价值转移模型在森林类保护区生态系统服务功能评估中的应用1)

舒航 庄立文 孙晓杰 邢一明 桑卫国

(中央民族大学，北京，100081) (黑龙江省林业科学研究院) (太原师范学院) (中央民族大学) (中国科学院植物研究所)

森林生态系统作为陆地生态系统的主体，在人类社会的经济发展、生态安全方面发挥了重要作用[1]。随着人口的剧增、社会经济的飞速发展，人类对森林的需求量不断加大；为保护大面积的森林生态系统，我国于1956年建立第一个自然保护区——鼎湖山自然保护区以来[2]，自然保护区事业得到飞速发展。国家级自然保护区是自然保护区中的精华，对保护我国的生态环境、自然资源具有举足轻重的价值[3]。森林类型自然保护区，主要是指以森林植被及其生境所形成的生态系统为保护对象的自然保护区[4]。评估我国国家级森林类型自然保护区的生态系统服务功能价值，可以使民众更加直观地了解保护区的生态价值，对于维护区域生态安全、促进经济社会可持续发展具有重要意义[5-6]。

在对我国国家级森林类型自然保护区进行评估时，往往会受到评估时间、评估成本等因素的影响，难以在短时间内获取完整可靠的第一手资料。截至目前，国内学者通过实地调研的方式，仅对我国31处此类型自然保护区进行了评估，占此类型自然保护区总数的15.12%。此外，由于评估成本较高，对所有的保护区进行实地评估也是不必要的[7]。因此，为更加科学有效地快速评估某一区域的生态系统服务价值，国内外出现了大量的依据文献整合的Meta分析(又叫荟萃分析或元分析)价值转移法研究实例[8-9]。Meta分析价值转移法，可以根据研究地的价值评估结果、评估方法、生态系统服务类型、自然和社会经济情况等建立相关的价值转移函数，再将其转移到政策地(待研究地)，从而得到政策地的生态系统服务功能价值[10-11]。目前我国在生态系统服务价值转移方面的应用，多集中于大面积湖沼湿地、土地利用、森林生态系统方面[12-13]，在自然保护区生态系统服务价值评估的应用研究较少。为此，本研究通过收集与中国国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值评估相关的文献，建立价值转移数据库、Meta分析价值转移模型，分析价值评估的影响因素，检验模型样本外价值转移的有效性，探讨Meta价值转移方法在中国国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值评估的应用，旨在为快速高效的评估此类型自然保护区的生态系统服务价值提供参考。

1 研究方法

1.1 文献数据的收集

中文文献数据来源于中国学术期刊网络出版总库(CNKI)，以主题词、关键词等方式，检索1990—2018年发表的有关中国国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值评估的文献。具有以下3种情况的文献将被排除——①评估对象为非国家级森林类型自然保护区的文献，尽管有一些以野生动植物(如大熊猫、珙桐)为主要保护对象的保护区，也是以森林生态系统为主的，但是在划分的时候，并没有将其定为森林型的，因此，这些保护区在本研究中也不予考虑；②使用能值分析方法、价值转移方法的文献；③相同研究区域被多次评估的，对其进行评估和筛选，最终确定入选文献。本研究最终使用的数据包含31篇文献，其中20篇是期刊文献、11篇是硕博学位论文。根据中国植被分区、统计研究文献中的样本观测点所处地理区位，被评估的保护区主要分布在亚热带常绿阔叶林区域。将入选的数据库文献信息统一录入到Excel表格中，建立Meta分析价值转移数据库；对样本文献中的数据采用统一的方式进行提取，主要包括文献名、文献作者、文献来源、研究时间、研究区域、自然保护区名称、自然保护区面积、生态系统服务类型、生态系统服务价值及评估方法等信息。

依据联合国千年生态系统评估的分类，对国家级森林类型自然保护区的生态服务功能进行划分，主要分为供给服务、调节服务、支持服务、文化服务四大类[14]。在样本文献中，国家级森林类型自然保护区的供给服务通常包括林木产品，调节服务包括涵养水源、固碳释氧、净化空气，支持服务包括营养积累、土壤保持、生物多样性保护，文化服务包括森林休憩、科研教育。在样本文献中，科研教育的价值评估多采用的是价值转移方法，因此本文暂不将此项生态系统服务价值纳入研究范围。最终确定本研究评估的我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务的类型，主要包括林果产品、涵养水源、营养累积、固碳释氧、净化空气、土壤保持、保护生物多样性、休闲游憩。

