民勤红崖山水库生态系统服务功能的经济价值

巩 杰,降同昌,谢余初,赵彩霞,岳东霞

(兰州大学西部环境与气候变化研究院西部环境教育部重点实验室, 甘肃兰州 730000)

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的条件与效用[1-4]。它是人类赖以生存和发展的基础,是人类所拥有的、关键的自然资本,与人造资本、人力资本一起构成人类福利[5]。生态系统服务功能的变化直接影响着人类的福利状况,维持和保育生态系统服务功能是社会经济可持续发展的基础。当前,多数生态系统服务研究多是从物理量和价值量两个方面分析和探讨生态系统服务价值,发展了针对不同生态系统服务的评价方法与货币化测算[4-8]。文献[9-13] 进一步探讨和完善了Costanza 等[4]的生态系统服务价值评估理论、评价模型与方法等。总的来说,Costanza等[4]提出的单位面积生态系统服务价值研究是基于全球静态总平衡输入输出模型的评估和基于全球静态部分平衡模型的评估,是与生态系统结构和功能有关的生态系统本身的价值,是生态系统服务的静态价值,并且对生态系统服务的空间异质性考虑不足。谢高地等[13]虽对生态系统价值系数等进行了修订,得到了“中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量因子表。”但仍属于静态生态价值研究。而在实际应用于指导以社会、经济、生态综合效益最大为目标的流域水土资源优化配置决策时,由于静态生态价值并不能反映资源的稀缺程度和随社会经济发展水平变化的对生态价值的支付意愿,因而,这些研究成果难以得到应用。大量研究表明,生态价值的定量评估不仅是可能的,而且是高效、合理配置竞争性需求的环境资源的基础[1,3-4,13-14]。因此,进行生态价值的量化评估,并将其纳入国民经济核算体系,才能促进自然资本开发的合理决策,有利于保护生态系统并最终有利于人类自身的可持续发展[3,5]。这一点在水土资源稀缺地区(如干旱区)尤为重要[5]。如何将这种无法在市场上公开交易的生态价值转化为现实价值,直接指导管理决策是生态学家、经济学家共同面临的挑战。李金昌[14]提出用社会发展阶段系数来校正生态价值核算结果。Wilson 等[15]通过转移法研究景观的生态价值。粟晓玲等[16]建立了基于发展阶段系数和资源紧缺度的生态价值动态估算方法,可为有效地开展生态系统服务价值评估与生态系统有效管理和决策支持提供数据支撑和科学依据。

水资源是制约干旱区、半干旱区社会经济良性发展的关键因子。水资源的多寡、时空分布的均衡程度等直接关系着干旱区绿洲的发展状况,威胁着人类健康和安全以及区域生态安全。水库是一种介于河流与湖泊之间的半人工半自然的水体[17],水库的修建是调解水资源时空分布的主要手段,在灌溉、防洪、养殖等方面起着巨大的作用[18-21],在改善水资源利用、处理和减轻中国所面临的问题和挑战方面,水坝建设仍将是有效的方法[22],在干旱区、半干旱区尤为重要。但是,水坝对生态环境的影响仍存在着持续的争论[20-21]。虽然,目前已有学者对水库生态系统服务功能进行了研究[23-26],但对干旱区的水库生态系统服务的研究却鲜有报道。笔者拟开展红崖山水库生态系统服务功能的实际静态生态价值及其转化为现实可接受的动态价值的量化评估,为生态价值研究成果进一步应用在水资源配置与管理中提供途径[27-28],以期为干旱区的水库研究提供参考,为干旱区水资源利用、水库生态系统管理[28-30]及区域可持续发展政策实施等提供科学支撑。

1 研究区概况

红崖山水库位于河西走廊东北部,石羊河下游,处于腾格里和巴丹吉林两大沙漠的包围之中,四周环绕沙漠和盐碱荒漠,处于甘肃省民勤县境内的黑山与红崖山前谷地中,距民勤县城30 km,是一座沙漠洼地蓄水工程和亚洲最大的沙漠水库。水库始建于1958 年,经初建、加固续建、扩建而成,于1980 年最后建成[31]。水库面积为30 km2,2007 年的蓄水量为1.9 亿m3[32]。它是以灌溉为主兼防洪和养鱼的大型水利工程。

