官冬杰,姜亞楠,嚴(yán)聆云,周 健,和秀娟,殷博靈,周李磊

1 重慶交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院,重慶 400074 2 省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400074 3 重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局208水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)(重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計(jì)院),重慶 400700 4 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院,重慶 400714 5 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶 400074

隨著我國工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn),伴隨而來的生態(tài)問題日益嚴(yán)重,影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展[1]。我國以水資源為媒介的流域作為重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和優(yōu)勢發(fā)展戰(zhàn)略區(qū)域,近年來不斷凸顯以水資源價(jià)值為核心的生態(tài)產(chǎn)值和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值時(shí)空不平衡問題[2]。在流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的研究中,由于不同城市的地理區(qū)位、自然資源稟賦和社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等要素不同,單元區(qū)域的研究具有顯著的差異[3—4],長江流域作為中國典型的流域地區(qū),一方面面臨的生態(tài)問題不容小覷,另一方面由于地跨中國東部、中部和西部三大經(jīng)濟(jì)區(qū),流經(jīng)地域多且各地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異較大,致使對(duì)生態(tài)環(huán)境的治理能力存在明顯差距[5—6]。

補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)核算是量化生態(tài)補(bǔ)償?shù)暮诵腫7—8],其中生態(tài)足跡方法是在特定區(qū)域范圍內(nèi),從需求層面確定人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然資源的消耗強(qiáng)度(生態(tài)足跡),從供給層面求取生態(tài)環(huán)境能夠提供的資源支持量(生態(tài)承載力)[9—11]。生態(tài)足跡是一個(gè)研究可持續(xù)消費(fèi)的指標(biāo)[12—15]?；谏鷳B(tài)足跡的生態(tài)補(bǔ)償研究,能夠結(jié)合區(qū)域生態(tài)環(huán)境實(shí)際狀況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需要,衡量自然供給和生態(tài)服務(wù)需求的地域性差異,為多尺度、多跨度的生態(tài)區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展提供補(bǔ)償依據(jù)[16—18]。1992年Rees[19]正式提出了生態(tài)足跡的概念,首次將生態(tài)足跡法用于評(píng)估旅游生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性,并在全球和國家尺度上進(jìn)行了生態(tài)足跡的核算；Jennie Moor[20]利用生態(tài)足跡模型以溫哥華都市區(qū)為例,搭建了城市代謝綜合框架,演示了自下而上的生態(tài)足跡分析應(yīng)用,衡量了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)材料和能量的消耗,并與全球人均承載力結(jié)合,促進(jìn)城市資源管理和可持續(xù)發(fā)展。Meidid Kissinger[21]為深化農(nóng)業(yè)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系研究,建立了農(nóng)戶生態(tài)平衡賬戶,該賬戶用改進(jìn)量化后的生態(tài)足跡與生物承載力相較,從而權(quán)衡作物的正負(fù)利潤效應(yīng)。生態(tài)足跡作為一種資源消耗測算指標(biāo),在生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯恐羞\(yùn)用較少,需要進(jìn)一步科學(xué)利用生態(tài)足跡、生態(tài)承載力表征的相關(guān)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)反應(yīng)環(huán)境基質(zhì)的盈虧程度,完善生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制,達(dá)到合理規(guī)劃生態(tài)資源基礎(chǔ)的目的[22—25]。長江流域作為典型的消耗型內(nèi)陸環(huán)境,如何可持續(xù)平衡資源消耗與生態(tài)供給成為研究熱點(diǎn)。盧海新等[26]從長江流域表征考慮經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償能力的修正系數(shù),建立區(qū)域水資源的生態(tài)足跡,結(jié)合省域間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的差異,構(gòu)建水資源生態(tài)補(bǔ)償模型,測算結(jié)果對(duì)區(qū)域間明確補(bǔ)償關(guān)系,聯(lián)動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了協(xié)調(diào)作用；肖建紅等[27]依據(jù)修建大型水電工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,構(gòu)建了大型水電工程的生態(tài)供需足跡模型,并依據(jù)正負(fù)向影響制定生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),明確補(bǔ)償主體和補(bǔ)償額度；熊興等[28]通過生態(tài)足跡和生態(tài)承載力方法理論,構(gòu)建生態(tài)壓力、生態(tài)赤字與生態(tài)投入的概念,確立補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與總補(bǔ)償額度,探討補(bǔ)償機(jī)制與生態(tài)安全的協(xié)同關(guān)系。圍繞人類福祉與生態(tài)建設(shè)大背景,以自然資源消耗程度與環(huán)境承載能力的共生關(guān)系為研究基礎(chǔ)的探討,未來將成為研究熱點(diǎn),能夠更好地為地區(qū)科學(xué)規(guī)劃、可持續(xù)生態(tài)投入產(chǎn)出做出指導(dǎo)建議。

