吳 娜,宋曉諭,康文慧,鄧曉紅,胡想全,石培基,劉玉卿

1 西北師范大學,地理與環(huán)境科學學院,蘭州 730000 2 中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,中國科學院內(nèi)陸河流域生態(tài)水文重點實驗室,蘭州 730000 3 甘肅省水利科學研究院,蘭州 730000 4 鹽城師范學院,城市與規(guī)劃學院,鹽城 224002

生態(tài)補償作為一種創(chuàng)新型環(huán)境保護政策近年來在我國被廣泛使用。相較于以往的環(huán)境保護政策,生態(tài)補償將外部的、非市場環(huán)境價值轉(zhuǎn)化為財政激勵措施,以此促進土地使用者參與生態(tài)保護[1]。在流域尺度上,生態(tài)補償強調(diào)以增加水源供給、改善水質(zhì)和保護流域生物及景觀多樣性等為目標,對有助于提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的行為活動或土地利用方式提供補償。補償標準的確定是生態(tài)補償項目實施的核心問題,決定了補償項目的實際效果與可持續(xù)性。目前,國內(nèi)外確定生態(tài)補償標準的方法主要有：市場法、意愿調(diào)查法、機會成本法、生態(tài)效益等價分析法和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值法。各測算方法在各類生態(tài)補償項目中都有不同程度的運用,各有利弊。

市場法,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作為市場中一種商品,買賣雙方分別是生態(tài)補償?shù)难a償者和受償者,主要用于水資源生態(tài)補償和碳排放權(quán)交易。市場法能夠兼顧雙方利益,但前提是要建立一個雙方可自由交易的穩(wěn)定市場,且只能對幾種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能定價;意愿調(diào)查法由Ciriacy-Wantrup在1947年提出,是根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)得出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者供給優(yōu)質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的受償意愿或生態(tài)環(huán)境改善受益者補償愿意的最大值,作為生態(tài)補償標準。意愿法將生態(tài)補償利益相關(guān)方涉及的諸多因素整合為簡單的意愿,但受主觀因素影響,結(jié)論可能與真實意愿不相符;機會成本按照生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者為保護生態(tài)環(huán)境所放棄的直接收入和發(fā)展機會損失進行補償。在實踐中被普遍認可。我國生態(tài)補償項目常以機會成本作為補償標準,但該標準偏低,影響補償項目的可持續(xù)性。此外,生態(tài)建設(shè)機會成本投入與生態(tài)效益產(chǎn)出相距勝遠,成本補償達不到利益公平分配;生態(tài)效益等價分析法通過定量化生態(tài)功能損失,將彌補生態(tài)功能破壞所需的補償比例作為補償標準。但需要滿足的假設(shè)條件和參數(shù)因子多,較難操作。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值法通過對生態(tài)價值的評估,將溢于市場之外的成本和效益進行核算,并通過相應(yīng)機制納入經(jīng)濟決策中。較典型的有Whitehead等[2]采用問卷調(diào)查方式,評價了美國肯塔基州的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能;Robles等[3]對美國Chesapeake Bay海岸林潛在價值的研究;Costanza等[4]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估。國內(nèi)對功能價值法的應(yīng)用始于20世紀80年代。學者多通過對全球范圍研究成果的修正,測度我國不同區(qū)域不同類型生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值當量因子表及對應(yīng)的價值[5- 9]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值法,能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)效益的最大化。但很難估算出生態(tài)補償所帶來的新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),且由于未了解生態(tài)過程,研究中多用土地利用方式代替生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型。為此學者開發(fā)了基于生態(tài)過程的生態(tài)系統(tǒng)模型,包括InVEST、ARIES和EcoAIM等模型。目前應(yīng)用較廣泛的是InVEST模型。

理論上生態(tài)補償標準不直接以區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)存量價值為依據(jù),而是以區(qū)域生態(tài)恢復所產(chǎn)生的新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為理論限值。因此,本文在參照前人研究[10- 11]和梳理生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費邏輯的基礎(chǔ)上,首先界定補償標準范圍,再采用InVEST模型和加權(quán)法核算渭河流域水源涵養(yǎng)、土壤保持、水質(zhì)凈化3種新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),并分別以15°—25°、25°以上坡耕地及生態(tài)補償凈收益不同地區(qū)退耕后的新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為補償上限,以機會成本為補償下限,確定渭河流域差異化目標導向下的流域生態(tài)補償標準范圍,以期為流域生態(tài)補償機制構(gòu)建提供支撐,提高流域生態(tài)補償項目的效率和持續(xù)性。

