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基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算

高常军 魏龙 贾朋 田惠玲 李树光

高常军, 魏龙, 贾朋, 田惠玲, 李树光. 基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
引用本文: 高常军, 魏龙, 贾朋, 田惠玲, 李树光. 基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
GAO Changjun, WEI Long, JIA Peng, TIAN Huiling, LI Shuguang. Coastal wetland ecosystem evaluation in Guangdong Province by eliminating the double counting[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
Citation: GAO Changjun, WEI Long, JIA Peng, TIAN Huiling, LI Shuguang. Coastal wetland ecosystem evaluation in Guangdong Province by eliminating the double counting[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021

基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
基金项目: 

国家林业公益性行业科研专项 201404305

广东省林业科技创新专项资金项目 2013KJCX011-01

详细信息
    作者简介: 高常军, 助理研究员, 博士, 从事湿地生态学研究。E-mail:gaochangjun015@163.com
  • 中图分类号: S718.5;Q147

Coastal wetland ecosystem evaluation in Guangdong Province by eliminating the double counting

  • 摘要: 为了深入了解滨海湿地服务价值构成及特点,以广东省滨海湿地生态系统为例,筛选了11项去重复性的最终服务和评价指标体系,选择市场价值法、替代成本法和实际调查法等适应度较高价值评价方法,从而科学评估广东省滨海湿地生态系统的总服务价值,并为湿地生态系统的保护与修复提供理论基础。结果表明:2013年广东省滨海湿地生态系统最终服务总价值为664.074×108元,单位面积服务价值为8.147元·m-2·a-1。在所评价的11项最终服务中,食物供给价值最大,占总服务价值的73.48%,其后依次为休闲旅游价值、风能供电价值、固碳价值、水质净化价值、航运价值、大气调节价值、供水价值、消浪护岸价值、原材料供给价值和科研教育价值。广东省滨海湿地不仅发挥显著的直接经济效益,还兼具巨大的生态效益和社会效益,同时在维系广东乃至华南地区海岸带生态安全及国民经济发展方面发挥不可替代的重要作用。
  • 图  1  广东滨海湿地生态系统服务价值

    Figure  1.  Values of ecosystem services of coastal wetlands in Guangdong Province

    表  1  广东滨海湿地概况

    Table  1.   General situation of coastal wetlands in Guangdong Province

    湿地类型 面积/km2 比例/% 范围
    近海水域 5 183.69 63.60 低潮时水深小于6 m的永久浅水域,植被盖度 < 30%,包括海湾、海峡。
    潮下水生层 1.13 0.01 海洋潮下,湿地底部基质为有机部分组成,植被盖度≥30%,包括海草层、海草、热带海洋草地。
    珊瑚礁 2.31 0.03 基质由珊瑚聚集生长而成的浅海湿地。
    岩石海岸 20.46 0.25 底部基质75'以上是岩石和砾石,包括岩石性沿海岛屿、海岩峭壁。
    沙石海滩 194.60 2.39 由砂质或沙石组成的,植被盖度 < 30%的疏松海滩。
    淤泥质海滩 328.48 4.03 由淤泥质组成的植被盖度 < 30%的淤泥质海滩。
    潮间盐水沼泽 8.02 0.10 潮间地带形成的植被盖度≥30%的潮间沼泽,包括盐碱沼泽、盐水草地和海滩盐沼。
    红树林 197.51 2.42 由红树植物为主组成的潮间沼泽。
    河口水域 1 932.00 23.70 从近口段的潮区界(潮差为0 +至口外海滨段的淡水舌锋缘之间的永久性水域。
    三角洲 100.19 1.23 河口系统四周冲积的泥/沙滩,沙州、沙岛(包括水下部分)植被盖度 < 30%。
    海岸性咸水湖 182.59 2.24 地处海滨区域有1个或多个狭窄水道与海相通的湖泊,包括海岸性微咸水、咸水或盐水湖。
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    表  2  广东滨海湿地生态系统服务价值评估指标体系

    Table  2.   Index system of estimation of coastal wetland ecosystem services in Guangdong Province

    最终服务 中间服务 指标含义 评估方法

    食物供给 净初级生产力、栖息地 滨海湿地供给鱼类、甲壳类、贝类、藻类等海水养殖产品。 市场价值法
    供水 调蓄洪水、涵养水源、净初级生产力 红树林湿地蓄水能力为沿海居民提供的农田灌溉用水量。 市场价值法
    原材料 净初级生产力、栖息地 红树林湿地每年材积生长量。 市场价值法
    航运 沿海港口经由近海或河口水域的船舶货物、集装箱及客运吞吐量。 市场价值法
    风能供电 滨海湿地区内风能电厂的年发电量。 市场价值法

