2019, Vol. 39文章信息
- 邹梓颖, 肖燚, 欧阳志云, 宋昌素, 王克林
- ZOU Ziying, XIAO Yi, OUYANG Zhiyun, SONG Changsu, WANG Kelin
- 黔东南苗族侗族自治州生态保护成效评估
- Evaluation of the effectiveness of ecological protection in Qiandongnan Miao-Dong Autonomous Prefecture
- 生态学报. 2019, 39(4): 1407-1415
- Acta Ecologica Sinica. 2019, 39(4): 1407-1415
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201809272096
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文章历史
- 收稿日期: 2018-09-27
- 修订日期: 2018-12-19
2. 中国科学院生态环境研究中心, 城市与区域生态国家重点实验室, 北京 100085;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
2. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
生态系统及其服务功能对人类经济社会发展发挥着基础性支撑作用, 我国政府一直高度重视生态保护与生态建设, 启动了退耕还林、天然林保护、生态公益林建设等多项重大生态保护与建设工程, 取得了一定成效, 为遏制我国生态系统退化发挥了重要作用, 也为经济社会的快速发展提供了生态环境基础和保障[1]。目前国内对于生态保护的成效评估, 或基于土地退化、城市化、湿地、土壤侵蚀及土地利用动态变化等信息进行单项逐一评估[2]；或通过生物丰度、植被覆盖、水网密度、土地胁迫、污染负荷等指标基于权重和归一化方法来计算生态环境质量指数对生态环境状况进行评价[3]；或针对各项林业生态工程实施成效利用NDVI、植被覆盖度、景观格局指数和人类威胁因子进行评价[4]；或以水源涵养、水土保持、防风固沙、改善小气候、农业面源污染控制等服务功能指标进行评价[5]；或针对某项生态保护建设工程的特定实施区域的生态成效进行具体评估[6-9]；如何选取有效合理的方法对某一行政区域的综合生态保护成效进行直观的评估成为了值得探讨的问题。生态系统生产总值是生态系统为人类提供的产品与最终服务价值的总和, 包括产品提供价值、调节服务价值和文化服务价值[10]；生态系统生产总值核算是分析评估研究区域的自然生态系统服务功能量及经济价值的变化趋势[11]。将生态系统生产总值核算应用于生态保护成效评估, 基于数据收集等可操作性的考虑, 采用核算生态系统的调节服务价值及其变化来评估区域的生态保护成效。
黔东南苗族侗族自治州位于我国西南喀斯特地貌分布区, 相较于贵州省其他地区, 黔东南州石漠化面积最小, 且石漠化等级程度较低。据2005年统计, 黔东南州喀斯特地区有25%已经发生石漠化[12], 全州大部分县市均属集中连片特殊困难地区内的国家扶贫开发工作重点县, 存在较大的人地矛盾, 生态环境依然十分脆弱。黔东南州地处长江、珠江上游, 是全国“两屏三带”生态屏障中南方丘陵地带的重要组成部分, 生态区位重要。国家实施的多项生态保护建设工程在黔东南州均有所覆盖：全州除从江县外已全部纳入天然林保护工程范围, 工程一期期限为2000—2010年；退耕还林(草)工程自2000年开始试点, 至2006年底结束, 在全州范围内均有所分布；目前全州公益林区划界定面积92.4万hm2, 其中国家级公益林55.2万hm2、地方公益林面积37.2万hm2, 涉及全州16个县市和雷公山国家级自然保护区, 国家级公益林主要分布在清水江、都柳江、舞阳河两岸的第一层山脊, 以凯里为中心辐射周边县的石漠化区域和雷公山国家级自然保护区；同时在石漠化治理和清水江流域水污染治理等方面黔东南州也有较大投入。通过对各时段的试算比较, 选取各项生态保护建设工程实施集中的2000—2010年作为研究时段, 通过核算黔东南州生态系统调节服务价值及其变化对黔东南州的生态系统运行状况及生态保护建设工程综合实施成效进行评估, 对黔东南州生态文明建设具有重要意义。