1 補償標準范圍界定

根據(jù)Pagiola等[12]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費基本邏輯(圖1)。生態(tài)系統(tǒng)的管理者(農(nóng)民或保護區(qū)管理者),通常從環(huán)境保護(如森林保護)中獲得的收益小于從土地轉(zhuǎn)換使用(如森林轉(zhuǎn)化為耕地或牧場)中獲得的收益。但土地轉(zhuǎn)換使用會引起環(huán)境的負外部性,導致水質(zhì)惡化、水量減少、碳匯損失,中下游人口生活成本增加。然而,建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費機制,使生態(tài)系統(tǒng)管理者獲得的凈利潤增加(森林保護收益+中下游用戶的生態(tài)服務(wù)付費),生態(tài)服務(wù)供給意愿增強。同時,中下游用戶的生態(tài)服務(wù)付費小于因上游土地轉(zhuǎn)換使用而帶來的損失,生態(tài)服務(wù)購買者也獲得了利益,達到了雙方共贏的格局。

圖1 生態(tài)服務(wù)付費基本邏輯[12]Fig.1 The basic logic of payment for ecosystem services[12]

從農(nóng)戶經(jīng)濟行為理論的角度看,農(nóng)戶作為理性經(jīng)濟人,是以獲得最大限度收益為行動指南。因此,作為生態(tài)服務(wù)的提供者,若使農(nóng)戶自愿開展退耕還林,增加生態(tài)服務(wù)供給,退耕后保護森林的收益和農(nóng)戶獲得的生態(tài)補償之和至少要等于退耕前的耕作收益。也就是生態(tài)補償?shù)淖畹蜆藴蕬?yīng)為退耕前的耕作收益與保護森林收益的差值,即農(nóng)戶機會成本。農(nóng)戶的退耕意愿隨著補償標準的增加而增強,但為了保證生態(tài)補償項目的效率,補償標準不能超過退耕還林實施增加的生態(tài)服務(wù)價值這一臨界條件,即最高補償標準應(yīng)為退耕還林的新增生態(tài)服務(wù)價值。也就是退耕還林補償標準應(yīng)介于農(nóng)戶機會成本與其所提供的新增生態(tài)服務(wù)價值之間?；谏鷳B(tài)補償?shù)臉藴蕝^(qū)間,結(jié)合區(qū)域自身特征,確定最終的補償標準,是保障生態(tài)補償項目順利、可持續(xù)實施的重要前提。

2 研究區(qū)概況及研究方法

2.1 研究區(qū)概況

渭河是黃河第一大支流,發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山。干流區(qū)南北寬165km,東西長270km,甘肅段位于渭河上游,流域面積2.58萬km2。甘肅段74%的面積屬于黃土丘陵溝壑區(qū),土體疏松、地形破碎、植被稀疏、暴雨集中、水土流失嚴重,是渭河泥沙的主要來源區(qū)。甘肅段包括渭源縣、隴西縣、武山縣、甘谷縣、麥積區(qū)和秦州區(qū)六縣/區(qū)。截至2014年底,甘肅段常住人口371.71萬人,其中農(nóng)業(yè)人口205.85萬人,城鎮(zhèn)化率35.21%。2000年耕地面積為7821.21km2,其中15°—25°坡耕地占26.38%,25°以上坡耕地占2.63%。截至2010年耕地面積減少了442.43km2,其中15°—25°和25°以上坡耕地分別減少了35.01%、6.53%。甘肅段水生態(tài)環(huán)境脆弱,水質(zhì)污染加劇,水量匱乏嚴重。以增加水源供給、改善水質(zhì)為目標,可開展山區(qū)坡耕地退耕還林、干流區(qū)沿岸農(nóng)村居民生活污水治理和農(nóng)村居民生活垃圾集中處理。本文以山區(qū)坡耕地退耕還林為目標確定生態(tài)補償標準范圍。

