神農(nóng)架大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估

周文昌 張曼胤 張志麒 史玉虎,4* 崔鴻俠,4

(1 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；2 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；3 神農(nóng)架國家公園管理局科學(xué)研究院，湖北 神農(nóng)架 442421；4 湖北神農(nóng)架森林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測(cè)研究站，湖北 神農(nóng)架 442421)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用(Daliy, 1997; 歐陽志云等, 2000)。濕地提供食物資源、清潔的淡水資源以及人類生產(chǎn)生活的原材料，而且重要的是在調(diào)節(jié)氣候、抗旱防洪、降解污染、固碳釋氧、休閑娛樂等方面發(fā)揮重要作用(Costanza et al, 1997; 周文昌等, 2019)。因此，濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值研究成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)(李文華等, 2009; 李楠等, 2019)。

Costanza等(1997)評(píng)估了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，其中濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值占到總價(jià)值量的15%。近幾十年經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，加劇了人類對(duì)濕地資源的破壞。近年來，國家把濕地保護(hù)修復(fù)提高到國家重要議事日程，2016年12月中共中央、國務(wù)院辦公廳印發(fā)《濕地保護(hù)修復(fù)制度方案》，強(qiáng)調(diào)要建立濕地保護(hù)修復(fù)制度，增強(qiáng)濕地生態(tài)功能，這為科學(xué)家加強(qiáng)濕地研究提供重要的政策支持。本研究以神農(nóng)架國家公園大九湖濕地作為研究對(duì)象，開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估，以期為濕地演變、濕地生態(tài)保護(hù)修復(fù)成效提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

神農(nóng)架大九湖濕地地處湖北省西北部、神農(nóng)架林區(qū)西北部 (109°57′～ 110°03′ E，31°26′～ 31°31′ N)，其盆地底部海拔 1 730 m。區(qū)域?qū)儆趤喐呱胶疁貛С睗駳夂颍昃鶜鉁?.4℃，年降水量1 528.3 mm，主要集中在5—10月，占全年的76.8%(李靜霞等, 2007; 潘曉斌等, 2013)。大九湖盆地總面積為5 083.5 hm2，泥炭沼澤面積約800 hm2(陳君幟, 2009)，湖泊水域面積約110 hm2(余明勇等, 2013)。土壤類型主要為沼澤土和草甸土，成土母質(zhì)為沖積物和湖沼物，呈現(xiàn)由地勢(shì)低洼向外延伸的沼澤土-草甸沼澤土-草甸土類型，優(yōu)勢(shì)植物有地榆(Sanguisorba officinalis)、燈心草(Juncus effusus)、泥炭蘚(Sphagnum palustre)等(劉欣艷等, 2020)。

1.2 數(shù)據(jù)來源和評(píng)估方法

神農(nóng)架大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估數(shù)據(jù)來源主要是通過中國知網(wǎng)、中國畜牧網(wǎng)以及其他網(wǎng)頁報(bào)道的文獻(xiàn)資料，評(píng)估指標(biāo)和方法見表1。

表1 神農(nóng)架大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估指標(biāo)體系Table 1 The evaluation index system for the ecosystem service in the shennongjia Dajiuhu wetland

2 結(jié)果與分析

2.1 物質(zhì)產(chǎn)品

尹發(fā)能(2009)研究大九湖整個(gè)草場(chǎng)理論載畜量為333個(gè)牛單位(主要為牛羊)。每頭牛按50 kg肉計(jì)算，湖北浠水市城北農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)2018年12月18日公布的價(jià)格為70元/kg，計(jì)算得出大九湖物質(zhì)產(chǎn)品價(jià)值為116.55萬元。

2.2 水資源供給

據(jù)專家估測(cè)南水北調(diào)中線工程輸送到北方的清水中，大約10%來自于大九湖濕地。從南水北調(diào)中線建管局獲悉，2017年11月1日—2018年10月31日累計(jì)供水總量達(dá)69億m3，其中北京市分水量12.10億m3，天津市分水量10.43億m3，河北分水量22.42億m3，河南分水量24.05億m3。根據(jù)北京市2018年度第一階梯用水量?jī)r(jià)格為5元/m3，天津市居民用水量第一階梯用水量?jī)r(jià)格為4.9元/m3，石家莊居民用水價(jià)格為4.74元/m3，鄭州市居民用水第一階梯用水量?jī)r(jià)格為4.1元/m3，計(jì)算得出神農(nóng)架大九湖濕地供水服務(wù)價(jià)值達(dá)316 482.8萬元。

