山水林田湖草生态保护修复工程是依据习近平总书记“山水田林湖草是生命共同体”的理念^[1—3], 在一定区域范围内, 为提升生态系统自我恢复能力, 增强生态系统稳定性, 促进自然生态系统质量的整体改善和生态产品供应能力的全面增强, 对受损、退化、服务下降的生态系统进行整体保护、系统修复、综合治理的过程和活动^[4—5]。2016—2018年, 我国累计下达重点生态保护修复治理资金360亿元, 共实施了3批25个山水林田湖草生态保护修复工程试点^[6—7], 重点部署在国家重点生态功能区内, 是国家生态安全的保障区域^[8]。2016年, 赣州市以低质低效林改造先行先试为契机, 成为全国首批4个山水林田湖草生态保护修复试点之一^{[7, 9]}。试点工程在生态空间保护修复的实践中, 形成了一系列技术策略, 推动绿色发展, 成为我国生态文明建设的重要内容^[2]。

目前国内对于生态保护效益的评估, 或根据评价区域特点选取特征因子进行监测, 对比修复前后特征因子变化程度来评价生态保护效益^[10]; 或采用层次分析和模糊综合评判相结合的综合评价方法, 对生态保护效益进行评估^[11—13]; 或利用退化群落的恢复潜力、恢复度和恢复速度等计算方法, 分析退化群落在自然恢复过程中的变化, 并进行综合评价^[14—16]; 或通过评估一定时期内生态资产和生态系统生产总值(Gross Ecosystem Product, GEP)的变化, 体现区域生态保护的效益^[17—20]。生态资产是指在一定时间、空间范围内和技术经济条件下可以给人们带来效益的生态系统; 生态系统生产总值(GEP)是生态系统为人类福祉和经济社会可持续发展提供的最终产品与服务价值的总和^[21—22]。生态资产评估与GEP核算不仅可以用于了解一个国家或地区的生态效益^[23], 尤其还可以用于评估重点生态功能区的生态保护成效, 引领重点生态功能区的建设与发展方向^[24—25]。由于GEP核算首先是基于对生态系统服务功能量的计算, 而目前国内外对生态系统调节服务(如水源涵养^[26])的评估中, 对生态系统质量方面的考虑不足或不全面, 因此对生态系统服务功能量的评估仍需完善。

本文以江西赣州山水林田湖草修复工程为例, 选取生态资产评估与GEP核算方法, 首先对赣州市、工程区及非工程区进行生态资产和生态系统服务评估, 继而在考虑生态系统质量变化的基础上, 对生态系统服务的功能量进行修正, 再对修正后的生态系统服务进行GEP核算, 以此综合结果对比分析修复工程所带来的生态效益, 以期为赣州市生态保护修复工程的成效评估提供支持, 同时也为其他地区开展生态保护效益评估提供参考。

1 研究区概况

赣州市位于江西省南部, 地处赣江上游, 处于东南沿海地区向中部内地延伸的过渡地带, 地理坐标为113°54′—116°38′E, 24°29′—27°09′N, 是江西省面积最大、人口最多的地级市。总面积约39363.5 km²。赣州市地处亚热带季风气候区, 年平均气温19.8℃, 年平均降水量1580.2 mm。地形以山地、丘陵、盆地为主; 地势四周高中间低, 南高北低, 水系呈辐辏状向中心(章贡区)汇集。植物区系具有种类繁多, 成分复杂, 起源古老等特点, 是东亚植物区系的发源地之一。赣州市地处南岭山地、武夷山脉、罗霄山脉的交汇地带^[27], 是南方丘陵山地生态屏障的组成部分, 也是我国生物多样性保护的关键地区。

赣州市工程区根据区域面临的主要生态环境问题, 构建以流域为导向的生态保护与修复工程布局, 重点推进流域水环境保护与整治、矿山环境修复、水土流失治理、生态系统与生物多样性保护、土地整治与土壤改良等5大类生态建设工程, 全域范围内合计13个重大工程, 共63个具体项目, 项目总投资192.45亿元^{[2, 9]}(图 1)。

