王明寬，舒清海，莫宏偉，劉 娣

（1.湖南軟件職業(yè)學(xué)院，湖南 湘潭411201；2.湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭411201；3.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭411201）

隨著生活水平的提高，人們對健康良好生態(tài)環(huán)境的需求也相應(yīng)提升。生態(tài)補償理論研究和實踐可有效提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強(qiáng)人們的幸福感?；趩挝幻娣e價值當(dāng)量因子的生態(tài)服務(wù)功能價值評估法，可有效快速地評估土地利用類型生態(tài)服務(wù)經(jīng)濟(jì)價值，建立區(qū)域生態(tài)補償模型，對于協(xié)調(diào)生態(tài)建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

瀏陽河位于湖南省東北部，是湘江一級支流，全長222 km；流域地勢東北高、西南低；上游為山區(qū)植被茂盛，中游為丘陵，下游為平原和平緩丘陵區(qū)，地勢較開敞[1]；多年平均氣溫為17.3℃，光熱資源充足，是湖南省重要的糧食產(chǎn)地，也是境內(nèi)數(shù)十萬人的飲用水源；農(nóng)業(yè)以種植水稻為主，雙季稻種植面積達(dá)到85%以上；地處中亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，主要包括常綠闊中針葉混交林、竹林、高山灌叢和草叢等。

1.2 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取

本文在1998 年、2003 年、2008 年和2013 年4 期全國土地利用分類數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對2018 年Landsat 8 OLI 數(shù)字影像進(jìn)行大氣校正、幾何校正、拼接、裁剪、投影轉(zhuǎn)換和波段融合等處理；再采用監(jiān)督分類與目視解譯相結(jié)合的方法，參考實地調(diào)查和天地圖高精度影像地圖對研究區(qū)影像進(jìn)行手動修改，以提高土地利用類型分類精度，獲取研究區(qū)的土地利用類型（耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地）。

瀏陽河流域地屬長沙市，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)由《長沙市統(tǒng)計年鑒》和國家信息統(tǒng)計局獲??；農(nóng)作物種植成本投入通過《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》獲??；長沙市年平均降水量由長沙市水資源公報獲取，全國年均降水量由中國水資源公報獲取；全國年均NPP 由中國氣象局統(tǒng)計獲取。

2 動態(tài)生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)模型的構(gòu)建

2.1 生態(tài)服務(wù)功能價值

借鑒謝高地[2-3]、喬旭寧[4]等的研究成果，本文采用當(dāng)量因子法對生態(tài)服務(wù)功能價值進(jìn)行評估。根據(jù)千年生態(tài)系統(tǒng)評估的方法，以及我國民眾和決策者對生態(tài)服務(wù)的理解狀況，將生態(tài)服務(wù)分為4 大類[5]：①提供基本生活資料的服務(wù)，如糧食、水和木材等；②調(diào)節(jié)服務(wù)，如影響氣候、洪水、疾病、服務(wù)、廢物和水質(zhì)等；③支持服務(wù)，包括土壤形成、光合作用和養(yǎng)分循環(huán)等；④文化服務(wù)，提供娛樂、審美和精神方面的享受。生態(tài)服務(wù)還可進(jìn)一步細(xì)分為食物生產(chǎn)、原料生產(chǎn)、水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、水文調(diào)節(jié)、土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀11 種服務(wù)功能。

生態(tài)系統(tǒng)食物原料生產(chǎn)、氣體氣候調(diào)節(jié)、凈化環(huán)境、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性和美學(xué)景觀與凈初級生產(chǎn)力（NPP）密切相關(guān)[6-7]，水資源供給和水文調(diào)節(jié)與降水相關(guān)[8]，而土壤保持與降水、地形坡度、土壤性質(zhì)和植被蓋度相關(guān)[9]。因此，本文以我國陸地單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表為基礎(chǔ)，根據(jù)瀏陽河流域的NPP、降水量和土壤保持模擬量，以調(diào)節(jié)因子的形式對生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表進(jìn)行調(diào)整，得到適用于瀏陽河流域的單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表。調(diào)節(jié)因子的計算公式為：式中，Nj為調(diào)節(jié)因子；Mj、Cj分別為瀏陽河流域和全國范圍的年均NPP、單位面積降水量和土壤保持模擬量。計算結(jié)果如表1 所示。