    水质净化 营养循环、净初级生产力 滨海湿地接纳污水并通过物理、化学或生物作用进行降解和去除。 污染防治成本法
    固碳 营养循环、净初级生产力 滨海湿地植物和藻类通过光合作用及贝类(壳)通过生长固定二氧化碳量。 造林成本法
    国际碳税法
    大气调节 营养循环、净初级生产力 滨海湿地植物和藻类通过光合作用释放氧气及滨海湿地土壤通过呼吸作用释放二氧化碳和甲烷量。 工业制氧法
    避免损失成本法
    消浪护岸 土壤形成、营养循环 红树林岸线通过防御台风和风暴潮,每年承受的海浪能值。 替代费用法

    休闲旅游化 净初级生产力、水调节、栖息地 滨海湿地旅游资源提供的旅游收入。 实际调查法
    科研教育 物种多样性、栖息地 用于滨海湿地相关研究的科研经费。 实际调查法
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    表  3  广东滨海湿地生态系统水质净化功能评估参数

    Table  3.   Parameters of water purification functions of coastal wetland ecosystems in Guangdong Province

    污染物 河流/(×104t·a-1) 入海排污口/(×103t·a-1) 污水处理成本/(元·t-1)
    重铬酸盐指数(CODCr) 74.460 15.700 700
    5日生物耗氧量(BOD5) - 0.405 1 400
    氨氮 3.010 0.562 875
    硝酸盐氮 32.610 - 875
    亚硝酸盐氮 2.750 - 875
    总磷 3.090 0.255 875
    重金属 0.410 0.001 35 000
    石油类 1.300 0.019 7 000
    其他 - 0.008 175
    合计 117.630 16.900 47 775
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    表  4  广东滨海湿地生态系统二氧化碳收支及氧气释放量

    Table  4.   CO2 budget and O2 release of coastal wetland ecosystems in Guangdong Province

    类型 干物质量/(×104t·a-1) 固定二氧化碳量/(×104t·a-1) 释放氧气量/(×104t·a-1) 释放二氧化碳量/(×104t·a-1)
    滩涂 植被 28.738 20.918
    土壤 7.48 32.910
    红树林 植被 16.318
    土壤 5.509 24.215
    贝类 牡蛎 68.212 8.185
    0.178 0.021
    4.541 0.545
    2.302 0.276
    贻贝 6.649 0.798
    江珧 0.779 0.094
    扇贝 5.410 0.649
    13.613 1.634
    0.378 0.045
    其他 8.908 1.069
    大型藻类 海带 0.129 0.094
    裙带菜 0.013 0.010
    紫菜 0.317 0.230
    江蓠 3.130 2.278
    麒麟菜 0.040 0.029
    羊栖菜 0.002 0.002
    其他 0.052 0.038
    浮游植物 167.860 122.184
    合计 114.653 222.903 162.101 57.125
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-29
  • 修回日期:  2016-05-30
  • 刊出日期:  2017-01-20

基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
    基金项目:

    国家林业公益性行业科研专项 201404305

    广东省林业科技创新专项资金项目 2013KJCX011-01

    作者简介:

    高常军, 助理研究员, 博士, 从事湿地生态学研究。E-mail:gaochangjun015@163.com

  • 中图分类号: S718.5;Q147

摘要: 为了深入了解滨海湿地服务价值构成及特点,以广东省滨海湿地生态系统为例,筛选了11项去重复性的最终服务和评价指标体系,选择市场价值法、替代成本法和实际调查法等适应度较高价值评价方法,从而科学评估广东省滨海湿地生态系统的总服务价值,并为湿地生态系统的保护与修复提供理论基础。结果表明:2013年广东省滨海湿地生态系统最终服务总价值为664.074×108元,单位面积服务价值为8.147元·m-2·a-1。在所评价的11项最终服务中,食物供给价值最大,占总服务价值的73.48%,其后依次为休闲旅游价值、风能供电价值、固碳价值、水质净化价值、航运价值、大气调节价值、供水价值、消浪护岸价值、原材料供给价值和科研教育价值。广东省滨海湿地不仅发挥显著的直接经济效益,还兼具巨大的生态效益和社会效益,同时在维系广东乃至华南地区海岸带生态安全及国民经济发展方面发挥不可替代的重要作用。