2.3 固碳

濕地植物主要在生長(zhǎng)季期間固定大氣中的二氧化碳(CO2)。根據(jù)劉紅葉(2019)報(bào)道的神農(nóng)架大九湖泥炭濕地2016年和2017年2個(gè)夏季(6—8月) CO2的日平均吸收量達(dá) 3.6 μmol/(m2?s)，因此，根據(jù)CO2吸收量平均值，計(jì)算沼澤濕地 6—8月(90 d)的CO2固定量為1 231.72 g /m2，神農(nóng)架大九湖800 hm2沼澤濕地吸收大氣中CO2為9 853.76 t。根據(jù)化學(xué)式，44 g CO2中有12 g的碳，沼澤濕地吸收大氣中的碳2 687.39 t。另外，大九湖濕地9個(gè)湖泊面積110 hm2的水生植物總生物量干重為22 t(余明勇等, 2013)。植物光合作用方程中指出植物每產(chǎn)生1 g干物質(zhì)，需要固定1.62 g CO2，則9個(gè)湖泊固定碳15.68 t。按照李文華(2008)報(bào)道的CO2造林成本價(jià)格1 320元/t碳，固碳2 703.07 t的價(jià)值為356.81萬元。

2.4 釋氧

植物光合作用方程式中，植物吸收大氣 264 g CO2，釋放192 g氧氣(O2) ，則沼澤濕地釋放7 166.37 t O2。根據(jù)植物每產(chǎn)生1 g干物質(zhì)釋放1.19 g O2，則9個(gè)湖泊釋放 26.18 t O2，得出大九湖濕地植物釋放O2達(dá)7 192.55 t。O2價(jià)格采用中華人民共和國衛(wèi)生部網(wǎng)站中2007年春季O2的平均價(jià)格1 000元/t，大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)釋放O2價(jià)值為719.26萬元。

2.5 洪水調(diào)蓄

據(jù)報(bào)道，沼澤濕地單位面積可蓄水量達(dá)8 100 m3/hm2(Xin, 2002; 賀桂芹, 2007)，得出神農(nóng)架大九湖沼澤濕地可調(diào)蓄洪水量達(dá)648×104m3。神農(nóng)架大九湖9個(gè)湖泊高水位和低水位的湖泊容積差的調(diào)蓄洪水量達(dá)104×104m3(潘曉斌等, 2013)，單位庫容水庫造價(jià)6.11元/m3(江波等, 2015a)。神農(nóng)架大九湖濕地蓄水調(diào)洪功能價(jià)值為4 594.72萬元。

2.6 大氣調(diào)節(jié)

根據(jù)1956—2010年的實(shí)測(cè)資料計(jì)算分析，大九湖湖泊蓄水量達(dá)136.6萬m3，多年平均水面蒸發(fā)量643.1 mm(潘曉斌等, 2013)。翁聞暢等(2020)報(bào)道大九湖沼澤濕地水汽全年蒸發(fā)量為1 139.03 mm，以濕地調(diào)濕、降溫計(jì)算大氣調(diào)節(jié)服務(wù)功能價(jià)值。根據(jù)江波等(2015b)采用的濕地增濕降溫服務(wù)功能價(jià)值計(jì)算的公式：以單位體積水量(1 m3)轉(zhuǎn)化為蒸汽的耗電量(125 kW/h)，并結(jié)合大九湖水面蒸發(fā)量、沼澤濕地水汽蒸發(fā)量和湖泊水體年均蒸發(fā)量折算系數(shù)(k=0.75)計(jì)算大九湖濕地大氣調(diào)節(jié)價(jià)值，電價(jià)按照0.5元/(kW?h)計(jì)算，大氣調(diào)節(jié)價(jià)值 =[125 kW/h×643.1 mm×0.75×110 hm2×0.5元 /(kW?h)] +[125 kW/h×1 139.03 mm×800 hm2×0.5 元 /(kW?h)]=331.60萬元+5 695.15萬元=6 026.75萬元。