表1 生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量調(diào)節(jié)因子

確定瀏陽河流域的NPP、降水量和土壤保持模擬量的時空動態(tài)因子后，再結(jié)合生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量表，構(gòu)建調(diào)整后土地類型生態(tài)服務(wù)價值基礎(chǔ)當(dāng)量表。

式中，F(xiàn)ak為調(diào)整后瀏陽河流域第k種生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量；Fk為我國陸地生態(tài)系統(tǒng)第k種生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量。通過上述數(shù)據(jù)可知，長沙市生態(tài)服務(wù)功能價值均高于我國陸地生態(tài)服務(wù)功能價值，從而補償價格也隨之提高。

2.2 單位生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量

以瀏陽河流域主要農(nóng)作物的播種面積、單位面積產(chǎn)量、價格和成本投入情況為基礎(chǔ)，將1 hm2耕地農(nóng)作物的凈利潤作為1 個標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的價值量[10-11]。單位面積農(nóng)作物總收入的計算公式為：

式中，i為長沙市10 種主要農(nóng)作物之一；Pi為長沙市第i種農(nóng)作物每kg 的收購價，單位為元/kg；Qi為第i種農(nóng)作物平均每hm2的產(chǎn)量，單位為kg。

單位面積農(nóng)作物總成本的計算公式為：

式中，di為第i種農(nóng)作物每單位的物質(zhì)與服務(wù)費（化肥、種子、機(jī)械、土地租賃和其他）；fi為第i種農(nóng)作物每單位的人工成本，單位均為元。

生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價值量的計算公式為：

式中，Si為第i種農(nóng)作物的種植面積；S為長沙10 種主要農(nóng)作物的總面積，單位為1 000 hm2。

某種生態(tài)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價值是調(diào)整后基礎(chǔ)價值當(dāng)量與單位當(dāng)量因子價值的乘積。某土地類型總經(jīng)濟(jì)價值則為11 種生態(tài)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價值之和。

2.3 生態(tài)補償系數(shù)的確定

人們對生態(tài)服務(wù)價值的認(rèn)識、重視程度和為其進(jìn)行支付的意愿，是隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和人民生活水平的提高而不斷變化的，生態(tài)補償價值也隨之變化。它具有從發(fā)生、發(fā)展到成熟的特征：處在較低發(fā)展階段的人們，對生態(tài)服務(wù)價值沒有充分認(rèn)識；但在解決了溫飽，特別是進(jìn)入小康生活之后，人們對友好舒適環(huán)境的需求，即對生態(tài)服務(wù)價值的重視程度就會急劇提高；而后繼續(xù)發(fā)展，到極富階段趨于飽和狀態(tài)。

綜合上述因素，本文利用表征支付意愿相對水平的社會發(fā)展階段系數(shù)對土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值理論值進(jìn)行修正，得到生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)的實際值。利用恩格爾系數(shù)與皮爾生長曲線模型相結(jié)合的系數(shù)法計算生態(tài)補償系數(shù)。生態(tài)補償系數(shù)是用來衡量在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，人們愿意支付生態(tài)環(huán)境服務(wù)的付費標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)[12-15]。皮爾生長曲線模型[16]是反映因變量隨時間變化的模型，主要描述事物發(fā)展周期。這種變動趨勢反映了事物發(fā)展周期性變化的特征，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，l為代表事物發(fā)展特性的參數(shù)，此處代表實際支付意愿的生態(tài)補償系數(shù)（表2）；a、b 為常數(shù)；t為時間；L為l的最大化（L=1）。

對t進(jìn)行二次求導(dǎo)，得到拐點t=ln(a/b)，與發(fā)展階段1/Eni=3 時基本吻合，將代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們生活水平的恩格爾指數(shù)與時間建立聯(lián)系式，即

式中，Eni為第i年的恩格爾指數(shù)。

當(dāng)a=b=1 時，簡化的皮爾生長曲線模型為：

則生態(tài)補償系數(shù)模型的計算公式為：

式中，yi為第i年的生態(tài)補償系數(shù)。

單位面積生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)的實際金額是土地類型單位面積生態(tài)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價值與生態(tài)補償系數(shù)的乘積。