2.2 數(shù)據(jù)來源

新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算所需主要數(shù)據(jù)包括土地利用數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)等。2000、2010年兩期土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心,根據(jù)全國土地覆被Ⅱ級分類系統(tǒng)對土地利用類型進行解譯;氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://www.nmic.gov.cn/)。2010年氣象數(shù)據(jù),通過2008—2012年的氣溫、降水、相對濕度、風速和日照時數(shù)等日值數(shù)據(jù)求取多年平均獲得;土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫; DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云。模型所需空間數(shù)據(jù)為krasovsky_1940_Albers投影,分辨率為1km。機會成本問卷調(diào)查采用分層隨機抽樣方式,樣本發(fā)放范圍包括渭河干流甘肅段6縣/區(qū)。樣本分配以各縣/區(qū)家庭戶數(shù)為主要依據(jù)。共發(fā)放問卷600份,回收問卷553份,其中有效問卷405份,有效回收率68%。

2.3 InVEST模型及參數(shù)

InVEST模型是由美國斯坦福大學環(huán)境森林研究所、世界自然基金和大自然保護協(xié)會于2007年共同研發(fā)的一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與權(quán)衡綜合評估模型。與其他評估方法相比,該模型具有更強的綜合性,它整合了多種生態(tài)系統(tǒng)過程,能夠借助不同政策情景下土地利用數(shù)據(jù)、物理環(huán)境因子數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟因子數(shù)據(jù)模擬多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的物質(zhì)量、價值量。同時,模型克服了文字抽象表述不直觀的問題,將評估結(jié)果可視化表達,實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空尺度變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)權(quán)衡關(guān)系研究。

InVEST模型目前發(fā)布的最新版本是3.3.3,該版本包括淡水生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)三大模塊,提供了多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估功能。各模塊評估可分物質(zhì)量模擬,價值量評估和各種相關(guān)復雜模型綜合應(yīng)用3個層次。本文選用淡水生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、土壤保持和水質(zhì)凈化3個子模塊運用物質(zhì)量評估模型確定研究區(qū)生態(tài)服務(wù)供給量。運用InVEST模型進行價值評估參數(shù)因子需求多,目前難以獲取。因此,價值量評估采用市場價值法和影子工程法。

2.3.1 水源涵養(yǎng)評估

(1)水源涵養(yǎng)量模擬

基于水量平衡某柵格單元的水源涵養(yǎng)量為降雨量與實際蒸散量的差值,包括地表產(chǎn)流、土壤含水量、枯落物持水量和冠層截留量?？杀硎緸椋?/p>

(1)

式中,Yxj為地類j上柵格單元x的年水源涵養(yǎng)量(mm);AETxj為年實際蒸散量(mm);Px為年降水量(mm)。

對于不同土地利用類型,矢量平衡的蒸散發(fā)比值由Zhang等[13]提出的Budyko曲線算法估算得出。

根據(jù)模型原理水源涵養(yǎng)量模擬所需數(shù)據(jù)包括年均降水量、年均潛在蒸發(fā)量、土壤深度、土壤有效含水量、土地利用類型、流域、子流域矢量數(shù)據(jù)以及生物物理表和Z常數(shù)。其中生物物理表包括地類代碼、植被指數(shù)、植被根系深度、植被蒸散系數(shù)。

降水量在多年平均的基礎(chǔ)上,通過Kriging插值得到2010年的降水量空間柵格數(shù)據(jù);潛在蒸發(fā)量采用經(jīng)過參數(shù)校正的Penman-Monteith模型計算日值數(shù)據(jù),并通過多年平均和空間插值得到;土壤有效含水量根據(jù)非線性擬合土壤AWC估算模型計算;土壤深度數(shù)據(jù)通過世界土壤數(shù)據(jù)庫利用空間腌膜提取;流域和子流域矢量數(shù)據(jù)根據(jù)GIS中Hydrology模塊生成;植被指數(shù)、植被根系深度和植被蒸散系數(shù)通過查閱模型說明和相似地區(qū)研究成果[14- 16]獲得?；谘芯繀^(qū)內(nèi)水文站點多年平均蒸散量和多年平均徑流量觀測數(shù)據(jù),采用水量平衡法對Z常數(shù)進行校驗,當Z常數(shù)為6時,模擬產(chǎn)水量相對誤差為0.66%,此時InVEST產(chǎn)水模塊的模擬效果最優(yōu)。

