基于自然保护区面积的森林生物多样性评价模型

张颖

(北京林业大学经济管理学院，100083，北京)

基于自然保护区面积的森林生物多样性评价模型

张颖

(北京林业大学经济管理学院，100083，北京)

摘要：森林生物多样性评价研究对促进生物多样性保护、加强生物多样性管理等有重要意义。以全国森林资源统计和林业统计年鉴数据为基础，收集2001—2010年森林生物多样性评价的有关数据，采用经济控制论中最优控制的方法建立有关评价模型，获得基于自然保护区面积的森林生物多样性评价的最优价格。结果表明，我国森林生物多样性评价的最优价格为0.997万元/hm2，并且存在评价的动态模型，提出我国森林生物多样性评价应采用影子价格，并应考虑社会、经济等因素的建议。

关键词：森林;生物多样性;评价;模型;管理

森林生物多样性是生物多样性的重要组成部分。如何对其进行评价，一直是学术界研究探讨的问题。最早开展森林生物评价研究的是经济合作与发展组织(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)和芬兰的森林资源核算［1］。1992年，OECD在环境政策影响评估计划中就涉及到了生物多样性的变化评价与社会经济发展关系的研究内容，并且在1993年设计了压力—状态响应的评价指标框架(Pressure-State-Response，PSR)［2-3］。芬兰在OECD指标框架的基础上，1996年进行了本国的森林资源核算研究，1997年出版了《芬兰森林资源核算与生态可持续能力》的研究报告［4-5］。在芬兰的研究中，利用评价指标框架主要对森林资源的质量进行了评价，并计算了1980—1996年森林质量总指数的变化情况［4］。计算结果表明，芬兰1980—1996年经济发展引起森林生物多样性的压力变化，也引起了芬兰的森林质量变化，这些信息为芬兰的森林资源管理和生物多样性保护提供了重要的参考［5］。Pukkala和Kangas等主要从物种的角度评价森林生物多样性的变化，他们把森林生物多样性分解为单个可测度的林分，并且把林分内稀有、受威胁和濒危物种的出现频率作为关键的评价因子［6］。Puumalainen等利用森林的组成、结构和功能这3个关键质量决定因素和国家水平的森林资源统计数据等评价了欧洲的森林生物多样性变化［7］。Ericsson等主要强调物种和结构在森林生物多样性评价分析中的作用，并对瑞典林地的关键生境(woodland key habitat，WKH)进行了分析［8］。近年来，对森林生物多样性的评价更多的是从系统的角度进行研究，评价的影响因素不仅包括自然因素，还包括人文、社会和经济发展等各方面因素。提出的防止生物多样性减少的方法不仅包括自然措施，也包括社会经济文化等方面的一些措施。如由联合国环境规划署主持，欧洲委员会、德国联邦环境部等支持的TEEB(The Economics of Ecosystems＆Biodiversity，TEEB)研究认为，物种和生物资产的减少主要是由于忽略私有利益以外的生态价值所造成的，并提出生态系统和生物多样性的科学评估流程为政策变更→对生态系统和生物多样性的影响→生态系统和生物多样性服务的变化→对人类福利的影响→生态系统和生物多样性服务变化的经济价值［9］。S.H.M.Butchan 等［10］和联合国粮农组织(FAO)［11］的研究报告也表明，栖息地的丧失和生境的破碎化是造成环境降级和生物多样性丧失的主要因素。另外，无论怎样评价，很难准确知道森林生物多样性的物种、生态系统和遗传基因的准确数目，其评价是一个典型的“黑箱”系统，应该运用“黑箱”理论，通过人类社会经济活动引起的森林生物多样性的压力—状态和响应评价它的变化［12-13］。笔者以森林自然保护区生物多样性为研究对象，根据全国7次森林资源清查数据，收集相关资料，通过建立国家层次的森林自然保护区生物多样性变化与经济发展之间的差分方程，求出森林生物多样性价值评价的最优价格，以期为生物多样性的价值补偿和管理提供依据。

1 森林生物多样性定义及评价模型

1.1 定义

生物多样性是物种多样性、生态系统多样性和遗传基因多样性的统称［8］。它包括上述3个层次，对保持生态系统的稳定性等具有重要的意义和价值。目前，对于基因多样性评价比较困难，而对生态系统多样性和物种多样性评价较多，尤其是物种多样性常用物种丰富度等来进行评价。所谓物种丰富度是指一定面积内种群的总数目。由于物种和种群必须在一定地域面积，即栖息地内生存，在此，为了研究和数据收集的方便，简单地用森林自然保护区的面积代替森林物种的丰富程度［14］，并建立有关模型，求出单位面积森林生物多样性的价格。

