戈健宅，李 濤,2，齊增湘,2①，鞏雅博，王佳瑞，趙燕萍,4，王志遠(yuǎn),4

(1.南華大學(xué)建筑學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；2.生態(tài)型區(qū)域-城市規(guī)劃與管理衡陽(yáng)市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽(yáng) 421001；3.南華大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理與法學(xué)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；4.湖南省健康城市營(yíng)造工程技術(shù)研究中心，湖南 衡陽(yáng) 421001)

生態(tài)補(bǔ)償是以保護(hù)和可持續(xù)利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為目的，以經(jīng)濟(jì)手段為主，調(diào)節(jié)相關(guān)者利益關(guān)系的制度安排。作為一種協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)矛盾的經(jīng)濟(jì)政策手段，生態(tài)補(bǔ)償已得到各國(guó)政府、學(xué)者的廣泛認(rèn)可[1-4]。我國(guó)生態(tài)補(bǔ)償資金主要來(lái)源于中央財(cái)政設(shè)立的重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)轉(zhuǎn)移支付[3]，通過(guò)財(cái)政撥款的方式引導(dǎo)地方政府加強(qiáng)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度，增強(qiáng)地方政府的公共服務(wù)保障能力。為提高生態(tài)補(bǔ)償金使用效率，制定生態(tài)補(bǔ)償分配政策時(shí)需對(duì)生態(tài)補(bǔ)償空間的優(yōu)先程度進(jìn)行分級(jí)。而確定生態(tài)補(bǔ)償空間的優(yōu)先程度，則需依據(jù)其區(qū)域或個(gè)體條件差異，在眾多潛在的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者中進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別[5]，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給是生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別關(guān)注的重點(diǎn)。但由于人類(lèi)活動(dòng)的加劇，自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，其自我調(diào)節(jié)能力和抗壓能力面臨前所未有的挑戰(zhàn)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)隨之加劇[6]。為明晰生態(tài)系統(tǒng)外部一些具有不確定性的風(fēng)險(xiǎn)因子對(duì)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)、功能、過(guò)程乃至穩(wěn)定性和可持續(xù)性所造成的損害，保障區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)得到及時(shí)有效的保護(hù)和管理[7]，提高生態(tài)補(bǔ)償政策的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，生態(tài)補(bǔ)償研究應(yīng)兼顧生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因素，將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)作為重要評(píng)價(jià)因子整合到生態(tài)補(bǔ)償?shù)目臻g識(shí)別中。

一般來(lái)說(shuō)，生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別研究主要基于生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)2個(gè)視角。從生態(tài)視角來(lái)看，區(qū)域內(nèi)不同地域單元的生態(tài)系統(tǒng)分布存在明顯的空間異質(zhì)性，相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型與總量都存在差異；從社會(huì)經(jīng)濟(jì)視角來(lái)看，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在差異。經(jīng)濟(jì)較差的單元往往面臨著更為強(qiáng)烈的破壞生態(tài)環(huán)境的壓力[8]，同時(shí)對(duì)存在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域進(jìn)行管制保護(hù)的能力較弱，更加需要生態(tài)補(bǔ)償金支持。而經(jīng)濟(jì)較好的區(qū)域往往生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給較差，且在發(fā)展過(guò)程中對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成更多損害，理應(yīng)不被補(bǔ)償甚至應(yīng)該支付補(bǔ)償金。生態(tài)評(píng)估方面，當(dāng)前研究主要采用以下3種方式：基于模擬生態(tài)過(guò)程的生態(tài)模型[9-14]、基于當(dāng)量因子法的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算[15-18]和基于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)指標(biāo)[19-20]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)評(píng)估主要采用GDP對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行評(píng)價(jià)[15-17]。目前將生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)合應(yīng)用最廣泛的是生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值之比作為生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別的依據(jù)，在山東[15]、新疆[16]和青海[17]等區(qū)域研究中被廣泛應(yīng)用。從研究空間尺度來(lái)看，當(dāng)前研究一部分以流域及子流域?yàn)檠芯糠秶?，研究的重點(diǎn)為同級(jí)別行政單位間依據(jù)生態(tài)效益的損益進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償[21-22]。另有部分研究著眼于上級(jí)行政單位依據(jù)生態(tài)經(jīng)濟(jì)條件，以下級(jí)行政單位為基本研究單元進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償，研究的重點(diǎn)為分辨該區(qū)域內(nèi)各研究單元的補(bǔ)償優(yōu)先順序及分配權(quán)重[15-17]。