2.7 降解污染

大九湖濕地可處理周圍游客和居民的生活廢水以及畜牧業(yè)養(yǎng)殖廢水，使湖泊水質(zhì)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)(潘曉斌等, 2013)。Costanza等(1997)報(bào)道了濕地降解污染功能價(jià)值為4 177美元/hm2。大九湖濕地面積910 hm2，按照2018年美元兌人民幣匯率6.885 3元/美元計(jì)算，大九湖濕地降解污染功能價(jià)值為2 617萬元。

2.8 土壤保持

根據(jù)減少土地的廢棄價(jià)值以及保持土壤的養(yǎng)分價(jià)值計(jì)算濕地土壤保持功能價(jià)值(龐丙亮等, 2014; 李偉等, 2014)。周文昌等(2018)評(píng)估神農(nóng)架大九湖濕地減少土壤侵蝕總量為2.287 5×105m3。依據(jù)土壤侵蝕量和一般土壤耕作層厚度來推算土地面積的減少量(崔麗娟, 2004)，耕地一般耕作厚度為15～20 cm。每年減少土壤侵蝕總量為2.287 5×105m3，耕作土壤表層厚度為0.15 m，計(jì)算得出神農(nóng)架大九湖濕地年廢棄土地面積為 152.5×104m2。

神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭沼澤曾開溝排水種植高山蔬菜，并依2018年度恩施州宣恩縣種植高山蔬菜產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益是3 600元/hm2，年減少土壤侵蝕價(jià)值=土地廢棄面積(152.5 hm2)×濕地生產(chǎn)轉(zhuǎn)化效益(3 600元/hm2)=54.9萬元。

大九湖濕地減少土壤肥力的價(jià)值主要是土壤流失帶走土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N、P、K養(yǎng)分)。李素霞等(2008)報(bào)道了大九湖泥炭沼澤地的土壤全氮(N)、全磷(P)、全鉀(K)含量分別為24.5 g/kg、0.9 g/kg和5.4 g/kg。2018年尿素、磷酸氫二胺和氯化鉀價(jià)格分別為2 065元/t、2 200元/t和2 289元/t。減少土壤肥力流失價(jià)值=每年廢棄土壤的土地面積(152.5×104m2)×土壤厚度(0.15 m)×土壤容重(0.20 t/m3)×土壤中N、P、K養(yǎng)分含量×N、P、K化肥平均價(jià)格=297.07萬元。大九湖濕地土壤保持價(jià)值為351.97萬元。

2.9 生物棲息地維持

大九湖濕地生物棲息地維持服務(wù)功能價(jià)值估算，采用美國經(jīng)濟(jì)生物學(xué)家Costanza等(1997)研究的濕地的避難所價(jià)值為304美元/hm2。大九湖濕地生物棲息地維持功能價(jià)值為190.47萬元。

2.10 休閑娛樂

休閑娛樂價(jià)值包含旅游費(fèi)用支出價(jià)值、時(shí)間成本價(jià)值和消費(fèi)者剩余價(jià)值3部分。從神農(nóng)架國家公園管理局獲悉，大九湖2018年的旅游人次達(dá)55.65萬人次，門票收入達(dá)5 565萬元。神農(nóng)架林區(qū)2018年共接待國內(nèi)外旅游共1 587.5萬人次，旅游經(jīng)濟(jì)收入達(dá)572 859萬元，其中客房收入118 563萬元，餐飲收入121 610萬元，旅游商品收入123 046萬元，其他收入121 082萬元。依此計(jì)算出游客平均住宿費(fèi)、餐飲費(fèi)、其他消費(fèi)(含旅游商品收入)分別為75元/人次、77元/人次和154元/人次。大九湖濕地游客所產(chǎn)生的住宿費(fèi)、餐飲費(fèi)和其他消費(fèi)分別為4 173.75萬元、4 285.05萬元和8 570.10萬元，得出旅行費(fèi)用支出價(jià)值達(dá)22 593.90萬元。

時(shí)間成本價(jià)值按照日工資率的30%計(jì)算，國家統(tǒng)計(jì)局公布的2018年全國城鎮(zhèn)就業(yè)人員人均日工資為180元，按照游客在大九湖待1 d計(jì)算，大九湖游客旅游時(shí)間成本價(jià)值為3 005萬元。

