湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估——以太湖為例

杜婷婷 羅 維 李中和 呂永龍

（1.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100085;2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083）

改革開放以來，太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，湖泊水生態(tài)環(huán)境急劇惡化。而太湖水生態(tài)環(huán)境的惡化實(shí)質(zhì)上就是其水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的衰退，及時掌握湖泊生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境狀況并加以管理的手段就是評價湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。2007年發(fā)生的太湖藍(lán)藻水華污染事件后，太湖湖泊生態(tài)服務(wù)功能價值備受關(guān)注。本研究通過實(shí)地調(diào)查，利用相關(guān)模型力圖全面系統(tǒng)地定量化評估太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能價值，以期為太湖水資源的價值、水污染事件的經(jīng)濟(jì)損失評估以及水環(huán)境防治與管理提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

太湖流域地跨江蘇、浙江、安徽和上海三省一市，是長江三角洲的核心地帶，總面積36 895 km2（其中太湖水面面積2 338 km2）［1］。2007年太湖流域總?cè)丝? 917萬人，占全國總?cè)丝诘?.7%;2007年國內(nèi)生產(chǎn)總值，占全國GDP的11.6%;人均GDP是全國人均GDP的3.1倍。

2007年末太湖水資源總量為172.7×108m3，蓄水總量達(dá)45.9 ×108m3，年降水總量 424.7 ×108m3，比常年減少2.2%［2］。太湖2007年全年期僅東太湖水質(zhì)為IV類，占全湖面積的7.4%;東部沿岸區(qū)為V類，占11.5%;其余湖區(qū)均為劣V類，占81.1%。主要超標(biāo)項目為總氮、總磷、五日生化需氧量和化學(xué)需氧量［2］。自上世紀(jì)80年代以來，太湖水質(zhì)呈逐年下降趨勢，平均每10a左右水質(zhì)下降一個類別。到2007年，太湖水質(zhì)嚴(yán)重惡化，最終導(dǎo)致太湖藍(lán)藻大面積爆發(fā)，引起社會的廣泛關(guān)注。

2 研究方法

根據(jù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、組成特點(diǎn)、生態(tài)過程和利用情況，同時參考國內(nèi)外水生態(tài)系統(tǒng)及湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分類方法，將湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為供給功能、調(diào)節(jié)功能、支持功能和文化功能。其中，供給服務(wù)功能包括供水功能、提供水產(chǎn)品、航運(yùn)功能和水力發(fā)電功能;調(diào)節(jié)服務(wù)功能包括大氣調(diào)節(jié)功能、輸沙功能、水質(zhì)凈化功能和調(diào)蓄洪水功能;支持服務(wù)功能包括蓄水功能和土壤保持功能;文化服務(wù)功能主要指旅游功能。

2.1 供水功能

湖泊生態(tài)系統(tǒng)的淡水供給功能采用市場價值法，計算如（1）所示［3］:

式中，Ww為水供給功能價值;Ai為第i種用途的水量;Pi為第i種用途水的市場價格。

2.2 提供水產(chǎn)品

利用市場價值法計算湖泊生態(tài)系統(tǒng)水產(chǎn)品功能價值，公式如式（2）所示［3］:

式中，Wp為水產(chǎn)品價值;Ui為第i類物質(zhì)的產(chǎn)量;Pi為第i類物質(zhì)的市場價格。

2.3 航運(yùn)功能

評價湖泊的航運(yùn)價值采用市場價值法，通過旅客和貨物的周轉(zhuǎn)量及其市場均價進(jìn)行估算。計算如式（3）所示［4］:

式中，Vh為航運(yùn)價值（元/a）;Tc為貨物的年周轉(zhuǎn)量（tkm/a）;Tp為旅客的年周轉(zhuǎn)量（人km/a）;Pc為貨運(yùn)價格（元/t·km）;Pp為客運(yùn)價格（元/人·km）。

2.4 水力發(fā)電

評估湖泊水力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)價值采用市場價值法，計算如式（4）所示［4］:

式中，Ve為水力發(fā)電價值（元/a）;Qe為水力發(fā)電量（kwh/a）;Pe為供電均價（元/kwh）。

2.5 大氣調(diào)氣

CO2固定及O2釋放可以通過光合作用公式，并用碳稅法或造林成本法估算其調(diào)節(jié)價值。光合作用方程式為:

CO2（264g）+H2O（108g）→C6H12O6（108g）+O2（193g）→多糖（162g）

根據(jù)光合作用方程，生態(tài)系統(tǒng)每固定1 g C可釋放2.666 g O2。計算如式（5）所示［3］:

式中，Wa為大氣調(diào)節(jié)價值;A為水域面積;PPem為浮游植物初級生產(chǎn)力;Pc為固碳成本，Po為釋氧成本。張運(yùn)林等［5］根據(jù)1998～1999年太湖梅梁灣初級生產(chǎn)力的實(shí)測數(shù)據(jù)，建立了浮游植物初級生產(chǎn)力和表層葉綠素a濃度之間的經(jīng)驗公式如式（6）所示:

式中，PPem為浮游植物初級生產(chǎn)力［mg C/（m2d）］;Chl.a為表層葉綠素a濃度（mg/m3）。

2.6 輸沙功能

河湖輸沙功能一般采用機(jī)會成本法，根據(jù)平均輸沙量和人工清理河道成本費(fèi)數(shù)據(jù)，估算湖泊輸沙功能價值。

2.7 水質(zhì)凈化

采用生產(chǎn)成本法測算湖泊的氮磷去除效能，評估湖泊生態(tài)系統(tǒng)的水質(zhì)凈化功能和價值。計算公式如式（7）所示:

式中，Vpw為凈化水體價值（元/a）;Qpw，j為湖泊截留第j類污染物質(zhì)的總量（t/a）;Cpw，j為第j類污染物質(zhì)處理成本（元/t）;m為污染物質(zhì)的種類。

2.8 調(diào)蓄洪水

基于1999年社會經(jīng)濟(jì)水平的多年平均防洪效益，考慮洪災(zāi)損失的增長率，根據(jù)公式（8）［6］計算2004－2020年治太工程的歷年防洪效益:

式中，Ei為預(yù)測的歷年防洪效益;fi為洪澇災(zāi)害損失年增長率，4%;E1999=12.58 億元。

2.9 蓄水功能

蓄水功能經(jīng)濟(jì)價值可用替代工程法估算，計算公式如（9）所示［3］:

其中，Wr為蓄水價值;R為河流和湖泊蓄水量;Pc為這種潛在水量的獲得成本（單位蓄水量的庫容成本）。

2.10 土壤保持

土壤保持功能一般利用機(jī)會成本法，公式如式（10）所示［4］:

式中，Vcs為土壤保持價值（元/a）;Ac為泥沙淤積量（t/a）;Bf為保持土壤年均效益（元/hm2）;ρ為土壤容重（t/m3）。

2.11 旅游功能

湖泊旅游功能價值一般采用比例折算法［3］，計算如式（11）所示:

式中，Wt為旅游功能價值;C為旅游總收入;Pw為水生態(tài)景點(diǎn)數(shù)占旅游總景點(diǎn)數(shù)的比例。

3 研究結(jié)果

3.1 供水功能

2007年太湖本地水源供水 221.7 × 108m3［2］。按照2007年太湖流域平均水資源費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)1.885×10－3元/kg，計算獲得2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的供水功能價值為417.904 5 億元。

3.2 提供水產(chǎn)品

2007 年太湖總捕撈產(chǎn)量達(dá) 3.2 ×107kg［40］，主要水產(chǎn)品產(chǎn)量及均價如表1所示。由此可推算出2007年太湖提供水產(chǎn)品功能價值為6.58億元。

3.3 航運(yùn)功能

2007太湖流域水路貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量8 965.94×108kg/m，旅客周轉(zhuǎn)量 14.16 ×105人/m［9－12］。貨運(yùn)和客運(yùn)價格分別采用 0.06 ×10－3元/kg·km 和 0.24 元/人 km［7，13］。由此可推算出2007年太湖航運(yùn)功能價值為541.354 8億元。

表1 2007年太湖主要水產(chǎn)品產(chǎn)量及其均價

3.4 水力發(fā)電

2007年太湖流域水力發(fā)電量為140.77×108千瓦時［9－12］，同年供電均價為 560.01 × 10－3元千瓦時。由此可推算出2007年太湖水力發(fā)電功能價值為7.88億元。

