湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估

易小青，高常軍,*，魏龍，蔡堅(jiān)，吳琰，肖石紅

1.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510520 2.廣東省林業(yè)科學(xué)研究院,廣州 510520

1 前言

濱海濕地處于海陸交錯(cuò)帶,隸屬邊緣地區(qū),因受咸、淡水及海洋和陸地交互作用而擁有復(fù)雜多樣的濕地類型、生境及過程,是全球生物多樣性最豐富和單位服務(wù)價(jià)值最高的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。作為中國濕地的重要組分,濱海濕地占其總面積的12.42%,并在諸多方面發(fā)揮不可替代的生態(tài)服務(wù)價(jià)值[2-3]。然而,在全球變化和人類活動(dòng)的雙重影響下,約50%的中國濱海濕地面積遭受不同程度退化,并導(dǎo)致其服務(wù)價(jià)值嚴(yán)重受損[4-5]。因此,選擇典型濱海濕地區(qū),通過對其服務(wù)價(jià)值進(jìn)行系統(tǒng)分析,為今后我國濱海區(qū)海岸帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)及二者協(xié)同進(jìn)步提供科學(xué)依據(jù)。

與陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)相比而言,濱海濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服務(wù)分類具有多維性,因此科學(xué)量化其服務(wù)價(jià)值成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)[6-7]。目前,國外側(cè)重分析某類濱海濕地的單項(xiàng)服務(wù)價(jià)值量化及影響因素,如海灘保護(hù)支付意愿或娛樂價(jià)值、河口及濱海濕地抵御風(fēng)暴價(jià)值等[8-12];國內(nèi)以區(qū)域?yàn)I海濕地主要服務(wù)價(jià)值綜合評估為主,如濱海紅樹林濕地、遼寧近海海域、上海市、浙江及廣西濱海濕地等[13-18]。湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)是廣東省面積最大的紅樹林濕地,保護(hù)區(qū)內(nèi)由海向陸依次為近海水域、灘涂、紅樹林、養(yǎng)殖塘和水稻田,這種濕地分布是華南地區(qū)紅樹林濕地在全球變化與人類圍墾活動(dòng)雙重影響下所呈現(xiàn)的典型格局。以湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)為例,通過系統(tǒng)分析該區(qū)濱海濕地的各項(xiàng)服務(wù)及其價(jià)值,以期為管理決策華南濱海濕地開發(fā)與保護(hù)提供理論支撐。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究區(qū)概況

湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)位于中國大陸最南端(N 20°14′—N 21°35′;E 109°40′—110°35′), 地跨湛江市徐聞、雷州、遂溪和廉江四縣(市)及麻章、坡頭、東海、霞山四區(qū),面積約為20278.8 hm2。保護(hù)區(qū)位于北熱帶向南亞熱帶的過渡區(qū)域,受季風(fēng)和海洋氣候雙重影響,年均溫度為23℃,年均降水量為1534.6 mm,干濕季明顯,雨季集中在4至9月,多伴有臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等惡劣天氣。保護(hù)區(qū)所處的雷州半島地勢平坦、岸線曲折,紅樹林下的土壤主要受淺海沉積、潮汐和河流搬運(yùn)等水力作用,多發(fā)育為鹽漬沼澤土。保護(hù)區(qū)內(nèi)濕地類型豐富,擁有真紅樹和半紅樹植物15科22種,如白骨壤、紅海欖、秋茄和木欖等,為眾多瀕危野生動(dòng)植物(如黑臉琵鷺等)提供適宜的棲息環(huán)境。湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)共分為72個(gè)小區(qū),本文以高橋和營仔兩個(gè)小區(qū)為研究區(qū)(圖1),基于千年生態(tài)系統(tǒng)評估分類體系,系統(tǒng)分析該區(qū)紅樹林等濱海濕地的服務(wù)價(jià)值。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文以廣東湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)為研究區(qū),以Landsat8 OLI影像(行列號為124/045,分辨率為30 m),影像源自USGS(Http://landsat.usgs.gov),獲取時(shí)間為2014年10月13日。該影像的空間坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS_1984(UTM_Zone_49N),在ENVI 4.7軟件包中基于波段4、5、9組合進(jìn)行監(jiān)督分類。根據(jù)研究區(qū)的景觀特征,參照張喬民等(1997)[19]對紅樹林外邊界的定義,將研究區(qū)濱海濕地類型劃分為淤泥海灘、近海水域、紅樹林、養(yǎng)殖塘和水稻田5類(圖1)?；?015年9月野外考察和Google Earth平臺高分辨率影像(Quickbird,分辨率0.6 m,高橋小區(qū)和營仔小區(qū)的拍攝時(shí)間分別為2015年10月8日、21日和2014年11月16日)進(jìn)行野外地類驗(yàn)證工作,影像解譯總體精度滿足研究需求。2013年至2015年,該區(qū)濕地類型基本保持不變,因此,以2014年的影像解譯結(jié)果作為該區(qū)2013年濕地類型的統(tǒng)計(jì)依據(jù)(表1)。

