥沙的費用，12.6 元/m3；ρi為林型i的土壤密度，t/m3；Ns、Ps、Ks分別為森林土壤中氮、磷、鉀含量，%；m為森林土壤中有機質含量，%；R1為磷酸氫二銨含氮量，%；R2為磷酸氫二銨含磷量，%；R3為氯化鉀含鉀量，%；C1為市場上磷酸氫二銨平均價格，2 400 元/t；C2為氯化鉀平均價格，2 200 元/t；C3為有機質平均價格，320 元/t。

(4)大氣調節(jié)。珊溪水庫庫區(qū)周邊植被的納碳吐氧作用，能有效地增加大氣中游離態(tài)氧離子含量，改善空氣環(huán)境質量，易于民眾安居樂業(yè)。本文主要依據(jù)市場價值法[18]，對庫區(qū)森林固碳釋氧的經濟價值進行估算：

Vair=VC+VO=∑QC(i)PC+∑QO(i)PO

(7)

式中：Vair為森林固碳釋氧總價值，元/a；VC為森林固碳總價值，元/a；VO為森林釋氧總價值，元/a；QC(i)為第i類林木的碳固定量，t/a；QO(i)為第i類林木的氧氣釋放量，t/a；PC為碳固定量的單位價值，元/t；PO為釋氧氣釋放量的單位價值，元/t。

研究表明，植物每生產162 g干物質可固定264 g CO2，并釋放出193 g O2：即植物每生產1 g的干物質需要吸收1.63 g的CO2，并釋放1.19 g的O2。鑒此，項目依據(jù)物料平衡法進行固碳、釋氧量的計算：

(8)

式中：QC為森林固碳量，t/a；QO為森林釋氧量，t/a；Bi為森林年凈生長生物量，t/a。

(5)凈化大氣環(huán)境。森林凈化大氣環(huán)境的生態(tài)效益主要從吸收污染氣體、滯塵、提供負離子價值3個方面進行計算。

吸收二氧化硫生態(tài)價值計算公式：

USO2,i=KSO2QSO2,iAi

(9)

式中：USO2,i為i類森林植被每年吸收SO2的價值，元/a；KSO2,i為治理SO2污染的費用，元/kg；QSO2,i為單位面積森林每年吸收SO2，kg/(hm2·a)；Ai為i類森林面積，hm2。

吸收氟化物生態(tài)價值計算公式：

UHF,i=KHFQHF,iAi

(10)

式中：UHF,i為i類森林植被每年吸收氟化物的價值，元/a；KHF,i為治理氟化物污染的費用，元/kg；QHF,i為單位面積森林每年吸收氟化物，kg/(hm2·a)。

吸收氮氧化物生態(tài)價值計算公式：

UNO,i=KNOQNO,iAi

(11)

式中：UNO,i為i類森林植被每年吸收氮氧化物的價值，元/a；KNO,i為治理氮氧化物污染的費用，元/kg；QNO,i為單位面積森林每年吸收氮氧化物，kg/(hm2·a)。

滯塵生態(tài)價值計算公式：

US,i=KSQS,iAi

(12)

式中：US,i為i類森林植被每年阻滯降塵的價值，元/a；KS,i為清理降塵費用，元/kg；QS,i為單位面積森林的年滯塵量，kg/(hm2·a)。

提供負離子生態(tài)價值計算公式：

(13)

式中：Uf為森林每年提供的負離子價值，元/a；Hi為林型i高度，m ；Km為負離子的價值，元/個；Qm為負離子濃度，個/cm3；Lm為負離子壽命，min。

(6)營養(yǎng)積累。珊溪水庫庫區(qū)森林植被不斷從環(huán)境中吸收各種營養(yǎng)物質，并貯存在自身器官內。本文選取林木營養(yǎng)積累(氮、磷、鉀)指標來反映此項功能。計算公式為：

(14)

式中：Vm為森林植被年積累營養(yǎng)物質價值，元/a；Ai為i類型的森林面積，hm2；Bi年為i類型森林植被的年凈生產力，t/(hm2·a)。

(7)生物多樣性維持。珊溪水庫庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的年保護生物多樣性價值計算公式為：

Ub=∑SbiAi

(15)

式中：Ub為森林年保護生物多樣性價值，元；Sbi為單位面積森林年保護物種資源價值，元/hm2。

(8)森林防護。本文以公益林降低水災、旱災等自然災害的發(fā)生和相應損失(直接和間接損失)來衡量公益林森林防護效益。生態(tài)公益林森林防護效益評價公式為：

Ur=Kz∑Ai

(16)

式中：Ur為森林每年的防護價值，元/a；Kz為單位面積森林的減輕災害價值，元/hm2，通過溫州市歷年水庫直接經濟損失、泥沙損失量以及江河湖庫引起的庫容損失換算。

(9)文化旅游。隨著社會發(fā)展，森林生態(tài)旅游越來越受到人們的歡迎，森林提供休閑娛樂的功能也越來越強。針對珊溪水庫庫區(qū)的實際情況，生態(tài)旅游產業(yè)比較發(fā)達，筆者對森林游憩功能的價值通過旅游人次及其消費水平來進行評估[19]。森林游憩價值計算公式為：