3.5 大氣調(diào)氣

太湖水域面積為2 338 km2，2007年太湖葉綠素a平均含量為 0.023 × 10－3g/m3［14］。再根據(jù)造林成本法固碳釋氧成本分別取 260.90 ×10－3元/kg C 和 0.4 元/kg O2［15］，可計算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的大氣調(diào)節(jié)價值為6.94億元。

3.6 輸沙功能

注入太湖的水系主要以苕溪、荊溪兩大水系最為重要，兩溪多年平均輸沙量為 2.43×105t［16］。人工清理河道成本費(fèi)用為4.7×10－3元/kg。由此可以估算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)輸沙功能價值為0.011 4億元。

3.7 水質(zhì)凈化

2007年全太湖截流固定的TN=18 308×103kg、TP=2 479×103kg，湖泊的N、P凈化功能的價值可按生活污水處理成本N 1.5元/kg，P 2.5元/kg進(jìn)行估算。。由此可估算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化功能的價值為0.34億元。

3.8 調(diào)蓄洪水

由預(yù)測模型式（8）可推算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)調(diào)蓄洪水功能價值為133.57億元。

3.9 蓄水功能

根據(jù)2007年太湖蓄水總量為45.9×108m3，每建設(shè)1 m3庫容需投入成本0.67元/a，據(jù)此可計算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的蓄水功能價值為30.753億元。

3.10 土壤保持

2007年太湖平均底泥厚度0.82 m，底泥蓄積量為19.15億 m3，多年平均淤積量為 3.4 × 105t/a，并核算出2007年太湖流域單位農(nóng)田年均收益為3.135元/m2。據(jù)此可以估算出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持功能價值為0.008 6億元。

3.11 旅游功能

根據(jù)太湖有關(guān)的景區(qū)選取標(biāo)準(zhǔn)，確定距離太湖15 km以內(nèi)3A級以上（包含3A級）景區(qū)與太湖湖水相關(guān)。2007年太湖流域內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)的景點(diǎn)占總景點(diǎn)的26.47%。再根據(jù)2007年江蘇、安徽、浙江和上海統(tǒng)計年鑒中旅游總收入數(shù)據(jù)估算出當(dāng)年太湖旅游功能價值為363.03億元。

4 結(jié)論與討論

本研究通過前面選擇的2007年各類服務(wù)功能參數(shù)及其對應(yīng)的單位均價，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)價值的計算方法，得出2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)各類服務(wù)功能總價值達(dá)1 508.372 3億元。其中各類服務(wù)功能價值及其比例如表2。

由表2可以看出，四大功能排序為:供給功能＞文化功能＞調(diào)節(jié)功能＞支持功能;服務(wù)子功能排序為:航運(yùn)功能＞供水功能＞旅游功能＞調(diào)蓄洪水功能＞蓄水功能＞水力發(fā)電功能＞大氣調(diào)節(jié)功能＞提供水產(chǎn)品功能＞水質(zhì)凈化功能＞輸沙功能=土壤保持功能。四大服務(wù)功能類型中供給服務(wù)占總價值量的64.55%，具有絕對優(yōu)勢，其次依次為文化功能占24.07%、調(diào)節(jié)功能占9.34%、支持功能占2.04%。在具體服務(wù)子功能類型分類中，比例明顯大于其他類型的依次為:航運(yùn)35.89%、供水27.71%以及旅游24.07%。由此表明，太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)在航運(yùn)功能、供水功能及旅游功能等方面發(fā)揮著重要作用，是太湖的核心服務(wù)功能。

本研究對2007年太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了貨幣化評估，獲得了服務(wù)功能價值核算結(jié)果，有利于充分認(rèn)識湖泊生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)特價值和作用，可為合理地開發(fā)利用淡水資源提供信息資料和理論支持。但本研究仍存在以下不足:①污染事件時間序列太長，今后應(yīng)加強(qiáng)跨年度、長時間序列的時空研究。②應(yīng)著重探索人類活動和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制，分析不同人類活動對湖泊系統(tǒng)的影響程度。今后的研究應(yīng)力圖解決以上問題，完善湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估的理論與方法，改進(jìn)其實(shí)踐運(yùn)用的效能。需要說明的是，太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值隨著時間不斷變化;因而，今后需要定期對太湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進(jìn)行評估，以便為國家和地方政府部門提供及時的信息和數(shù)據(jù)支撐。

表2 2007年太湖流域湖泊生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量比例

（編輯:王愛萍）

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