尹聰嫻,張艷芳

(陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院,陜西 西安 710119)

生態(tài)資產(chǎn)是一種國家資產(chǎn),它提供了人類生產(chǎn)生活的物質(zhì)基礎(chǔ),創(chuàng)造并維護(hù)了生命支持系統(tǒng)。黨的十九大報告明確提出要設(shè)立國有自然資源資產(chǎn)管理和自然生態(tài)監(jiān)管機(jī)構(gòu),完善生態(tài)環(huán)境管理制度。

在20世紀(jì)70年代,國外學(xué)者Holder和Westaman等最早提出了生態(tài)資產(chǎn)評估這一概念[1-2],隨后眾多科研工作人員如Constanza[3]、Daily[4],科研機(jī)構(gòu)如聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署[5]針對全球尺度的生態(tài)服務(wù)功能開展了一系列研究,由此引發(fā)了對生態(tài)資產(chǎn)評估的大討論。國內(nèi)陳仲新、潘耀忠、劉紀(jì)遠(yuǎn)、高吉喜、謝高地等進(jìn)一步完善了生態(tài)資產(chǎn)評估的理論基礎(chǔ)與研究方法[6-10]。生態(tài)資產(chǎn)價值與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系及生態(tài)赤字是近期生態(tài)資產(chǎn)研究的重點[11-12]。在20世紀(jì)80年代，環(huán)境資源價值評估開始興起,經(jīng)歷了模型與參數(shù)的不斷研究與修正[13-16]。最新研究轉(zhuǎn)為生態(tài)資產(chǎn)資本化[17-18]和自然資源資產(chǎn)負(fù)債表[19]。

李真等利用遙感技術(shù)對甘肅省生態(tài)資產(chǎn)價值進(jìn)行了定量測度,并在柵格尺度上進(jìn)行了生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)研究[20];徐昔保等認(rèn)為土地利用變化引起了長江三角洲生態(tài)資產(chǎn)減少和空間變化差異[21];馬立新等發(fā)現(xiàn)資源利用方式隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平變化,兩者間的協(xié)調(diào)程度決定了生態(tài)資產(chǎn)提高與否[22];曹詩頌等基于自然、社會以及經(jīng)濟(jì)三方面構(gòu)建了指標(biāo)體系并分析了秦巴特困連片區(qū)生態(tài)資產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)貧困的耦合關(guān)系[23];張超等以寧夏鹽池縣為例進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)對生態(tài)資產(chǎn)價值貢獻(xiàn)率最大的因素是水土保持[24];王紅巖等在小尺度上進(jìn)行了縣級生態(tài)資產(chǎn)價值評估的研究[25]。

渭河流域地處中國西北地區(qū)濕潤和干旱區(qū)過渡地帶,經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá),也是生態(tài)較為脆弱的地區(qū),在國家生態(tài)建設(shè)中占有重要地位。以往有關(guān)生態(tài)資產(chǎn)價值的研究多以行政區(qū)為邊界進(jìn)行分析,以流域為單元的研究較為少見,因此對渭河流域生態(tài)資產(chǎn)價值的動態(tài)變化進(jìn)行研究可為其他流域生態(tài)文明建設(shè)提供參考和借鑒。本研究對2000～2015年間4個年份渭河流域的生態(tài)資產(chǎn)進(jìn)行了估算,并分析了16年間該流域生態(tài)資產(chǎn)的時空變化及其驅(qū)動力,旨在為促進(jìn)流域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域

渭河,別稱渭水,發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山,是黃河最大的支流,流經(jīng)甘肅省中部、寧夏區(qū)東南部和陜西省中部,河流面積為134766 km2(圖1)。渭河流域橫跨東經(jīng)104°00′～110°20′,位于北緯33°50′～37°18′之間,可將其分為西黃土丘陵溝壑區(qū)和東關(guān)中平原區(qū)。渭河流域年平均氣溫為7.8～13.5 ℃,夏季雨熱同期,有伏旱,冬季寒冷少雨,為大陸性季風(fēng)氣候。年降水量在500～800 mm,降雨空間分布由東南向西北遞減，且主要集中在6～10月,該期間降水量約占年降水量的65%。該流域蒸發(fā)較為強(qiáng)烈；耕地、林地和草地為該區(qū)主要土地利用類型。