1 研究区概况黔东南苗族侗族自治州位于贵州省东南部(图 1), 地理坐标为107°17′—109°35′E、25°19′—27°31′N, 全州总面积30337 km2；地处云贵高原向湘桂丘陵盆地过渡地带。按地貌特征, 境内可分为岩溶地貌区和剥蚀、侵蚀地貌区, 其中西北部地区有部分已发生不同程度石漠化。黔东南州地属中亚热带季风湿润气候区, 冬无严寒、夏无酷暑、雨热同季, 年平均气温14—18℃, 年降水量100—1500 mm。自然生态系统类型以森林、草地为主, 其中森林覆盖率达到60.7%, 主要由常绿针叶林、落叶阔叶林和常绿阔叶林组成；草地生态系统类型以草丛为主导, 占全州面积的13.9%。黔东南州共辖16县市, 其中8个县被纳入国家重点生态功能区县(图 2)。
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| 图 1 黔东南苗族侗族自治州区位图 Fig. 1 Location of the study site |
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| 图 2 黔东南苗族侗族自治州生态系统类型 Fig. 2 Ecosystem of the study site |
本研究采用的生态系统数据采用遥感解译的Landsat TM数据, 空间分辨率为30 m×30 m, 来源于中国科学院遥感所；统计数据、水文数据、气象监测数据和污染监测数据等分别来自黔东南州统计局、水务局、气象局和环保局；服务功能参数及价值量核算的价格参数, 主要依照相关资料文献和居民消费价格指数调整获取。
2.2 研究方法通过核算一定时期内生态系统调节服务价值及其变化评估区域的生态保护成效：
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式中, EEP为生态保护成效；ERVvariation为生态系统调节服务价值变化。
针对黔东南州的自然生态系统服务功能特征, 本研究应用了不同的评价方法[10, 13-15]对黔东南州生态系统调节服务价值进行核算(表 1)。
| 调节服务 Regulating Services |
功能量评价方法 Physical quantities accounting methods |
价值量评价方法 Monetary value accounting methods |
| 水源涵养 Water retention |
水量平衡方程 |
影子工程法：Vw=Qw×c式中, Vw为水源涵养价值(元/a)；c为水库单位库容的工程造价[16]。 |
| 式中, Qwr为水源涵养量(m3)；Pi为产流降雨量(mm)；Ri为地表径流量(mm)；ETi为蒸散发量(mm)；Ai为i类生态系统的面积(m2)；i为研究区第i类生态系统类型；j为研究区生态系统类型总数 | ||
| 土壤保持 Soil retention |
修正通用水土流失方程 Qsr=R×K×L×S×(1-C) |
替代成本法： |
| 式中, Qsr为土壤保持量(t/(hm2*a))；R为降雨侵蚀力因子(无量纲)；K为土壤可蚀性因子(无量纲)；L为坡长因子(无量纲)；S为坡度因子(无量纲)；C为植被覆盖因子(无量纲) | 式中, Vsr为土壤保持价值(元/a)；c为水库清淤工程费用[16]；ρ为土壤容重；λ为泥沙淤积系数；ci为土壤中氮、磷的纯含量；Pi为环境工程降解成本。[17-19] | |
| 洪水调蓄 Flood mitigation |
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影子工程法：Vfm=(Cv+Clc)×Cwe 式中, Vfm为洪水调蓄价值(元/年)；Cwe为水库单位库容的工程造价(元m-3 a-1)[16] |
| 式中, Cv为植被洪水调蓄量(m3)；Cl为湖泊洪水调蓄能力(万m3)；Pi为暴雨降雨量(mm)；Rfi为暴雨径流量(mm)；Ai为i类生态系统的面积(km2)；i为第i类生态系统类型；j为研究区生态系统类型数；A为对应湖区面积(km2)；T为换水次数[20] | ||
| 空气净化 Air quality maintenance |
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替代成本法： |
