流域水生态系统服务价值评估研究——以黄山市新安江为例
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  中国环境管理  2018, Vol. 10 Issue (4): 100-106  
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杨文杰, 赵越, 赵康平, 孙运海, 吴波, 马乐宽. 流域水生态系统服务价值评估研究——以黄山市新安江为例[J]. 中国环境管理, 2018, 10(4): 100-106.
YANG Wenjie, ZHAO Yue, ZHAO Kangping, SUN Yunhai, WU Bo, MA Lekuan. Evaluation on the Ecosystem Services Value of the Xin'anjiang River in Huangshan[J]. Chinese Journal of Environmental Management, 2018, 10(4): 100-106.

责任作者

马乐宽(1979-), 男, 博士, 研究员, 主要研究方向为流域水污染防治规划与管理, E-mail:malk@caep.org.cn

作者简介

杨文杰(1980-), 女, 助理研究员, 研究方向为水环境管理, E-mail:yanywj@caep.org.cn
流域水生态系统服务价值评估研究——以黄山市新安江为例
杨文杰, 赵越, 赵康平, 孙运海, 吴波, 马乐宽     
生态环境部环境规划院水环境规划部, 北京 100012
摘要: 为全面认识新安江水资源价值,本文对河流生态系统的各项服务功能开展了定量评价。本文按照联合国千年评估对生态系统的划分方法(供给、调节、文化与支持4项服务),结合新安江流域水生态系统的特征和结构,建立了15项评估指标体系。以2013年为基准年,对新安江水生态系统服务功能及其生态经济价值进行评价。结果显示:新安江水生态系统服务总价值为73.72亿元,其中,提供产品功能价值9.58亿元、调节功能价值11.77亿元、支持功能价值24.13亿元、文化服务功能价值28.24亿元,分别占总价值的13.0%、16.0%、32.7%、38.3%。新安江单位面积提供的生态系统服务价值为0.41亿元/km2,高于黄山市单位面积GDP产值0.28亿元/km2。研究认为,新安江流域水生态系统对支持和保护当地经济发展具有重要作用,研究结果以期为新安江水资源有效管理和区域生态环境保护及水环境补偿提供生态学依据。
关键词: 新安江    水生态服务    价值评估    
Evaluation on the Ecosystem Services Value of the Xin'anjiang River in Huangshan
YANG Wenjie , ZHAO Yue , ZHAO Kangping , SUN Yunhai , WU Bo , MA Lekuan     
Chinese Academy for Environmental Planning, Ministry of Ecology and Environment Beijing 100012, China
Abstract: Based on the classification of ecosystem services in the "Millennium Ecosystem Assessment"(ie provisioning services, regulating services, cultural services and supporting services), considered with the characteristic and structure of Xin'anjiang River water ecological system, an evaluation index system was set up which includes 4 categories and 15 indicators. We assessed and evaluated the ecosystem services and the economic value of Xin, anjiang River basin in 2013.The value of Xin'anjiang River basin's ecosystem services was 7.4×109 Yuan. The value of provisioning services is 9.6×108 Yuan, accounting for 13.0% of the total value assessed. The value of regulating services is 1.2×109 Yuan, accounting for 16.0% of the total value assessed. The value of supporting services is 2.4×109 Yuan, accounting for 32.7% of the total value assessed. The value of cultural services is 2.8×109 Yuan, accounting for 38.3% of the total value assessed. Despite the high economic gains associated with rapid development. GDP per kilometre was 2.8×107 Yuan and the total benefits per kilometre was 4.1×107 Yuan, thus the per kilometre benefit from Xin'anjiang River was substantially greater. It is believed that the Xin'anjiang River basin plays an important role in supporting and protecting the local economic development. The evaluation can inform future cost-benefit and tradeoff analyses regarding. Our study might provide decision-makers with important information for effective management of water environment compensation.
Key Words: Xin'anjiang River    water ecosystem services    value evaluation    

生态系统服务是指人类从生态系统中获得的直接或间接的效益,包括产品和服务[1]。联合国千年评估认为,生态系统服务来源既包括自然生态系统,也包括人类改造的生态系统[2]。由于不同区域间经济社会条件差异,生态系统服务的重要性及利用方式等方面存在较大不同。评估生态系统服务价值,对于明确各类生态系统的重要性、发现生态系统空间分布特征、合理划分生态功能区、完善生态建设规划等具有重要意义。

