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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 24 期摇 摇 2012 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
从文献计量角度分析中国生物多样性研究现状 刘爱原,郭玉清,李世颖,等 (7635)……………………………
CO2 浓度升高和模拟氮沉降对青川箭竹叶营养质量的影响 周先容,汪建华,张摇 红,等 (7644)………………
陕西中部黄土高原地区空气花粉组成及其与气候因子的关系———以洛川县下黑木沟村为例
吕素青,李月从,许清海,等 (7654)
…………………
……………………………………………………………………………
长三角地区 1995—2007 年生态资产时空变化 徐昔保,陈摇 爽,杨桂山 (7667)…………………………………
基于智能体模型的青岛市林地生态格局评价与优化 傅摇 强,毛摇 锋,王天青,等 (7676)………………………
青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制 刘兴元,龙瑞军,尚占环 (7688)……………………………
北京城市绿地的蒸腾降温功能及其经济价值评估 张摇 彪,高吉喜,谢高地,等 (7698)…………………………
武汉市造纸行业资源代谢分析 施晓清,李笑诺,赵吝加,等 (7706)………………………………………………
丽江市家庭能耗碳排放特征及影响因素 王丹寅,唐明方,任摇 引,等 (7716)……………………………………
基于分布式水文模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究 宋晓谕,刘玉卿,邓晓红,等 (7722)……………
设施塑料大棚风洞试验及风压分布规律 杨再强,张摇 波,薛晓萍,等 (7730)……………………………………
湖南珍稀濒危植物———珙桐种群数量动态 刘海洋,金晓玲,沈守云,等 (7738)…………………………………
云南岩陀及其近缘种质资源群体表型多样性 李萍萍,孟衡玲,陈军文,等 (7747)………………………………
沙埋和种子大小对柠条锦鸡儿种子萌发、出苗和幼苗生长的影响 杨慧玲,梁振雷,朱选伟,等 (7757)………
栗山天牛天敌花绒寄甲在栎林中的种群保持机制 杨忠岐,唐艳龙,姜摇 静,等 (7764)…………………………
基于相邻木排列关系的混交度研究 娄明华,汤孟平,仇建习,等 (7774)…………………………………………
三种回归分析方法在 Hyperion影像 LAI反演中的比较 孙摇 华,鞠洪波,张怀清,等 (7781)…………………
红松和蒙古栎种子萌发及幼苗生长对升温与降水综合作用的响应 赵摇 娟,宋摇 媛,孙摇 涛,等 (7791)………
新疆杨边材贮存水分对单株液流通量的影响 党宏忠,李摇 卫,张友焱,等 (7801)………………………………
火干扰对小兴安岭毛赤杨沼泽温室气体排放动态影响及其影响因素 顾摇 韩,牟长城,张博文 (7808)………
不同潮汐和盐度下红树植物幼苗秋茄的化学计量特征 刘滨尔,廖宝文,方展强 (7818)………………………
腾格里沙漠东南缘沙质草地灌丛化对地表径流及氮流失的影响 李小军,高永平 (7828)………………………
西双版纳人工雨林群落结构及其林下降雨侵蚀力特征 邓摇 云,唐炎林 ,曹摇 敏,等 (7836)…………………
西南高山地区净生态系统生产力时空动态 庞摇 瑞,顾峰雪,张远东,等 (7844)…………………………………
南北样带温带区栎属树种种子化学组成与气候因子的关系 李东胜,史作民,刘世荣,等 (7857)………………
模拟酸雨对龙眼叶片 PS域反应中心和自由基代谢的影响 李永裕,潘腾飞,余摇 东,等 (7866)………………
沈阳市城郊表层土壤有机污染评价 崔摇 健,都基众,马宏伟,等 (7874)…………………………………………
降雨对旱作春玉米农田土壤呼吸动态的影响 高摇 翔,郝卫平,顾峰雪,等 (7883)………………………………
冬季作物种植对双季稻根系酶活性及形态指标的影响 于天一,逄焕成,任天志,等 (7894)……………………
施氮量对小麦 /玉米带田土壤水分及硝态氮的影响 杨蕊菊,柴守玺,马忠明 (7905)……………………………
微山湖鸟类多样性特征及其影响因子 杨月伟,李久恩 (7913)……………………………………………………
新疆北部棉区作物景观多样性对棉铃虫种群的影响 吕昭智,潘卫林,张摇 鑫,等 (7925)………………………
杭州西湖北里湖沉积物氮磷内源静态释放的季节变化及通量估算 刘静静,董春颖,宋英琦,等 (7932)………
基于实码遗传算法的湖泊水质模型参数优化 郭摇 静,陈求稳,张晓晴,等 (7940)………………………………
气候环境因子和捕捞压力对南海北部带鱼渔获量变动的影响 王跃中,孙典荣,陈作志,等 (7948)……………
象山港南沙岛不同养殖类型沉积物酸可挥发性硫化物的时空分布 颜婷茹,焦海峰,毛玉泽,等 (7958)………
专论与综述
提高植物抗寒性的机理研究进展 徐呈祥 (7966)…………………………………………………………………
植被对多年冻土的影响研究进展 常晓丽,金会军,王永平,等 (7981)……………………………………………
凋落物分解主场效应及其土壤生物驱动 査同刚,张志强,孙摇 阁,等 (7991)……………………………………
街尘与城市降雨径流污染的关系综述 赵洪涛,李叙勇,尹澄清 (8001)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*374*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*40*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄12
封面图说: 永兴岛海滩植被———永兴岛是中国西沙群岛的主岛,也是西沙群岛及南海诸岛中最大的岛屿。 国务院 2012 年 6 月
批准设立的地级三沙市,管辖西沙群岛、中沙群岛、南沙群岛的岛礁及其海域,三沙市人民政府就驻西沙永兴岛。 永
兴岛岛上自然植被密布,野生植物有 148 种,占西沙野生植物总数的 89% ,主要树种有草海桐(羊角树)、麻枫桐、野
枇杷、海棠树和椰树等。 其中草海桐也称为羊角树,是多年生常绿亚灌木植物,它们总是喜欢倚在珊瑚礁岸或是与
其他滨海植物聚生于海岸沙滩,为典型的滨海植物。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 24 期
2012 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 24
Dec. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目(91125019);国家自然科学基金项目(40971291,40901292)
收稿日期:2012鄄05鄄10; 摇 摇 修订日期:2012鄄11鄄25