English Abstract

高常军, 魏龙, 贾朋, 田惠玲, 李树光. 基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
引用本文: 高常军, 魏龙, 贾朋, 田惠玲, 李树光. 基于去重复性分析的广东省滨海湿地生态系统服务价值估算[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
GAO Changjun, WEI Long, JIA Peng, TIAN Huiling, LI Shuguang. Coastal wetland ecosystem evaluation in Guangdong Province by eliminating the double counting[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
Citation: GAO Changjun, WEI Long, JIA Peng, TIAN Huiling, LI Shuguang. Coastal wetland ecosystem evaluation in Guangdong Province by eliminating the double counting[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(1): 152-160. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.021
  • 湿地生态系统服务是指人类从湿地中获取的各种惠益[1-2],如湿地为人类提供的各种食物和原材料等直接使用资源,以及调蓄洪水和净化水质等各种直接或间接的服务与效益。联合国等组织开展的千年生态系统评估为湿地生态系统服务构建的供给、调节、支持和文化4类服务分类体系及其价值估算方法目前受到最为广泛的认可与应用[1, 3]。然而,上述服务分类体系因混淆生态系统的中间过程及最终服务结果,导致湿地生态系统服务评估的重复计算[4],如调蓄洪水和涵养水源2项服务通过调控生态系统的水文循环过程最终为人类提供供水服务。因此,在深入剖析湿地生态系统自身特点的基础上,通过构建合理的分类体系和选择恰当的评估指标与方法可有效剔除服务价值的重复性计算问题,从而提高湿地服务价值评估的可信度和科学性。广东省滨海湿地处于中国大陆最南端,占中国滨海湿地总面积的14.06%,拥有《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(简称《湿地公约》)规定的所有滨海湿地类型,如拥有全球生物多样性最丰富和单位服务价值最高的红树林生态系统[5-6]。然而,在台风、海浪侵蚀、围垦、养殖和沿海港口扩张等自然与人为活动的双重影响下,约50%的广东省滨海湿地面积遭受不同程度退化甚至消失,并导致其服务价值严重受损[7],因此,保护和恢复广东滨海湿地尤为紧迫和重要。本研究以广东省滨海湿地为例,基于千年生态系统评估体系,将该区湿地生态系统服务分为中间服务和最终服务2个部分,构建其可评价的最终服务,以期科学估算广东省滨海湿地生态系统的服务价值,为广东省滨海湿地的保护与修复提供理论基础。

    • 广东省滨海湿地(地处20°11′53.38″~23°37′14.05″N,109°40′15.94″~117°11′33.99 E″),大陆海岸线长3 368.1 km,岛屿海岸线长1 649.5 km,大小海湾510多个,海岛759个,滨海沙滩174处,主要入海河口6处,绵长的海岸线和复杂的地貌结构孕育了丰富的滨海湿地资源(表 1)。广东省滨海湿地包含11个湿地类型,总面积为8 150.98 km2,占全省湿地面积的46.49%,行政范围涉及潮州市、汕头市、揭阳市、汕尾市、惠州市、东莞市、深圳市、广州市、中山市、珠海市、江门市、阳江市、茂名市和湛江市等14个沿海地级市和38个(区)县。

      表 1  广东滨海湿地概况

      Table 1.  General situation of coastal wetlands in Guangdong Province

      湿地类型 面积/km2 比例/% 范围
      近海水域 5 183.69 63.60 低潮时水深小于6 m的永久浅水域,植被盖度 < 30%,包括海湾、海峡。
      潮下水生层 1.13 0.01 海洋潮下,湿地底部基质为有机部分组成,植被盖度≥30%,包括海草层、海草、热带海洋草地。
      珊瑚礁 2.31 0.03 基质由珊瑚聚集生长而成的浅海湿地。
      岩石海岸 20.46 0.25 底部基质75'以上是岩石和砾石,包括岩石性沿海岛屿、海岩峭壁。
      沙石海滩 194.60 2.39 由砂质或沙石组成的,植被盖度 < 30%的疏松海滩。
      淤泥质海滩 328.48 4.03 由淤泥质组成的植被盖度 < 30%的淤泥质海滩。
      潮间盐水沼泽 8.02 0.10 潮间地带形成的植被盖度≥30%的潮间沼泽,包括盐碱沼泽、盐水草地和海滩盐沼。
      红树林 197.51 2.42 由红树植物为主组成的潮间沼泽。
      河口水域 1 932.00 23.70 从近口段的潮区界(潮差为0 +至口外海滨段的淡水舌锋缘之间的永久性水域。
      三角洲 100.19 1.23 河口系统四周冲积的泥/沙滩,沙州、沙岛(包括水下部分)植被盖度 < 30%。
      海岸性咸水湖 182.59 2.24 地处海滨区域有1个或多个狭窄水道与海相通的湖泊,包括海岸性微咸水、咸水或盐水湖。
    • 广东省滨海湿地的类型、面积及分布等数据来自广东省第2次湿地资源调查数据,其他统计数据包括《中国渔业统计年鉴》《广东省海洋环境状况公报》《广东省统计年鉴》《广东省旅游统计年鉴》和《中国风电装机容量统计报告》等。另有部分数据参照广东价格信息网、广东省交通运输厅公众网、国家海洋环境预报中心和野外调查等。相关评估参数来源及野外调查介绍详见2.2.1,2.2.2和2.2.3节各服务指标价值评估过程介绍。