目前生态系统服务价值研究涉及森林、草地等生态系统[3]等的较多,与陆地生态系统相比,淡水生态系统服务研究则稍显不足[4],且研究主要集中在湿地生态系统服务功能[5-17],评价内容不足以反映淡水所提供的完整生态服务[18]。特别是河流生态系统服务功能的全面研究和计算相对较少[19]。为充分反映水生态系统过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[20],本文以新安江为例,开展河流水生态系统服务价值评估,以期为我国的流域生态补偿提供支持。

生态系统科学分类是生态系统服务价值评估的基础[21, 22],目前比较常见的分类法是功能分类法和价值分类法[23]。功能分类法以Costanza等为代表,把生态系统服务功能划分为提供产品功能、调节功能、支持功能、文化服务功能四大类[24]。价值分类法一般分为直接价值、间接价值、选择价值和存在价值等[25]。比较两种分类法后发现:功能分类法对生态系统的划分较为直观、全面,虽然有些类型之间存在交叉重叠的现象[25],但相较价值分类法来说,其各个功能之间仍有较好的区分,可以减少价值的重复计算。同时,由于功能分类法在对其功能划分方面考虑较为全面,适宜在较大尺度范围内开展研究[26],因此,本文选择功能分类法作为本研究中新安江水生态系统服务价值的评估方法。

1 研究区域概况

新安江流域水系分布如图 1所示。新安江是黄山市的主要河流,发源于黄山市休宁县六股尖,地跨皖、浙两省,为钱塘江正源,是安徽省内仅次于长江、淮河的第三大水系,也是浙江省最大的入境河流。新安江干流长度约359 km,其中安徽省境内242.3km,大小支流600多条。新安江经千岛湖、富春江、钱塘江在杭州湾入东海。新安江水量充沛且水质为优,年均注入千岛湖水量占总入湖水量的60%以上,常年稳定保持地表水Ⅱ类标准。

图 1 新安江水系分布 资料来源:由黄山市水利部门提供。
2 研究方法

本文首先确定了水生态系统服务价值的评估指标体系,根据不同评估指标选取适当的量化方法,然后以新安江流域2013年数据开展各项指标的定量计算。

各项指标的具体评价方法主要采用了市场价值法和替代市场价值法。市场价值法是用产品的市场价格来计量[27];替代市场价值法是对一些无法直接用于市场交换的物品,找到某种有市场价格的替代物来间接衡量其价值[28],主要包括影子价格法[29, 30]、替代工程法[28]、支付意愿法[31]等。

2.1 评价指标体系

本文通过对新安江现状调查、文献收集整理等,采用功能分类方法,把新安江流域水生态系统服务功能划分为提供产品功能、调节功能、支持功能和文化功能四大类,结合新安江提供的生态系统服务机制、类型和效用,结合数据可获取性,对每个功能制定了相应的评估指标。具体见表 1

表 1 新安江流域水生态系统服务功能评价指标体系与方法
2.2 评价方法及参数

根据水生态系统服务的四大功能,同时兼顾了数据可获得性,本文选取了15项指标分别进行研究。

2.2.1 提供产品功能价值 2.2.1.1 居民生活用水及产业用水价值

居民通过取用水资源以满足生活基本要求,是水生态系统提供的最直接的产品服务功能。同时,水资源作为重要的生产要素,为流域内各产业部门提供生产用水。

采用市场价值法计算居民生活用水和产业用水价值。计算公式为:

(1)

式中,Vi1为用水价值(元);Pi1为供水水价(元/t);Qi1为第i种用途用水量(t),包括居民生活用水及三产用水量,可以从黄山市的统计年鉴或水资源公报中数据得到。

2.2.1.2 渔业产品价值

充沛的水资源可以提供丰富的鱼类等水产品。渔业产品价值普遍采用市场价值法评估,该方法可以采用统计年鉴中渔业总产值直接作为渔业产品价值。

2.2.1.3 水电蓄能价值

水电蓄能采用市场价值法评估。计算公式为:

(2)

式中,V2为水电蓄能价值(元);P2为单位上网电价(元/ kW · h);Q2为发电量(kW · h)。电价、发电量数据由黄山市水利局提供。

2.2.2 调节功能 2.2.2.1 地表水资源调蓄价值

地表水资源调蓄是通过河道、水库等将雨水集中并存储起来,既可以避免汛期大量雨水形成洪涝灾害,又可以通过洪水径流调节,为旱季提供水资源。地表水资源调蓄价值的计算使用影子价格法。计算公式如下:

(3)

式中,Vr1为地表水资源调蓄价值;Pr1为单位调蓄价格(元/t);Qr1为水库调蓄总量(m3)。小水库库容由黄山市水利局提供,单位调蓄价格可以用黄山市中心城区综合水价替代。

2.2.2.2 水质净化价值

河流具有一定的自净能力。河道水体对污染物的去除能力,在一定程度上反映水体净化功能带来的生态服务价值。水质净化价值采用替代工程法计算。计算公式如下:

(4)

式中,Vr3为水质净化总费用;Pr3为污染物单位处理成本(元/t),可以从污水处理厂获取相关数据,通常选取CODcr、NH3-N、TN、TP等污染物进行计算;Qr3为水体纳污能力(t),可以通过流域水质模型计算得到。

2.2.2.3 气体调节功能价值

(1)固碳价值。水生态系统通过光合作用固定大气中的CO2,同时增加大气中的O2。其一般采用替代工程法计算。如果按照造林成本法评价水生态系统固碳价值,则计算公式为:

(5)

式中,Vs1为研究区内固碳价值;Ps1为CO2单位造林成本价(元/t);Qs1为水生态系统植物年固定的CO2的量(t)。

选取中型浮游植物日初级产量(1.0~3.0g O2/(m2 · d)),取其平均值为2 g O2/(m2 · d),浮游植物每生产1g干物质能固定3.67g CO2,释放2.67 g O2 [33],按照黄山市无霜期230d [34]计算,结合ArcGis软件得到新安江水面面积为203.08km2,计算得到黄山市浮游植物初级生产量为3.50万t价值,由此得到黄山市水生态系统总固定CO2量为12.85万t、O2释放量为9.35万t。

(2)释氧价值。采用替代工程法对水生态系统释放O2的价值进行估算。以工业制氧成本代替释氧价值,则计算公式为:

(6)

式中,Vs2为研究区释氧总价值;Ps2为工业制氧影子价格(元/t);为研究区每年释放O2的量(t),其值取9.35万t。

2.2.2.4 洪水调蓄价值

洪水调蓄功能是通过衡量水体能够容纳调蓄的洪水量来体现的。河道的洪水调蓄采用替代工程法,按照水库蓄水成本计算。计算公式如下:

(7)

式中,Vr5为洪水调蓄价值;Pr5为单位水库蓄水成本;Qr5为洪水调蓄能力。

2.2.2.5 净化空气价值

河流水体具有释放负氧离子的作用,净化空气价值可采用替代工程法进行计算。计算公式如下:

(8)

式中,Vr6为净化空气价值;Pr6为单位负离子生成价格;Qr6为负离子个数。负离子相关数据可以从黄山市监测站获取相关数据。

2.2.3 支持功能价值 2.2.3.1 营养物质循环价值

可采用影子价格法评估营养物质循环价值。把研究区各种营养物质循环总量乘以各营养元素的影子价格(各元素的市场价格),计算公式如下:

(9)

式中,Vs3为营养物质循环总价值;PN3为2013年尿素价格;PP3为2013年过磷酸钙价格;QN3QP3分别为参与循环的N和P的元素总量;αβ分别为尿素、过磷酸钙中N、P所占百分比。

2.2.3.2 生物多样性保护价值

生物多样性价值采用支付意愿法。计算公式如下:

(10)

式中,Vs1为生物多样性保护价值;Ps1为每种生物的单价;Qs1为每种生物的数量。把水生态系统所保护的每一级物种的种数与民众对每一级物种的单个物种支付意愿相乘。每级物种保护价格可以参照《中国生物多样性国情研究报告》进行评估[35]

2.2.4 文化服务功能价值

文化服务功能价值根据旅游休闲娱乐价值计算,本研究采用市场价值法手段,用旅游收入来体现旅游服务价值,然后用分摊法计算水及水生态系统贡献的旅游功能价值。分摊法是财务成本计算中使用的方法,是将以此非重复发生的暂时性差异作为跨期分摊的一种方法。将分摊法用于水文化服务功能中旅游价值的计算,是要将旅游收入中水景观对旅游的贡献从旅游景观中分离出来,以真实反映水景观的旅游价值。计算方法如下:

(11)

