神農架林區大九湖濕地生態系統服務價值評價

周文昌, 史玉虎, 潘 磊, 崔鴻俠, 張志麒, 楊敬元

(1.湖北省林業科學研究院, 湖北 武漢 430075; 2.神農架國家公園管理局 科學研究院, 湖北 神農架 442400)

濕地是重要的生態系統，也是人類重要的生命支持系統，它為區域環境提供許多重要的服務功能。20世紀末，Daily[1]將生態系統服務定義為自然生態系統及其組成物種所提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過程；Costanza等[2]定義為來自生態系統功能提供給人類直接(如食物)或間接(如廢棄物降解)的效益，從而將生態系統服務價值評估推向了高潮；而中國學者歐陽志云等[3]在基于國內外研究的基礎上，1999年將其定義為生態系統與生態過程所形成與維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用，促進了中國對生態系統服務價值的評估。de Groot等[4]2002年將生態系統服務定義為自然過程及其組成部分提供的產品和服務；2005年聯合國千年生態系統評估(MA)[5]定義生態系統服務包含自然生態系統和人類改造的生態系統為人類提供的直接的、間接的、有形的和無形的效益，并將生態系統服務劃分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務；2007—2008年，Boyd等[6]、Fisher等[7]認為生態系統服務是自然中直接被享受的、被消費的或用于產生人類福祉的組分，唯有對人類效益產生直接貢獻的生態系統過程或功能的組分方能稱為服務，即生態系統最終服務。然而針對聯合國千年生態系統評估劃分的4大服務中的供給服務和文化服務通常是最終服務，調節服務既可是中間服務也可以是最終服務[8]，支持服務是中間服務[9]。生態系統最終服務是人類直接利用生態系統的自然組分產生效益的過程，生態系統中間服務只是產生生態系統最終服務的生態特征[6-7]。

綜上所述，生態系統服務是評估生態系統最終服務，并采取合理的評價指標和評價方法將抽象的服務轉化為人們能感知的貨幣，直觀地反映生態系統的各項服務創造的價值。眾所周知，濕地與海洋、森林并列為全球三大生態系統，它不僅為人類的生存提供了生活所需的產品(食物、淡水資源)，也在保持土壤、調蓄洪水、改善氣候、休閑娛樂、科研教育等方面發揮著重要作用。1997年，Costanza等[2]評估的全球生態系統服務價值每年達3.33×1013美元，是全球國民生產總值的1.8倍，而濕地生態系統(海岸生態系統、潮汐沼澤、紅樹林、沼澤、洪泛平原濕地、河流和湖泊)每年提供服務價值為1.92×1013美元，接近全球生態系統服務總價值量的60%。然而，隨著全球社會經濟快速發展，濕地生態系統服務價值長期未得到人類社會的全面認識，致使了人們對濕地資源的不合理利用，導致天然濕地大量喪失和功能退化，制約社會經濟發展，進而開展濕地生態系統服務功能貨幣量化評估，促進人類社會對濕地生態系統服務價值認知，推動全社會的濕地保護意識和可持續地利用濕地資源具有重要作用。

神農架林區大九湖濕地作為華中地區面積最大、海拔最高和保存完好的北亞熱帶高山泥炭蘚沼澤濕地，是南水北調中線工程水源涵養地[10]，神農架國家公園的重要組成部分和鄂西生態文化旅游圈，具有著重要的科學研究文化價值。然而，目前有關神農架大九湖濕地生態系統服務價值量的評估尚未見報道，阻礙了人們對神農架大九湖濕地生態服務功能價值的認知，不利于政府決策者、濕地管理者對神農架大九湖濕地的保護、管理及合理利用。因此，本文擬評估神農架大九湖濕地生態系統服務價值，以期為大九湖濕地保護與修復提供科學依據。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