2 研究方法 2.1 数据来源

本研究使用的土地覆被类型、生物量、植被覆盖度、蒸散发、NPP等数据是由中国科学院遥感与数字地球研究提供的, 基于MODIS数据综合考虑地理、环境、植被生长状况, 利用多变量预测模型得到的遥感解译产品, 空间分辨率为30 m; 修复工程区矢量边界来源于自然资源部国土整治中心; 地面统计及监测数据来自赣州市农业农村局、林业局、气象局、水利局、生态环境局等(表 1)。

2.2 评价方法 2.2.1 生态资产核算

根据赣州市的生态环境特征建立生态资产核算表, 计算生态资产指数(IEAI)的年度变化, 其中, 生态系统面积的变化采用生态系统类型转移矩阵来分析生态系统变化的结构特征与各类型变化的方向^[28]。

若对生态资产之间质量差异不做区分, 而直接简单地将生态资产数量进行加总, 这种计算结果无法准确反映生态资产真实情况^[29—30], 因此利用生态资产综合指数来对赣州市的生态资产实物量进行核算与综合评价。若生态资产综合指数增加, 说明赣州市生态资产数量与质量得到提高, 修复工程的生态保护取得成效^[24]。

生态资产综合指数计算方法如下：

式中, IEAI为研究区的生态资产综合指数; EA_i为第i种生态资产类型的面积; EA_ij为第i种生态资产第j质量等级的面积; ME_j为第j质量等级范围内相对应数值的平均值; ME_m为最高质量等级范围内相对应数值的平均值; i为生态资产类型; j为生态资产的质量权重因子; n为研究区生态资产类型总数; m为生态资产最高质量权重因子。

2.2.2 GEP核算

生态系统生产总值主要包括生态系统提供的物质产品、调节服务和文化服务的价值^[21], 由于赣州市山水林田湖草修复工程完成至今年限较短, 对物质产品和文化服务价值的影响还尚未得到体现, 因此本文面向生态保护效益评估的生态资产和GEP核算主要包括赣州市生态系统调节服务的价值, 并根据赣州市生态系统服务特征、结构和生态过程特点分别采用了不同方法核算水源涵养、土壤保持、洪水调蓄、空气净化、水质净化、碳固定、氧气释放、气候调节等8个生态系统服务的功能量和价值量^{[26, 31—33]}。考虑到生态系统质量对生态系统服务的影响, 在功能量核算基础上基于赣州市生态系统质量特征对生态系统服务进行修正^{[26, 34]} (表 2)。

3 研究结果 3.1 生态资产变化 3.1.1 生态资产指数变化

2015—2019年, 赣州市生态资产综合指数从15.51上升到17.51, 上浮了12.89%;其中, 工程区生态资产综合指数从0.06上升到0.07, 上浮了5.68%;非工程区生态资产综合指数从15.45上升到17.44, 上浮了12.92%。通过生态保护与恢复, 赣州市的生态资产综合指数整体提高, 生态资产面积和质量在逐步增加和改善(图 2)。

3.1.2 生态系统面积变化

2015—2019年, 赣州市自然生态系统(森林、灌丛、草地、湿地)总面积共增加了15.85 km², 增幅为0.05%;工程区自然生态系统总面积共增加了5.43 km², 增幅为3.23%;非工程区自然生态系统总面积共增加了10.42 km², 增幅为0.03%。其中, 赣州市森林生态系统的面积增加最多, 共增加了28.57 km², 增幅为0.10%;工程区同样为森林生态系统面积增加最多, 增长了4.19 km², 增幅为3.48%。针对人工生态系统及裸地, 赣州市和非工程区城镇生态系统面积增幅最大, 为11.31%;工程区城镇生态系统面积减幅最大, 为7.58%。赣州市、工程区和非工程区裸地面积均减少, 减幅分别为1.79%、3.85%和1.67%(表 3、图 3)。结果表明, 工程区自然生态系统总面积增幅最大, 农田生态系统、城镇生态系统和裸地面积减幅最大, 体现了山水林田湖草生态保护修复工程的修复成效。