Ut=∑Nciρi

(17)

式中：Ut為庫區(qū)森林游憩的價值，元；N為年庫區(qū)森林參觀人次，人；ci為游客平均消費，元/人；ρi為第i類游客所占比例，%。

珊溪水庫作為溫州的水源保護區(qū)，其生態(tài)服務價值較大，文教科研價值較小，研究中暫不考慮。

2.2 計算結果

在對珊溪水庫森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價值進行計算的過程中，采用的數(shù)據(jù)主要來源于：珊溪水庫庫區(qū)泰順縣、文成縣、瑞安市3縣(市)2015年森林資源年度更新數(shù)據(jù)；公開發(fā)表的文獻資料；泰順縣、文成縣、瑞安市3縣(市)的統(tǒng)計年鑒、水資源公報、環(huán)境質量公報；泰順縣、文成縣、瑞安市3縣(市)的林業(yè)局、氣象局、水利局、統(tǒng)計局職能部門的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)；珊溪水庫生態(tài)站歷年觀測數(shù)據(jù)以及權威機構公布的社會公共數(shù)據(jù)。計算過程中，相關參數(shù)的取值主要依據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范及科研公布的數(shù)據(jù)：單位調節(jié)水價值參考《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LYT_1721-2008)；凈化水質價值量計算參考溫州市居民、工業(yè)用水價格的平均值(2.65 元/t)；公益林負離子生產費用采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》推薦的5.818 5×10-18元/個；單位面積生態(tài)系統(tǒng)的平均科研價值采用Costanza 等對全球森林生態(tài)系統(tǒng)科研文化功能價值的平均值為197.8 元/hm2。

依據(jù)2015年珊溪水庫庫區(qū)森林生態(tài)服務功能的評價結果，在綜合比較珊溪水利樞紐庫區(qū)森林生態(tài)服務價值與以往研究數(shù)值的基礎上，本文確定森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值為70.62 億元/a。珊溪水利樞紐庫區(qū)森林生態(tài)服務價值匯總見表2。各生態(tài)服務功能總效益大小排序依次為: 水源涵養(yǎng)效益(69.84%)>大氣調節(jié)效益(9.12%)>凈化大氣效益(8.33%)>文化旅游效益(5.94%)>森林防護效益(3.37%)>提供產品效益(2.12%)>保育土壤效益(1.16%)>生物多樣性保護效益(0.07%)>營養(yǎng)物質積累效益(0.04%)。筆者給出的研究成果與相關研究人員對浙江省森林生態(tài)服務功能評估結果大致相同[14,15,19]，符合地區(qū)生態(tài)服務功能特點，可為珊溪水庫庫區(qū)森林生態(tài)保護、生物多樣性維持、生態(tài)價值發(fā)揮提供依據(jù)。

表2 珊溪水庫森林生態(tài)服務功能價值匯總Tab.2 The forest ecosystem service value of Shanxi Reservoir

3 流域生態(tài)補償標準計算

生態(tài)補償最初源于自然生態(tài)補償，指自然生態(tài)系統(tǒng)對干擾的敏感性和恢復能力，后來逐漸演變?yōu)榇龠M生態(tài)環(huán)境保護的經濟手段和機制。當前，流域水生態(tài)補償主要以生態(tài)、經濟學理論為基礎，環(huán)境外部成本內部化原理和公共物品理論為理論依據(jù)。

珊溪水庫森林生態(tài)補償?shù)闹饕繕耸菫闇刂菔袇^(qū)提供更多的清潔用水，保證水量與水質。因此，本文選擇淡水供給和水質凈化兩項生態(tài)系統(tǒng)服務進行核算，其增加值作為庫區(qū)上游民眾經濟、物力投入給下游居民增加的生態(tài)系統(tǒng)服務收益，是生態(tài)補償?shù)纳舷迾藴蔥20]。珊溪庫區(qū)森林生態(tài)服務價值構成中的涵養(yǎng)水源、凈化環(huán)境、減少土壤廢棄功能價值的發(fā)揮均需庫區(qū)上游民眾的成本投入，同時下游地區(qū)對于上游的投入尚沒有反饋行為。依據(jù)珊溪水庫庫區(qū)水生態(tài)價值內涵與生態(tài)補償標準計算涵蓋內容的對應關系，珊溪水庫庫區(qū)基于生態(tài)價值的補償標準(上限)計算結果見表3。

表3 珊溪水庫庫區(qū)基于森林生態(tài)價值的補償標準計算結果 億元/a

根據(jù)上游生態(tài)保護投入水平、下游經濟發(fā)展能力、區(qū)域資源協(xié)調分配能力、民眾的支付意愿、社會公平發(fā)展需求、溫州市對庫區(qū)生態(tài)補償?shù)亩ㄎ?、飛云江水資源豐富程度、珊溪庫區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀和保護力度，本文確定基于基于生態(tài)保護占優(yōu)層面的庫區(qū)森林生態(tài)補償標準為14.98 億元/a。

