基于價值當量因子法的南四湖濕地生態(tài)服務價值估算

葛忠強，王 霞，馬安寶，王清華，石 群，郭 燕

（1.山東省林業(yè)科學研究院，山東 濟南250014； 2.山東黃河三角洲森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，山東 濟南250014；3.山東省地質科學研究院，山東 濟南250013）

南四湖濕地位于山東省西南部，地處蘇魯豫三省交界處，是我國華北地區(qū)最大的內陸淡水湖，周邊緊鄰濟寧、棗莊、徐州、微山、滕州、魚臺、沛縣等多座城市，為工農業(yè)生產和城鄉(xiāng)居民生活持續(xù)提供食物、原材料和淡水資源。 橫貫我國南北的京杭大運河傍依南四湖的中南端，并穿過南四湖北端的獨山湖，該段是京杭大運河的重要航段，也是我國南水北調東線工程主要調蓄樞紐之一。 南四湖濕地生境獨特，水生動植物豐富，現有維管束植物539 種、魚類80 種、鳥類205 種、獸類18 種、兩棲類7 種、爬行類11 種[1]，是眾多珍稀瀕危鳥類及雁鴨類的重要棲息繁殖地，也是春秋季節(jié)候鳥重要的遷徙必經地和停歇地，在動植物資源保護方面發(fā)揮重要作用。 因此南四湖濕地在水文調節(jié)、凈化環(huán)境、水資源供給、生物多樣性保護、食物生產、航運、旅游等方面發(fā)揮著重要功能。

在生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價方面，謝高地等[2]提出了價值當量因子法，并建立和改進了價值當量因子表，由于該法簡單易用，得到了較多應用。 圍繞南四湖濕地的生態(tài)服務功能價值，馬占東等[3]、許吉仁等[4]、鄧力斌[5]、梁春玲[6]、楊俊[7]等人均做過分析。 本研究借鑒和參考謝高地等[1,7]建立的價值當量因子表，建立南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的單位面積服務價值當量因子表，結合南四湖濕地2020年的土地覆被分類數據，估算南四湖濕地生態(tài)服務價值并分析南四湖濕地生態(tài)服務價值的主要影響因素，為南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 空間數據來源與處理

研究用到2020年南四湖濕地的土地利用與覆被（LULC) 數據來自于中國科學院資源環(huán)境科學數據中心， 把區(qū)域LULC 數據與南四湖濕地的邊界矢量數據統(tǒng)一調整成相同投影系統(tǒng)Krasovsky_1940_Albers，GCS_Krasovsky_1940 坐標系，然后用南四湖濕地邊界裁切得到研究區(qū)2020年LULC 數據（圖1）。 由南四湖濕地土地利用與覆被分類數據提取建立南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)矢量數據（圖2）。

圖1 2020年南四湖濕地土地利用類型結構圖

圖2 2020年南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型結構圖

1.2 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型劃分

根據土地利用與覆被分類體系，結合南四湖濕地的實際情況，建立南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)分類體系（表1 ）。

表1 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型Table 1 Types of wetland ecosystem in Nansi Lake

如表1 所示， 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)共分6 個一級類型和14 個二級類型，6 個一級類型有農田生態(tài)系統(tǒng)類型、森林生態(tài)系統(tǒng)類型、草地生態(tài)系統(tǒng)類型、水域生態(tài)系統(tǒng)類型、濕地生態(tài)系統(tǒng)類型和荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型。 農田生態(tài)系統(tǒng)分為2 種二級類型：水田、旱地；森林生態(tài)系統(tǒng)含有3 種二級類型：有林地、灌木林地、疏林地；草地生態(tài)系統(tǒng)含有3 種二級類型：高覆蓋度草地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地；水域生態(tài)系統(tǒng)含有3 種二級類型：湖泊、河渠、水庫坑；濕地生態(tài)系統(tǒng)含沼澤地有1 種二級類型；荒漠生態(tài)系統(tǒng)含有2 種二級類型：灘地、其它。

1.3 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能類型

參考國內外研究結果，結合南四湖濕地的實際，把南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為4 個一級類型、11個二級類型（見表2）。4 個一級類型包括供給服務功能、調節(jié)服務功能、支持服務功能和文化服務功能。供給服務功能有食物生產、原料生產、水資源供給3 個二級類型；調節(jié)服務功能有氣體調節(jié)、氣候調節(jié)、凈化環(huán)境、水文調節(jié)4 個二級類型；支持服務功能有土壤保持、維持養(yǎng)分循環(huán)、生物多樣性3 個二級類型；文化服務功能有美學景觀1 個二級類型。