2015—2019年, 工程区内各类生态系统面积变化主要为城镇生态系统转变为森林生态系统, 转移面积为5.49 km², 转移比例占24.68%;非工程区变化主要为农田生态系统转变为城镇生态系统, 转移面积最大为105.90 km², 转移比例占29.31%(表 4)。

3.1.3 生态系统质量变化

2015—2019年, 赣州市生物量整体大幅上升, 生物量总量从3.33亿tC增长到3.76亿tC, 共增加了0.42亿tC, 增幅12.74%;其中, 工程区生物量也明显提升, 生物量总量从194.84万tC增长到214.33万tC, 共增加了19.49万tC, 增幅10.31%;非工程区生物量总量从3.31亿tC增长到3.74亿tC, 共增加了0.43亿tC, 增幅12.93%。

赣州市植被覆盖度整体上升, 从2015年的82.82%增加到2019年的84.53%, 增幅2.06%;其中, 非工程区植被覆盖度由82.93%增加到84.65%, 增幅为2.08%;工程区植被覆盖度呈轻微下降趋势, 从2015年的69.43%下降到2019年的68.26%, 减幅为1.69%。由于受地质、降雨和人类活动等因素影响, 赣州市普遍存在崩岗侵蚀的现象, 且当地修复工程治理过程中用人工或机械对侵蚀区进行机械整平、削坡治理的措施对原有的地被覆盖产生了破坏^[38—39], 而新植被生长恢复乃至高于原有的植被生产力水平需要一定的时间累积^[39], 致使在短时间内, 工程区的生态系统质量(如植被覆盖度)出现下降, 因此在后期的养护过程中, 除脐橙园等经济作物群落需要除草外, 其他修复群落养护以浇水和除虫为主, 避免人为除草措施, 以促进本地物种充分进入人工群落, 有利于生态系统近自然化修复。

3.2 GEP变化

2015—2019年, 赣州市GEP从10279.06亿元增长到10421.16亿元, 四年共增加了142.10亿元, 增幅为1.38%;其中, 工程区GEP从194.42亿元增长到202.00亿元, 四年共增加了7.58亿元, 增幅为3.90%, 是赣州市增幅的2.8倍; 非工程区GEP从10084.64增长到10219.16亿元, 四年共增加了134.52亿元, 增幅为1.33%。其中, 工程区水源涵养服务价值增加最多, 增加了6.48亿元, 增幅22.29%;其次分别为气候调节、洪水调蓄、碳固定、氧气释放、空气净化、水质净化, 服务价值分别增加了0.76、0.69、0.06、0.04、0.03、0.01亿元, 增幅分别为3.20%、0.51%、9.45%、9.50%、7.26%、7.64%;其中土壤保持服务价值略有下降, 减少了0.05亿元, 这与工程区修复完成后部分指标的临时性退化结果有关。(表 5、图 4)结果显示, 通过生态保护修复措施, 赣州市生态系统服务恢复良好, GEP逐步上涨, 且工程区和非工程区GEP增幅分别为3.90%和1.33%, 说明工程区内生态系统服务恢复效果显著高于非工程区。

空间分布上, 赣州市GEP高值区主要分布在赣州市西部地区的崇义县和东北部地区的宁都县、石城县和瑞金市(图 5); 2015—2019年, 赣州市GEP变化有增有减, 其中, 增加部分主要集中在赣州市中部的南康区、赣县区以及中北部的兴国县(图 6)。

