基于水足跡的黃河流域生態補償標準研究

焦士興, 劉家樂, 王安周, 趙榮欽, 李中軒, 尹義星, 劉靜靜

(1.安陽師范學院 資源環境與旅游學院, 河南 安陽 455002; 2.洛陽市第十九中學, 河南 洛陽 471000; 3.華北水利水電大學 測繪與地理信息學院, 河南 鄭州 450046;4.許昌學院 城市與環境學院,河南 許昌 461000; 5.南京信息工程大學 水文與水資源工程學院, 江蘇 南京 210044)

1 研究背景

水是生命之源、生存之本、生產之要和生態之基。黃河流域作為國家重要生態屏障、高質量發展試驗區、文化傳承保護的重要區域,存在著水資源短缺、利用效率低及環境承載力弱等問題[1],尤其是面臨著經濟發展和生態保護的雙重壓力。2020年國務院印發了《支持引導黃河全流域建立橫向生態補償機制試點實施方案》,促進了黃河流域聯防聯控和協作共治,從而為推動流域生態保護與高質量發展建立了戰略發展機制。

針對流域生態補償,國內外學者開展了系統的研究。國外研究主要集中于生態效益、價值評估等方面,Tonetti等[2]和Zbinden等[3]指出水生態補償是水生態服務交易的一種形式;Pagiola等[4]和Savy等[5]認為水生態補償的主要目的是保護、恢復或補償水資源的生態功能或生態價值;Tietenberg[6]強調生態效益評估需從水資源使用和非使用價值以及選擇價值3個方面考慮;Turner等[7]則構建了生態系統服務框架,從而為評估生態服務功能的價值奠定了基礎。目前,國內研究主要集中在補償機制、補償效應和補償政策等方面,楊玉霞等[8]認為水生態存在實踐研究不足等問題,補償機制應從原則、內容和資金等方面構建;賀輝[9]指出黃河流域存在地方補償分散等問題,應構建協同治理模式;馬軍旗等[10]認為生態補償政策的實施發揮了激勵效應,改善了水環境;趙晶晶等[11]認為“多主體協同”在生態補償中發揮了不同作用,對生態效應具有正向影響;張棟[12]認為應以市場機制為導向形成協同化、多元參與的生態補償制度;楚道文[13]探討了流域橫向生態補償制度的三重進階;吳鳳平等[14]認為不同補償政策都能對生態環境和經濟發展起到促進作用;胡東濱等[15]探討了流域橫向生態補償政策的水環境效益,認為其變化具有顯著結構差異性;何東曉等[16]探討了流域水生態補償的標準、模式和挑戰,認為應加強流域水生態補償模式的研究;靳樂山等[17]指出生態補償模式的選擇應從地方實際出發;王奕淇等[18]認為流域下游給予上游合理補償,才能促進流域協調發展;沈滿洪等[19]認為應完善并推廣新安江流域生態補償模式。此外,何慧爽等[20]、張伊華[21]還開展了補償標準預測方面的研究。

綜上所述,國內外生態補償的研究主要集中于機制、制度和模式等方面,但涉及黃河流域具體量化標準的研究較為缺乏。因此,為響應“讓黃河成為造福人民的幸福河”的號召,在滿足黃河流域用水需求的同時,應盡量減少因水資源利用而造成的生態破壞和經濟發展滯后問題。研究黃河流域生態補償標準,提供生態補償理論依據,能夠確保黃河流域協調持續發展?；诖?本文采用水足跡模型開展黃河流域水資源生態補償的研究,通過分析生態補償機制的補償主、客體,定量計算生態補償標準,進而為區域補償機制的建立提供理論支撐。

2 研究思路與方法

2.1 基本概念

生態補償是人類活動對生態系統造成損害之后,為恢復其功能或原狀而投入的經濟和物質補償,目的是依托經濟手段實現經濟利益外部性的“內部化”。在生態服務的交易中,受益者向生態服務提供者支付必要的費用,即生態補償[22]?；诖?屬于保護者的一方可向屬于受益者的一方提供水資源服務,受益方則需向保護者提供包括資金、物質等多種形式的實質性報酬,從而達到優勢互補和實現區域協調發展的目的。

