海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務功能非線性理論的應用

摘要 采用生態(tài)系統(tǒng)管理方法中最新的非線性理論方法，選取杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為研究對象。建立了互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的分布面積及其生態(tài)系統(tǒng)服務價值之間的非線性關系模型，并進行定量分析。研究結果顯示，當互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)面積為25.4 km²、對蝦養(yǎng)殖面積為9.6 km²，即對互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)面積不超過其總面積的27％時，可實現(xiàn)該區(qū)域資源價值的最大化，其評估值最高，為2626.7萬元。運用非線性關系理論對海岸帶互花米草鹽沼這一典型生態(tài)系統(tǒng)的價值進行評估，打破了以往對互花米草生態(tài)資源開發(fā)與保護采用“是或否”的管理模式。更重要的是為海洋生態(tài)系統(tǒng)管理方法在海岸帶資源開發(fā)與保護中實現(xiàn)從“是或否”的管理到“多或少”的管理提供了有力支持。

關鍵詞 非線性；生態(tài)服務功能；生態(tài)服務價值；消浪護岸功能：互花米草

中圖分類號 F062.2 文獻標識碼 A 文章編號1002-2104(2009)03-0125-04

海岸帶地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為人類活動提供了多種服務功能，是人類生存和經(jīng)濟發(fā)展的重要場所。然而在過去的二三十年時間，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不斷惡化和退化的趨勢，并進一步影響到社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。對此，迫切需要了解和認識海洋生態(tài)系統(tǒng)對當今和未來社會的經(jīng)濟貢獻，才能在政策制定和海洋管理過程中，達到資源的合理分配和利用。為此，選取互花米草(spartina alterni-flora)鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，通過建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)服務功能與其經(jīng)濟價值之間的非線性關系模型，對杭州灣南岸區(qū)域互花米草資源價值量進行定量研究，從而確定互花米草鹽沼生態(tài)資源的開發(fā)與保護面積。

1 非線性關系模型的建立

采用Barbier的非線性關系理論，建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的分布面積與其生態(tài)服務功能價值的非線性關系模型。其非線性關系模型建立方法如下：

首先，在綜合大量有關互花米草消浪護岸功能實驗研究結果的基礎上，通過對互花米草消浪效果與其種植寬度關系分析，結果表明互花米草的消浪效果在垂直海岸線方向上隨著種植寬度距離的減小，且呈現(xiàn)二次或指數(shù)的線性回歸遞減趨勢。從線性回歸分析的結果中，選取回歸效果最佳的一組數(shù)據(jù)附圖1(也就是R²值最高的)作為建立模型的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式(1)，得到波浪消浪比例的變化：

k=1-h1/h (1)

公式(1)中K為波浪通過互花米草后波浪的消浪比例；h1和h2分別為沿波浪傳播方向互花米草的終了和起始斷面處的波高。經(jīng)過轉換，得到波浪衰減率K與互花米草種植寬度B的關系曲線，見圖1(0≤K≤1)。

其次，在上述互花米草種植寬度與其波浪消浪比例的非線性關系的基礎上，建立互花米草消浪護岸功能價值與其分布面積之間的非線性關系。假設互花米草分布的寬度是一定的，均勻的沿海岸線100 km分布，通過圖1中波浪消浪的比例變化趨勢反映互花米草消浪護岸功能價值的比例變化趨勢，其轉化公式為：

v_i=v_i-1++[A×S×(K_i-K_i-1-) (2)

公式(2)中，v_i是消浪護岸服務功能的價值；A是單位面積消浪護岸服務功能的價值；s是互花米草研究區(qū)域的面積；K_i是波浪消浪比例。通過公式(2)得互花米草分布面積與其消浪護岸功能價值間的非線性變化關系。

最后，根據(jù)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)消浪護岸功能價值與其分布面積的關系，計算互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內的資源總價值，從而，構建互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)分布面積與其生態(tài)服務功能價值之間的非線性關系模型。