圖1 渭河流域的地理位置

2 研究方法

2.1 生態(tài)資產(chǎn)估算

生態(tài)資產(chǎn)總量在一定區(qū)域內(nèi)隨著時間呈動態(tài)變化,區(qū)域內(nèi)包括的生態(tài)系統(tǒng)類型、質(zhì)量、面積的改變都會對其造成影響。一定區(qū)域內(nèi)生態(tài)資產(chǎn)總量即全部生態(tài)系統(tǒng)類型的全部服務(wù)功能與其所提供的自然資源價值的和,可表示為[7]:

(1)

式(1)中:V表示研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)資產(chǎn)價值總量;c=1,2,…,n,表示該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)類型;Vc表示該區(qū)域內(nèi)第c類生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)資產(chǎn),可根據(jù)如下公式[7]計算:

(2)

式(2)中:i表示第c類生態(tài)系統(tǒng)的第i種生態(tài)服務(wù)功能;Vci表示第c類生態(tài)系統(tǒng)的第i種生態(tài)服務(wù)功能類型的單位面積價值;j=1,2,…,m,表示一定區(qū)域內(nèi)第c類生態(tài)系統(tǒng)在空間上分布的像元數(shù);Sij表示各個像元的面積;Rij表示每個像元的調(diào)整系數(shù),它是由生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況決定的,本文選用植被覆蓋度以及植被凈第一生產(chǎn)力NPP來表征Rij,其計算公式如下:

Rij=(NPPj/NPPmean+fj/fmean)/2

(3)

式(3)中:NPPmean和fmean分別表示區(qū)域內(nèi)第c類生態(tài)系統(tǒng)的NPP和植被覆蓋度的均值;NPPj和fj分別表示像元j的NPP和植被覆蓋度。

對NPP和植被覆蓋度的估算分別采用改進(jìn)的光能利用率CASA模型[13]和像元二分模型[7]:

NPP=FPAR×SOL×Tε1×Tε2×Wε×ε*×0.5

(4)

(5)

上式中:FPAR為植被層對入射光合有效輻射的吸收比例;SOL為太陽總輻射量(MJ/m2);Tε1和Tε2分別表示低溫和高溫對光能利用率的脅迫作用;Wε為水分脅迫系數(shù)；ε*為理想條件下的最大光能利用率(gC/MJ)；常數(shù)0.5表示植被所能利用的太陽有效輻射(波長為0.4～0.7 μm)占太陽總輻射的比例;NDVI為像元的歸一化植被指數(shù),NDVImin和NDVImax分別表示不同生態(tài)系統(tǒng)的NDVI最小值和最大值。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

USGS共享提供由16 d合成的250 m MODIS-NDVI數(shù)據(jù)(2000、2005、2010、2015年),經(jīng)過拼接、重投影、裁剪等過程后,利用最大值合成法(MVC)生成NDVI年值數(shù)據(jù)。土地利用數(shù)據(jù)采用覆蓋研究區(qū)的Landsat-5的TM數(shù)據(jù),空間分辨率為30 m。利用ENVI對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、輻射校正、大氣校正和幾何校正，然后采用人機(jī)交互、目視解譯和監(jiān)督分類的方法,結(jié)合研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的特點,把土地利用類型歸并為林地、草地、耕地、水域、建設(shè)用地和未利用地六大類。氣象數(shù)據(jù)包括氣溫、降水、地表輻射等數(shù)據(jù),來自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺,在ARCGIS中進(jìn)行插值得到。其他數(shù)據(jù)有:渭河流域1∶4000000矢量圖；不同生態(tài)系統(tǒng)的單位面積生態(tài)資產(chǎn)價值初始值采用謝高地等優(yōu)化建立的體系標(biāo)準(zhǔn)[10]，即林地為193.340萬元/km2,草地64.065萬元/km2,耕地61.143萬元/km2,水域244.764萬元/km2,未利用地3.714萬元/km2，建設(shè)用地0元/km2。

3 結(jié)果與分析

3.1 渭河流域生態(tài)資產(chǎn)總量的變化

從表1可以看出：在2000～2005年期間，渭河流域的生態(tài)資產(chǎn)總量從1092.75億元降低到1076.43億元；2005～2010年的生態(tài)資產(chǎn)總量保持穩(wěn)定并略有減少,減少了2.62億元；從2010年到2015年，生態(tài)資產(chǎn)總量有所回升且在2015年達(dá)到1109.11億元；2000～2015年的生態(tài)資產(chǎn)總量共增加了16.36億元，占2000年生態(tài)資產(chǎn)總量的1.50%,增加幅度較??；16年間渭河流域的生態(tài)資產(chǎn)總量總體上呈先減少并保持穩(wěn)定然后持續(xù)增長的態(tài)勢。