本文將生態(tài)足跡的思想引入到長江流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯恐?構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)量化模型,對(duì)長江流域生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行測算,并進(jìn)行等級(jí)劃分,從流域尺度、城市群尺度和城市規(guī)模尺度對(duì)生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行差異化分析,期望可實(shí)現(xiàn)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)更加精確的量化與評(píng)估,對(duì)長江流域的生態(tài)補(bǔ)償及其相關(guān)研究具有重要意義。

1 研究區(qū)域

長江流域地理位置介于90°33′E—122°25′E,24°30′N—35°45′N之間,東西橫跨3000km以上,南北跨度除江源及長江三角洲地區(qū)以外,均達(dá)到1000km左右。長江流域是世界第三大流域,流域總面積達(dá)180萬km2,占據(jù)中國國土面積的18.8%。包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、重慶、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海共19個(gè)行政區(qū),據(jù)《2020年中國統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì),長江流域2019年年末人口總數(shù)約9.78億。屬亞熱帶季風(fēng)氣候,地貌呈現(xiàn)出多級(jí)階梯性,在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近50年來,長江流域中尤其是中下游地區(qū)及四川盆地,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,逐漸形成了以上海、武漢、成都—重慶為中心的長江三角洲城市群、長江中游城市群、成渝城市群,構(gòu)成了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要經(jīng)濟(jì)區(qū)域。

圖1 長江流域Fig.1 The Yangtze River Basin

2 研究方法

2.1 生態(tài)足跡模型構(gòu)建

生態(tài)足跡是指能夠提供或消納廢物的具有一定生產(chǎn)能力的生物生產(chǎn)性土地面積[29]。將不同的商品及能源按照一定的比例折算成相應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地面積,即建立了生態(tài)足跡賬戶[17]。如公式(1)所示。

(1)

式中,EF為生態(tài)足跡(hm2)；N為人口數(shù)量；ef為人均生態(tài)足跡；aai表示第i類商品人均生物生產(chǎn)土地面積(hm2)；Ci第i類商品的人均消費(fèi)量(kg)；EPi表示第i類商品的全球平均生產(chǎn)量(kg/hm2)；rj為第j種生物生產(chǎn)性土地的均衡因子。

生物生產(chǎn)性土地包括以下6類：耕地、林地、草地、水域、建筑用地和化石能源用地,即生態(tài)足跡賬戶包含了生物產(chǎn)品消費(fèi)賬戶和能源消耗賬戶。為使生態(tài)足跡的計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際,需要對(duì)生態(tài)足跡模型進(jìn)行修正。本文基于“省公頃”模型[30]對(duì)長江流域生態(tài)足跡模型中的均衡因子和產(chǎn)量因子進(jìn)行修正。均衡因子的計(jì)算公式如(2)所示。

(2)

耕地、林地、草地、水域的均衡因子按照(表1)進(jìn)行計(jì)算,其中生物產(chǎn)品的熱值數(shù)據(jù)來源于《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)(修訂本)》；由于建筑用地基本占用耕地,因此建筑用地的均衡因子等于耕地的均衡因子；化石能源用地的均衡因子計(jì)算,按一定的比例將其折算成林地與草地[31]。

表1 長江流域各生物生產(chǎn)性土地均衡因子

2.2 生態(tài)承載力模型構(gòu)建

生態(tài)承載力是指某區(qū)域能夠提供的生物生產(chǎn)性用地總面積[32]。計(jì)算公式如(3)所示。

(3)

式中,EC為生態(tài)承載力(hm2)；ec為人均生態(tài)承載力；Si為第i類生物生產(chǎn)性土地面積(hm2)；ri為第i種生物生產(chǎn)性土地的均衡因子；yj為第i種生物生產(chǎn)性土地的產(chǎn)量因子。

