水生態系統生產總值核算體系及應用

陳 默，林育青，張建云，陳求穩，李沁園

(1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074； 2.南京水利科學研究院，江蘇 南京 210029；3.長江保護與綠色發展研究院，江蘇 南京 210098； 4.河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098)

生態系統提供了人類生存和發展所需要的物質產品和服務功能，對其服務功能價值的研究愈來愈受到人們的關注。1970年以來，生態系統服務相關研究取得了顯著成效。Daily[1]研究闡明，生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成與維持的人類賴以生存的自然環境條件及其效應，并運用多種價值評估方法核算不同地區的生態系統服務功能價值。Costanza等[2]對16個生物群落中的17個生態系統服務經濟價值進行評估，包括氣候調節、水供給、營養物質循環、休閑娛樂、文化等服務功能，研究表明生態系統服務功能對人類的生存和發展具有重要的意義。因此對生態系統服務功能價值的研究也得到了更多關注。

我國學者也對生態系統服務功能價值進行深入探索和實踐應用。歐陽志云等[3]提出生態系統生產總值(gross ecosystem product, GEP)的概念，并將GEP定義為生態系統為人類生存和發展供給物質產品和服務價值總和。GEP概念提出以來，學者們分別在全國、省級、市級、縣級行政區域開展了不同尺度多項GEP核算相關研究[4-7]。2021年3月聯合國統計委員會正式將GEP納入最新的環境經濟國際核算系統，并將GEP列為生態系統服務和生態資產價值核算指標以及聯合國可持續發展2050目標的衡量指標。

水生態系統為人類提供了航運、水力發電、水質凈化、洪水調蓄、休閑娛樂等服務，對人類的生產及生活具有重要意義。目前，許多學者已對水生態系統開展相關研究[8]，并對其價值進行評估，但研究采用的核算方法及選取的核算指標缺少統一的標準[9-11]。我國社會經濟發展迅速，以往粗放式的經濟發展方式突顯出水環境污染、水生態系統退化等問題[12]。為解決以上問題，需明確水生態系統生產總值核算體系的服務功能指標及核算方法，從而開展科學評價，使之具有科學應用價值。

本文基于生態系統生產總值核算體系和水生態系統服務功能，完善了水生態系統生產總值核算體系，并進行了實例分析，以期為評價水利水電工程對水生態系統服務功能的影響提供有效方法，為水利水電工程建設、水電能源可持續開發利用提供參考。

1 水生態系統生產總值核算體系

1.1 指標篩選

研究水生態系統服務功能價值對生態系統自身及人類具有重要意義。水生態系統服務功能價值研究始于國外，但早期研究重點是水生態系統服務功能價值中的休閑娛樂指標[13-14]。20世紀末我國開始研究水生態系統服務功能價值，并相繼對河流、湖泊、水庫、濕地等不同類型的水生態系統服務功能價值進行探討。大部分研究采用不同的評價方法對不同類型的水生態系統服務功能價值進行評估，得出各服務功能價值評價指標的具體數值，但由于不同類型的水生態系統服務功能不同，相應的指標體系構建和評價方法選取也存在差異，因此最終的評價結果也不同。

本文將水生態系統服務類別確定為物質產品、調節服務和文化服務3類，基于此，研究水生態系統生產總值核算方法及步驟。通過統計分析2004—2021年中國知網和Web of Science數據庫中與水生態系統服務功能價值研究相關的文獻，得出共計28項核算指標[15-47]，如圖1所示(圖中指標圖案大小反映提及該指標的文獻比例)。從全部指標中篩選出14項相對較為通用的評價指標，并按照物質產品、調節服務和文化服務分成3類，其中，物質產品包含航運、供水、水產品和水力發電4項評價指標，調節服務包含空氣凈化、氣候調節等7項評價指標，文化服務包含休閑娛樂、景觀價值和科研教育3項評價指標。

圖1 文獻指標統計分析網絡關系Fig.1 Network relationship diagram for statistical analysis of literature indicators

