(河海大學(xué) 商學(xué)院,江蘇 南京 211100)

1 引言

隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)補(bǔ)償工作的不斷重視,《生態(tài)文明體制改革總體方案》正式提出了生態(tài)補(bǔ)償?shù)捻攲釉O(shè)計(jì)和量化補(bǔ)償。雖然,目前方案的實(shí)施對(duì)參與生態(tài)建設(shè)的農(nóng)戶等進(jìn)行了生態(tài)補(bǔ)償,但補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)不足以彌補(bǔ)當(dāng)?shù)氐膿p失,且在流域尺度、區(qū)域尺度、行政尺度上采用統(tǒng)一的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)不盡合理,有些區(qū)域具有重要的生態(tài)功能價(jià)值卻得不到相應(yīng)的補(bǔ)償。從后期效益評(píng)估看,我國(guó)目前的補(bǔ)償效率低下[1]。因此,針對(duì)不合理的統(tǒng)一補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),因地制宜地確定水源地生態(tài)補(bǔ)償方法,突破以往方法的局限性,實(shí)施更高效率和更公平的生態(tài)補(bǔ)償,是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展需要解決的重要問題。

從目前對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯縼砜?生態(tài)補(bǔ)償主要解決補(bǔ)給誰、誰來補(bǔ)、補(bǔ)多少、怎么補(bǔ)等問題,目的是解決在地理空間上產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境資源與經(jīng)濟(jì)利益的不平衡[2],涉及人際補(bǔ)償與人地補(bǔ)償[3]。我國(guó)對(duì)于生態(tài)補(bǔ)償尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)按不同方法計(jì)算結(jié)果差異較大,不能為生態(tài)補(bǔ)償提供很好的借鑒和參考?！耙坏肚小钡难a(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)具有統(tǒng)一簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn),但未綜合考慮生態(tài)服務(wù)質(zhì)量、地形、土壤、氣候等因素。生態(tài)補(bǔ)償具有空間異質(zhì)性,受自然資源、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、地理歸屬綜合差異的影響,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g異質(zhì)性研究多集中在生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g選擇。生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g選擇是在經(jīng)濟(jì)有限的條件下確定最優(yōu)的補(bǔ)償區(qū)域或生態(tài)服務(wù)提供者。國(guó)外學(xué)者認(rèn)為,生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的購買方應(yīng)注意評(píng)估提供方由于區(qū)域不同所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與成本上的空間差異[4]。國(guó)內(nèi)近年對(duì)生態(tài)補(bǔ)償對(duì)象空間選擇開始有所研究,謝劍斌認(rèn)為生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)從空間角度看其實(shí)質(zhì)是空間選擇與分配問題。還有部分研究雖然不是直接進(jìn)行空間選擇,但可反映生態(tài)補(bǔ)償與空間層面有關(guān)[5,6],孫賢斌[7]根據(jù)計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的結(jié)果,劃分安徽省會(huì)經(jīng)濟(jì)圈各市的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先等級(jí),說明在各市之間存在差異;吳健[8]在對(duì)生態(tài)補(bǔ)償目標(biāo)選擇理論和實(shí)踐回顧的基礎(chǔ)上,提出精準(zhǔn)補(bǔ)償可作為一種補(bǔ)償政策,設(shè)計(jì)出考慮生態(tài)效益和生態(tài)服務(wù)供給成本及其在空間上差異的實(shí)施機(jī)制。

本文基于空間異質(zhì)性提出更具針對(duì)性和精度更高的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一個(gè)基于空間異質(zhì)性的水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償模式,由精準(zhǔn)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)和精準(zhǔn)的補(bǔ)償對(duì)象所構(gòu)成?？紤]到生態(tài)補(bǔ)償資金有限性,從生態(tài)補(bǔ)償金的分配入手,對(duì)水源地生態(tài)補(bǔ)償金的分配標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)償對(duì)象進(jìn)行研究,將差異度在允許范圍內(nèi)的區(qū)域作為同一補(bǔ)償對(duì)象。區(qū)域間的差異度過大時(shí),按照各自的差異進(jìn)行補(bǔ)償,將補(bǔ)償對(duì)象空間尺度從行政區(qū)域尺度層面轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠淼难a(bǔ)償區(qū)域,以提高生態(tài)補(bǔ)償?shù)墓叫院秃侠硇浴?/p>

