杭州灣濱海濕地生態系統服務價值變化

李 楠，李龍偉，張銀龍，陸燈盛，吳 明

（1.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京210037；2.浙江農林大學 浙江省森林生態系統碳循環與固碳減排重點實驗室，浙江 杭州311300；3.密歇根州立大學 全球變化及對地觀測中心，美國 密歇根 東蘭辛 48823；4.中國林業科學研究院 亞熱帶林業研究所，浙江 杭州311400）

濱海濕地是位于陸地和海洋之間的過渡地帶，具有復雜的生態系統［1］，在保護海岸線、控制侵蝕及凈化污水等方面具有重要作用，是最具有保護價值的濕地生態系統之一，對維持區域生態平衡具有重要意義［2-3］。近年來，有許多學者對濱海濕地生態價值進行了研究，相關結果凸顯了濕地生態功能的作用和巨大經濟價值［4-7］。王斌等［8］評估2008年浙江省濱海濕地服務功能價值為210.38億元；王磊等［9］評估2010年江蘇濱海濕地生態系統服務功能價值為1 202.06億元；高常軍等［10］評估2013年廣東省濱海濕地生態系統服務價值為664.07億元；丁小迪等［11］評估2013年山東省濱海濕地的生態價值為3 303.02億元。杭州灣濱海濕地位于中國濱海濕地的南北分界線上，是典型的淤泥質濱海濕地，是東亞—澳大利亞候鳥遷徙路線中的重要驛站。然而近年來區域經濟發展迅速，人口數量增加，當地對杭州濱海濕地的開發利用強度加大，使其生態系統服務功能退化，一定程度上破壞了區域生態平衡。有學者開展了杭州灣濱海濕地生態系統服務功能定量評價研究［12-14］，但針對生態服務價值動態變化的研究較少。對濱海濕地生態系統服務價值的動態變化進行定量評估，有助于人們直觀認識濱海濕地生態系統服務功能的重要性，對分析濱海濕地生態系統的演化過程，分析人類活動對生態系統的影響有重要意義。本研究以遙感數據為基礎，結合生態學和經濟學方法，對杭州灣濱海濕地生態系統的供給、調節、支持、文化服務進行價值評估，分析2000－2015年間杭州灣濱海濕地的生態服務價值變化，對進一步認識杭州灣濱海濕地生態系統，促進可持續發展具有重要意義。

1 研究區概況

杭州灣位于浙江省的東北部，是錢塘江入海形成的喇叭狀河口灣，是世界著名的強潮河口灣。杭州灣濱海濕地位于杭州灣南岸灘涂淤漲最快的區段。本研究選擇慈溪市行政區為研究區（121°04′～121°39′E，30°04′～30°31′N）。該地屬于亞熱帶海洋季風氣候，四季分明，年平均氣溫為16.0℃，多年平均降水量為1 273 mm，年均日照時數約2 038.0 h，無霜期為244.0 d。2015年慈溪總人口為104.71萬人，人均生產總值110 327元。

2 研究方法

2.1 數據來源

主要數據源包括多源遙感數據、濕地監測數據、地理輔助數據及社會經濟統計數據。遙感數據包括2000，2005，2010和2015年共4期Landsat TM/OLI影像。遙感數據來源于網站https：//glovis.usgs.gov/，軌道編號為118/39。運用ENVI 5.3軟件對遙感數據進行輻射定標、大氣校正、剪裁等預處理，采用決策樹方法，將杭州灣濱海濕地劃分為淺海，灘涂，海三棱藨草Scirpus mariqueter，互花米草Spartina alterniflora，淡水草本沼澤，水體，養殖塘，水田，旱田，不透水地表，森林，裸地和鹽田共13類，得到4期土地覆被分類結果。結合野外實地考察資料，基于混淆矩陣方法對遙感影像分類結果進行精度檢驗，濕地分類的總精度達到85%以上。濕地監測數據包括杭州灣濕地生態系統定位觀測研究站常年觀測、研究積累的數據及實驗室測定數據。地理輔助數據包括慈溪市行政區劃圖及土壤數據。社會統計數據包括2000－2015年間《寧波市統計年鑒》《寧波市水資源公報》《慈溪市統計年鑒》、國家和發展改革委員會公布的歷史價格等。此外還參考了大量文獻數據。