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: song9901@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201205100689
宋晓谕,刘玉卿,邓晓红,徐中民.基于分布式水文模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究.生态学报,2012,32(24):7722鄄7729.
Song X Y,Liu Y Q,Deng X H,Xu Z M. Spatial targeting of payments for ecosystem services Based on SWAT Model and cost鄄benefit analysis. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(24):7722鄄7729.
基于分布式水文模型和福利成本法的
生态补偿空间选择研究
宋晓谕1,*,刘玉卿2,邓晓红1,徐中民1
(1. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所寒旱区流域水文及应用生态实验室, 兰州摇 730000;
2. 盐城师范学院城市与资源环境学院,盐城摇 224051)
摘要:空间选择是生态补偿研究的核心问题之一,选择合理的区域进行生态补偿有利于提高生态补偿项目的效率。 以黑河流域
上游肃南县为研究区域,运用分布式水文模型 Soil and Water Assessment Tool(SWAT)对研究区实施生态补偿后的水源涵养增加
量进行模拟,同时考虑土地利用类型转化成本以及生态系统服务丧失风险,采用福利成本法对研究区生态补偿空间选择进行研
究。 结果表明:黑河上游肃南段内不同子流域的生态补偿效率系数最高值为 0. 0394,最低值 0. 0131,相差明显;根据效率系数,
采用聚类分析方法,可将各子流域划分为优先补偿区、次级优先补偿区和潜在补偿区,分批进行补偿;采用空间选择后生态补偿
效率较不采用时可提高 54. 5% 。
关键词:生态补偿;空间选择;SWAT;福利成本法
Spatial targeting of payments for ecosystem services Based on SWAT Model and
cost鄄benefit analysis
SONG Xiaoyu1,*,LIU Yuqing2,DENG Xiaohong1,XU Zhongmin1
1 Laboratory of Watershed Hydrology and Ecology,Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute,Chinese Academy of Sciences,
Lanzhou 730000,China
2 College of Urban and Resource Environment,Yancheng Teachers University, Yancheng 224051, China
Abstract: Payment for ecosystem services ( PES), an essential market based instrument for translating non鄄market
environmental services into financial incentives, is being rapidly applied to promote ecosystem restoration and preservation
among landowners or land鄄users, in an effort to retain ecosystem services or regain those lost through by human activities. In
this context, spatial targeting is one of the most important issues in the study of payment for ecosystem services. A failure to
establish spatial priorities in the targeted area when establishing a scheme for payment will reduce the efficiency of the
payment system. So, specifying appropriate work areas is a key method for implementing programs of payment for ecosystem
services, and will significantly increase the program忆s efficiency.
In this article, an applied spatial targeting tool was constructed. This tool considers three spatial variables, including
1) restored hydrological services estimated by the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), 2) risks of losing ecosystem
services, and 3) costs of land鄄use transformation. To demonstrate functions of the targeting tool, a case study identifying
spatial priorities in several sub鄄watersheds was implemented in the upper reaches of Heihe River, Sunan County, Gansu
Province, China. In this study, spatial and attribute data of the study area, collected from the Environmental and
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Ecological Science Data for western China, were used to drive the SWAT model. The average monthly runoff data measured
at the Yingluoxia hydrological station were used to calibrate of the model忆s parameters and to improve simulation accuracy.