神農架林區大九湖濕地(109°56′—110°11′E，31°24′—31°33′N)地處湖北省西北端神農架林區，坐落在大巴山脈東段北麓，為亞高山濕地，也是華中地區面積最大、海拔最高的高山濕地和保存完好的北亞熱帶高山泥炭沼澤濕地，是南水北調中線工程重要水源涵養地，也是名貴中藥材生產基地，生態地位十分重要[10]。大九湖濕地屬于亞高山寒溫帶潮濕氣候，年均氣溫7.4 ℃，最熱7月18.8 ℃，最冷1月-4.9 ℃，年均降水量1 519.3 mm(1956—2010年)，5—10月降水量占全年的76.8%，年最大降水量達2 170.8 mm(1963年)，年最小降水量919.9 mm(1966年)，相對濕度80%，海拔1 760 m，濕地總面積約1 645 hm2[10-12]。大九湖濕地區域內有高等維管植物46科83屬98種，以阿齊薹草(Carexargyi)、燈心草(Juncuseffuses)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)、紫羊茅(Festucarubra)等為沼澤濕地的優勢植物[11]。

1.2 數據來源和評估方法

數據來源主要是通過文獻資料收集和中國知網、中國畜牧網以及其他的網頁報道的資料評估大九湖濕地生態系統服務價值。本文主要參考Costanza等[2]、歐陽志云等[13]和崔麗娟等[14-15]評價指標和評估方法，初步評估大九湖濕地生態系統服務價值量，評價指標和評估方法見表1。

表1 大九湖濕地生態系統服務功能價值類型與評估方法

2 結果與分析

2.1 物質生產服務價值評估

大九湖濕地主要物質產品為牛羊肉，由于數據缺乏，僅根據大九湖整個草場研究表明理論載畜量約為333個牛單位，按照333頭牛計算[12]，根據《中國畜牧網》2015年11月12日公布的湖北浠水農產品批發市場64.8元/kg，按照每頭牛50 kg肉計算，1頭牛單價為3 240元。大九湖濕地每年供應的物質產品價值為1.08×106元。

2.2 供水服務價值評估

大九湖濕地作為南水北調中線工程水源地——堵河的源頭，而堵河是漢江最大支流，水源最終匯入丹江口水庫，使得大九湖濕地具有重要的供水服務價值。南水北調中線工程自2014年12月12日正式通水到2015年12月11日，南水北調中線工程正式入渠水量達2.39×109m3，考慮長距離輸水(1 432 km干渠)存在蒸發損耗，2015年度向沿線受水區輸水2.22×109m3，占丹江口水庫年蓄水量(2.91×1010m3)的7.6%，惠及沿線14座大中城市，人口達3.80×107人。據研究報道，大九湖流域面積為43.24 km2，主要由降水形成，大九湖多年平均徑流深1 103.9 mm，多年地表徑流量4.75×107m3[10]。由于堵河水最終流入丹江口水庫，計算大九湖2015年度供水價值以大九湖濕地多年平均地表徑流量的7.6%作為丹江口水庫調水量，沿線城市水價見表2，水價按第2階梯水價計算，得到大九湖濕地供水價值為2.00×107元。

表2 大九湖濕地供水價值評估

2.3 固碳服務價值評估

濕地生態系統固碳服務價值主要是指濕地植物通過光合作用固定CO2的能力，通常是根據濕地植物生物量評估濕地生態系統固碳服務價值。濕地植物生物量數據來源以余明勇等[16]研究報道的大九湖盆地景觀平均生物量為依據，濕地面積以大九湖濕地湖泊和沼澤面積分別為115 hm2，800 hm2(合計915 hm2，表3)[10,17]。大九湖湖泊濕地植物總生物量為23 t，沼澤濕地植物總生物量為12 000 t，植物總生物量為12 023 t。根據光合作用方程式得到植物固碳量，每產生1 g干物質，植物需要固定1.63 g CO2，相當于0.44 g碳，計算的大九湖濕地植被每年固碳量8.62×103t。固碳價值采用中國造林成本法計算，CO2造林成本為1 320元/t[18]，固碳價值為1.14×107元。