在生态系统服务价值评估中，不同的生态系统服务类型往往会采取不同的评估方法，而且同一类型的生态系统服务所采取的评估方法也是不尽相同的[15-16]。样本文献中使用的价值评估方法，主要有市场价值法、机会成本法、影子工程法、碳税法、造林成本法、污染成本防治法、旅行费用法、支付意愿法等。对某一生态系统服务价值类型的评估往往不仅限于一种评估方法，可能综合多种评估方法，如营养物质积累价值的评估，既用到了影子工程法，也采用了机会成本法。有的价值评估方法，由于受经费限制、数据可得性不高等原因，在实际应用时存在很多限制，使用频率较低。因此，将使用频率较高的评估方法纳入本研究范围(见表1)。

由于样本文献中的价值观察值(以下统称为价值观察值)的评估基准年通常不在同一年，数据之间不具有可比性，从而需要将不同年份的价值观察值调整到统一年份[17]。本研究在价值观察值调整时，首先找到文献引用的各个价格参数的原始文献及其相应的评估基准年，并以此评估基准年为基础，借鉴国外研究中常用的价值观察值的折算方法[18]，使用消费者物价指数(CPI)将不同评估基准年的价值观察值统一调整到2015年的物价水平。

1.2 Meta分析价值转移模型

Meta分析价值转移方法在生态系统服务价值评估领域中的应用，主要是指在已有的生态系统服务价值评估框架下，建立一个具有普遍适用性的Meta分析价值转移模型，该模型可对同类型区域的生态系统服务价值进行预测。国内外在构建生态系统服务价值的Meta回归模型方面，已有很多实例和经验[19]。在Meta回归模型构建中，为减少原始数据波动程度和非对称性，提高模型的拟合精度，减小异方差，便于结果之间的比较，一般采用对数线性模型进行构建[20]，价值观察值采用自然对数形式。Meta回归模型的一般形式为：

ln(yi)=a+bmXm+bpXp+beXe+c。

(1)

式中：yi为调整后以2015年为基期的国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值的样本观察值；a为常数项；c为残差项；bm、bp、be为影响因素(自变量)的系数向量；Xm、Xp、Xe为影响因素的特征向量，Xm为评估方法向量、Xp为国家级森林类型自然保护区的特征向量、Xe为社会经济特征向量。

1.3 Meta分析价值转移模型中影响因素的选取与赋值

评估方法：不同的评估方法使用，会导致生态系统服务功能价值的评估结果有所不同，对价值评估结果产生影响。因此，本研究将价值评估方法作为影响因素，分析不同评估方法的使用对国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值变化的影响。

生态系统服务类型：生态系统可提供多种类型的生态系统服务，并产生相应的生态系统服务功能价值，有直接经济价值，也有间接经济价值[21]。不同生态系统服务类型的重要性不同，所产生的经济价值也存在差异，对生态系统服务的总价值也会产生相应影响。

所处的植被分区：国家级森林类型自然保护区所处的植被分区，可以反映出保护区内的植被生长环境以及植被生长状况，森林生态系统的状况会直接影响保护区的生态系统服务功能价值[22]。

国家级森林类型自然保护区成立的时间：建立自然保护区对于保护区域内生态环境、提高区域内生态系统服务价值具有重要意义[23-24]。而国家级自然保护区作为自然保护区中的精华，其成立必然会对生态系统服务价值产生一定的影响。

受益人口数量：生态系统服务的受益人口数量，反映了区域对国家级森林类型自然保护区生态系统服务需求的大小。将受益人口数量界定为保护区所处的地级行政区的常住人口，人口数据来源于各省历年《统计年鉴》[25]。

保护区的面积：生态系统存在临界阈值，其规模必须大于一定的阈值才可以提供生态系统服务，并且其生态系统服务功能价值会随着面积的增大而增大。但随着保护区面积的增加，某些生态系统服务的单位面积价值会存在规模收益递减现象。

区域经济发展状况：国家级自然保护区生态系统服务价值的大小与保护区所处区域的经济发展水平有很大关系，发达地区和欠发达地区对保护区生态系统服务价值的认定和市场实现存在差距[26]。本研究选取保护区所在地级市的人均GDP作为衡量区域经济发展状况的指标，人均GDP数据来源于各省历年的《统计年鉴》。

根据收集到的文献，按照统计和计量的数据要求，对影响因素的各类信息进行“编码”和赋值，并得到各影响因素的均值、标准差、样本数量(见表2)。

表2 Meta回归模型的影响因素信息

1.4 Meta分析价值转移模型的有效性检验

在使用Meta分析价值转移模型进行效益转移时，需要对模型的有效性进行检验，保证Meta回归模型得到的预测值与实地研究得到的样本观察值保证一致性。为了检验Meta分析价值转移模型的有效性，验证效益转移的精确程度，通常由样本外效益转移误差(Et)表示，计算公式：

Et=|(yo-ye)/yo|×100%。

(2)

