邱 曉,肖 燚,石 磊,王慧敏,劉亞紅,孫海蓮,*
1 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院,呼和浩特 010031
2 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京 100085
生態(tài)資產(chǎn)是自然資源資產(chǎn)的主要組成部分,是能夠為人類提供生態(tài)產(chǎn)品和服務(wù)的自然資源資產(chǎn),包括森林、灌叢、草地、濕地、荒漠等自然生態(tài)系統(tǒng),農(nóng)田、人工林、人工草地、水庫、城鎮(zhèn)綠地等以自然生態(tài)過程為基礎(chǔ)的人工生態(tài)系統(tǒng),以及野生動植物資源[1—3]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)的評估,一般包括存量評估和流量評估兩個部分[4—5]。生態(tài)資產(chǎn)是生態(tài)系統(tǒng)的“工廠”,代表存量,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)的“產(chǎn)品”,代表流量;工廠的能力決定提供產(chǎn)品的產(chǎn)出,即存量是流量的基礎(chǔ);產(chǎn)品在一定條件下也會影響工廠的產(chǎn)出,即流量會引起存量的變化[6—8]。生態(tài)資產(chǎn)的評估可以用來認識和了解生態(tài)系統(tǒng)自身的狀況以及變化,開展陸地生態(tài)資產(chǎn)的研究已成為生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、生態(tài)功能區(qū)劃和建立生態(tài)補償機制、保障國家生態(tài)安全的重點戰(zhàn)略需求[9—10]。
生態(tài)資產(chǎn)評估技術(shù)方法,國內(nèi)外目前的研究集中在自然資源核算與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估兩個方向[11—13]。Constanza等使用價值當量法評價了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和自然資本的價值[14]。謝高地等建立了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值表,通過生物量等因子的校正,對青藏高原不同生態(tài)資產(chǎn)的服務(wù)價值進行了估算,青藏高原生態(tài)系統(tǒng)每年的生態(tài)服務(wù)價值為9363.9×108元/a[15—17]。宋昌素等以青海省為例,綜合評估了重點生態(tài)功能區(qū)和非重點生態(tài)功能區(qū)各類生態(tài)資產(chǎn)實物量現(xiàn)狀和變化[18]。博文靜等以興安盟為例,通過對森林、灌叢、草地和濕地生態(tài)資產(chǎn)數(shù)量、質(zhì)量和變化情況的評估,核算了興安盟生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù),2000—2010年興安盟森林和草地的質(zhì)量提高顯著,生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)提高了2.16%[19]。張麗云等對唐古拉山以北地區(qū)的生態(tài)資產(chǎn)進行了核算,2000—2015年因濕地的退化該區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)降低了3.61%[20]。董天等基于鄂爾多斯市生態(tài)系統(tǒng)格局、質(zhì)量數(shù)據(jù),評估了鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值,2010—2015年鄂爾多斯市生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值均呈上升趨勢[21]。竇聞等選擇黃河皇甫川流域五分地溝小流域作為研究區(qū),依據(jù)傳統(tǒng)模型和改進模型分別對研究區(qū)進行生態(tài)資產(chǎn)評估,結(jié)果表明,改進模型估算的流域生態(tài)資產(chǎn)總價值比傳統(tǒng)模型的計算結(jié)果高出約1/3[22]。李真等通過構(gòu)建空間生態(tài)資產(chǎn)價值經(jīng)濟協(xié)調(diào)度模型,測算了甘肅省生態(tài)資產(chǎn)價值與經(jīng)濟發(fā)展水平協(xié)調(diào)狀況[23]。以上研究表明,通過評估生態(tài)資產(chǎn)的變化來反映生態(tài)保護的成效越來越廣泛應(yīng)用,生態(tài)資產(chǎn)可作為衡量生態(tài)狀況的重要指標。
內(nèi)蒙古地處祖國北疆,是我國北方重要生態(tài)安全屏障,也是我國草地、森林資源相對豐富的省區(qū)之一。內(nèi)蒙古草原是歐亞大陸草原的重要組成部分,自東向西依次分布著溫性草甸草原、溫性典型草原、溫性荒漠草原、溫性草原化荒漠和溫性荒漠類5大地帶性草原類型, 隱域分布著山地草甸類、低平地草甸類和沼澤類3類非地帶性植被。內(nèi)蒙古森林主要分布大興安嶺原始林區(qū),大興安嶺南部次生林區(qū)及寶格達山、迪彥廟、克什克騰、茅荊壩、大青山、蠻漢山、烏拉山、罕山、賀蘭山和額濟納等次生林區(qū),以及經(jīng)過長期建設(shè)形成的人工林區(qū)。內(nèi)蒙古灌叢主要是自然和人工建植的以錦雞兒、白刺、山杏、檸條、沙柳、梭梭、楊柴、沙棘等灌木形成的群落。內(nèi)蒙古生態(tài)狀況如何,不僅關(guān)系全區(qū)各族群眾生存和發(fā)展,而且關(guān)系華北、東北、西北乃至全國生態(tài)安全。