2.2 確認主體和客體

水足跡是從消費的角度評估對水資源的占有情況,將其與相應水資源擁有量做比較,即可評價該區域的水資源盈余狀況[23]。在特定時段、特定區域內,依據總水足跡與可用水資源總量之差,判定水資源狀況為“盈余”或“赤字”[24]。若為“盈余”則判定為區域補償客體獲得補償,否則為區域補償的主體需支付補償金額。

2.3 確認補償額度

基于水足跡模型,綜合分析黃河流域水資源的經濟價值,從而確定補償額度,使補償標準更具參考價值和實際意義。

3 流域生態補償模型構建

3.1 水足跡計算模型構建

2002年荷蘭學者提出了水足跡(water footprint)概念,現已成為評估水資源消耗強度的有效工具,在國內外得到廣泛應用[25]。其原理是基于評估區域內水資源利用情況,即借用面積大小來表示人類活動和資源消費對自然系統造成的壓力及占用情況。其計算模型如下[26-27]:

WFtotal=WFinside+WFexternal

=WFagri+WFindu+WFlife+WFecol+WFimport-WFexport

(1)

式中:WFtotal為區域總水足跡,即一定時期內區域所消耗的水資源總量,108m3;WFinside為內部水足跡,即區域在生產或服務過程中所消耗的水資源量,108m3;WFexternal為外部水足跡,即區域在一定時期內進口虛擬水總量,108m3;WFagri為農業水足跡,108m3,由各類單位農產品虛擬水含量與其產量之積并求和所得[28],108m3;WFindu、WFlife、WFecol分別為工業、生活、生態水足跡,108m3;WFimport、WFexport分別為進口、出口虛擬水足跡,108m3,分別通過計算萬元GDP用水量(108m3)與年進口、出口貿易總值(104元)之積得到[29]。

外部水足跡計算方法如下:

WFexternal=WFimport-WFre-export

(2)

式中:WFre-export為區域一定時期內從外部進口再出口的虛擬水總量[24],108m3。

3.2 生態補償計算模型

依據補償主體和客體確認補償標準。流域生態補償計算模型為[30]:

Ci=(RWCi-WFPi)·K·α(WFPi

(3)

Cj=(WFPj-RWCj)·K·α(WFPj>RWCj)

(4)

式中:Ci為補償客體應得補償標準,108元 ;Cj為補償主體需要支付的補償標準,108元 ;RWC為可用水資源總量,108m3;WFP為總水足跡,108m3;K為單位水資源經濟價值,取黃河流域水資源征收價格平均值,2011—2015年、2016年、2017年和2018—2020年分別為2.28、2.19、2.39和2.44元/m3(黃河流域單位水資源經濟價值來自中國水網);α為生態補償修正系數,取值為0.8[24],其核算需要考慮經濟發展水平等因素[30-31];i、j分別表示補償客體和主體省份。

3.3 數據來源與處理

研究數據包括:可用水資源總量、農產品和畜牧產品產量、工業用水量、生活用水量、生態用水量、年出口貿易總值、年進口貿易總值和萬元GDP用水量等8個數據。其中,黃河流域9省(區)可用水資源總量等7個數據來自《中國統計年鑒》;萬元GDP用水量來自《中國水資源公報》;單位水資源經濟價值來自中國水網。黃河流域9省(區)農業水足跡主要通過虛擬水量的計算獲取,各農產品和畜牧產品的單位虛擬水含量參考孫才志等[32]的研究成果,如表1所示。

表1 黃河流域農產品和畜牧產品的單位虛擬水含量 m3/kg

4 結果與分析

4.1 黃河流域水足跡動態變化

根據黃河流域用水量等相關數據,利用公式(1)和(2)計算2011—2020年流域總水足跡,結果見表2。

表2 2011—2020年黃河流域水足跡計算結果 108 m3

由表2可知,2011—2020年黃河流域水足跡整體呈現增長態勢,表明該時段內水資源消耗量不斷增長。2011—2020年黃河流域總水足跡由5 881.52×108m3增至6 497.33×108m3,年均增長約68.42×108m3,這主要歸因于黃河流域虛擬水視角下的糧食生產耗水量呈波動上升態勢[33];同時,農產品產量由2011年的約3.50×108t增長到了2020年的4.10×108t,年均增長約0.067×108t。糧食產量的增加勢必會導致對農業水資源需求量的增加。從黃河流域水足跡構成的年均值來看,農業水足跡>工業水足跡>生活水足跡>出口虛擬水足跡>進口虛擬水足跡>生態水足跡。其中,農業水足跡占構成總量的88.88%,進口和出口虛擬水足跡分別占2.19%、2.32%,工業、生活和生態水足跡分別占2.97%、2.66%、0.98%。

