水生态系统生产总值核算体系及应用

陈 默，林育青，张建云，陈求稳，李沁园

(1.重庆交通大学河海学院，重庆 400074； 2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3.长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098； 4.河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098)

生态系统提供了人类生存和发展所需要的物质产品和服务功能，对其服务功能价值的研究愈来愈受到人们的关注。1970年以来，生态系统服务相关研究取得了显著成效。Daily[1]研究阐明，生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成与维持的人类赖以生存的自然环境条件及其效应，并运用多种价值评估方法核算不同地区的生态系统服务功能价值。Costanza等[2]对16个生物群落中的17个生态系统服务经济价值进行评估，包括气候调节、水供给、营养物质循环、休闲娱乐、文化等服务功能，研究表明生态系统服务功能对人类的生存和发展具有重要的意义。因此对生态系统服务功能价值的研究也得到了更多关注。

我国学者也对生态系统服务功能价值进行深入探索和实践应用。欧阳志云等[3]提出生态系统生产总值(gross ecosystem product, GEP)的概念，并将GEP定义为生态系统为人类生存和发展供给物质产品和服务价值总和。GEP概念提出以来，学者们分别在全国、省级、市级、县级行政区域开展了不同尺度多项GEP核算相关研究[4-7]。2021年3月联合国统计委员会正式将GEP纳入最新的环境经济国际核算系统，并将GEP列为生态系统服务和生态资产价值核算指标以及联合国可持续发展2050目标的衡量指标。

水生态系统为人类提供了航运、水力发电、水质净化、洪水调蓄、休闲娱乐等服务，对人类的生产及生活具有重要意义。目前，许多学者已对水生态系统开展相关研究[8]，并对其价值进行评估，但研究采用的核算方法及选取的核算指标缺少统一的标准[9-11]。我国社会经济发展迅速，以往粗放式的经济发展方式突显出水环境污染、水生态系统退化等问题[12]。为解决以上问题，需明确水生态系统生产总值核算体系的服务功能指标及核算方法，从而开展科学评价，使之具有科学应用价值。

本文基于生态系统生产总值核算体系和水生态系统服务功能，完善了水生态系统生产总值核算体系，并进行了实例分析，以期为评价水利水电工程对水生态系统服务功能的影响提供有效方法，为水利水电工程建设、水电能源可持续开发利用提供参考。

1 水生态系统生产总值核算体系

1.1 指标筛选

研究水生态系统服务功能价值对生态系统自身及人类具有重要意义。水生态系统服务功能价值研究始于国外，但早期研究重点是水生态系统服务功能价值中的休闲娱乐指标[13-14]。20世纪末我国开始研究水生态系统服务功能价值，并相继对河流、湖泊、水库、湿地等不同类型的水生态系统服务功能价值进行探讨。大部分研究采用不同的评价方法对不同类型的水生态系统服务功能价值进行评估，得出各服务功能价值评价指标的具体数值，但由于不同类型的水生态系统服务功能不同，相应的指标体系构建和评价方法选取也存在差异，因此最终的评价结果也不同。

本文将水生态系统服务类别确定为物质产品、调节服务和文化服务3类，基于此，研究水生态系统生产总值核算方法及步骤。通过统计分析2004—2021年中国知网和Web of Science数据库中与水生态系统服务功能价值研究相关的文献，得出共计28项核算指标[15-47]，如图1所示(图中指标图案大小反映提及该指标的文献比例)。从全部指标中筛选出14项相对较为通用的评价指标，并按照物质产品、调节服务和文化服务分成3类，其中，物质产品包含航运、供水、水产品和水力发电4项评价指标，调节服务包含空气净化、气候调节等7项评价指标，文化服务包含休闲娱乐、景观价值和科研教育3项评价指标。

图1 文献指标统计分析网络关系Fig.1 Network relationship diagram for statistical analysis of literature indicators

