黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估1)

宋慶豐 牛香 殷彤 楊勝濤

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，北京，100091) (黑龍江省林業(yè)廳) (黑龍江省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院)

濕地生態(tài)系統(tǒng)介于陸地與水域生態(tài)系統(tǒng)之間，具有獨(dú)特性質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)，兼有兩者的景觀特性，是地球生命支持系統(tǒng)的重要組成單元之一，被人們譽(yù)為“自然之腎”［1］。由于濕地生態(tài)系統(tǒng)的位置特殊性，使其具有多種服務(wù)功能，如:提供淡水資源和水產(chǎn)品、環(huán)境調(diào)節(jié)、控制土壤侵蝕、降解污染物、科學(xué)考察、保護(hù)生物多樣性等［2］。因此，保護(hù)和維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。近年來(lái)，由于人們對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能認(rèn)識(shí)的不足以及不合理的開(kāi)發(fā)利用，使得濕地遭受了前所未有的破壞，表現(xiàn)為面積萎縮、功能降低和環(huán)境惡化等。所以，科學(xué)、全面的對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，能夠使人們充分認(rèn)識(shí)濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要性，以及為濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的監(jiān)測(cè)和保護(hù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用以濕地資源的可持續(xù)利用。同時(shí)，還可以為濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)區(qū)的規(guī)劃和開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。

目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法開(kāi)展了深入的研究，比如不同尺度的評(píng)估，快速評(píng)估模型以及單項(xiàng)功能的研究［3-6］。我國(guó)在這一領(lǐng)域開(kāi)展研究的時(shí)間較短，但是取得了豐碩的成果，主要體現(xiàn)在評(píng)估方法和不同尺度個(gè)例的研究上［1-2，7-14］。黑龍江省是我國(guó)濕地資源最豐富的省份之一，且有“濕地第一大省”的稱號(hào)，具有濕地面積大、類(lèi)型多、生態(tài)區(qū)位重要、生物多樣性豐富等特點(diǎn)，濕地資源主為丹頂鶴、白鶴、東方白鸛等珍稀水禽提供了重要繁殖棲息地和遷徙停歇地。關(guān)于黑龍江省濕地資源的研究較多［15-17］，但對(duì)于黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。本文采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究方法對(duì)黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，可為保護(hù)黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐，以及為黑龍江省濕地資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

黑龍江省是我國(guó)濕地資源分布最廣泛的省份之一，現(xiàn)保存濕地面積556．58 萬(wàn)hm2，約占省國(guó)土面積的11．77%，占全國(guó)濕地面積的15．51%，分布著全國(guó)最大的平原沼澤濕地和唯一的寒溫帶森林沼澤濕地，是重要的泥炭分布地。黑龍江省濕地集中分布在松嫩、三江兩大平原和大興安嶺、小興安嶺及東部地區(qū)，以及界江界河附近，生態(tài)區(qū)位十分重要，維護(hù)著國(guó)土安全、糧食安全、生物安全和水環(huán)境安全［17］。截至目前，兩大平原已建52 處濕地自然保護(hù)區(qū)、13處國(guó)家濕地公園，總面積235 萬(wàn)hm2，有扎龍等8 處國(guó)際重要濕地，是我國(guó)國(guó)際重要濕地?cái)?shù)量最多的區(qū)域。按照濕地分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，黑龍江省濕地劃分為4 個(gè)類(lèi)型。沼澤濕地面積最大，面積最小的為森林濕地。

2 研究方法

基于黑龍江省林業(yè)廳調(diào)查的2012 年濕地面積，依據(jù)黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒(2013)［18］中發(fā)表的數(shù)據(jù)，在深入分析黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能形成過(guò)程的基礎(chǔ)上，利用市場(chǎng)價(jià)值法、碳稅法、工業(yè)制氧成本法、影子工程法、污染防治成本法生態(tài)價(jià)值法和專(zhuān)家評(píng)估法等生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，逐項(xiàng)評(píng)估了黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量。