式中：yo为实地研究得到的样本观察值；ye为Meta回归模型得到的预测值。Et的值越小，表明效益转移模型的效果越好。目前，国外相关研究表明，样本平均转移误差范围在20%～40%之间是可以被接受的[27-28]，Meta回归模型可用于样本外的价值转移。

2 结果与分析

2.1 各影响因素的Meta回归模拟

本研究使用matlab软件，采用方程(1)的公式，对各样本价值观察值和表2中的影响因素进行Meta回归分析(见表3)。Meta回归模型的决定性数(R2)为0.903，调整后的R2为0.709，模型拟合度较高。

表3 Meta回归模型中各影响因素的回归模拟结果

2.2 影响国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值变化的因素

通过表3，对影响国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值变化的因素进行分析，可以得出：

价值评估方法对评估结果的影响——由Meta回归模型的回归结果可见，碳税法的回归系数在统计上有差异，说明在其它条件不变情况下，使用碳税法得到的价值评估值与影子工程法得到的价值评估值有差异。使用市场价值法和机会成本法得到的价值评估值，高于其他价值评估方法；使用碳税成本法和旅行费用法得到的价值评估值，低于其他评估方法。

生态系统服务类型对评估结果的影响——在国家级森林类型自然保护区所提供的生态系统服务类型中，营养物质积累、保护生物多样性、休闲游憩的回归系数在统计上有差异，表明在其他条件不变情况下，营养物质积累、保护生物多样性、休闲游憩的价值与固碳释氧的价值评估值有差异。保护生物多样性、森林游憩的经济价值显著高于其他生态系统服务类型，土壤保持的生态系统服务价值最低，这与已有的研究结果一致[29]。

所处的植被分区对评估结果的影响——在植被分区中，暖温带落叶阔叶林区、温带草原区、温带荒漠区域、温带针阔混交林区的回归系数在统计上有差异，说明在其他条件不变情况下，处于暖温带落叶阔叶林区、温带草原区、温带荒漠区、温带针阔混交林区的保护区单位面积生态系统服务价值，与处于亚热带常绿阔叶林区的保护区单位面积生态系统服务价值有差异。处于温带荒漠区的保护区单位面积生态系统服务价值最低，这与荒漠区的环境相对恶劣存在一定关系。

国家级森林类型自然保护区成立时间对评估结果的影响——国家级森林类型自然保护区成立时间这一影响因素的回归系数为正，说明保护区成立的时间越晚，保护区内每公顷的生态系统服务价值越高。国家级自然保护区评审标准不断发展与完善，对入选的国家级自然保护区的自然属性、可保护属性、保护管理基础有了更高的要求，生态系统服务功能也会有一定的相应提高[30]。

受益人口数量对评估结果的影响——受益人口数量这一影响因素的回归系数为正，说明国家级森林类型自然保护区的受益人口数量越多，人们对保护区所产生的生态系统服务需求越大，保护区内每公顷生态系统服务价值也相应增加，但是并不显著，这也说明了人与环境的密切关系，人类的生存与发展离不开良好生态环境的支撑。本研究采用对数形式的连续变量，其回归系数表示在其他条件不变情况下，影响因素的变化引起的价值观察值的变化。受益人口数量的回归系数为0.017，说明国家级森林类型自然保护区所处的地级市人口数量每增加1%，保护区内每公顷生态系统服务价值会增加1.7%。

保护区面积对评估结果的影响——保护区面积这一影响因素的回归系数为负，说明在国家级森林类型自然保护区内每公顷生态系统服务价值存在规模收益递减效应，这个结果与已有的研究结果一致[31]。并且已有的研究结果表明，这种规模收益递减效应会随着湿地面积的增加而呈现出几何级数的减弱，因此，保护区的生态系统服务总价值仍然会随着保护区面积的增大而增长。

区域经济发展状况对评估结果的影响——区域经济发展状况采用人均GDP衡量，人均GDP这一影响因素的回归系数为负，说明区域经济发展越好，保护区内每公顷生态系统服务价值反而减少。国家级自然保护区的评审标准之一是自然性，即保护区基本处于自然状态，人为干扰极少。保护区多选择了原真性较好的地方，这些地方人类活动相对较少，经济开发也会相对较晚。此外，在经济发展较好的地区，往往生态旅游开发也较早，然而在开发过程中，时常会存在管理不足以及服务不到位等问题，这也会降低单位面积内生态系统服务的价值[32]。

2.3 Meta分析价值转移模型的有效性

根据matlab软件分析的结果，采用方程(2)对Meta分析价值转移模型的有效性进行检验。结果显示，效益转移误差范围均在59.02%及以下，平均转移误差为24.99%。目前国内外相关研究表明，平均误差范围在20%～40%之间是可以接受的，本研究的平均转移误差在此范围之内，说明本研究所构建的模型用于样本外价值转移有效性良好。

