改进的生态系统服务价值模型及其在生态经济评价中的应用，本文主要内容关键词为：生态系统论文,模型论文,生态论文,经济评价论文,价值论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1007-7588(2014)03-0584-10
1 引言
随着全球经济高速发展和社会全面进步，资源环境对人类生产、生活的约束作用越来越明显，世界各国都不同程度地面临着资源枯竭和环境恶化的严重问题。在这一背景下，近年来生态系统服务价值评价研究已成为生态经济学、环境经济学等相关学科领域研究的热点问题之一。由于生态系统兼具复杂性和不确定性特征，使得生态系统服务价值评价一直是生态学、地理学等学科领域研究的前沿课题和难题之一。自1997年Daily、Constanza等提出全球生态系统服务价值概念及其计算方法以来[1,2]，国、内外学者在全球不同尺度范围内，展开了广泛的生态系统服务价值研究并取得丰富成果[3-5]，不仅促进了全球资源、环境价值评价工作，同时也促进了生态经济学、环境经济学等相关学科的发展和进步[6-8]。
生态系统服务价值是生态系统为维持人类生存所提供的自然环境条件及效用，既包括为人类提供物质产品、文化娱乐服务等直接利用价值，也包括维持生态平衡、保护环境等间接利用价值[2]，服务范围涵盖国民生产各个部门。由于生态系统是一个具有区域性和随机性的结构复杂的巨系统，没有成熟和统一的价值体系评价标准，研究过程中多利用市场价值法、影子工程法、机会成本法等替代方法计算，以致得出的生态系统服务价值结果往往偏大、因此其可靠性常常为人所质疑，使其在实践应用中常常遇到困难[7]；加之由于人们对“价值”的考量往往具有一定的主观性，因此评价过程也容易受到一定程度的人为因素影响，评价结果不能很好地体现生态系统具有的阈值和动态性特征[5]。另外，由于生态系统与自然资源、经济环境一起构成具有多重反馈、开放型的非线性巨系统，系统内部机制模糊，导致基于传统方法得出的静态评价对实践的指导作用受到很大限制，因此难于在生产实践中进一步推广应用[9]。
本文结合我国经济社会发展现状，基于生态系统服务价值具有的地域性、动态性及其不可简单叠加的突变性和非线性特征考虑，引入突变理论和突变级数法对其价值进行评价，提出各类土地生态系统服务价值评价的转换、均衡及利用效率模型。在此基础上将其结果应用到有关绿色GDP核算与评价中，以2012年中国大陆省区为例，对改进后的生态系统服务价值模型的科学性和实用性进行实证分析，旨在为从总量和质量两个视角对我国的生态经济进行定量分析与评价提供一种新的思路及切实可行的工具。
2 研究方法
2.1 中国陆地生态系统服务价值的修正算法
由于生态系统及生态系统服务类型具有一定空间异质性，全球的生态系统服务价值核算是从点上估计和推算得出的，因此不可避免地存在一定误差，需要在区域尺度上进行更为精细的估算[10]。为提高生态系统服务价值评价结果在实践应用中的科学性，谢高地等结合我国的资源禀赋及生产力发展水平等实际情况，通过广泛调查研究提出了计算我国各类陆地生态系统服务价值的修正算法[11]，在国内有关生态系统服务价值评价研究中被广泛应用。利用这一方法，依据国家统计局、国家发改委公布的2012年我国平均粮食单产
及原粮市场平均价格2.358元/kg，计算出2012年我国各类土地生态系统的服务价值如表1所示[12，13]。