| 式中, Qap为生态系统空气净化能力(kg)；Qij为第i类生态系统第j种大气污染物的单位面积净化量(kg km-2a-1)[21-25]；Ai为第i类生态系统类型面积(km2) | 式中, Vap为大气净化价值(元/a)；i为生态系统类型；j为大气污染物类别；cj为第j类大气污染物的治理成本[29]。 | |
| 水质净化 Water purification |
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替代成本法： |
| 式中, Qwp为生态系统水质净化量(kg/a)；Qi为第i类水质污染物的单位面积净化量；A为湿地面积(km2)；i为污染物类别[26-28] | 式中, Vwp为水质净化价值(元/a)；ci为第i类水污染物恢复成一类水体的单位治理成本[29]；i为污染物类别； | |
| 固碳释氧 Carbon sequestration-oxygen release |
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替代成本法:Vco=Qcd×CC+Qop×CO2 |
| 式中, Qcd为生态系统总固碳量(tCO2/a)；Qop为生态系统释氧量(t)；FCS为森林(及灌丛)固碳量(tC/a)；GSC为草地固碳量(tC/a)；WCS为湿地固碳量(tC/a)[31]；MCO2/MC=44/12为C转化为CO2的系数；MO2/MC=32/12为C转化为O2的系数； | 式中, Vco为固碳释氧价值；CC为自然生态系统固碳成本[30]；CO2为释氧成本。 | |
| 气候调节 Climate regulation |
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替代成本法：Vcr=(Ept+Ewe)×Pe 式中, Vcr为气候调节的价值(元/年)；Pe为电价(元/kwh) |
| 式中, Ept为生态系统植被蒸腾消耗的能量(kwh)；Ewe为生态系统水面蒸发消耗的能量(kwh)。EPPi为i类生态系统单位面积蒸腾消耗热量；Si为i类生态系统面积(km2)；r为空调能效比：3.0；D为空调开放天数(d)；i为生态系统类型(森林、灌丛、草地)；Ew为水面蒸发量；q为挥发潜热(J/g)[32] |
(1) 水源涵养
2010年黔东南州水源涵养量为137.73亿m3, 与2000年相比, 黔东南州的水源涵养量增加了2.56亿m3；2010年黔东南州水源涵养总价值为972.37亿元, 单位面积价值为3.21×106元/km2。
(2) 土壤保持
黔东南州的土壤保持量从2000年的24.78亿t增加到2010年的24.86亿t；2010年黔东南州的减少泥沙淤积价值为78.86亿元、减少氮面源污染价值为80.50亿元、减少磷面源污染价值为75.19亿元, 由此可得2010年土壤保持总价值为234.55亿元, 单位面积价值为7.73×105元/km2。
(3)洪水调蓄
2010年黔东南州植被(森林、灌丛、草地)的洪水调蓄能力为250.70万m3, 与2000年相比减少了47.82万m3；2000年与2010年黔东南州湖泊洪水调蓄能力均为150.49万m3。洪水调蓄价值主要体现为减轻洪水威胁的经济价值, 计算得到2010年黔东南州洪水调蓄总价值为0.28亿元, 其中植被(森林、灌丛、草地)洪水调蓄占62.50%、湖泊洪水调蓄占37.50%。
(4)空气净化
黔东南州2010年森林、灌丛、草地面积分别为18416.97 km2、2563.06 km2、4201.26 km2；计算可得2010年黔东南州生态系统SO2净化量为44.47万t、NOx净化量为1.69万t、滞尘量为1.15万t, 比2000年均有所增加, 通过替代成本法计算可得2010年黔东南州生态系统空气净化总价值为2.92亿元。
(5)水质净化
黔东南州湿地生态系统面积为117.87 km2, 计算得到2010年黔东南州湿地生态系统的COD吸收量1.30万t、总氮净化量0.11万t、总磷净化量0.11万t, 与2000年相比均有所增加；运用替代成本法计算得到2010年黔东南州水质净化总价值为0.13亿元。
(6) 固碳释氧
黔东南州2010年固碳(CO2)总量为1617.80万t、释氧总量为1176.58万t, 与2000年相比, 固碳总量增加了171.11万t、释氧总量增加了124.44万t；由此得出黔东南州生态系统2010年的固碳价值为33.08亿元、释氧价值为80.36亿元, 固碳释氧价值总计113.45亿元。
(7) 气候调节