    • 湿地生态系统服务价值的重复性计算主要体现在总服务价值评估中的重复计算和部分服务之间的重复计算2个方面。前者在分类时存在重复性计算,而后者则由于指标的模糊不清、参数重复和评价方法的选择导致[4]。如千年生态系统评估(MA)将生态系统服务分为供给、调节、支持和文化等4类服务,而调节和支持服务多通过供给服务间接为人类提供收益,即多数情况下供给服务是调节服务和支持服务的最终服务。为去除总服务价值评估中的重复性计算,基于千年生态系统评估体系和前人研究成果[1, 3],将广东省滨海湿地生态系统服务分为中间服务和最终服务,并以最终服务的价值作为广东省滨海湿地生态系统服务的总价值,在确定最终服务时,以对人类产生直接效益为唯一准则[8]。为避免部分服务之间的重复性计算问题,在筛选评估指标时,根据科学性、全面性与重点相结合原则和可操作性原则,将评估指标分为2个层级,第1层级根据湿地的过程与功能特点确定(表 2“最终服务”项);第2层级根据湿地生态系统服务的效用表现形式对二级分类进行细化和界定(表 2“指标含义”项)。同时,在选择评估方法时,根据广东滨海湿地的特点选择每种服务的最适评价方法。如供水的目的是饮用水则选直接市场法;如果是为了瀑布或喷泉等景观观赏目的,则旅行费用法更为合适;如果是为了控制洪水则替代成本法是最好的选择,每种服务的最适评估方法介绍详见参考文献[4]。基于上述湿地生态系统服务价值评价去重复性计算的过程,结合广东省滨海湿地的特点,确定最终服务包括11项指标分别为食物供给、供水、原材料供给、航运、风能供电、水质净化、固碳、大气(组分)调节、消浪护岸、休闲旅游和科研教育。

      表 2  广东滨海湿地生态系统服务价值评估指标体系

      Table 2.  Index system of estimation of coastal wetland ecosystem services in Guangdong Province

      最终服务 中间服务 指标含义 评估方法

      食物供给 净初级生产力、栖息地 滨海湿地供给鱼类、甲壳类、贝类、藻类等海水养殖产品。 市场价值法
      供水 调蓄洪水、涵养水源、净初级生产力 红树林湿地蓄水能力为沿海居民提供的农田灌溉用水量。 市场价值法
      原材料 净初级生产力、栖息地 红树林湿地每年材积生长量。 市场价值法
      航运 沿海港口经由近海或河口水域的船舶货物、集装箱及客运吞吐量。 市场价值法
      风能供电 滨海湿地区内风能电厂的年发电量。 市场价值法

      水质净化 营养循环、净初级生产力 滨海湿地接纳污水并通过物理、化学或生物作用进行降解和去除。 污染防治成本法
      固碳 营养循环、净初级生产力 滨海湿地植物和藻类通过光合作用及贝类(壳)通过生长固定二氧化碳量。 造林成本法
      国际碳税法
      大气调节 营养循环、净初级生产力 滨海湿地植物和藻类通过光合作用释放氧气及滨海湿地土壤通过呼吸作用释放二氧化碳和甲烷量。 工业制氧法
      避免损失成本法
      消浪护岸 土壤形成、营养循环 红树林岸线通过防御台风和风暴潮,每年承受的海浪能值。 替代费用法

      休闲旅游化 净初级生产力、水调节、栖息地 滨海湿地旅游资源提供的旅游收入。 实际调查法
      科研教育 物种多样性、栖息地 用于滨海湿地相关研究的科研经费。 实际调查法
    • ①食物供给:广东滨海湿地生态系统提供的物质产品主要有鱼类、甲壳类、贝类和藻类。湿地生态系统的食物(海产品)供给功能可通过直接市场法进行估算。公式如下:

      $$ {V_s} = \sum\limits_{i = 1}^n {{Y_i}{P_i}}-\sum\limits_{j = 1}^n {Y{C_j}} 。 $$ (1)