Then, each sub鄄watershed忆 hydrological services were measured for estimating the ecosystem services after PES program
were implemented. The risk of losing ecosystem service
in each sub鄄watershed was calculated based on data related to grassland degradation provided by the Pasturage Bureau
of Sunan County. The third variable, the cost of land鄄use transformation, consists of three parts: opportunity cost,
protection cost, and transaction cost. The opportunity cost was estimated by focusing on areas of pasture which are the most
likely alternative to natural grassland. Researchers assumed natural grassland itself has no commercial value, as land鄄users
are prohibited from pasturing on grassland designated for use in the payment program for ecosystem services. The
opportunity cost is calculated as the actual landowners or land鄄user忆s economic loss, reflecting their willingness to accept the
program忆s restrictions. The protection costs were represented by government忆s payment for protection to landowners such as
the costs of grass seeds, railings, etc. while the transaction costs were the government忆s payment for grassland restoration.
All of the abovementioned indices were integrated to calculate the efficiency of payment for ecosystem service as measured
for each individual watershed. Last, all watersheds were ranked based on the efficiency index to prioritize areas for which
offering payment for ecosystem service is used as part of this program.
Results of the case study show the efficiency indices of different sub鄄watersheds range from 0. 0131 to 0. 0394. Based
on the calculated values of the efficiency index, all sub鄄watersheds were classified into three hierarchical levels: priority
payment zones, sub鄄priority payment zones and low priority payment zones. The program efficiency of payment for ecosystem
services in Sunan County increased by 54. 5% when using the spatial targeting tool. We also concluded financial efficiency
of the PES program could potentially be increased using the targeting tool. Nevertheless, the study suggests the potential
ability to increase the efficiency of each spatial attribute depends largely on its variation in space. In summary, when
implementing programs of payment for ecosystem services, it is essential to identify main environmental problems which
need to be resolved and the ecosystem services which need to be restored, and to apply targeting tools to establish priorities
for the areas to be protected across the entire program region.
Key Words: payment for ecosystem service;spatial targeting;SWAT model;cost鄄benefit analysis
生态补偿又称作生态系统服务付费,是一种新兴的环境保护政策,近年来在世界各地得到广泛应用[1]。
相较于环境税、排污权收费等惩罚性的环保政策,生态补偿更加注重于通过经济激励提高土地拥有者(使用
者)的环境保护热情,达到保护环境提高生态系统服务的目的[2]。 空间选择是生态补偿研究中的核心问题之
一,合理的空间选择有利于提高生态补偿项目的效率[3]。 在设计生态补偿项目时,潜在的生态系统服务提供
区域可能有很多,但补偿资金往往是有限的,为了提高补偿资金的使用效率,最大化新增生态系统服务量,需
要对潜在补偿区域进行甄别,选择合理的区域优先实施生态补偿[4]。 美国在 20 世纪 90 年代就在其实施的保
护储备计划中采用水质评价、多样性评估等方法对补偿空间进行选择[5]。 哥斯达黎加、马达加斯加等国实施
的生态补偿项目中,也依据生态系统服务和森林退化风险对补偿区域进行了空间选择研究[6鄄7]。 我国幅员辽
阔,生态补偿作为重要的环境保护手段已实施多年,但有关生态补偿空间选择的研究还较少开展。 积极开展
生态补偿空间选择研究,将有利于我国生态补偿项目实施效率的提高。
生态补偿空间选择研究方法可以分为三大类,即福利法、成本法和福利成本法。 福利法注重考虑生态补
偿所带来的生态系统服务增量,倾向于选择生态补偿实施后新增生态系统服务量较大的区域进行优先补偿;
成本法侧重于生态补偿的资金投入,倾向于选择生态补偿成本投入较少的区域进行优先先补偿;福利成本法
