基于生态足迹的澧水流域生态补偿研究

郭荣中, 申海建

(1.长沙环境保护职业技术学院, 长沙 410004; 2.湖南省测绘科技研究所, 长沙 410004)

基于生态足迹的澧水流域生态补偿研究

郭荣中1, 申海建2

(1.长沙环境保护职业技术学院, 长沙 410004; 2.湖南省测绘科技研究所, 长沙 410004)

以澧水流域为研究对象，通过生态足迹的方法，实现生态系统服务价值与补偿量之间的转化，结合地区社会经济发展水平，测算了研究区域的生态补偿额度。研究表明：(1) 从2001—2013年澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值变化率来看，降幅最大的是澧县，其次是临澧县；增幅最大的是武陵源区，其次是桑植县。(2) 2013年澧水流域的人均生态足迹为3.203 6 hm2，而实际生态承载力为0.600 0 hm2，人均可利用生态承载力为0.528 0 hm2，则人均生态赤字为-2.675 6 hm2。(3) 计算出了澧水流域各县(市、区)的生态补偿标准，其中澧县需要支付的生态补偿量最高，为26.97亿元；其次是石门县和临澧县，分别为8.87亿元和6.44亿元。研究结果将为澧水流域生态补偿机制的建立提供参考。

生态足迹; 生态补偿; 澧水流域

生态补偿是在生态环境保护的背景下产生和发展起来的一种经济手段，已越来越受到人们的关注[1-2]。“生态补偿”的本质内涵是生态服务功能受益者对生态服务功能提供者付费的行为[3-5]，所以生态系统服务价值的确定是区域生态补偿的基础，能为研究区域生态补偿提供量化标准。生态足迹计算方法[6-11]是在对土地面积量化的基础上，在需求层面上和供给层面上分别计算出生态足迹和生态承载力的大小，它能定量反映出区域的资源供给能力和资源消耗强度。研究表明，基于生态足迹的区域生态补偿研究，在一定程度上揭示了生态系统服务在供给和需求方面的地域差异，测度人类对自然界的需求与自然界所能够提供的生态服务之间的差距，能提供不同区域对于生态系统的补偿依据。若地区的生态盈余，说明该地区生态系统所提供的生态服务价值是富余的，可向外输出，应获得生态补偿；反之，则应支付生态补偿，从而确定区域对生态价值的消费程度，并建立区域间生态服务价值流转的配比关系，测算生态补偿值[12-16]。本文以澧水流域为研究对象，分析研究区域内各县(市、区)2001—2013年13 a间生态系统服务的时间变化和空间分异情况，引入生态足迹理论，揭示生态系统服务在供给和需求方面的地域差异，并提供不同区域对于生态系统的不同补偿量，评价结果将促进澧水流域生态环境保护和经济社会的可持续发展，同时对国内其他区域开展类似工作也具有重要的借鉴和参考价值。

1 研究区概况

澧水，位于湖南省西北部，地理位置在北纬29°30′—30°12′，东经109°30′—112°0′。以中源桑植杉木界为干流起始点，至常德津市小渡口入洞庭湖，河长388 km，流经桑植、永定区、武陵源区、慈利、石门、临澧、澧县、津市等县(市、区)。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

土地利用基础数据来源于湖南省国土资源部门2001—2013年土地变更调查和第二次土地调查成果，社会经济数据来源于同期《湖南统计年鉴》[17]。

2.2 研究方法

2.2.1 生态系统服务价值评估方法 在生态系统服务价值当量因子和基准单价的修正上，该研究基于Costanza、谢高地等[18-20]的生态系统服务价值理论和方法，并将谢高地等的研究成果修正到澧水流域尺度范围内，由此计算出澧水流域不同生态系统单位面积生态服务价值。在土地利用类型与生态系统类型及价值的对应上，按照耕地、林地、未利用地分别与农田、森林、荒漠对应；园地对应于森林和草地，相应数据取二者平均值；居民点及工矿用地和交通用地对应于建设用地(其生态系统服务价值取0)。生态系统服务价值(ESV)的计算公式为：

(1)

式中：Ak为土地利用类型k的面积(hm2)；VCk为单位面积土地利用类型k的生态系统服务价值[元/(hm2·a)]。

2.2.2 生态足迹和生态承载力的计算 在生态足迹的计算中，首先是按生物资源消费和能源消费计算各类消费帐户的人均生态足迹，将各种资源和能源消费项目折算为耕地、林地、草地、建筑用地、化石燃料土地和水域6种类型的生态生产性土地面积，并将各种类型的生物生产性土地面积再乘以一个相应的均衡因子[2]，以使不同生物生产性土地类型的空间汇总为区域的生物生产力和生态足迹。为充分体现研究区域的地域特点，本文均衡因子采用刘某承等[21]的研究成果，根据植被的净初级生产力计算出湖南省各种土地类型的均衡因子，即农地、林地、畜牧地、渔业水域、建筑用地、能源用地分别取值1.32，0.82，0.71，0.56，1.32，0.82。区域人均生态足迹(ef)的计算公式为：

(2)