从表1可以看出单位面积各类土地的各种生态服务价值之间差异较大，体现了不同类型资源禀赋价值潜力之间的巨大差距以及各种生态系统服务功能的异质性和特殊性。但是，由于生态系统的服务功能强弱不仅仅取决于生态系统类型，还与该种类型生态系统的生物量、地理位置等有直接关系[14]，而且生态系统内部各因子、各单元之间存在着复杂的动态联系、各类服务价值相互耦合，因此如果简单地应用横向或者纵向线性叠加的方法对各类生态系统的综合价值进行评价[15]，是不准确、也是不科学的[10]。
2.2 突变理论及突变模型
突变理论是Thom基于奇点理论和稳定性理论建立的用于研究不连续运动过程的数学理论，通过建立微分方程与函数之间联系的方法对梯度系统中的奇点进行分类，揭示远离平衡的系统通过自组织恢复平衡的过程；突变模型能够给出系统处于稳定状态下的参数区域，当参数缓慢变化时系统的稳定状态是渐变和量变的，当参数通过某些特定位置时系统状态发生突变和质变的，能够对多因素控制的、内部机理复杂的非线性运动系统做出全面的科学评价。
由于生态系统具有分岔现象和突变性特征[15，16]，因此不同类型的生态系统服务价值之间也存在着相互促进、相互制约的非线性关系；另外，由于“价值”概念具有一定主观性，因此人们对生态系统服务价值的认识与评价往往也是多重的[10-15]。突变模型能够对评价目标进行多层次分解，利用突变理论与模糊数学相结合产生突变模糊隶属函数，再由归一公式进行综合量化运算，最后归一为一个参数，进而得出待评目标的总隶属函数，据此进行综合评价。由于该方法只需考虑各评价指标的相对重要性而无需计算具体指标权重，因此既能够减少评价过程中的主观性，又不失科学性、合理性。鉴于此，本文引入突变理论和突变模型对生态系统服务价值进行评价。
2.2.1 构建评价指标体系 首先依据评价目的对评价指标进行多层次分解，构建评价指标体系的递阶层次结构。生态系统服务价值没有统一的分类标准，本文从资源经济、生态经济及环境经济学视角对表1中各指标进行分类，结合我国当前经济社会及生产力发展水平等客观实际、采用Delphi法确定各级评价指标的权重，按重要指标在前、次要指标在后的顺序排列，如表2所示。
2.2.2 原始数据标准化 原始数据只需知道底层指标值并对其进行标准化。为使正向指标和负向指标具有可比性，需将原始指标输入值分别通过越大越优型、越小越优型隶属度函数进行无量纲化、标准化处理，其标准化公式为：
式中U为标准化处理后的指标值；X为指标原始输入值；
分别为指标的上、下阈值，实际评价时各定量指标的上、下界可根据具体情况确定，本文在指标最大、最小值的基础上分别增、减10%作为该定量指标的上、下限。
2.2.3 选择突变模型 按照突变理论，系统受到干扰后从一种稳定组态跃变到另一种组态的不连续过程可以由某种特定形状的几何图形表示，不同类型系统对应不同的势函数。根据势函数对系统的临界点进行分类，对分岔集进行归一化处理，最终得到各级指标的突变模糊隶属度，从而实现对临界点附近的非连续性变化特征进行分析和评价。常用的突变系统有折叠型、尖顶型、燕尾型和蝴蝶型等突变模型，分别对应于把评价指标分解为1～4个子指标，相关公式如表3所示。
2.2.4 确定评价原则 控制变量相对重要性因其对状态变量的控制作用大小而异，尖点型、燕尾型突变模型的控制变量权重顺序分别为a＞b、a＞b＞c，分别与表2中自上而下的顺序对应。评价过程中还需根据状态变量之间的关联程度确定决策原则。如果各指标之间联系不明显或是相互独立的关系，则按“大中取小”的非互补性原则进行决策；如果各指标间彼此存在联系、具有一定的相互促进作用，则按互补性原则(取平均值代替)决策，最后对总指标按由大到小的顺序进行排序、等级划分及分析等。由于生态系统服务各功能之间存在着广泛联系、相互之间具有一定的促进或制约作用，所以本次评价按互补性原则进行决策，取下级指标平均值向上级指标逐级计算。