綜合來(lái)看，當(dāng)前研究大多專(zhuān)注于大尺度單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)估研究，缺少對(duì)于區(qū)域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的量綱也沒(méi)有統(tǒng)一。同時(shí)，采用當(dāng)量因子法無(wú)法實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的精細(xì)化空間制圖，不能確保生態(tài)保護(hù)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精準(zhǔn)性和實(shí)用性。更為重要的是，以往生態(tài)補(bǔ)償研究中很少考慮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。生態(tài)補(bǔ)償?shù)哪康氖菂f(xié)調(diào)生態(tài)保護(hù)相關(guān)利益者之間的利益關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的生態(tài)保護(hù)[2]。而缺少生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，就無(wú)法了解控制生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)并對(duì)已有風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行修復(fù)，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)相關(guān)利益者進(jìn)行補(bǔ)償，最終導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)保護(hù)管理的失效。因此，生態(tài)補(bǔ)償研究應(yīng)同時(shí)關(guān)注區(qū)域生態(tài)服務(wù)供給和存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以此作為確定生態(tài)補(bǔ)償區(qū)域及時(shí)序的重要依據(jù)。

為完善以上不足，研究基于生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)雙重視角，應(yīng)用基于格局與過(guò)程的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)模型，采用影子工程法、市場(chǎng)價(jià)值法和成本替代法等對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行價(jià)值化，在此基礎(chǔ)上耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給評(píng)估，結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，建立識(shí)別區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償空間的研究途徑方法。將該研究方法應(yīng)用于生態(tài)功能突出且人口密集的洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)，以期為生態(tài)補(bǔ)償研究提供技術(shù)支撐和研究思路。

1 研究區(qū)概況

洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)(27°58′～31°37′ N，110°21′～114°09′ E)包括湖南省岳陽(yáng)市、常德市、益陽(yáng)市、長(zhǎng)沙市望城區(qū)和湖北省荊州市(圖1)，共33個(gè)縣級(jí)區(qū)域，常住人口約為2 216.5萬(wàn)人，面積6.1萬(wàn)km2，為亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均溫16～17 ℃，年均降水量1 307.6～1 505.2 mm。境內(nèi)水系發(fā)達(dá)，地形復(fù)雜多樣，自然資源豐富，生態(tài)本底優(yōu)良，是我國(guó)商品糧、棉、油等農(nóng)產(chǎn)品的重點(diǎn)生產(chǎn)基地，是長(zhǎng)江中下游地區(qū)生態(tài)安全和糧食安全的重要保障區(qū)。2010年《全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃》將研究區(qū)部分地區(qū)劃入國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)——武陵山區(qū)生物多樣性和水土保持生態(tài)功能區(qū)，2016年安化縣被劃入第2批國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，2018年湖南湘江流域和洞庭湖區(qū)域入圍第3批山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)試點(diǎn)工程區(qū)。2010—2020年間該區(qū)域收到大量的生態(tài)補(bǔ)償資金。

圖1 洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)位置與生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型

2 研究途徑與方法

2.1 研究途徑

根據(jù)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)特征進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償金分配，生態(tài)評(píng)估以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為科學(xué)基礎(chǔ)[3]，參考已有研究[19-20，23]，結(jié)合其重要生態(tài)安全地位，選擇水源涵養(yǎng)、土壤保持、洪水調(diào)蓄、碳固定、氧氣提供、空氣凈化與水環(huán)境凈化作為研究區(qū)的7類(lèi)主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型。

