一种生态保护目标的确定方法

梁 珂，徐志侠，褚 敏，张金凤，马思超，阚光远

(1.流域水循环模拟与调控国家重点实验室中国水利水电科学研究院，北京100038；2.北京中水科工程总公司，北京100048)

0 引 言

作为金山银山的根本来源，绿水青山是人类赖以可持续生存发展的基础，必须坚决守护，坚守底线和环境保护不动摇[1]。一旦经济发展与生态保护发生冲突矛盾时，必须毫不犹豫地把保护生态放在首位，而绝不可再走用绿水青山去换金山银山的老路。建设生态文明，既不是要回到原始的生产生活方式，也不是继续工业文明追求利润最大化的发展模式，是要达到包括生态价值在内的经济、生态、社会价值的最大化，要遵循自然规律，尊重自然、顺应自然、保护自然，以资源环境承载能力为基础[2]，建设生产发展、生活富裕、生态良好的文明社会，谋求可持续发展。

孙栋元等人[3]在基于生态保护目标的疏勒河中游绿洲生态环境需水研究中，结合疏勒河中游绿洲区1990年、2000年和2013年不同类型土地利用面积, 确定疏勒河中游绿洲区植被生态系统和水域生态系统生态恢复目标。徐海量[4]等人在塔里木河下游生态保护目标和措施研究中，根据2000-2009年塔里木河下游10次生态输水后生态环境的变化情况,提出新的生态保护目标：以河道为中线，平行河道划分出了重点保护带、基本保护带、一般保护带。王秀英等人[5]在基于水生态保护目标的河道内生态需水量研究中，通过分析中国濒危动物香鱼在不同生命史阶段对栖息环境的要求，确定该河段的生态保护目标。崔爱菊等人[6]在日照国家海洋公园生态保护目标的探讨研究中，根据对日照国家海洋公园的选划研究和日照市相关规划，结合当地实际情况，提出了日照国家海洋公园3个功能区的11个重点区域的生态保护目标。巩琳琳等人[7]在基于生态保护目标的乌梁素海生态需水研究中，针对乌梁素海的生态环境问题和实际情况,提出了乌梁素海的生态保护目标为乌梁素海调蓄库容在2.4～9.43 亿m3,相应的水位目标为1 018.35～1 020 m,水质生态保护目标为Ⅳ类。黄昌硕等人[8]在基于生态保护目标的黄河河口湿地生态需水计算研究中，从保护湿地的合理规模和维持湿地生态系统的正常功能定性地提出了湿地生态保护目标。

现有的参考文献中，主要由决策者决定整个社会所期望的生态状态，这种方法受人的主观因素影响较大，难以客观地确定生态保护目标。本文以水的生态价值、社会经济价值之和最大为原则，确定社会期望的生态状态，即为生态保护目标。本文所提出的方法理论，源自于社会主义能最大限度地遵循人和自然、社会之间的和谐发展规律。

1 构建生态保护目标的方法的理论依据

区域内的用水包括社会经济用水和生态用水，这两种用水之和为区域总水量。水的价值包括生态价值和社会经济价值两部分，社会经济用水与生态系统用水之间为竞争关系。水的生态价值、社会经济价值与生态用水量之间的关系如图1所示。

图1 水的生态价值、社会经济价值与生态用水量关系示意图Fig.1 The relationship between ecological value, social economic value of water and ecological water consumption

图1中，Vs为水的社会经济价值；Ve为水的生态价值；Qe为生态用水量；Qm为总水量。

当生态用水趋向于零时，生态系统由于缺水而崩溃，生态系统服务功能趋向于零。因此，由生态系统服务、人工资本及人力资本共同构成的价值趋向于最小，即水的总价值也趋向于最小。随着生态用水的增加，其生态价值逐渐增加，当生态用水趋向于最大，即趋向于水资源总水量时，社会经济用水趋向于零。在现状经济技术条件下，社会经济用水趋向于零，意味着人工资本无法运转，人力资本趋于消亡，因此，尽管生态系统提供了很好的服务流，但是，由生态系统服务、人工资本及人力资本共同构成的价值仍趋向于最小，即水的总价值也趋向于最小。当生态用水为某一中间值时，由于生态系统和社会经济系统均获得了适量的水，从而使水的总价值达到最大。水的总价值的最大值相应的生态状态即为我们所希望的生态状态。生态用水和水的总价值关系如图2所示。