2.3 基于突变理论的生态系统服务价值评价模型
生态系统是开放型的耗散结构有机体，根据热力学第2定律可知其系统能量不可能被100%利用，本文据此提出耕地生态系统服务价值转换因子t的定义：单位面积耕地年均生态系统服务价值与其年均产粮经济价值之比，用以衡量耕地生态系统服务价值的转化效率，据表1可得：t=1.2334×
/(5299×2.358)=0.9871。
为了将其他类型土地生态系统服务价值与耕地相比较，定义生态系统服务价值均衡因子
为各类土地(i=1～6，分别代表耕地、林地、草地、湿地、水域及未利用地，下同)与耕地之间单位面积的生态系统服务价值之比，通过各类土地生态系统服务价值总隶属度(即其优属度，表征生态系统整体服务价值水平，隶属度越大表明生态系统服务价值水平越高)、利用公式(3)计算：
式中
分别为第i类土地的生态系统服务价值均衡因子、生态系统服务总价值的突变隶属度。
据此得出各类土地单位面积的生态系统服务价值的综合核算模型如公式(4)所示：
式中
为第i类土地生态系统单位面积的生态系统服务综合价值
为我国原粮市场平均价格(元/kg)；y为粮食平均单产
。
为了衡量各类土地生态系统在为人类生产、生活提供服务过程中由环境降级损失等导致的不可恢复的自身价值贬值程度，提出生态系统贬值率模型如公式(5)所示；为了衡量人类生产、生活过程中通过消耗资源从生态系统获得的服务价值，提出生态系统贡献率模型如公式(6)所示：
式中贬值率
为第i类土地在为人类提供生态系统服务过程由环境降级造成的永久性成本损失率，其值越大表示生态系统服务价值贬值越多；贡献率
表示第i类土地生态系统为人类提供产品和服务的效率，即人类对第i类土地生态系统服务价值的有效利用率，其值越大表示该生态系统对人类的贡献越大，自身的消耗成本越大。
2.4 基于生态系统服务价值的绿色GDP核算与评价模型
国内生产总值(GDP)是联合国统计委员会提出的国民经济核算体系(SNA)中衡量国民经济发展规模与宏观经济效益的重要指标之一，是一个国家或地区所有常住单位在一个核算期内生产或提供的最终货物与服务的总价值；绿色GDP核算是从按传统方法核算的GDP中扣除经济活动的中间消耗及中间投入成本，衡量当期新创造产品及服务的总价值[17]。绿色GDP不仅能够体现生态经济的增长数量、也能够反映社会的发展质量，因此常常被形象地称为GDP的绿色革命，作为衡量一个国家或地区真实国民财富的科学方法，有利于明晰经济与社会发展的真实成本及净福利[18]。由于中间消耗及中间投入成本往往没有相应的实物形态，使其核算工作相对复杂和困难。
单位GDP能耗是一定时期内一个国家或地区每生产1个单位国内(地区)生产总值所消耗的能源的表征量(一般以“t标煤/万元”为单位)，能够在一定程度上反映一个国家或地区经济发展与能源消费的强度关系：单位GDP能耗越大，表征经济发展对能源的依赖程度越高；反之越小。由于这一概念中的“能源”是指狭义上的一次能源(可从自然界中直接获取或通过一定加工手段即可直接利用的资源)不能全面地衡量国民经济与社会发展对其他生态资源、环境资源的消费强度和依赖程度。本文在借鉴前述有关自然资产绿色核算概念的基础上，将生态系统服务价值纳入到自然资本核算体系[5，8]，提出公式(7)、公式(8)所示基于生态系统服务价值理论的资源消耗及环境损失成本核算模型；同时，分别从总量和强度的视角提出如公式(9)-公式(12)所示的、基于生态系统服务理论的绿色GDP核算与评价模型，以进一步对改进生态系统服务价值模型的科学性和实用性给予验证。