特殊的地理位置和自然條件,內(nèi)蒙古生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱,一直以來是國家各類生態(tài)保護政策與工程的重點實施地區(qū)。以內(nèi)蒙古為例開展生態(tài)資產(chǎn)評估,評估結(jié)果可以反映國家生態(tài)保護投入的生態(tài)效益。本研究針對內(nèi)蒙古森林、草地、灌叢等3類主要自然生態(tài)資產(chǎn),通過生態(tài)資產(chǎn)面積和質(zhì)量構(gòu)建并計算生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù),全面客觀評價內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)特征、數(shù)量和質(zhì)量現(xiàn)狀,分析2000—2015年的變化動態(tài),探討生態(tài)保護的生態(tài)效益,以期為內(nèi)蒙古的生態(tài)補償、生態(tài)保護成效評估提供參考,實現(xiàn)生態(tài)資產(chǎn)可持續(xù)利用與管理具有重要的理論與實踐意義。
內(nèi)蒙古自治區(qū)位于祖國北部邊疆,東西直線距離2400km,南北跨度1700km,土地總面積118.3萬km2,占全國總面積的12.3%。轄9個地級市、3個盟(合計12個地級行政區(qū)劃單位),2019年全區(qū)確定的自然保護區(qū)182個,面積12.67萬km2。全區(qū)基本上是一個高原型的地貌區(qū),大部分地區(qū)海拔1000m以上,年降水量在100—500mm之間,無霜期80—150d,年日照量普遍在2700h以上,屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,生態(tài)系統(tǒng)以草原、森林、荒漠和裸地為主。近年來,內(nèi)蒙古各類生態(tài)補償投入資金不斷增加。
本研究采用的是歐陽志云《面向生態(tài)補償?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)和生態(tài)資產(chǎn)核算》中的生態(tài)資產(chǎn)評估指標與方法[24]。生態(tài)資產(chǎn)實物量核算主要包括生態(tài)資產(chǎn)數(shù)量(面積)和質(zhì)量兩個方面。本研究根據(jù)內(nèi)蒙古主要生態(tài)資產(chǎn)類型,對森林、灌叢、草地三類生態(tài)資產(chǎn)進行評估。通過遙感解譯數(shù)據(jù)分析得到生態(tài)資產(chǎn)數(shù)量,根據(jù)相對生物量密度或覆蓋度確定不同類型生態(tài)資產(chǎn)的質(zhì)量等級,將生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量分為優(yōu)、良、中、差、劣共五類。
本文所使用的生態(tài)系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)來自由中國科學(xué)院和生態(tài)環(huán)境部支持的全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評估項目[1],以及全國生態(tài)環(huán)境五年變化(2010—2015年)遙感調(diào)查與評估項目,數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心。植被覆蓋度計算時,使用 NASA(美國國家航空航天局)網(wǎng)站提供的 MODIS 產(chǎn)品中的 MOD13Q1_V005 數(shù)據(jù),MOD13Q1數(shù)據(jù)為16天合成的NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,歸一化差值植被指數(shù))數(shù)據(jù)[25—26]。地上生物量數(shù)據(jù)采用修正的CASA 模型運算[27—28],根據(jù)實地測量的植被生物量數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)反演出數(shù)據(jù)建立經(jīng)驗統(tǒng)計模型,然后在通過遙感數(shù)據(jù)反演出區(qū)域范圍內(nèi)植被生物量。氣象數(shù)據(jù)來源中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。
本研究中草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量采用植被覆蓋度進行評價,森林和灌叢生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量采用基于像元的相對生物量密度進行評價。具體評價指標及分級標準如表1所示。
表1 生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量評價指標和分級標準
草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量計算方法為:
式中,FVC:植被覆蓋度;NDVI:通過遙感影像近紅外波段與紅光波段的發(fā)射率來計算。NDVIveg:純植被像元的NDVI值;NDVIsoil:完全無植被覆蓋像元的NDVI值。
森林、灌叢生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量計算方法為:
式中,i:i像元數(shù)量;RBDij:j類生態(tài)系統(tǒng)i像元的相對生物量密度;Bij:j生態(tài)系統(tǒng)i像元生物量,通過遙感獲得;CCBj:j類生態(tài)系統(tǒng)頂級群落每像元的生物量。