则针对单位补偿资金投入所产生的效率,倾向于选择单位资金投入产生新增生态系统服务较多的区域进行优
先补偿[8鄄10]。 相较于前两者,福利成本法更加全面。 当前世界范围内生态补偿空间选择研究涉及的生态系统
3277摇 24 期 摇 摇 摇 宋晓谕摇 等:基于土壤鄄水评价模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究 摇
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服务主要有流域水资源服务、生物多样性保护、碳蓄积和文化景观服务 4 类[1]。 在以往的生态补偿空间选择
研究中,生态补偿实施后的新增生态系统服务量核算是研究的一大难点,无法准确估算新增生态系统服务将
对空间选择研究造成较大误差。 分布式水文模型 Soil and Water Assessment Tool ( SWAT)是美国农业部
(USDA)在 SWRRB模型基础上开发出来的流域尺度的分布式水文模型,用于模拟和预测具有多种土壤类型
和地形条件的大面积复杂流域的水文和土壤养分状况[11]。 SWAT 具有很强的物理基础,适用范围广,在国内
外的研究中得到了广泛的应用[12鄄14],取得了较好的模拟结果。 本文采用 SWAT 模型,根据生态补偿政策实施
后的土地利用类型变化情况,模拟补偿实施后的新增水源涵养量,以此作为新增生态系统服务量,同时考虑土
地利用类型转化的机会成本及补偿政策实施后草场的盗牧风险,对黑河上游肃南县的生态补偿空间选择进行
分析,为之后的生态补偿项目设计提供参考。
1摇 研究区域概况
本研究区域位于黑河流域上游肃南段(图 1)。 黑河发源于祁连山北麓,干流全长 821 km,是我国西北地
区第二大内陆河。 其流域范围介于东经 98毅—102毅,北纬 37毅50忆—42毅40忆之间,涉及青海、甘肃、内蒙古三省
(自治区),国土总面积 14. 29 万 km2。 近 50 年以来, 黑河流域大兴水利, 开垦荒地, 形成了大面积的人工绿
洲, 创造了巨大的农业经济效益。 同时, 由于人类活动加剧, 导致流域的土地利用和土地覆盖格局发生了深
刻的变化, 生态环境持续退化。 肃南县地处黑河流域上游,是全国唯一的裕固族自治县,畜牧业是该县支柱
产业。 县内河道两岸山高谷深,河床陡峻,气候阴湿寒冷,多年平均气温不足 2 益,年降水量 350 mm,是黑河
流域的主要水源涵养区。 2004 年肃南县开始实施退牧还草生态补偿项目,取得了良好的效果,但鉴于资金等
问题退牧还草面积有限。 进一步扩大退牧还草规模,持续增加水源涵养,有利于下游来水量的增加和社会经
济的稳步发展。 2010 年,国务院出台了《关于进一步支持甘肃经济社会发展的若干意见》,提出建立祁连山生
态补偿实验区,保障河西走廊生态安全,将黑河上游祁连山生态补偿工程提升到国家战略高度。
图 1摇 研究区示意图
Fig. 1摇 Map of study area
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2摇 研究方法
2. 1摇 数据需求
摇 摇 本研究主要涉及 SWAT模型数据、土地利用转化成本数据和土地退化风险数据。
2. 2摇 数据获取
2. 2. 1摇 SWAT模型数据
SWAT模型涉及的空间数据和属性数据由中国西部环境与生态科学数据中心提供。 空间数据包括研究
区 DEM、2005 年 1颐10 万土地利用图与 1颐10 万土壤图。 属性数据包括气象数据、土壤属性数据和莺落峡逐日
径流量数据(1990—2000 年)。 其中气象数据由祁连、山丹、张掖、野牛沟和肃南 5 个测站 1990—2000 年的日
最低和最高气温、逐日降水量、相对湿度和平均风速的数据组成。 土壤物理和化学属性资料均源于全国第 2
次土壤普查后汇编的《甘肃土壤》、《甘肃省土种志》、《张掖土壤》及张掖地区分县汇编的土壤统计资料。
2. 2. 2摇 土地利用转化成本数据
土地利用转化成本涉及的土地利用机会成本、实施成本和交易成本数据通过实地调查走访获取。 实地调
查于 2011 年 3 月 28 日至 2011 年 4 月 9 日在张掖市肃南县进行,期间对肃南县红湾寺镇、大河乡、康乐乡、白
银乡、马蹄乡及所辖自然村进行了入户调查和随机走访。 发放生态补偿调查问卷 117 份,回收问卷 106 份,回
收率 90. 6% ,其中有效问卷 104 份,占回收问卷的 98. 1% 。 问卷内容主要涉及研究区内牧民家庭 2009、2010
年的畜牧业投入(饲料费、防疫费、燃料费、转场费用等),畜牧业收入(羔羊销售收入、成羊销售收入、牦牛销
售收入、羊毛销售收入等),通过上述调查数据计算土地利用机会成本。 实施成本和交易成本数据通过走访
当地畜牧局、林业局等相关部门获取。
2. 2. 2摇 土地退化风险数据
土地退化风险数据,通过走访肃南县畜牧局草原监理站,查阅研究区近年来的草场盗牧卷宗,获取相关
数据。
2. 3摇 计算方法
本研究以 SWAT模型划分的子流域作为研究单元,采用福利成本法构建生态补偿空间选择模型,测算各
研究区域的生态补偿效率系数 E,以此作为依据进行生态补偿空间选择。
2. 3. 1摇 新增水源涵养量计算
根据 SWAT模型模拟结果,选用补偿实施后各子流域的新增土壤含水量和产水量之和来表征新增水源涵
养量,公式如下:
驻ei = 驻eswi + 驻ewyi (1)
式中, 驻ei为生态补偿后子流域 i单位面积新增的水源涵养量, 驻eswi为 SWAT模型模拟的生态补偿后子流域
i的新增土壤含水量, 驻ewyi为 SWAT模型模拟的生态补偿后子流域 i的新增产水量。
2. 3. 2摇 草地禁牧转化成本计算
草地禁牧转化成本主要包括草地禁牧的机会成本、实施成本、交易成本三部分,计算公式如下:
ci = coppi + cpi + cti (2)
coppi =移
n
i = 1
Bi - 移
n
i = 1
Ui (3)
式中, ci 、 coppi 、 cpi 、 cti分别为子流域 i单位面积的转化成本、机会成本、实施成本和交易成本, Bi 、 Ui则分
别为子流域 i单位面积的分项收入和支出。
2. 3. 3摇 生态系统退化风险计算
生态系统退化风险用来表征实施生态补偿后生态系统服务的丧失风险,本研究采用各子流域的年均草场
盗牧面积和草场总面积来推算退化风险,计算公式如下:
ri = Sdi / Si (4)
式中, Sdi代表子流域 i的年平均盗牧面积, Si代表子流域 i的可利用草场面积。
5277摇 24 期 摇 摇 摇 宋晓谕摇 等:基于土壤鄄水评价模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究 摇
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2. 3. 4摇 效率系数计算
效率系数表征单位资金投入所获得生态效益,即单位成本投入产生的新增水源涵养量,计算公式如下:
Ei = (驻ei / ci) 伊 (1 - ri) n (5)
式中, Ei代表子流域 i实施生态补偿的效率系数, r代表生态系统退化风险, n代表生态补偿年限。
2. 4摇 数据分析
SWAT模型模拟在 ArcSWAT2005 操作平台完成,数据分析用 Excel 2003 和 SPSS17. 0 完成。
3摇 结果与分析
3. 1摇 SWAT模拟结果与新增水源涵养量估算
将研究区域空间数据和属性数据输入 ArcSWAT2005 操作平台,构建模型,进行模拟。 采用相对误差