式中RCV为区域国民经济与社会发展中的资源消耗成本(元)；EDV为具有固定资产折旧性质的环境损失成本(元)；GeGDP为从传统国内生产总值中扣除资源消耗成本的绿色GDP总值(元)；EDP为从绿色GDP总值中扣除环境损失成本的绿色GDP净值(即经过环境调整的国内生产总值，元)；RCGp为每万元GDP的资源消耗成本(t标准煤)；EDGp为每万元GDP的环境损失成本(t标准煤)；
为区域第i类土地的总面积(
)；p为标煤单价(元)；GDP为按生产法核算的传统国内生产总值。
3 实证分析
3.1 改进生态系统服务价值模型的科学性分析
如果按照表1通过纵向叠加求和的方法计算各类土地单位面积的生态系统服务总价值，以2012年我国耕地、林地、草地、湿地、水域及未利用地的单位面积生态系统服务总价值为例，结果分别为1.23万元、3.90万元、1.29万元、11.19万元、7.51万元、0.08万元，可以看出单位面积的湿地、水域、林地生态系统服务总价值分别为耕地生态系统的9.1、6.1和3.2倍。实际上，由于市场失效或者价格空缺，上述评价结果容易引起争议，尤其是未利用地的评价结果显得偏低(仅为耕地的6.5%)，对冰川雪被、荒漠等未利用地的服务功能认识不足[11]，致其指导生产实践的实用性受到限制。
利用公式(1)对表1中各指标值进行标准化处理，按表2所示分类体系选取相应突变模型(表3)计算指标层中各类土地生态系统服务价值的突变隶属度，然后按照互补性原则进一步计算准则层及目标层总指标的突变隶属度，结果如表4所示。
依据公式(3)及表4所得结果计算，可得耕地、林地、草地、湿地、水域及未利用地的生态系统服务价值均衡因子
分别为1.000 0、1.127 5、0.956 2、1.119 8、1.004 9和0.588 8。可以看出，利用突变模型得出的林地、湿地及水域生态系统服务价值的总隶属度(优属度)仍然高于耕地，草地生态系统服务价值与耕地基本相当，尤其是未利用地的生态系统服务价值提高幅度较大，体现其巨大的生态价值和环境价值。如仍以耕地生态系统服务价值1.23万元/为基准、参照上述均衡因子计算林地、草地、湿地、水域及未利用地的单位面积生态系统服务价值依次为139万元、1.18万元、1.38万元、1.24万元和0.72万元，整体上缩小了与耕地生态系统服务价值之间的差距。因此，基于各类生态系统的非线性、复杂性考虑，通过突变模型对各类、各单项生态系统服务价值当量因子进行标准化处理，能够充分体现生态系统的动态性又不失其完整性，评价结果更加符合现阶段我国生产力发展水平的客观实际。
3.2 改进生态系统服务价值模型的实用性和可靠性分析
依据国家发展和改革委员会、国家统计局公布的2012年我国大陆31个省区粮食单产、市场原粮平均单价、标煤单价(秦皇岛港5500大卡市场原煤平仓价)及地区国内生产总值、土地面积数据[19-23]，利用公式(7)-公式(12)计算各省区国民经济与社会发展过程中的资源消耗成本、环境损失成本、绿色GDP总值、绿色GDP净值、万元GDP资源消耗、万元GDP环境损失成本见表5；为便于比较，根据国家统计局等部门公布的有关年度我国大陆省区(西藏数据缺失)每万元GDP能耗及本文得出2012年相关省区资源消耗及环境损失(资源环境成本)，绘制二者的合计值、拟合趋势对比图如图1所示。
图1 2006-2011年我国大陆省区单位GDP能耗与2012年单位GDP资源环境成本对比