2 研究方法

2.1 数据来源

民勤县粮食作物的单产、面积、恩格尔系数、来水量、耕地面积、农业产值和GDP 数据均源于文献[33] ,红崖山水库的土地利用类型对应为水体。

2.2 静态生态价值计算方法

Costanza 等[4]的研究使生态系统服务价值评估的原理和方法从科学意义上得以明确,但该项研究中某些数据存在较大偏差,如对耕地的估计过低,对湿地又偏高等, 引起学者广泛而强烈的争论[13,33-35]。我国学者谢高地等[13]在Costanza 等[4]提出的评价模型基础上,通过对国内生态学学者的问卷调查,得出了“中国陆地生态系统服务价值当量因子表”,该表定义1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值为1,其他生态系统生态服务价值当量因子是指生态系统产生该生态服务相对于农田食物生产服务贡献的大小,并确定单位生态服务价值当量因子的经济价值量等于全国平均粮食单产市场价值的1/7,以此将价值因子表转换成生态系统服务单价表。根据谢高地等[13]的方法,依照式(1)[37],计算出红崖山水库所在民勤县单位面积农田生态系统提供粮食生产服务功能的经济价值,参照“中国陆地生态系统服务价值当量因子表”,计算出红崖山水库各类生态系统服务功能的单位面积经济价值(表1)。

表1 红崖山水库生态系统服务构成及其价值

式中：Ea 为农田生态系统提供食物生产服务功能的经济价值,元/hm2;i 为作物种类,红崖山水库所在民勤县主要作物为小麦、玉米和棉花;mi 为i 种粮食作物面积, hm2;pi为i 类作物全国平均价格,元/t;qi为i 种粮食作物单产,t/hm2;M 为粮食作物总面积,hm2。

红崖山水库的生态系统服务价值计算(除食物生产价值之外),其计算公式为

式中：V 为生态系统服务价值,元/a;A 为红崖山水库的面积,hm2;Xi 为i 类服务功能的价值当量因子。

2.3 灌溉粮食增产价值

红崖山水库生态系统价值的一个重要组成是它的农田灌溉粮食增产价值,考虑到干旱区“无灌溉就无农业生产”这一现实情况,采用灌溉粮食增产价值来估算红崖山水库的灌溉粮食生产服务价值。虽然民勤县粮食的产量与灌溉、农技、品种、化肥、农药等因素有关,但满足粮食作物生长的需水要求,则是保证灌溉粮食产量的关键因子。因此,红崖山水库的灌溉粮食增产价值评估的计算式为

式中：V灌为灌溉粮食增产价值,元/a;F 为效益分摊系数, %;G 为水利用率, %;B 为灌溉水量,m3;C为保证单位面积作物正常生长的需水量,m3/hm2;D为农业生产总值,元/a;E 为农田面积,hm2。

2.4 红崖山水库的静态生态总价值

红崖山水库静态生态总价值包含基于Costanza等[4]和谢高地等[13]估算的生态系统服务价值V 和灌溉粮食增产价值V灌两部分,在上述分部分生态系统服务价值计算的基础上,红崖山水库总的静态生态系统服务价值的具体计算公式为

式中：V总为静态生态总价值,元/a。

2.5 动态生态价值的估算方法

利用上述方法得出的结果,是生态系统服务功能的静态生态价值,它并不能反映资源的稀缺程度和社会经济发展变化对生态价值的支付意愿。为此,采用发展阶段系数[14]和资源紧缺度[16]来修正静态生态价值,以便尽可能地反映出现有社会发展水平和资源稀缺程度下的现实价值。动态生态价值是指某一区域的生态系统服务功能在特定人群一定支付意愿下的货币价值[16]。资源紧缺度在资料缺乏时,可用关键因子来替代,其计算式为

式中：Q 为资源紧缺度;M 为维持生态系统良性循环的资源需求量;N 为资源的实际存量。

由于水资源是制约民勤绿洲生态系统的关键因子,因而可用最大生态需水量与实际生态用水量之比来替代民勤县的资源紧缺度,则红崖山水库生态系统服务的动态价值的计算式为

其中

式中：VES为动态生态价值;P 为发展阶段系数;t 为社会发展阶段;E n 为恩格尔系数(一个国家或地区人民的食品支出与总消费支出的比值,用于衡量人们的生活水平)。