(Er)、决定系数(R2)和 Nash鄄Suttcliffe效率系数(Ens)对模型的精度进行评价。 使用 1990—1995 年的莺落峡
水文站月径流实测数据进行参数率定,1996—2000 年的莺落峡水文站月径流实测数据径流数据对模型进行
检验。 率定前、率定期以及检验期莺落峡水文站月径流模拟值与实测值结果见图 2—图 4。 结果显示,SWAT
模型率定期和验证期年平均径流量的相对误差分别为 17. 5%和 16. 8% ,符合规定标准,月平均径流量实测值
和模拟值之间的决定系数(R2)和 Nash鄄Suttcliffe 效率系数(Ens)均大于 0. 6,其中决定系数(R2 )分别达到
0郾 93 和 0. 92,Nash鄄Suttcliffe效率系数(Ens)分别为 0. 78 和 0. 83,模拟结果良好,说明模型可应用于研究
区域。
图 2摇 参数率定前莺落峡水文站月径流观测值与模拟值
Fig. 2摇 Observed and modeled monthly discharges at Yingluoxia hydrological station before parameter calibration
图 3摇 率定期莺落峡水文站径流观测值与模拟值
Fig. 3摇 Observed and modeled monthly discharges at Yingluoxia hydrological station during calibration phase
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图 4摇 验证期莺落峡水文站月径流观测值与模拟值
Fig. 4摇 Observed and modeled monthly discharges at Yingluoxia hydrological station during validation phase
图 5摇 黑河流域肃南段子流域划分
Fig. 5摇 Sub watersheds of Heihe river Basin in Sunan county
参考流域情况,按照集水区面积阈值为 300 km2,
将整个黑河流域上游划分为 17 个子流域,其中位于肃
南县内的子流域 5 个(图 5)。 根据实施生态补偿后的
目标效果,将模拟情景设置为所有现有的低盖度和中盖
度草场全部转化为高盖度草场,对肃南县境内的 5 个子
流域实施生态补偿后的水源涵养情况进行模拟,采用公
式(1)对实施生态补偿后各子流域新增水源涵养量进
行估算(表 1)。
3. 2摇 土地利用转化成本估算
土地利用转化成本包括机会成本、实施成本和交易
成本三部分,依据调查问卷和实地走访所获得的数据对
各部分进行估算。 为了提高草地的水源涵养能力需要
通过禁牧将过度放牧造成的低盖度草场进行恢复。 机
会成本反应草场由放牧转变为禁牧后当地牧民的经济
损失,即生态系统服务购买者向土地使用者支付的土地转化补偿费用。 当牧场禁牧后,放牧带来的经济收益
为 0,改变土地利用方式的机会成本为当前的放牧收益。 机会成本估算以调查问卷为基础,通过分析各子流
域单位面积草场的投入与产出,依据公式(3)计算得出。 实施成本与交易成本可以理解为实施生态补偿所需
要投入的保护成本,其中实施成本主要包括建立围栏、补播草籽、施用化肥以及由此产生的人工费用等,交易
成本主要是指生态补偿政策实施前的宣传成本和后期的管理成本。 本文以肃南县农牧局提供的《肃南县
2004—2009 年退牧还草项目建设投资情况表》为依据,对该县实施生态补偿项目的实施成本和交易成本进行
估算,之后依据公式(2)对各子流域土地利用转化成本进行估算(表 2)。
表 1摇 各子流域新增水源涵养量模拟
Table 1摇 The modeling results of water conserved in different sub watersheds
子流域 1
Sub鄄watershed 1
子流域 2
Sub鄄watershed 2
子流域 3
Sub鄄watershed 3
子流域 4
Sub鄄watershed 4
子流域 5
Sub鄄watershed 5
流域均值
Watersheds average
新增土壤含水量 / ( t / hm2)
Augmentable soil moisture
9. 02 23. 66 7. 3 31. 48 16. 65 17. 62
新增产水量 / ( t / hm2)
Augmentable water yield
3. 61 7. 43 6. 1 2. 54 2. 5 4. 44
新增水源涵养量 / ( t / hm2)
Augmentable hydrologic service
12. 63 31. 09 13. 4 34. 02 19. 15 22. 06
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3. 3摇 生态系统退化风险评估
本文涉及的生态系统服务丧失风险是指生态补偿项目实施后生态系统服务受到的威胁。 放牧等人为干
扰是造成肃南县草场退化、草地水源涵养能力下降的最主要原因。 实施生态补偿后草场禁牧,草地进入自然
恢复期,此时草地生态系统面临主要的退化风险是当地牧民盗牧行为对草场的破坏。 根据肃南县草原监理站
提供的 2009、2010 年的盗牧案件卷宗和处罚记录,依据公式(4)对各子流域的生态系统服务丧失风险进行估
算(表 3)。
表 2摇 各子流域生态补偿土地利用转化成本
Table 2摇 The transaction costs of payments for ecosystem service in different sub watersheds
子流域 1
Sub鄄watershed 1
子流域 2
Sub鄄watershed 2
子流域 3
Sub鄄watershed 3
子流域 4
Sub鄄watershed 4
子流域 5
Sub鄄watershed 5
流域均值
Watersheds average
机会成本 Opportunity cost / (元 / hm2) 243. 75 370. 50 397. 79 403. 33 356. 62 354. 40
实施成本 Protection cost / (元 / hm2) 97. 70 112. 50 87. 40 112. 50 112. 50 104. 52
交易成本 Transaction cost / (元 / hm2) 234. 41 490. 63 332. 82 305. 91 263. 23 325. 40
转化成本 Transforming cost / (元 / hm2) 575. 86 973. 63 818. 01 821. 74 732. 35 784. 32
表 3摇 各子流域生态系统退化风险估算
Table 3摇 The degrade risk in deferent sub watersheds
子流域 1
Sub鄄watershed 1
子流域 2
Sub鄄watershed 2
子流域 3
Sub鄄watershed 3
子流域 4
Sub鄄watershed 4
子流域 5
Sub鄄watershed 5
流域均值
Watersheds average
盗牧面积 Illegal pasture area / hm2 486. 67 413. 33 360 340 393. 33 398. 67
草场面积 Total grassland area / hm2 9104 26105 12833 55359 60912 32862. 60