(2)水源涵養(yǎng)價值

生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)價值指林冠、林下植被和枯枝落葉層攔截降水以及土壤蓄水,減少地表徑流,使雨水轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?不斷涵養(yǎng)水源,維持河流流量的價值。由于水源涵養(yǎng)價值具有外溢性,很難在市場中自發(fā)形成排他收益,本文采用影子工程法計算。其理論基礎(chǔ)是假設(shè)存在一個蓄水功能與植被水源涵養(yǎng)質(zhì)量相同的水利工程,涵養(yǎng)水源價值可用經(jīng)過水利工程調(diào)節(jié)的水源價格來計算,如下式：

EW=G×C

(2)

式中,EW為水源涵養(yǎng)價值(元/a);G為水源涵養(yǎng)量(m3/a);C為建設(shè)水庫單位庫容的工程成本,取5.714元/m3[17]。

2.3.2 土壤保持評估

(1) 土壤保持量模擬

土壤保持主要包括侵蝕控制和沉積物保持。InVEST模型土壤保持模塊克服了通用土壤流失方程USLE未考慮地塊自身攔截上游沉積物的缺陷。其土壤保持量有兩部分組成(式3),一是地塊自身攔截的沉積物保留量,用上坡來沙量與泥沙截留率乘積表示(式4)。二是因植被覆蓋和水土保持措施而減少的土壤侵蝕量,用潛在土壤侵蝕量與實際土壤侵蝕量的差值表示。

SEDRETxD=RKLSx-USLEx+SEDRx

(3)

(4)

式中,SEDRx、SEDRETxD分別為柵格x自身攔截的沉積物保留量(單位:t)和土壤保持量(t);RKLSx、USLEx分別為潛在土壤侵蝕量(t)和實際土壤侵蝕量(t);SEx為截留率;USLEy為上坡柵格y的實際土壤侵蝕量(t);SEz為上坡柵格z的泥沙截留量(t)。

土壤保持模擬所需數(shù)據(jù)包括DEM、降水侵蝕因子、土壤可蝕因子、土地利用類型、流域邊界、生物物理表(包括植被覆蓋和管理因子)、匯水積累量閾值、BorselliK參數(shù)、BorselliICo參數(shù)和SDR最大值。其中,降水侵蝕力因子采用Wischmeier方法[18]計算,并通過空間差值獲得;土壤可蝕性因子通過Williams[19]方法計算;植被覆蓋和管理因子根據(jù)模型說明和相似地區(qū)研究成果[20- 22]獲得;匯水積累量閾值通過多次調(diào)試,取1000;BorselliK參數(shù)、BorselliICo參數(shù)和SDR最大值采用相關(guān)研究成果[23]。

(2)土壤保持價值

①保持土壤肥力價值

土壤肥力價值(Ea)包括養(yǎng)分價值(E1)和有機物價值(E2)。土壤侵蝕導致土壤中N、P、K損失,土壤需要施加化學肥料,保持土壤養(yǎng)分的經(jīng)濟價值可由化學肥料的價格、土壤保持量和土壤養(yǎng)分含量計算得到。保持土壤有機質(zhì)的經(jīng)濟價值可折算成相當量薪材,按薪材市場價格法估算。算法如下：

Ea=E1+E2

(5)

(6)

式中,Q為土壤保持量(t/a);mi為土壤中養(yǎng)分(N、P、K)平均含量,分別取0.06%、0.06%、1.40%[24];ni為土壤中堿解氮折算為尿素、速效磷折算為過磷酸鈣和速效鉀折算為氯化鉀的系數(shù),分別取2.164、4.065、1.923;pi為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀3種化肥2015年全國市場平均售價,分取1838、587、2175元/t。

E2=Q·Di·PS·S

(7)

式中,Di為研究區(qū)各土壤類型中有機碳的平均含量,取1.56%[25];PS為薪柴機會成本價格,根據(jù)2015年薪材平均市場價格,取200元/m3;S為薪材轉(zhuǎn)化為土壤有機質(zhì)的系數(shù),取0.5。