表3 大九湖盆地濕地景觀類型和面積

2.4 調蓄洪水服務價值評估

大九湖亞高山濕地的調蓄洪水能力主要包含沼澤的土壤調洪能力、植被的地表滯水能力和湖泊調蓄能力。研究表明大九湖泥炭沼澤的持水量是土壤重量的5～8倍，土壤容重是0.2～0.35 g/cm3，按照泥炭厚度0.5 m計算，沼澤面積800 hm2，大九湖濕地泥炭儲量約4.00×107m3[17]，按照水的密度為1 g/cm3計算，得到大九湖沼澤濕地最低可調蓄洪水能力4.00×107m3。地表滯水主要是指植被截留降雨、延緩洪水和消減洪峰流量的能力，植被的防洪能力可以通過截留降水量來計算，本區的截留系數取27.5%[15]，計算得到大九湖沼澤植被截留降水量為3.34×106m3。根據大九湖9個湖泊高水位和低水位的湖泊容積之差計算湖泊調蓄洪水能力[10]，得到湖泊調蓄洪水能力為1.04×106m3，單位庫容水庫造價6.11元/m3[18]。因此，大九湖濕地調蓄洪水價值=(沼澤的土壤調洪能力+植被的地表滯水能力+湖泊調蓄能力)×單位庫容水庫造價為2.71×108元。

2.5 土壤保持服務價值評估

濕地生態系統的土壤保持服務包含減少土地廢棄價值、保持土壤養分價值和減少泥沙淤積價值，其中減少土地廢棄價值與減少淤積價值存在著重復計算[15]。因此本研究只計算減少土壤廢棄價值和保持土壤養分價值，按照崔麗娟[14]評估鄱陽湖濕地保持土壤價值采用減少土壤侵蝕價值的替代法計算。減少侵蝕總量為2.29×105m3。

濕地減少土壤侵蝕的價值采用土地廢棄的機會成本來代替，即認為濕地完全破壞后，這些土地將退化乃至廢棄，用土壤的侵蝕量和一般的土壤耕作層的厚度來推算相對相當的土地面積減少量[14]。一般土壤耕作層厚度為15—20 cm。年廢棄土地面積為1.53×106m2。

濕地生態平均效益，采用大九湖亞高山耕作土地種植高山蔬菜生產效益為7.50×104元/hm2，計算濕地生態的平均效益，年減少土壤侵蝕的價值1.14×108元。

大九湖濕地減少土壤肥力流失的價值。土壤流失主要帶走土壤營養物質，這里采用N，P，K養分作為土壤肥力流失的價值估算。根據研究表明泥炭沼澤地的土壤全氮、全磷、全鉀含量平均值分別為24.5，0.9，5.4 g/kg[17]。根據化肥的價格采用《2012年中國統計年鑒》中尿素、磷酸氫二胺和氯化鉀的進口價格，分別為4 568，4 203，2 716元/t[15]。于是，減少土壤肥力流失價值5.40×107元。

因此，大九湖土壤保持服務價值=年減少土壤侵蝕價值+年減少土壤肥力流失價值=1.68×108元。

2.6 大氣調節服務價值評估

大氣調節價值包含植物光合作用釋放氧氣、濕地生態系統蒸騰蒸發的增濕調溫、溫室氣體二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放[15]。大九湖濕地由于缺乏CO2排放數據，不評價該價值。釋放氧氣、增濕調溫服務價值屬于正效應，而溫室氣體排放屬于負效應[15,18]。增濕調溫價值是根據1956—2010年的實測資料計算而得，大九湖湖泊體積水量1.37×106m3，多年平均水面蒸發量643.1 mm，多年平均陸面蒸發量419.3 mm[10]。湖泊水域調節空氣濕度和溫度價值，公式依據文獻[18]，即通過單位體積水量(1 m3)轉化為蒸汽耗電量125 kW/h，結合大九湖水面蒸發量和湖泊水體年均蒸發量折算系數(k=0.75)得到大九湖湖泊水域大氣調節服務價值3.47×106元；另外，大九湖濕地陸面蒸發包含土壤蒸發、植物蒸騰和陸面水的蒸發的大氣調節價值，得到陸面沼澤大氣調節價值2.10×107元，大九湖濕地增濕調溫服務價值為2.44×107元。

