論濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的多維度價值評估方法

宋豫秦，張曉蕾

(北京大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100871)

濕地在調蓄洪水、補給地下水、改善氣候、凈化污染、維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面的作用日趨凸顯，而與之同時，許多濕地也受到其周圍環(huán)境的干擾和破壞。Costanza在1997年指出:“為了量化濕地生態(tài)系統(tǒng)的潛在價值，明確其服務對人類社會的影響，同時為了建立未來研究的框架，迫切需要進行濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估”［1］。因此，對于濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務價值進行合理評估，有助于準確量化保護成本與利用效益，有利于維系濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定，也可為合理開發(fā)濕地資源提供科學依據。

濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估是量化濕地生態(tài)系統(tǒng)的功能對人類所造成的影響［2］。衡量一種生態(tài)服務的價值，需要將其轉換為“貨幣價值”，基于這一服務的供需、可預測的產出和不同的管理方式可獲得相對確定的數值?，F有的濕地生態(tài)系統(tǒng)價值評估研究可大致分為兩類:一類是基于確定的服務類型進行價值量化方法的改進，另一類是針對濕地生態(tài)系統(tǒng)功能產生和服務供給的過程，研究服務分類的改進。但是，一方面，濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的時空差異性特征，使得生態(tài)系統(tǒng)的過程和結果無法完全分離、生態(tài)系統(tǒng)服務難以準確識別，現有方法難以準確定量，另一方面，當計算濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的總體價值時，僅將分項計算的服務價值進行簡單加和，會導致重復計算。因此，本文針對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的時空差異性和重復計算問題，從濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的定義、分類和受益人角度，提出了多維度價值評估的概念方法體系，以定量描述濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的時空差異，合理規(guī)避重復計算現象。同時，以淮河流域八里河濕地為例，初步探索了該方法的應用，以期為各類生態(tài)系統(tǒng)服務的價值評估提供方法參考。

1 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估研究述評

20世紀初，美國為了給遷徙鳥類和珍稀動物提供棲息地而在全球率先開展了濕地評價［3］。20世紀80年代以來，許多國家的學者都進行了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的量化研究。最初的模型僅能評價濕地的部分功能，故其評價結果只能表達濕地的部分價值。隨著評價方法的不斷完善，評價的空間區(qū)域和功能類型都有所擴展，一些定量分析法也逐漸引入。近年來，關于濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究逐漸成為熱點，其內容大致分為兩類，其一是基于千年生態(tài)系統(tǒng)評估(MA)［4］和 De Groot［5］提出的功能與服務分類體系，對以上服務價值評估方法予以改進或修正參數，其二是從優(yōu)化濕地生態(tài)系統(tǒng)服務分類的角度出發(fā)，通過合理劃分、識別濕地生態(tài)系統(tǒng)各種服務的類型，獲得更為準確的評估結果。

1.1 價值評估方法評介

濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法可分為經濟學方法、物質量法和能值分析法［6］。經濟學方法有3個特點:第一，基于確定的服務類型進行計算，研究默認前提是Costanza、De Groot和MA所提出的濕地生態(tài)系統(tǒng)的四大類服務——調節(jié)服務、供給服務、支持服務和文化服務;第二，分項計算各類型服務的價值，對于每類服務選用不同的計算方法，采用單項加和方式得到總的服務價值;第三，將人的意愿納入無定形服務價值量化研究中，修正了支付意愿法的不確定性，引入不同個體的偏好差異［7］以及支付意愿法與生態(tài)系統(tǒng)權重賦值相結合方法［8］等。物質量法和能值分析法則基于經濟學計算難以將環(huán)境投入(如太陽能、雨水潛能和表土流失等)貨幣化以及不同類別的能量具有不同能級和能質的前提［9-14］，從物質量角度及太陽能焦耳總量的能值角度進行計算，例如，基于H.T.Odum提出的能值定律，改良了Odum提出的能值模型。