式中,Vc1为水生态系统旅游收入;r为旅游收入中水景观所占比例;Vci为研究区各项旅游收入。

计算旅游收入中,要考虑国内旅游收入包含山水两种情况。在旅游收入中,水景观贡献不小。参考《北京水生态系统服务价值》 [33]处理方式,山水生态系统在旅游总收入中的比例为24.6%,山水各取一半,则水生态系统在旅游收入中所占比例为12.3%。所以r可以取12.3%。

3 新安江流域生态系统服务价值评估结果与分析 3.1 提供产品功能价值部分计算 3.1.1 居民生活用水及“三产”用水价值

根据《黄山市水资源公报》(2013年)中城镇居民和农村居民人均生活用水量分别为170L/d、100L/d,结合黄山市城镇人口和农村人口数据,计算得到当年黄山市城镇居民生活用水量和农村居民生活用水量合计0.65亿m3、农业用水量为2.396亿m3、工业用水量为0.766亿m3、第三产业用水量为1.321亿m3

根据《关于调整中心城区自来水价格和污水处理费的批复》(黄价字2012(31)号)计算,居民生活、农业、工业、服务业分别按1.95元/t、0.05元/t、2.45元/t、2.75元/t计,分别得到上述价值为1.27亿元、0.12亿元、1.88亿元和3.63亿元。计算结果见表 2

表 2 2013年新安江段用水价值计算结果
3.1.2 渔业产品价值

根据2014年年鉴数据,黄山市2013年渔业总产值为2.37亿元,主要来自新安江流域的水产贡献。

3.1.3 水电蓄能价值

2013年新安江上的水电发电量共计8848万kW · h,按照《关于调整全市非统调小水电上网电价的通知》(黄价字[2013] 57号)的规定,水电上网电价为0.35元/(kW · h),据此可以计算得到黄山市水电蓄能价值为0.31亿元。

3.2 调节功能部分计算 3.2.1 地表水资源调蓄价值

新安江上有40多座小水库,库容约0.16亿m3,单位调蓄价格采用黄山市中心城区综合水价替代,即2.45元/t,据此计算得到地表水资源调蓄价值为0.39亿元。

3.2.2 水质净化价值

选取氨氮为主要污染物,采用一维水质模型,按照地表水水质目标为Ⅱ类要求,模拟得到氨氮纳污能力为2 907.3t,以吨水污染治理成本为1.5元计算[36],得到水质净化价值为3.63亿元。

3.2.3 气体调节功能价值 3.2.3.1 固碳价值

总造林成本价取1 320元/t碳[2],固定CO2量为12.85万t,计算得到固碳价值为黄山市1.70亿元。

3.2.3.2 释氧价值

以制氧成本为400元/t计[28],释放氧气9.35万t,得到黄山市释氧价值为0.37亿元。

3.2.4 洪水调蓄价值

根据河道长度和平均河流宽度计算调蓄能力,根据黄山市水文监测站获取的河道宽度及深度数据,结合遥感影像数据资料,得到新安江调蓄能力为2.36亿m3。除了河道,水库也具有较大的调蓄能力,新安江上小水库库容为0.16亿m3。将河流、水库两项合并,得到调蓄总能力为2.52亿m3。根据已有研究的蓄水成本[37],取水库蓄水成本为0.67元/m3,得到洪水调蓄价值为1.69亿元。

3.2.5 净化空气价值

研究表明,负离子生成的单位价格为每生成1010个需要成本2.08元[17],本文根据流域内负氧离子的增加量来计算空气净化价值。2013年,黄山市环境监测站在6个代表性点位监测了负氧离子量,其平均值为1.41×103/cm3。按照流动水面的空气中所含有的负离子数量进行评估,因此,选取河道上方10m处空气中所含负离子总数来计算,根据遥感影像资料,2013年新安江河道水面面积取141.9km2,计算得到黄山市约有1.9×1018个负离子。计算得到净化空气价值为3.99亿元。

3.3 支持功能价值部分计算 3.3.1 营养物质循环价值

营养物质循环价值根据研究区初级生产力或净初级生产力进行估算,计算表明,研究区域内浮游植物初级生产量为3.50万t,浮游植物N、P含量约占其干重的7.98%、0.94%,则新安江流域浮游植物所持留的和流经浮游植物的N、P含量分别为2 793t、329 t。2013年尿素价格为1 914元/t [38],含N 46%;2013年过磷酸钙价格为643元/t[38],含P 12%,据此得到黄山市营养物质循环价值为0.13亿元。