②減少泥沙淤積價值

采用影子工程法,結(jié)合挖取和運輸單位體積土方的所需費用(用水庫建設(shè)成本代替)構(gòu)建減少泥沙淤積的經(jīng)濟價值計算公式：

Eb=0.24Q·C/ρ

(8)

式中,ρ為土壤容重,取1.29t/m3[26]。

2.3.3 水質(zhì)凈化評估

(1)水質(zhì)凈化量模擬

污染物隨降水流入水體,但在輸移過程中并非全部進入水體,地表徑流中的氮、磷通過植被緩沖帶時,一部分通過植物吸收、微生物固定、硝化和反硝化作用被截留,另一部分通過土壤吸附而滲透到土層中、沉積礦化而被截留[27]。InVEST水質(zhì)凈化模塊主要用于生態(tài)系統(tǒng)對氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)的凈化功能評估。

柵格單元的污染物輸出量(xexpi)為地表和地下污染物的負荷值與氮、磷輸出率(NDRi)的乘積之和?？杀硎緸椋?/p>

xexpi=modified.load(x,i)·NDRi

(9)

modified.load(x,i)=load(x,i)RPIi

(10)

(11)

式中,modified.load(x,i)為根據(jù)當?shù)貤l件調(diào)整后的柵格i的污染物負荷值(kg);load(x,i)、RPIi和RPi分別為柵格i的污染物負荷值(kg)、水文敏感分值和徑流系數(shù);RPav為研究區(qū)流域平均徑流系數(shù)。由于缺乏渭河流域地表、地下氮磷運輸比例數(shù)據(jù),污染物輸出量全部按地表輸出量計算。

水質(zhì)凈化模擬所需數(shù)據(jù)包括DEM、土地利用類型、徑流潛力指數(shù)、流域邊界、生物物理表、匯水積累量閾值和BorselliK參數(shù)。生物物理表包括N、P最大保留率,運輸距離和負荷值,依據(jù)模型使用說明和相似研究成果確定[27- 28]。徑流潛力指數(shù)用年均降水量表征。

(2)水質(zhì)凈化價值

水質(zhì)凈化價值采用工業(yè)去除總氮、總磷的費用來衡量。計算公式如下：

V=ΔQN×αN+ΔQP×αP

(12)

式中,ΔQN、ΔQP分別為被凈化的總氮、總磷的含量,αN,αp為總氮、總磷的凈化價值,分別取3.57、75.07萬元/t[28]。

2.4 新增生態(tài)服務(wù)

退耕還林是通過生態(tài)補償改變區(qū)域土地利用類型,使土地由耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?從而增加多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量,改善生態(tài)環(huán)境。在渭河干流區(qū)退耕還林生態(tài)補償中,著重考慮水源涵養(yǎng)、土壤保持和水質(zhì)凈化。新增生態(tài)服務(wù)供給量可理解為土地利用方式改變后區(qū)域單位面積生態(tài)服務(wù)增量,即林地與耕地生態(tài)服務(wù)量的差值(式13)。耕地向林地轉(zhuǎn)化過程中會產(chǎn)生不同的林種類型。各林種單位面積新增生態(tài)服務(wù)量不同,且其面積也有差異。為計算轉(zhuǎn)化后林地的生態(tài)服務(wù)量,以各類轉(zhuǎn)化林地面積占轉(zhuǎn)化總面積比為權(quán)重,與相應(yīng)林種單位面積生態(tài)服務(wù)量加權(quán)求和,作為單位面積林地的生態(tài)服務(wù)量(式14)。

Δeij=eFij-eCij

(13)

(14)

式中,Δeij為i區(qū)域j類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的新增量;eFij和eCij分別為i區(qū)域林地和耕地j類生態(tài)服務(wù)供給量;En、Vn分別為i區(qū)域第n類林地的j類生態(tài)服務(wù)量(m3/km2)和權(quán)重。

2.5 農(nóng)戶機會成本

通過問卷調(diào)查農(nóng)戶的收入項和支出項,并核算收支差(C)用以確定農(nóng)戶生產(chǎn)的機會成本。其中,收入項包括主要作物種類、面積、單產(chǎn)和出售價格。支出項包括種子、化肥、農(nóng)藥等的花費。計算公式如下：

Coppi=C/A

(15)

(16)