2.3 評價(jià)方法

圖1 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)濕地類型分布圖Fig.1 Wetland classification map of Gaoqiao and Yingzai subzone in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

表 1 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地面積統(tǒng)計(jì)表Tab.1 statistics of wetland area in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

本文基于千年生態(tài)系統(tǒng)評估體系,結(jié)合湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征,將該區(qū)濕地服務(wù)類型分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持務(wù)服和文化服務(wù),由于初級生產(chǎn)力、營養(yǎng)循環(huán)等支持服務(wù)多為中間服務(wù),是其他服務(wù)的基礎(chǔ),其價(jià)值可在其他3類服務(wù)中體現(xiàn),因此,本文不對支持服務(wù)進(jìn)行評估[20-21]。最終建立的服務(wù)價(jià)值評估指標(biāo)體系為,供給服務(wù)(食物供給、水供給和原材料供給)、調(diào)節(jié)服務(wù)(氣候調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化、固碳、大氣組分調(diào)節(jié)和消浪護(hù)岸)和文化服務(wù)(休閑旅游和科研教育)3類服務(wù)共包含10個(gè)評價(jià)指標(biāo)(表2)。所有數(shù)據(jù)均以2013年作為統(tǒng)計(jì)基準(zhǔn)年。

2.3.1 供給服務(wù)

(1)食物(海產(chǎn)品)供給價(jià)值:在湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)內(nèi),基圍式天然養(yǎng)殖塘占整個(gè)保護(hù)區(qū)養(yǎng)殖塘總面積的1/10,約為82.305 hm2,主要養(yǎng)殖海產(chǎn)品有蝦、蟹、魚、牡蠣等。其食物供給價(jià)值可通過市場價(jià)值進(jìn)行估算,公式如下:

表 2 湛江紅樹林國家自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估指標(biāo)體系Tab.2 Index system of estimation of wetland ecosystem services in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

式中,Vs指食物供給價(jià)值,元;i是產(chǎn)品的種類;Yi是單位面積上第i類產(chǎn)品的數(shù)量,S是基圍式天然養(yǎng)殖塘的面積,hm2,Pi是第i類產(chǎn)品的價(jià)格,元/t。海產(chǎn)品種類、單位產(chǎn)量及價(jià)格根據(jù)野外現(xiàn)場調(diào)查漁戶及周邊市場所得(表3)。

(2)供水價(jià)值 湛江紅樹林長期遭受海水浸泡,并通過其獨(dú)特的排鹽方法保持水分,紅樹林濕地獨(dú)特的水源涵養(yǎng)功能體現(xiàn)在以淺層地下水的形式為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┺r(nóng)業(yè)用水。其供水價(jià)值可采用市場法:計(jì)算公式:V=S×Q×P。式中,V為供水價(jià)值,元;S為保護(hù)區(qū)紅樹林面積,hm2;Q為單位蓄水量8100.00 m3/hm-2[22],P為湛江市2013年農(nóng)業(yè)用水均價(jià)1.45元/m3。

(3)原材料供給價(jià)值 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)的濕地原材料供給服務(wù)主要體現(xiàn)在紅樹林濕地提供的木材產(chǎn)品,可通過紅樹林單位材積市場價(jià)格進(jìn)行估算。湛江紅樹林主要位于保護(hù)區(qū)內(nèi),不存在現(xiàn)實(shí)市場,主要根據(jù)其潛在的市場價(jià)格進(jìn)行估算。V=S×Vt×P。式中,V為原材料供給價(jià)值,元;S為保護(hù)區(qū)紅樹林面積,hm2;Vt為紅樹林年均材積生長量,4.39 t·hm-2·a-1[23];P為紅樹林木材單價(jià)參照文獻(xiàn)[24],并結(jié)合保護(hù)區(qū)當(dāng)?shù)啬静氖袌龃_定為996.725元·t-1。