根據(jù)各項(xiàng)服務(wù)特點(diǎn)選擇市場(chǎng)價(jià)值法、成本替代法或影子工程法對(duì)其價(jià)值量進(jìn)行核算。為提高生態(tài)補(bǔ)償政策的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，同時(shí)從供給和風(fēng)險(xiǎn)2個(gè)維度對(duì)區(qū)域生態(tài)特征進(jìn)行分析。該方式既分辨了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要提供者，滿(mǎn)足了生態(tài)補(bǔ)償中生態(tài)保護(hù)者受益的原則[3]，同時(shí)也表征了區(qū)域存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，可及時(shí)有效地進(jìn)行補(bǔ)償，加強(qiáng)管理修復(fù)。其中生態(tài)供給從生態(tài)服務(wù)提供類(lèi)型數(shù)量和供給總價(jià)值量2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)則從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損失類(lèi)型數(shù)量和損失的總價(jià)值量2個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)估方面采用地均GDP進(jìn)行分析。研究引入生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)的概念，綜合評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)特征，即用生態(tài)供給與風(fēng)險(xiǎn)總分值除以地均GDP，并根據(jù)該指數(shù)的高低對(duì)區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償時(shí)序進(jìn)行劃分，并以此為基礎(chǔ)核算生態(tài)補(bǔ)償?shù)姆峙錂?quán)重。

圖2 基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別途徑

2.2 研究方法

2.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

采用空間分辨率為30 m的2010和2020年土地覆蓋/利用數(shù)據(jù)，將其重分類(lèi)為農(nóng)田、森林、灌叢、草地、濕地、城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村和荒地7類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型(圖1)，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn)；2010和2020年的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http:∥data.cma.cn/)，獲取洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)及其周邊氣象站點(diǎn)的逐日降水量、蒸散發(fā)量等數(shù)據(jù)，利用克里金法對(duì)其進(jìn)行插值處理，得到空間分辨率為30 m的降水量和蒸散發(fā)量柵格數(shù)據(jù)集；土壤屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心 (http:∥www.ncdc.ac.cn)[24]經(jīng)過(guò)裁剪得到；DEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)下載獲得，分辨率為90 m；2010和2020年NPP數(shù)據(jù)為研究區(qū)本地?cái)?shù)據(jù)，來(lái)源于美國(guó)航空航天局網(wǎng)站(http:∥www.nasa.gov/)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒》[25-28]；水庫(kù)工程費(fèi)用、碳固定、氧氣提供等服務(wù)價(jià)格參考地方市場(chǎng)交易價(jià)格。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值核算

(1)水源涵養(yǎng)服務(wù)：水源涵養(yǎng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)攔截滯蓄降水，增強(qiáng)土壤下滲、蓄積，涵養(yǎng)土壤水分，調(diào)節(jié)暴雨徑流和補(bǔ)充地下水，增加可利用水資源的功能[29],采用水量平衡方程計(jì)算。

(1)

式(1)中，Qwr為水源涵養(yǎng)總量，m3·a-1；Ai為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的面積，m2；Pi為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的年降水量，mm·a-1；Ri為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的年地表徑流量，mm·a-1；Ei為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)的年蒸散發(fā)量，mm·a-1。

價(jià)值量運(yùn)用市場(chǎng)價(jià)值法，以水量單價(jià)核算水源涵養(yǎng)的價(jià)值量。根據(jù)中國(guó)水權(quán)交易所水權(quán)交易價(jià)，結(jié)合洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)實(shí)際情況，確定水量單價(jià)為1元·m-3。

(2)土壤保持服務(wù)：選用生態(tài)系統(tǒng)減少的土壤侵蝕量作為生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)[29]，計(jì)算方法采用修正后的通用水土流失方程(RUSLE)計(jì)算。

(2)

式(2)中，Qsr為土壤保持總量，t·a-1；R為降水侵蝕力因子，MJ·mm·hm-2·h-1·a-1；K為土壤可蝕性因子，t·h·MJ-1·mm-1；L為坡長(zhǎng)因子；S為坡度因子；C為植被覆蓋因子。

土壤保持的價(jià)值量由2個(gè)部分組成：一是生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)保持土壤，避免了因土壤流失造成的面源污染價(jià)值；二是減少湖泊、河流和水庫(kù)的泥沙淤積所產(chǎn)生的價(jià)值[30]。前者運(yùn)用替代成本法(污染物處理成本)計(jì)算價(jià)值量，查閱《中國(guó)土系志》可知，研究區(qū)位于中南紅壤區(qū)，土壤中的主要污染物N和P的總含量分別為0.17%和0.08%，其凈化價(jià)格N為9 572.92元·t-1，P為10 000元·t-1；后者采用成本代替法(水庫(kù)清淤)核算價(jià)值為26.27元·m-3，具體核算方法如下：

