基于选择实验法的城市生态系统服务价值评价_生态系统论文

基于选择实验法的城市生态系统服务价值评估，本文主要内容关键词为：生态系统论文,价值评估论文,城市论文,实验法论文，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。

      中图分类号：F062.2 文献标志码：A 文章编号：1000-3037(2016)05-0767-12

      十八届三中全会提出，中国将实行自然资源有偿使用制度和生态补偿制度，用制度为生态环境保驾护航。作为人类生存发展和现代文明的基石，生态系统服务功能提供给人们的价值是巨大的[1]。然而，人类以往和当今不合理的生产和生活活动使生态系统的破坏程度加剧，导致生态系统服务功能退化，给人类的生存和发展造成极大的威胁[2]。城市生态系统是一个高度复杂的社会-经济-自然复合生态系统，由社会、经济和自然子系统复合而成[3]。毋庸置疑，当前城市化进程加快和城市发展对城市生态系统带来的影响是显著的。城市正在面临的生态功能退化、空气水体严重污染、人居环境质量恶化等问题日益凸显，也逐渐引起了人们的关注。城市生态系统服务功能相关主题成为生态经济学研究热点之一[1，3]，主要涉及城市生态系统健康评价、城市生态承载力评价、城市生态足迹分析、城市生态系统服务功能价值评估等[2，4-5]。城市是经济发展和生态环境保护冲突最激烈的地方[4]，而缓解冲突首先要对城市生态系统服务功能的价值有正确的认知。

      目前，国内外常见生态系统服务价值评估方法有：1)参数法，如直接引用或调整后引用Costanza和Daly[5]提出的全球生态系统服务价值单位面积价值系数进行价值评估[6]，或基于谢高地等[7]调整出的中国生态系统服务价值当量因子进行价值评估[8]；2)能值分析法[9]，以能量为共同的评价标准，将所有进出系统的不同形式的能量转化为太阳能值加以比较和研究[10]；3)支付意愿法[11-12]等。第一种基于实物量的价值量估算方法仍是当前使用范围最广和频率最高的方法之一，但也面临着很大争议[13-15]。很多学者尝试将环境价值评估方法引入生态系统服务价值评估中。目前环境价值评估的方法包括直接市场法、揭示偏好法和陈述偏好法。近年来研究人员更注重于对陈述偏好法的开发和应用。随着环境资源价值评估领域研究方法的不断完善，该领域研究的发展趋势是借鉴实验经济学进行环境资源的价值评估，选择实验法就是其中最重要的一种。选择实验法最初运用是在市场研究和交通运输领域[16]，直到20世纪90年代中期才逐渐被运用到环境资源问题研究中。我国引入选择实验法对环境进行经济评估起步较晚，从公开发表的文献看，2006年，翟国梁等首次将选择实验法引入我国[17]，此后该方法在旅游、消费者行为等研究领域零星出现，直至2012年以后，关于选择实验法的应用才逐渐增多[18]，截至目前，选择实验法主要应用领域为自然景观、水污染治理、食品需求、消费行为等领域，系统介绍方法原理和应用的理论期刊文献仅有一篇[19]，在生态系统服务价值评估方面应用不多。

      鉴于城市生态系统中社会子系统和经济子系统价值估计可通过直接市场价值法完成，且已有文献对城市生态系统和城市生态系统的自然子系统概念存在混用现象[3，7，9]，因此，本研究所称城市生态系统特指城市生态系统的自然子系统部分，也即城市内部自然或半自然化生态系统所提供的服务功能。基于此，本文以四川温江为例，首先，基于选择实验法，构建城市生态系统服务功能Mixed Logit模型，对居民城市生态系统服务效用函数进行拟合；然后探讨温江居民边际支付意愿即生态系统服务各属性隐含价格和居民补偿剩余；最后对温江城市生态系统服务价值进行评估。研究将进一步拓展选择实验法的应用领域，对正确认识温江城市生态系统服务价值提供借鉴思路，为区域城市生态环境改善和资源环境与经济社会协调发展提供决策依据。

      1 研究方法和研究设计

      1.1 研究区概况

      温江区地处四川省的中部，四川盆地的西部，成都平原的腹心，位于30°36′～30°52′N，103°41′～103°55′E之间，成都市中心区正西16 km处，面积为277

，下辖4街6镇(图1)。温江是我国西部花木主产区，温郫都国家生态示范区的主要组成部分，素有大成都“都市绿肺”美誉。温江生态系统服务功能的高效发挥得益于其得天独厚的自然条件和后期主导产业如花木产业，当地居民对该地区的生态环境认知程度相对较高(调查结果也证实了这一点)。因此，本文选取成都温江进行实证研究，受访者对城市生态系统服务功能较高的理解程度和认知程度有助于调研获得准确客观的数据资料，确保评估结果的准确性和可靠性。　