1.2 评价模型

研究中主要把森林自然保护区作为森林生物多样性评价研究的对象。根据离散时间经济系统控制模型和森林生物多样性变化特性，将森林生物多样性评价公式简单地抽象为下面的理论方程［15-16］：

式中：B(k)为k时点森林自然保护区面积，hm2;I(k)为k时点森林自然保护区增加面积，hm2;D(k)为k时点森林自然保护区减少面积，hm2;k为年份;k0为起始年份;B0为给定的起始年份。

模型中，I(k)为控制变量，其他变量为状态变量。森林生物多样性评价就是要在方程(1)的约束下，使森林自然保护区的生物多样性损失的价值最小，即

式中φ［B(N)，N］为森林自然保护区生物多样性价值的终端约束。

2 数据收集

森林自然保护区面积、林业产值的数据主要来源于《中国森林资源清查》［17］和《全国森林资源统计》［18］，年森林保护区增加、减少的面积，GDP、森林保护区投资、收入的数据来源于《中国林业统计年鉴》［19］和《中国统计摘要(2008)》［20］。另外，在数据收集中，部分数据也来源于有关研究报告［21］。收集的森林生物多样性评价的基本数据见表1。

3 评价模型的估计

3.1 状态方程

根据表1森林生物多样性评价数据，采用逐步回归方法对模型进行估计。由于森林自然保护区每年减少面积D(k)数据不足，在回归方程中仅保留了每年增加面积I(k)和保护区面积B(k)，状态方程的回归结果见表2～表4。

表1 森林生物多样性评价数据Tab．1 Data of forest biodiversity assessment

表2 模型汇总Tab．2 model summary

表3 模型方差分析Tab．3 model ANOVA

表4 模型回归系数分析Tab．4 model coefficients of analysis

由表2可以看出，回归模型的拟合优度R2为1.000，调整后的R2为1.000，具有较高的拟合优度。由表3可以看出，模型的F值为134 174.40，显著性水平Sig.值为0.00，表示模型成立并具有统计学意义，即回归后的B(k)、I(k)可显著解释B(k+1)。

根据表4的回归系数，森林生物多样性的评价模型为

B(k+1)=0.997B(k)+1.015I(k) (3)

在评价模型中，不包括D(k)。

3.2 性能指标

根据研究，森林自然保护区面积的增加与经济发展之间存在一定的关系，尤其是自然保护区面积的增加和保护区收入之间存在二次曲线关系［22］。根据表1的统计数据，采用统计软件计算的二者之间的关系式为

其中，R=0.976，R2=0.952，方程的 F 值为69.256，Sig.值为 0.000。

按照《中国林业统计年鉴：2010》的统计资料，2010年，我国林业总产值为22 779.02亿元，其中林木培育和种植业为8 564.98亿元，林业旅游与休闲服务为1 310.37亿元［22］。根据表1的数据，2001—2010年，我国森林自然保护区的收入年均增长23.95%，到2020年森林自然保护区面积将为24 072.29万hm2，占国土面积25%，年收入将达到4 755.06亿元左右［23］。据此，按照2020年森林自然保护区将达到的最大面积计算，如果以1990年为初始点，到2020年，我国森林自然保护区年收入约为4 755.06亿元。此时，根据状态方程，终端约束为0.997B(k)+1.015I(k)=24 072.29，因此，性能指标变为

式(5)的具体含义为：在方程(3)、(4)的约束下，在时间［1，k-1］内，求出 k个控制变量 I(1)、I(2)、…、I(k-1)，使状态由初始B(1)转移到终止状态B(k)，并使式(5)的性能指标取极小值，也就是在时间［1，k-1］内，使森林自然保护区的面积最大，生物多样性损失的价值最小。

4 森林自然保护区生物多样性评价最优价格的计算

根据表1的统计数据，2020年，我国森林自然保护区面积将为2亿4 072.29万hm2，森林自然保护区面积增加的最大值为2亿4 072.29万hm2左右;因此，森林自然保护区生物多样性评价的状态方程为：

这里，求得的λ*(k)=0.997万元/hm2是2020年森林自然保护区生物多样性每公顷评价的影子价格，也是森林生物多样性保护的单位面积最优价格。

上述计算结果的具体含义为，我国森林自然保护区生物多样性的最优价格为0.997万元/hm2，这也是我国森林生物多样性保护应有的补偿价格。

5 结论

1)我国森林自然保护区生物多样性评价的模型为：

其中，森林自然保护区面积B(k)与B(k+1)回归方程的拟合优度R2=1.000，调整后R2=1.000。模型的F值为134 174.40，显著性水平Sig.值为0.00，表明模型成立并具有统计学意义。目标函数也表明，在2020年，我国森林自然保护区年收入将达到4 755.06亿元，评价模型的终端约束条件为0.997B(k)+1.015I(k)=24 072.29。