在2000～2015年期間，渭河流域總生態(tài)資產(chǎn)的構(gòu)成均以林地、耕地和草地為主,在2015年分別占38.93%、30.82%和27.98%。林地生態(tài)資產(chǎn)16年間減少了10.97億元(減幅為-2.48%)。2000～2015年耕地和草地生態(tài)資產(chǎn)有一定增長,分別增加了11.23億元(3.40%)和9.78億元(3.25%)。水域和未利用地生態(tài)資產(chǎn)分別由2000年的18.71億元、0.07億元增長至2015年的24.86億元、0.24億元。各土地利用類型的生態(tài)資產(chǎn)變化幅度除未利用地和水域外均在5%以內(nèi),表明林地、耕地和草地的生態(tài)資產(chǎn)總量相對穩(wěn)定。

表1 2000～2015年渭河流域生態(tài)資產(chǎn)總量的變化 億元

3.2 渭河流域生態(tài)資產(chǎn)的空間分布

由圖2可以看出：渭河流域北部、西部及東南部生態(tài)資產(chǎn)較低,主要位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)的榆林市南部、西峰市北部、定西縣中部以及關(guān)中平原或渭河平原的西安市北部、咸陽市南部、渭南市西部部分地區(qū)；生態(tài)資產(chǎn)較高的地區(qū)主要是林地廣泛分布的南部秦嶺北坡林區(qū)及六盤山,北部黃龍山、子午嶺林區(qū)和其他低山丘陵地區(qū)。

圖2 渭河流域生態(tài)資產(chǎn)的空間變化

3.3 渭河流域各土地利用類型生態(tài)資產(chǎn)的變化

在2000～2015年期間,渭河流域土地利用類型的變化較大(表2)。其中未利用地變化率為33.73%,變化最大；其次是建設(shè)用地,變化率為29.63%；水域的變化率為13.36%；林地和草地的變化率分別為3.15%和0.26%；僅耕地面積有所下降,從2000年的59188 km2降至2015年的57159 km2,減少了2029 km2,變化率為-3.43%；在減少的耕地面積中有51.21%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,33.81%轉(zhuǎn)化為林地,其余耕地分別轉(zhuǎn)化為草地、水域。

水域的單位面積生態(tài)服務(wù)價值在所有土地利用類型中最高,由于其在渭河流域中所占面積有限,故所貢獻(xiàn)的生態(tài)資產(chǎn)遠(yuǎn)少于林地、耕地和草地。林地對渭河流域生態(tài)資產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大,原因如下:(1)林地的單位面積生態(tài)服務(wù)價值很高,為193.34萬元/km2,僅次于水域；(2)渭河流域的林地面積較大,排在第3位,2015年渭河流域林地面積為22477 km2。在單位面積生態(tài)服務(wù)價值差別不大的情況下,耕地與草地對渭河流域生態(tài)資產(chǎn)的貢獻(xiàn)率相差較小,耕地稍高于草地,主要原因是耕地面積大于草地面積。2015年未利用地的生態(tài)資產(chǎn)為2000年的3.43倍,這與16年間未利用地面積的增加有關(guān)。

3.4 渭河流域各子流域生態(tài)資產(chǎn)的分布

如圖3和表3所示,3個子流域的生態(tài)資產(chǎn)分布不均勻,除了子流域面積外,生態(tài)資產(chǎn)分布不均的原因根本還在于其自身的生態(tài)環(huán)境。渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)最高,在2000、2005、2010及2015年的生態(tài)資產(chǎn)總值分別為542.10億、518.44億、505.79億、537.74億元,主要原因在于渭河干流面積較大以及其南部秦嶺山地和西部六盤山具有較高的林地覆蓋度。從2000年至2005年,渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)減少了23.66億元;從2005年至2010年,渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)繼續(xù)減少,但減少幅度有所放緩;在2010～2015年期間, 渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)增加了31.95億元,增幅明顯,達(dá)6.32%。總體來講,渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)在16年間減少了4.36億元,減幅為-0.80%。涇河流域的面積(44738 km2)是北洛河流域面積(29770 km2)的1.50倍,2000年北洛河流域的生態(tài)資產(chǎn)高出涇河流域15.49億元；到2005年北洛河流域的生態(tài)資產(chǎn)仍高出涇河流域1.43億元；直到2010年,涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)(287.61億元)才明顯高于北洛河流域(279.62億元)；截止2015年,涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)高出北洛河流域24.95億元。北洛河流域雖然面積不及涇河流域,但其生態(tài)資產(chǎn)在2000年比涇河流域高的原因是北洛河流域的子午嶺、黃龍山地區(qū)有較多的林地。