2.3.2 調(diào)節(jié)服務(wù)

(1)氣候調(diào)節(jié)價(jià)值 紅樹林濕地調(diào)節(jié)氣候主要通過地表蒸散發(fā)方式,對區(qū)域氣候進(jìn)行降溫增濕的調(diào)節(jié)作用。計(jì)算公式如下:V=(S1×Q1+SwQw)×P。式中,V為氣候調(diào)節(jié)價(jià)值,元;Q1和Qw分別為保護(hù)區(qū)無明水面和有明水面兩類濕地的年均蒸發(fā)量,分別為786 mm和1075 mm[25];Sl和Sw為湛江紅樹林濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)兩類濕地面積,hm2;P為濕地氣候調(diào)節(jié)功能的單位價(jià)值,0.129元/m-3,[26]。

表 3 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)海產(chǎn)品價(jià)值估算參數(shù)表Tab.3 Estimation parameters of seafood value in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

(2)水質(zhì)凈化價(jià)值 紅樹林濕地像天然的過濾器,對有毒物和雜質(zhì)等多種污染物均具有較強(qiáng)的吸附及凈化效果。計(jì)算公式如下:V=Q×S。式中:V表示保護(hù)區(qū)紅樹林水質(zhì)凈化價(jià)值,元,Q為單位面積內(nèi)紅樹林濕地對氮、磷和重金等的吸附價(jià)值,3.770×104元hm-2.a-1,[27],S為紅樹林面積,hm2。

(3)固碳價(jià)值 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地固碳主要由植物、土壤、藻類、貝類等光合固碳及有機(jī)碳埋藏等形式體現(xiàn)。

式中,V為固碳價(jià)值,元;rm、rs和rp為紅樹林地上植被 11.35 t·(hm-2·a-1)[23]與土壤 2.789 t·(hm-2·a-1)[28]、浮游植物 2.3 t·(hm-2·a-1)[29]三者的固碳系數(shù),S1和Sc分別為保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林和近海水域的面積, hm2;Cc為碳稅率,選取中國造林成本(250元·t-1)和國際碳稅標(biāo)準(zhǔn)(770元·t-1)兩者的均值[30]。

(4)大氣組分調(diào)節(jié)價(jià)值 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地的大氣調(diào)節(jié)作用包括濕地植被通過光合作用釋放氧氣的正效應(yīng)和濕地土壤通過呼吸作用釋放溫室氣體(CO2和CH4)的負(fù)效應(yīng)。根據(jù)光合作用公式,濕地植物每生產(chǎn)1g干物質(zhì),釋放1.07g O2,據(jù)此求算紅樹林植被、灘涂(包括淤泥海灘和潮間鹽水沼澤)植被、大型藻類和浮游植物釋放O2的物質(zhì)量。根據(jù)保護(hù)區(qū)紅樹林和灘涂兩類濕地的土壤CO2單位排放量(包括CH4溫室效應(yīng)值折算成CO2量)估算其釋放溫室的物質(zhì)量。其計(jì)算公式為:

式中,V為保護(hù)區(qū)大氣組分調(diào)節(jié)價(jià)值,元;Sm、St和So為保護(hù)區(qū)紅樹林、灘涂和近海水域面積(表1);Om、Ot和Op為保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林和灘涂植物、近海水域浮游藻類的釋氧系數(shù), 分別為 30.29 t·(hm2·a)[23]、8.75 t·(hm2·a)和 2.46 t·(hm2·a)[21];Cm和Ct分別為保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林和灘涂兩類濕地土壤CO2單位排放系數(shù),分別為 12.26 t·(hm2·a)和 9.78 t·(hm2·a)[31-32];Co為我國工業(yè)制氧單價(jià),400元·t-1;Cc為碳稅率,510元/t-1[30]。

