乡镇尺度生态系统生产总值核算探索——以湖北省鹤峰县走马镇为例

周 峰,马学威,翁茂芝,万 翔,李 朋,宋 健*

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.湖北省地质局 第二地质大队,湖北 恩施 445000;3.湖北省地质局 第三地质大队,湖北 黄冈 438000)

生态系统是生物多样性维持、人类社会可持续发展的重要基础,随着工业化和城镇化的快速推进,人类活动对生态系统的改造和干扰引起了生态环境的巨大变化,促使人们开始正视生态系统对人类经济社会发展的不可替代的价值[1]。鉴于此,国内外学者就生态系统功能和价值开展了大量研究。Daily[2]在1997年首次通过对不同生态系统服务价值开展研究,提出了生态系统价值评估内容与方法。随后Constanza et al.[3]在《Nature》杂志上发表了生态系统功能与价值评估的研究成果,进一步丰富了生态系统价值评估体系,从而在学术界产生了较大影响。自2000年以来,国内学者谢高地等开始在中国不同区域开展生态系统价值评估相关研究,其在Constanza et al.方法的基础上,对指标与参数进行了本地化修正[4-6]。2013年,欧阳志云等[7]首次提出了一套与GDP相对应的生态系统价值核算体系,即“生态系统生产总值”(Gross Ecosystem Product,简称GEP)核算体系,引起了学术界的广泛关注。此后,许多学者以GEP为核算框架,对不同空间尺度下的生态系统服务功能量和价值量进行了核算[8-10],表明生态系统具有经济价值和生态价值双重属性[11]。这些研究结果也为地方政府领导干部离任审计、生态资产管理等工作提供了重要支撑。新时期下践行“绿水青山就是金山银山”理念,推进生态产品价值实现与转化,首先需要对绿水青山定量,为生态资产定价,为生态补偿定调[12]。因此,GEP核算作为生态系统运行状况评估和生态价值量化的有效手段,有必要进一步探究和拓展其应用领域与尺度[13]。目前大多数研究基本上是针对省、市、县等尺度为单元开展,鲜有针对乡镇及以下尺度的GEP核算案例,GEP核算向小尺度区域拓展的技术可行性、数据可获性、参数本地化等问题尚需进一步探究。本文选取湖北省“两山”实践创新示范区恩施州的重要生态乡镇——鹤峰县走马镇,以乡镇尺度为单元开展GEP核算研究,探究GEP核算向空间小尺度拓展的可行性,以期能够科学评估走马镇生态系统运行状况,同时为走马镇进行生态保护、生态补偿、生态管理和“两山”转化提供参考依据。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

走马镇位于湖北省恩施州西南边陲、鹤峰县东部区域,地处湘鄂两省边界,素有“鄂西南大门”之称。镇域面积502.83 km2,辖33个行政村、1个社区。走马镇地处武陵山脉,平均海拔920 m,植被覆盖率达87.3%,生态系统类型以森林为主,其次为农田和灌丛,湿地及城市分布面积均较小(图1),溇水自北向南穿过该镇。走马镇是茶马古道的起源地,拥有木耳山茶园、江坪河水库、将军岩等特色旅游资源,其中木耳山茶园被评为全国最美30座茶园之一,是湖北省名副其实的“生态乡镇”。

图1 走马镇生态系统类型图

1.2 数据来源

本次GEP核算涉及的数据主要为统计数据和空间数据。其中,统计数据包括物质产品数据、旅游收入等,主要来自鹤峰县统计、文旅等部门;气象数据、水文数据来源于气象、水利部门;空气质量数据、地表水环境监测数据来源于生态环境部门;土壤相关数据主要来源于地质部门的土壤多目标地球化学及硒资源普查项目资料;土地利用数据、DEM、遥感影像等空间数据来源于鹤峰县自然资源和规划局。

2 核算指标与方法

2.1 核算指标体系

本文根据《生态产品总值核算规范(试行)》(鄂发改长江[2022]228号)及其他省、市的GEP核算标准规范[14-18],以GEP核算理论和方法为参考,结合走马镇自然禀赋和生态资源等特点,构建了走马镇GEP核算指标体系(表1)。生态产品定价(表2)是参考各类GEP核算规范推荐使用价格的基础上,结合湖北省及恩施州本地化价格参数确定。

表1 走马镇生态系统生产总值(GEP)核算指标体系

表2 生态产品定价参考及依据

2.2 核算方法

2.2.1物质产品价值

走马镇生态系统物质产品价值利用市场价值法进行评估:

(1)

