基于能量法的湿地生态系统服务均衡性评估框架以支持决策制定：来自中国黄河三角洲的实证研究

《Environmental Impact Assessment Review》：Emergy-based equivalence assessment framework for wetland ecosystem service to empower decision-making: Empirical insights from Yellow River Delta, China

　　赵志浩|张林波|陈梦娜|李长生|王昊|梁天|刘少辉|吴书瑶中国青岛科技大学气候变化与能源可持续发展研究所，山东青岛266061摘要将生态系统服务纳入决策过程对于可持续发展至关重要。虽然等效因子法是一种广泛应用的生态系统服务估值方法，且与中国正在推行的湿地占补平衡制度相契合，但其传统应用存在诸多缺陷，包括区域针对性不足、在市场环境中的接受度有限、具有主观性以及无法有效区分不同类型的湿地。为弥补这些缺陷并提升该方法在决策中的应用价值，本研究提出了一种基于能值的新型等效因子框架，并在黄河三角洲进行了实证测试。本研究采用了InVEST、RUSLE和能值分析等多种方法，全面量化了2000年至2020年的五类关键生态系统服务，同时改进了用于物种保护的能值评估方法。通过建立理想的参考框架，我们得出了可靠的基于能值的标准化等效值，并建立了不同湿地类型之间生态系统服务的转换关系。研究结果表明，湿地生态系统服务的供给存在显著的空间异质性。计算得到的标准化能值等效值为3.50E+17 seJ·km?2，折算为货币价值约为396万元人民币，其中物种保护是最重要的服务功能。不同湿地类型的单位面积生态系统服务价值差异显著：潮滩的价值最高，其次是沼泽地以及河流和运河，而稻田和水库坑塘的价值最低。这些发现凸显了建立能够反映不同湿地类别生态生产力的面积比补偿机制的重要性。所提出的框架可扩展应用于其他生态资产，为政府制定保护策略、为市场交易提供方法支持以及指导区域可持续发展规划提供可借鉴的分析工具。后续研究应纳入更多类型的生态系统服务，对湿地恢复项目进行跟踪验证，并针对恢复过程中的潜在风险制定相应的应对措施。引言生态系统服务是指人类从生态系统中获得的各种益处，是人类福祉与自然资本之间的重要纽带（MEA，2005）。提升和保护生态系统服务的供给已被正式列为联合国可持续发展议程的具体目标，这体现了其在维护生态系统完整性及支撑人类生计方面的基础性作用（Reyers和Selig，2020；Yan等人，2022）。然而，全球生态系统正面临日益严重的人为压力威胁，快速城市化、不可持续的农业扩张、工业污染以及资源过度开发等现象导致了广泛的生态系统退化（Huang等人，2023；Keith等人，2017；Kong等人，2023）。湿地属于单位面积生态系统服务价值最高的类型，能够提供水资源供给、土壤保持、碳储存以及生物多样性维护等多重功能（Costanza等人，2014）。尽管湿地具有重要意义，但过去三个世纪全球湿地面积减少了约21%，损失主要集中在欧洲、美国和中国（Fluet-Chouinard等人，2023）。值得注意的是，湿地的丧失速度比其他生态系统更快，平均每年损失0.52%，这严重阻碍了全球应对气候变化和阻止生物多样性丧失的努力（Robertson等人，2025）。对于那些希望缓解生态系统退化的政策制定者和利益相关者而言，一个核心挑战就是如何将生态系统服务有效纳入决策框架，而土地管理则是最重要的切入点（Bateman等人，2013；DeFries和Nagendra，2017；Dem等人，2025）。在湿地治理方面，现有的干预措施主要以监管手段为主，如建立自然保护区、实施土地用途分区、设定生态红线以及功能分区等，这些措施主要依靠政府主导的垂直管理式的生态补偿机制来运作（Bai等人，2018；Scherzinger等人，2024；Xiao等人，2024）。