(5)消浪護(hù)岸 消浪護(hù)岸功能主要體現(xiàn)在紅樹林濕地抵御臺風(fēng)、風(fēng)暴潮沖擊、消浪促淤和保護(hù)堤岸等方面。本文以湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)岸線每年承受的海浪能值貨幣價(jià)值作為其消浪護(hù)岸價(jià)值,其計(jì)算公式:E=0.125L×(pgv)×h2×t×Tr。式中,E是湛江紅樹林濕地的消浪護(hù)岸能值;L(m)為岸線長度;p(kg·m-3)為海水密度;g(m·s-2)為重力加速度;v(m·s-1)為流速;h(m)為平均浪高;t為時(shí)間,即 3.150×107(s·a-1);Tr(sej·J-1)為波浪能的能值轉(zhuǎn)換率。湛江紅樹林濕地岸線長度為 2.437×104m,保護(hù)區(qū)近海水域密度為1.030 kg·m-3,流速為0.585 m·s-1,平均浪高0.889 m,能值轉(zhuǎn)換率為2.590 sej·J-1[16,33]。結(jié)合能值貨幣比率(8.7×1013sej每美元)和2013年美元兌換人民幣匯率(6.1932元),估算湛江紅樹林濕地消浪護(hù)岸價(jià)值。

2.3.3 文化功能

(1)休閑旅游價(jià)值 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林種類繁多,為水生動(dòng)植物特別是珍稀(瀕危)水鳥提供重要暫歇地,具有巨大的旅游價(jià)值。計(jì)算公式為:V=S×Rl。式中,V為休閑旅游價(jià)值,元;S為保護(hù)區(qū)面積,hm2;Rl為Costanza界定的濕地娛樂價(jià)值標(biāo)準(zhǔn),2013年美元兌換人民幣匯率為6.1932元。

(2)科研教育價(jià)值 通過查閱并計(jì)算每年發(fā)表與湛江紅樹林濕地國家級自然保護(hù)區(qū)有關(guān)論文的總投入成本,以此來估算湛江紅樹林濕地國家級自然保護(hù)區(qū)的科研教育價(jià)值。計(jì)算公式為:V=N×Cp。式中,V為科研教育價(jià)值,元;N為在百度學(xué)術(shù)上檢索到主題中“湛江紅樹林”或“Zhanjiang mangrove”的 2013年中英文文章共33篇;Cp為論文的投入成本以1.192×105元·篇-1為標(biāo)準(zhǔn)[34]。

3 結(jié)果與分析

2013年,湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)總價(jià)值為191.95元·a-1,該區(qū)濕地的單位面積服務(wù)價(jià)值為 4.26元·m-2·a-1。在湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)提供的3類型服務(wù)中,調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最高,為107.475×106元·a-1,占總服務(wù)價(jià)值的55.99%,其次為供給服務(wù)價(jià)值,為64.526×106元·a-1,占總服務(wù)價(jià)值的33.62%,文化服務(wù)價(jià)值最小,為19.95×106元·a-1,占總價(jià)值服務(wù)的10.39%(表4)。

在湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的各組分中,氣候調(diào)節(jié)價(jià)值最大,為52.631×106元·a-1,占總價(jià)值的27.42%,其次為食物供給價(jià)值(47.12×106元·a-1)、水質(zhì)凈化價(jià)值(40.704×106元·a-1)和休閑旅游價(jià)值(16.016 × 106元·a-1), 分別占總服務(wù)價(jià)值的24.55%、21.21%和8.34%。剩余各類服務(wù)價(jià)值量之和為35.48×106元·a-1,僅占總價(jià)值的18.49%。