省公頃模型中,產(chǎn)量因子=各區(qū)域某種生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力/全研究區(qū)所有某種生物生產(chǎn)性土地的平均生物生產(chǎn)力。同樣,通過熱值來對(duì)其進(jìn)行表示所得到的計(jì)算公式如(4)所示。

(4)

耕地、林地、草地、水域的產(chǎn)量因子按照(表2)進(jìn)行計(jì)算；建筑用地的產(chǎn)量因子等同于耕地的產(chǎn)量因子；化石能源用地的產(chǎn)量因子為0[33]。2015—2017年的產(chǎn)量因子平均值如表2所示。

表2 2015—2017年長江流域年平均產(chǎn)量因子

2.3 生態(tài)安全指數(shù)構(gòu)建

生態(tài)安全指數(shù)是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比值,用來量化評(píng)估生態(tài)安全的指標(biāo)[34]。它明確了生態(tài)補(bǔ)償?shù)姆较?即當(dāng)生態(tài)環(huán)境處于不安全狀態(tài)時(shí),需要對(duì)其區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。具體公式如(5)所示。

(5)

式中,ES表示生態(tài)安全指數(shù)。當(dāng)ES>1時(shí),表明生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力,生態(tài)環(huán)境處于赤字即不安全狀態(tài)；當(dāng)ES<1時(shí),表明生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力,生態(tài)環(huán)境處于盈余即安全狀態(tài)。

2.4 生態(tài)補(bǔ)償額度測算模型構(gòu)建

在生態(tài)足跡的基礎(chǔ)上結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值,可構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償模型[33]。

EV=∑evi=Ei×Ri×Ki

(6)

式中,EV為生態(tài)補(bǔ)償額度；evi是第i種生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)補(bǔ)償額度；Ei為第i種生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)足跡系數(shù)；Ri為第i種生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)；Ki為第i種生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值可將生態(tài)環(huán)境的安全性量化成補(bǔ)償?shù)木唧w金額,ESVi為第i種生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。

(7)

由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在較大的差異,需對(duì)Ki進(jìn)行調(diào)整[34]。利用各地區(qū)的生產(chǎn)總值GDP進(jìn)行量化,如公式(8),ε為恩格爾系數(shù)。結(jié)果如表3。

(8)

生態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)為對(duì)生態(tài)赤字區(qū)的面積進(jìn)行補(bǔ)償,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為聯(lián)系生態(tài)足跡與生態(tài)補(bǔ)償之間的橋梁,將生態(tài)赤字區(qū)面積量化為補(bǔ)償?shù)木唧w金額。本文采用謝高地[35]估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值作為生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值系數(shù)Ri的值(如表4)。

3 結(jié)果分析

3.1 長江流域生態(tài)足跡分析

本文將所有能源指標(biāo)均轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)煤,求取化石能源的生態(tài)足跡。將生產(chǎn)品的生態(tài)足跡與化石能源的生態(tài)足跡進(jìn)行匯總,得到長江流域各行政區(qū)人均生態(tài)足跡(圖2)。

表3 2015—2017年長江流域各行政區(qū)生態(tài)補(bǔ)償系數(shù)

表4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值/(元/hm2)

圖2 長江流域人均生物足跡、人均能源足跡和人均生態(tài)足跡對(duì)比Fig.2 Comparison of per capita biological footprint, per capita energy footprint and per capita ecological footprint in the Yangtze River Basin

2015—2017年間,長江流域各行政區(qū)的生態(tài)足跡變化微小,其中西藏最小,上海最大。3年內(nèi),長江流域的平均生態(tài)足跡分別為2.39hm2、2.36hm2、2.37hm2,呈現(xiàn)出先下降又小幅上升的趨勢,生態(tài)足跡均大于年平均值的行政區(qū)均處于沿海地區(qū)。陜西與青海人均能源足跡消耗較大,分別達(dá)1.25hm2和1.27hm2,僅次于沿海地區(qū)最高的上海(圖2)。生物足跡、能源足跡與生態(tài)足跡的變化趨勢基本一致,除上海、陜西和青海以外,其余各行政區(qū)的人均生物足跡均高于人均能源足跡。對(duì)于生物足跡,重慶與四川的生物足跡是整個(gè)長江流域里最高的,河南的人均生物足跡最小,為0.81hm2。