2010年黔东南州自然生态系统降温消耗总能量为1726.56亿kwh, 其中植被蒸腾耗能为1657.30亿kwh, 水面蒸发耗能为69.26亿kwh；与2000年相比, 植被蒸腾降温耗能增加了34.15亿kwh、水面蒸发降温耗能增加了0.86亿kwh。2010年黔东南州气候调节总价值为915.08亿元, 其中植被蒸腾降温价值为878.37亿元、水面蒸发降温价值为36.71亿元, 植被蒸腾的单位面积降温价值为3.49×106元/km2、水面蒸发的单位面积降温价值为3.11×107元/km2, 据此可知湿地生态系统的气候调节能力更强。
(8) 调节服务总价值及变化
2010年黔东南州生态系统调节服务价值为2238.78亿元。其中, 水源涵养价值最大, 占43.43%, 其次是气候调节价值和土壤保持价值, 分别占40.87%和10.48%。
黔东南州生态系统调节服务价值从2000年的1980.87亿元增加到2010年的2238.78亿元, 剔除价格因素基于2010年不变价进行比较, 2000—2010年实际增长了2.26%。固碳释氧价值增幅最大, 十年间增加了11.83%；水源涵养、土壤保持、空气净化、水质净化、气候调节价值均有小幅增长；洪水调蓄价值有所下降, 减幅为10.5%。
(9) 各县市调节服务价值量及变化
2010年黔东南州16个县市的生态系统调节服务价值如表 2所示, 其中价值量最高的依次为黎平县、榕江县、从江县；价值量最低的依次为麻江县、丹寨县和三穗县。从各项服务功能来看, 水源涵养、固碳释氧和气候调节价值最高的均为黎平县, 土壤保持价值最高的是从江县。2000—2010年, 价值量增幅最大的是麻江县, 增幅为7.06%, 增幅最小的是榕江县, 增幅为0.87%。
| 县市County | 2010年生态系统调节服务价值Monetary value of regulating services (2010)/亿元 | 2000—2010 调节服务价值 变化率 Rate of change of regulating service value/% |
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| 水源涵养 Water retention |
土壤保持 Soil retention |
洪水调蓄 Flood mitigation |
空气净化 Air quality maintenance |
水质净化 Water purification |
固碳释氧 Carbon sequestration- Oxygen release |
气候调节 Climate regulation |
总计 Total |
单位面积 调节服务价值 Regulating services value per unit area/ (万元/km2) |
人均调节 服务价值 Regulating services value per capita/ (万元/人) |
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| 从江县* | 115.7 | 43.5 | 0.02 | 0.32 | 0.02 | 12.0 | 100.2 | 271.7 | 844.2 | 9.2 | 1.5 |
| 丹寨县 | 27.4 | 7.5 | 0.05 | 0.09 | 0.00 | 3.3 | 27.5 | 65.8 | 698.2 | 5.3 | 3.5 |
| 黄平县* | 41.9 | 3.3 | 0.02 | 0.12 | 0.00 | 4.5 | 38.2 | 88.1 | 527.9 | 3.3 | 5.4 |
| 剑河县* | 73.6 | 23.8 | 0.03 | 0.23 | 0.02 | 8.7 | 73.0 | 179.4 | 823.4 | 9.7 | 1.2 |
| 锦屏县* | 58.4 | 13.6 | 0.01 | 0.17 | 0.01 | 6.4 | 54.3 | 132.8 | 820.2 | 8.4 | 1.8 |
| 凯里市 | 29.7 | 2.8 | 0.01 | 0.10 | 0.00 | 4.2 | 32.5 | 69.3 | 532.0 | 1.5 | 6.2 |
| 雷山县* | 46.2 | 14.0 | 0.03 | 0.13 | 0.00 | 5.0 | 38.2 | 103.4 | 861.4 | 8.7 | 2.3 |