2 水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

2.1 生態(tài)補(bǔ)償?shù)牟町愐蛩胤治?/h3>

生態(tài)補(bǔ)償具有地理學(xué)的屬性[9-14],生態(tài)補(bǔ)償必然會(huì)受到地理區(qū)域不同的影響。首先,自然地域系統(tǒng)由水文、土壤、大氣等自然地理因子組成,這些自然地理因子與生態(tài)環(huán)境資源的形成密切相關(guān),可基本決定自然地域的空間分布格局及基本態(tài)勢(shì)。在大氣、水流等自然地理要素運(yùn)動(dòng)的作用下,產(chǎn)生了空間外部性,使生態(tài)服務(wù)具有空間關(guān)系,因此也就固定了生態(tài)環(huán)境的空間格局,并產(chǎn)生了空間異質(zhì)性。地理學(xué)屬性主要影響區(qū)域自然地理?xiàng)l件,導(dǎo)致產(chǎn)生不同類型的生態(tài)服務(wù)功能和不同價(jià)值的生態(tài)服務(wù)功能。經(jīng)濟(jì)地理格局差異導(dǎo)致區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平會(huì)形成不同的空間形態(tài),其空間形態(tài)特征基本確定了不同區(qū)域在生態(tài)補(bǔ)償方面的空間差異[15-17]。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在生態(tài)補(bǔ)償框架同樣具有重要的作用,經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)往往是生態(tài)服務(wù)的提供者,他們犧牲自身的發(fā)展機(jī)會(huì)為資源需求、生態(tài)服務(wù)需求更大的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)提供生態(tài)服務(wù)。此外，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的區(qū)域在生態(tài)補(bǔ)償能力、補(bǔ)償方式、環(huán)境意識(shí)等方面存在的差異也是導(dǎo)致補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)差異的原因。

通過對(duì)空間選擇文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn),早期較多采用單一的成本效益比或效益成本比作為篩選區(qū)域或個(gè)體條件差異的空間選擇標(biāo)準(zhǔn),說明生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g異質(zhì)性主要受到生態(tài)效益和成本兩個(gè)因素的影響：一是由于不同區(qū)域提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)有差異;二是不同區(qū)域在付出的成本有空間差異。本文在成本研究中主要是指機(jī)會(huì)成本,不考慮直接支出成本。

水源地生態(tài)保護(hù)的生態(tài)效益一般是指在保護(hù)水源地過程中,各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。由于水源地存在著不同的土地利用類型,提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值會(huì)因此而不同,林地、草地、耕地、水域等多種生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務(wù)價(jià)值的核算方法也不同,按照土地利用類型的不同進(jìn)行計(jì)算符合考慮空間異質(zhì)性的要求。水源地生態(tài)保護(hù)的機(jī)會(huì)成本是指因保護(hù)生態(tài)造成的發(fā)展權(quán)損失,政府主導(dǎo)下的水源地保護(hù)和涵養(yǎng)水源限制了當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,給當(dāng)?shù)卣?、企業(yè)和居民帶來了發(fā)展權(quán)損失。本文從水源地經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際出發(fā),考慮相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要性、不可通約性和重疊性等因素,選擇對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響的直接指標(biāo)和對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成間接影響的指標(biāo)來反映機(jī)會(huì)成本。

2.2 水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償衡量指標(biāo)確定

水源地生態(tài)保護(hù)生態(tài)效益指標(biāo)確定:為了全面考慮生態(tài)效益和機(jī)會(huì)成本對(duì)生態(tài)補(bǔ)償額分配的影響,提高生態(tài)補(bǔ)償分配的公平性和補(bǔ)償效率,首先采取文獻(xiàn)法初步篩選指標(biāo),在文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上選取與生態(tài)效益相關(guān)的指標(biāo),并統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)中所使用的指標(biāo)頻率;其次篩選頻次較高、針對(duì)性較強(qiáng)、影響大的指標(biāo)作為衡量指標(biāo);同時(shí)結(jié)合GIS技術(shù),獲取水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)計(jì)算的指標(biāo)體系。在指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中,食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水資源供給、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、生物多樣性、維持養(yǎng)分循環(huán)和美學(xué)景觀等類似指標(biāo),都能體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,可以歸類為生態(tài)服務(wù)價(jià)值,由此得到水源地生態(tài)保護(hù)生態(tài)效益的評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)。