由表1可知，早期的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的重點是將經濟學方法引入生態(tài)學領域，探討在生態(tài)學領域的適用性，如Loomis［17］將條件價值法應用到生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算領域所建立的二分支付意愿法，不僅包括常規(guī)支付意愿的數值，也包括居民是否愿意支付兩個方面的問卷結果，從而更準確地獲得支付意愿曲線。隨著經濟學方法在生態(tài)學領域的普及與深入，學者們開始對價值評估方法進行改進，如Woodward和Wui將非市場和市場價值相結合建立了復合分析［19］;Maltby改進了支付意愿法的問卷過程，使其設計更為合理［27］;聯合國環(huán)境規(guī)劃署世界保護監(jiān)測中心(UNEP-WCMC)在對英國各種生態(tài)系統(tǒng)進行價值評估的過程中引入質量的概念，將同一類型的服務按照質量的不同分類計算價值［26］;Tilly和Brown改進了能值分析模型，以適應動態(tài)的雨洪濕地能值評估［20］。

表1 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法研究進展［15-30］Table 1 Review of wetland ecosystem service valuation methods

通過梳理價值評估方法可知，關于經濟學方法的改進較多，而對于物質量和能值分析方法的改進研究相對較少。這或可說明基于“生態(tài)系統(tǒng)物質運動和能量交換”原理的分析方法比基于市場價值和貨幣價值的經濟學方法更為穩(wěn)健。

1.2 服務分類研究

濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的系統(tǒng)性分類研究始于De Groot、Costanza和MA所提出的分類體系，但隨著對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法的深入研究，學界認識到僅靠方法改良難以精確計算價值，開始逐漸重視源頭優(yōu)化分類，針對服務分類的研究成果不斷面世，近年來以兩類觀點為主:

第一類以 Robert Costanza［31］為代表，認為無論是生態(tài)過程還是生態(tài)結果，無論是生態(tài)系統(tǒng)的中間過程/服務還是最終服務，都是為人類的最終獲益而做功，需要全部加和，據此提出了兩種分類方式，即依據空間特性分類和依據“排他性/競爭性”分類。第二類以 Wallace、Brown、Fisher、Bateman 等［32-43］為代表，提出要區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)服務的過程和結果、生態(tài)系統(tǒng)的中間過程/服務與最終服務，以避免重復計算導致的結果偏差。其中，中間過程/服務是指必須通過一定的條件或過程，并且通過其他的轉化機制傳遞到最終受益者的服務，即生產最終服務的輸入服務;而最終服務又稱為系統(tǒng)的最終產出，是可以直接提高一個以上受益人福利的生物物理性的產品。［36］以濕地生態(tài)系統(tǒng)的水資源供給服務為例，對于喝水者，清潔水供給是一種最終的服務;對于以打漁為生或以打漁為享樂的人，清潔水只是一個中間過程/服務。因此，在價值評估時，僅需將最終服務計入，中間服務則視為過程。Johnston和Russell［44］還提出了4個法則來區(qū)分濕地生態(tài)系統(tǒng)的中間服務與最終服務:(1)受益人僅愿意為最終服務支付費用，而非中間過程/服務;(2)最終服務必須是生態(tài)系統(tǒng)自然的產出;(3)當系統(tǒng)內其他輸入和條件維持不變時，受益人仍愿意為最終服務的提高支付費用;(4)當計算生態(tài)系統(tǒng)服務價值時，僅加和被受益者直接接受的服務效益。

此外，還有一些學者提出了物質量法的分類方式［45-46］，如 Su 等［45］采用了物質量法，通過研究中國流域生態(tài)系統(tǒng)服務與人類活動的關系，將生態(tài)系統(tǒng)服務劃分為凈初級生產(NPP)、碳固定和氧氣生產(CSOP)、水資源保護、土壤保護和糧食生產。這種分類方式基于生態(tài)系統(tǒng)物質量守恒原理，通過計算不同能級的物質量，換算成市場價值，避免夸大生態(tài)系統(tǒng)服務價值，但同樣也存在中間過程/服務和最終服務難以有效區(qū)分的問題。