2.2 評價指標體系的構建

參考Millennium Ecosystem Assessment［17］的分類方式，將該研究區生態系統服務功能劃分為供給服務、調節服務、支持服務、文化服務四大服務類型。通過被普遍接受的分類結果［15-18］進行總結，參考已有研究［19-22］，結合本研究區生態系統特征、結構和生態過程等特點，將杭州灣濱海濕地的生態系統服務功能細分為12個功能類型（表1）。根據杭州灣濱海濕地生態系統的生態類型、生態系統服務價值屬性來源及杭州灣濱海濕地土地利用現狀，建立了生態系統服務與土地利用類型的歸屬關系。針對研究區社會經濟狀況，建立了一套評價指標體系，采用市場價值法、影子工程法、替代成本法、造林成本法等評價方法對濕地生態系統各項指標進行貨幣價值分析（表1）。

表1 杭州灣濱海濕地生態系統服務價值核算表Table 1 Evaluation methods of ecosystem services functions in Hangzhou Bay coastal wetland

3 價值評估

3.1 物質生產價值

濕地生態系統具有較高的生產力，蘊含著豐富的動植物資源，是人類重要的物質來源。根據 《寧波市統計年鑒》，研究區內淺海水域和養殖塘提供魚類、蝦蟹類、貝類等水產品，水田可以提供水稻Oryza sativa，淡水草本沼澤以蘆葦Phragmites communis為主。本研究使用市場價值法對濕地生態系統物質生產價值進行評價，漁業產值（海水/淡水產品價值）和水稻產量來源于《寧波市統計年鑒》，水稻價格按照國家和發展改革委員會公布的水稻最低收購價計算，蘆葦面積來自于遙感數據分類結果，產量為0.5 t·hm-2［4］，計算研究區物質生產價值如表2所示。

表2 研究區物質生產價值Table 2 Valuation of material production in the study area

3.2 供水價值

濕地包含眾多的沼澤、河流、湖泊、水庫，為人類提供可再生的淡水資源，常作為生活用水、工業用水和農業用水的水源。使用市場價值法對濕地生態系統的供水價值進行評價。生活、工業及農業用水量來自于《寧波市水資源公報》和《寧波市統計年鑒》，用水價格來源于寧波市發展改革委員會官網網站發布的數據。計算研究區供水價值如表3所示。

表3 研究區供水價值Table 3 The valuation of water supply in the study area

3.3 水質凈化價值

當水體進入濕地時因水生植物的阻擋作用，緩慢的水流有利于沉積物的沉積，許多污染物質吸附在沉積物的表面，氮和磷等營養元素和有毒有害物質等經過復雜的理化過程和生物降解過程被濕地吸收、截留，使水質得到凈化和改善［23］。本研究使用費用代替法對濕地生態系統水質凈化價值進行評價。研究區各類濕地面積來自于遙感數據分類結果。SHAO等［23］2013的研究表明：自然灘涂每年處理污水量為196 133.3 t·hm-2·a-1，水質由劣質五類提升到三類水。譚雪等［24］2015年的研究結果顯示：污水廠平均治理成本為2.73元·t-1，平均建設成本為1.73元·m-3，平均運行成本為1.03元·m-3，據此計算研究區水質凈化價值如表4。