(3)

式(3)中，λ為泥沙淤積的系數(shù)，取值0.24；Qsr為土壤保持總量，t·a-1；ρ為土壤容重，g·cm-3，洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為1.251 g·cm-3[31]；c為清淤水庫(kù)的費(fèi)用，元·cm-3；Ci為N和P在土壤中的含量，%；Pi為處理成本，元·t-1。

(3)洪水調(diào)蓄服務(wù)：洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)具有洪水調(diào)蓄功能的水體主要包括湖泊、沼澤和水庫(kù)，因此選用湖泊、沼澤和水庫(kù)調(diào)蓄洪水量來(lái)評(píng)估洪水調(diào)蓄功能，計(jì)算方式如下：

Cfm=Cic+Cmc+Crc，

(4)

Cic=e4.924×A1.128×3.19，

(5)

Cmc=Csws+Csr，

(6)

Csws=1×106×S，

(7)

Csr=0.3×106×S。

(8)

式(4)～(8)中，Cfm為洪水調(diào)節(jié)量，m3·a-1；Cic為湖泊洪水調(diào)蓄總量，104m3·a-1；Cmc為沼澤洪水調(diào)蓄總量，m3·a-1；Crc為水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)總量，m3·a-1，通過(guò)查詢(xún)統(tǒng)計(jì)年鑒確定[25-28]；A為湖泊面積，km2；Csws為沼澤土壤洪水期的蓄水量，m3·a-1；Csr為沼澤在洪水期的蓄水量，m3·a-1；S為沼澤面積，km2。

洪水調(diào)節(jié)的價(jià)值量通過(guò)替代成本法(水庫(kù)建設(shè)成本)核算，價(jià)值為25.89元·m-3。

(4)碳固定服務(wù)：碳固定服務(wù)是指自然生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣中的CO2合成有機(jī)質(zhì)，將碳固定在植物或土壤中的功能。實(shí)物量計(jì)算采用凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力法。

QCO2=MCO2/M×MNEP。

(9)

式(9)中，QCO2為總固碳總量，t·a-1；MCO2/MC是C轉(zhuǎn)化為CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)，等于44/12；MNEP為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，t·a-1。MNEP的數(shù)值采用NPP的系數(shù)轉(zhuǎn)化方法[31]，具體系數(shù)則根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型所處位置，對(duì)湖南和湖北分別計(jì)算。

價(jià)值量通過(guò)市場(chǎng)價(jià)值法計(jì)算，根據(jù)碳交易所價(jià)格確定為23.72 元·t-1。

(5)氧氣提供服務(wù)：生態(tài)系統(tǒng)的氧氣提供服務(wù)指植物在光合作用過(guò)程中釋放氧氣的功能[31]。選用釋氧量作為生態(tài)系統(tǒng)釋氧功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算方法如下：

Qop=MO2/MCO2×QCO2。

(10)

式(10)中，Qop為生態(tài)系統(tǒng)的釋氧量，t·a-1；MO2/MCO2為CO2轉(zhuǎn)化為O2的系數(shù)，等于32/44；QCO2為固碳總量，t·a-1。

價(jià)值量通過(guò)市場(chǎng)價(jià)值法計(jì)算，根據(jù)氧氣的價(jià)格確定為1 200 元·t-1。

(6)空氣凈化服務(wù)：生態(tài)系統(tǒng)中的植被能夠吸收、過(guò)濾、阻隔和降低大氣中污染物的濃度，從而改善區(qū)域的空氣質(zhì)量，不同的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于不同的污染物凈化能力不同。其中森林、灌叢和草地是提供空氣凈化服務(wù)的主要生態(tài)用地類(lèi)型，具備吸收SO2、NO2和滯塵的能力。相關(guān)吸收能力計(jì)算方法[32-35]如下：

(11)

式(11)中，Qap為空氣凈化總量，t·a-1；Qij為第i類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)凈化第j類(lèi)污染物的能力。

價(jià)值量通過(guò)替代成本法(污染物凈化成本)核算，定價(jià)參考國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布的《排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算辦法》,SO2、NO2和滯塵的凈化成本分別為630、630和150 元·t-1。