2 存在問題與爭議

在諸多關于生態(tài)系統(tǒng)價值評估研究中，對于時空差異性服務的價值評估和對于生態(tài)系統(tǒng)各類服務總價值的評估曾長期是研究的難點，尤以濕地生態(tài)系統(tǒng)評估最為突出。由于不同學者采用的分類體系和評估方法有所差異，計算結果存在不同程度的偏差。

2.1 時空差異性服務的價值評估

濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的源、匯和最終受益者經常處于不同的時間和空間，即在提供服務的濕地生態(tài)系統(tǒng)和接受服務的人類之間存在“時空差異”［31，39］。例如，對于濕地生態(tài)系統(tǒng)水質凈化服務和水資源供給服務而言，由于水質凈化需要一定的污染物消解時間，水資源供給則需要一定的空間范圍，在計算服務價值時，需要合理識別并計算滯后效應價值。而關于滯后效應價值的計算，目前尚未形成針對性強的方法，多以替代工程法等效計算。如研究水質凈化服務價值時，運用入流和出流的水質差異來等效計算，其時間差異所致水流停滯時間的增加及凈化效果的提升效益很難量化。又如，對水資源供給服務進行價值評估時，往往采用水資源人工輸送所能達到的距離等效代入計算，但是卻忽視了自然地勢因素所產生的水資源運輸損耗價值。因此，采用替代工程法等效計算時空差異服務的價值，針對性較低，造成了服務價值的部分缺失，難以準確量化價值。

2.2 重復計算

關于重復計算的概念，目前在生態(tài)系統(tǒng)服務領域尚無清晰定義。借用經濟學將某一類價值重復計入GDP的定義可知，所謂濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值量化中的重復計算，主要指由于混淆了濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的產生過程與結果，以及在計算過程中未能準確識別濕地生態(tài)系統(tǒng)內部的各種關聯作用，使某項或某幾項指標被多次計算，導致整體價值偏大的現象，具體表現在中間過程/服務與最終服務和濕地生態(tài)系統(tǒng)結構或功能的“分離、共產物、反饋”機制的混淆。所謂“分離”，即出流分離成兩條同類型的支流，例如水流分離成兩個分支，分別流向不同的使用者。“分離”情況下，兩條分支的轉換率相同，能值為兩支的加和。所謂“共產品”，即出流是不同的物質，例如在綿羊農業(yè)系統(tǒng)中，羊肉和羊毛是這個系統(tǒng)的共產品，兩者的能值轉換率不同，但蘊含的能值相同［9-10］。

當計算單一服務的價值時，實際上很少存在重復計算現象，而當計算一個系統(tǒng)的整體價值時，則往往會出現此類問題。其因在于，一是對過程和結果的認定不清晰，二是每類服務計算方法的原理不同，貿然加和則會存在疊加的可能性，三是計算每類服務時，大多按照最大價值計算，但是當綜合計算整體服務價值時，如缺乏權重考慮，易導致計算結果失準。例如陳鵬［47］對廈門濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估的研究中，分項計算了棲息地、物質生產、污染凈化、涵養(yǎng)水源、抵御災害、旅游休閑和文化科研7項服務的價值，并簡單加和得出濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的總價值。然而，因物質生產服務和污染凈化服務間存在競爭效應，在同一個系統(tǒng)中，不可能存在兩種服務價值同時最大化的情況，故重復計算在所難免。

重復計算經常表現在濕地調節(jié)服務和支持服務的價值量化過程中［39，48-49］，在濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的水質凈化、水流調節(jié)以及娛樂休閑服務中最為常見。如水質凈化服務，因與營養(yǎng)物中的氮、磷相關，是生態(tài)功能的一個結果，這種功能僅在經過下游其他的生態(tài)過程被轉化為可被受益者直接使用的物品和服務時，才可作為最終服務而納入價值計算。