釋放氧氣(O2)價值是根據植物光合作用方程式，植物每產生1 g干物質釋放1.19 g O2，植物總生物量為1.20×104t。O2價格采用中華人民共和國衛生部網站中2007年春季O2的平均價格1 000元/t。得到大九湖濕地生態系統釋放O2價值為1.43×107元。

溫室氣體CH4排放價值是負效應價值，由于湖泊濕地CH4排放通量數據缺乏，僅根據李艷元等[19]報道大九湖泥炭濕地CH4排放通量計算而得，大九湖泥炭濕地CH4排放78.56 kg/hm2，此外，CH4的溫室效應是CO2的24.5倍[15]，因此，在計算CH4溫室氣體的負效應時，要轉化為CO2當量評估負效應價值，大九湖濕地CH4排放相當于CO2排放1 924.72 kg/hm2。依據造林成本法和泥炭濕地面積計算，大九湖濕地溫室氣體負效應價值為2.03×106元。因此，大九湖濕地大氣調節價值為3.67×107元。

2.7 休閑娛樂服務價值評估

大九湖濕地由于氣候濕潤、空氣清晰和環境優美，是人們避暑和陶冶情操的圣地，2008年湖北省委、省政府作出重大戰略決策，通過激活鄂西地區豐富生態、文化等資源優勢，破解交通、體制、機制等瓶頸障礙，強力建設“鄂西生態文化旅游圈”，近年來，每年達數十萬人到大九湖濕地避暑和欣賞美麗的濕地景觀資源，如2008—2015年旅游人次和門票收入逐年增加，2015年達到3.12×105人次(圖1)。休閑娛樂價值由人均旅行費用支出、人均旅行時間成本和人均消費者剩余價值3部分組成[13]，因數據缺乏，本研究僅僅評估人均旅行費用支出的門票與住宿費用價值和旅行時間成本價值作為大九湖濕地休閑娛樂服務價值。《2015年度人力資源和社會保障事業發展統計公報》的全國城鎮就業人員每人每日平均日工資140元左右(依據全國城鎮非私營單位和城鎮私營單位就業人員年平均工資6.20×104和3.96×104元計算而得)，旅行時間成本費用按照日工資率的30%計算[13]，求得人均時間成本為42元/次，游客在大九湖濕地逗留時間為1 d。另外，大九湖濕地游客一般住宿神農架林區木魚鎮和坪阡古鎮，住宿費每人150～400元/次，取中間值為300元/次；大九湖濕地門票為120元/人次，平時有時會有優惠價(神物價文〔2008〕83號)，根據大九湖濕地門票實際收入為3.50×107元，得到旅行費用支出1.28×108元和時間成本3.08×106元，合計得到大九湖濕地休閑娛樂價值1.42×108元。

圖1 大九湖濕地歷年旅游量和門票收入

2.8 科研教育服務價值評估

濕地生態系統的科研價值主要包含相關的基礎科學研究、教學實習基地、文化宣傳等價值。根據實際調查，本研究僅僅計算大九湖濕地科學研究價值，通過每年發表的論文量的總投入成本計算。通過在中國知網以關鍵詞“大九湖”檢索到2015年17篇論文，在ScienceDirect以關鍵詞“Dajiuhu”檢索到2015年論文9篇。研究表明平均每篇論文的投入經費為3.58×105元，但是由于中國的科研項目完成期一般為3年，每篇論文投入1.19×105元[15]。2015年大九湖濕地科研教育服務價值為3.10×106元。