根据水生态系统特征，将水生态系统分为河流、湖泊、水库、湿地-沼泽4个类型[15]，利用筛选出的14项评价指标，结合各类型水生态系统特征，分别构建服务价值功能评价指标体系，分析选取的各类水生态系统服务功能指标。其中，航运服务功能在河流、湖泊和水库水生态系统中均有体现，尤其在河流水生态系统中提供的物质产品价值最高，但湿地-沼泽由于其水体大多是孔隙介质中侧向渗透的表层流，无法实现水路运输，因此不具备航运功能；水力发电功能仅在水库水生态系统中有所体现，虽然天然河流蕴藏丰富的水能资源，但其资源需人为参与进行转化才能用以水力发电，因此河流水生态系统不具备该项功能；土壤保持是为了保持土壤的天然功能，防止人为或自然因素造成土壤侵蚀，河流在流动过程中会侵蚀河床及两岸并携带部分泥沙，湿地-沼泽本身是介于陆域和水域的中间过渡地带，因此不考虑河流和湿地-沼泽水生态系统的土壤保持功能；供水、水质净化、休闲娱乐等其余11项服务功能在河流、湖泊、水库和湿地-沼泽水生态系统中均有所体现。

1.2 核算方法

水生态系统生产总值核算主要包含物质量核算、价格确定、价值量核算3个部分。其中物质产品、文化服务两大类指标物质量核算均采用统计调查法；调节服务指标物质量核算采用水量平衡法、污染物净化模型等方法。物质产品各指标价值量核算采用市场价值法；调节服务指标中土壤保持、水质净化、空气净化、固碳释氧和气候调节价值量采用替代成本法核算，水源涵养和洪水调蓄采用影子工程法核算；文化服务价值量核算方法分别采用旅行费用法、享乐价值法和科研投入法。具体价值量核算公式见表1。

表1 各核算指标核算方法及价值量核算公式Table 1 Calculation methods and value quantity calculation formulas for different indicators

1.3 核算步骤

参考水生态系统服务功能价值评估和生态系统生产总值核算体系，提出水生态系统生产总值核算步骤：①根据研究区域特征和核算目的划分类型，如河流、湖泊、水库等，划分水生态系统评估区域；②根据研究区域服务功能，选取核算指标，确定水生态系统生产总值核算类别，包含物质产品、调节服务和文化服务三大类；③收集水生态系统生产总值核算相关数据资料，并进行整理归纳；④通过经济核算体系、生态系统长期监测体系、模型估算等方式核算指标物质量；⑤采用现有的定价方法，确定各核算指标价格；⑥选取合适的核算方法，如市场价值法、替代成本法等，运用相应公式核算各指标价值量；⑦计算各核算指标价值量总和得到水生态系统生产总值。即水生态系统生产总值为物质产品价值、调节服务价值、文化服务价值的总和：

V=VM+VR+VC

(1)

其中

VM=VS+VWS+VAP+VH

VR=VSC+VWC+VWP+VA+VCR+VCO+VFS

VC=VLE+VLV+VRE

式中：V为水生态系统生产总值；VM为物质产品价值；VR为调节服务价值；VC为文化服务价值。

1.4 水利水电工程对水生态系统服务功能影响评价

水利水电工程建设对我国社会发展起到了重要的作用，关于水利水电工程建设对水生态系统服务功能的影响，我国学者进行了大量探索研究。以三峡工程为例，陆佑楣[48]认为三峡工程是一项有利于全球环境保护的生态工程，也为三峡库区和湖北提供了发展机遇；潘立武等[49]认为三峡工程蓄水后，使得长江水文状况等发生了改变，进而产生不利影响。从辩证的角度来看，兴建水利水电工程可以满足人民生活方面需求，预防洪水灾害等发生，但由于改变了河流的天然水文情势，不可避免使当地生态系统服务功能受到影响[50]。传统的水利水电工程以社会效益和经济效益为主，随着我国对生态效益的日渐重视，如何定量评估水利水电工程建设对水生态系统服务功能的影响，促进两者协调发展，是亟待解决的难题。