4.2 黃河流域生態補償標準及動態變化

在黃河流域9省(區)指標處理基礎上,利用公式(1)～(4)計算2011—2020年流域生態補償標準,結果見表3。

表3 2011—2020年黃河流域水生態補償標準計算結果

表3表明,黃河流域生態補償標準存在波動變化且為補償主體。2011—2020年黃河流域生態補償標準年均值為1 772.51×108元,大于和小于平均標準的年份各占一半。2015年補償標準最高,達3 415.42×108元,原因在于2015年可用水資源總量為10年中最低,僅為4 403.80×108m3,客觀上加劇了對其他地區水資源的需求量。2019年黃河流域生態保護和高質量發展座談會召開后,加大了生態保護力度,綠色發展、可持續發展理念更加得以重視,故生態補償標準有了明顯下降,2020年為10年中最低,僅為12.75×108元。黃河流域2011—2020年間歷年水資源均呈現赤字狀態,說明該區域水資源相對短缺,應被判定為生態補償的主體并支付補償。

4.3 黃河流域9省(區)生態補償身份和補償標準及其動態變化

在黃河流域生態補償指標處理的基礎上,利用公式(1)～(4)計算補償標準,判定補償主、客體身份,結果見表4。

表4 2011—2020年黃河流域9省(區)補償標準及補償主、客體身份 108元

4.3.1 黃河流域9省(區)生態補償身份分析 根據表4中的計算結果,2011—2020年黃河流域各省(區)生態補償的主、客體身份并存且變化趨勢不同。其中,寧夏回族自治區、山西省、河南省和山東省為生態補償主體且補償標準呈上升趨勢,四川省、青海省為生態補償客體且補償標準差異顯著,甘肅省、內蒙古自治區、陜西省則生態補償主、客體身份不斷轉化。

寧夏回族自治區、山西省、河南省和山東省為生態補償的主體,該4省(區)在2011—2020年間均被判定為補償主體并支付補償。寧夏回族自治區本身干旱少雨,水資源總量匱乏,經濟社會發展主要依賴于限量分配的黃河水資源,難以滿足自身經濟發展的需要。山西省地處黃河流域中部,人均水資源量為317.94 m3,占全國平均水平的15.3%,屬于嚴重缺水省份[34]。河南省水資源短缺問題嚴重,2020年全省年平均水資源量為408.59×108m3,人均水資源占有量僅為354.5 m3,不足全國平均水平的1/6[35]。山東省是農業、經濟大省,也是水資源消耗大省,水資源短缺是山東省的一個重要問題[36]。

青海省和四川省為生態補償的客體。青海省水資源的總量均值為636.43×108m3,其中黃河流域209.8×108m3,長江流域180.6×108m3。青海省是長江、黃河、瀾滄江的發源地和我國淡水資源的重要補給地,提供著長江2%、黃河49%、瀾滄江17%的徑流量[37]。四川省號稱“千河之省”,境內約有1 400條河流,河川徑流最為豐富,能夠實現區域水資源自循環[25]。

甘肅省、內蒙古自治區和陜西省生態補償的主、客體身份并存。甘肅省地處我國內陸腹地,氣候干燥,水資源匱乏,2011—2017年為生態補償主體,2019年甘肅省加大農業節水等投入,轉變為客體。內蒙古自治區水資源空間分布不平衡,大部分地區干旱缺水,在2011—2012年、2014—2020年均為黃河流域生態補償的主體。陜西省位于內陸腹地,年平均降水量為680 mm,同時存在水資源開采過度、供需失衡等問題,2019年以后該省積極實施水資源可持續發展戰略,轉變為生態補償客體。