(7)水環(huán)境凈化服務(wù)：生態(tài)系統(tǒng)中濕地生態(tài)系統(tǒng)具有凈化水環(huán)境的功能，主要調(diào)節(jié)的污染物為COD、總氮和總磷。通過(guò)查閱文獻(xiàn)[36-37]可知，單位面積水域濕地對(duì)COD、總氮和總磷的凈化量分別為110.43、8.56和8.56 t·km-2。

價(jià)值量通過(guò)替代成本法(污染物凈化成本)核算，COD、總氮和總磷的凈化成本查閱資料確定，分別為8 000、9 572.92、10 000 元·t-1。

2.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平評(píng)價(jià)

為精細(xì)化評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給水平，對(duì)每個(gè)柵格從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量和提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量2個(gè)維度進(jìn)行評(píng)估[38-39]。首先，對(duì)每個(gè)柵格生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的大小進(jìn)行排列，根據(jù)0～30%、>30%～60%和>60%～100%的閾值范圍將其劃分為高、中、低3類(lèi)；其次，根據(jù)每個(gè)柵格提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)個(gè)數(shù)，將其劃分為低(1～2個(gè))、中(3～4個(gè))和高多樣性柵格(5～7個(gè))。最后，綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給數(shù)量，為每個(gè)柵格的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平打分(表1)，其中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)與城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)由于不提供所核算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，故評(píng)為0分。

表1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給分?jǐn)?shù)判定矩陣

2.2.4生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)水平評(píng)價(jià)

參照文獻(xiàn)[40-41]，借助ArcGIS 10.5軟件,對(duì)研究區(qū)2010和2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量變化情況進(jìn)行分析，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)減少的價(jià)值總量和數(shù)量2個(gè)維度，對(duì)研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。首先，根據(jù)每個(gè)柵格生態(tài)服務(wù)價(jià)值減少的服務(wù)類(lèi)型數(shù)量將其劃分為高(5～7個(gè))、中(3～4個(gè))和低概率退化(1～2個(gè))3類(lèi)。然后，對(duì)每個(gè)柵格的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損失量的大小進(jìn)行排列，根據(jù)0～30%、>30%～60%和>60%～100%的閾值范圍將其劃分為高、中、低生態(tài)價(jià)值損失3類(lèi)。最后，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值損失和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化情況，為每個(gè)柵格的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平打分(表2)，其中未發(fā)生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化和價(jià)值損失的柵格評(píng)為0分。

表2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)判定矩陣

2.2.5生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)

將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)等權(quán)加總，得到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給風(fēng)險(xiǎn)總分，計(jì)算方式如下：

Zi=0.5×Si+0.5×Ri。

(12)

式(12)中，Zi為各柵格生態(tài)供給風(fēng)險(xiǎn)總分值；Si為各柵格生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給分?jǐn)?shù)；Ri為各柵格生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)。

借助GIS工具，對(duì)各柵格Zi分值以縣域?yàn)閱挝贿M(jìn)行整理，得到各縣域的Zi總分值。借鑒王女杰等[15]提出的“生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)(ECPS)”方法，將縣域生態(tài)供給風(fēng)險(xiǎn)總分(Zi)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況相結(jié)合，得到生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)，該指數(shù)越大越應(yīng)優(yōu)先補(bǔ)償。

Ei=Zi/Pi。

(13)

式(13)中，Ei為各縣域生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)；Zi為各縣域生態(tài)供給風(fēng)險(xiǎn)總分值；Pi為各縣域單位面積的GDP，萬(wàn)元·km-2；Ei的數(shù)值越大，對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)男枨笤狡惹校粗?，則對(duì)生態(tài)補(bǔ)償?shù)钠惹谐潭容^低。

2.2.6生態(tài)補(bǔ)償分配權(quán)重核算

由于各縣域的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)差距較大，同時(shí)該數(shù)值符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，為避免補(bǔ)償金主要集中于少數(shù)縣域，采用以下方法進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償分配權(quán)重計(jì)算。

(14)

式(14)中，Di為各縣域生態(tài)補(bǔ)償分配權(quán)重；Ei為各縣域生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)；Zi為各縣域生態(tài)供給風(fēng)險(xiǎn)總分值。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空分布