图2 水的总价值与生态用水量关系示意图Fig.2 The relationship between total value of water and ecological water consumption

图2中，V为水的总价值；Vm为水的总价值的最大值；Qe为生态用水；Qee为期望生态用水；Qm为总水量。

在现有的参考文献中，没有发现有关期望生态保护目标的概念和计算方法。本文提出了一种通过价值最大化来确定期望生态保护目标的方法。如果仅考虑水量对生态系统和社会经济的影响，生态保护目标下对应的用水价值表示如下：

W=We+Wes

(1)

Q=Qe+Qes

(2)

We=f(Qe)

(3)

Wes=f(Qes)

(4)

(5)

式中：W为水的总价值；We为水的生态价值；Wes为水的社会和经济价值；Q为总径流量；Qe为生态用水量；Qes为社会经济用水量。

式(1)为水的总价值与分项价值之间的关系式，式(2)为水量平衡式，式(3)为水的生态价值与生态用水量的关系式，式(4)为水的社会经济价值与社会经济用水关系式，式(5)为水的总价值最大化方程。联合求解式(1)～式(5)，可以获得水的总价值最大时的生态状况，即生态保护目标。

2 实例应用

本示例以奎屯河流域为研究对象，获取奎屯河流域在多个历史时间点的河道总径流、生态耗水率以及社会经济耗水率；计算奎屯河流域在多个历史时间点的生态价值、社会经济价值；根据奎屯河流域多个历史时间点的生态价值与社会经济价值之和，确定奎屯河流域的总价值与生态耗水率之间的第一曲线关系，或总价值与社会经济耗水率之间的第二曲线关系。

根据上述第一或第二曲线关系确定当总价值最大时，将对应的生态耗水率或社会经济耗水率，确定为目标生态耗水率或目标社会经济耗水率，即确定为奎屯河的生态保护目标。需要说明的是，河道总径流为生态耗水量与社会经济耗水量之和；生态耗水率与社会经济耗水率之和为1；生态保护对象的总价值为生态价值与社会经济价值之和。

2.1 生态价值的计算

生态价值是指：生态保护对象在其包括的至少一种生态系统中的各个生态服务功能下所产生的价值。

根据谢高地等人的研究[9]，针对奎屯河流域涵盖的所有生态系统，获取每种生态系统在多种生态服务功能下分别对应的单位面积生态服务价值当量因子的值，见表1。

表1 单位面积生态服务价值当量因子Tab.1 Ecosystem service equivalent value per unit area

本文中，根据胡瑞法和冷燕的研究[10],依此计算2005年单位面积生态服务价值当量因子的值为1时对应的经济价值量取为449.1 元/hm2。根据上述当量因子对应的经济价值量，得到各个生态系统对应的单位面积生态服务价值，见表2。

表2 各生态系统单位面积生态服务价值 元/hm2

获取各个生态系统在各个历史时间点的面积，见表3，根据各类生态系统对应的单位面积生态服务价值，计算得出奎屯河流域在多个历史时间点的生态价值，见表4。

表3 各个生态系统在各个历史时间点的面积 万hm2

表4 奎屯河流域在多个历史时间点的生态价值 亿元

2.2 社会经济价值的计算

本文实例采用GDP指标来表征奎屯河流域的社会经济价值，利用GDP平减指数法对GDP的通货膨胀因素进行处理。GDP平减指数是指现价GDP与不变价GDP之商(也可是名义GDP与真实GDP之比)。由于各生态系统单位面积生态服务价值的计算基准年为2005年，因此取2005年的GDP平减指数为100，然后根据国家统计局国民经济实测数据，得出各个历史时间点的GDP平减指数。