4 討論

湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地服務(wù)價(jià)值構(gòu)成具有不均衡性,其中食物供給、氣候調(diào)節(jié)和水質(zhì)凈化3類服務(wù)價(jià)值在總價(jià)值中所占比例較高,為該區(qū)核心服務(wù)功能。這主要由湛江紅樹林濕地獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組成所致。保護(hù)區(qū)的養(yǎng)殖塘原屬沿海潮間帶,現(xiàn)為基圍式天然養(yǎng)殖塘,通過海水漲落潮的水文循環(huán)方式,將灘涂或紅樹林中自然生長的蝦蟹魚苗與餌料(紅樹林凋落物等)輸送至基圍養(yǎng)殖塘內(nèi),改善了養(yǎng)殖塘的海產(chǎn)品質(zhì)量,從而提高了該區(qū)的海產(chǎn)品價(jià)值。海陸交錯(cuò)帶較高的比熱容、周期性的海陸季風(fēng)、豐富的濕地植物種類是該區(qū)濕地能較好地發(fā)揮降溫增濕、調(diào)節(jié)氣候功能的主要原因。此外,紅樹林濕地內(nèi)諸多獨(dú)特的物理(潮汐、吸附、沉淀與埋藏)、化學(xué)(降解、吸收與轉(zhuǎn)化)過程與豐富微生物群落類型等為其發(fā)揮水質(zhì)凈化功能提供充足動(dòng)力。獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)類型、種類多樣的珍稀瀕危水鳥與優(yōu)質(zhì)的海產(chǎn)品等提高了湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)的旅游知名度和科學(xué)宣教價(jià)值,所以該區(qū)文化價(jià)值在總服務(wù)價(jià)值中也占據(jù)一定位置。消浪護(hù)岸是紅樹林濕地所具有獨(dú)特服務(wù)功能之一,但該區(qū)紅樹林濕地屬河口型分布,紅樹林的海岸線分布較短,從而限制了消浪護(hù)岸功能的發(fā)揮。

表 4 湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Tab.4 Value of wetland ecosystem in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

廣東湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單位價(jià)值為4.26元·m-2·a-1,顯著高于廣東海豐鳥類省級自然保護(hù)區(qū)(1.69元·m-2·a-1)[35]和遼寧省(2.916元·m-2·a-1)[36]濱海濕地單位價(jià)值。湛江紅樹林濕地處于熱帶氣候區(qū),故其生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力遠(yuǎn)大于地處溫帶的遼寧省濱海濕地。湛江紅樹林濕地以自然濕地為主,而海豐濕地以粗放經(jīng)營的人工濕地為主,前者的綜合服務(wù)價(jià)值較高,而后者僅某一單項(xiàng)(海產(chǎn)品)服務(wù)價(jià)值較高。湛江紅樹林濕地的單位服務(wù)價(jià)值明顯低于中國紅樹林平均狀況(17.333 元·m2·a-1)[22]、漳江口(5.999 元·m-2·a-1)[26]和東寨港(22.555 元·m-2·a-1)[37]等地紅樹林等自然濕地價(jià)值,以及蘇州市水稻田(7.31元·m-2·a-1)[38]等人工生態(tài)系統(tǒng)。這主要由3個(gè)方面所致,1)是本文未對紅樹林濕地類型進(jìn)行更為詳細(xì)的劃分,不同紅樹林類型所提供的服務(wù)種類及價(jià)值量有所不同。2)湛江紅樹林自然保護(hù)區(qū)面積大但分布較為分散,各小區(qū)內(nèi)因自然和人為原因受損或退化的濕地生態(tài)系統(tǒng)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù),從而影響其服務(wù)功能發(fā)揮。3)珍惜瀕危物種的存在價(jià)值、紅樹林中凋落物、蝦蟹等供給價(jià)值因數(shù)據(jù)不可獲取等原因沒有單獨(dú)核算,其他部分服務(wù)價(jià)值參照前人研究成果,從而使得該區(qū)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值低于實(shí)際價(jià)值。

5 結(jié)論

2013年,廣東湛江紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)高橋和營仔小區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值為191.95×106元, 單位面積服務(wù)價(jià)值為 4.26 元·m-2·a-1。湛江紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)所提供的10項(xiàng)服務(wù)為食物供給、水供給、原材料供給、氣候調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化、固碳、大氣組分調(diào)節(jié)、消浪護(hù)岸、休閑旅游和科研教育;2013年,它們提供的服務(wù)價(jià)值分別為47.12×106元 、 12.682×106元 、 4.724×106元 、52.631×106元、40.704×106元、9.006×106元、5.12×106元、0.014×106元、16.016×106元和 3.934×106元。

今后對湛江紅樹林濕地服務(wù)開展更為詳細(xì)的野外長期定位觀測實(shí)驗(yàn),同時(shí)結(jié)合新的評估指標(biāo)體系和技術(shù),將提高紅樹林濕地服務(wù)價(jià)值評估的真實(shí)性及各研究之間的可比性和延續(xù)性,以及服務(wù)價(jià)值評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,為掌握廣東乃至華南地區(qū)濱海紅樹林濕地服務(wù)價(jià)值現(xiàn)狀及制定濱海紅樹林濕地保護(hù)與開發(fā)政策等提供理論依據(jù)。

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