本研究采用綜合考慮生態(tài)資產(chǎn)面積和質(zhì)量的生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)作為生態(tài)資產(chǎn)的評估指標,便于比較不同區(qū)域與不同時期生態(tài)資產(chǎn)變化[24]。
2.3.1單個類型生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)計算方法
針對評估區(qū)域某一個類型的生態(tài)系統(tǒng),其生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)計算方法為:
式中,EQi: 第i類生態(tài)資產(chǎn)指數(shù);i:生態(tài)系統(tǒng)類型;j:生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量等級數(shù),即1—5級;EAij:第i類生態(tài)系統(tǒng)第j等級的面積(km2);EAi:第i類生態(tài)系統(tǒng)總面積。9600000km2為全國國土面積,引進該參數(shù)的目的是將生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)在全國尺度歸一化,以便于不同區(qū)域或同一區(qū)域不同時期之間的比較。
2.3.2區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)計算方法
評估區(qū)域可能有多種生態(tài)系統(tǒng)類型,區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)實物量的綜合指數(shù),可以運用下面公式評估。
式中,EQ:區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù);i:生態(tài)資產(chǎn)類型;j:生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量等級數(shù),即1—5級;EAij:第i類生態(tài)資產(chǎn)第j等級的面積;EAi:第i類生態(tài)資產(chǎn)的面積。
圖1 內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)類型Fig.1 Ecological assets of Inner Mongolia
內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)的面積分布特征來看(圖1),2015年,草地生態(tài)資產(chǎn)面積最大,從東部到西部均有分布,總面積約為55.77×104km2;森林生態(tài)資產(chǎn)主要分布在東部,總面積約為16.09×104km2;灌叢生態(tài)資產(chǎn)面積較小,主要分布在中西部,總面積約為3.01×104km2;荒漠、沙漠和裸地分布面積較大,約占內(nèi)蒙古總面積的21.83%;以河流、湖泊為主的濕地生態(tài)資產(chǎn)面積不大,僅占全區(qū)面積的0.69%;農(nóng)田和城鎮(zhèn)占全區(qū)面積的12.14%。
圖2 內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)面積變化空間分布Fig.2 Spatial pattern of Ecological assets area changes in Inner Mongolia
2000年至2015年,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)面積變化不明顯(圖2—4),其中草地生態(tài)資產(chǎn)面積減少了1144.89km2,降低了0.21%,農(nóng)田開墾、城鎮(zhèn)化和草地退化是造成草地面積減少的主要因素;森林生態(tài)資產(chǎn)面積增加908.90km2,呈增長趨勢,退耕還林是森林生態(tài)資產(chǎn)面積增加的主要因素;灌叢生態(tài)資產(chǎn)面積增加332.26km2,提高了1.12%。
從內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量特征來看(表2),草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量總體較差,草地生態(tài)資產(chǎn)優(yōu)級和良級總占比約為20%,而差級和劣級總占比達60%;森林生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量整體較好,森林生態(tài)資產(chǎn)優(yōu)級和良級總占比約為90%;灌叢生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量總體較差,灌叢生態(tài)資產(chǎn)差級和劣級占灌叢區(qū)域面積的比例較高,達到為70%。 2000—2015年,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量整體呈提升趨勢(圖5)。其中,草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量明顯提升,優(yōu)級、良級和中級草地占區(qū)域面積比例分別提高了1.63%、2.86%和4.20%;森林生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量有一定的提升,良級森林占區(qū)域面積的比例提高了6.50%; 灌叢生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量提升,優(yōu)級灌叢面積占區(qū)域面積的比例提高了5.24%。