表2 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能類型Table 2 Service function types of Nansi Lake Wetland Ecosystem

1.4 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算方法

謝高地等[2]定義了1 個標準當量因子的生態(tài)服務價值，即1 hm2全國平均產量的農田每年自然糧食產量的經濟價值，在數值上相當于全國平均糧食市場價值的1/7，2015年謝高地等[8,9]在估算中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值中再次改進了單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表。李曉賽[10]、程琳琳[11]、楊文杰[12]等人采用謝高地等人的價值當量因子改進法分別對不同區(qū)域的生態(tài)服務功能價值量做了估算，本研究中對謝高地等人的價值當量因子表不做整體調整。

根據《全國農產品成本收益資料匯編2020》計算，2019年全國水稻、小麥、玉米三大糧食作物的平均單產是7234.5 kg/hm2，糧食的市場銷售價格是2.1888 元/kg，算出2019年單位面積糧食市場產值是15834.87元/hm2，再由中國統(tǒng)計年鑒2021 可查得2019年和2020年農產品的價格指數分別是100.8 和102.8，由此可以求出2020年全國三大糧食作物平均單位面積市場產值是16149.06 元/hm2， 其市場產值的1/7 是2307.01元，即2020年南四湖濕地1 個當量因子的生態(tài)服務價值是2307.01 元/hm2。 利用此基礎當量因子價值計算南四湖濕地2020年的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。

本研究借鑒謝高地[1,7,8]的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值基礎當量表，結合南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型，建立了適合南四湖濕地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表（表3）。

表3 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值當量因子Table3 Equivalent factor of service value per unit area of Nansi Lake Wetland Ecosystem

2 結果與分析

2.1 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型結構分析

表4 數據顯示，南四湖濕地各生態(tài)系統(tǒng)為178311.21 hm2，其中以水域生態(tài)系統(tǒng)為主，水域面積占整個濕地面積的83.57%，其次是農田生態(tài)系統(tǒng)，面積占14.11%，荒漠生態(tài)系統(tǒng)占1.07%，濕地和草地面積分別占0.62%和0.49%，森林生態(tài)系統(tǒng)面積占0.13%。

表4 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)各類型面積Table 4 Area of various types of Nansi Lake Wetland Ecosystem

在二級生態(tài)系統(tǒng)類型中， 以湖泊生態(tài)系統(tǒng)面積最大， 占到整個濕地面積的54.57%，其次是水庫坑塘類型，面積占到27.85%，河渠面積平均占1.16%。 農田生態(tài)系統(tǒng)中，旱地面積占8.04%，水田面積占6.08%。 灘地荒漠生態(tài)系統(tǒng)占1.04%，沼澤濕地和中覆蓋度草地面積分別占0.62%和0.44%， 灌木林地生態(tài)系統(tǒng)面占0.12%，其他類型的面積均在0.1%以下。

2.2 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值

2.2.1 南四湖濕地一級類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

把南四湖濕地生態(tài)服務基礎當量因子價值、 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值當量因子合計值、 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)各類型面積三者連乘即可得到南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)各類型服務價值（表5，表6）。

表5 數據顯示，2020年南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)共提供了價值341.07 億元的生態(tài)服務，其中以水域生態(tài)系統(tǒng)服務價值為主， 占整個濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的99.25%， 其次是農田生態(tài)系統(tǒng)， 提供的服務價值占0.67%，草地提供的服務價值約占0.03%，森林和荒漠生態(tài)系統(tǒng)提供的服務價值各約占0.02%。沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)提供的服務價值約占0.01%。從服務功能價值占比可以看出，南四湖濕地最重要的生態(tài)系統(tǒng)類型是水域生態(tài)系統(tǒng)，其次是農田生態(tài)系統(tǒng)。

表5 2020年南四湖濕地一級生態(tài)系統(tǒng)類型生態(tài)功能服務價值 單位：億元Table5 Ecological service value of primary ecosystem type of Nansi Lake Wetland in 2020 Unit : billion yuan