2．1 涵養(yǎng)水源功能

濕地生態(tài)系統(tǒng)能夠起到調(diào)蓄水量的作用，即在洪水期可以起到消減洪峰的作用、干旱季節(jié)可以為生產(chǎn)生活提供水源補(bǔ)給。同時(shí)，濕地生態(tài)系統(tǒng)還能起到凈化水質(zhì)的作用，這主要是因?yàn)槌恋砗退莸淖饔?。由此，本評(píng)估將從提供水源和凈化水質(zhì)兩方面對(duì)黑龍江省濕地的涵養(yǎng)水源功能進(jìn)行評(píng)估。其計(jì)算公式為:

式中:U涵為濕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值，單位:元·a-1;C水為濕地生態(tài)系統(tǒng)水資源總量，單位:m3(根據(jù)《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒(2013)》得到［18］);P 為生活用水價(jià)格，單位:元/m3(基于網(wǎng)格法得到2012 年全國(guó)各大中城市的居民用水價(jià)格的平均值，為2．74 元·t-1);R水為黑龍江省多年平均地表徑流量，單位:m3［19］;K 為水凈化費(fèi)用，單位:元/m3［20］。

2．2 降解污染功能

濕地生態(tài)系統(tǒng)具有降解和消除污染物的重要作用，被稱為“地球之腎”。濕地能夠高效率的吸收、轉(zhuǎn)化和滯留對(duì)N、P、K 以及重金屬元素等污染物，減低其在水中的濃度。另外，濕地還能有效的減緩水流速度，對(duì)顆粒物的沉降起到積極的作用，附著在顆粒物表面的有毒物質(zhì)也被從水中剔除。排入濕地的污染物沒(méi)有引起水體的惡化，即認(rèn)為濕地起到了凈化的功能［21］。其計(jì)算公式:

式中:U降為濕地生態(tài)系統(tǒng)降解污染價(jià)值，單位:元/年;C降為單位面積濕地降解污染的價(jià)值，單位:美元/hm2·a(根據(jù)Costanza 等人的研究成果，平均價(jià)值是4 177 美元/hm2·a［3］);R 為美元與人民幣之間的匯率。

2．3 固碳釋氧功能

濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于大氣環(huán)境有正面的影響，即固定CO2;也有負(fù)面影響，即釋放CH4等溫室氣體。本研究采用采用張華在研究中的方法［1］，僅考慮其對(duì)大氣環(huán)境的固碳釋氧功能:主要是指通過(guò)水生植物的光合作用固定大氣中的CO2，并向大氣釋放O2。根據(jù)光合作用方程式，綠色植物每生產(chǎn)1．00 g干物質(zhì)，即能固定1．63 g CO2和釋放1．20 g O2。濕地內(nèi)主要植被類(lèi)型為水生或濕生植物，且分布廣泛，主要蘆葦?shù)韧λ参锖徒痿~(yú)藻、黑藻、竹葉眼子菜等沉水植物。這些均為一年生植物，生長(zhǎng)期結(jié)束后，會(huì)沉入水底，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為泥炭，這一部分將會(huì)被固定在水底。其計(jì)算公式為:

式中:U固為濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價(jià)值，單位:元/年;L 為蘆葦產(chǎn)量，單位:噸/a［18］;Q 為其他水生植物產(chǎn)量，單位:噸/a;R碳為CO2中碳的量;C碳為固碳價(jià)格，約為1 200 元/噸［22］;C氧為氧氣價(jià)格，約為1 000 元/噸［22］。

2．4 固土保肥功能

由于植被的存在，不同類(lèi)型的土壤與無(wú)植被情況下相比，其侵蝕量存在較大區(qū)別。根據(jù)中國(guó)土壤侵蝕顯示:無(wú)植被覆蓋情況下土壤中等程度的侵蝕深度為15 ～35 mm/a。對(duì)于濕地減少土壤侵蝕量的估算，采用草地植被類(lèi)型覆蓋下土壤的中等侵蝕深度(15 cm)的平均值來(lái)代替［9］。濕地的保肥功能是指防止了易溶解于水或在某些外力的作用下易與土壤分離的N、P、K 等養(yǎng)分，本研究采用的為濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤中所含有的N、P、K 等養(yǎng)分的量，再折算成化肥價(jià)格的方法來(lái)計(jì)算［21］。其計(jì)算公式為:

式中:U土為濕地生態(tài)系統(tǒng)固土保肥價(jià)值，單位:元/年;N含為黑龍江省土壤平均N 質(zhì)量分?jǐn)?shù);P含為黑龍江省土壤平均P 質(zhì)量分?jǐn)?shù);K含為黑龍江省土壤平均K 質(zhì)量分?jǐn)?shù);C 為黑龍江省土壤平均密度，單位:g/cm3;V土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用，單位:元·m-3［22］;V肥為化肥平均價(jià)格(折純)，單位:元·t-1［22］。

2．5 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累功能

土壤是濕地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的儲(chǔ)藏庫(kù)，這部分養(yǎng)分只有通過(guò)植物生物量的不斷積累而被釋放，形成生態(tài)系統(tǒng)的有效養(yǎng)分，以供植物的生長(zhǎng)需求。因此，植物是形成土壤和土壤肥力的主導(dǎo)因子。當(dāng)植物完成其生命周期時(shí)，大量的養(yǎng)分將會(huì)隨著枯枝落葉或者倒伏的生物體而重新返回土壤中［23］。本研究引用崔麗娟的關(guān)于濕地營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的研究結(jié)果，濕地N、P、K 年固定量分為128．78、0．88、86．33 kg/hm2［24］。其計(jì)算公式為:

式中:U積累為濕地生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累價(jià)值，單位:元/年;N含為濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤平均N 量，單位:kg/hm2;P含為濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤平均P 量，單位:kg/hm2;K含為濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤平均K 量，單位:kg/hm2。

2．6 改善小氣候功能

濕地生態(tài)系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)周?chē)h(huán)境的小氣候，主要是通過(guò)水的物理特性:熱容量較大—升溫和散熱較慢，能夠調(diào)節(jié)周?chē)h(huán)境的溫度;水分易蒸發(fā)—蒸發(fā)吸熱，同樣能夠調(diào)節(jié)周?chē)h(huán)境的溫度。本研究將濕地生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的作用作為濕地調(diào)節(jié)氣候的價(jià)值，根據(jù)測(cè)定，1 hm2濕地植被在夏季可以從環(huán)境中吸收81．8 MJ 的熱量，相當(dāng)于189 臺(tái)1 kW 的空調(diào)器全天工作的制冷效果［23］。其計(jì)算公式為:

式中:U改善為濕地生態(tài)系統(tǒng)改善小氣候價(jià)值，單位:元/a;P電為用電的價(jià)格，單位:元/kW。

2．7 生物棲息地功能

濕地介于陸地和水體之間，屬于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，大面積的蘆葦沼澤、灘涂和河流、湖泊為野生動(dòng)、植物提供了良好的生存、繁殖、遷徙和棲息地，因而在生物多樣性保護(hù)方面有極其重要的價(jià)值。其計(jì)算公式為:

式中:U生為濕地生態(tài)系統(tǒng)生物棲息地價(jià)值，單位:元/a;S生為單位面積濕地的避難所價(jià)值，單位:美元/hm2·a(采用生態(tài)學(xué)家Costanza 等研究結(jié)果:單位面積濕地的棲息地功能價(jià)值為3 191 美元·hm-2［3］);R 為美元與人民幣之間的匯率。

2．8 科研文化游憩

濕地生態(tài)系統(tǒng)具有水域、陸地、沼澤、灘涂等多種生境，形成了結(jié)構(gòu)和功能奇異的動(dòng)植物群落，為眾多領(lǐng)域的學(xué)者提供了良好的自然基地和理想的科學(xué)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。同時(shí)，濕地自然景色優(yōu)美，而且是大量鳥(niǎo)類(lèi)和水生動(dòng)植物的棲息繁殖地，因此還會(huì)吸引大量的游客前去觀光旅游。其計(jì)算公式為:式中:U游憩為濕地生態(tài)系統(tǒng)科研文化游憩價(jià)值，單位:元/a;P游為單位面積濕地科研文化游憩價(jià)值，單位:美元/hm2·a(參照Costanza 等人對(duì)全球濕地的研究成果，全球濕地的科研文化游憩價(jià)值為881 美元/hm2·a［3］)。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)以上公式計(jì)算出黑龍江省濕地生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值為5 659．65 億元·a-1，每公頃濕地提供的價(jià)值平均為10．17 萬(wàn)元·a-1。詳見(jiàn)表1。由表1 可知，黑龍江濕地生態(tài)系統(tǒng)3 大類(lèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量中，環(huán)境調(diào)節(jié)功能高于物質(zhì)生產(chǎn)功能和人文社會(huì)功能，說(shuō)明黑龍江濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于維持黑龍江省生態(tài)安全起到了非常重要的作用。各分功能項(xiàng)由大到小關(guān)系為涵養(yǎng)水源功能、降解污染功能、生物棲息地功能、固土保肥功能、科研文化游憩功能、改善小氣候功能、固碳釋氧功能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累功能。