式中：Ai为各类消费帐户的人均生态足迹；i为消费项目的类型；Yi为食物生产性土地第i种消费项目的世界平均产量；Pi，Ii，Ei分别为第i种消费项目的年生产量、年进口量、年出口量；N为人口数；ri为均衡因子。

区域总人口的生态足迹(EF)计算公式为：

EF=N·(ef)

(3)

式中：N为人口数。

在计算生态承载力时，为不同区域同类生物生产性土地面积可进行对比，将其面积乘以一个相应的产量因子[2]。区域人均生态承载力(ec)的计算公式为：

ec=∑Cj=∑aj×rj×yj

(4)

式中：Cj为第j种消费项目的人均生态承载力分量；aj为人均生物生产面积；rj和yj分别为均衡因子和产量因子。

区域总生态承载力(EC)的计算公式为：

EC=N×(ec)

(5)

式中：N为人口数。

本文首先进行澧水流域耕地的产量因子修正，因为耕地的产量因子是由不同类型作物产量因子加权计算所得，其中作物的产量因子取澧水流域内作物平均产量与全球平均产量的比值。计算结果见表2，得出澧水流域耕地产量因子为1.459 6。然后再结合刘某承等[22]的研究成果，根据植被的净初级生产力计算出湖南省各种土地类型的产量因子，即耕地、草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收分别取值1.43，3.00，1.10，1.43，3.00，0.00。为使研究结果更能反映澧水流域的区域特点，本文以耕地调整系数(1.459 6/1.43=1.02)为基准，同比将澧水流域内草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的产量因子同步修正为3.06，1.12，1.46，3.06，0.00。

2.2.3 生态盈余与生态赤字的计算 生态赤字(ED)是指人均生态足迹与人均生态承载力之差，若ED<0，就出现生态赤字,说明区域生态足迹超过了区域所能提供的生态承载力；反之ED>0，则表现为生态盈余，表明区域的生态供给可以承受人类负荷。计算公式如下：

ED=EF-EC=N×(ef-ec)

(6)

式中：EF，EC，N，ef，ec的含义同前。

2.2.4 生态补偿标准的确定 本文在计算研究区域生态补偿标准时，结合区域经济发展水平，引入修正系数ri，具体的表达式如下:

(7)

式中：Ieci和GDPi分别表示区域i的人均生态赤字和国内生产总值(元/a)；Iec和GDP分别指总研究区域的人均生态赤字和国内生产总值(元/a)。

然后再用生态足迹的方法计算研究区的生态足迹和生态承载力，确定地区应支付或获得的生态补偿，实现生态系统服务价值与补偿量之间的转化。具体的计算公式为:

(8)

式中：E为生态补偿价值；N为研究区总人口；ri为修正系数；ESV为生态系统服务价值。

3 结果与分析

3.1 澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值

由式(1)计算可知，澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值的变化情况(表3)。由表3可以看出，2001—2013年桑植县、武陵源区、慈利县、石门县生态系统服务价值均表现为净增，其中桑植县的增加量最大，达到1.18×107元。永定区、临澧县、澧县、津市市生态系统服务价值均表现为净减，其中澧县的减少量最大，达到2.62×107元。从各县(市、区)生态系统服务价值变化率来看，增幅最大的是武陵源区，其次是桑植县，增幅分别为0.488 9%和0.186 2%。降幅最大的是澧县，其次是临澧县，分别为-0.6514%和-0.5748%。

3.2 澧水流域2013年生态足迹和生态承载力

本文根据澧水流域的实际消费情况，将生物资源消费分为农产品、动物产品、林产品等几大类消费项目，并对各大类进行详细分类，主要对应耕地、草地、林地、水域4类生物生产性土地，在计算中使用联合国粮农组织的有关生物资源的世界平均产量数据。并由式(2) 、式(3)计算出2013年澧水流域生物资源生态足迹(表4)。同时选取澧水流域主要耗能11种进行能源消费计算，除了将电力消费转化为建筑用地面积外，其他的原煤、天然气等一次能源的消费统一为化石燃料用地面积。并计算出2013年澧水流域能源生态足迹(表5)。

由式(4)、式(5)和式(6)，根据澧水流域2013年实际能够提供的人均生物生产面积，计算2013年澧水流域生态承载力与生态赤字(表6)。

表3 2001-2013年澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值

表4 2013年澧水流域生物资源生态足迹消费

注:木材的全球平均产量的单位为m3/hm2，其生物量的单位为104m3。

由表6可知，2013年澧水流域的人均生态足迹为3.203 6 hm2，而实际生态承载力为0.600 0 hm2，扣除要预留12%的生物多样性保护用地后，人均可利用生态承载力为0.528 0 hm2，则人均生态赤字为-2.675 6 hm2。其中耕地、草地、水域、化石能源用地的生态足迹都为赤字，反映了澧水流域对这四类用地的需求都过高，澧水流域的耕地面积从2001年的343 415.95 hm2减少到了2013年的337 860.08 hm2，草地面积从2001年的40 114.07 hm2减少到了2013年的35 113.26 hm2，这是导致研究区域生态承载力降低的主要原因。而林地和建筑用地的生态足迹为盈余，澧水流域的林地面积从2001年的1 043 848.06 hm2增加到了2013年的1 051 723.56 hm2，居民点及工矿用地面积从2001年的79 705.92 hm2增加到了2013年的83 541.54 hm2，交通用地面积从2001年的17 944.06 hm2增加到了2013年的19 878.80 hm2，反映了澧水流域人均林地和建筑用地的需求在生态系统承载范围之内。