2.9 大九湖濕地生態系統服務總價值量

神農架大九湖濕地生態系統服務總價值量約為6.53×108元(表4)，占到2015年神農架林區國內生產總值(GDP)22.5億元的29.02%。其中，神農架大九湖濕地生態系統服務價值中最大服務價值為調蓄洪水價值2.71×108元，占總價值量的41.51%，土壤保持價值1.69×108元，休閑娛樂價值1.42×108元，而科研教育服務價值是3.10×106元，占服務價值的0.47%。因此，大九湖濕地生態系統8項服務價值按照價值量大小排序，依次為：調蓄洪水>土壤保持>休閑娛樂>大氣調節>供水>固定CO2>科研教育>物質生產(表4)。

表4 2015年大九湖濕地生態系統服務價值

3 結論與討論

濕地作為大自然對人類的賦予，為人們帶來的價值有很多，除了巨大直接經濟價值外，還有生態效益和社會效益價值。本文根據現有數據初次評估了大九湖濕地8項最終服務價值，總價值量為6.53×108元，接近2015年神農架林區國內生產總值的30.0%，表明了神農架大九湖濕地生態系統服務功能價值的重要性和具有的重要生態地位，為神農架林區保護與恢復大九湖濕地提供了重要科學依據。在評估的8項生態系統服務中，調蓄洪水、土壤保持和休閑娛樂3項服務價值占總價值量的88.94%，說明這3項服務價值是神農架大九湖濕地的主導服務，反映出神農架大九湖濕地的特征，一方面是大九湖濕地作為南水北調中線工程的水源地，在涵養水源和保持土壤服務價值中發揮著重要作用。另一方面，大九湖濕地休閑娛樂服務價值高達1.4億元，這與神農架大九湖濕地屬于《國家濕地公園》、《國際重要濕地名錄》、《世界地質公園》和國家5A級景區密切相關，美國國家地理雜志推薦“人一輩子不得不去的地方之一”，是鄂西生態文化旅游圈的核心板塊和國內外游客向往的重要避暑圣地和精神家園。評估結果用直觀的數字反映出神農架大九湖濕地為人類提供的巨大福祉，突出了大九湖濕地保護的重要性。評估結果不僅能提高公眾和管理者對神農架大九湖濕地生態系統服務的認知，也為生態補償政策多元化制定提供參考依據。

濕地生態系統服務總價值量的高低一方面與研究者選擇評價指標、評價方法、數據有效性有關[13,15]，如固碳價值評價有采用瑞典的碳稅法和造林成本法，而瑞典碳稅法可能不適合中國國情。另一方面，人類對濕地生態系統功能、服務和價值之間的關系的認知也不斷發生變化，導致選擇的評價指標和評價方法不同，進而生態系統服務價值評估結果不一。如歐陽志云等[13]課題組在評價中國內陸最大的淡水湖——博斯騰湖生態系統最終服務價值時，既評價了水質凈化價值，也評價了水資源供給價值；而龐丙亮等[15]課題組評價若爾蓋高寒濕地最終服務價值中僅評價了水資源供給價值，而水質凈化價值作為中間服務，如都評價，存在重復評價。此外，在休閑娛樂和大氣調節價值的評估中，因數據缺乏，僅評估了部分價值，今后尚須完善大九湖濕地生態系統服務價值評估。

然而，值得注意的是科研教育服務價值僅占服務總價值量的0.47%，但其地位不可忽視。因為濕地生態系統服務價值長期以來在經濟社會發展中沒有得到人類的足夠認知，是造成對濕地的過度開發利用，導致天然濕地喪失和功能退化的重要因素[19-20]。因此，加強大九湖濕地生態系統時空動態監測和科學研究，完善濕地生態系統服務價值評估，綜合調控濕地生態系統結構、功能和過程的關鍵影響因子，提高濕地生態系統主導服務功能價值，為保護神農架大九湖濕地生態系統的完整性和健康穩定性提供重要依據。

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