退化风险 Risk of losing ecosystem service 0. 0535 0. 0158 0. 0281 0. 0061 0. 0065 0. 0121
3. 4摇 生态补偿效率系数计算
通过以上对各子流域实施生态补偿后新增水源涵养量模拟及对土地利用转化成本和草地退化风险的估
算,依据公式(5)对各子流域生态补偿效率系数进行计算(表 4),其中补偿年限按照国家退牧还草工程现行
标准 8 年计算。 依据各子流域的生态补偿效率系数,运用 SPSS17. 0 进行聚类分析,将所有子流域划分为优先
补偿区、次级优先补偿区和潜在补偿区三类(表 4)。
表 4摇 各子流域生态补偿效率系数及补偿区排序
Table 4摇 The effective indexes of payment for ecosystem service in deferent sub watersheds
子流域 1
Sub鄄watershed 1
子流域 2
Sub鄄watershed 2
子流域 3
Sub鄄watershed 3
子流域 4
Sub鄄watershed 4
子流域 5
Sub鄄watershed 5
流域均值
Watershed average
效率系数 Efficiency index 0. 0141 0. 0281 0. 0131 0. 0394 0. 0248 0. 0255
补偿区排序 Prioritize areas ranking 潜在补偿区 次级优先补偿区 潜在补偿区 优先补偿区 次级优先补偿区
4摇 结论与讨论
本文以黑河流域上游肃南县作为实证研究区,在综合考虑生态补偿实施后的新增水源涵养量、生态系统
退化风险和土地利用转化成本的基础上构建了基于福利成本法的生态补偿空间选择模型,对研究区内各子流
域的生态补偿效率进行了研究,实现了水文模型模拟数据与人文社会调查数据的有机结合。 通过研究主要得
出以下结论:(1)采用 SWAT模型对研究区内各子流域实施生态补偿后的新增水源涵养量进行模拟,结果表
明各子流域新增水源涵养量存在明显的空间异质性,平均新增水源涵养量为 22. 06 t / hm2。 (2)运用福利成
本法对个子流域的生态补偿效率进行计算,结果表明各子流域生态补偿效率系数相差明显,其中子流域 4 效
率系数最高达到 0. 0394,子流域 3 效率系数最低为 0. 0131,流域均值为 0. 0255。 子流域 3 效率系数较子流域
4 高出 200. 8% ,较流域均值高出 54. 5% 。 (3)依据各子流域的生态补偿效率系数,可将其划分为优先补偿
8277 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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区、次级优先补偿区和潜在补偿区三类。 其中子流域 4 为优先补偿区,子流域 2、子流域 5 为次级优先补偿
区,子流域 1、子流域 3 为潜在补偿区。 可依据补偿资金的数量,对各子流域实施分批补偿。 仅对优先补偿区
实施生态补偿时,效率较对全流域实施同意补偿提高 54. 5% ;对优先补偿区和次级优先补偿区实施生态补偿
时,效率较对全流域实施同意补偿提高 20. 7% 。
我国是一个拥有广阔国土面积的发展中国家,生态环境保护支出主要依赖国家投入,特别是西部环境脆
弱地区的生态保护经费主要依赖于国家的转移支付。 由于各种原因的制约,现在还无法确保有充足的资金对
所有的生态环境问题进行治理。 在这样的局面下通过空间选择,对生态环境脆弱或环境质量提高潜力大的地
区进行优先治理,将极大地提高资金的使用效率。 在资金优先的局面下,最大化资金的生态效用。
环境保护的目的在于恢复和保护一个地区的生态环境,提高区域内生态系统服务供给的质量。 针对不同
区域的环境问题,应该有选择性的选取相应的一种或多种生态系统服务作为空间选择的依据。 本文研究区域
--黑河流域,水资源短缺是造成其他环境问题和制约社会经济发展的限制性因素,因此本文选取流域水源涵
养作为主要生态系统服务进行空间选择研究。 在其他研究区域应当在明确区域主要环境问题的基础上,选取
合理的生态系统服务作为目标,同时综合考虑区域内生态系统的脆弱性和生态系统服务的丧失风险,进行合
理的生态保护空间选择。
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9277摇 24 期 摇 摇 摇 宋晓谕摇 等:基于土壤鄄水评价模型和福利成本法的生态补偿空间选择研究 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 24 December,2012(Semimonthly)
CONTENTS
A bibliometric study of biodiversity research in China LIU Aiyuan, GUO Yuqing, LI Shiying,et al (7635)…………………………
Effects of elevated CO2 and nitrogen deposition on leaf nutrient quality of Fargesia rufa Yi
ZHOU Xianrong, WANG Jianhua, ZHANG Hong,et al (7644)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Airborne pollen assemblages and their relationships with climate factors in the central Shaanxi Province of the Loess Plateau:
a case in Xiaheimugou, Luochuan County L譈 Suqing, LI Yuecong, XU Qinghai,et al (7654)…………………………………
Spatial and temporal change in ecological assets in the Yangtze River Delta of China 1995—2007
XU Xibao, CHEN Shuang, YANG Guishan (7667)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
Evaluation and optimization of woodland ecological patterns for Qingdao based on the agent鄄based model
FU Qiang, MAO Feng, WANG Tianqing,et al (7676)
……………………………
……………………………………………………………………………
Interactive mechanism of service function of alpine rangeland ecosystems in Qinghai鄄Tibetan Plateau
LIU Xingyuan, LONG Ruijun, SHANG Zhanhuan (7688)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Preliminary evaluation of air temperature reduction of urban green spaces in Beijing