3 结果与分析

根据民勤县2007 年国民经济与社会发展统计公报[33]得知：主要作物小麦、玉米、籽棉的单产分别为7.29 t/hm2、9.18 t/hm2、3.56 t/hm2, 面积分别为10486.9hm2、4 025.7 hm2、18 246.7 hm2。2007 年全国小麦、玉米、籽棉的平均价格分别为1 480 元/t、1 500 元/t、5800 元/t。把上述数据代入式(1),得Ea为2378 元/hm2。将E a 值代入价值当量因子表,得到红崖山水库的单位面积生态系统服务的经济价值系数(表1)。将所得的生态系统服务价值系数代入式(2),得V 为3.2722 亿元/a。

依据民勤县农机推广中心对民勤县农作物用水量多年的调查材料[33,38],小麦、棉花(大田漫灌)、地膜玉米的用水量分别为7 350m3/hm2、5 200m3/hm2、7 200 m3/hm2。按主要作物最高需水量7 350 m3/hm2来计算,效益分摊系数为0.65[38],灌溉水利用系数0.62 ～0.69[38],取其平均值为0.66,红崖山水库年放水量1.44 亿m3,农业产值9.12 亿元,耕地面积61173.33hm2[33],将以上数据代入式(3),得灌溉粮食增产价值(V灌)为1.253 亿元。将V、V灌代入式(4),得总静态生态价值为4.5252 亿元/a。

将民勤县2007 年恩格尔系数0.58[33]代入式(7)—(8),得民勤县的发展阶段系数为0.22。

20 世纪50 年代影响民勤绿洲生态系统服务功能的水资源相对丰富,因此可用20 世纪50 年代平均来水量5.42 亿m3作为最大生态需水量[39],2007年1.582 7 亿m3[33]用作实际用水量, 将其代入式(5),可得资源紧缺度为3.55。将P 、Q、V总值代入式(6),得红崖山水库的动态价值为3.5297 亿元/a。

经上述计算,可知2007 年红崖山水库生态系统服务功能的静态价值为4.5252 亿元/a。可以看出,红崖山水库生态系统服务功能主要为：水源涵养1.453 9 亿元/a、废物处理1.296 9 亿元/a 和食物生产1.253 0 亿元/a。这3 部分分别占水库生态系统服务功能的32.13%、28.65%和27.69%,而其他的生态系统服务功能如生物多样性保护、娱乐文化、气候调解等仅占11.53%(表1)。

笔者采用资源紧缺度和社会发展阶段系数等估算得到2007 年红崖山水库生态系统服务功能的动态经济价值为3.529 7 亿元/a,占水库静态经济价值的78%。可见,在干旱区,社会经济发展水平和水资源的稀缺性影响着人们对水库生态系统服务价值的支付意愿的大小。即水资源紧缺度愈大(愈紧缺),或者随着社会经济发展水平的越高(社会越发展),红崖山水库的生态系统服务价值(即当地的水资源的服务价值)也就越大,人们的对水库生态系统服务功能的支付意愿越高。

4 结 语

笔者以典型沙漠水库——红崖山水库为例,开展了干旱区水库的生态系统服务的经济价值估算。结果表明,红崖山水库具有多种生态服务功能,其经济价值为4.525 2 亿元/a,主要生态服务功能是水源涵养1.453 9 亿元/a、废物处理1.296 9 亿元/a 和食物生产1.253 0 亿元/a 等,这与水库所处地理位置的特殊性及其灌溉、防洪和水源涵养等功能是相一致的。水库建设在防洪减灾、调蓄水量、灌溉发电等方面带来巨大的经济效益和社会效益的同时[17-18,26-30],也对河流进行了控制[20-21],从而使整个河流生态系统发生变化[18,21,28-29,40]。客观评价水库生态系统服务功能及其对区域环境的影响,对完善我国水库工程环境影响评价和水库生态系统管理和保护均具有重要意义。本研究可为红崖山水库生态系统服务经济价值的公众认知和水库生态系统管理提供科学依据和参考应用。

需要说明的是,该研究属于探索性工作,仅估算了红崖山水库生态系统服务功能的经济价值和水库生态系统服务的正效应,忽视了负效应[41]和水库的存在价值和遗产价值,如红崖山水库蓄水挤占库区下游的生态用水导致沙漠化加剧等。另外,笔者采用影响干旱区生态系统的关键因子——水资源的紧缺度来反映资源紧缺度的方法,仅适用于干旱区,对水库生态系统服务的动态价值估算,尚待进一步分析和完善[17,41]。

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