表1 水源地生態(tài)保護(hù)生態(tài)效益的影響指標(biāo)

在區(qū)域尺度上,生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的生態(tài)效益對(duì)生態(tài)補(bǔ)償有著緊密的關(guān)系,區(qū)域內(nèi)不同自然資源利用情況產(chǎn)生的生態(tài)服務(wù)價(jià)值不同,且自然資源的地理位置也會(huì)對(duì)水源地的生態(tài)貢獻(xiàn)產(chǎn)生影響。生態(tài)服務(wù)價(jià)值雖然可反映生態(tài)效益的大小,但由于生態(tài)服務(wù)的外部性,會(huì)有其他因素的共同作用,所以本文的生態(tài)效益選取生態(tài)服務(wù)價(jià)值、海拔高度、各區(qū)域質(zhì)心與水源地的距離四類指標(biāo)。

海拔高度:海拔是指地面高出海平面的垂直距離[8]。通常,植被難以生存在空氣稀薄的高海拔地區(qū)。當(dāng)植被覆蓋率與質(zhì)地一致,地點(diǎn)的環(huán)境高效益取決于高度,越高則環(huán)境價(jià)值貢獻(xiàn)值愈大,因此海拔高度和單位面積環(huán)境補(bǔ)償?shù)膬r(jià)值額度成正比。在空間上,每個(gè)點(diǎn)的高程均不相同,為避免把區(qū)域內(nèi)高程看作一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù),利用地理信息系統(tǒng)的GIS方法對(duì)區(qū)域每一個(gè)點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

生態(tài)服務(wù)價(jià)值:生態(tài)服務(wù)價(jià)值是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程中產(chǎn)生的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),是對(duì)自然效用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行衡量。從空間異質(zhì)性考慮,本研究采用謝高地[5]建立的生態(tài)價(jià)值當(dāng)量法進(jìn)行計(jì)算。

NDVI:NDVI值的大小可進(jìn)一步反映出空間異質(zhì)性的存在。歸一化植被指數(shù)NDVI能反映區(qū)域的植被分布和植被覆蓋密度,一般能消除部分輻射誤差,用來反映植被生長(zhǎng)狀態(tài)、體現(xiàn)植被覆蓋度。在同等生態(tài)服務(wù)價(jià)值大小的情況下,NDVI值愈高,表示區(qū)域的植被質(zhì)量越高,對(duì)生態(tài)保護(hù)貢獻(xiàn)的價(jià)值越大,產(chǎn)生的生態(tài)效益越大。NDVI的計(jì)算公式為:

NDVI=(Band4-Band3)/(Band4+Band3)

(1)

式中,Band4為近紅外波段；Band3為紅色波段。NDVI指數(shù)存儲(chǔ)在研究區(qū)NDVI指數(shù)柵格圖層的每個(gè)單元內(nèi),用屬性表格調(diào)取各區(qū)域的NDVI數(shù)值。

距水源地的距離:根據(jù)凱雷的研究,在自然環(huán)境中距離會(huì)影響衰減規(guī)律。由于生態(tài)服務(wù)價(jià)值具有外部性,且生態(tài)系統(tǒng)作為半開放的系統(tǒng),與外界會(huì)產(chǎn)生不斷的交流和變化。由于空間異質(zhì)性的存在,不同區(qū)域不同資源與水源的距離是不一樣的,本研究認(rèn)為生態(tài)效益對(duì)水源地的影響受距離衰減規(guī)律制約。對(duì)距水源地的距離計(jì)算時(shí),在GIS的幫助下可實(shí)現(xiàn)通過點(diǎn)與點(diǎn)的垂直距離進(jìn)行連線計(jì)算。

水源地生態(tài)保護(hù)機(jī)會(huì)成本指標(biāo)的確定:機(jī)會(huì)成本的核算擬采用間接法進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中的城鄉(xiāng)居民可支配收入,計(jì)算水源地與正常地區(qū)之間的居民收入水平的差異,間接衡量發(fā)展權(quán)受限制的情況下所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

測(cè)算公式為:

C城鎮(zhèn)=C參照-C水源

C農(nóng)村=N參照-N水源

(2)

式中,C為機(jī)會(huì)成本;C參照為參照地城鎮(zhèn)居民人均可支配收入;C水源為水源地城鎮(zhèn)居民人均可支配收入;N參照為參照地農(nóng)民人均可支配收入;N水源為水源地農(nóng)民人均可支配收入。

指標(biāo)權(quán)重的確定:在水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)體系中,各個(gè)指標(biāo)對(duì)生態(tài)貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)結(jié)果影響程度不同,本研究采用層次分析法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行確定。在問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Yaahp v7.0軟件確定精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(表2)。生態(tài)效益和機(jī)會(huì)成本作為重要度同等的兩個(gè)準(zhǔn)則層因素,共同影響精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,將其作為水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)纳鷳B(tài)補(bǔ)償金分配的依據(jù),對(duì)各區(qū)域補(bǔ)償對(duì)象進(jìn)行計(jì)算。

表2 指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法:根據(jù)前文確定的對(duì)精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo),不同的指標(biāo)和指標(biāo)數(shù)據(jù)源是不同的,其數(shù)據(jù)類型也不同。因此,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除指標(biāo)間的量綱差異后才能將具有統(tǒng)一涵義的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算融合。極差變換法也叫做極差正規(guī)化法,體系中有m個(gè)指標(biāo)(1≤j≤m),n個(gè)評(píng)價(jià)單元(1≤i≤n)的情況下,對(duì)不同的指標(biāo)需要分析其指標(biāo)是正向指標(biāo)還是逆向指標(biāo),在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)盡量將這些指標(biāo)都轉(zhuǎn)化為正值,計(jì)算公式為:

(3)

(4)

2.3 水源地精準(zhǔn)補(bǔ)償分配模型構(gòu)建

在實(shí)際情況下,政府所支付的生態(tài)補(bǔ)償金遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算值,考慮到各地區(qū)生態(tài)貢獻(xiàn)的大小和公平性,本文依據(jù)各區(qū)域的生態(tài)貢獻(xiàn)構(gòu)建了精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)姆峙淠Ｐ汀?/p>

單位面積精準(zhǔn)補(bǔ)償綜合值構(gòu)建:在確定的時(shí)間因素條件下,根據(jù)具體各個(gè)指標(biāo)的歸一化值和權(quán)重值,計(jì)算出各區(qū)縣單位面積生態(tài)補(bǔ)償?shù)木C合值,計(jì)算公式為:

(5)

式中,Yj(j=1,2,…,m)為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元的單位面積補(bǔ)償指標(biāo)綜合值;ai(i=1,2,…,n)為各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;w為各指標(biāo)權(quán)重;Ei為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元生態(tài)效益指標(biāo)綜合值;Ci為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元的機(jī)會(huì)成本值。

單位面積生態(tài)補(bǔ)償系數(shù):在確定的時(shí)間因素條件下,通過對(duì)第j個(gè)區(qū)域生態(tài)保護(hù)單位面積生態(tài)補(bǔ)償指標(biāo)的綜合值的歸一化處理,獲得第j個(gè)區(qū)域單位面積綜合值占研究區(qū)單位面積的綜合值具體比例,即區(qū)域單位面積生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)，計(jì)算公式為:

(6)

式中,Pj為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元的單位面積補(bǔ)償指標(biāo)的綜合值。

3 精準(zhǔn)補(bǔ)償評(píng)價(jià)單元聚類的理論模型

雖然區(qū)域的面積越小越有助于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域劃分,但它帶來的管理成本增加和補(bǔ)償難度加大是需要考慮的實(shí)際因素;其次區(qū)域面積大并不代表生態(tài)補(bǔ)償不精準(zhǔn),如果區(qū)域內(nèi)相關(guān)指標(biāo)的值差異度很小,將屬性相似、空間位置相連的區(qū)域劃分為同一補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域,不僅可保證生態(tài)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性,還能把管理成本和補(bǔ)償難度控制在合理的范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)區(qū)域劃分,本文將研究區(qū)域劃分為網(wǎng)格,根據(jù)屬性相似、空間位置相連的原則,將相似度較高的評(píng)價(jià)單元進(jìn)行聚類合并,從而形成滿足精準(zhǔn)補(bǔ)償要求的新的區(qū)域劃分。由于分區(qū)要求各區(qū)域的自然和經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)一致,應(yīng)保持空間行政邊界的連通性和完整性,采用常規(guī)聚類方法難得到符合分區(qū)原則的結(jié)果,因此運(yùn)用圖論的空間演示法等相關(guān)理論進(jìn)行研究。