3.4 水源涵養價值

濕地生態系統是巨大的生物儲水庫，能將多余的降水蓄積起來，并緩慢地釋放，從而能夠在時間和空間上對降水進行再次分配。濕地具有強大的蓄水能力，在洪澇期短時間儲存大量的洪水，被儲存在濕地土壤中或以地表水的形式保存著，從而能夠調節徑流，減少下游的洪水量［2］。本研究將研究區水源涵養功能分為兩部分：一部分為河流、湖泊等地表徑流，另一部分為有植被覆蓋的濕地和人工濕地。使用影子工程法對濕地生態系統的水源涵養價值進行評價。地表水資源量來自于寧波市政府的水資源公報，有植被覆蓋的濕地主要是淡水草本沼澤。根據調查其最高水位取1.0 m，養殖塘和水田的最高水位分別是1.5和0.3 m?；セ撞莺秃Ｈ馑懖莶荼菊訚杉暗叵峦寥酪部梢院B水源，由于其生長在堤壩外，受潮汐作用，涵養的水分為海水，計算水源涵養時暫時只考慮淡水資源。根據國家林業局發布的森林生態系統服務功能評估規范［25］，2005年單位水庫庫容造價為6.11元·m-3，國內生產總值平均物價指數進行平減計算2000，2010和2015年庫容成本，據此計算每年水源涵養價值（表5）。

表4 研究區水質凈化價值Table 4 Valuation of water purification in the study area

表5 研究區水源涵養價值Table 5 The valuation of water conservation in study area

3.5 氣候調節價值

濕地調節氣候功能包括濕地及濕地植物的水分循環和大氣組分的改變調節局部地區的溫度、濕度和降水狀況，調節區域內的風、溫度、濕度等氣候要素，從而減輕干旱、風沙、凍災、土壤沙化，防止土壤養分流失，改善土壤狀況［26］。由于濕地熱容量大，水分蒸散劇烈，對區域空氣有一定的降溫增濕作用，繼而對區域小氣候產生調節作用。查閱《寧波市水資源公報》得到當年平均蒸發量（表6），根據遙感分類結果計算當年總的蒸發量。按照水在100℃和1標準大氣壓下的汽化熱 為2 260.0 kJ·kg－1，計算每年水分蒸發所需的總熱量。蒸發降低氣溫按照空調的制冷消耗進行計算，空調的能效比取3.0，耗電量約為125.0 kW·h。濕地水面蒸發增加空氣濕度的價值，以市場上較常見家用加濕器功率 32 W來計算［27］，將1.0 m3水轉化為蒸汽耗電量約為125.0 kW·h（1 kW·h=3.6×106J）。根據寧波物價局公布的當年電費標準，計算研究區氣候調節價值（表6）。

表6 研究區氣候調節價值Table 6 Valuation of climate regulation in the study area

3.6 固碳價值

濕地植被通過光合作用吸收和固定大量的二氧化碳，濕地土壤中也含有大量的碳［28］。根據光合作用反應式，植物生產1.00 g干物質會吸收1.63 g二氧化碳,即固定純碳量0.44 g。把式（6）擴展為V6=PC×∑（0.44NiSi＋SiCi）。 其中： V6為濕地固碳價值（元·a－1）； PC為碳稅率（元·t－1）； Ni為第 i種地類的單位面積植物凈生產量（kg·m－2）； Si為相應的濕地面積（m2）； Ci為單位面積碳密度（kg·m－2）。 碳稅率采用使用接受較為廣泛的瑞典碳稅率價格，150.00美元·t－1，根據相應年份美元與人民幣的平均匯率換算為1 241.76（2000 年），1 228.75（2005 年）， 1 015.50（2010 年）， 934.05 元·t－1（2015 年）。經實驗測定， 濕地植被生物量依次為水田（4.11 kg·m－2），淡水草本沼澤（3.73 kg·m－2）， 互花米草（3.11 kg·m－2）和海三棱藨草（0.49 kg·m－2）， 土壤單位面積碳密度依次為淡水草本沼澤（4.19 kg·m－2）， 海三棱藨草（3.42 kg·m－2），互花米草（3.06 kg·m－2），水田（3.06 kg·m－2）和淤泥質海灘（3.03 kg·m－2）。 據此計算每年各濕地類型的固碳價值及總價值（表7）。