水生态系统服务功能价值对人类经济社会发展有着重要的意义，但是在人类活动影响下实现其部分价值的同时，会对其他服务功能价值产生影响。本文借助水生态系统生产总值核算体系，系统地评价水利水电工程对整体水生态系统服务功能的影响。鲁春霞等[51]建立了评价体系用于评估水利水电工程对河流生态系统服务功能的影响；莫创荣等[52]计算了水电能源开发导致的河流生态系统服务功能价值的变化；肖建红等[53]建立了水坝对河流生态系统服务功能影响的评价体系，并评估了2002年全国水坝对其服务功能的影响；魏国良等[54]基于河流生态系统服务功能内涵特征，建立了一套可用于评价水电能源开发对河流生态系统服务功能影响的核算体系；Chen等[55]对小浪底水库2000—2012年的生态效益和损失进行了综合分析，提出了水电项目生态损益评价的了3步框架，并定量评估该项目引起的河流生态系统服务功能价值变化量；贾建辉等[56]采用功能价值法评价武江干流水电能源开发对河流生态系统服务功能的影响。虽然针对水利水电工程对不同类型水生态系统服务功能的影响已开展了部分研究，但目前尚缺乏统一的评价体系。

GEP概念的提出为评价水利水电工程对水生态系统生产总值的影响提供了思路。水利水电工程建设对水生态系统生产总值的影响存在正、负两方面效应，为核算水利水电工程兴建前后水生态系统生产总值变化量，定量评估水利水电工程对水生态系统生产总值的影响，基于水生态系统生产总值核算体系，建立如下公式：

ΔV=ΔVM+ΔVR+ΔVC

(2)

式中：ΔV为水利水电工程兴建后水生态系统生产总值的变化量；ΔVM为物质产品价值变化量；ΔVR为调节服务价值变化量；ΔVC为文化服务价值变化量。

2 应用实例

向家坝水电站主要用以发电，兼具防洪、航运、灌溉、改善环境等功能，2012年该水电站首批机组投产，2015年完成建设。因此，本文核算2011年和2015年水生态系统生产总值变化量，定量评估该工程对水生态系统服务功能的影响。

2.1 物质产品价值变化量

a.航运。向家坝建成后淹没84处碍航险滩，航道增加了300 km，设计年货运量达到112万t，客运量达到40万人，提高货运周转量3.36亿t·km、旅客周转量1.2亿人·km，货运、客运单位均价分别为0.06元/(t•km)和0.24元/(人•km)[57]，航运服务功能价值变化量ΔVS为0.489 6亿元。

b.供水。向家坝灌区一期工程多年平均引水量为7.67亿m3，按照现行调水工程供水市场价格1.6元/t计算，则供水服务功能价值变化量ΔVWS为12.27亿元。

c.水产品。2011年向家坝渔业资源为30.48 t，2015年向家坝渔业资源为93.21 t[58]，根据内陆水产大省的淡水产品平均价格7元/kg[57]，则水产品服务功能价值变化量ΔVAP为0.004 4亿元。

d.水力发电。根据《长江年鉴(2016卷)》，向家坝2015年发电量为307亿kW·h,参照云南省2015年平均上网电价0.321 6元/(kW·h)计算，则水力发电服务功能价值变化量ΔVH为98.73亿元。

物质产品价值变化量为航运、供水、水产品及水力发电4项价值变化量的总和，共计111.494亿元。

2.2 调节服务价值变化量

a.土壤保持。向家坝水电站2011年、2015年泥沙淤积量分别为4 150万t和1 537.5万t[59]，参考《水富县国民经济和社会发展统计》，2011年和2015年单位土壤年均效益分别为1.36元/m2和1.73元/m2，土壤密度为1.230 t/m3,土壤表土平均厚度为0.5 m，则土壤保持服务功能价值变化量ΔVSC为-0.485 2亿元。

b.水源涵养。2011年该研究区产流降水量为745.29 mm，地表径流量为0.79 mm，蒸发量为872.09 mm；2015年该研究区产流降水量为1 174.51 mm,地表径流量为5.34 mm，蒸发量为1 012.01 mm，研究区水库面积为95.6 km2，通过水量平衡方程计算出2011年和2015年水源涵养物质量。单位水库库容建设费用为6.110 7元/m3[60]，则水源涵养服务功能价值变化量ΔVWC为1.66亿元。

c.水质净化。向家坝莲花池生活污水处理厂运行以来年平均处理污水量为87.6万m3，单位污水处理成本约为0.7元/m3，则水质净化服务功能价值变化量ΔVWP为0.006 1亿元。

d.空气净化。向家坝水电站建成后每年可减少SO2排放量42万t、NO2排放量20万t、粉尘排放量6万t，3种污染物单位处理成本分别为1.2元/kg，0.63元/kg和0.15元/kg，则空气净化服务功能价值变化量ΔVA为6.39亿元。