利用ArcGIS空間分析技術(shù),采用自然斷點(diǎn)法的方式,將長江流域的人均生態(tài)足跡劃分為5個(gè)等級(jí)(圖3),可知由于經(jīng)濟(jì)資源的不均衡性,長江流域的生態(tài)足跡整體上呈現(xiàn)出東大西小的空間格局。2015—2017年間,長江流域的人均生態(tài)足跡總體變化不大,說明長江流域在3年時(shí)間里的經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本穩(wěn)定。

圖3 2015—2017年長江流域人均生態(tài)足跡空間分布Fig.3 Spatial distribution of per capita ecological footprint in the Yangtze River Basin, 2015—2017

3.2 長江流域生態(tài)承載力分析

通過對(duì)均衡因子及產(chǎn)量因子的修正,得到2015—2017年長江流域的人均生態(tài)承載力(表5)。河南的年均生態(tài)承載力最大為0.87hm2,上海的年平均生態(tài)承載力最小為0.09hm2。整個(gè)長江流域的年平均生態(tài)足跡為0.47hm2。總體來看,長江流域不同生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)承載力大小排序均為：耕地>林地>建筑用地>水域>草地,且耕地的生態(tài)承載力遠(yuǎn)大于其他類型的生物生產(chǎn)性土地(圖4)。

表5 2015—2017年長江流域各行政區(qū)人均生態(tài)承載力/hm2

圖4 2015—2017年長江流域不同土地人均生態(tài)承載力對(duì)比Fig.4 Comparison of per capita ecological carrying capacity of different land types in the Yangtze River Basin, 2015—2017

為了明確長江流域生態(tài)承載力的地域間差異,利用ArcGIS空間分析技術(shù),采用自然斷點(diǎn)法的方式,將長江流域的人均生態(tài)承載力劃分為5個(gè)等級(jí)(圖5),可知空間分布呈現(xiàn)出中部高,東、西部低的格局。東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),空間上占用了大量的生物生產(chǎn)性土地,建筑用地?cái)U(kuò)張其他生物生產(chǎn)性土地面積減少,造成生態(tài)承載力較低。西部地區(qū)受氣候和地理因素影響,人均生態(tài)承載力低主要體現(xiàn)在西藏和青海,該區(qū)域的未利用土地廣闊,生態(tài)脆弱,導(dǎo)致其生態(tài)承載力僅處于一級(jí)狀態(tài)。2015—2017年間,長江流域的人均生態(tài)承載力分別為0.47hm2、0.46hm2、0.46hm2,呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。

圖5 2015—2017年長江流域人均生態(tài)承載力空間分布Fig.5 Spatial distribution of per capita ecological carrying capacity in the Yangtze River Basin, 2015—2017

3.3 長江流域生態(tài)安全分析

對(duì)長江流域各行政區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全性進(jìn)行評(píng)估可知(表6),長江流域全部行政區(qū)生態(tài)安全指數(shù)均大于1,表明整個(gè)流域都處于生態(tài)赤字即生態(tài)不安全的狀態(tài),需要對(duì)其進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。在2015—2017年內(nèi),生態(tài)安全指數(shù)最大的為上海,最小的為河南。

利用ArcGIS平臺(tái)對(duì)長江流域行政區(qū)生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)行劃分(圖6),空間上呈現(xiàn)出東、西較高,交錯(cuò)分布的格局。由于自然因素和經(jīng)濟(jì)因素,西藏和青海生態(tài)承載力較低,生態(tài)安全指數(shù)則較高。東部沿海的上海、浙江、廣東等省市,較頻繁的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致生態(tài)足跡偏高,使得這些地區(qū)的生態(tài)安全指數(shù)也較高。3年內(nèi),長江流域的平均生態(tài)安全指數(shù)分別為7.29、7.30、7.52,呈現(xiàn)逐年緩慢增加的趨勢,表明長江流域的生態(tài)環(huán)境不安全狀態(tài)也在輕微升高。