然而，基于财政转移的补偿机制受到预算能力限制、信息不对称以及行政效率低下等因素的制约（Busch等人，2021）。这种垄断性的资金分配结构给公共财政带来了巨大压力。同时，由于缺乏反映私人机会成本的价格发现机制，补偿资金的分配依然存在信息不对称问题（He等人，2025）。推动基于市场的生态系统服务工具的发展已成为实现可持续发展路径的关键举措（Gao等人，2020）。不过，生态系统服务所具有的公共产品属性和正外部性给建立有效的市场交易机制带来了很大挑战。通过有针对性的政策激励来内部化这些外部成本，既是实施基于市场机制的必要途径，也是其成功运行的基础前提（Froger和Hrabanski，2015；Li等人，2017）。2021年，中国政府出台了相关文件，要求建立“以市场为导向、可持续的实现生态产品价值的路径”，为这类工具提供了顶层设计和政策框架。在此基础上，2022年颁布的《中华人民共和国湿地保护法》明确了实施基于市场的湿地生态系统服务占补平衡机制的具体办法。该法律要求开发者在占用湿地时必须获取等值的生态系统服务作为补偿，其明确的政策目标是实现湿地生态系统服务的“零净损失”。对湿地生态系统服务进行准确的估值是实施基于市场的湿地占补平衡机制的基础。在众多估值方法中，等效因子法是全球应用最广泛的方法之一。该法则通过确定标准化的等效因子，来表示不同生态系统类型中每单位面积特定生态系统服务（如粮食生产）的经济价值（Xie等人，2015）。该方法源自Costanza等人（1997）提出的价值传递框架，在学术界得到了广泛应用，例如Xie等人（2015）制定的中国版等效因子表，由于其直观的分析框架和相对较低的数据需求，在Web of Science和CNKI上的引用次数已超过6000次。该法为实施基于市场的湿地占补平衡机制提供了实用的操作基础，通过为不同类型的湿地赋予可量化的经济价值，使得因开发活动造成的生态系统服务损失能够以货币形式体现，从而为落实“零净损失”政策提供分析依据。这一估值框架不仅提高了工作效率，还降低了决策过程中的随意性。尽管该方法具有实用价值且被广泛采用，但其传统的应用方式仍存在一些方法学上的缺陷，可能影响其在政策应用中的准确性和可靠性。等效因子系数的确定很大程度上依赖于专家意见和文献综合，从而导致在不同生态特征的区域统一应用相同的标准化数值（Zhang等人，2021a）。这种方法引入了较大程度的主观性，而且无法体现生态系统结构、功能和服务供给能力在时空上的变化规律（Lu等人，2025）。此外，现有等效因子框架所采用的生态系统分类方案相对较为粗略，这类分类原本是为宏观尺度评估而设计的（Wang等人，2023；Xiong等人，2024），因此无法满足需要精细空间信息的政策实施要求。在湿地环境中，由于内部组成存在较大差异，更需要精细的土地分类体系来支撑有效的补偿机制（Xie等人，2017）。能值分析为克服传统等效因子法的上述局限性提供了方法学基础。它的优势在于能够将多种生态系统服务转化为统一的太阳能能值单位——焦耳，从而建立一种基于生物物理原理的供应侧标准，这种标准能够反映生态系统的内在贡献，而不受人类认知的影响（Yang等人，2018）。根据Odum（1996）的定义，能值是指直接或间接用于创造产品或服务的可用能量。这种方法基于能量和物质流动的原理，具有坚实的科学依据。该分析框架已在多个领域得到广泛应用，包括农业系统可持续性评估（Song等人，2024）、复杂城市系统建模（Fan等人，2025；Wan等人，2025）以及各类生态系统的自然资本和环境流量评估（Yang等人，2020；Song等人，2021；Yang等人，2019b），其在生态系统服务评估中的有效性已得到充分证实。此外，该方法还能将基于能值的指标转化为货币价值，便于与社会经济核算体系相结合，从而成为连接生态科学和政策制定的重要桥梁。