表1 黑龍江省濕地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量

對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量進(jìn)行排序，可以區(qū)分服務(wù)功能的重要程度，且有助于確定優(yōu)先保護(hù)及其核心功能［8］。同時(shí)，核心功能還有其時(shí)間尺度性，隨著時(shí)間的推移，核心功能項(xiàng)會(huì)發(fā)生變化。周葆華等［25］研究表明，安慶沿江湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)功能中，水產(chǎn)品生產(chǎn)、調(diào)蓄洪水、氣候調(diào)節(jié)以及土地資源供給等是安慶沿江湖泊濕地當(dāng)下的核心服務(wù)功能。潘文斌等［26］對(duì)對(duì)湖北保安湖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值得出，其核心功能為調(diào)蓄洪水、有機(jī)物生產(chǎn)和固碳釋氧。

從以上分析可以看出，黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源、降解污染、生物棲息地和固土保肥等發(fā)揮著重要的作用，為黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)的核心功能，這與黑龍江省生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)密不可分:黑龍江省分布有黑龍江、松花江、烏蘇里江三大水系，有興凱湖、鏡泊湖、連環(huán)湖和五大連池4 處較大湖泊及星羅棋布的泡沼，其水環(huán)境安全直接關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源和降解污染功能在維持湖泊河流水環(huán)境安全起到非常重要的任務(wù)，且在降解水污染方面的作用十分顯著，起到了天然“污水處理廠”的功能;黑龍江省濕地生物多樣性豐富，動(dòng)物種類(lèi)繁多，如丹頂鶴、白鶴、東方白鸛等，表明黑龍江濕地生態(tài)系統(tǒng)生物棲息地功能為野生動(dòng)物提供了良好的繁衍、棲息和遷徙的場(chǎng)所，為野生生物提供了適宜生存和繁衍的生境;黑龍江省處于黑土漫崗區(qū)，其特征為水土壤侵蝕嚴(yán)重［27］，濕地生態(tài)系統(tǒng)的固土保肥功能在控制土壤侵蝕方面同樣起到了至關(guān)重要的作用。

還有研究提出:在所有功能項(xiàng)排序中，最小價(jià)值量所對(duì)應(yīng)的功能項(xiàng)同樣十分重要，因?yàn)槠錄Q定了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性［9］。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累功能價(jià)值量最低，其在維持黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性上，發(fā)揮著不可或缺的作用。因?yàn)椋瑺I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是一切生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基本條件和重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，各物種間共存的機(jī)制便是對(duì)資源的合理分配、利用，若發(fā)生營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)短缺的現(xiàn)象，各物種間就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的紊亂。為此，在發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)核心服務(wù)功能的同時(shí)，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文僅對(duì)黑龍江省濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了貨幣化的靜態(tài)評(píng)價(jià)，能夠?yàn)榻㈤_(kāi)發(fā)利用濕地資源進(jìn)行生態(tài)效益補(bǔ)償?shù)恼叩於ɑA(chǔ)，進(jìn)行為濕地資源的保護(hù)與開(kāi)發(fā)之間的利益權(quán)衡提供理論基礎(chǔ)。同時(shí)，提醒人們利用濕地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)功能時(shí)，應(yīng)該注意濕地生態(tài)系統(tǒng)其他兩方面生態(tài)功能的承受能力，使得在滿足人們需求的前提下，保證濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和濕地資源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用。

另外，本研究還存在評(píng)估指標(biāo)體系還尚不完善和評(píng)估功能項(xiàng)未包含濕地生態(tài)系統(tǒng)所有的生態(tài)功能的問(wèn)題，同時(shí)評(píng)價(jià)精度不高。這主要是因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估尚處于起步階段，其評(píng)估方法還在不斷發(fā)展中，則目前已知濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，能被量化的還占極少部分。濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估的關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)過(guò)程中估算方法及指標(biāo)的選擇是否科學(xué)合理［11］。

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