计算各个历史时间点的GDP平减指数，获取各个历史时间点的不变GDP价格。将各个历史时间点的不变GDP价格，作为奎屯河流域在各个历史时间点的社会经济价值，表5为奎屯河流域在多个历史时间点的价值计算结果。

表5 奎屯河流域在多个历史时间点的总价值 亿元

2.3 生态保护目标的确定

对奎屯河流域的资料进行整理分析，得出了1990-2014年奎屯河流域的生态耗水率和社会经济耗水率过程线图，如图3。

图3 1990-2014年奎屯河流域的生态耗水率和社会经济耗水率过程线Fig.3 The hydrograph of ecological water consumption rate and social economic water consumption rate in kuitun river basin from 1990 to 2014

使用最小二乘法，对奎屯河流域的总价值与生态耗水率进行曲线拟合[11]，将拟合得到的曲线作为第一曲线关系；类似地，对奎屯河流域的总价值与社会经济耗水率进行曲线拟合，将拟合得到的曲线作为第二曲线关系，分别如图4和图5所示。

图4 奎屯河流域的总价值与生态耗水率第一曲线关系Fig.4 The relationship between total value of water and ecological water consumption rate in kuitun river basin

图5 奎屯河流域的总价值与社会经济耗水率第二曲线关系Fig.5 The relationship between total value of water and social economic water consumption in kuitun river basin

由图4可知，奎屯河流域的总价值随着生态耗水率呈现先增大后减小的变化趋势，图4中曲线上拐点出现在生态耗水率为47%处，此时奎屯河流域的总价值为最大，由此确定奎屯河流域的生态保护目标为目标生态耗水率为47%。

由图5可知，奎屯河流域的总价值随着社会经济耗水率呈现先增大后减小的变化趋势，图5中曲线上拐点出现在社会经济耗水率为53%处，此时奎屯河流域的总价值为最大，由此确定奎屯河流域的生态保护目标为目标社会经济耗水率为53%。

从图4、图5中可以看出，因为生态耗水率和社会经济耗水率相加为1，因此两幅图呈轴对称关系。一般情况下，只需要得到总价值随生态耗水率的曲线关系或总价值随社会经济耗水率的曲线关系其中的一个就可以得到目标生态耗水率和目标社会经济耗水率，但为了能够得到更加精确的结果，可以获取两个曲线，得到两组结果，每组结果中都包括一个目标生态耗水率和一个目标社会经济耗水率。当两组结果不一致时，可以将两组结果中的目标生态耗水率的平均值作为目标生态耗水率，从而得到目标社会经济耗水率，或将两组结果中的目标社会经济耗水率的平均值作为目标社会经济耗水率，从而得到目标生态耗水率。

3 结 语

本文提出的生态保护目标确定方法，首先获取生态保护对象在多个历史时间点的生态价值、社会经济价值、河道总径流、生态耗水量以及社会经济耗水量；然后根据生态保护对象在多个历史时间点的生态价值、社会经济价值、河道总径流、生态耗水量以及社会经济耗水量，确定生态保护对象的总价值与生态耗水率之间的第一曲线关系，或总价值与社会经济耗水率之间的第二曲线关系；最后根据第一曲线关系确定当总价值最大时，对应的目标生态耗水率，并将确定的目标生态耗水率，确定为生态保护对象的生态保护目标；或根据第二曲线关系确定当总价值最大时，对应的目标社会经济耗水率；并将确定的目标社会经济耗水率，确定为生态保护对象的生态保护目标。本文的实例能够解决目前在确定生态保护目标时，主要靠人的主观因素来确定生态保护目标，导致确定的生态保护目标受人的主观因素影响较大，存在误差较大的问题，提高确定生态保护目标时的客观性和准确性。