式中,Coppi為機會成本;A為種植面積;Cz為種子費;Cf為化肥費;Cn為農(nóng)藥費;Ch為主要作物收割費;Cy為農(nóng)機加油費;Cm為農(nóng)機修理費;Ai、Li、Ki分別為第i類作物面積、單產(chǎn)和售價。面積單位為km2,費用單位為元。

3 結(jié)果分析

3.1 新增生態(tài)服務(wù)核算

3.1.1 新增水源涵養(yǎng)模擬

(1)新增水源涵養(yǎng)量

由模擬結(jié)果可知,2010年研究區(qū)水源涵養(yǎng)量在0—342.83mm/km2之間(圖2),水源涵養(yǎng)總量為9.08億m3。以2000年為基準年,到2010年,研究區(qū)耕地轉(zhuǎn)化為稀疏灌木林、落葉闊葉林、常綠針葉林、針闊混交林和落葉闊葉灌木林5類林地,面積共108.49km2。采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣計算各類轉(zhuǎn)化林地面積與相應(yīng)權(quán)重,然后在ArcGIS中對模型輸出結(jié)果按林種分區(qū)統(tǒng)計其水源涵養(yǎng)量均值,進而根據(jù)公式(14)可知：研究區(qū)2010年退耕林地(由耕地轉(zhuǎn)化而來的五類林地)平均水源涵養(yǎng)量為75.10×103m3/km2,耕地平均水源涵養(yǎng)量為72.48×103m3/km2,退耕還林可新增水源涵養(yǎng)量2.62×103m3/km2。

實施國家新一輪退耕還林政策,15°—25°坡耕地新增水源涵養(yǎng)量23.36×103m3/km2。25°以上坡耕地新增水源涵養(yǎng)量27.99×103m3/km2。各縣/區(qū)中,麥積區(qū)新增水源涵養(yǎng)量最高,為29.95×103m3/km2。其次是甘谷縣,為23.21×103m3/km2。渭源縣和秦州區(qū)水源涵養(yǎng)量有所減少(表1)。

表1 單位面積渭河干流區(qū)退耕還林新增水源涵養(yǎng)量/(103m3/km2)

(2)新增水源涵養(yǎng)價值

核算可知研究區(qū)水源涵養(yǎng)價值51.88億元。退耕還林新增水源涵養(yǎng)價值1.49萬元/km2。退耕還林15°—25°和25°以上坡耕地新增水源涵養(yǎng)價值分別為13.35、15.99萬元/km2。各縣/區(qū)中,麥積區(qū)新增水源涵養(yǎng)價值最高,為17.11萬元/km2。其次是甘谷縣,為13.26萬元/km2。渭源縣和秦州區(qū)水源涵養(yǎng)價值分別減少了12.09、11.74萬元/km2。

3.1.2 新增土壤保持模擬

(1) 新增土壤保持量

由模擬結(jié)果可知,2010年研究區(qū)土壤保持量在0—21.96×104t/km2之間(圖2),土壤保持總量為10.95×108t,其中侵蝕減少量9.43×108t,地塊自身攔截沉積物1.52×108t。輸沙量250.76×104t,單位面積輸沙量為197.54t/km2,單位面積土壤保持量為8.65×104t/km2。

圖2 渭河干流甘肅段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量Fig.2 The ecosystem services of the Weihe River Basin in Gansu Province

2010年退耕林地平均土壤保持量為12.89×104t/km2,耕地平均土壤保持量為5.39×104t/km2,退耕還林可新增土壤保持量7.50×104t/km2。退耕還林15°—25°坡耕地新增土壤保持量5.28×104t/km2。25°以上坡耕地新增土壤保持量4.74×104t/km2。各縣/區(qū)中,麥積區(qū)新增土壤保持量最高,為11.10×104t/km2。其次是渭源縣,為6.94×104t/km2。隴西縣最低,為2.00×104t/km2(表2)。

(2)新增土壤保持價值

核算可知研究區(qū)土壤保持價值711.6億元,其中土壤肥力價值700億元,包括養(yǎng)分價值683億元和有機物價值17億元;減少泥沙淤積價值11.6億元。退耕還林新增土壤保持價值479.55萬元/km2,其中新增土壤肥力價值467.85萬元/km2,減少泥沙淤積價值11.70萬元/km2。15°—25°和25°以上坡耕地新增土壤保持價值分別為337.42、302.90萬元/km2。各縣/區(qū)中,麥積區(qū)新增土壤保持價值最高,為709.73萬元/km2,武山最低,為127.88萬元/km2。