根據水生態系統特征，將水生態系統分為河流、湖泊、水庫、濕地-沼澤4個類型[15]，利用篩選出的14項評價指標，結合各類型水生態系統特征，分別構建服務價值功能評價指標體系，分析選取的各類水生態系統服務功能指標。其中，航運服務功能在河流、湖泊和水庫水生態系統中均有體現，尤其在河流水生態系統中提供的物質產品價值最高，但濕地-沼澤由于其水體大多是孔隙介質中側向滲透的表層流，無法實現水路運輸，因此不具備航運功能；水力發電功能僅在水庫水生態系統中有所體現，雖然天然河流蘊藏豐富的水能資源，但其資源需人為參與進行轉化才能用以水力發電，因此河流水生態系統不具備該項功能；土壤保持是為了保持土壤的天然功能，防止人為或自然因素造成土壤侵蝕，河流在流動過程中會侵蝕河床及兩岸并攜帶部分泥沙，濕地-沼澤本身是介于陸域和水域的中間過渡地帶，因此不考慮河流和濕地-沼澤水生態系統的土壤保持功能；供水、水質凈化、休閑娛樂等其余11項服務功能在河流、湖泊、水庫和濕地-沼澤水生態系統中均有所體現。

1.2 核算方法

水生態系統生產總值核算主要包含物質量核算、價格確定、價值量核算3個部分。其中物質產品、文化服務兩大類指標物質量核算均采用統計調查法；調節服務指標物質量核算采用水量平衡法、污染物凈化模型等方法。物質產品各指標價值量核算采用市場價值法；調節服務指標中土壤保持、水質凈化、空氣凈化、固碳釋氧和氣候調節價值量采用替代成本法核算，水源涵養和洪水調蓄采用影子工程法核算；文化服務價值量核算方法分別采用旅行費用法、享樂價值法和科研投入法。具體價值量核算公式見表1。

表1 各核算指標核算方法及價值量核算公式Table 1 Calculation methods and value quantity calculation formulas for different indicators

1.3 核算步驟

參考水生態系統服務功能價值評估和生態系統生產總值核算體系，提出水生態系統生產總值核算步驟：①根據研究區域特征和核算目的劃分類型，如河流、湖泊、水庫等，劃分水生態系統評估區域；②根據研究區域服務功能，選取核算指標，確定水生態系統生產總值核算類別，包含物質產品、調節服務和文化服務三大類；③收集水生態系統生產總值核算相關數據資料，并進行整理歸納；④通過經濟核算體系、生態系統長期監測體系、模型估算等方式核算指標物質量；⑤采用現有的定價方法，確定各核算指標價格；⑥選取合適的核算方法，如市場價值法、替代成本法等，運用相應公式核算各指標價值量；⑦計算各核算指標價值量總和得到水生態系統生產總值。即水生態系統生產總值為物質產品價值、調節服務價值、文化服務價值的總和：

V=VM+VR+VC

(1)

其中

VM=VS+VWS+VAP+VH

VR=VSC+VWC+VWP+VA+VCR+VCO+VFS

VC=VLE+VLV+VRE

式中：V為水生態系統生產總值；VM為物質產品價值；VR為調節服務價值；VC為文化服務價值。

1.4 水利水電工程對水生態系統服務功能影響評價

水利水電工程建設對我國社會發展起到了重要的作用，關于水利水電工程建設對水生態系統服務功能的影響，我國學者進行了大量探索研究。以三峽工程為例，陸佑楣[48]認為三峽工程是一項有利于全球環境保護的生態工程，也為三峽庫區和湖北提供了發展機遇；潘立武等[49]認為三峽工程蓄水后，使得長江水文狀況等發生了改變，進而產生不利影響。從辯證的角度來看，興建水利水電工程可以滿足人民生活方面需求，預防洪水災害等發生，但由于改變了河流的天然水文情勢，不可避免使當地生態系統服務功能受到影響[50]。傳統的水利水電工程以社會效益和經濟效益為主，隨著我國對生態效益的日漸重視，如何定量評估水利水電工程建設對水生態系統服務功能的影響，促進兩者協調發展，是亟待解決的難題。