从表5可以看出，2012年西藏、青海、新疆的绿色GDP净值、绿色GDP总值均为负数，表明上述3个省区经环境调整的地区国内生产总值以及扣除资源消耗成本的真实GDP实际上处于负增长状态，地区生产力发展水平亟待提高；2012年我国大陆省区万元GDP资源消耗及环境损失成本(RCV与EDV合计值，下同)低于2t标准煤的省区只有13个、不足大陆省区数量的42%，这部分地区除重庆外，北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、安徽、福建、山东、河南、广东等省市均位于我国东部地区；万元GDP资源消耗及环境损失成本高于2t标准煤的省区基本位于我国中、西部地区或相对落后的沿海省区(广西、海南)。上述结果表明我国自然资源相对丰富的中、西部省区国民经济与社会发展对资源、环境的依赖强度相对较高[18]，一方面通过向东部省区输送大量能源、资源带动地方经济发展，另一方面，高强度能源开发也导致区域生态退化、环境污染甚至资源耗竭。从总量上来看，以北京为例、该地区资源环境总成本由2004年的116.52亿元增加到2012年的209.57亿元，在国民经济与社会发展取得进步的同时，以往8年之中资源消耗及环境损失成本几乎翻番[24]；从全国来看[25]，我国资源环境总成本占国民经济的比重由2004年的7.45%降到2008年的5.44%，2012年则攀升至20.39%，先降后升的变化趋势体现了近年来我国在生态环境效益与经济社会发展之间的艰难抉择与政策权衡。
由文献[23]得出的结果可知2006-2011年我国大陆省区万元国内生产总值能耗整体上呈现逐年下降趋势，表明随着产业结构调整、节能减排工作的持续推进，近年来我国经济增长高度依赖于能源消费的形势逐渐缓解。通过图1可以看出，本文基于生态系统的整体性视角得出的各省区单位GDP资源消耗及环境损失成本合计值的拟合趋势与之基本相同，内蒙古、甘肃、青海、新疆等4省区2012年资源消耗及环境损失成本较之前6年的能耗合计值要高，经济结构的消费型导向比较明显[18]；由公式(7)-公式(8)的定义及万元GDP能耗的定义可知，从理论上来说本文得出的结果内在地包含了一次能源消耗，因此能够比较全面地衡量每创造1个单位的社会财富需要消耗的真实发展成本，可以更准确地体现国民福利的真实收益水平，也能够间接反映不同地区的节能减排措施及生态恢复、环境保护工作取得的成效：图1表明，尽管从单位国内生产总值的能源消耗强度来看我国整体经济发展形势可喜，但从宏观上来看形势依然严峻，“调结构、稳增长”的改革之路依然任重道远；当前，我国亟待通过积极完善有关生态恢复、补偿及环境保护措施，努力纠正现有地方政府干部政绩考核方式等，不断地提高自然资源尤其是各种非可再生资源的利用效率，借此推动国民经济与社会发展向资源节约、环境友好的方向稳步前进。
4 结论与讨论
4.1 结论
(1)本文利用中国陆地生态系统服务价值当量因子表计算出2012年我国单位面积耕地、林地、草地、湿地、水域及未利用地的生态系统服务价值，结合生态系统的突变性和非线性特征考虑，引入突变理论和突变模型对其进行分析与改进，提出了生态系统服务价值转换因子、均衡因子以及生态系统贡献率、生态系统贬值率等生态系统服务价值评价模型，模型方法科学合理、简便实用；
(2)提出基于生态系统服务价值理论的绿色GDP核算与评价模型，计算出2012年我国大陆31个省区资源消耗及环境损失成本、绿色GDP总值及净值、万元GDP资源消耗及环境损失等，整体上与我国现阶段经济社会发展以及生产力发展水平等客观实际相符合，模型具有较高可靠性和普遍适用性。
4.2 讨论
需要指出的是，由于生态系统服务价值评价固有的局限和区确定性因素的存在，因此本文的改进和实例应用研究仍然属于尝试性工作，今后还需就评价方法的科学性、评价对象的空间异质性、评价结果的精确度等进行不同层次、不同尺度的实证分析。但是，从2012年我国大陆各省区的实证结果来看，本文基于突变理论改进的生态系统服务价值模型及有关绿色GDP核算与评价模型，评价结果还是比较可靠的，且便于推广应用，为明晰我国国民经济与社会发展的真实成本及收益等提供了新的思路和方法。