4 結 語

本文計算珊溪水庫庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)供給、調節(jié)、文化和支持服務4 種服務功能的生態(tài)價值為70.62億元/a。為實現(xiàn)流域整體公平、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展，流域下游生態(tài)服務價值受益方應向上游生態(tài)保護付出方補償14.98億元/a，約為生態(tài)服務價值的21%。生態(tài)補償標準方案應在庫區(qū)上下游實現(xiàn)區(qū)域一體化發(fā)展，水量充足(供水保障率100%)，河道生態(tài)水量滿足需求，上游生態(tài)良好，庫區(qū)非水域區(qū)實現(xiàn)森林全覆蓋等經濟發(fā)展良好、水生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)揮功能的前提下實施。本文給出的基于森林生態(tài)服務價值測算的流域生態(tài)補償標準計算方法具有一定的普適性，可推廣到南方豐水區(qū)的生態(tài)服務價值計算中。鑒于生態(tài)補償標準計算過程的復雜性和應用性強的特點，筆者在后續(xù)研究中將加強對生態(tài)服務價值數(shù)字化研究方法的探索，提高測算結果的精度，并將經濟優(yōu)化理論用于補償標準確定過程，拓展流域生態(tài)補償標準研究領域。

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[1] Fisher B, Turner K, Zylstra M, et al. Ecosystem services and economic theory: integration for policy-relevant research [J]. Ecol. Appl., 2008,(18):2 050-2 067.

[2] Costanza R. Ecosystem services: multiple classification systems are needed[J]. Biol. Conserv., 2008,41:350-352.

[3] Cosman D, Schmidt R, Harrison-Cox J, et al. How water utilities can spearhead natural capita accounting [J]. Solutions,2012,(2):28-31.

[4] 王友生, 余新曉, 賀康寧.基于土地利用變化的懷柔水庫流域生態(tài)服務價值研究[J].農業(yè)工程學報,2012,28(5):246-251.

[5] 姜翠紅,李廣泳,程 滔,等. 青海湖流域生態(tài)服務價值時空格局變化及其影響因子研究[J].資源科學,2016,38(8):1 572-1 584.

[6] Quine CP, Cahalan C, Hester A Woodlands. The UK national ecosystem assessment technical report[C]∥ Cambridge:UK National Ecosystem Assessment, UNEP-WCMC, Regione Emilia Romagna,2011.

[7] 鄭江坤,余新曉,夏 兵,等.潮白河流域林地轉化及森林生態(tài)服務價值動態(tài)分析[J].農業(yè)工程學報,2010,26(S1):308-314.

[8] 張桂蓮.上海市森林生態(tài)服務價值評估與分析[J].中國城市林業(yè),2016,14(3):33-38.

[9] Zhao FF, Zhang L, Xu ZX. Effects of vegetation cover change on stream-flow at a range of spatial scales[M]. Australia:Proceedings of 18th World IMACS/MODSIM Congress, Cairns, 2009.

[10] 朱 敏,李 麗,吳鞏勝,等.森林生態(tài)價值估算方法研究進展[J]. 生態(tài)學雜志,2012,31(1):215-221.

[11] Pi～na CM, Guevara A, Torres JM. Paying for the hydrological services of Mexico’s forests: analysis, negotiations and results [J]. Ecol. Econ., 2008,65:725-736.

[12] Scolozzi R, Morri E, Santolini R. Delphi-based change assessment in ecosystem service values to support strategic spatial planning in Italian landscapes [J]. Ecol. Indicat., 2012,21:134-144.

[13] 吳 霜,延曉冬,張麗娟.中國森林生態(tài)系統(tǒng)能值與服務功能價值的關系[J].地理學報,2014,69(3):334-342.

[14] 李克恩,林文華,徐文成.溫州珊溪水利樞紐工程水源區(qū)森林生態(tài)效益研究[J].浙江林業(yè)科 技,2004,24(3):55-58.

[15] 劉 東.浙江省森林生態(tài)服務價值估算及其時空變異分析[D]. 南京：南京大學,2013.

[16] 馮繼廣,丁陸彬,王景升,等. 基于案例的中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價[J].應用生態(tài)學報, 2016,27(5):1 375-1 382.

[17] 徐成立,王雄賓,余新曉,等.北京山地森林生態(tài)服務功能評估[J].東北林業(yè)大學學報,2010,38(7):79-82.

[18] 付意成,阮本清,張春玲.永定河流域生態(tài)補償標準測算[J].中國水利水電科學研究院學報,2011,9(4):283-291.

[19] 姚鴻文,陶吉興,杜 群,等. 浙江省森林生態(tài)服務功能評估與分析[J].南京林業(yè)大學學報(自然科學版),2012,36(4):13-17.

[20] 李 琪,溫武軍,王興杰.構建森林生態(tài)補償機制的關鍵問題[J].生態(tài)學報,2016,36(6):1 481-1 490.