合理解決重復計算問題的意義在于，可以更精確地量化濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值，尤其是量化濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的改變所帶來的效益，可用于評價生態(tài)系統(tǒng)保護與開發(fā)的效率，例如污染治理效率、政策執(zhí)行力度等［41，50］。

3 多維度價值評估方法

綜上所述，單一的評估方法難以滿足精確評估服務價值的研究目標。鑒于此，提出多維度價值評估方法，即通過對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的概念明晰，合理劃分服務類型，并采用經濟學和生物物理學聯用方法，以規(guī)避濕地生態(tài)系統(tǒng)時空差異性服務的價值評估和總服務價值的重復計算。

所謂多維度是相對于上文所述的一維方法提出的概念，包括時間、空間和能值經濟分析3個維度。時間維度是針對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估對象的時間差異;空間維度是針對基于定義的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務受益人的空間差異;能值經濟分析維度是指生物物理學方法與經濟學方法的聯用，其核心在于運用能值代數法則合理求解能值代數式的參數［8-9，51］。

具體方法如圖1所示。

第一步，基于生態(tài)系統(tǒng)服務定義，從“受益人”角度識別濕地生態(tài)系統(tǒng)服務中的中間過程/服務和最終服務。之所以從“受益人”角度識別是基于Costanza等人和MA的定義，生態(tài)系統(tǒng)服務是以人類為作用對象，衡量人類從生態(tài)系統(tǒng)中的獲益情況。因此，基于“受益人”的服務分類方式有助于合理劃分濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的傳遞路徑，為第二步濕地生態(tài)系統(tǒng)服務流模擬、量化以及第三步能值經濟分析提供依據。

圖1 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務多維度價值量化流程圖Fig.1 Flow chart of multi-dimensional approach for wetland ecosystem service valuation

第二步，在時間維度和空間維度兩方面制定各類型服務的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務流圖，明確濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的源、匯、載體和使用類型［52-53］。生態(tài)系統(tǒng)服務流是指生態(tài)系統(tǒng)服務向人類的轉化過程［8，38，52，54-63］，也被用于描述人類通過貯存生態(tài)系統(tǒng)服務所獲得的多年平均效益流。通過想象洪水沿著河谷下泄或者一群游人走向提供了娛樂設施的自然區(qū)域，可以模擬生態(tài)系統(tǒng)服務流［33］。濕地生態(tài)系統(tǒng)服務流方法的核心在于:第一，基于上文所識別的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務受益者，明確濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務類型和傳遞服務的載體;第二，識別濕地生態(tài)系統(tǒng)服務在載體傳遞過程中的匯;第三，識別各類濕地生態(tài)系統(tǒng)服務之間的利用類型——競爭、非競爭和協同效應。

第三步，能值經濟分析維度，基于濕地生態(tài)系統(tǒng)服務流模擬結果和能值代數法則進行能值代數計算［9-10，51，64］，并將結果轉化為市場價值。此步驟的核心在于識別生態(tài)過程中產品的“分離、共產物、反饋”機制以及合理構建能值代數式［9-10，65］。

以下以淮河流域八里河濕地生態(tài)系統(tǒng)為例，簡要探討該方法在濕地生態(tài)系統(tǒng)價值評估中的應用。

首先，通過描繪該濕地系統(tǒng)的生態(tài)過程，在引入“受益人”基礎上，識別得出7種最終服務，即洪水調節(jié)服務、魚類供給服務、水禽供給服務、杞柳供給服務、清潔水供給服務、溫度調節(jié)服務和大氣質量調節(jié)服務(圖 2)。其中，參數 x1，x2，x3，…，x20是能值轉換率(sej/J)，參數 a，b，c，…，t是濕地生態(tài)系統(tǒng)中的產品所蘊含的能量，單位J，紅色的半圓形虛線分別代表了該生態(tài)系統(tǒng)中的5個“分離”機制 S1，S2，…，S5。