3.4 長江流域生態(tài)補(bǔ)償額度測算結(jié)果分析

對(duì)長江流域各行政區(qū)進(jìn)行人均生態(tài)補(bǔ)償額度測算(表7)。2015—2017年間,年人均生態(tài)補(bǔ)償額度最高的為上海達(dá)到396.80元,最低的為西藏為33.72元。分析其原因,主要是經(jīng)濟(jì)發(fā)展所致。上海市的綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力一直處于我國前列,屢次位居全國第一。隨著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整迅速,促進(jìn)了上海市的經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展。加之生態(tài)補(bǔ)償模型中的補(bǔ)償系數(shù)是由GDP進(jìn)行修正的,因此上海市的人均生態(tài)補(bǔ)償額度達(dá)最高。西藏自治區(qū)受地理因素的影響,產(chǎn)業(yè)發(fā)展較單一,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較長江流域其他地區(qū)緩慢,生態(tài)補(bǔ)償額度遠(yuǎn)低于其他地區(qū)。

表6 2015—2017年長江流域各行政區(qū)生態(tài)安全指數(shù)

圖6 2015—2017年長江流域生態(tài)安全指數(shù)空間分布Fig.6 Spatial distribution of ecological security index in the Yangtze River Basin, 2015—2017

表7 2015—2017年長江流域各行政區(qū)人均生態(tài)補(bǔ)償額度/元

為明晰長江流域人均生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g分布差異,本文利用自然斷點(diǎn)法和GIS平臺(tái),將長江流域的人均生態(tài)補(bǔ)償額度劃分為5個(gè)等級(jí)(圖7)。從整個(gè)流域上來看,人均生態(tài)補(bǔ)償額度仍然有東高西低、交替分布的空間格局。2015—2017年間,人均生態(tài)補(bǔ)償額度小于70元的有江西、廣西、貴州、云南、西藏和甘肅；大于130元的有上海、江蘇、浙江、福建、廣東、陜西。各行政區(qū)的人均生態(tài)補(bǔ)償額度有部分地區(qū)發(fā)生了一個(gè)級(jí)別的變化,如四川、湖北和廣西。東部沿海各省市一直處于補(bǔ)償額度最高的狀態(tài),而西部地區(qū)除個(gè)別省以外,均處于級(jí)別最低的狀態(tài)。

4 討論

4.1 長江流域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)補(bǔ)償額度比較分析

2015—2017年長江流域的人均生態(tài)補(bǔ)償隨著生態(tài)足跡和生態(tài)承載力變化而變化,生態(tài)承載力一直處于小幅上升的狀態(tài)。2015年的人均生態(tài)補(bǔ)償為123.27元,2016年為120.39元,2017年為120.40元,3年內(nèi)基本持平。生態(tài)足跡與生態(tài)補(bǔ)償?shù)淖兓３忠恢?呈現(xiàn)先有所下降再小幅上升的趨勢,而生態(tài)承載力則逐年降低(圖8),由此可見長江流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展正不斷推進(jìn),由經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的生物生產(chǎn)性土地被占用將是一個(gè)長期的趨勢。

圖8 2015—2017年長江流域人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)補(bǔ)償額度Fig.8 Per capita ecological footprint, per ecological carrying capacity and per ecological compensation in the Yangtze River Basin, 2015—2017

4.2 長江流域生態(tài)補(bǔ)償差異化分析

4.2.1基于流域尺度生態(tài)補(bǔ)償額度差異化分析

基于長江流域各行政區(qū)生態(tài)補(bǔ)償額度以及等級(jí)劃分,對(duì)上、中、下游人均生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行差異化分析(圖9)。研究表明長江流域上游的人均生態(tài)補(bǔ)償呈現(xiàn)出高低交叉分布的空間格局,3年期間,整體上未發(fā)生較大的變化。上游地區(qū)人均生態(tài)補(bǔ)償大都集中在小于70元的低范圍內(nèi)。陜西、重慶和青海的人均生態(tài)補(bǔ)償額度是最高的,3年平均值分別為133.32元、125.25元、118.32元。長江流域中游地區(qū)的人均生態(tài)補(bǔ)償呈現(xiàn)出南北兩頭高,中間低的空間格局,未發(fā)生明顯變化,只有湖北省發(fā)生了一個(gè)級(jí)別的變化。整體來看中游地區(qū)的人均生態(tài)補(bǔ)償額度跨越了5個(gè)等級(jí),比上游地區(qū)幅度大。長江流域下游人均生態(tài)補(bǔ)償呈現(xiàn)出東多西少且差異較大的空間格局(圖9),且3年內(nèi)未發(fā)生明顯變化。沿海的上海、江蘇、浙江和福建的人均生態(tài)補(bǔ)償額度均處于最高等級(jí)大于130元。將上、中、下游的生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行數(shù)量上的對(duì)比分析(圖10),長江流域人均生態(tài)補(bǔ)償數(shù)量變化幅度以上游最為大,中游次之,下游最小。