      式(1)中:Vs指食物供给价值;i是产品的种类;Yi是第i类产品的数量,Pi是第i类产品的价格,j是养殖成本支出的种类Y是广东近海养殖渔户数量,Cj为第j类养殖成本的价格。2013年广东省近海养殖总产量为287.002×104 t·a-1,其中鱼类43.333×104 t·a-1,甲壳类43.772×104 t·a-1,贝类191.639×104 t·a-1,藻类7.585×104 t·a-1和其他类0.673×104 t·a-1[9]。海产品单位价格参照广东省典型滨海湿地-汕尾市海丰湿地和广州市南沙湿地周边市场,平均单位价格为17.785元·kg-1。2013年广东省近海养殖渔户为224 030户,其养殖成本支出包括雇工费用2 846.06元·户-1,饲料及苗种费用1 953.55元·户-1,燃料及设施维修费4 422.82元·户-1,其他支出为802.13元·户-1[9]。②原材料供给(木材产品):广东滨海湿地生态系统提供的原材料主要源自红树林湿地提供的木材产品,因此可通过红树林单位材积市场价格进行估算。广东滨海湿地区内红树林面积为197.512 km2,红树林年均材积生长量参照广东省典型滨海湿地-湛江红树林自然保护区内不同年份红树林材积年均增量确定,为4.909 m3·hm-2·a-1。红树林木材单价参照文献[10],并结合保护区当地木材市场确定,为996.725元·m-3。③供水:滨海红树林湿地受咸淡水周期性浸泡,并通过独特排盐方式保持体内水分。滨海红树林湿地独特的水源涵养功能主要体现为以浅层地下水的形式为当地居民提供农田灌溉用水。广东滨海红树林湿地单位面积蓄水量8 100.00 m3·hm-2[11-12]。依据广东价格信息网(http://www.gdpi.gov.cn),确定广东沿海各地级市2013年农用水均价为1.45元·m-3。④航运:据广东省交通运输厅公众网(http://www.gdcd.gov.cn)统计,2013年广东沿海港口货物、集装箱和客运吞吐量分别为13.085亿t, 968万国际标准箱单位(1个集装箱约22 t),736万人次。广东沿海客运路线多短途且绝大部分属于内河航线,所以不在本研究范围内。由此可知,2013年广东沿海港口货物和集装箱总吞吐量为22.809×108 t·a-1,即为滨海湿地年运输总量。根据广东省航道图和2013年中国沿海运价统计表,得知广东滨海湿地(近海及河口水域)提供的有效运线长度和航运单价分别为294.931 km和0.017元·t-1·km-1。2013年广东沿海港口货物的港口建设费征收标准均价为4.8元·t-1,并据此估算其建设成本。⑤电力供给:滨海湿地的电力供给包括水力发电、潮汐能发电和风能发电。广东滨海湿地区内尚无水力发电和潮汐发电数据,因此,本研究只探讨广东滨海湿地的风能供电价值。广东属于亚热带海洋性季风气候,冬季盛行东北季风、夏季盛行西南季风,沿海地区蕴涵丰富的风能资源。据2013年中国风电装机容量统计报告统计,广东滨海湿地区共有汕尾红海湾(3.69×108 kW·h),阳江海陵岛(25.74×108 kW·h),雷州东里(1.00×108 kW·h)、惠来石碑山(1.32×108 kW·h),陆丰甲湖湾(0.10×108 kW·h),汕头南澳(5.68×108 kW·h)和珠海横琴岛(2.48×108 kW·h)7处风能电厂,2013年总发电量分别为39.99×108 kW·h。根据广东沿海各地电价价目表,得到广东沿海(县)市2013年平均电价为0.738元·(kW·h)-1,其中用于抵扣发电厂建设和运行成本的发电成本价为0.320元·(kW·h)-1[13]