| 黎平县 | 176.5 | 41.8 | 0.03 | 0.48 | 0.00 | 17.9 | 142.4 | 379.0 | 857.3 | 9.5 | 2.1 |
| 麻江县 | 26.4 | 2.1 | 0.03 | 0.11 | 0.00 | 4.2 | 32.8 | 65.6 | 538.6 | 3.8 | 7.1 |
| 三穗县 | 28.5 | 6.6 | 0.01 | 0.10 | 0.00 | 3.8 | 30.0 | 69.0 | 668.8 | 4.4 | 3.1 |
| 施秉县* | 41.3 | 3.4 | 0.01 | 0.13 | 0.01 | 5.4 | 41.7 | 91.9 | 600.1 | 7.0 | 1.6 |
| 台江县* | 32.7 | 9.4 | 0.01 | 0.11 | 0.01 | 4.5 | 34.3 | 81.1 | 748.7 | 7.1 | 1.5 |
| 天柱县 | 66.4 | 12.6 | 0.01 | 0.19 | 0.01 | 8.0 | 60.6 | 147.8 | 676.4 | 5.4 | 1.5 |
| 镇远县 | 47.6 | 8.4 | 0.01 | 0.15 | 0.01 | 6.1 | 50.5 | 112.8 | 596.9 | 5.4 | 2.7 |
| 岑巩县 | 41.1 | 5.2 | 0.01 | 0.13 | 0.01 | 5.2 | 40.4 | 91.9 | 619.2 | 5.5 | 4.7 |
| 榕江县* | 119.1 | 36.8 | 0.02 | 0.39 | 0.02 | 14.1 | 118.8 | 289.2 | 874.9 | 10.0 | 0.9 |
| 重点生态功 能区县小计 |
528.9 | 147.7 | 0.15 | 1.6 | 0.09 | 60.7 | 498.5 | 1237.6 | 783.0 | 7.9 | 1.9 |
| 非重点生态 功能区县小计 |
443.5 | 86.9 | 0.16 | 1.35 | 0.03 | 52.8 | 416.6 | 1001.3 | 691.7 | 5.1 | 3.3 |
| 总计Total | 972.4 | 234.6 | 0.31 | 2.95 | 0.12 | 113.4 | 915.1 | 2238.8 | 738.0 | 6.3 | 2.3 |
| 其中标注*的县市为重点生态功能区县 | |||||||||||
研究核算得出, 2010年, 黔东南州生态系统调节服务价值为2238.78亿元。从不同生态系统调节服务类型来看, 水源涵养价值最大, 其次是气候调节、土壤保持和固碳释氧, 4项服务价值总和占调节服务总价值的99.85%, 说明这4项服务为黔东南州自然生态系统的核心调节服务, 表明黔东南州是长江、珠江上游重要水源涵养区。
从黔东南州2010年调节服务价值各县市评估结果来看, 单位面积调节服务价值为737.9万元/km2, 人均调节服务价值为6.3万元/人；其中, 重点生态功能区县的单位面积调节服务均值和人均调节服务均值, 均高于非重点生态功能区县和黔东南州的均值。将各县市的单位面积调节服务价值量与人均调节服务价值量降序排列可以看出, 除黄平、施秉外的6个重点生态功能区县均位于前列；黎平县虽不属于重点生态功能区县, 但其森林覆盖率高达71.15%(16个县市中位列第二, 仅次于榕江)；黄平、施秉位于黔东南州石漠化严重的西北部, 在贵州省主体功能区规划中被划为黄平-施秉低山丘陵石漠化防治与生物多样性保护区, 石漠化覆盖较大、植被覆盖较低。生态系统生产总值(GEP)作为与国内生产总值平行的核算指标, 前者关注的是生态系统的运行状况, 后者关注的是经济系统运行状况[10]。将黔东南州2010年各县市单位面积和人均调节服务价值与当年GDP进行比较, 基本表现出单位面积和人均GDP越低的县市, 其单位面积和人均调节服务价值越高的特点(图 3、4)。
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| 图 3 黔东南州各县市2010年单位面积调节服务价值与GDP比较 Fig. 3 Per unit area regulating services value compare with GDP in Qiandongnan (2010) 标*为重点生态功能区 |