水生態系統服務功能價值對人類經濟社會發展有著重要的意義，但是在人類活動影響下實現其部分價值的同時，會對其他服務功能價值產生影響。本文借助水生態系統生產總值核算體系，系統地評價水利水電工程對整體水生態系統服務功能的影響。魯春霞等[51]建立了評價體系用于評估水利水電工程對河流生態系統服務功能的影響；莫創榮等[52]計算了水電能源開發導致的河流生態系統服務功能價值的變化；肖建紅等[53]建立了水壩對河流生態系統服務功能影響的評價體系，并評估了2002年全國水壩對其服務功能的影響；魏國良等[54]基于河流生態系統服務功能內涵特征，建立了一套可用于評價水電能源開發對河流生態系統服務功能影響的核算體系；Chen等[55]對小浪底水庫2000—2012年的生態效益和損失進行了綜合分析，提出了水電項目生態損益評價的了3步框架，并定量評估該項目引起的河流生態系統服務功能價值變化量；賈建輝等[56]采用功能價值法評價武江干流水電能源開發對河流生態系統服務功能的影響。雖然針對水利水電工程對不同類型水生態系統服務功能的影響已開展了部分研究，但目前尚缺乏統一的評價體系。

GEP概念的提出為評價水利水電工程對水生態系統生產總值的影響提供了思路。水利水電工程建設對水生態系統生產總值的影響存在正、負兩方面效應，為核算水利水電工程興建前后水生態系統生產總值變化量，定量評估水利水電工程對水生態系統生產總值的影響，基于水生態系統生產總值核算體系，建立如下公式：

ΔV=ΔVM+ΔVR+ΔVC

(2)

式中：ΔV為水利水電工程興建后水生態系統生產總值的變化量；ΔVM為物質產品價值變化量；ΔVR為調節服務價值變化量；ΔVC為文化服務價值變化量。

2 應用實例

向家壩水電站主要用以發電，兼具防洪、航運、灌溉、改善環境等功能，2012年該水電站首批機組投產，2015年完成建設。因此，本文核算2011年和2015年水生態系統生產總值變化量，定量評估該工程對水生態系統服務功能的影響。

2.1 物質產品價值變化量

a.航運。向家壩建成后淹沒84處礙航險灘，航道增加了300 km，設計年貨運量達到112萬t，客運量達到40萬人，提高貨運周轉量3.36億t·km、旅客周轉量1.2億人·km，貨運、客運單位均價分別為0.06元/(t?km)和0.24元/(人?km)[57]，航運服務功能價值變化量ΔVS為0.489 6億元。

b.供水。向家壩灌區一期工程多年平均引水量為7.67億m3，按照現行調水工程供水市場價格1.6元/t計算，則供水服務功能價值變化量ΔVWS為12.27億元。

c.水產品。2011年向家壩漁業資源為30.48 t，2015年向家壩漁業資源為93.21 t[58]，根據內陸水產大省的淡水產品平均價格7元/kg[57]，則水產品服務功能價值變化量ΔVAP為0.004 4億元。

d.水力發電。根據《長江年鑒(2016卷)》，向家壩2015年發電量為307億kW·h,參照云南省2015年平均上網電價0.321 6元/(kW·h)計算，則水力發電服務功能價值變化量ΔVH為98.73億元。

物質產品價值變化量為航運、供水、水產品及水力發電4項價值變化量的總和，共計111.494億元。

2.2 調節服務價值變化量

a.土壤保持。向家壩水電站2011年、2015年泥沙淤積量分別為4 150萬t和1 537.5萬t[59]，參考《水富縣國民經濟和社會發展統計》，2011年和2015年單位土壤年均效益分別為1.36元/m2和1.73元/m2，土壤密度為1.230 t/m3,土壤表土平均厚度為0.5 m，則土壤保持服務功能價值變化量ΔVSC為-0.485 2億元。

b.水源涵養。2011年該研究區產流降水量為745.29 mm，地表徑流量為0.79 mm，蒸發量為872.09 mm；2015年該研究區產流降水量為1 174.51 mm,地表徑流量為5.34 mm，蒸發量為1 012.01 mm，研究區水庫面積為95.6 km2，通過水量平衡方程計算出2011年和2015年水源涵養物質量。單位水庫庫容建設費用為6.110 7元/m3[60]，則水源涵養服務功能價值變化量ΔVWC為1.66億元。

c.水質凈化。向家壩蓮花池生活污水處理廠運行以來年平均處理污水量為87.6萬m3，單位污水處理成本約為0.7元/m3，則水質凈化服務功能價值變化量ΔVWP為0.006 1億元。

d.空氣凈化。向家壩水電站建成后每年可減少SO2排放量42萬t、NO2排放量20萬t、粉塵排放量6萬t，3種污染物單位處理成本分別為1.2元/kg，0.63元/kg和0.15元/kg，則空氣凈化服務功能價值變化量ΔVA為6.39億元。