    • ①水质净化:广东滨海湿地水质净化功能主要体现在对进入海湾/河口水域内的各种污染物,通过物理、化学或生物作用进行降解和去除。采用污染防治法评估广东滨海湿地水质价值,并认为如果进入湿地的污染物没有使水体整体功能退化,即可认为湿地起到净化功能。2013年广东省海洋环境状况公报显示,2013年广东省6条主要入海河流(珠江、榕江、练江、漠阳江、深圳河和黄冈河等)污染物排放总量为117.63×104 t,47个入海排污口年排污量1.69×104 t,河流和入海排污口的各类污染物排放量详见表 3,所有污染物均排入海湾等近海水域,同时广东省近海水域水质状况总体为优,其中Ⅱ类以上水质水体占84.5%,因此视为滨海湿地发挥了充分的污水处理能力。根据国务院《排污费征收使用管理条例》中相关规定[14],确定各类污染物的处理成本(表 3)。②固碳:广东滨海湿地固碳价值主要通过浮游植物、大型藻类、红树林湿地、潮间盐水沼泽、淤泥质海滩和贝类等湿地动植物的固碳功能实现(表 4)。水体中的浮游植物直接通过光合与呼吸作用的平衡固定大气中二氧化碳。广东滨海湿地浮游植物固碳量,基于南海海域初级生产力均值230 g·m-2·a-1进行估算[15]。大型藻类主要包括紫菜Porphyra和海带Laminaria japonica等通过光合作用将溶解在水体中的无机碳转换为有机碳[16],因相关价值已在食物供给部分单独估算,因此大型藻类的该种固碳方式不再重复估算。红树林湿地的固碳量分为2个部分:一是红树林地上植被通过光合作用,因生长而每年固定的碳量,因相关价值在红树林材积蓄积部分已单独估算,为避免重复计算,该种固碳方式不再估算。二是红树林土壤长期处于水分过饱和状态,厌氧条件显著降低了有机物的降解速率,从而导致土壤中有机质的积累。根据中国红树林生态系统的年均碳增量11.35 t·hm-2·a-1[10]和红树林土壤的年均固碳率(固碳速率-碳释放速率)2.789 t·hm-2·a-1)[17]对以上2类固碳量分别进行估算。根据滩涂湿地(潮间盐水沼泽和淤泥海滩)与红树林湿地间的固碳关系及野外实验,确定滩涂湿地植被与土壤的固碳速率分别为8.54 t·hm-2·a-1和2.223 t·hm-2·a-1[18-19]。贝类的固碳方式有2种:一种是利用海水中的HCO3-形成碳酸钙(CaCO3),俗称贝壳,其反应式如下[20]

      表 3  广东滨海湿地生态系统水质净化功能评估参数

      Table 3.  Parameters of water purification functions of coastal wetland ecosystems in Guangdong Province

      污染物 河流/(×104t·a-1) 入海排污口/(×103t·a-1) 污水处理成本/(元·t-1)
      重铬酸盐指数(CODCr) 74.460 15.700 700
      5日生物耗氧量(BOD5) - 0.405 1 400
      氨氮 3.010 0.562 875
      硝酸盐氮 32.610 - 875
      亚硝酸盐氮 2.750 - 875
      总磷 3.090 0.255 875
      重金属 0.410 0.001 35 000
      石油类 1.300 0.019 7 000
      其他 - 0.008 175
      合计 117.630 16.900 47 775
      $$ {\rm{C}}{{\rm{a}}^{2 + }} + 2{\rm{HCO}}_3^-= {\rm{CaC}}{{\rm{O}}_3} + {\rm{C}}{{\rm{O}}_2} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}}。 $$ (3)

      表 4  广东滨海湿地生态系统二氧化碳收支及氧气释放量

      Table 4.  CO2 budget and O2 release of coastal wetland ecosystems in Guangdong Province

      类型 干物质量/(×104t·a-1) 固定二氧化碳量/(×104t·a-1) 释放氧气量/(×104t·a-1) 释放二氧化碳量/(×104t·a-1)
      滩涂 植被 28.738 20.918
      土壤 7.48 32.910
      红树林 植被 16.318
      土壤 5.509 24.215
      贝类 牡蛎 68.212 8.185
      0.178 0.021
      4.541 0.545
      2.302 0.276
      贻贝 6.649 0.798
      江珧 0.779 0.094
      扇贝 5.410 0.649
      13.613 1.634
      0.378 0.045
      其他 8.908 1.069
      大型藻类 海带 0.129 0.094
      裙带菜 0.013 0.010
      紫菜 0.317 0.230
      江蓠 3.130 2.278
      麒麟菜 0.040 0.029
      羊栖菜 0.002 0.002
      其他 0.052 0.038
      浮游植物 167.860 122.184
      合计 114.653 222.903 162.101 57.125

      式(3)中:贝类每吸收2 mol HCO3-,形成1 mol碳酸钙的同时,会释放1 mol二氧化碳。上述贝类固碳的特点是通过收获方式从海水中永久性移出;另一种是通过摄取水体中浮游植物或底栖藻类等悬浮颗粒有机碳促进贝类软组织生长。因浮游植物固碳量已经单独估算,为避免重复计算,贝类的该种固碳方式不再估算[21]。中国造林成本为250元·t-1,国际碳税标准的均值为770元·t-1[22]。本研究以两者的均值作为固碳价值的碳税标准来估算广东滨海湿地固碳价值。③调节大气:广东滨海湿地的调节大气的作用包括湿地植被通过光合作用释放氧气的正效应和湿地土壤通过呼吸作用释放温室气体的负效应。根据光合作用公式,湿地植物每生产1.00 g干物质,释放1.07 g氧气。据此求算红树林植被、滩涂(包括淤泥海滩和潮间盐水沼泽)植被、大型藻类和浮游植物释放氧气的物质量(表 4)。按中国工业制氧单价400.00元·t-1估算广东滨海湿地氧气释放价值。湿地生态系统是二氧化碳和甲烷等温室的重要排放源。本研究主要计算红树林和滩涂湿地的二氧化碳和甲烷排放量(表 4),2类湿地的土壤二氧化碳单位排放量(包括甲烷温室效应值折算成二氧化碳量)分别为12.26 t·hm-2·a-1和9.78 t·hm-2·a-1[18, 23]。④消浪护岸:广东省滨海湿地的消浪护岸功能主要体现在红树林湿地抵御台风、风暴潮冲击、消浪促淤和保护堤岸等方面。本研究以广东红树林岸线每年承受的海浪能值货币价值作为其消浪护岸价值,其计算公式如下:

      $$ E = 0.125L \times (pgv) \times {h^2} \times t \times {T_{\rm{r}}}。 $$ (4)

      式(4)中:E是滨海湿地的消浪护岸能值,单位为J;L为岸线长度,单位为m;p为海水密度,单位为kg·m-3;g为重力加速度,单位为m·s-2v为流速,单位为m·s-1h为平均浪高,单位为m;t为海浪周期,单位为s·a-1,即3.150×107 s·a-1Tr为波浪能的能值转换率,单位为sej·J-1,sej为太阳能焦耳(solar emjoules)。广东滨海湿地岸线长度为4.114×106 m,广东近海水域密度为1.030 kg·m-3,流速为0.585 m·s-1,平均浪高0.889 m,能值转换率为2.590 sej·J-1[24]。结合能值货币比率(8.7×1013 sej·美元-1)和2013年美元兑换人民币汇率(6.152元),估算广东滨海湿地消浪护岸价值。

    • ①休闲旅游:广东省海岸线曲折,形成大小海湾港湾510个、海岛750多个、沙滩有174处,全省滨海旅游资源类型丰富[25]。假定滨海湿地单体旅游价值与其他景区单体旅游价值相同,根据广东省滨海湿地区旅游单体与全省旅游单体比值及全省旅游收入估算广东滨海湿地休闲旅游价值[14]。公式如下:

      $$ {V_t} = \frac{{{C_{{\rm{tm}}}}}}{{{P_{{\rm{tm}}}}}} \times {V_{{\rm{GDPt}}}}。] $$ (5)

      式(5)中:Vt为广东省滨海湿地旅游价值;Ctm广东省滨海湿地区旅游单体数量,单位为个;Ptm为广东省旅游单体数量,单位为个;VGDPt为广东省2013年旅游收入,单位为元。广东省滨海湿地及全省旅游单体数量分别为256个和13 853个,全省2013年旅游总收入为6 716.69×108[26-27]。②科研教育:滨海湿地生态系统的科研教育价值主要包括相关的基础科学研究、教学实习、文化宣传等价值。本研究只计算广东省滨海湿地的科研费用价值,通过每年发表与广东省滨海湿地有关论文的总投入成本来估算。在中国知网上检索到主题中含“广东滨海湿地”的2013年文章为46篇,在sciencedirect上以“coastal wetland in Guangdong”为搜索词,检索到2013年发表英文文章29篇。论文的投入成本以11.920×104元·篇-1为标准[8]

    • 2013年广东省滨海湿地生态系统最终服务价值合计为664.074×108元·a-1,滨海湿地的单位面积服务价值为8.147元·m-2·a-1。在滨海湿地生态系统提供的各服务类型中,供给服务价值最高,为512.226×108元·a-1,占总价值的77.13%。其次为文化服务价值,为124.210×108元·a-1,占总价值的15.33%。调节服务价值最小,为27.636×108元·a-1,仅占总价值的4.16%(图 1)。调节服务价值较小、比例偏低,主要原因在于该类型中的多数服务为中间服务,并通过各种途径的组合方式以供给服务的形式向人类提供效益。如调蓄洪水和涵养水源等最终通过供水服务体现,大型藻类和红树林地上植株的固碳量最终分别通过食物和木材形式体现。

      图  1  广东滨海湿地生态系统服务价值

      Figure 1.  Values of ecosystem services of coastal wetlands in Guangdong Province

      在滨海湿地生态系统服务价值的各组分中(图 1),食物供给(海产品)服务价值最大,为487.968×108元·a-1,占总价值的73.48%,其次为休闲旅游(124.123×108元·a-1),电力供给(16.716×108元·a-1),固碳(11.368×108元·a-1)和水质净化(11.309×108元·a-1)服务价值,分别占总价值的18.69%,2.52%,1.71%和1.70%。剩余各类服务功能价值量之和仅为12.590×108元·a-1,占总价值的1.90%,而其中科研教育服务所提供的价值量最小(0.089×108元·a-1,占总价值的0.01%)。