2.4 国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值的模拟

依据本研究所得出的Meta回归模型可得，我国国家级森林类型自然保护区所提供的单位面积生态系统服务经济价值为70 697.59元·hm-2·a-1；从保护区提供的各项生态系统服务功能价值看，各个生态系统服务功能单位面积平均价值量，由大到小依次为保护生物多样性(19 117.42元·hm-2·a-1，占总价值比例27.04%)、森林游憩(14 439.74元·hm-2·a-1，占总价值比例20.42%)、营养物质积累(8 886.24元·hm-2·a-1，占总价值比例12.57%)、涵养水源(6 785.23元·hm-2·a-1，占总价值比例9.60%)、净化空气(6 550.30元·hm-2·a-1，占总价值比例9.27%)、林产品(5 883.46元·hm-2·a-1，占总价值比例8.32%)、固碳释氧(4 889.51元·hm-2·a-1，占总价值比例6.92%)、土壤保持(4 145.69元·hm-2·a-1，占总价值比例5.86%)。在单位面积保护区所提供的各项生态系统服务价值中，保护生物多样性价值所占比例最高，净化空气价值所占比例最低。

3 讨论

样本文献数量、质量对模型构建的影响：在Meta分析价值转移模型构建中，已有研究的数量和质量对于模型的构建具有重要作用[33]。在本研究中，收集到的样本文献相对较少，文献评估的国家级森林类型自然保护区多处在亚热带常绿阔叶林区、暖温带落叶阔叶林区、温带草原区、温带荒漠区，其他区域的研究文献较少，甚至没有；此外，样本文献的质量通常也良莠不齐，对生态系统服务概念的界定、物质量评估指标以及价值评估方法等也不尽相同，降低了不同文献间评估结果的可比性，导致在价值转移的实地应用中存在一定的困难。

影响因素的数据集大小对模型构建的影响：在一定程度上，数据集的大小会造成区域生态系统服务功能价值的差异。本研究所选取的影响因素的数量相对于国外的研究相比仍然偏少，在影响因素的选取中未将保护区的生物物理特征、气候变化以及人类活动等影响因素考虑在内，因此模型的拟合精度还不够高。

样本选择偏差对模型构建的影响：在样本文献的收集过程中，有的保护区在价值评估的过程中，用同样的方法做研究却得到了不同的评估结果。因此，本研究在选择入选文献时，多是考虑评估的时间、论文期刊的质量等因素进行了主观选择。这种对样本文献的筛选方式，会产生一定的“样本选择”偏差。

规范国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值评估的标准：目前，有大量实证研究表明，Meta分析价值转移方法已成为国外资源价值评估领域关注的热点之一，将Meta分析价值转移方法应用于不同尺度、不同类型的生态系统服务价值评估中[34-35]，涵盖了对森林、湿地、草地、城市空地、珊瑚礁等生态系统服务价值评估[36-37]。为了促进Meta分析在中国国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值评估中的应用，提高该方法的可操作性、模型的有效性，有必要在今后的研究中，加强对我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务的形成、环境变化以及人类活动等影响因素的研究；并在此基础上，参考《森林生态系统服务功能评估规范》，加强对保护区生态系统服务价值评估的理论和实际研究，提高相关研究的数量和质量，增强Meta分析价值转移模型的可操作性、有效性。

Meta分析价值转移模型的应用展望：系统整体地开展我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务价值的评估，将为我国正在开展的自然保护地整合优化提供参考。依据本研究，可尝试将得到的Meta分析价值转移模型应用到我国其他未开展评估的国家级森林类型自然保护区中，进行相应的生态系统服务价值评估，节约评估成本、评估时间。

4 结论

本文依据收集到的31篇关于我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务功能价值评估文献，建立价值转移数据库，选取恰当的Meta回归模型、多元回归分析方法，构建适合我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务功能价值评估的Meta分析价值转移模型，并针对该模型价值转移的有效性进行检验。

在我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务功能价值评估中，选取的评估方法、生态系统服务功能类型、保护区所处的植被分区、保护区建立的时间，会较明显地影响保护区生态系统服务功能的价值变化。

在我国国家级森林类型自然保护区所提供的生态系统服务功能类型中，保护生物多样性价值、休闲游憩价值最高，净化空气的价值最低。

通过对Meta分析价值转移模型的有效性检验结果看，样本外效益转移的误差范围均在59.02%及以下，误差均值为24.99%，误差范围在合理的区间范围内，模型可用于样本外效益转移；本研究得到的Meta分析价值转移模型，可作为一种快速且有效的评估方法用在我国国家级森林类型自然保护区生态系统服务功能价值评估中。