2 非線性關系理論的應用——以杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為例

互花米草是我國沿海潮灘分布面積最廣的鹽沼植被，在減緩和防止海灘生態(tài)系統(tǒng)退化、恢復和重建受損海灘生態(tài)系統(tǒng)中作用重要。但對于海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，互花米草的擴展則對經(jīng)濟價值的增長具有負面影響(例如：減少可用于養(yǎng)殖的海灘面積)，從而也成為當前生產(chǎn)部門和學術界的爭論焦點?；セ撞菁捌渖鷳B(tài)系統(tǒng)到底是影響海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的負面作用大，還是生態(tài)系統(tǒng)服務作用大，至今沒有得到共識。其主要原因就在于對互花米草對灘涂養(yǎng)殖業(yè)的影響無法進行定量研究。因此本文選擇杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為案例進行定量研究。杭州灣為錢塘江口延伸的河口灣，為一喇叭口形狀的河口海灣，地處亞熱帶海洋性季風區(qū)，地理位置為29°58'27''～30°51'30''N，120°54'30\"～121°50'48\"E。杭州灣南岸濱海平原位于滬、杭、甬經(jīng)濟金三角的中心地帶，是中國沿海經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一，生態(tài)特征以互花米草群落、海三棱蕉草群落和蘆葦群落為優(yōu)勢種，面積分別為5258 hm²，656 hm²，330 hm²。它不僅是世界珍稀瀕危物種黑嘴鷗的主要遷徙停息地，也是中國南北濱海濕地的分界線，因此，杭州灣南岸濕地資源具有明顯的稀缺特征，具有極高的研究和保護價值。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化建設步伐的加快，圍墾灘涂擴大土地面積的需求日益迫切，大量灘涂被開墾成農(nóng)田或水產(chǎn)養(yǎng)殖場。根據(jù)浙江省圍墾局規(guī)劃2006—2025年全省將圍墾灘涂3.39×10⁴hm²，圍墾前后生態(tài)環(huán)境服務功能效益顯著下降，而濕地作為生物棲息地的生態(tài)效益則由61％降至3％，生物多樣性將受到嚴重破壞。

杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)不僅提供互花米草和底棲動物等直接物質產(chǎn)品(直接經(jīng)濟價值)，而且還具有消浪護岸、促淤造陸、固定CO₂、釋放O₂、庇護所及基因資源、營養(yǎng)物質貯存和循環(huán)、凈化環(huán)境、減輕海洋污染等服務功能(間接經(jīng)濟價值)。根據(jù)2005年的數(shù)據(jù)，杭州灣南岸互花米草鹽沼面積為38 km²，為了便于本案例的研究，假設杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)沿海岸線100 km分布，其垂直海岸線向海一面的種植寬度為350 m，則總面積為35 km²。按李加林等提及的杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)直接經(jīng)濟價值600萬元計算，可以得出互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)直接提供的物質產(chǎn)品單位面積價值為15.633萬元。從圖1中可以看出，當波浪經(jīng)過200 m互花米草種植寬度時，可消去約80.0％的波高，種植寬度為300 m時，可消去超過90.0％以上的波高，可以使原設計標準20年一遇的海堤安全高度降低2 m以上，護花米草消浪效果明顯，具有顯著的消浪護岸功能。因此選擇生態(tài)系統(tǒng)管理方法中的替代成本法(Replacement cost，RC)對互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)消浪護岸功能價值進行評估，即通過計算可用于降低海堤設計標準所節(jié)省的費用或海堤遭受破壞后所需的海堤修理費用來代替其消浪護岸功能的價值。運用降低海底設計標準節(jié)省的費用計算其消浪護岸價值為2250萬元，根據(jù)其消浪護岸功能價值與其面積問的線性關系計算得互花米草消浪護岸功能單位面積價值為58.624萬元。南美對蝦養(yǎng)殖業(yè)在蕭山地區(qū)的每667 m²養(yǎng)殖收益在3000～6000元不等，本文取3000元／667 m²計算，其單位面積價值為450萬元。

根據(jù)公式(1)和(2)及單位面積互花米草消浪護岸功能的價值，建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)面積與其消浪護岸功能價值之間的非線性關系，得表1。