式中:Vm为生态系统提供的物质产品价值;Ei为第i类物质产品产量;Pi为第i类物质产品单价;i为农林牧渔业产品、水资源及生态能源等。

2.2.2调节服务价值

(1) 土壤保持。从减少泥沙淤积和保持土壤肥力两个方面计算土壤保持价值量:

Vsr=Vs1+Vs2

(2)

(3)

(4)

式中:Vsr为土壤保持价值;Vs1为减少泥沙淤积价值;Vs2为保持土壤肥力价值;Qsr为土壤保持量,采用通用土壤流失方程(USLE模型)[16]计算获得;Csr为水库单位库容清淤工程费用;ρ为土壤容重;Ci为土壤中氮、磷、钾、硒的平均含量;Pi为折算后的当地氮、磷、钾、硒等化肥价格。

(2) 水源涵养。采用InVEST模型计算水源涵养量[21],采用影子工程法计算价值量:

(5)

(6)

式中:Vwr为水源涵养价值;Yjx为第j种生态系统类型栅格x的产水量;AETjx为第j种生态系统类型栅格x的实际蒸散量;Px为栅格x的年降雨量。

(3) 洪水调蓄。采用影子工程法计算洪水调蓄价值量:

Vfm=(Cfc+Crc)×Cwe

(7)

式中:Vfm为洪水调蓄价值;Cfc为森林、灌丛、草地洪水调蓄量;Crc水库洪水调蓄量;Cwe为建设单位水库库容的工程费用。

(4) 空气净化。采用污染物净化法计算空气净化实物量,替代成本法计算价值量:

(8)

式中:Vap为空气净化价值;Qi是第i类空气污染物净化量;Pi为第i类空气污染物处理成本。

(5) 水质净化。采用污染物净化法计算水质净化物质量,替代成本法计算价值量:

(9)

式中:Vwp为水质净化价值;Qi为第i类污染物净化量;Pi为第i类水体污染物处理成本。

(6) 固碳释氧。生态系统固碳价值主要从植被固碳、土壤固碳及岩溶固碳这三方面计算:

Vc=(Qvc+Qsc+Qkc)×Cc

(10)

Qvc=MCO2/Mc×NEP

(11)

(12)

Qkc=21.98×Sk

(13)

式中:Vc为生态系统固碳价值;Qvc为植被固碳量;Qsc为土壤固碳量;Qkc为岩溶固碳量;Cc为碳交易价格;MCO2/Mc=42/12,为碳转化为二氧化碳的系数;NEP为净生态系统生产力;Ai为第i类生态系统的土壤面积;Si为不同生态系统实测土壤有机碳含量;i为生态系统类型;21.98为岩溶固碳速率;Sk为岩溶地区面积。

生态系统释氧价值主要从植被光合作用产生氧气的角度计算:

Vop=Qop×Co

(14)

Qop=MO2/MCO2×Qvc

(15)

式中:Vop为生态系统释氧价值;Qop为生态系统释氧量;Co为工业制氧价格;Qvc为植被固碳量,MO2/MCO2=32/44,表示二氧化碳转化为氧气的系数。

(7) 调节气候。用蒸散模型计算物质量,替代成本法计算价值量:

Vtt=(Ept+Ewe)×Pe

(16)

(17)

Ewe=Ew×q×ρ×103/3 600+Ew×y

(18)

式中:Vtt为调节气候价值;Ept为植被蒸腾消耗能量;Ewe为水面蒸发消耗能量;Pe为电价;EPPi为第i类生态系统单位面积蒸腾消耗热量;Si为第i类生态系统面积;r为空调能效比,取值3.0;D为空调开放天数;Ew为水面蒸发量;ρ为水的密度;q为挥发潜热;y为加湿器将1 m3水转化为蒸汽的耗电量。

(8) 物种保育。利用InVEST模型计算获得生境质量[22],来反映生态系统为物种提供保育的能力,再用成果参照法计算物种保育价值。

(19)

(20)

式中:Vxj为物种保育价值量;Rxj为在j地类上第x个斑块的生境质量;k为半饱和常数;Dxj为生境退化程度;z为2.5;Pj为单位生境质量的价值。

2.2.3文化服务价值

本文仅考虑旅游收入价值作为文化服务价值量:

(21)

式中:Vp为文化服务总价值;Vi为第i类旅游收入。

3 结果与分析

3.1 核算结果

2021年走马镇GEP为139.58亿元。其中,生态调节服务价值最高,为123.12亿元,占走马镇GEP的88.21%;生态物质产品价值和生态文化服务价值分别为15.26、1.20亿元,分别占走马镇GEP的10.93%、0.86%。具体核算结果见表3、图2。