表5 數據顯示，不同的生態(tài)系統(tǒng)類型，提供的生態(tài)服務功能各有側重點，占比最大的水域生態(tài)系統(tǒng)除了主要提供水文調節(jié)功能外，還提供重要的水資源供給和凈化環(huán)境服務功能；農田生態(tài)系統(tǒng)除了提供水文調節(jié)和食物生產服務功能，還有大量消耗水資源的能力；森林和草地生態(tài)系統(tǒng)主要提供氣候調節(jié)和水文調節(jié)服務功能；沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)主要提供凈化環(huán)境和水文調節(jié)服務功能；荒漠生態(tài)系統(tǒng)主要提供水文調節(jié)、凈化環(huán)境和生物多樣性服務功能。

2.2.2 南四湖濕地二級類型生態(tài)系統(tǒng)服務價值分析

在二級生態(tài)系統(tǒng)類型服務功能價值（表6）中，以湖泊生態(tài)系統(tǒng)提供的生態(tài)服務價值最大，占到整個濕地服務功能總價值的59.52%，其次是水庫坑塘類型，服務價值占到37.97%，河渠提供的服務價值占1.75%。 農田生態(tài)系統(tǒng)中，水田服務價值占0.39%，旱地服務價值占0.29%。 中覆蓋度草地提供的服務價值占0.03%，灌木林地服務價值占0.02%，沼澤濕地和其他荒漠類型的服務價值分別占0.01%，其余類型的提供的服務價值均小于0.01%。

表6 2020年南四湖濕地二級生態(tài)系統(tǒng)類型生態(tài)功能服務價值 單位：億元Table 6 Ecological function service value of secondary ecosystem type of Nansi Lake Wetland in 2020 Unit : billion yuan

根據表6 中生態(tài)系統(tǒng)提供的服務功能總價值量的大小可把南四湖濕地二級生態(tài)系統(tǒng)類型分為3 組，即10 億元組、億元組和萬元組。 10 億元組包括湖泊、水庫坑塘兩類水域生態(tài)系統(tǒng)，其中，湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)服務價值為203.02 億元，約占南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年總服務價值的59.52%，水庫坑塘生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)服務價值平均為129.51 億元，約占南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年總服務價值的37.97%。 億元組的生態(tài)系統(tǒng)包括河渠、旱地、水田和沼澤濕地3 類生態(tài)系統(tǒng)，其中，河渠生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)服務價值為5.97 億元，約占南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年總服務價值的1.75%，水田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)服務價值平均為1.33 億元，約占南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年總服務價值的0.39%，旱地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的生態(tài)服務價值平均為0.97 億元，約占南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)年總服務價值的0.29%。 萬元組生態(tài)系統(tǒng)類型包括3 類森林生態(tài)系統(tǒng)、3 類草地生態(tài)系統(tǒng)、沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)、兩類荒漠生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)服務價值均在1 千萬元以下，占比為0.01%及以下。

2.2.3 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值結構分析

表7 數據顯示，南四湖濕地341.07 億元的生態(tài)服務總價值中，81.03%是水文調節(jié)價值，6.36%是水資源供給價值，4.42%是凈化環(huán)境價值，2.05%是生物多樣性保護價值，1.51%是提供美學景觀價值。各類型服務功能價值主要來自水域生態(tài)系統(tǒng)和農田生態(tài)系統(tǒng)，二者合計所占比例均在99%以上，其中尤以水域生態(tài)系統(tǒng)為主，在各類型服務功能價值中所占比例在均67%以上，部分類型甚至占比在98%以上。 由此可見，水域生態(tài)系統(tǒng)和農田生態(tài)系統(tǒng)是南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的兩大支柱性生態(tài)系統(tǒng)，確保二者正常結構的存在是南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能正常提供的最重要的保障，尤其是水域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定存在，是南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能的根本性保障，若水域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定受到破壞，則對南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能產生毀滅性破壞，2002年南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)受到干旱枯水的破壞就是有力佐證。