按照系统动力学观点，生态系统具有分岔(bifurcation)现象，即当系统参数发生改变并经过某一临界值时，系统的定性状态(如平衡状态或周期运动的数目和稳定性等)会突然发生变化[16]，从而导致系统的结构和功能发生质变，生态系统服务价值也随之改变。与以往通过线性叠加进行生态系统服务价值核算的方法比较[26，27]，本文以谢高地等提出的基于专家知识的生态系统服务价值化方法为基础，采用中国陆地生态系统服务价值当量因子与突变模型相结合的方式，提出的生态系统服务价值核算模型能够充分体现了各类生态系统、各种生态系统服务价值之间相互促进、相互制约的非线性耦合关系，也间接体现了生态系统具有的阈值性、分岔性和突变性特征[15]；与文献[11]相比，本文得出湿地和林地生态系统服务价值较之前相对降低，雪被、荒漠等未利用地生态系统服务价值评价结果显著提高，受此影响，西藏、青海及新疆等省区的资源消耗及环境损失成本核算结果相对较高，这也是导致上述3地绿色GDP呈现负增长的原因之一。鉴于现阶段我国稀缺资源的市场需求、生产力水平等均较当时(2002年)有显著提高，因此可以认为上述评价结果体现了我国青藏高原等西北内陆土地资源的巨大价值潜力(文献[11]的评价结果显示青藏高原生态资产价值占全国的17.68%)及其对中国乃至亚洲的生态屏障作用[18]；按照文献[27]提出的方法及有关CPI数据将本文得出的2012年中国大陆各省区资源消耗及环境损失成本的合计值换算成1999年可比价为96 958.92亿元，结果略高于文献[27]得出的2000年、2008年中国陆地生态系统服务总价值(1999年可比价)，也略高于文献[26]得出的1994年中国大陆各省区生态系统服务价值的合计值，从各省区间的差距来看整体趋势与相关文献比较一致。同样，结果偏高的原因主要是来自西部省区的“贡献”，也符合近年来西部地区经济发展及我国国民经济与社会发展的整体趋势。
随着全球人口不断增加，人类生产、生活对全球生态系统的负面影响逐步加深，资源与环境对经济与社会发展的约束作用逐渐显现，因此权衡不同区域生态系统服务的消费、分配与补偿问题日益成为学术界探讨的热点[5，8，15]。参考以往的研究成果可以看出，区域生态系统服务价值的单位为“美元或元/公顷·年”，即生态系统服务价值每年都能够得到更新或再生，因此与那些能够被人类以最终产品形式直接利用的价值相比，实际上这些以存在价值形式作为中间投入被人们在生产、生活中间接利用和消耗的生态系统服务价值更容易被忽视。本文在上述有关理论认识和假设的基础上，尝试从生态经济学的视角将自然资产消耗和环境污染损失成本等纳入到国民经济核算体系进行科学的综合评价：较之以往基于实物流视角、利用调整系数法从相对角度进行绿色GDP核算的方法比较[28]，本文按照自然资产的绿色核算思路，基于货币流视角直接从传统GDP中扣除资源消耗及环境损失成本，因此核算过程最大限度地避免了主观赋权等人为因素的影响、提高了核算结果的可靠性；与以往通过市场价值及影子工程等替代方法进行资源消耗、环境损失成本核算的研究方法相比[29]，本文从生态系统支撑国民经济与社会发展的宏观视角进行绿色GDP核算，评价过程中避免了选取指标的不确定性、减少了可得数据的条件限制等，因此从理论上来说考虑更加全面，而且数据易得、核算过程简便，评价结果比较直观地体现了近年来我国国民经济与社会发展整体趋势及有关省区的生产力发展现状水平等客观实际，使其实用性得到提高。
修订日期：2013-12-20