3.3 生态系统的面积/质量变化对GEP变化的贡献

生态系统的面积和质量变化均为导致GEP变化的影响因素, 本研究对比了工程区与非工程区对其区域内GEP变化的贡献率, 以进一步分析山水林田湖草生态修复工程措施对不同尺度生态保护效益的影响。

结果表明：生态系统面积的变化是影响工程区GEP变化的主要因素, 其贡献率达81.44%, 说明赣州市通过生态保护与恢复工程, 工程区内自然生态系统面积增加是GEP提升的主要原因, 体现了山水林田湖草生态保护修复工程的修复成效; 另外, 生态系统质量的变化是影响非工程区GEP变化的主要因素, 其贡献率达95.03%, 说明赣州市当地政府利用生态保护修复工程进行合理规划, 在对工程区进行生态修复的同时, 非工程区内生态系统质量也得到提升, 落实了山水林田湖草系统治理和一体化修复的生态保护措施, 实现了工程区与非工程区、保护与发展的双赢(图 7)。

4 结论与讨论

本研究在山水林田湖草生态保护修复试点框架下, 以生态系统服务评估理论和方法为基础, 综合考虑生态系统结构和质量的影响, 以江西省赣州市为例开展了面向生态保护效益评估的生态资产与GEP核算研究, 为赣州市生态保护修复工程的成效评估提供支持, 同时也为其他地区开展生态保护效益评估提供参考。

研究结果表明, 2015—2019年, 赣州市生态资产指数和GEP均呈上升趋势, 山水林田湖草生态修复工程对生态系统状况的改善和恢复效果显著。赣州市通过生态保护与恢复工程, 自然生态系统面积增加, 生态系统质量整体趋于好转, 生态资产综合指数上升了12.89%。其中, 工程区自然生态系统面积增幅最大, 为3.23%, 体现了山水林田湖草生态保护修复工程的修复成效; 非工程区生态系统质量提升最大, 生物量和植被覆盖度分别提升了12.93%和2.08%, 说明当地政府利用生态保护修复工程进行合理规划, 落实了山水林田湖草系统治理和一体化修复的生态保护措施, 实现了工程区与非工程区、保护与发展的双赢。2015—2019年, 赣州市、工程区和非工程区GEP分别增加了142.10、7.58、134.52亿元, 增幅分别为1.38%、3.90%、1.33%。结果显示, 通过生态保护修复措施, 赣州市生态系统服务恢复良好, GEP逐步上涨, 且工程区内生态系统服务恢复效果显著高于非工程区。通过对赣州市、工程区及非工程区进行生态资产和GEP核算, 对比分析修复工程所带来的生态保护效益, 为当地政府建立生态保护成效评估与考核机制、完善生态补偿制度等提供决策参考; 对推动赣州市的生态文明制度建设具有较大意义; 通过开展山水林田湖草生态保护修复工程推动绿色发展, 破解当前生态环境与经济发展之间难题, 是我国生态文明建设的重要内容; 通过生态保护效益评估, 可以掌握工程对实际生态环境的改善作用, 了解工程的投资效益, 并发现生态修复可能存在的问题和需要注意的管理问题, 为生态保护修复工程效益的长期发挥, 提供科学依据。赣州市相关单位应继续实施各项生态保护建设工程, 建立生态环境监测网络体系, 加强各工程区加强植被、土壤、水体等全方位的生态系统监测, 提高生态环境监管效率。

本文面向赣州市生态保护效益评估的生态资产和GEP核算中, 仅考虑了生态系统调节服务的价值, 据中国脐橙产业网公开数据显示, 赣州市是世界第三大脐橙产业区域, 其脐橙种植为赣州市的产品提供和旅游产生了巨大的价值^[40]。但由于赣州市山水林田湖草修复工程完成至今年限较短, 对物质产品和文化服务价值的影响还尚未得到体现, 因此本文并未对物质产品和文化服务这两部分的价值进行估算, 最终核算结果对赣州市山水林田湖草修复工程的实际生态保护效益仍有所低估。