2010和2020年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為4 417.2億和4 750.8億元。2010—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由4 417.2億增長(zhǎng)至4 750.8億元，增長(zhǎng)率為7.6%。對(duì)洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)各單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，研究區(qū)各單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值排序從大到小依次為洪水調(diào)蓄、土壤保持、水源涵養(yǎng)、水環(huán)境凈化、氧氣提供、空氣凈化和碳固定，且在2個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的排序保持不變?？傮w來(lái)看，除水環(huán)境凈化和空氣凈化分別減少0.02億和0.04億元外，其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)均有所提升。綜合來(lái)看，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合價(jià)值維持較高水平，洪水調(diào)蓄和土壤保持是價(jià)值最高的2種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型。

研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高的區(qū)域包括中部的洞庭湖濕地、東部的石門(mén)縣、桃源縣、安化縣以及西部的平江縣(圖3)，其他區(qū)域價(jià)值則較低。2010—2020年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，尤以石門(mén)縣以及中部新增濕地區(qū)最為突出。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的增長(zhǎng)主要是受益于重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)等國(guó)家政策以及退耕還林，退田還湖等區(qū)域政策的施行，研究區(qū)內(nèi)濕地面積不斷擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境也得到較好的保護(hù)改善。另一方面，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值衰退則主要發(fā)生在濕地減退的岳陽(yáng)縣、荊州區(qū)和沙市區(qū)等地。該區(qū)域由于城市化進(jìn)程高速發(fā)展，受人地關(guān)系緊張影響，開(kāi)挖邊坡等裸露面積增加，造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值衰退。安化縣與平江縣主要以森林與灌叢生態(tài)系統(tǒng)為主(圖1)，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值較高區(qū)域，但受長(zhǎng)株潭城市群對(duì)外擴(kuò)張以及氣候降水變化等影響，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值有所下降。

表3 2010—2020年洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

圖3 2010—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化情況

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給分值的空間分布

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給分值的空間分布呈現(xiàn)中心區(qū)域突出、北部較低、由外向內(nèi)逐次遞減的圈層式形態(tài)(圖4)。提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的區(qū)域中，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給分值主要以1和4分為主，占比分別為44.2%和24.9%，2、3和5分占比分別為3.4%、14.6%和11.5%。其中，高分值4～5分主要分布在東部的石門(mén)縣、桃源縣和安化縣，西南部的平江縣，以及中部的洞庭湖區(qū)域縣域。結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型分布(圖1)可以發(fā)現(xiàn),西部和東南部森林分布廣泛，提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型與服務(wù)價(jià)值都較高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分值較高。中部區(qū)域呈兩極分化，洞庭湖區(qū)以濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為主，分值較高，而中部其他的區(qū)域主要為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，服務(wù)分值低。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分值的空間分布

從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)(圖4)來(lái)看，研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分值以1～3分為主，面積占總面積的33.0%，4～5分區(qū)域僅占總面積的7.1%，區(qū)域整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)偏低，且存在明顯的時(shí)空分異。研究區(qū)東南部以及靠近城鎮(zhèn)的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高，中部湖區(qū)水域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最低。原因主要為東南部多為丘陵分布，地勢(shì)較高，對(duì)氣候降水較為敏感，且生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型以森林和灌叢為主，提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型較多的同時(shí)發(fā)生衰退的概率也較高。另一方面，該區(qū)域靠近我國(guó)城市化擴(kuò)張迅猛的長(zhǎng)株潭城市群，面臨的生態(tài)保護(hù)壓力較大。

3.4 生態(tài)補(bǔ)償分區(qū)及分配權(quán)重

將生態(tài)供給分?jǐn)?shù)與風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)進(jìn)行空間疊加等權(quán)加總(圖4)，以縣域?yàn)閱挝贿M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將結(jié)果與各縣域的地均GDP進(jìn)行運(yùn)算，得到研究區(qū)各縣域的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)。將研究區(qū)劃分為4類(lèi)生態(tài)補(bǔ)償區(qū)域(圖5)，優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)有4個(gè)，包括安化縣、平江縣、石門(mén)縣和桃源縣；次級(jí)補(bǔ)償區(qū)有9個(gè)，主要分布在研究區(qū)中部和東部；一般補(bǔ)償區(qū)有8個(gè)，主要分布在靠近中部的南北兩側(cè)，以農(nóng)田生態(tài)類(lèi)型為主的縣域；潛在補(bǔ)償區(qū)有12個(gè)，主要分布在南北兩側(cè)和中部經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的縣域。