表2 2000～2015年渭河流域土地利用類型的變化 km2

表3 2000～2015年渭河流域及其子流域的生態(tài)資產(chǎn)變化統(tǒng)計

圖3 渭河流域及其子流域的生態(tài)資產(chǎn)分布

2000～2010年渭河干流生態(tài)資產(chǎn)減少主要是由于耕地面積的減少,由28249.04 km2減少至27667.62 km2,以及建設(shè)用地的增加,由2333.10 km2增至2545.32 km2；2010～2015年渭河干流水域面積增加明顯,由601.04 km2增加到641.88 km2,增幅達(dá)6.79%,成為其生態(tài)資產(chǎn)增加的主要原因。2000～2005年,涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)與北洛河流域差距縮小,主要在于涇河流域較大幅度的林地增長,由4140.49 km2增加到4579.11 km2,增長了9.94%,而北洛河流域林地由7102.99 km2增至7304.52 km2,增幅僅為2.84%;2005～2010年,涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)平穩(wěn)增長,并開始超過北洛河流域;2010～2015年涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)保持增勢,而北洛河流域繼續(xù)下降。在16年間，涇河流域的生態(tài)資產(chǎn)由267.48億元增至297.53億元,增加了30.05億元,而北洛河流域的生態(tài)資產(chǎn)由282.97億元減為272.58億元,減少了10.39億元,涇河流域較大的草地和耕地面積使其生態(tài)資產(chǎn)保持增加的優(yōu)勢成為可能。相比較來說,北洛河流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體較好,但隨著城市擴(kuò)張、耕地面積的減少以及建設(shè)用地的增加,其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所下降。

渭河干流年均生態(tài)資產(chǎn)從上游到下游先升高后降低,后再次升高(圖4和圖5)。渭河干流中游為林區(qū)覆蓋地，年均生態(tài)資產(chǎn)較高,約為200萬元,使得渭河干流中游呈現(xiàn)“山峰”形態(tài);渭河干流上游為黃土丘陵溝壑區(qū)，草地分布面積廣，而下游為黃土階地與沖積平原灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),耕地較多,年均生態(tài)資產(chǎn)約為65萬元。涇河流域年均生態(tài)資產(chǎn)自上游至下游不斷升高,下游一處突降點為城市建設(shè)用地。北洛河流域年均生態(tài)資產(chǎn)自上游至下游先升高后降低,中游年均生態(tài)資產(chǎn)上升明顯,主要原因是子午嶺鄰近區(qū)域多分布林地、草地。

圖4 渭河流域各子流域多年生態(tài)資產(chǎn)平均值的空間分布

圖5 渭河流域年均生態(tài)資產(chǎn)剖面線

4 生態(tài)資產(chǎn)變化的驅(qū)動力分析

4.1 氣候因素

溫度、降水等氣候因素極易對環(huán)境敏感性較強(qiáng)的生態(tài)系統(tǒng)造成影響,從而改變區(qū)域生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。其他影響力較大的因子有光照、水分。對于渭河干流關(guān)中平原地區(qū)的大片耕地來說,溫度上升可能使得其種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變化與調(diào)整。此外,由溫度上升引起的土壤含水量減少會在一定程度上影響農(nóng)作物的產(chǎn)量。林地2015年的降水量為526.06 mm,較2000年的降水量(540.24 mm)有所減少,由此可見降水量對林地2000～2015年生態(tài)資產(chǎn)的下降產(chǎn)生了一定的影響。由洪澇災(zāi)害和極端天氣引起的農(nóng)作物減產(chǎn)，以及耕地面積減少也會導(dǎo)致生態(tài)資產(chǎn)減少。對于其他生態(tài)系統(tǒng)而言,各氣候因子的作用也會使土地利用類型發(fā)生變化，從而引起生態(tài)資產(chǎn)的增減。

4.2 土地利用變化

2000～2015年間渭河流域人口與經(jīng)濟(jì)快速增長。以西安市為例,總?cè)丝诤虶DP分別從2000年的688.01萬人和646.13億元增長到2015年的870.56萬人和5801.20億元[26],流域土地利用從而發(fā)生劇烈變化,表現(xiàn)為建設(shè)用地明顯增加,城市化進(jìn)程加快。