以上讨论表明，等效因子法和能值分析作为生态系统服务估值的重要工具，二者具有互补性。等效因子法因其方法简单、易于实施而被广泛采用，但其生物物理基础较为薄弱，且对政策的响应不够灵敏（Costanza等人，2014；Xie等人，2017）。而能值分析虽然具有严格的理论基础，但由于分析复杂度高且数据需求量大，不太适合用于快速评估（Zhou等人，2024a）。将这两种方法相结合，发挥各自的优点，有望构建出更加全面且实用的估值框架。不过，目前的研究尚未实现两种方法的有效整合，未能充分发挥各自的优势。在建立可靠的等效基准和全面评估生物多样性价值这两个关键领域，这一问题尤为突出。在此，我们提出了一种新的分析框架，该框架结合能值分析对等效因子法进行优化，以提升生态系统服务的估值和交易水平。以湿地生态系统为研究对象，我们建立了适用于不同湿地类型的可扩展等效基准，从而提升了该方法的政策相关性和市场适用性。这一整合框架通过基于生物物理原理进行估值、实现区域差异化的生态特征描述，以及摒弃单纯依赖经济平均值得出的静态系数，解决了传统方法的诸多局限。该框架的两个主要创新点在于：一是基于理想参考系统提出了标准的等效构建方法，该方法可跨不同生态要素应用，并且与价格关联机制相兼容；二是改进了用于生物多样性保护的能值评估方法，提高了评估结果的精确度。通过将能值分析所具备的生物物理严谨性与时效性强的等效因子法相结合，本研究为生态系统管理以及设计基于市场的环境治理工具提供了有力的分析工具。本研究的具体目标如下：（1）结合能值分析和理想参考系统，构建一种用于评估湿地生态系统服务等效因子的新框架；（2）以黄河三角洲为实证案例，分析2000年至2020年间湿地生态系统服务的时空变化特征以及不同湿地类型（包括物种保护）之间的差异，基于自然保护区建立可靠的等效基准；（3）分析生态系统服务的货币化定价依据，并探讨其在决策中的应用前景。通过实现这些目标，本研究旨在推动生态系统服务估值方法的创新，为自然资本管理提供更为可靠且具有科学依据的工具，尤其有助于制定基于市场的湿地占补平衡机制。研究框架我们构建了一个综合框架，用于说明基于能值的生态系统服务等效因子的构建过程及其实证验证情况，完整的流程如图1所示。整个分析过程分为五个相互关联的阶段。首先，我们收集并预处理了后续分析所需的全面空间和统计数据集。其次，我们运用经过研究区域特定空间参数校准的InVEST模型，来量化2000年至2020年间湿地的时空特征及变化趋势。黄河三角洲的湿地面积在2000年至2020年间大幅增加，湿地覆盖面积从2000年的1276.57平方公里增至2020年的2569.86平方公里，其中人工湿地，尤其是水库坑塘，对这一增长贡献最大。到2020年，水库坑塘、潮滩和沼泽地已成为黄河三角洲主要的湿地类型，占总湿地面积的90.19%。湿地面积的快速增长主要发生在2005–2010年和2015–2020年两个阶段。结果比较与验证不同湿地类型的生态系统服务等效因子的时间稳定性存在显著差异。具体而言，稻田、河流和运河以及湖泊的等效因子具有很强的时间稳定性。这是因为稻田属于人工调控的湿地，其水文系统较为稳定，因此土地利用模式和生态功能在各年份间的变化较小。与此同时，湖泊的分布面积相对较小。结论：本研究构建了一个基于能量分析的框架，用于评估湿地的生态服务价值。该框架整合了InVEST模型、能量分析、理想参考系统以及影子工程等方法，以提高估值的准确性和市场适用性，同时为不同类型的服务提供统一的衡量标准。这一框架为自然保护区建立了可靠的基于能量的价值评估标准，也提升了生物多样性保护方面的能量分析方法。关于利益冲突声明：作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。致谢：本研究得到了山东省自然科学基金（ZR2022MC056）和中国国家自然科学基金（72503109）的支持。