表7 研究區固碳價值和大氣調節價值Table 7 Valuation of carbon fixation and atmospheric regulation in the study area

3.7 大氣調節價值

濕地植被通過光合作用釋放氧氣，對氣候具有改善作用，排放甲烷、一氧化二氮等溫室氣體，對氣候有負面作用［29］。氣體調節功能價值為植物釋放氧氣價值之和減去溫室氣體排放的價值。利用造林成本法、市場價值法等計算濕地生態系統大氣調節的功能價值。根據光合作用反應式，植物每生產1 g干物質會釋放1.19 g的氧氣。研究區主要溫室氣體排放植物為海三棱藨草、互花米草、蘆葦和水稻，其溫室氣體甲烷排放通量分別為 0.096， 1.085， 0.582， 1.000 mg·m－2·h－1［29］， 一氧化二氮排放通量分別為 0.005，0.005， 0.015， 0.010 mg·m－2·h－1［13］。 損失計算采用 PEARCE 等在經濟合作與發展組織（OECD）中提出的甲烷和一氧化二氮的散放值（甲烷為0.11美元·kg－1，一氧化二氮為2.94美元·kg－1）。氧氣價格采用中國衛生部官方網站公布的氧氣平均價格1 000.00元·t－1。據此計算每年各濕地類型的大氣調節值及總價值（表7）。

3.8 促淤造陸

杭州灣濱海濕地生長著互花米草和海三棱藨草，對動力沉積作用有著顯著的影響，當海浪從鹽水沼澤間穿過時，植物的摩擦作用使海浪的部分能量消耗，減輕了水流對土壤的沖刷，使水體攜帶的部分細顆粒泥沙沉降［1,30］。錢塘江攜帶的大量泥沙在此處堆積，不斷淤積。通過對研究區的遙感影像進行分析，得到每期陸地增加面積，據此得到相應年份增加面積。根據慈溪市國土資源局官網查詢當地相應年份的土地使用權轉讓價格，計算促淤造陸價值（表8）。

表8 研究區促淤造陸價值Table 8 Valuation of soil formation in the study area

3.9 生物多樣性保護價值

濕地擁有非常豐富的動植物種類，為其棲息、繁衍提供了基地［31-32］。杭州灣濱海濕地生物資源豐富，研究區內有高等植物86科281種，浮游植物192種，底棲動物121種，魚類64屬78種，鳥類220種，列入國家重點保護野生動物名錄的鳥類有19種［12-14］。采用生物多樣性保護單位價值的平均值為2 000.00 元·hm-2［6，33］，計算研究區生物多樣性保護價值依次是 0.53 億元（2000 年），0.62 億元（2005年），0.84億元（2010年）和 0.93億元（2015年）。

3.10 保持土壤價值

濕地保持土壤價值包括2個方面：一是濕地減少土壤侵蝕價值（Ve），二是減少土壤肥力流失的價值（Vf）。濕地的一部分營養物質會與沉積物結合在一起，隨著沉積物同時沉降，許多水生維管植物生長速度很快，能夠大量吸收土壤中的氮磷鉀等營養元素［34］。選取易溶于水或容易在外力作用下與土壤分離的氮磷鉀等養分，采用影子價格法計算濕地生態系統的保持土壤價值。中國無林地土壤中等侵蝕模數為200 m3·hm-2·a-1，作為植被減少土壤侵蝕的模數［35］，則不同濕地類型的土壤保持量=減少土壤侵蝕模數×各濕地類型的面積。全國耕地平均厚度為0.6 m，根據統計年鑒計算該地單位土地糧食平均產出收益，計算本研究區濕地減少土壤侵蝕的價值。假設侵蝕土壤中的氮磷鉀元素只來源于人們施用的化肥，其中尿素中氮質量分數為46.67%，磷酸氫二銨中磷質量分數為15.01%，氯化鉀中鉀質量分數為52.45%，根據中國統計局查詢得到當年化肥價格，計算得出濕地減少土壤肥力流失的價值（表9）。