      图1 温江行政区划

      1.2 选择实验法

      选择实验法是基于Lancaster消费理论和随机效用理论提出的[19-20]。Lancaster消费理论认为，消费者消费某一物品/服务所获得的效用可分解为对该物品/服务的各个特征属性消费所获得的效用。随机效用理论认为，消费者会根据商品/服务特征属性水平和自身特征进行效用最大化选择。选择实验法是通过构造选择的随机效用函数，将选择问题转化为效用比较问题，用效用的最大化来表示消费者对选择集合中最优方案的选择，以达到估计模型整体参数的目的[19]。

      消费者从备选方案中选择某一商品/服务消费所获取的效用函数可表示如下：

      

      式中：

为消费者n从第i项选择中获得的总效用；

为第i项选择的系统、可观察效用部分，

取决于选项属性

和代表价格属性的指标，也可以包括个体经济社会特征；

为不可观测效用部分，即随机误差项。对于某一个选择集M，消费者n选择选项i而不选择选项j的概率为：

      

      假设其中可观测效用函数

可简化为线性函数，表达式如下：

      

      式中：C为常数项；

代表选择集中的属性及价格指标矩阵；β′为效用参数矩阵。

      MNL模型(多项分对数模型，Multinomial Logit Model)是选择实验法最常用的计量模型，其假设条件是效用函数的误差项服从Gumbel分布和独立同分布(Independent and Identically Distribution，IID)。Mixed Logit模型(也称作随机参数Logit模型，Random Parameter Logit，RPL)在此基础上放宽了IID模型假设，允许模型参数在个体间变动，即具有同样经济社会特征的人对属性特征的偏好是不同的，可用来解释异质性。Mixed Logit模型操作上更具灵活性和可信度的优势使其逐渐成为近年研究者们关注的方法之一。

      消费者选择选项i的概率即Mixed Logit模型的概率分布函数为：

      

      最常用的参数估计方法是最大似然估计法。当参数被估计出后，则可用下式表示属性特征i和属性特征j的边际替代率(MRS)：

      

      当属性特征j为价格属性时，边际替代率可导出一个边际价值的估计值(或称为隐含价格，implicit price)，这个隐含价格表示不同属性水平下边际支付意愿(Marginal WTP)，有助于反映各属性特征的相对重要性，即消费者对各属性特征的偏好差异。属性特征i的隐含价格可表示如下：

      

      另一种支付意愿的测度表达为补偿剩余(Compensating Surplus，CS)的测算，它表达的是从现状改变到某一状态水平后消费者所获得的整体效用价值量，其计算公式如下：

      

      式中：

为初始状态的效用水平；

为变化后的效用水平。

      1.3 选择实验法设计

      1.3.1 属性及属性水平确定

      在选择试验设计中，属性和属性水平的科学确定是选择实验法最终评估效果优劣的重要决定因素。在选择属性时应遵循以下原则：1)所选属性指标应具有代表性和全面性；2)所选指标应通俗易懂，属性水平设置应易于区分判断，以便受访者作出有效可靠的偏好选择；3)属性水平的最优状态设定应符合现实情况或相关标准；4)属性水平的指标数值尽量采用具有可比性的数值，以便后期构建模型的现实解释。基于此，在文献阅读和预调研的基础上，经过相关专家多轮讨论，本文从净化空气、净化水体、减降噪声、改善城市小气候、休闲娱乐文化等5个方面对温江城市生态系统服务属性特征进行描述，具体指标设置和解释见表1。

      鉴于本文重点考量温江居民对城市生态系统服务功能的支付意愿，因此各属性水平均体现为改善。为便于受访者明确支付成本的时间期限和数量以获得更客观有效的信息，结合温江区相关政府资料和国家标准，本文将支付年限设定为5a。根据以上指标水平确定原则，本文城市生态系统服务功能各属性具体指标和水平等级如表2所示。

      1.3.2 选择集确定

      根据表2所列出的城市生态系统服务功能属性及其状态水平，运用因子设计法，6个属性，其中4个3水平属性、1个4水平属性、1个6水平属性，共计可产生3×3×3×3×4×6=1 944种不同属性状态水平组合即选项。考虑到研究成本和调研的可操作性，不可能把每个选项均呈现给受访者，因此，本文采用正交试验设计(Orthogonal Experimental Design)剔除不合理选项(如改善但无支付费用的选项)和类似选项，仅保留正交项。通过SPSS软件正交化分析，最终得到25个选项，其中包括1个现状选项(或称基准状态)和24个不同程度的改善选项，设定每个选择集包含现状选项和2个随机组合的改善选项，即每个选择集为3个选项(如表3的示例选择集)，共形成12个选择集。为确保受访者有耐心并认真负责地做出选择，通过预调研和讨论，笔者将12个选择集每3个随机组合形成4种调查问卷。