其次，運用生態(tài)系統(tǒng)服務流模型(SPAN)［53］模擬圖2所識別的中間過程和最終服務，區(qū)分該系統(tǒng)的源、匯和載體。其中，源來自降雨和太陽光輻射;匯包括生態(tài)系統(tǒng)中的水生植物、水生動物、水禽和土壤;載體是濕地土壤和濕地徑流。

圖2 淮河流域八里河濕地生態(tài)系統(tǒng)能值示意圖與最終服務識別結果圖(sej/時間)Fig.2 The emergy flow network and final ecosystem service in Balihe wetland of Huaihe River Basin(sej/time)

其三，根據能值代數運算法則［10，51，64］，建立該系統(tǒng)的能值代數式，求解濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的能值，如公式組(1)。其中，能值轉換率可由 x1，x2，x3，…，x20簡化為［X1］，［X2］，…，［X8］，并通過最小二乘法求解;生態(tài)系統(tǒng)參與者所蘊含的能量 a，b，c，…，t可通過生態(tài)系統(tǒng)服務流模擬求解;太陽光照強度、降水量、魚類數量、水禽數量和土壤含水量可直接測得:

最后，將求得的能值用經濟學價值表示即可。

通過以上分析可知，時間維度和空間維度可通過該系統(tǒng)中間過程/服務和最終服務的識別過程予以體現，能值經濟分析維度則體現在能值代數式求解與濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估量化過程中，而傳統(tǒng)的能值分析只是該方法的組成部分之一。

該方法相比能值分析法的改進和優(yōu)勢主要體現在3個方面:第一，常見的能值方法，基于“生態(tài)系統(tǒng)物質運動和能量交換”原理建立能值分析表，包括系統(tǒng)所有的投入和產出，而未基于“受益人”識別最終服務類型，因此，其值難以真實反映生態(tài)系統(tǒng)服務所提供給“人類受益者”的效益;第二，能值計算需要兩類參數，一類是能值轉換率，另一類是原始的物質量，本方法運用生態(tài)系統(tǒng)服務流模擬所得的原始物質量值，體現了生態(tài)系統(tǒng)“分離、反饋和共產物”機制，與基于年鑒的統(tǒng)計數據有本質區(qū)別，可有效避免重復計算;第三，常見的能值分析方法多用于計算一個系統(tǒng)整體的能值，而難以區(qū)分每類生態(tài)系統(tǒng)服務的價值，而本文所建立方法可對每類服務單獨核算。

與其他價值評估方法相比，后者的優(yōu)點是:

(1)采用基于“受益人”的服務識別方法，突出了濕地生態(tài)系統(tǒng)與人類活動的互動關系，在一定程度上避免了中間過程/服務與最終服務混淆所導致的重復計算。

(2)通過基于“受益人”的服務識別和“能值—經濟”分析方法，將時空因素納入價值評估過程，可有效評價時空差異性服務的價值。

(3)采用生態(tài)系統(tǒng)服務流模型，模擬濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的傳遞過程，并與能值代數式結合量化服務價值，不僅可以定性描繪濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務，也可以定量計算其價值。

(4)在服務流模擬與能值分析過程中，還可以有效識別提高濕地生態(tài)系統(tǒng)服務傳遞效益的政策作用點，可促進對受益人有益的服務流，抑制對受益人有害的服務流，最大限度發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的價值。

需要說明的是，該方法主要適宜于量化面積較大、生態(tài)結構較復雜的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值，而對于面積較小、生態(tài)結構較簡單的濕地生態(tài)系統(tǒng)，采用此方法反而稍顯繁雜。

4 結語

濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的多維度價值評估方法是對傳統(tǒng)價值評估體系的延伸和優(yōu)化，相對而言，其計算結果更為合理和準確。通過描繪和量化濕地生態(tài)系統(tǒng)服務的空間分布和價值，有利于推動共軛的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理體制的建立，對濕地生態(tài)系統(tǒng)補償政策的制定等，有參考價值。同時，該評估方法體系還具有普適性特征，對其他類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估也具借鑒意義。

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