根據(jù)式(14)計(jì)算得到優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)、次級(jí)補(bǔ)償區(qū)和一般補(bǔ)償區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償金分配權(quán)重(表4)。其中，安化縣、平江縣、石門(mén)縣和桃源縣作為優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)分配權(quán)重最大，分別為0.182、0.129、0.108和0.110，占區(qū)域權(quán)重的52.9%。次級(jí)補(bǔ)償區(qū)域和一般補(bǔ)償區(qū)的權(quán)重占比分別為33.2%和13.9%。

優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)的4個(gè)縣域生態(tài)供給和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的總分值最高(表4)，一方面該地區(qū)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，另一方面面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)壓力也較大，當(dāng)?shù)卣墓卜?wù)保障能力較差。生態(tài)補(bǔ)償?shù)耐度胗兄谔岣呖h域?qū)τ诒Ｗo(hù)現(xiàn)有高質(zhì)量生態(tài)環(huán)境的意愿，可以在一定程度上改善經(jīng)濟(jì)狀況，從而制定生態(tài)優(yōu)先的發(fā)展政策。經(jīng)過(guò)計(jì)算，該區(qū)域生態(tài)補(bǔ)償金占比總共為52.9%。

次級(jí)補(bǔ)償區(qū)和一般補(bǔ)償區(qū)主要分布在洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的中部地區(qū)，該地區(qū)的主要生態(tài)系統(tǒng)為濕地和農(nóng)田，面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不高，但具有生態(tài)安全保護(hù)的需求。因此主要從經(jīng)濟(jì)水平方面進(jìn)行考慮，其生態(tài)補(bǔ)償金占比分別為33.2%和13.9%。

潛在補(bǔ)償區(qū)主要分布在研究區(qū)南北兩端和中部經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較好的區(qū)域，該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給較低，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全的保障影響較小，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平很高。如果在生態(tài)補(bǔ)償金額不足的情況下，可以考慮從該區(qū)域收取生態(tài)補(bǔ)償金，用于維護(hù)研究區(qū)的整體生態(tài)安全。

4 討論

該研究結(jié)論與洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的研究成果[42-44]基本一致，即洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，濕地面積的增加是主要原因。另一方面，研究區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的空間分布存在一定差異，該研究確定的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于東部和南部的安化縣和平江縣，低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則為區(qū)域中心的湖區(qū)，與李姣等[23]的研究結(jié)論較為一致，但另有部分學(xué)者則認(rèn)為湖區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高[44-45]。產(chǎn)生差異的主要原因有2個(gè)方面：一是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法不同，該研究采用基于格局與過(guò)程的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估模型對(duì)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。二是評(píng)估的時(shí)期不同，之前研究時(shí)期主要集中在2000—2018年，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在此期間的特征與筆者研究時(shí)段間存在差異。同時(shí)，在生態(tài)補(bǔ)償排序方面，該研究得到的結(jié)果與實(shí)際實(shí)施方案[46-47]相比整體相似，如劃定的4個(gè)優(yōu)先補(bǔ)償縣域，在當(dāng)前已實(shí)施的生態(tài)補(bǔ)償方案中也最為靠前。另外，生態(tài)補(bǔ)償分配比例分析結(jié)果與已實(shí)施的生態(tài)補(bǔ)償方案相比略有差異，產(chǎn)生該差異的主要原因是評(píng)判指標(biāo)選取不同，已實(shí)施方案沒(méi)有綜合考慮生態(tài)供給與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，僅以生態(tài)地類(lèi)面積占比進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、風(fēng)險(xiǎn)水平和加權(quán)分?jǐn)?shù)

圖5 生態(tài)補(bǔ)償分區(qū)

研究提出了一個(gè)基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的生態(tài)補(bǔ)償空間識(shí)別研究途徑，包括針對(duì)多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的回顧性生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和供給評(píng)估，在對(duì)區(qū)域生態(tài)水平進(jìn)行更為深入全面評(píng)價(jià)的同時(shí)，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，完善生態(tài)補(bǔ)償空間的識(shí)別流程。該研究與以往的生態(tài)補(bǔ)償研究在以下4個(gè)方面進(jìn)行了補(bǔ)充改進(jìn)：