圖9 長江流域上、中、下游劃分與不同省份生態(tài)補(bǔ)償額度Fig.9 Division of the upper, middle and lower reaches of the Yangtze River Basin and the ecological compensation in different provinces

圖10 長江流域上、中、下游生態(tài)補(bǔ)償額度對(duì)比Fig.10 Comparison of ecological compensation in upper, middle and lower reaches of Yangtze River Basin

4.2.2基于城市群尺度生態(tài)補(bǔ)償額度差異化分析

長江流域包括長江三角洲城市群,成渝城市群和長江中游城市群,不同城市群人均生態(tài)補(bǔ)償額度差異顯著(圖11)。對(duì)2015—2017年間成渝城市群和中游城市群人均生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行空間分析,人均生態(tài)補(bǔ)償額度呈現(xiàn)出東多西少,整體較均勻的空間格局,期間主要是四川的城市出現(xiàn)了一個(gè)級(jí)別的改變。重慶作為成渝城市群的中心,3年間年人均生態(tài)補(bǔ)償達(dá)125.25元。長江中游城市群人均生態(tài)補(bǔ)償額度呈現(xiàn)出西多東少的空間格局,湖北的城市最高為110.25元,江西的城市最低為63.97元。長江三角洲城市群人均生態(tài)補(bǔ)償額度呈現(xiàn)出均勻分布的空間格局,且在3年間未發(fā)生明顯變化。由于地處沿海區(qū)域,地理位置優(yōu)越,由經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的生物生產(chǎn)性土地被占用則會(huì)導(dǎo)致生態(tài)赤字增高,生態(tài)補(bǔ)償額度隨之增大。

圖11 長江流域城市群劃分及生態(tài)補(bǔ)償額度差異Fig.11 Division of urban agglomerations in the Yangtze River Basin and ecological compensation for different cities

圖12 長江流域三大城市群生態(tài)補(bǔ)償額度對(duì)比Fig.12 Comparison of ecological compensation of three urban agglomerations in Yangtze River Basin

按各行政區(qū)GDP進(jìn)行一定比例的計(jì)算。2015—2017年間,三大城市群年人均生態(tài)補(bǔ)償額度(圖12),變化最為明顯的是長江三角洲城市群,而變化幅度最小的為成渝城市群,每個(gè)城市群內(nèi)部變化曲線的最高點(diǎn)均發(fā)生在城市群中心城市。成渝城市群和中游城市群中,最高的分別是重慶市和武漢市,達(dá)到125.26元和130.14元,最低的分別是四川省內(nèi)江市和江西省萍鄉(xiāng)市,補(bǔ)償額度分別達(dá)到64.22元和58.40元,成渝城市群的其他城市均分布在50元—100元間；對(duì)于長江三角洲城市群而言,上海市的補(bǔ)償額度明顯高于其他城市為396.80元,其余城市都低于300元。

4.2.3基于省級(jí)尺度生態(tài)補(bǔ)償額度差異化分析

2015—2017年間,長江流域總體生態(tài)補(bǔ)償額度年平均為1169.11億元。其中江蘇和廣東所需生態(tài)補(bǔ)償額度最高,年均生態(tài)補(bǔ)償總額度超過140億元,總額度最少的為西藏和青海,皆少于10億元(圖13)。各行政區(qū)間補(bǔ)償額度相比較,差距較大,整體來說,東部沿海地區(qū)補(bǔ)償額度遠(yuǎn)大于西部內(nèi)陸地區(qū),與經(jīng)濟(jì)發(fā)展及區(qū)域資源配置呈大致正相關(guān)性。3年間變化最大的省份是廣東和上海。3年間,長江流域總補(bǔ)償額度變化較小,分別為1177.61億元、1163.16億元和1166.57億元,呈先減少再增加態(tài)勢。

圖13 2015—2017年長江流域各行政區(qū)生態(tài)補(bǔ)償額度對(duì)比Fig.13 Comparison of ecological compensation in different administrative regions of the Yangtze River Basin, 2015—2017