表2 單位面積渭河干流區(qū)退耕還林新增土壤保持量/(104t/km2)

3.1.3 新增水質(zhì)凈化模擬

(1)新增水質(zhì)凈化量

由模擬結(jié)果可知,2010年研究區(qū)氮、磷輸出量分別在0—671.72、0—85.83kg/km2之間(圖2),氮、磷輸出總量分別為66.34×104、8.18×104kg。2010年退耕林地平均氮、磷輸出量為13.48、1.56kg/km2,耕地平均氮、磷輸出量為85.02、10.66kg/km2,退耕還林氮、磷減排量分別為71.54、9.10kg/km2。15°—25°坡耕地氮、磷減排量分別為62.00、7.87kg/km2。25°以上坡耕地氮、磷減排量分別為58.80、7.32kg/km2。各縣/區(qū)中,武山縣新增水質(zhì)凈化量最高,氮、磷減排量分別為165.77、20.71kg/km2。其次是渭源縣。隴西縣氮、磷輸出量略微增加,分別增加了3.95、0.41kg/km2(表3)。

表3 單位面積渭河干流區(qū)退耕還林新增水質(zhì)凈化量/(kg/km2)

(2)新增水質(zhì)凈化價值

由模擬結(jié)果可知,退耕還林新增水質(zhì)凈化價值0.94萬元/km2,其中新增總氮價值0.26萬元/km2,新增總磷價值0.68萬元/km2。15°—25°和25°以上坡耕地新增水質(zhì)凈化價值分別為0.81、0.76萬元/km2。各縣/區(qū)中,武山縣新增水質(zhì)凈化價值最高,為2.15萬元/km2。其次是渭源縣。隴西縣水質(zhì)凈化價值減少了0.04萬元/km2。

3.2 農(nóng)戶機會成本核算

根據(jù)調(diào)查問卷,受訪農(nóng)戶以男性略多,占總?cè)藬?shù)的60%;以中老年勞動力為主,58%的樣本年齡集中在36—60歲;受訪家庭人口數(shù)為4—6人的占85%。通過機會成本核算可知：渭河干流六縣/區(qū)中渭源縣機會成本最低,為84.02萬元/km2。麥積區(qū)最高,為202.23萬元/km2。隴西縣、武山縣、甘谷縣和秦州區(qū)的農(nóng)戶機會成本分別為96.99、154.62、168.27萬元/km2和172.17萬元/km2。

3.3 流域生態(tài)補償標準范圍

根據(jù)界定的補償標準范圍,渭河干流甘肅段退耕還林,生態(tài)補償最高標準為481.98萬元 km-2a-1,最低補償標準為146.39萬元 km-2a-1。15°—25°或25°以上坡耕地退耕還林目標導向下,生態(tài)補償標準范圍分別為146.39—351.58萬元 km-2a-1、146.39—319.65萬元 km-2a-1。研究區(qū)重要水源地一級保護區(qū)和保留區(qū)迎水面15°—25°坡耕地約占15°—25°坡耕地面積的10%,按照甘肅省新一輪退耕還林政策五年的補償期限,重要水源地一級保護區(qū)和保留區(qū)迎水面15°—25°坡耕地全部退耕還林需補償金額13.95—33.55億元;25°以上坡耕地全部退耕還林需補償金額12.96—28.35億元。渭河干流六縣/區(qū)中(表4),實施退耕還林麥積區(qū)凈收益最大,為525.69萬元 km-2a-1,生態(tài)補償范圍為202.23—727.92萬元 km-2a-1。渭源縣次之。隴西縣凈收益最小,為39.54萬元 km-2a-1,生態(tài)補償范圍為96.99—136.53萬元 km-2a-1。

表4 單位面積退耕還林新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值/(元/km2)