2000—2015年,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量提升的面積為16.59×104km2,質(zhì)量不變的面積為50.25×104km2,質(zhì)量降低的面積為6.26×104km2(圖6)。研究結(jié)果表明,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)逐步提升,生態(tài)保護成效較為明顯。
從內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)特征來看(表3),2015年生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)為416.75,從生態(tài)資產(chǎn)的組成上看,其中草地生態(tài)資產(chǎn)重要性程度最高,草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為269.55,對區(qū)域生態(tài)資產(chǎn)貢獻程度最高;森林生態(tài)資產(chǎn)重要性程度也相對較高,森林生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)為134.58;灌叢生態(tài)資產(chǎn)相對重要性最低,灌叢生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)僅為12.62。
圖3 內(nèi)蒙古各類生態(tài)資產(chǎn)存量增加貢獻率 Fig.3 Contribution rate of additions to stock of ecological assets in Inner Mongolia
圖4 內(nèi)蒙古各類生態(tài)資產(chǎn)存量減少貢獻率 Fig.4 Contribution rate of reductions to stock of ecological assets in Inner Mongolia
圖5 2000—2015年內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量變化Fig.5 Changes of Ecological assets quantity in Inner Mongolia during 2000—2015
圖6 內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量變化空間分布Fig.6 Spatial pattern of Ecological assets quantity changes in Inner Mongolia
研究結(jié)果表明,內(nèi)蒙古各類生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)均呈上升的趨勢。從2000年至2015年,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)提高了24.91,其中,草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了16.34,森林生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了6.13,灌叢生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了2.45,草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)貢獻率最高。
內(nèi)蒙古是我國北方重要生態(tài)安全屏障,近年來,統(tǒng)籌山水林田湖草沙系統(tǒng)治理,天然林資源保護、京津風(fēng)沙源治理、“三北”防護林建設(shè)、退耕還林還草、退牧還草等國家重點生態(tài)工程深入實施,草原生態(tài)補獎?wù)呷媛鋵?促進了區(qū)域生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。根據(jù)草原生態(tài)監(jiān)測顯示,2015年內(nèi)蒙古草原植被平均蓋度43.8%,比2000年提高14個百分點,草原退化趨勢得到有效遏制,草原自我更新修復(fù)能力得以提升,生物多樣性日益豐富,草原生態(tài)持續(xù)向好。根據(jù)全國第八次森林資源清查結(jié)果顯示,內(nèi)蒙古森林覆蓋率21.03%,比2000年提高6個百分點。張思源等基于2000—2015年SPOT NDVI遙感數(shù)據(jù)和同時期18種自然因子與社會經(jīng)濟因子研究表明,內(nèi)蒙古年際NDVI呈緩慢增加趨勢(0.32%/a)[29]。李輝等研究結(jié)果[30],1999—2015年內(nèi)蒙古草地實際NPP(ANPP)增長速率為1.36 g C m-2a-1。大量的已有研究結(jié)果顯示,內(nèi)蒙古整體生態(tài)質(zhì)量水平在緩慢提升,生態(tài)明顯改善,生態(tài)退化得到了有效遏制[31—32]。本研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)明顯提高,盡管草地生態(tài)資產(chǎn)面積減少,但生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)增加,說明生態(tài)資產(chǎn)的質(zhì)量顯著提升;森林生態(tài)資產(chǎn)面積增加,說明退耕還林效果明顯;評估結(jié)果表明了內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)狀況明顯提升,反映了生態(tài)保護成效較為顯著,實施的重大生態(tài)保護修復(fù)工程與政策效益逐步顯現(xiàn)。