4.3.2 黃河流域9省(區)生態補償標準動態變化 2011—2020年黃河流域生態補償主體的補償標準年均值排名為河南省(2 546.83×108元)>山東省(2 312.73×108元)>山西省(378.87×108元)>寧夏回族自治區(233.10×108元),該4省(區)在2011—2020年的生態補償主體標準動態變化情況如圖1所示。綜合表4和圖1可知,河南省和寧夏回族自治區分別為生態補償主體中補償標準最高和最低的省份。河南省生態補償金額最高的年份為2019年,需支付補償金額2 915.90×108元;寧夏回族自治區則是2020年,需支付補償金額287.72×108元。河南省生態補償金額最低年份是2017年,需支付補償金額2 319.26×108元;寧夏回族自治區則是2011年,需支付補償金額189.88×108元。兩省(區)生態補償標準總體均呈緩慢上升趨勢,但河南省2011—2013、2014—2015、2017—2019年為上升趨勢,2013—2014、2015—2017、2019—2020年為下降趨勢。山東省和山西省補償標準總體均呈上升趨勢。山東省在生態補償主體中的補償標準僅次于河南省,其中,2011—2012、2013—2015、2016—2017、2018—2019年為上升趨勢;2012—2013、2015—2016、2017—2018、2019—2020年為下降趨勢。山西省的生態補償標準在2011—2012、2013—2015、2016—2019年為上升趨勢;2012—2013、2015—2016、2019—2020年為下降趨勢。

圖1 2011—2020年河南省等4省(區)生態補償主體標準動態變化曲線

青海省和四川省生態補償客體標準動態變化情況如圖2所示。綜合表4和圖2可知,四川省是生態補償標準呈較快上升趨勢的生態補償客體,而青海省生態補償標準上升趨勢相對緩慢。四川省生態補償客體的補償金額年均值為3 060.09×108元,生態補償金額最高年份為2020年,可獲補償金額4 392.00×108元,最低年份為2015年,可獲補償金額2 227.83×108元;補償標準在2011—2012、2013—2014、2015—2018、2019—2020年為上升趨勢,2012—2013、2014—2015、2018—2019年為下降趨勢。青海省生態補償客體的補償金額年均值為1 340.14×108元,生態補償金額最高年份為2020年,可獲補償金額1 791.55×108元,最低年份是2016年,可獲補償金額931.01×108元;補償標準在2011—2012、2013—2014、2016—2018、2019—2020年為上升趨勢;2012—2013、2014—2016、2018—2019年為下降趨勢。

圖2 2011—2020年青海省和四川省生態補償客體標準動態變化曲線

2011—2020年甘肅省、內蒙古自治區、陜西省生態補償的主、客體身份并存,該3省(區)生態補償標準動態變化情況如圖3所示。綜合表4和圖3可知:

圖3 2011—2020年甘肅省等3省(區)生態補償標準動態變化曲線

(1)甘肅省2011—2017年為生態補償主體,補償年均值為103.25×108元,補償最高年份為2015年,需支付補償金額221.80×108元,最低年份為2012年,需支付補償金額8.39×108元,補償標準在2012—2015年為上升趨勢,2011—2012、2015—2017年為下降趨勢。甘肅省在2018—2020年為生態補償客體,補償金額年均值為93.37×108元,補償最高年份為2020年,應獲補償金額155.18×108元,最低年份是2019年,應獲補償金額44.70×108元,補償標準在2019—2020年為上升趨勢,2018—2019年為下降趨勢。

(2)內蒙古自治區僅在2013年為生態補償客體,其他年份均為補償主體。2011—2012、2014—2020年內蒙古自治區作為生態補償主體的補償金額年均值為781.63×108元,補償金額最高年份為2017年,需支付補償金額1 089.84×108元,最低年份為2014年,需支付補償金額548.11×108元;補償標準在2014—2017、2018—2019年為上升趨勢,2011—2012、2017—2018、2019—2020年為下降趨勢。內蒙古自治區2013年為生態補償客體,應獲補償金額為229.82×108元。

(3)陜西省生態補償的主、客體身份不斷發生變化。2013—2016、2018年陜西省作為生態補償主體的補償金額年均值為106.00×108元,補償金額最高年份為2016年,需支付補償金額233.72×108元,最低年份是2018年,需支付補償金額42.94×108元,補償標準在2013—2016年呈上升趨勢。陜西省在2011—2012、2017、2019—2020年為生態補償客體,補償金額年均值為153.16×108元,補償金額最高年份為2011年,可獲得補償金額438.31×108元,最低年份為2020年,可獲得補償金額19.32×108元,補償標準在2016—2017、2018—2019年為上升趨勢,2011—2013、2017—2018、2019—2020年為下降趨勢。