表2 長沙市的恩格爾指數(shù)與生態(tài)補償系數(shù)

3 研究結(jié)果分析

以瀏陽河流域10 種主要農(nóng)作物的單位面積綜合凈收益為生態(tài)基礎(chǔ)當(dāng)量因子經(jīng)濟(jì)價值，根據(jù)修正的生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子表得到每種土地利用類型的理論生態(tài)服務(wù)功能價值（表3）。1998-2018 年的生態(tài)補償系數(shù)分別為0.245 9、0.311 0、0.387 9、0.441 0 和0.552 3，計算得到各土地類型單位面積實際需補償?shù)膬r值（圖1），生態(tài)補償總金額分別為67.43×108元、99.92×108元、136.62×108元、197.66×108元、280.22×108元。

表3 單位當(dāng)量因子價值與各土地類型經(jīng)濟(jì)價值

圖1 生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)金額

生態(tài)補償系數(shù)呈逐年遞增的趨勢，這與人民生活水平提高和社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的趨勢基本吻合。在5 種土地利用類型中，水體單位面積的經(jīng)濟(jì)價值最大，是因其水文調(diào)節(jié)功能服務(wù)價值當(dāng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他土地利用類型。水田需大量水灌溉，其水資源供給服務(wù)為負(fù)值，因此降低了整體生態(tài)服務(wù)功能價值，導(dǎo)致其生態(tài)服務(wù)功能經(jīng)濟(jì)價值小于旱地。

1998-2018 年由于城市擴(kuò)張和道路修建，耕地、林地和草地面積分別減少了151.94 km2、81.59 km2和2.37 km2，而建設(shè)用地面積則增加了207.96 km2。結(jié)合補償金額的空間分布特征（圖2），可以確定生態(tài)補償金額主要是由新增的建設(shè)用地受益者支付，受償對象為流域內(nèi)林草保護(hù)區(qū)和耕地減少的農(nóng)民。補償金額與受償金額不是完全相等的，生態(tài)受益者支付的補償金額并不能滿足受償者的需求，需通過政府提供資金補償或政策補償，以緩解生態(tài)補償供需矛盾。

圖2 1998—2018 年補償金額的空間分布

補償標(biāo)準(zhǔn)的確定是流域生態(tài)補償機(jī)制構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，本文基于生態(tài)服務(wù)功能價值和動態(tài)生態(tài)補償系數(shù)法構(gòu)建了流域生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)體系與框架，從生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科以及從社會發(fā)展水平等多角度確定了生態(tài)補償?shù)暮侠碇?，并以瀏陽河流域為例進(jìn)行了實證研究，為流域補償標(biāo)準(zhǔn)的核算提供了依據(jù)，有助于補償效率的提高和流域科學(xué)合理補償機(jī)制的構(gòu)建。

4 結(jié) 語

耕地、林地和草地的生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)價格與實地考察調(diào)研情況較相近，較符合受償者意愿；而水體因其水文調(diào)節(jié)生態(tài)服務(wù)功能價值評估較高，在對水體進(jìn)行實際補償時，大多按照社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、支付能力、水質(zhì)保持以及對環(huán)境污染的貢獻(xiàn)率進(jìn)行補償。

目前由于生態(tài)服務(wù)功能價值與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能存在區(qū)域異質(zhì)性，導(dǎo)致補償標(biāo)準(zhǔn)的價值測算仍存在偏差：相同土地利用類型具有的生態(tài)價值量不同，需根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的實際生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，如水體強(qiáng)調(diào)的水文調(diào)節(jié)和凈化環(huán)境功能；土地利用類型的空間分布位置也會影響其生態(tài)服務(wù)功能價值，如在某些地區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)以涵養(yǎng)水源服務(wù)為主，而在其他地區(qū)以凈化空氣為主要服務(wù)功能，城區(qū)中水體和林地的生態(tài)服務(wù)功能主要傾向于美學(xué)景觀，而耕地周邊的水體主要是水資源供給；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能在一年中是不斷變化的，如耕地在一年中并不是完全利用的，有一段休耕期，因此其補償標(biāo)準(zhǔn)可按生長周期或季節(jié)計算。