      

      

      1.3.3 变量设计

      具体变量设定以及预期符号如表4所示。

      不考虑受访者个体经济社会特征变量情况下，采用计量模型表示如下：

      

      式中：

为受访者n的可观测效用，C为截距常数项，β为回归系数，x为方案属性变量。

      1.4 数据来源

      1.4.1 调研设计和问卷内容

      为获得温江居民对城市生态系统服务功能支付意愿数据，本课题组对调查者进行了调研前的培训工作，以确保受访者能够准确理解问卷内容并作出真实可靠的回答。2014年12月调查小组对温江4个街道和6个镇的本地常住居民进行了随机抽样调查，基于人口密度比例原则，抽取的样本分布如表5所示。共发放480份问卷(4种类型问卷各120份，随机发放)，回收问卷476份，整理后的有效问卷449份，回收率为99.17%，有效率为93.54%。调研问卷包括的主要内容为以下几个部分：1)城市生态系统服务功能简介；2)受访居民对温江城市生态系统服务改善的支付意愿调查(4种类型的问卷仅此部分内容不同，其他部分内容相同)；3)受访居民的经济社会特征调查；4)受访者反馈信息有效性调查。

      从问卷第四部分受访者反馈信息有效性考虑调查结果(表6)可知，本次调研结果的可信度和受访者反馈信息的有效性相对较高，对相关问题完全赞同和赞同的人数比例高达82.82%，表明受访者对问卷的理解程度通过不同侧面表现出的效果均较好，由此可以认为本次调研的反馈信息总体上是真实可靠有效的。

      1.4.2 样本描述性统计分析

      受访者居民基本特征如表7所示。数据统计结果表明，85.75%的受访者对城市生态系统服务功能的改善有支付意愿。本次调研的受访者年龄主要分布在20～50岁之间，高中(中专)和大专学历居多，收入水平主要集中在1 000～3 000元/月，样本符合正态分布，具有较好的代表性。此外，调研还发现，当地居民对该区域的感情较为深厚，对环保工作也较为支持，但是对政府的信任程度相对偏低，这一情况在一定程度上会影响到受访者是否有支付意愿以及支付意愿大小。

      

      

      

      2 实证结果与分析

      2.1 模型结果

      为了提高模型估计效率，假定所有城市生态系统服务功能属性指标均为服从正态分布的随机参数，支付成本参数被设定为固定参数。采用STATA软件对样本进行Mixed Logit模型拟合运算，结果如表8所示。不难看出，模型整体拟合程度较好，通过了统计意义的显著性检验，说明模型设定从理论上来说是合理的。

      从温江居民样本估计结果来看，无论固定参数还是随机参数，各变量回归系数均在1%的水平上显著，均通过了统计检验。从系数符号来看，支付成本

、河流污染指数

、环境噪声比

、温江最高气温比

均为负值，表明随着支付成本的提高会带来温江居民效用的降低，较高的河流污染指数和较高的环境噪声值会降低居民效用，最高气温比越高带来的效用会下降，这样的结果与前面对这些逆向指标的预测是相符的。从回归系数值来看，绝对值越大表明受访者对该属性指标偏好越大，即改善该属性可获得的边际效用越高；结果表明，受访者对各属性指标的偏好由高到低排序为：城市小气候、水环境、空气质量、城市噪声污染以及休闲娱乐文化。从随机参数的标准差来看，均满足1%水平上的显著，这说明受访者在对城市生态系统服务功能选择偏好上确实存在较显著的异质性，而Mixed Logit恰好放宽了独立同分布的假设，满足了这一现实情况而使得拟合结果更贴近现实、更具科学性。

      2.2 测算隐含价格

      由于价格指标系数为固定值，而其他生态指标参数为服从正态分布的随机参数，所以，隐含价格也服从正态分布。根据隐含价格计算公式(6)，采用STATA软件对样本中各随机参数的隐含价格进行测算，结果如表9所示。

、

和

为逆向指标，即当河流综合污染指数、环境噪声比以及夏季最高温比降低时才能带来温江居民效用的增加，符号为负是符合现实意义的。隐含价格能够较好地反映温江城市生态系统各项服务属性指标之间的损益和比较。从现实意义来看，空气质量达标天数比率

、人均公共绿地比重

每改善1%，温江居民愿意支付的成本分别为399.45和219.29元；河流综合污染指数

、环境噪声比

以及夏季最高温比

每降低1%，温江居民愿意支付的成本分别为564.03、295.25和630.81元；从各隐含价格的绝对值来看，温江居民对于城市生态系统服务功能的边际支付意愿各不相同，由高到低的意愿支付额度与前面各属性指标的偏好排序一致，也从一个侧面表明隐含价格测试结果的合理性。