5 討 論

黃河流域生態補償標準存在動態變化。2011—2020年黃河流域整體為生態補償的主體,但不同年份的補償標準不同,且同時存在生態補償主體和客體以及主體與客體的轉換,補償標準也呈持續動態變化狀態,其影響因素較為復雜。這與高慧忠等[38]的研究成果“按補償狀況,分為生態補償的單純補償對象區域、單純補償主體區域和既是補償主體又是補償對象區域3種情況且補償標準具有動態屬性等”具有一致性。

2011—2020年黃河流域水資源利用均為赤字,總水足跡均大于可用水資源量。研究發現,黃河流域2015年的生態補償標準最高,需支付補償金額3 415.42×108元,主要原因在于當年可用水資源量僅為4 403.80×108m3,客觀上加重了水資源利用壓力;2020年生態補償標準最低,支付補償金額為12.75×108元,原因在于2019年召開了黃河流域生態保護和高質量發展座談會,推動完善了生態補償政策,逐步建立了生態補償機制,形成了完善的流域生態治理制度體系[9,19]。

黃河流域補償主體、客體及主、客體發展趨勢存在差異。其中,作為生態補償主體的寧夏回族自治區、山西省、河南省和山東省2011—2020年的生態補償標準整體呈上升趨勢;作為生態補償客體的四川省、青海省的生態補償標準呈上升趨勢且兩省的生態補償差異顯著;甘肅省、內蒙古自治區和陜西省的生態補償主、客體身份不斷轉化,但基本上均保持為生態補償主體身份。這與朱向梅等[25]的研究成果“四川、青海能夠實現區域水資源自循環,其他省份水資源供需矛盾較為明顯”相一致。

6 結論與政策建議

6.1 結 論

基于水足跡視角,研究了2011—2020年黃河流域9省(區)生態補償主、客體和補償標準,得出以下主要結論:

(1)黃河流域水足跡整體呈現增長態勢且構成比例不同,表現為農業水足跡>工業水足跡>生活水足跡>出口虛擬水足跡>進口虛擬水足跡>生態水足跡。

(2)黃河流域生態補償標準存在波動變化,但主要為補償主體。2015年補償標準最高,為3 415.42×108元,2020年最低,為12.75×108元,補償年均值為1 772.51×108元。

(3)寧夏回族自治區、山西省、山東省和河南省為生態補償的主體且補償標準呈上升趨勢,年均補償金額分別為233.10×108、378.87×108、2 312.73×108、2 546.83×108元。

(4)四川省是生態補償標準呈較快上升趨勢的生態補償客體,補償金額年均值為3 060.09×108元;青海省則為較慢上升趨勢的生態補償客體,補償年均值為1 340.14×108元。

(5)甘肅省由生態補償主體逐漸轉變為客體;內蒙古自治區僅在2013年為生態補償客體,其他年份則為生態補償主體;陜西省生態補償的主、客體身份不斷發生變化。

6.2 政策建議

(1)黃河流域中農業對水資源的消耗占比最大,應發揮區域優勢推動農業高質量發展。貫徹宜林則林、宜農則農的發展規律,在推動農副產品產業發展方面應適當調整農業結構,逐步提高用水效率和效益,以推進黃河流域農業綠色可持續發展。

(2)研究并制定黃河流域生態補償政策,建立生態補償機制,以推進生態保護工作[39]。在制定各省(區)生態補償政策時,既要保證補償標準的公平性和可操作性,也要兼顧各省(區)的實際情況,力求在水資源利用和流域生態保護中尋求最大公約數。

(3)河南省和山東省的水資源壓力相對高于其他省(區),該兩省均為我國糧食主產區,為緩解糧食生產對水資源需求的壓力,應適當調整糧食種植結構,培育節水高產品種,通過采取節水灌溉技術和農業規?；a等方式提高農作物生產用水效率。

(4)四川省和青海省在開發利用黃河上游水資源的同時,應注重對河源地區及其周邊生態環境的監管和保護。在通過建立統一的流域生態補償機制,緩解保護水源地生態壓力的同時,防止因環境問題而造成的經濟滯后。

(5)甘肅省、內蒙古自治區和陜西省應增強綠色發展水平,促進科技創新能力,加快區域產業轉型,同時逐步完善水權水市場,推動水資源優化配置,實現人水和諧。