分區(qū)原則的數(shù)學(xué)表達(dá):設(shè)代表所研究的自然地域,即將要?jiǎng)澐值膮^(qū)域。將所研究的自然地域格網(wǎng)化后,每個(gè)格網(wǎng)單元就是一個(gè)待分類對(duì)象,目前s內(nèi)有n個(gè)網(wǎng)格單元Qi∈S,i=1,2,…,n,x1=(xi1,xi2,…,xik)表示第i個(gè)網(wǎng)格單元的特征矢量；k為屬性的個(gè)數(shù)。為了對(duì)S進(jìn)行區(qū)劃,需要對(duì)網(wǎng)格單元Qi進(jìn)行聚類,即求一割集{Sj,j=1,2,…,m}。式中,m為分區(qū)數(shù)。在網(wǎng)格單元聚類的過程中需滿足條件為:①Q(mào)i∈Sj,Y(Qi,Qj)=1(連通性);②可利用相似度的大小來判斷兩個(gè)網(wǎng)格單元是否屬同一類別,d(Qi,Qj)之間定義為一個(gè)Qi和Qj的關(guān)聯(lián)度量,max{d(Qi,Qj)|Qi,Qj∈Si}

CG=CC+CS

(7)

(8)

(9)

(10)

結(jié)合評(píng)價(jià)單元聚類理論模型,從網(wǎng)格系統(tǒng)所包含的網(wǎng)格單元考慮,擬采用基于網(wǎng)格系統(tǒng)的空間聚類方法(Supervised Density Information Grid,SDIG)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格單元在空間上的聚類,將屬性相似、空間相連的網(wǎng)格進(jìn)行合并,從而實(shí)現(xiàn)在管理成本上的最小和公平性最大的目的。

4 案例分析

本文對(duì)丹江口核心水源區(qū)按照行政區(qū)劃范圍內(nèi)的10個(gè)縣(市)進(jìn)行案例分析。在10個(gè)縣(市)中,鄖西縣、鄖陽區(qū)、十堰市區(qū)等7個(gè)行政區(qū)域位于湖北省,淅川縣和鄧州市位于河南省，白河縣屬于陜西省。研究區(qū)域在各省份所占面積與比例見表3。

表3 研究區(qū)域內(nèi)各省份所占面積及比例

圖1 2017年丹江口核心水源區(qū)土地利用狀況

表4 土地利用情況

4.1 土地利用信息提取

本研究首先需要獲取生態(tài)服務(wù)價(jià)值的數(shù)據(jù),但由于不同的土地利用類型產(chǎn)生的服務(wù)價(jià)值區(qū)別較大。依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010-2007)等對(duì)土地利用類型進(jìn)行分類,并按照影像解譯條件將研究區(qū)分為城市建設(shè)用地、耕地、水域、林地、草地。對(duì)遙感影像進(jìn)行解譯獲取2017年丹江口核心水源區(qū)土地利用類型和面積數(shù)據(jù)。為了土地利用分類的準(zhǔn)確性,分別選取五類土地利用的分類樣本,然后利用監(jiān)督分類中的最大似然法執(zhí)行監(jiān)督分類,最后根據(jù)自動(dòng)分類結(jié)果的精確度執(zhí)行人工解譯修改,統(tǒng)計(jì)各類土地的面積和制圖,見圖1和表4。

4.2 生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的計(jì)算

本文采用Costanza等[17]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)價(jià)模型,根據(jù)謝高地等[6]修訂生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量表(表5),對(duì)丹江口核心水源區(qū)的各土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算,單位面積土地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值計(jì)算公式為:

Vt=ΣAi×Yi/At

(11)

式中,Ai為第i種土地的利用面積;Vt為單位面積土地上的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值;Yi為某地第i種土地利用類型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù);At為某地的土地總面積。