4 結(jié)論與討論

生態(tài)補償標準的確定是生態(tài)補償機制構(gòu)建的關(guān)鍵問題。為提高補償標準的可操作性,以渭河干流甘肅段為研究區(qū),基于流域生態(tài)補償標準范圍界定,在考慮耕地向多種林地轉(zhuǎn)化情況下采用InVEST模型和加權(quán)法核算流域新增生態(tài)服務(wù)量,并以新增生態(tài)服務(wù)價值為補償上限,農(nóng)戶機會成本為補償下限,先從國家新一輪退耕還林政策導向視角,探討15°—25°和25°以上坡耕地退耕還林的差異化補償標準。再從利益公平分配的視角,耦合機會成本投入與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)出,探討生態(tài)補償凈收益不同地區(qū)的差異化補償標準。通過研究主要得出以下結(jié)論：(1)研究區(qū)生態(tài)補償標準范圍為146.39—481.98萬元 km-2a-1。實施退耕還林每年可新增水源涵養(yǎng)價值1.49萬元/km2;新增土壤保持價值479.55萬元/km2;新增水質(zhì)凈化價值0.94萬元/km2。(2)15°—25°和25°以上坡耕地每年新增水源涵養(yǎng)價值分別為13.35、15.99萬元/km2;新增土壤保持價值分別為337.42、302.90萬元/km2;新增水質(zhì)凈化價值分別為0.81、0.76萬元/km2。其生態(tài)補償范圍分別為146.39—351.58、146.39—319.65萬元 km-2a-1。(3)各縣/區(qū)中,麥積區(qū)凈收益最大,生態(tài)補償范圍為202.23—727.92萬元 km-2a-1。隴西縣凈收益最小,生態(tài)補償范圍為96.99—136.53萬元 km-2a-1。

依據(jù)2002年《國務(wù)院關(guān)于進一步完善退耕還林政策措施的若干意見》和2007年《國務(wù)院關(guān)于完善退耕還林政策的通知》,研究區(qū)第一輪退耕還林補償標準為：長江流域30.38萬元 km-2a-1,黃河流域22.50萬元 km-2a-1。依據(jù)2014年《新一輪退耕還林還草總體方案》,研究區(qū)新一輪退耕還林補償標準為45萬元 km-2a-1。與兩輪退耕還林補償標準相比,本文核算的補償標準較高。其中,上限標準481.98萬元 km-2a-1是新增生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的市場價值,也是研究區(qū)退耕還林生態(tài)補償?shù)睦碚撟罡咧?。國家補償標準多由中央財政轉(zhuǎn)移支付,資金來源渠道單一,導致理論與現(xiàn)實差距較大。值得一提的是,本文核算的下限標準146.39萬元 km-2a-1仍高于國家標準,通過分析,本文認為可能原因有：一是國家退耕還林標準考慮了退耕后期林地的經(jīng)濟收益以及勞動力從土地經(jīng)營中解放出來后從事其他職業(yè)獲得的收益,而本文未涉及;二是國家按照統(tǒng)一標準對退耕農(nóng)戶實行補助,而渭河干流甘肅段位于渭河上游,生態(tài)區(qū)位重要;三是隨著近年來國家各項支農(nóng)惠農(nóng)政策加強,種糧補貼范圍不斷擴大、補貼標準不斷提高,加之國內(nèi)糧食價格大幅上漲,退耕還林政策補助的比較效益明顯不如種糧和出租耕地,在國家擴大新一輪退耕還林還草規(guī)模的背景下,為增加農(nóng)戶退耕的積極性,區(qū)域補償應(yīng)適度高于國家標準。

渭河流域生態(tài)補償現(xiàn)行資金來源主要是中央政府和甘肅省政府財政轉(zhuǎn)移支付以及陜西省政府的現(xiàn)金補償。為逐步提高補償標準,提升補償效率,應(yīng)建立生態(tài)補償長效機制,在政府財政轉(zhuǎn)移支付為主的基礎(chǔ)上,采用市場交易(如BOT融資模式、產(chǎn)權(quán)交易、碳匯交易、受益者向提供者支付費用或者利用資本市場的融資功能籌措等)和社會化募集等多元化融資渠道。

生態(tài)保護者為了保護生態(tài)環(huán)境投入大量物力和財力的同時也投入了大量人力。文中在農(nóng)戶機會成本計量中未考慮勞動力成本,可能會拉低補償標準下限。另外在15°—25°和25°以上坡耕地退耕還林補償范圍確定時,未將15°—25°和25°以上坡耕地機會成本分別核算。

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