本研究基于生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)來評估區(qū)域生態(tài)保護成效,同時考慮了生態(tài)資產(chǎn)面積和質(zhì)量兩個方面,未來在區(qū)域生態(tài)狀況評估中可以應(yīng)用。盡管內(nèi)蒙古生態(tài)保護取得初步成效,但受自然環(huán)境的影響,生態(tài)依然脆弱,尤其是草地大部分位于干旱半干旱地區(qū),在未來的生態(tài)保護中,要根據(jù)生態(tài)資產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,科學(xué)合理規(guī)劃生態(tài)保護內(nèi)容、生態(tài)工程布局、生態(tài)保護監(jiān)督與管理等任務(wù),確保草地、林地等生態(tài)服務(wù)價值較高的生態(tài)資產(chǎn)面積不減,提高生態(tài)資產(chǎn)的質(zhì)量,實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
表2 2000—2015年內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)實物量
表3 內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)
本研究關(guān)于生態(tài)資產(chǎn)類型只考慮了草地、森林、灌叢等區(qū)域主要生態(tài)系統(tǒng)類型,暫時受數(shù)據(jù)限制,并未對濕地、耕地等生態(tài)資產(chǎn)類型進行定量的評估,未來會完成這部分的研究工作。本研究采用了遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)的獲取和處理中會存在一些誤差,參數(shù)差異,且遙感數(shù)據(jù)獲得的生態(tài)資產(chǎn)面積因提取分類差異,與統(tǒng)計數(shù)據(jù)存在一定的誤差,因此,研究結(jié)果會存在一些誤差,但研究方法科學(xué),可有效實現(xiàn)對區(qū)域生態(tài)保護成效方面的評估,有著重要的應(yīng)用價值。
本研究通過分析內(nèi)蒙古草地、森林、灌叢3類自然生態(tài)資產(chǎn)面積、質(zhì)量、生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)的特征和變化,初步對內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)進行了評估,初步結(jié)論如下。
(1)內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)主要以草地為主,占內(nèi)蒙古自然生態(tài)資產(chǎn)總面積的73.72%。內(nèi)蒙古草地生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量較差,中級、差級和劣級為主,占草地生態(tài)資產(chǎn)的81.03%;森林生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量較好,以優(yōu)級和良級為主,占森林生態(tài)資產(chǎn)的89.69%;灌叢生態(tài)資產(chǎn)質(zhì)量也較差,以差級和劣級為主,占灌叢生態(tài)資產(chǎn)的72.56%。2015年內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)為416.75,其中草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)最高,為269.55。
(2)從2000—2015年,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)面積變化不明顯,其中草地生態(tài)資產(chǎn)面積減少了1144.89km2,降低了0.21%;森林和灌叢生態(tài)資產(chǎn)面積分別增加了908.90km2和332.26km2。十五年間,內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)從391.83提高到416.75,提高了25.12,其中,草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了24.91,森林生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了6.13,灌叢生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高了2.45,草地生態(tài)資產(chǎn)指數(shù)提高的最多。
(3)2000—2015年內(nèi)蒙古生態(tài)資產(chǎn)綜合指數(shù)提高,說明從2000年以來,內(nèi)蒙古各類生態(tài)保護政策與工程的深入實施,促進了生態(tài)明顯好轉(zhuǎn)。
(4)總的來看,內(nèi)蒙古的生態(tài)保護已經(jīng)取得一定的成效,生態(tài)資產(chǎn)狀況穩(wěn)步提升。但內(nèi)蒙古受自然因素限制,生態(tài)依然脆弱,生態(tài)保護壓力依然很大。內(nèi)蒙古作為我國北方重要的生態(tài)安全屏障,草地是自然生態(tài)資產(chǎn)的主體,但草地質(zhì)量相對較低,加強草原生態(tài)保護力度,提高生態(tài)資產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量,提升發(fā)揮生態(tài)安全屏障功能的潛力。