基于以上不同省份生態(tài)補(bǔ)償額度差異化分析,發(fā)現(xiàn)長江流域內(nèi)地域由西向東所需的生態(tài)補(bǔ)償額度升高,產(chǎn)生這一結(jié)果的原因,理論上,生態(tài)補(bǔ)償研究實(shí)質(zhì)上是環(huán)境成本的互置問題,關(guān)鍵在于解決生態(tài)產(chǎn)品節(jié)制和損害后的成本問題[36]。本研究采用的生態(tài)補(bǔ)償修正模型結(jié)合反映地域社會(huì)因素的GDP和恩格爾系數(shù),兼顧了區(qū)域生態(tài)生產(chǎn)的外溢性價(jià)值,考慮到局域發(fā)展水平的差異及其相應(yīng)的資源配置所帶來的環(huán)境保護(hù)代價(jià)不同,綜合補(bǔ)償實(shí)施過程中為保護(hù)環(huán)境所犧牲的經(jīng)濟(jì)差距。綜合以往研究,較發(fā)達(dá)的地區(qū),在發(fā)展和實(shí)施環(huán)境保護(hù)的過程中,對(duì)生態(tài)環(huán)境的投入成本大,生態(tài)資本薄弱,建設(shè)治理過程中考慮到人口密度、工業(yè)占比、人均GDP等資源消耗問題,以及發(fā)展機(jī)會(huì)成本損失,生態(tài)構(gòu)建所需的資本更高[37]。按照國際研究標(biāo)準(zhǔn),城市生態(tài)環(huán)保投入占政府財(cái)政收入2%—3%之間時(shí),城市的生態(tài)環(huán)境運(yùn)轉(zhuǎn)較健康,保護(hù)相對(duì)較好[38],由此生態(tài)補(bǔ)償制度構(gòu)建過程中應(yīng)涉及區(qū)域社會(huì)發(fā)展水平的差異。

5 結(jié)論

將生態(tài)足跡的思想引入到生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯恐?構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償額度測算模型,對(duì)長江流域生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行測算,并進(jìn)行等級(jí)劃分,從流域尺度、城市群尺度和城市規(guī)模尺度對(duì)生態(tài)補(bǔ)償額度進(jìn)行差異化分析。得到如下結(jié)論：(1)長江流域的生態(tài)足跡呈東大西小的分布,生態(tài)承載力則出現(xiàn)中部大,東西部小的空間格局；2015—2017年的生態(tài)足跡呈現(xiàn)出略微波動(dòng)的狀態(tài),生態(tài)承載力則表現(xiàn)出逐年下降的趨勢。(2)從長江流域各行政區(qū)的生態(tài)安全指數(shù)來看,整個(gè)長江流域都處于赤字區(qū),均需要補(bǔ)償。在生態(tài)補(bǔ)償額度測算中,江蘇省的年均生態(tài)補(bǔ)償額度最高,達(dá)到了210.06億元,而西藏自治區(qū)的最少,為1.12億元,說明在發(fā)達(dá)的東部沿海省份,實(shí)施環(huán)境保護(hù)過程中,對(duì)環(huán)境投入成本較大,生態(tài)資本薄弱,建設(shè)治理過程中同時(shí)考慮到社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響,生態(tài)補(bǔ)償?shù)念~度會(huì)更高。(3)生態(tài)足跡與生態(tài)補(bǔ)償?shù)淖兓３忠恢?呈現(xiàn)先有所下降再小幅上升的趨勢,而生態(tài)承載力則逐年降低,說明長江流域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)占用生物生產(chǎn)性土地的現(xiàn)象將成為長期趨勢。(4)基于流域尺度分析生態(tài)補(bǔ)償額度,上游表現(xiàn)為交叉分布,中游表現(xiàn)為南北高,中間低的格局,而下游則呈東多西少的分布；基于城市群尺度補(bǔ)償額度由大到小依次為：長江三角洲城市群、成渝城市群、長江中游城市群,整體上仍表現(xiàn)為東多西少的空間格局；基于省級(jí)尺度,整體上依舊存在東多西少的空間格局現(xiàn)象,數(shù)量在宏觀上呈現(xiàn)出與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平正相關(guān)的趨勢。本研究為長江流域差異性生態(tài)補(bǔ)償政策制定提供了建議和指導(dǎo),為流域生態(tài)補(bǔ)償?shù)牧炕椒ㄌ峁﹨⒖肌?/p>