3.3 生态补偿值的确定

按照式(6)分别计算澧水流域各县(市、区)的生态赤字/盈余情况，结果见表7。可以看出，2013年澧水流域八个县(市、区)均为生态赤字，其中澧县的生态赤字情况最为严重，需要为占用生态资源而支付生态补偿。按照式(7)、式(8)计算可得澧水流域各县(市、区)生态补偿标准，其中澧县需要支付的生态补偿量最高，为26.97亿元；其次是石门县和临澧县，分别为8.87亿元和6.44亿元。桑植县需要支付的生态补偿量最少，仅为23.01万元。澧县在2001—2013年期间的生态系统服务价值的减少量和下降幅度都在澧水流域八个县(市、区)中居首位，这说明，位于澧水流域下游地区的澧县经济发展活跃，建设用地增加较快，需要支付更多的生态补偿量。而桑植县和武陵源区需要支付的生态补偿量相对较少，这两个地区位于澧水流域上游和中游，说明澧水流域上、中游地区受人类干扰较小，生态环境较好。这就为开展流域生态补偿机制的建立提供参考，为生态建设规划和生态文明建设提供科学的依据和指导。

表5 2013年澧水流域能源生态足迹

表6 2013年澧水流域生态承载力与生态赤字

表7 2013年澧水流域各县(市、区)生态补偿额度测算

4 结论与讨论

(1) 从2001—2013年澧水流域各县(市、区)生态系统服务价值变化率来看，降幅最大的是澧县，其次是临澧县，分别为-0.651 4%和-0.574 8%；增幅最大的是武陵源区，其次是桑植县，增幅分别为0.4889%和0.1862%。

(2) 2013年澧水流域的人均生态足迹为3.203 6 hm2，而实际生态承载力为0.600 0 hm2，扣除要预留12%的生物多样性保护用地后，人均可利用生态承载力为0.528 0 hm2，则人均生态赤字为-2.675 6 hm2。反映了该研究区域生态系统为人类提供各种服务能力在持续下降，需要通过从外地不断地输入生态足迹，才能维持现有的生活水平和消费水平。

(3) 文章计算出了澧水流域各县(市、区)的生态补偿标准，其中澧县需要支付的生态补偿量最高，为26.97亿元；其次是石门县和临澧县，分别为8.87亿元和6.44亿元。从结果来看，生态赤字大的地区支付的生态补偿量就大，这就需要各区域要积极探索如何提高资源使用效率，保护生态环境，以有效地缓解生态赤字带来的压力，确保生态系统持续地为经济发展提供服务价值。另外，本文的生态补偿标准是在生态足迹、生态系统服务价值的基础上进行核算的，同时考虑了区域GDP对其的影响，该方法为当地政府制定完善的生态补偿政策提供科学依据和决策支持，并可运用于不同空间尺度的区域生态补偿。

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StudiesonEcologicalCompensationBasedonEcologicalFootprintinLishuiRiverBasin

GUO Rongzhong1, SHEN Haijian2

(1.ChangshaEnvironmentalProtectionOccupationTechnicalCollege,Changsha410004,China; 2.InstituteofMappingofHu′nanProvince,Changsha410004,China)

Lishui River Basin was selected as the research site. The ecological compensation amount of the study area was calculated by combining with the regional social and economic development level, and using the calculation method of the ecological footprint. The results show that: (1) with respect to the change rate of the ecosystem service value in Lishui River Basin counties (cities, districts) from 2001 to 2013, the largest decrease was observed in Lixian, followed by Linli County, while the largest increase occurred in Wulingyuan District, followed by Sangzhi County; (2) the ecological footprint per capita in Lishui River Basin in 2013 was 3.203 6 hm2, but the actual ecological carrying capacity was 0.600 0 hm2, the ecological carrying capacity per capita was 0.528 0 hm2, and the ecological deficit per capita was -2.675 6 hm2; (3) the ecological compensation standard of the counties (cities, districts) in Lishui River Basin was calculated, of which the amount of ecological compensation of Lixian was required to pay the highest value of 2.697×109yuan, followed by the Shimen County, and Linli County with 8.87×108and 6.44×108yuan, respectively. The research results would provide supports to establish the ecological compensation mechanism in the Lishui River Basin.

ecological footprint; regional ecological compensation; Lishui River Basin

2016-05-11

：2016-05-24

湖南省教育厅科研项目“基于PSR模型的长株潭城市群生态安全评价关键技术研究”(15C0014)

郭荣中(1979—),女,湖南桂东人,副教授,高级工程师,博士研究生,主要从事土地信息与土地生态研究。E-mail:gyun91@163.com

F301

：A

：1005-3409(2017)02-0353-06