表5 生態(tài)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量

4.3 植被指數(shù)(NDVI)的提取

在目前的相關(guān)研究中,NDVI一般用于生態(tài)植被評(píng)價(jià)等方面,通過對(duì)研究區(qū)域的影像圖提取計(jì)算NDVI值。本文采用歸一化植被指數(shù)(NDVI),即近紅外波段的反射值與紅光波段的反射值之差比上兩者之和。研究區(qū)域的NDVI見圖2。

圖2 植被指數(shù)

4.4 海拔高度

本研究采用的高程模型采用由日本METI和美國(guó)NASA聯(lián)合研制的ASTER GDEM數(shù)據(jù),空間分辨率為30m,本研究需要12景DEM數(shù)據(jù)拼接而成,再按照研究區(qū)矢量裁剪得到需要的DEM,研究區(qū)域海拔高度見圖3。根據(jù)海拔高度的數(shù)據(jù)提取結(jié)果,丹江口核心水源區(qū)的海拔高度范圍為0—2585m,地勢(shì)呈現(xiàn)的趨勢(shì)為東南區(qū)域地勢(shì)低,西部區(qū)域和北部區(qū)域海拔較高。

圖3 高程圖

4.5 各區(qū)域質(zhì)心距水源距離

本研究以丹江口核心水源區(qū)境內(nèi)的所有水系為研究對(duì)象,運(yùn)用GIS計(jì)算各網(wǎng)格區(qū)域質(zhì)心與水源的距離,計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 各網(wǎng)格質(zhì)心距水源距離

表7 各區(qū)域居民可支配收入及機(jī)會(huì)成本

4.6 機(jī)會(huì)成本

本文以湖北省城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民人均可支配收入為參照,測(cè)算鄖西縣、鄖陽區(qū)、十堰市區(qū)、丹江口市、竹山縣、竹溪縣和房縣、淅川縣和鄧州市、白河縣與湖北省城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民收入水平差異作為間接體現(xiàn)的機(jī)會(huì)成本,測(cè)算結(jié)果見表7。

4.7 網(wǎng)格化處理和數(shù)據(jù)融合

對(duì)丹江口核心水源地進(jìn)行網(wǎng)格評(píng)價(jià)前,首先利用Arcgis10.2.2軟件中fishnet擴(kuò)展模塊,對(duì)行政區(qū)劃圖進(jìn)行2500m×2500m的矢量網(wǎng)格劃分,共劃成了5163個(gè)網(wǎng)格單元(圖4)。對(duì)每個(gè)網(wǎng)格進(jìn)行編號(hào),將指標(biāo)信息賦予網(wǎng)格屬性中,便于指標(biāo)數(shù)據(jù)的疊加建立整個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫的網(wǎng)格評(píng)價(jià)模型。在獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多源異構(gòu)融合。將各精準(zhǔn)補(bǔ)償評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果鏈接到研究區(qū)網(wǎng)格單元中,然后根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重(表2)計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖4 丹江口核心水源區(qū)網(wǎng)格劃分

圖5 生態(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)

4.8 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從遙感數(shù)據(jù)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表中的單指標(biāo)很難直接看出丹江口核心水源區(qū)整體生態(tài)補(bǔ)償?shù)木唧w情況,同時(shí)為了研究丹江口核心水源區(qū)生態(tài)補(bǔ)償?shù)牟町惤Y(jié)果,選擇通過GIS的可視化功能反映基于網(wǎng)格尺度下的丹江口核心水源區(qū)的精準(zhǔn)補(bǔ)償結(jié)果。依據(jù)構(gòu)建的評(píng)價(jià)單元網(wǎng)格聚類理論模型,由于相關(guān)補(bǔ)償數(shù)據(jù)獲取難度較大,理論模型方程中差異度α、β的取值根據(jù)帕累托法則,差異度取值20%；根據(jù)聚類結(jié)果將丹江口核心水源區(qū)精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果劃分為五級(jí),并通過不同的顏色顯示不同區(qū)域的劃分狀況,從空間上反映丹江口核心水源區(qū)生態(tài)貢獻(xiàn)結(jié)果(圖5)。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,本文將生態(tài)貢獻(xiàn)等級(jí)劃分為五個(gè)等級(jí),1—5代表等級(jí)由高到低。從圖5可見,疊加后各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃內(nèi)會(huì)出現(xiàn)不同面積聚類的網(wǎng)格,說明在行政區(qū)劃內(nèi)存在生態(tài)貢獻(xiàn)的差異性,且部分行政區(qū)內(nèi)差異跨度較大,說明以往行政區(qū)的均值化結(jié)果不合理。對(duì)丹江口核心水源區(qū)精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表8。