表7 各生態(tài)服務功能價值結構Table 7 Value structure of each ecological service function

2.2.4 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要度分析

在341.07 億元的南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務總價值構成上，水文調節(jié)服務功能價值達276.36 億元，占總價值的81.03%，說明水文調節(jié)服務功能是南四湖濕地最重要的生態(tài)功能。其次是水資源供給服務功能，服務價值為21.7 億元，占總價值的6.36%；凈化環(huán)境服務功能的價值為15.06 億元，占比為4.42%；生物多樣性保護服務功能價值為7.0 億元，占比2.05%；美學景觀服務功能價值為5.15 億元，占比1.51%；土壤保持服務功能價值為2.88 億元，占比0.84%；食物生產服務功能價值2.78 億元，占比0.82%，氣體調節(jié)服務功能價值2.60 億元，占比0.76%；原料生產服務功能價值0.78 億元，占比0.23%；維持養(yǎng)分循環(huán)服務功能價值0.28億元，占比0.08%。 不同服務功能價值量的占比大小代表了它們對總服務功能的貢獻度，因此，根據不同服務功能價值量的占比大小可以把11 個生態(tài)服務功能類型分為重要性不同的4 組，第1 組只包含水文調節(jié)服務功能1 個類型，這是南四湖濕地最重要的生態(tài)服務功能；第2 組包含水資源供給、凈化環(huán)境、服務功能、生物多樣性保護和美學景觀5 個生態(tài)服務功能類型；第3 組包含土壤保持、食物生產、氣體調節(jié)、原料生產4 個生態(tài)服務功能類型；第5 組只包含維持養(yǎng)分循環(huán)1 個服務功能類型。生態(tài)服務功能的分組可以為南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能管理提供目標和方向。在生態(tài)系統(tǒng)服務功能管理過程中要根據現實條件優(yōu)先滿足重要的生態(tài)系統(tǒng)服務功能需求，然后再逐次建設和滿足其他功能，這樣才能保障南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能的基本功能和整體功能建設的有序推進。

表8 南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能重要度分組Table 8 Importance grouping of wetland ecosystem service function in Nansi Lake

3 結論

（1） 2020年南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)共提供了價值341.07 億元的生態(tài)服務，其中水域生態(tài)系統(tǒng)提供99.25%的服務價值，其次是農田生態(tài)系統(tǒng)提供0.67%的服務價值。 水域生態(tài)系統(tǒng)是南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)支柱，水域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定存在，是南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能的根本性保障。

（2） 根據生態(tài)系統(tǒng)提供的服務功能價值量的大小把南四湖濕地二級生態(tài)系統(tǒng)類型分為10 億元組、億元組和萬元組3 組。10 億元組包括湖泊、水庫坑塘兩類水域生態(tài)系統(tǒng)，億元組的生態(tài)系統(tǒng)包括河渠、旱地、水田和沼澤濕地三類生態(tài)系統(tǒng)，萬元組生態(tài)系統(tǒng)類型包括三類森林生態(tài)系統(tǒng)、三類草地生態(tài)系統(tǒng)、沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)和兩類荒漠生態(tài)系統(tǒng)。

（3） 南四湖濕地341.07 億元的生態(tài)服務總價值中，81.03%是水文調節(jié)價值，6.36%是水資源供給價值，4.42%是凈化環(huán)境價值，2.05%是生物多樣性保護價值，1.51%是提供美學景觀價值。

（4） 根據服務功能價值量的占比把11 個生態(tài)服務功能類型分為重要性不同的四組，第1 組只包含水文調節(jié)服務功能1 個類型，這是南四湖濕地最重要的生態(tài)服務功能；第2 組包含水資源供給、凈化環(huán)境、服務功能、生物多樣性保護和美學景觀5 個生態(tài)服務功能類型；第3 組包含土壤保持、食物生產、氣體調節(jié)、原料生產4 個生態(tài)服務功能類型；第4 組只包含維持養(yǎng)分循環(huán)1 個服務功能類型。 生態(tài)服務功能的分組為南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能管理提供目標和方向。

4 討論

本研究采用價值當量因子法評價了南四湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值，價值當量因子法的關鍵是建立適用評價目標的價值當量因子表和基礎當量價值，這種方法的優(yōu)點是尤其適合地表土地覆被類型分類比較系統(tǒng)的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評價，評價方法快速、簡單、易用。 眾多研究者在使用過程中為了使原始的價值當量因子表適合自己的評價目標，多數采用了創(chuàng)建者所提出的改進辦法進行了改進，這些改進基本圍繞NPP、水土保持、降雨量等要素進行，涉及到了立地條件、氣候條件和植被類型等對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量的影響，基本能夠滿足大多數評價要求。 由于全國各地的生態(tài)系統(tǒng)類型繁多，各有特點，如何建立一套更加準確的調整方法，使價值當量因子表更加符合目標生態(tài)系統(tǒng)需要進一步研究。