人均消費(fèi)者剩余價(jià)值按照人均其他消費(fèi)的10%計(jì)算，得到消費(fèi)者剩余價(jià)值為857.01萬元。

綜上，神農(nóng)架大九湖濕地2018年休閑娛樂價(jià)值為26 455.91萬元。

2.11 科研教育

濕地科研教育價(jià)值通過2018年發(fā)表論文量的科研成本投入法計(jì)算其價(jià)值。在中國知網(wǎng)以關(guān)鍵詞“大九湖”檢索到2018年共發(fā)表23篇論文，每篇論文的經(jīng)費(fèi)投入成本平均為9萬余元(劉彩娥, 2018)。按此計(jì)算，大九湖濕地科研教育價(jià)值達(dá)207萬元。

2.12 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值總量

神農(nóng)架大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值總量為35.81億元，其中，水資源供給、休閑娛樂和大氣調(diào)節(jié)為主導(dǎo)服務(wù)，這3項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量占價(jià)值總量的97.44%，物質(zhì)產(chǎn)品服務(wù)價(jià)值最小(表2)。

表2 大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值Table 2 The value of the service in the wetland ecosystem in shennongjia Dajiuhu

3 討論

本研究中神農(nóng)架大九湖濕地服務(wù)功能價(jià)值總量為35.81億元，是神農(nóng)架林區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值(28.59億元)的1.25倍，是2015年評(píng)估大九湖濕地價(jià)值(6.53億元)的5.5倍(周文昌等, 2018)，這個(gè)差異主要是由于供水價(jià)值大大增加的結(jié)果，原因是 ：(1)計(jì)算方法的差異。2015年度是采用大九湖流域多年徑流量平均值(1956—2010年)和輸水比例(7.6%是本年度調(diào)水量和丹江口蓄水量的比值)計(jì)算的結(jié)果，而2018年度采用的輸水量是專家估算的結(jié)果，中線工程輸送北方的水有10%來自于大九湖濕地；(2)調(diào)水量的差異。2015年度調(diào)水量為22億m3，2018年度調(diào)水量高達(dá)69億m3，相差3倍。

本研究水資源供給服務(wù)功能價(jià)值位居11項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量的第一位，支持了大九湖濕地是南水北調(diào)中線工程重要水源地，為我國北方四省市5 300萬人口的飲水提供了安全保障，彰顯了神農(nóng)架大九湖濕地保護(hù)的重要性。神農(nóng)架大九湖濕地休閑娛樂服務(wù)功能價(jià)值達(dá)2.65億元，彰顯了神農(nóng)架生態(tài)保護(hù)和綠色發(fā)展價(jià)值突出地位，也支持了大九湖是2018年度《中國國家旅游》最佳生態(tài)旅游目的地。

神農(nóng)架大九湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量從大到小依次為水資源供給、休閑娛樂、大氣調(diào)價(jià)、調(diào)蓄洪水、降解污染、釋放氧氣、固碳、土壤保持、科研教育、生物棲息地維持、物質(zhì)產(chǎn)品服務(wù)功能價(jià)值。通過價(jià)值量的排序，揭示了要以主導(dǎo)服務(wù)作為重要保護(hù)對(duì)象，協(xié)同其它服務(wù)類型，加強(qiáng)大九湖濕地保護(hù)恢復(fù)，提升大九湖濕地服務(wù)功能價(jià)值，維持生態(tài)系統(tǒng)的完整性和原真性。另外，由于過去人類對(duì)大九湖濕地過度墾殖(周文昌等, 2017)，濕地退化趨勢(shì)尚未徹底遏制，以及濕地旅游資源開發(fā)和氣候暖化，如何實(shí)現(xiàn)在保護(hù)中發(fā)展，在發(fā)展中保護(hù)，加強(qiáng)人們對(duì)濕地資源的保護(hù)意識(shí)，還需加強(qiáng)大九湖濕地生態(tài)過程和功能的研究，為神農(nóng)架國家公園(含大九湖濕地)第一批國家公園試點(diǎn)提供重要理論依據(jù)。