水域生態(tài)資產(chǎn)整體保持增長態(tài)勢,面積不斷擴(kuò)大。2008年編制的渭河流域水土保持綜合治理工程《渭河流域水土保持規(guī)劃》(2008～2012),促進(jìn)了渭河流域生態(tài)文明建設(shè)[27]。2000～2010年林地面積呈現(xiàn)增長趨勢,生態(tài)資產(chǎn)減少;2010～2015年林地面積減少,生態(tài)資產(chǎn)反而有了一定增長,究其原因，一方面近年來渭河流域城市發(fā)展迅速,吸引了大批農(nóng)業(yè)人口進(jìn)城務(wù)工,農(nóng)業(yè)活動對林地的干擾程度減小，林地生態(tài)環(huán)境得到了較好的修復(fù),單位面積林地生態(tài)資產(chǎn)不斷增加;另一方面，各級政府加大了對林地資源的保護(hù)力度,實施了水土保持、荒山生態(tài)恢復(fù)、封山育林等政策。

2014年渭河干流完成了6.56 km2的造林綠化綜合整治項目。整體來講16年間渭河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所提升。2000～2015年北洛河流域和渭河干流的生態(tài)資產(chǎn)變化率分別為-3.53%和5.84%,基本保持穩(wěn)定,而人口數(shù)量增長較快,因此人均生態(tài)資產(chǎn)下降速度快,主要在于城市建設(shè)以及生態(tài)環(huán)境遭到人為劇烈干擾。

4.3 其他因素

生態(tài)資產(chǎn)退化是生態(tài)惡化的結(jié)果,表現(xiàn)為高脆弱性和敏感性,緩沖能力弱,抗干擾能力較低等,是生態(tài)系統(tǒng)的逆向演替過程。北洛河流域生態(tài)資產(chǎn)出現(xiàn)小幅度退化,主要由于耕地的減少,歸結(jié)于城市化進(jìn)程加快,使得城市周邊耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,從而降低了生態(tài)資產(chǎn)。北洛河流域資源稟賦較高,應(yīng)采取有效舉措遏制生態(tài)資產(chǎn)退化現(xiàn)象。另外,資源開發(fā)利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級等因素也對渭河流域生態(tài)資產(chǎn)變化產(chǎn)生了一定影響。

5 討論

生態(tài)資產(chǎn)價值評估自2004年以來已有大批國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行研究,此類研究的關(guān)鍵和難點在于對生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行選擇及獲取的精度。現(xiàn)有研究采用的生態(tài)調(diào)整參數(shù)僅有NPP與植被覆蓋度,有待進(jìn)一步擴(kuò)展評價因子,如增加土壤侵蝕、植被生物量等。NPP和植被覆蓋度的反演精度受到一些因素的影響,主要在于缺乏NPP實測數(shù)據(jù), MODIS NDVI的分辨率有限，以及研究區(qū)氣象站點數(shù)量有限。

生態(tài)系統(tǒng)的詳細(xì)劃分有成百上千類,本文僅將其分為六大類。對于同一種生態(tài)系統(tǒng)類型,其生態(tài)服務(wù)功能的差別有時也很巨大。同一樹種形成的森林群落,即使有著基本相似的參差結(jié)構(gòu),由于立地環(huán)境差異,其生態(tài)功能尤其在水土保持、調(diào)節(jié)氣候方面的差別也很大。城市系統(tǒng)中的部分公園綠地會產(chǎn)生一定的生態(tài)服務(wù)價值,只是目前還未能對其進(jìn)行定量核算；本文按0元/km2計算單位面積建設(shè)用地的生態(tài)服務(wù)價值,這就導(dǎo)致計算得到的城市建設(shè)用地生態(tài)資產(chǎn)價值比真實值小。

相比于Constanza[3]的價值標(biāo)準(zhǔn)體系,謝高地等建立了更適用于國內(nèi)的價值標(biāo)準(zhǔn)體系。然而其仍有著很大的不確定性,原因有二:一是對生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)性服務(wù)功能的研究有待深入;二是問卷受訪者的自身主觀認(rèn)識存在差異。如以農(nóng)田單位面積生態(tài)資產(chǎn)價值來看,李文華[28]于上海五四農(nóng)場的野外試驗觀測預(yù)估值遠(yuǎn)高于謝高地等的估算值。此外,本研究僅對渭河流域2000～2015年間4個年份的生態(tài)資產(chǎn)進(jìn)行了估算,忽視了能夠影響生態(tài)資產(chǎn)動態(tài)變化的生態(tài)系統(tǒng)不確定性變化趨勢這一因素。