表8 丹江口核心水源區(qū)精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)情況統(tǒng)計(jì)

從圖5可見:①生態(tài)貢獻(xiàn)等級(jí)高的網(wǎng)格部分(綠色區(qū)域)多處于林地、草地地區(qū),表明生態(tài)服務(wù)價(jià)值高的地區(qū)對(duì)生態(tài)貢獻(xiàn)值較大;生態(tài)貢獻(xiàn)等級(jí)低的網(wǎng)格部分(紅色、橘色區(qū)域)多為城市建設(shè)地區(qū),表明生態(tài)服務(wù)價(jià)值較低對(duì)生態(tài)保護(hù)的貢獻(xiàn)較少。②距離水源地近的地區(qū),如鄖縣、丹江口市、茅箭區(qū)、淅川縣,經(jīng)濟(jì)條件較好,機(jī)會(huì)成本值相對(duì)其他幾個(gè)地區(qū)較小,且城市建設(shè)較發(fā)達(dá),生態(tài)效益小,雖然離水源地距離較近,但生態(tài)貢獻(xiàn)由多個(gè)指標(biāo)共同決定。竹溪縣、白河縣、房縣雖距離水源地相對(duì)較遠(yuǎn),但產(chǎn)生的生態(tài)效益高,生態(tài)貢獻(xiàn)等級(jí)高。③由于空間差異的存在,在單位面積的補(bǔ)償系數(shù)方面不同的區(qū)域范圍間有較大差距,這是生態(tài)補(bǔ)償空間異質(zhì)性的真實(shí)反映,也是按照構(gòu)建精準(zhǔn)補(bǔ)償生態(tài)貢獻(xiàn)計(jì)算體系進(jìn)行計(jì)算和網(wǎng)格聚類的結(jié)果,區(qū)域之間生態(tài)貢獻(xiàn)存在差異,生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)依據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分配,這不僅反映出行政區(qū)域內(nèi)的空間異質(zhì)性,還可解決生態(tài)補(bǔ)償“一刀切”的問題。

5 結(jié)論

通過上述的研究分析,得出以下結(jié)論:①結(jié)合實(shí)際情況,合理構(gòu)建精準(zhǔn)補(bǔ)償分配標(biāo)準(zhǔn)。本文通過對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)牟町愋赃M(jìn)行分析,得出生態(tài)效益和機(jī)會(huì)成本兩個(gè)影響因素,通過文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)選取評(píng)價(jià)指標(biāo),建立評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?；诳臻g差異角度衡量生態(tài)貢獻(xiàn)的差異進(jìn)而以此為精準(zhǔn)補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)。②打破傳統(tǒng)行政區(qū)劃補(bǔ)償模式,以實(shí)現(xiàn)基于空間異質(zhì)性的生態(tài)補(bǔ)償模式。以往研究受行政區(qū)劃的限制,本文采用網(wǎng)格模型作為初始評(píng)價(jià)單元,并基于差異度和公平性兩個(gè)條件構(gòu)建網(wǎng)格聚類的理論模型,利用網(wǎng)格聚類法實(shí)現(xiàn)對(duì)新區(qū)域的新劃分,從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)償,且構(gòu)建了單位面積系數(shù)作為生態(tài)補(bǔ)償金的分配依據(jù)。③基于空間異質(zhì)性的精準(zhǔn)補(bǔ)償模式,可解決生態(tài)補(bǔ)償在行政區(qū)域內(nèi)“一刀切”的問題。在丹江口水源案例分析中,研究區(qū)域被劃分成5163個(gè)2500m×2500m的網(wǎng)格評(píng)價(jià)單元,同時(shí)通過遙感數(shù)據(jù)提取及相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查,進(jìn)行網(wǎng)格劃分從而實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的水源地補(bǔ)償評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果可反映出行政區(qū)域的空間差異性。