表3 2021年走马镇生态系统服务实物量与价值量

图2 2021年走马镇GEP核算结果构成(单位:亿元)

3.2 结果分析

3.2.1物质产品价值

2021年走马镇生态物质产品总价值为152 606.68万元,占走马镇GEP的10.93%。其中,农林牧渔产品和水资源供给价值量分别占该镇生态物质产品总价值的42.03%和50.50%,而生态能源价值量最低,仅占7.47%。

(1) 农林牧渔产品。根据走马镇统计数据,2021年走马镇农林牧渔产品价值总量为64 144.94万元。其中,农业产品价值量最高,为47 218.75万元,占农林牧渔产品价值总量的73.61%,表明该地区农业最为发达;畜牧业和林业产品价值量其次,占比超1/4,表明走马镇发达的森林资源提供了丰富的畜牧业和林业价值。

另外,根据《鹤峰县土地质量地球化学评价暨土壤硒资源普查报告》(1)司可夫、吴颖、郑雄伟等，鹤峰县土地质量地球化学评价暨土壤硒资源普查报告，2020。,走马镇的富硒农作物主要为水稻(富硒率10%),2021年富硒水稻产量为2 200 t,根据富硒水稻市场价格对比,核算出走马镇富硒产品溢价为176.00万元。

(2) 水资源供给。根据《鹤峰县水资源公报(2021年)》,走马镇2021年水资源量为4.586 9亿m3,按照湖北省水价标准计算得到走马镇2021年水资源供给价值总量为77 059.92万元。

(3) 生态能源。根据鹤峰县能源部门统计,走马镇唯一的水力发电站——江坪河水电站年均发电量为9.638亿kW/h,走马镇风电场年发电量为9 115万kW/h,按照湖北省电价标准计算得到2021年走马镇水力发电价值量为5 859.90万元,风力发电价值量为5 541.92万元,生态能源价值总量为11 401.82万元。

3.2.2调节服务价值

2021年走马镇生态调节服务总价值量为1 231 185.32万元,占GEP的88.21%。各单项指标价值量由大到小依次为:土壤保持>洪水调蓄>水源涵养>固碳释氧>物种保育>空气净化>调节气候>水质净化。

(1) 土壤保持。通过模型计算获得走马镇生态系统土壤保持的实物量为2.97亿t,从空间格局看走马镇中部地区土壤保持量普遍较高(图3),以国营走马林场为中心散发式分布。经计算,减轻泥沙淤积价值量为217 876.33万元,从土壤保氮、保磷、保钾、保硒4个方面计算得到保持土壤肥力价值量为160 332.37万元,因此走马镇2021年土壤保持价值总量为378 208.70万元。

图3 土壤保持量空间分布图

(2) 水源涵养。通过模型计算获得走马镇生态系统水源涵养的实物量为3.15亿m3,从空间格局看水源涵养量大致呈现东南高西北低的特征(图4),高值主要分布在森林覆盖较集中的地区,尤其是国营林场;而在森林、灌丛、草地等生态系统相对分散或人口聚集的区域,水源涵养功能相对较弱。经计算,2021年走马镇水源涵养价值总量为226 482.38万元。

图4 水源涵养量空间分布图

(3) 洪水调蓄。走马镇生态系统洪水调蓄实物量分别为森林2.23亿m3、草地0.15亿m3、灌丛0.001 5亿m3,水库调蓄量则采用江坪河水库的调蓄容积2.00亿m3。经计算得到2021年走马镇洪水调蓄价值总量为314 774.08万元,其中森林和水库的调蓄价值占比最大,二者之和占洪水调蓄价值总量的95%以上,草地和灌丛的调蓄价值较低。

(4) 水质净化。2021年走马镇湿地生态系统对主要水质污染物(总磷、总氮、COD、氨氮)的净化量分别为2.67万t、7.50万t、23.96万t和30.21万t,水质净化的价值总量为234.59万元,其中净化氨氮价值量最高,占总净化价值量的45.08%。

(5) 空气净化。2021年走马镇对主要空气污染物(二氧化硫、氮氧化物和PM10)的净化量分别为6.58万t、8.69万t和30.72万t,空气净化价值总量为47 787.57万元,其中以净化氮氧化物和二氧化硫的价值量为主,分别占总净化价值量的45.92%和34.80%。