      广东省滨海湿地生态系统的主导服务价值主要体现在供给海产品等直接使用食物价值、风能发电、休闲旅游、固碳和水质净化等服务价值。这主要归咎于广东滨海湿地独特的结构组成,如近海水域自身巨大的海水养殖容量、沿海丰富的风能资源及滨海湿地区内蕴涵的多种旅游单体资源等通过市场直接为人类提供相关福祉,同时沿海的红树林也发挥了显著的生态调节服务,如固定二氧化碳和净化水质等。这说明广东省的滨海湿地生态系统在发挥巨大经济效益的同时兼具显著的生态效益。这与李志勇等[28]的研究结果相似,即旅游娱乐和食品供给2类服务价值在广东近海海洋生态系统各类服务中排在前两位。广东滨海湿地原材料供给价值和科研教育价值分别占总服务价值的0.15%和0.01%,位居其他服务类型之后,表明广东省滨海湿地(如生物医药等原材料)开发技术、科研投入及教育宣传水平偏低,亟待提高。对比李志勇等[28]的研究可知:本研究结果是其1/3倍,一是因为本研究的滨海湿地范围仅为前者的1/8;二是因为评价方法和指标选取的不同所致,如前者选取的供给服务指标包含基因资源供给、海盐、珍珠和生物医药等原材料供给、食物(海产品)供给和风力发电等,而只有最后2项供给服务指标与本研究所选指标相同。

    • 湿地生态系统提供的服务,既有体现生态功能对人类福祉具有直接贡献的最终服务,又有参与生态过程具有调控或支持功能的中间服务,两者之间存在交叉重复[4]。因此,在湿地生态系统服务总价值评估时需将两者区分,以最终服务作为生态系统服务总价值。通过分析湿地生态系统服务价值评估重复性计算产生的原因。本研究基于一个概念性框架尝试解决广东滨海湿地生态系统服务价值评估中的重复性计算问题。评估过程如下:首先根据广东滨海湿地特征和所处环境确定广东省滨海湿地生态系统的服务指标,将其中对人类效益有直接贡献的服务确定为最终服务,并依此作为广东省滨海湿地的服务总价值。其次在具体评估过程中通过明确各服务之间重复计算的关系,选择恰当评估参数与最适评价方法,构建数学公式等措施以达到尽量避免重复性计算的目的[4]。最终,本研究确定了食物供给、供水、原材料供给、航运、风能供电、水质净化、固碳、调节大气(组分)、消浪护岸、休闲旅游和科研教育等11项最终服务。此外,因湿地生态系统的生态过程、服务功能及两者之间关系的复杂性,目前尚未有一套切实可行的价值评估理论可做到完全的去重复性,同时受评估方法、研究手段和资料获得性的限制,研究的估算结果与实际价值可能存在一定的误差。今后对滨海湿地服务价值评估去重复性计算的研究需开展更为详细的野外长期定位观测实验,同时结合新的评估指标体系和技术,或可提高滨海湿地服务价值评估的真实性及各研究之间的可比性和延续性[29]

      湿地生态系统服务价值评估是生态经济学和环境经济学的研究热点。以广东省滨海湿地为例,通过去重复性分析筛选最终服务,通过分析各服务之间重复计算关系、选择最适评价方法和构建数学公式等措施尝试科学评估广东滨海湿地生态系统的最终服务价值。基于上述分析确定的广东省滨海湿地生态系统最终服务有11项,分别为食物供给、供水、原材料供给、航运、风能供电、水质净化、固碳、大气(组分)调节、消浪护岸、休闲旅游和科研教育;2013年,它们的服务价值分别为487.968×108元、2.320×108元、0.967×108元、4.256×108元、16.716×108元、11.309×108元、11.368×108元、3.571×108元、1.388×108元、124.123×108元和0.089×108元。其中,主导生态系统服务包括食物供给、休闲旅游、风能供电、水质净化和固碳等5项服务,表明广东省滨海湿地生态系统具有显著的经济和生态效益。因此,在未来滨海湿地管理中,应重点保障广东省滨海湿地在上述5个方面发挥其服务价值的基础上,加强对滨海湿地受损或薄弱服务功能的研究。野外长期定位观测实验与新型生态系统服务价值评估理论与技术的结合,可提高未来滨海湿地服务价值评估去重复性计算的精度,为湿地生态系统的准确量化提供支撑。

参考文献 (29)

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