本文將互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的服務價值主要分成三部分進行分析：第一部分為直接物質產(chǎn)品價值(主要由植株和底棲動物兩部分組成)；第二部分為消浪護岸價值(由于消浪護岸功能價值在護花米草生態(tài)系統(tǒng)總價值中占主導作用，因此關于消浪護岸價值以外的其他間接經(jīng)濟價值在本文中不做研究)；第三部分為將互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)轉換成對蝦養(yǎng)殖場帶來的收益。分別對上述三部分生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行計算，結果如圖2所示。結果表明當互花米草的面積為25.4 km²，對蝦養(yǎng)殖場的面積為9.6 k²時，該區(qū)域資源價值量的評估值最高，為2626.7萬元。

3 討論與展望

為了更好地反映“非線性”理論的優(yōu)點，在已有數(shù)據(jù)的基礎上，采用原生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估方法，建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)分布面積與其生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值之間的關系模型(見圖3)，并對該兩種模型計算結果進行對比分析。

如圖3所示，若不考慮互花米草的消浪護岸功能價值隨其分布面積呈非線性關系，單純以追求經(jīng)濟效益為目的時，將35km²互花米草生態(tài)系統(tǒng)全部改為對蝦養(yǎng)殖場，則該生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域的總經(jīng)濟價值為1575萬元，單純的以保護互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為目的時，其資源總價值量為2598.9萬元。運用這種分析方法，使得我們在對護花米草鹽沼資源的開發(fā)與保護中只能用“是或否”的管理方法進行決策，或者對互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的資源實施完全保護，或者將該區(qū)域的互花米草資源全部改為對蝦養(yǎng)殖場，而很難找到互贏互利的結合點。從結果上看，實施全面保護能夠實現(xiàn)該區(qū)域經(jīng)濟效益的最大化，任何將互花米草生態(tài)系統(tǒng)改建為對蝦養(yǎng)殖場的做法都會導致該區(qū)域總經(jīng)濟效益的下降，因此在原有生態(tài)系統(tǒng)管理方法的框架內，我們只能對該區(qū)域的互花米草資源進行全面保護。

但是，本文通過互花米草自身消浪護岸功能與其種植寬度間存在的非線性關系，建立互花米草生態(tài)系統(tǒng)消浪護岸功能價值與其分布面積的模型(見圖2)。當互花米草的面積為25.4 km²，對蝦養(yǎng)殖場的面積為9.6km²時，該區(qū)域資源價值量的評估值最高，為2626.7萬元，單位面積資源價值量為75萬元。雖然互花米草的消浪護岸功能價值在其生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值中起主導作用，但是從圖2和圖3的對比中可以看出，這種非線性的關系并沒有使互花米草消浪護岸功能的價值發(fā)生劇烈的波動，其結果是可靠的。實踐證明，對互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)面積不超過其總面積的27％，即可實現(xiàn)該區(qū)域資源價值的最大化，因此，互花米草生態(tài)系統(tǒng)與其面積間非線性關系模型的建立可為我國互花米草資源開發(fā)與保護的量化管理決策提供科學依據(jù)。

運用互花米草消浪護岸功能價值與其面積間的非線性關系對互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)進行價值評估是對互花米草生態(tài)系統(tǒng)價值評估體系的完善，是在替代成本法估算生態(tài)系統(tǒng)消浪護岸功能基礎上，結合互花米草自身的特征，找到其生態(tài)系統(tǒng)功能價值與特征(如面積)的結合點進行評估，正因為非線性關系與生態(tài)系統(tǒng)自身的結構和功能的關聯(lián)性的存在，使其結果更能反映生態(tài)系統(tǒng)自身特征。

本文運用非線性關系理論只對互花米草生態(tài)系統(tǒng)消浪護岸功能價值進行評估，對非線性理論的研究僅僅起到了拋磚引玉的作用。因此，針對不同生態(tài)系統(tǒng)的特征。我們還可以開展更深入的研究，如結合互花米草的種植密度、生長年限對消浪護岸功能的影響，找出時間和空間上的結合點，建立互花米草時空分布對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值影響評估，進而完善海岸帶生態(tài)系統(tǒng)管理體系。同時，針對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的凈水功能等方面，尋找生態(tài)系統(tǒng)相關特征，找到非線性的切入點，對其價值進行評估，也會對生態(tài)系統(tǒng)功能評估系統(tǒng)的完善，起到重要作用。

(編輯：李琪)