(6) 固碳释氧。走马镇森林、灌丛、草地、湿地、农田等共有植被面积480.93 km2,岩溶地区面积448.31 km2,计算得到植被固碳量为182.64万t,土壤固碳量为102.55万t,岩溶固碳量为0.99万t,氧气释放量为132.83万t。2021年走马镇固碳释氧价值总量为214 030.19万元,其中生态系统释氧价值要远大于固碳价值,这也正体现出走马镇作为森林氧吧的重要生态功能。

(7) 调节气候。经计算,走马镇植被蒸腾消耗能量为2 024.19万kW/h,水面蒸发消耗能量为546.52万kW/h,2021年走马镇调节气候服务价值量为1 562.99万元,其中植被蒸腾消耗能量价值占比78.74%,表明高植被覆盖率的走马镇具有明显的调节气候优势。

(8) 物种保育。通过模型计算获得走马镇的生境质量均值为0.613 159,空间分布格局具有明显的集聚特征,总体上生境质量从西南到东北呈下降趋势(图5),可能与东北部城镇集中分布有关。经计算,2021年走马镇物种保育服务价值量为48 104.82万元。

图5 生境质量空间分布图

3.2.3文化服务价值

走马镇2021年接待游客10万人,文化服务总价值量为1.2亿元,占走马镇GEP的1.00%。受鹤峰地区交通落后和新冠疫情等综合因素影响,2021年走马镇旅游收入总体较低,但未来生态旅游、生态文化价值转化的潜力仍较大。

3.3 结果讨论

(1) 从生态系统调节服务各项功能来看(表4),土壤保持、洪水调蓄、水源涵养和固碳释氧这四项的价值最显著,四者总和占走马镇生态系统调节服务总价值量的92.07%;其中土壤保持价值量最大,为37.82亿元,占走马镇GEP的30.72%,其为走马镇生态系统提供了主要服务。整体而言,走马镇GEP较大,调节服务价值量显著,物质产品和文化服务占比偏少,一方面说明走马镇生态系统运行良好,生态服务功能价值可观;另一方面也表明走马镇生态物质产品价值和生态文化服务价值具有较大的发展潜力。

表4 2021年走马镇各类生态系统调节服务价值量

(2) 从生态系统类型来看(表4),各生态系统服务价值量依次为:森林>湿地>农田>灌丛>城市>草地>其他,其中森林生态系统的价值量占生态系统调节服务总价值量的62.39%,主要体现在土壤保持、洪水调蓄、固碳释氧、水源涵养等方面,湿地、农田、灌丛生态系统的价值量分别占生态系统调节服务总价值量的13.12%、12.30%、9.31%。这客观反映了走马镇拥有丰富的森林资源和水资源,优良的资源禀赋为当地的生态调节等提供了必要支撑,同时也体现了森林生态系统在走马镇生态保护和“两山”转化中的重要生态价值。

(3) 从行政单元来看(图6),调节服务价值相对较高的几个村为:红土村、九洞村、柘坪村、水坪村、芭蕉村和国营走马林场,这些村或林场主要得益于森林资源禀赋优势,因此调节服务价值较高,尤其是境内的几处国营走马林场,其生态调节服务价值量总和达14.45亿元,占走马镇调节服务总值的11.74%。各行政村的生态调节服务差异格局客观反映了走马镇生态资源禀赋的空间异质性,在推动生态产品价值实现与转化的过程中,各行政村应结合各自不同的生态资源条件,因地制宜地探索适合自身生态环境与经济社会协调发展的路径。

图6 2021年走马镇各行政村调节服务价值量

4 结论

(1) 本文以湖北省鹤峰县走马镇为例,构建了一套具有本地特色的乡镇尺度生态系统生产总值(GEP)核算体系。经计算,2021年走马镇GEP为139.58亿元,其中生态调节服务价值最大,占GEP的88.21%,生态物质产品和生态文化价值较低。总体上走马镇生态系统运行良好,生态价值可观,生态发展潜力大。

(2) 走马镇作为湖北省典型的欠发达山区,研究其生态系统服务价值,可以为GEP核算向空间小尺度区域应用提供实践案例,从而进一步拓展GEP核算的应用领域;也可为湖北省创建“两山”实践创新区提供抓手,为基层领导干部资产离任审计、生态管理、生态保护、生态补偿和“两山”转化提供数据支撑,推进当地生态文明建设。

(3) 本文研究也表明,GEP核算向小尺度拓展过程中,具有研究参数本地化难度大、空间数据分辨率要求高、核算价格易受市场调节影响、经济社会数据采集难度大等特点。随着生态文明建设的持续推进,GEP核算的应用领域和范围也需得到进一步拓展,未来仍有必要进行针对小尺度区域GEP核算的理论创新、体系构建和参数本地化等问题的深入研究。