基于元耦合框架的新安江流域跨界生态补偿机制优化研究——实现清洁水资源供给的空间靶向治理

《Ecosystem Services》：Redesigning a transboundary and spatially targeted PES scheme to sustain clean water provision across metacoupled systems in the Xin’an River Watershed, China

　　本文创新性地提出将元耦合框架（metacoupling）与生态补偿机制（PES）相结合，通过空间靶向技术精准识别关键生态系统服务提供区（如高污染农田），量化跨区域水文生态系统服务流（ES flow），构建涵盖流域内用户、周边都市圈及全国性矿泉水企业的跨界补偿方案。研究证实仅需退耕还林8%的高污染农田即可降低总氮（TN）输出24%，并通过受益者付费原则（如矿泉水企业作为关键行动者）实现公平成本分摊，为跨境流域治理提供了可推广的范式。

　　

Highlight

生物物理背景

城市化加剧了城市对周边水源地淡水供应的依赖，但这些水源常受人类活动污染（Chung等，2021；Turner等，2021）。中国93%的城市用水源自地表水，然而73%的城市水源地已遭受中高度污染，威胁8.6亿人的饮水安全（大自然保护协会，2016；Wang-Erlandsson等，2022）。本研究聚焦新安江流域——中国最大的城市水源地之一，其水质恶化问题亟待解决。

水质建模

我们采用InVEST营养盐输移比率模型（版本3.14.0）评估总氮（TN）输出量，该模型通过径流、土地利用和地形参数模拟TN在26个子流域的输送与滞留过程。其核心公式为：

${\mathrm{Exp}}_x={\mathrm{ALV}}_x\underset{y=x+1}{\overset{X}{\prod \prod }}\left(1-R_y\right)$

其中Exp_x代表栅格单元x的TN输出量，ALV_x为TN负荷量，R_y为沿径流路径的滞留率。

基准水质状况

2021年新安江流域出口断面TN平均浓度达1.18 mg/L，超标国家Ⅲ类水标准（1 mg/L）。研究识别出三大TN污染热点区（图5a）：一个重度污染大子流域（5003 km²，TN输出6930吨，浓度ρ_TN=1.49 mg/L）、一个中度污染小子流域（265 km²，TN输出300吨，浓度1.36 mg/L）及一个轻度污染中子流域（1052 km²，TN输出1086吨，浓度1.10 mg/L）。三者合计贡献了全流域48%的TN负荷，成为生态补偿策略的核心干预区。

流域尺度PES方案情境化

尽管PES理论上有望改善新安江水质，但实践难点在于明确水质指标、界定受益群体并建立支付共识。本研究发现：农户退耕还林的机会成本（4022–10248美元/公顷）远低于实际所需补偿额，凸显了基于生态系统服务流（ES flow）量化结果设计公平分摊机制的必要性。通过元耦合视角，可识别流域内用户、周边都市圈及全国性矿泉水企业等多元受益方，其中矿泉水企业作为"关键行动者"（keystone actor）仅需提价1.8%即可覆盖补偿成本。

结论

本研究构建的跨界PES方案，通过空间靶向锁定高污染农田（核心系统），联动杭州市（邻近系统）与全国矿泉水产业链（远端系统），形成元耦合治理网络。结果表明：精准干预8%污染农田可实现TN削减24%，而基于ES流量化结果的受益者付费模式，能以公平且成本有效的方式保障跨境清洁水供给。