3.3.2 生物多样性保护价值

根据徐亚君对黄山市野生动物资源论证给出的名录可知[39],黄山市有国家一级保护鸟类白鹳、黑鹳、环颈雉3种,有国家二级保护鸟类鸳鸯、鸢、红隼16种,以及国家二级保护两栖动物大鲵。按照《中国生物多样性国情研究报告》,我国生物多样性潜在选择价值保险支付意愿咨询评估结果统计表相关结论[35]:鸟类保护价格、国家一级保护物种的价格取5亿元,国家二级保护物种的价格为0.5亿元,爬行两栖类动物国家一级保护物种的价格为1亿元,据此可计算得到黄山市生物多样性保护价值为24亿元。

3.4 文化服务功能价值部分计算

根据黄山市统计年鉴,2013年黄山市国内旅游总收入为314.54亿元,其中山、水旅游收入为77.38亿元。如果水的旅游收入按照50%计算,则得到2013年黄山市以水为主的旅游收入为38.69亿元。新安江占了整个黄山市水体面积的73%左右,按照该比例,新安江旅游收入为28.24亿元。

3.5 生态系统服务价值的确定及分析

新安江水生态系统服务总价值为73.72亿元,其中,提供产品价值、调节功能、支持功能、文化服务功能价值分别为9.58亿元、11.77亿元、24.13亿元、28.24亿元,占总价值的百分比分别为13.0%、16.0%、32.7%、38.3%。

从评估结果看,水生态系统的文化服务功能的生态服务价值最高,直接提供产品功能价值所占比重最低,评估结果在一定程度上反映了无法进行市场交换的部分所具有的价值。具体如图 2所示。

图 2 新安江水生态系统服务价值构成比例

在计算中,河流还具有疏沙功能,但是由于数据获取方面的原因,尚未开展相应评估;并且在营养物质循环计算中,只计算了氮、磷的含量,未测算钾的含量。因此调节功能价值和支持功能价值应比实际偏小。同时,在计算文化服务功能时,仅计算了旅游价值,对水文化方面的发掘较少。因此,总价值量如表 3图 3所示。

表 3 新安江水生态功能价值汇总
图 3 2013年新安江水生态系统服务各项指标价值(单位:亿元)

根据计算结果,2013年新安江水面面积取203.08km2,则单位面积生态服务价值产值为0.41亿元;2013年黄山市工业GDP 51.78亿元,建筑面积取183.98 km2,计算得到黄山市单位建筑面积工业GDP产值为0.28亿元。单位面积生态服务价值比单位面积工业GDP高出0.13亿元,其生态效益远高于实际的经济效益。

4 结论

(1)开展水生态系统服务价值研究可以增进人们对生态系统服务功能的认识,是生态系统服务管理的基础。本文研究了水生态系统服务功能评价指标和评价方法,并对新安江水生态系统服务价值量进行了评估,其总价值为73.72亿元,其中,提供产品功能价值9.58亿元、调节功能价值11.77亿元、支持功能价值24.13亿元、文化服务功能价值28.24亿元。其计算结果体现了水生态系统中无法用于市场交换的那部分生态价值,也可以用于衡量环境保护所带来的生态效益。在水生态系统保护上,本文对比了单位面积的生态效益和经济效益,结果表明,其生态效益高于其经济效益,具有较高的生态价值,为黄山市城市定位及今后发展在生态环境质量、生态文化建设、生态产业开拓等方面提供了重要的资源支撑。

(2)当前生态补偿机制尚不完善[40],在流域生态补偿的标准的制定上,生态系统服务价值量通常被认为是资金补偿的上限标准[41]。新安江流域水环境补偿已经开展了两轮试点,第一轮和第二轮中,中央及两省分别以每年5亿元、7亿元作为补偿标准,是利益相关方反复协商后确定的[42],缺少相应的计算依据。生态系统服务价值用直观的数字表现补偿上限标准,可以为下一轮流域水环境补偿标准的制定提供参考标尺和决策依据[43]

(3)由于水生态系统服务价值评估涉及部门较多,获取全面数据具有一定难度。本文仅评估了2013年,尚未开展多年变化分析,无法掌握新安江的水生态动态变化趋势。新安江流域水环境补偿已经连续实施两轮,并仍在继续实施,因此,系统评估水生态系统服务价值连续变化情况,可以作为今后的研究内容,具有实际意义[44]

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