表4 生態(tài)補(bǔ)償分配權(quán)重

(1)在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，以往的生態(tài)補(bǔ)償研究中生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)所占比重較小，僅作為輔助性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)確定生態(tài)補(bǔ)償分區(qū)的影響較少[9-14]。而在該研究中，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平與生態(tài)供給能力的重要性相當(dāng)，兩者共同決定了生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先指數(shù)；同時(shí)，該研究在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法上也進(jìn)行了改進(jìn)，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量和單一生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化狀況2個(gè)維度去評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，較僅通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)[13-14]更為精準(zhǔn)。

(2)在生態(tài)供給評(píng)估方面，從區(qū)域主要供給的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出發(fā)，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和服務(wù)供給多樣性角度評(píng)估區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平。該評(píng)價(jià)方法較之前研究[16-18]增加了生態(tài)服務(wù)供給多樣性的評(píng)估，變得更加完善，視角更加全面，同時(shí)以往生態(tài)補(bǔ)償研究中[20-21]研究尺度僅停留在縣域，未涉及更加精細(xì)的研究尺度，該研究則通過(guò)增加30 m×30 m的尺度實(shí)現(xiàn)了空間制圖的精細(xì)化。

(3)在生態(tài)補(bǔ)償分區(qū)方面，由于該研究對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)供給水平的評(píng)價(jià)都從柵格尺度展開(kāi)，因此在確定生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先時(shí)序時(shí)可以根據(jù)生態(tài)補(bǔ)償區(qū)域的具體需要進(jìn)行靈活核算，較以往研究更加靈活、更具有實(shí)操性。

(4)在生態(tài)補(bǔ)償權(quán)重核算方面，目前關(guān)于生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯縖13-18]較少涉及權(quán)重的確定。該研究則在提出生態(tài)補(bǔ)償分區(qū)的同時(shí)，進(jìn)一步提出了生態(tài)補(bǔ)償區(qū)域及其權(quán)重的確定方法，為將來(lái)生態(tài)補(bǔ)償金分配政策的制定提供了新思路。

該研究也存在一定的局限，雖然采用了被廣泛認(rèn)可的評(píng)估模型并修正了評(píng)估參數(shù)，但評(píng)估結(jié)果受限于實(shí)驗(yàn)條件均沒(méi)能進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。另外，評(píng)估的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給只是潛在供給能力，考慮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流的實(shí)際供給評(píng)估可為生態(tài)補(bǔ)償分配提供更加科學(xué)的支撐。

5 結(jié)論

研究提出了一個(gè)耦合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給評(píng)估，同時(shí)結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況識(shí)別生態(tài)補(bǔ)償空間的研究途徑，并將其應(yīng)用于生態(tài)功能突出且人口密集的洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)，得出以下結(jié)論：

(1)2010和2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別為4 417.2億和4 750.8億元。2010—2020年研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，增長(zhǎng)了333.7億元，增長(zhǎng)率為7.6%，其中濕地面積增加是主要原因。

(2)將研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)水平評(píng)為0～5分，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平空間分布呈現(xiàn)中心湖區(qū)突出、北部較低、由東西向內(nèi)圈層式遞減形態(tài)；而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)水平東南部較高，中部湖區(qū)最低?？傮w來(lái)看，研究區(qū)東部和南部生態(tài)供給與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)都處于較高水平，宜優(yōu)先給予生態(tài)補(bǔ)償。

(3)將研究區(qū)劃分為4類(lèi)生態(tài)補(bǔ)償區(qū)域，優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)、次級(jí)補(bǔ)償區(qū)、一般補(bǔ)償區(qū)和潛在補(bǔ)償區(qū)。其中，研究區(qū)東部和南部的安化縣、平江縣、石門(mén)縣和桃源縣作為優(yōu)先補(bǔ)償區(qū)分配權(quán)重最大，分別為0.182、0.129、0.108和0.110。次級(jí)補(bǔ)償區(qū)和一般補(bǔ)償區(qū)的分配權(quán)重較低，分別為0.332和0.139。潛在補(bǔ)償區(qū)不參與生態(tài)補(bǔ)償?shù)姆峙洹?/p>