2)在2020年我国森林自然保护区面积24 072.29万hm2的目标下，采用最优控制中最小值原理的方法得出我国森林自然保护区生物多样性的最优价格为0.997万元/hm2，这也是我国森林生物多样性保护应有的补偿价格。

6 讨论

森林生物多样性评价既是目前国际研究的一个热点问题，又是关系世界各国可持续发展的一个焦点问题，但对森林生物多样性的评价研究更多的是关注某一时点的物种和生态系统的多少，而对生物多样性长期变化评价的研究还不多［12］，尤其缺少把森林生物多样性的减少同社会经济发展的联系进行研究，并在满足一定社会需要的前提下求出森林生物多样性保护的单位面积最优价格等。笔者采用差分方程和最优控制中最小值原理的方法计算了森林自然保护区生物多样性的单位面积最优价格，这为我国森林生物多样性的补偿和管理提供了一定的依据。

1)森林生物多样性的评价更应关注长期趋势的变化，尤其要关注社会、经济发展等综合因素对生物多样性的影响，并且要具体区分自然气候变化、社会经济发展等对森林生物多样性的影响，只有区分了自然变化和社会经济发展变化因素引起的影响，才能有效制订出针对人类社会发展影响的政策、法规，促进经济社会的持续发展;因为自然因素引起的变化往往是不可控制的，过多的注重森林生物多样性的评价计量，不区分自然因素、社会经济发展变化等因素对森林生物多样性大小的影响，对政策、法规制订的参考意义不大，且无助于森林资源的管理。

2)对森林生物多样性的评价，离不开生物多样性的价值计量，尤其离不开对森林生物多样性的价格计量。对森林生物多样性的价格计量时，应采用影子价格或最优价格来计量，且要符合经济学的理论规范。一般情况下，完全自由市场竞争形成的价格，比较接近或等于影子价格或最优价格，而替代价格或成本价格只能是部分价格或局部价格。一般方法进行评价时使用的或求出的价格往往是替代价格或成本价格，而这些价格在一定的时点下不是唯一的，也不符合经济学规范;因此，进行森林生物多样性评价时，应该采用影子价格或最优价格，不应该采用局部的成本价格或替代价格，这既不符合经济学规范，也不利于森林生物多样性的保护。

3)进行森林生物多样性的评价，应把自然、社会、经济、人类的影响等因素综合考虑进来，生物学、生态学的评价更多地关注生物、生态等自然因素的影响;除此之外，森林生物多样性的变化还受经济发展水平、保护投资、保护区管理水平等因素的影响：因此，评价时应把这些因素综合考虑进来以便系统地评价森林生物多样性的变化。

4)目的不同，尺度不同，评价的方式方法也应不同。本研究主要针对国家层次的森林自然保护区生物多样性的评价，主要用于自然保护区的管理和生态补偿的研究，而对于单一物种的评价，其尺度、方法也是不同的［23］;因此，目的不同，尺度不同，评价的方法、公式、内容也应不同，否则，会造成森林生物多样性评价不科学。

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Forest biodiversity assessmentmodel based on the nature reserve area in China

Zhang Ying
(School of Economics andmanagement，Beijing Forestry University，100083，Beijing，China)

Abstract：There is an important significance of studying of forest biodiversity assessment for promoting the conservation of forest biodiversity and enhancing biodiversitymanagement in China.The paper collected forest biodiversity assessment-related data from 2001 to 2010，and used of optimal controlmethods in Economic Cybernetics to establish the evaluationmodel，and calculated the optimal price for forest biodiversity assessment based on the nature reserve area.The studies showed that forest biodiversity assessment of the optimal price was 9，970 RMB yuan/hm2，and there was a dynamicmodel of evaluation.Finally，the study suggested China's forest biodiversity assessment should use the shadow price，and should consider the social，economic and other factors.

Key words：forest;biodiversity;evaluation;model;management

S718.56

A

1672-3007(2013)04-0030-06

2012-12-25

2013-05-01

国家林业局林业公益性行业科研专项经费课题“基于林改的森林资源可持续经营技术研究”(200904003);教育部人文社会科学研究规划基金项目“森林碳汇的经济核算及其市场化研究”(09YJA910001)

张颖(1964—)，男，博士，教授、博士生导师，美国克罗拉多大学合聘教授。主要研究方向：自然资源，环境资源的价值评价、核算，区域经济。E-mail：zhangyin@bjfu.edu.cn

(责任编辑：宋如华)