ZHANG Biao, GAO Jixi, XIE Gaodi,et al (7698)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Resources metabolism analysis for the pulp and paper industry in Wuhan, China
SHI Xiaoqing,LI Xiaonuo,ZHAO Linjia,et al (7706)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
The characteristics and influential factors of direct carbon emissions from residential energy consumption: a case study of Lijiang
City, China WANG Danyin, TANG Mingfang, REN Yin, et al (7716)…………………………………………………………
Spatial targeting of payments for ecosystem services Based on SWAT Model and cost鄄benefit analysis
SONG Xiaoyu,LIU Yuqing,DENG Xiaohong,et al (7722)
…………………………………
…………………………………………………………………………
The wind tunnel test of plastic greenhouse and its surface wind pressure patterns
YANG Zaiqiang,ZHANG Bo,XUE Xiaoping,et al (7730)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Population quantitative characteristics and dynamics of rare and endangered plant Davidia involucrata in Hunan Province
LIU Haiyang, JIN Xiaoling, SHEN Shouyun,et al (7738)
……………
…………………………………………………………………………
Phenotypic diversity in populations of germplasm resources of Rodgersia sambucifolia and related species
LI Pingping, MENG Hengling, CHEN Junwen,et al (7747)
……………………………
………………………………………………………………………
Effects of sand burial and seed size on seed germination, seedling emergence and growth of Caragana korshinskii Kom. (Fabaceae)
YANG Huiling, LIANG Zhenlei,ZHU Xuanwei,et al (7757)
…
………………………………………………………………………
Population鄄keeping mechanism of the parasitoid Dastarcus helophoroides (Coleoptera: Bothrideridae) of Massicus raddei
(Coleoptera: Cerambycidae) in oak forest YANG Zhongqi, TANG Yanlong, JIANG Jing,et al (7764)…………………………
Study of mingling based on neighborhood spatial permutation LOU Minghua, TANG Mengping, QIU Jianxi,et al (7774)……………
Comparison of three regression analysis methods for application to LAI inversion using Hyperion data
SUN Hua, JU Hongbo, ZHANG Huaiqing,et al (7781)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Response of seed germination and seedling growth of Pinus koraiensis and Quercus mongolica to comprehensive action of warming
and precipitation ZHAO Juan, SONG Yuan, SUN Tao, et al (7791)……………………………………………………………
Impacts of water stored in sapwood Populus bolleana on its sap flux DANG Hongzhong, LI Wei,ZHANG Youyan,et al (7801)………
Dynamics of greenhouse gases emission and its impact factors by fire disturbance from Alnus sibirica forested wetland in
Xiaoxing忆an Mountains, Northeast China GU Han,MU Changcheng, ZHANG Bowen (7808)……………………………………
Different tide status and salinity alter stoichiometry characteristics of mangrove Kandelia candel seedlings
LIU Biner, LIAO Baowen, FANG Zhanqiang (7818)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effects of shrub encroachment in desert grassland on runoff and the induced nitrogen loss in southeast fringe of Tengger Desert
LI Xiaojun, GAO Yongping (7828)
……
…………………………………………………………………………………………………
Community structure and throughfall erosivity characters of artificial rainforest in Xishuangbanna
DENG Yun, TANG Yanlin , CAO Min, et al (7836)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Temporal鄄spatial variations of net ecosystem productivity in alpine area of southwestern China