      2.3 测算补偿剩余

      补偿剩余测算的是温江城市生态系统服务功能整体水平由现状改变到所有属性状态均达到本研究设定的最佳状态水平时，当地居民所愿意支付的成本。从前面的状态设定可知，温江城市生态系统各服务功能现状水平如下：空气质量达标天数比率为80%，河流综合污染指数为51%，一类地区环境噪声值超标18%(在此设置的值为118%)，夏季最高温与成都现状比为96%(即以35.5℃的成都夏季最高温为基准，温江低于其1.5℃)，人均公共绿地面积比率为67%(与国际标准人均绿地面积50

为基准)；5a内期望达到的最佳状态水平如下：空气质量达标天数为100%，河流综合污染指数下降到20%达到国家相关标准，一类地区环境噪声值达到国家相关标准即100%，温江夏季最高温与成都现状比为90%(即以35.5℃的成都夏季最高温为基准，温江低于其3.5℃)，人均公共绿地面积达到国际标准即100%。根据公式(7)可计算出温江居民人均意愿支付成本为113.59元/(人·a)。据此，根据调研问卷中有支付意愿的人占总人数的比例85.75%，可计算出温江城市生态系统服务全价值为113.59元/(人·a)×38.326万人×85.75%=3 733.08万元/a(2013年《温江统计年鉴》中温江总人口38.326万人)。

      

      

      3 结论与讨论

      3.1 结论

      1)本文从空气质量、水环境、噪声环境、城市小气候调节和休闲娱乐文化等城市生态系统所发挥服务功能的5个主要方面展开讨论，选取的各属性代表指标分别为空气质量达标天数比率、河流综合污染指数、一类地区环境噪声值比、温江夏季最高温比、人均公共绿地面积比，这些指标能够从符合选择实验法的角度反映温江的现实情况，可推广至其他城市区域。

      2)温江居民对于各城市生态系统服务功能的选择偏好和意愿支付成本数值的情况是一致的，选择偏好由高到低的排序为：城市小气候、水环境、空气质量、城市噪声污染以及休闲娱乐文化，意愿支付的成本分别为630.81、564.03、399.45、295.25和219.29元/(人·a)。温江居民对于城市小气候关注程度最高，且愿意支付较高的价格630.81元/(人·a)以改善城市小气候条件，偏好最低的为休闲娱乐文化，意愿支付成本也相对较低，为219.29元/(人·a)，这与温江的现实情况也是相符合的。温江本身是一个以旅游文化为主要产业的城市，目前拥有的绿地和公园数量相对较多，居民能够感受到的休闲娱乐文化处于一个较满意水平上，因此继续改善的意愿相对较低。

      3)根据调研数据可知，温江居民对城市生态系统服务功能的认知相对较高，对改善城市生态系统以提高其服务功能的意愿也较强烈。一方面，为实现5a内温江城市生态系统服务功能的大提升，当地居民人均支付意愿高达113.59元/(人·a)，相当于当地人均收入的0.48%(统计资料显示，2013年温江人均年收入23 658元)；另一方面，从统计结果来看，449个受访者中有385个居民表示有支付意愿，占总受访者的85.75%，仅有85个居民表示无支付意愿，且从访谈中了解到，大部分无支付意愿的居民表示不愿支付的原因是对政府预期工作的不信任，少部分人表示这部分费用应由政府承担。

      4)温江城市生态系统所发挥的服务功能价值是可观的。根据以上补偿剩余计算结果可得出温江城市生态系统服务全价值为3733.08万元，表明温江城市生态系统服务为当地居民提供的福利是巨大的，而这些非市场化的价值正是相关部门和当地居民当前被忽略掉但又十分重要的一部分价值。因此，温江政府部门应在制定相关政策时充分考虑到这部分价值，并采取适当措施恢复和增强公众信任度以得到更多的关注和支持。

      3.2 讨论

      本文将选择试验法应用于城市生态系统服务价值评估，一方面，在研究自然资源非市场价值领域进行了方法拓展，为相关研究提供了方法借鉴和参考；另一方面，城市生态系统服务价值的评估，为城市生态系统相关研究奠定了基础，为相关部门政策有效实施提供了决策支持。此外，研究还可以从以下几个方面展开进一步讨论：1)方法上，选择实验法问卷设计中的属性和属性水平设定是关系到后期模型结果和现实分析的关键环节，如何通俗易懂地将研究对象各属性特征呈现给受访者并得到可靠的反馈信息，将成为方法应用讨论的主题之一；2)内容上，应更多地从交叉学科如生态学、经济学、社会学和心理学等探讨城市生态系统相关问题，以获取更具说服力和有效性的评估结果，为政府决策提供支持。

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