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| 图 4 黔东南州各县市2010年人均调节服务价值与GDP比较 Fig. 4 Per capita regulating services value compare with GDP in Qiandongnan (2010) 标*为重点生态功能区 |
2000年到2010年, 黔东南州的生态系统调节服务价值以不变价计算增幅为2.26%；其中水源涵养、土壤保持、空气净化、水质净化、固碳释氧、气候调节的价值均有小幅增长；增幅最大的是固碳释氧, 其次是空气净化、气候调节；黔东南州实施退耕还林、天然林保护工程、公益林等一系列生态保护建设工程的十年间, 自然生态系统恢复较好, 森林、草地生态系统面积均有所增长、农田生态系统面积有所降低；洪水调蓄价值有所下降, 主要原因在于2000年暴雨降雨量远高于2010年, 导致2010年的植被洪水调蓄量低于2000年。
从黔东南州各县市生态系统调节服务价值的变化来看(图 5), 生态系统调节服务价值和植被覆盖的变化基本一致。除黄平县外, 调节服务价值增幅较大的县市均为非重点生态功能区县, 属于贵州省主体功能区划中的国家级或省级重点开发区域；黔东南州非重点生态功能区县的调节服务价值增幅均值高于重点生态功能区县, 可间接证明2000年至2010年间黔东南州的经济发展并没有建立在破坏生态环境的基础上, 生态保护成效较为明显。
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| 图 5 黔东南州2000—2010年各县市调节服务价值变化率与植被覆盖变化率比较 Fig. 5 Rate of change of regulating services value and vegetation cover rate of change (2000—2010) 标*为重点生态功能区 |
为避免重复计算, 本研究通过核算自然生态系统的最终服务功能价值来评估2000年—2010年黔东南州生态保护成效。通过研究看出, 黔东南州基本表现出GDP低的地区, 其单位面积和人均生态系统调节服务价值高的特点；重点生态功能区县的单位面积和人均调节服务价值均高于非重点生态功能区县, 体现了重点生态功能区规划的科学性。十年间生态系统调节服务价值的变化可以看出, 非重点生态功能区县的调节服务价值增幅高于重点生态功能区县, 说明非重点生态功能区实现了保护与发展的双赢, 也体现了当地政府对生态保护和建设的重视程度。
本研究应用生态系统调节服务价值的变化来评估一个行政单元自然生态系统的变化, 方法较简便易行, 较准确的表现出一定时期内研究区域的生态保护和生态恢复综合成效, 明晰了一系列生态保护工程提升区域综合价值的作用；对促进研究区域的经济开发-生态环境保护-社会民生改善三者之间的健康和谐发展具有较大意义；同时能为当地政府建立生态保护成效评估与考核机制、进行领导干部离任审计以及完善生态补偿制度等提供决策参考, 有助于推动研究区域的生态文明制度建设。从研究结果可以看出, 生态系统调节服务价值的增加与植被覆盖的增加显著相关, 而自然生态系统的调节服务价值增速较缓, 下一阶段黔东南州应继续实施各项生态保护建设工程, 通过实现森林、灌丛、草地生态资产面积和质量的同步提升来增加黔东南州生态系统调节服务价值。健康的生态系统是持续提供生态产品与服务的保障, 也是人类经济与社会的宝贵资本, 黔东南州应科学兼顾生态保护与经济发展, 充分利用三省交界的地理区位优势及民族文化特色旅游资源优势, 加快推进产业结构调整和产业布局更新, 在避免过度开发对生态环境造成破坏的前提下, 大力发展生态旅游, 科学规划生态旅游扶贫, 形成农文旅融合旅游产业体系。
本研究使用的遥感数据和统计数据的获取与处理不可避免存在误差；使用的核算参数、单价因参考资料来自不同年份、区域也存在一定误差；因数据资料获取的限制, 本研究对于黔东南州自然生态系统价值的核算指标设置仍存在一定局限；生态保护的成效除了体现于自然生态系统的调节服务价值变化, 同时也体现在文化服务价值的变化, 文化服务中休闲旅游、景观价值和美学价值三项指标因为数据收集的局限暂未进行核算。但本研究还是较好的体现了黔东南州的自然生态系统服务功能价值, 反映出了黔东南州一定时期内的生态环境状态和变化, 为黔东南州之后的生态保护建设政策制定提供了科学依据。
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