PANG Rui,GU Fengxue,ZHANG Yuandong, et al (7844)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Relationships between chemical compositions of Quercus species seeds and climatic factors in temperate zone of NSTEC
LI Dongsheng, SHI Zuomin, LIU Shirong, et al (7857)
……………
……………………………………………………………………………
Effects of simulated acid rain stress on the PS域 reaction center and free radical metabolism in leaves of longan
LI Yongyu, PAN Tengfei, YU Dong, et al (7866)
……………………
…………………………………………………………………………………
Assessment of organic pollution for surface soil in Shenyang suburbs CUI Jian,DU Jizhong,MA Hongwei,et al (7874)………………
The impact of rainfall on soil respiration in a rain鄄fed maize cropland GAO Xiang, HAO Weiping, GU Fengxue, et al (7883)………
Effects of winter crops on enzyme activity and morphological characteristics of root in subsequent rice crops
YU Tianyi, PANG Huancheng,REN Tianzhi,et al (7894)
…………………………
…………………………………………………………………………
Dynamic changes of soil moisture and nitrate nitrogen in wheat and maize intercropping field under different nitrogen supply
YANG Ruiju, CHAI Shouxi, MA Zhongming (7905)
…………
………………………………………………………………………………
Characteristics of the bird diversity and the impact factors in Weishan Lake YANG Yuewei, LI Jiuen (7913)………………………
The effect of cropping landscapes on the population dynamics of the cotton bollworm Helicoverpa armigera (Lepidoptera,
Noctuidae) in the northern Xinjiang LU Zhaozhi, PAN Weilin, ZHANG Xin, et al (7925)……………………………………
The seasonal variations of nitrogen and phosphorus release and its fluxes from the sediments of the Beili Lake in the Hangzhou
West Lake LIU Jingjing,DONG Chunying,SONG Yingqi,et al (7932)……………………………………………………………
Optimization of lake model salmo based on real鄄coded genetic algorithm
GUO Jing, CHEN Qiuwen, ZHANG Xiaoqing, et al (7940)
………………………………………………………………
………………………………………………………………………
The influence of climatic environmental factors and fishing pressure on changes of hairtail catches in the northern South China
Sea WANG Yuezhong, SUN Dianrong, CHEN Zuozhi, et al (7948)………………………………………………………………
Seasonal and spatial distribution of acid volatile sulfide in sediment under different mariculture types in Nansha Bay, China
YAN Tingru, JIAO Haifeng, MAO Yuze, et al (7958)
…………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Research progress on the mechanism of improving plant cold hardiness XU Chengxiang (7966)………………………………………
Influences of vegetation on permafrost: a review CHANG Xiaoli,JIN Huijun,WANG Yongping,et al (7981)…………………………
Home鄄field advantage of litter decomposition and its soil biological driving mechanism: a review
ZHA Tonggang, ZHANG Zhiqiang, SUN Ge, et al (7991)
………………………………………
…………………………………………………………………………
Research progress on the relationship of pollutants between road鄄deposited sediments and its washoff
ZHAO Hongtao, LI Xuyong, YIN Chengqing (8001)
…………………………………
………………………………………………………………………………
8008 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 24 期摇 (2012 年 12 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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摇
Vol郾 32摇 No郾 24 (December, 2012)
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