表9 研究區保持土壤價值Table 9 Valuation of soil conservation in the study area

3.11 旅游休閑價值

濕地風景優美，景觀獨特，空氣清新，具有一定的美學觀賞價值，是人們旅游、休養的最佳場所。研究區內的杭州灣國家濕地公園地處上海、杭州、寧波、蘇州等的幾何中心，與上海浦東、上海虹橋、杭州蕭山和寧波櫟社四大國際空港間的車程均約1.5 h。采用旅行費用法計算濕地生態系統的旅游休閑價值，包括旅游直接收入、旅行費用和旅游時間價值。旅游直接收入包括門票、賓館收入、旅游商品收入和停車費收入，由《寧波市統計年鑒》查詢得到。旅行費用包括交通費用和食宿費用，根據《寧波市統計年鑒》查找當年旅游人次及平均旅行費用，計算得到總的旅行費用。根據當年平均日收入計算得到總的旅游時間價值=每小時工資標準×旅行總小時數×40.00%。結果見表10。

表10 研究區旅游休閑價值Table 10 Valuation of entertainment in the study area

3.12 科研教育價值

濕地生態系統的生物多樣性、濕地的演化、分布、結構和功能等為人類的科研和教育工作提供了研究對象和研究地域。濕地生態系統的科研價值主要包括相關的基礎科學研究、教學實習、文化宣傳、影視宣傳等。本研究值只計算杭州灣濱海濕地的科研費用價值，在中國知網上檢索主題含有 “杭州灣濕地”的文章，在Sciencedirect上以 “Hangzhoubay Wetland”為關鍵字進行檢索，得到當年發表的相關的論文數量。中國的科研項目周期一般為3 a，論文投入成本為11.92萬元·篇－1［38］。計算科研教育價值見表11。

表11 研究區科研教育價值Table 11 Valuation of education and research in the study area

4 結果與分析

4.1 杭州灣濱海濕地生態服務功能價值

把2005，2010和2015年當期價格計算的生態服務價值換算成以2000年基期不變價計算的價值，對不同時期的價值進行比較，剔除價格變化的影響，反映實際變動。如表12所示：2000，2005，2010和2015年杭州灣濱海濕地生態系統服務總價值分別為413.01，261.25，259.50和224.30億元；單位面積生態服務價值分別為44.45，24.27，22.50和18.19萬元·hm－2。2000－2015年間，杭州灣濱海濕地生態系統服務功能價值呈現逐漸降低趨勢。杭州灣濱海濕地按服務類型的價值比例從高到低排序為調節服務、支持服務、供給服務和文化服務，調節服務所占比例最大，占到總服務價值的50%以上，支持服務所占比例其次，占總服務價值的17.00%以上，文化服務價值逐年增加，在2010年超過供給服務價值。2015年杭州灣濱海濕地生態服務功能中價值最大的水質凈化功能，占總價值的21.15%，氣候調節功能居第2位，占總價值的20.82%，第3位的是保持土壤功能，占總價值的17.31%，這3類功能價值占總價值的59.28%。其他3期價值比例與2015年相似，這3類功能價值分別占總價值的74.89%（2000年）、69.63%（2005年）和71.19%（2010年）。因此，水質凈化、氣候調節、保持土壤是杭州灣濱海濕地的核心功能。

供給服務中供水價值比例較高，是物質生產價值2～5倍。物質生產價值保持平穩，供水價值逐年下降，物質生產所占比例逐年增加。調節服務中，水質凈化、氣候調節和水源涵養所占比例較高，占調節服務價值的80.00%以上。支持服務和文化服務分別以保持土壤和旅游休閑為主。

表12 2000，2005，2010，2015年杭州灣濱海濕地生態服務功能價值比較Table 12 Comparison of ecosystem services value of Hangzhou bay coastal wetland in 2000,2005,2010 and 2015