e.氣候調節。研究區水體面積為95.6 km2，2011年和2015年平均蒸發量分別為872.09 mm和1 012.01 mm，單位體積水蒸發耗電量按2.43 GJ計算[3]，2011年單位電價取0.483元/(kW·h)，2015年單位電價取0.45元/(kW·h)，則氣候調節服務功能價值變化量ΔVCR為22.06億元。

f.固碳釋氧。2011年和2015年研究區凈初級生產力分別為899.22 g/m2和907.74 g/m2，向家壩水庫面積為95.6 km2，則2011年固碳量為14.012萬t，釋放氧氣量為10.312萬t；2015年固碳量為14.145萬t，釋放氧氣量為10.414萬t。根據國際碳稅標準770元/t及工業制氧量價格376.5元/t，估算固碳釋氧服務功能價值變化量ΔVCO為0.007 2億元。

g.洪水調蓄。向家壩防洪庫容為9.03億m3，單位水庫庫容工程造價為6.110 7元/m3[60]，則洪水調蓄服務功能變化量ΔVFS為55.18億元。

調節服務價值變化量為土壤保持、水源涵養、水質凈化、空氣凈化、氣候調節、固碳釋氧和洪水調蓄7項價值變化量的總和，共計84.815 1億元。

2.3 文化服務價值變化量

a.休閑娛樂。由于向家壩壩址位于水富縣內，因此休閑娛樂指標以水富縣年旅游收入估算。參考《水富縣國民經濟和社會發展統計》，2011年水富縣接待游客70.5萬人，旅游綜合收入2.38億元；2015年接待旅客260萬人，旅游綜合收入12.7億元。根據國家旅游局的統計，水生態系統景點旅游收入占總景點旅游收入的比例為12.3%[60],則休閑娛樂服務功能價值變化量ΔVLE為1.27億元。

b.景觀價值。根據水富縣2011年和2015年房產升值進行估算，受益面積為水富縣建城區面積12.7 km2，2011年至2015年水富縣房產平均溢價約為500元/m2，則景觀價值服務功能價值變化量ΔVLV為63.5億元。

c.科研教育。在中國知網和Web of Science數據庫全文搜索“向家壩”“Xiangjiaba”，得出2011年共發表與向家壩水電站相關論文1 283篇，2015年共發表與向家壩水電站相關論文1 059篇。根據國家統計局2011年和2015年的年度數據，2011年科研經費411.81億元，全年共發表科技論文150萬篇，則2011年單篇科技論文產出為27 454元/篇；2015年科研經費716.12億元，全年共發表科技論文164萬篇，則2015年單篇科技論文產出為43 665.9元/篇。由此估算科研教育服務功能價值變化量ΔVRE為0.110 2億元。

文化服務價值變化量為休閑娛樂、景觀價值及科研教育價值變化量的總和，共計64.880 2億元。

水生態系統生產總值變化量為物質產品、調節服務和文化服務價值變化量三者之和，則水生態系統生產總值變化量為261.189 3億元。由表2可看出向家壩水電站服務功能主要以水力發電、景觀價值、洪水調蓄、氣候調節和供水為主，與水電站自身具有的效益相符。

表2 向家壩水電站水生態系統服務功能價值變化量占比Table 2 Proportions of value variation of water ecosystem service functions of Xiangjiaba Hydropower Station

3 結 語

本文梳理了近年來國內外水生態系統服務價值核算指標與方法，構建了水生態系統生產總值核算體系，將其應用于水利水電工程建設對水生態系統服務功能影響的定量評估?？傮w而言，目前我國水生態系統生產總值核算尚處于研究初期，核算方法及體系存在諸多不足，其應用領域還需要進一步探索。水生態系統生產總值核算應針對河流、湖泊、水庫和濕地-沼澤等不同特征水生態系統類型選擇適宜的指標，并應將水生態系統生產總值核算納入水利水電工程興建前后的論證工作中，科學評估水利水電工程建設對水生態系統生產總值的影響，以推動水電能源開發與生態保護的協調發展。核算水生態系統生產總值、評估生態產品蘊含的經濟價值，有助于生態產品價值的實現，可為相關部門制定評價指標體系及政策提供科學參考，協同促進經濟社會高質量發展與生態文明建設。