e.气候调节。研究区水体面积为95.6 km2，2011年和2015年平均蒸发量分别为872.09 mm和1 012.01 mm，单位体积水蒸发耗电量按2.43 GJ计算[3]，2011年单位电价取0.483元/(kW·h)，2015年单位电价取0.45元/(kW·h)，则气候调节服务功能价值变化量ΔVCR为22.06亿元。

f.固碳释氧。2011年和2015年研究区净初级生产力分别为899.22 g/m2和907.74 g/m2，向家坝水库面积为95.6 km2，则2011年固碳量为14.012万t，释放氧气量为10.312万t；2015年固碳量为14.145万t，释放氧气量为10.414万t。根据国际碳税标准770元/t及工业制氧量价格376.5元/t，估算固碳释氧服务功能价值变化量ΔVCO为0.007 2亿元。

g.洪水调蓄。向家坝防洪库容为9.03亿m3，单位水库库容工程造价为6.110 7元/m3[60]，则洪水调蓄服务功能变化量ΔVFS为55.18亿元。

调节服务价值变化量为土壤保持、水源涵养、水质净化、空气净化、气候调节、固碳释氧和洪水调蓄7项价值变化量的总和，共计84.815 1亿元。

2.3 文化服务价值变化量

a.休闲娱乐。由于向家坝坝址位于水富县内，因此休闲娱乐指标以水富县年旅游收入估算。参考《水富县国民经济和社会发展统计》，2011年水富县接待游客70.5万人，旅游综合收入2.38亿元；2015年接待旅客260万人，旅游综合收入12.7亿元。根据国家旅游局的统计，水生态系统景点旅游收入占总景点旅游收入的比例为12.3%[60],则休闲娱乐服务功能价值变化量ΔVLE为1.27亿元。

b.景观价值。根据水富县2011年和2015年房产升值进行估算，受益面积为水富县建城区面积12.7 km2，2011年至2015年水富县房产平均溢价约为500元/m2，则景观价值服务功能价值变化量ΔVLV为63.5亿元。

c.科研教育。在中国知网和Web of Science数据库全文搜索“向家坝”“Xiangjiaba”，得出2011年共发表与向家坝水电站相关论文1 283篇，2015年共发表与向家坝水电站相关论文1 059篇。根据国家统计局2011年和2015年的年度数据，2011年科研经费411.81亿元，全年共发表科技论文150万篇，则2011年单篇科技论文产出为27 454元/篇；2015年科研经费716.12亿元，全年共发表科技论文164万篇，则2015年单篇科技论文产出为43 665.9元/篇。由此估算科研教育服务功能价值变化量ΔVRE为0.110 2亿元。

文化服务价值变化量为休闲娱乐、景观价值及科研教育价值变化量的总和，共计64.880 2亿元。

水生态系统生产总值变化量为物质产品、调节服务和文化服务价值变化量三者之和，则水生态系统生产总值变化量为261.189 3亿元。由表2可看出向家坝水电站服务功能主要以水力发电、景观价值、洪水调蓄、气候调节和供水为主，与水电站自身具有的效益相符。

表2 向家坝水电站水生态系统服务功能价值变化量占比Table 2 Proportions of value variation of water ecosystem service functions of Xiangjiaba Hydropower Station

3 结 语

本文梳理了近年来国内外水生态系统服务价值核算指标与方法，构建了水生态系统生产总值核算体系，将其应用于水利水电工程建设对水生态系统服务功能影响的定量评估。总体而言，目前我国水生态系统生产总值核算尚处于研究初期，核算方法及体系存在诸多不足，其应用领域还需要进一步探索。水生态系统生产总值核算应针对河流、湖泊、水库和湿地-沼泽等不同特征水生态系统类型选择适宜的指标，并应将水生态系统生产总值核算纳入水利水电工程兴建前后的论证工作中，科学评估水利水电工程建设对水生态系统生产总值的影响，以推动水电能源开发与生态保护的协调发展。核算水生态系统生产总值、评估生态产品蕴含的经济价值，有助于生态产品价值的实现，可为相关部门制定评价指标体系及政策提供科学参考，协同促进经济社会高质量发展与生态文明建设。