4.2 生態服務功能價值變化及驅動因素分析

由表13所示：2000－2015年間，供給服務、調節服務和支持服務功能價值均保持下降趨勢，文化服務保持增長趨勢。①供給服務。在2000－2015年間，供給服務功能價值占總價值的比例由7.21%下降到4.13%，價值下降20.53億元，下降了68.91%；其中2000－2005年下降幅度最大，是2010－2015年下降幅度的2倍多；物質生產價值在2000－2010年有所下降，2010－2015年略微增加；供水價值在2000－2015年一直降低，變化率從47.34%降低到29.61%。②調節服務。調節服務功能價值在2000－2010年呈遞減趨勢，總價值由323.81億元減少到156.69億元，減少了51.6%，主要體現在大氣調節、固碳、氣候調節價值降低，降低比例均在65%以上。促淤造陸價值降低比例最少，不足10%，水源涵養價值增加。③支持服務。支持服務功能價值在2005－2010年有所增加，其他階段均降低，主要體現在保持土壤價值的變化。2000－2015年總價值降低50.56億元，降低了56.55%。④文化服務。文化服務功能與其他3類功能服務不同，其價值在2000－2015年迅速增加，由2000年的1.85億元增加到2015年的19.34億元，變化率達到945.03%。文化服務由旅游休閑和科研教育功能構成，其中旅游休閑功能價值持續上漲，這與人們生活水平提高，當地旅游景點旅游收入增加息息相關。

表13 研究區生態服務功能價值變化量及變化率Table 13 Changes of ecosystem services value of Hangzhou Bay coastal wetland from 2000 to 2015

5 結論與討論

基于遙感數據，結合生態學和經濟學方法，構建杭州灣濱海濕地生態系統評價體系，采用市場價值法、影子工程法、替代成本法、造林成本法等方法，對2000，2005，2010和2015年杭州灣濱海濕地生態系統的供給、調節、支持、文化服務四大類共12項生態功能進行了價值評估，得到各年份總價值分別為413.01，261.25，259.52和224.3億元，單位面積生態服務價值分別為44.45，24.27，22.51和18.19萬元·hm－2。各服務類型的功能價值比例從高到低排序為調節服務＞支持服務＞供給服務和文化服務，調節服務價值占到總服務價值的60.00%以上。水質凈化、氣候調節、保持土壤和促淤造陸是杭州灣濱海濕地的核心功能。

根據本研究結果，杭州灣濱海濕地的生態服務功能具有較高的貨幣價值，作為國家重要濕地，對區域內的水體質量以及漁業安全起著重要的作用。2000年后慈溪市城市化進程加快，人口增加，自然資源及土地資源的需求量急劇增加。2005年成立杭州灣新區，進一步修路筑壩、填海造地等土地圍墾，使得濱海濕地面積不斷縮小。濕地植被自然演替規律被人為破壞，灘涂濕地直接被利用成工業用地及建筑用地，灘涂植被大量減少，嚴重影響到水質凈化、氣候調節和保持土壤等核心功能。需堅持可持續發展戰略，在保護濕地的基礎上進行合理的開發利用。

本研究區的單位面積服務價值與膠州灣濱海濕地、山東濱海濕地服務價值相差不大，與江蘇近海濕地、萊州灣濱海濕地、崇明濕地、海州灣濕地服務價值相差較大［37-40］。產生差異的原因有：①濕地類型不同，所處的地理位置不同，提供的服務功能也不相同，有些偏重于供給服務功能，有些偏重于調節服務功能；②研究者評估不同服務類型時選取的指標及方法不同，目前沒有統一的濕地生態服務價值評估體系。本研究在現有評價方法的基礎上，結合數據的可獲得性，對杭州灣濱海濕地的生態服務功能價值進行評價，存在評價結果低于其真實價值的可能性。因此，未來針對濕地生態系統服務價值的研究，應開展全面系統的濕地生態系統服務功能定位觀測，并建立規范統一的濕地生態系統服務功能價值評價體系，以準確地量化其價值。