黑龙江省湿地生态系统服务功能评估1)

宋庆丰 牛香 殷彤 杨胜涛

(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京，100091) (黑龙江省林业厅) (黑龙江省林业监测规划院)

湿地生态系统介于陆地与水域生态系统之间，具有独特性质的生态系统，兼有两者的景观特性，是地球生命支持系统的重要组成单元之一，被人们誉为“自然之肾”［1］。由于湿地生态系统的位置特殊性，使其具有多种服务功能，如:提供淡水资源和水产品、环境调节、控制土壤侵蚀、降解污染物、科学考察、保护生物多样性等［2］。因此，保护和维持湿地生态系统的稳定性，是实现其可持续发展的重要基础。近年来，由于人们对湿地生态系统服务功能认识的不足以及不合理的开发利用，使得湿地遭受了前所未有的破坏，表现为面积萎缩、功能降低和环境恶化等。所以，科学、全面的对湿地生态系统服务功能进行评估，能够使人们充分认识湿地生态系统的重要性，以及为湿地生态系统功能的监测和保护研究提供基础数据，用以湿地资源的可持续利用。同时，还可以为湿地生态系统保护区的规划和开发提供技术支撑。

目前，国内外众多学者对湿地生态系统服务功能评估指标体系和评估方法开展了深入的研究，比如不同尺度的评估，快速评估模型以及单项功能的研究［3-6］。我国在这一领域开展研究的时间较短，但是取得了丰硕的成果，主要体现在评估方法和不同尺度个例的研究上［1-2，7-14］。黑龙江省是我国湿地资源最丰富的省份之一，且有“湿地第一大省”的称号，具有湿地面积大、类型多、生态区位重要、生物多样性丰富等特点，湿地资源主为丹顶鹤、白鹤、东方白鹳等珍稀水禽提供了重要繁殖栖息地和迁徙停歇地。关于黑龙江省湿地资源的研究较多［15-17］，但对于黑龙江省湿地生态系统服务功能的研究尚未见报导。本文采用生态经济学的研究方法对黑龙江省湿地生态系统服务功能进行评估，可为保护黑龙江省湿地生态系统提供数据支撑，以及为黑龙江省湿地资源的可持续利用提供科学依据。

1 研究区域概况

黑龙江省是我国湿地资源分布最广泛的省份之一，现保存湿地面积556．58 万hm2，约占省国土面积的11．77%，占全国湿地面积的15．51%，分布着全国最大的平原沼泽湿地和唯一的寒温带森林沼泽湿地，是重要的泥炭分布地。黑龙江省湿地集中分布在松嫩、三江两大平原和大兴安岭、小兴安岭及东部地区，以及界江界河附近，生态区位十分重要，维护着国土安全、粮食安全、生物安全和水环境安全［17］。截至目前，两大平原已建52 处湿地自然保护区、13处国家湿地公园，总面积235 万hm2，有扎龙等8 处国际重要湿地，是我国国际重要湿地数量最多的区域。按照湿地分类标准，黑龙江省湿地划分为4 个类型。沼泽湿地面积最大，面积最小的为森林湿地。

2 研究方法

基于黑龙江省林业厅调查的2012 年湿地面积，依据黑龙江省统计年鉴(2013)［18］中发表的数据，在深入分析黑龙江省湿地生态系统服务功能形成过程的基础上，利用市场价值法、碳税法、工业制氧成本法、影子工程法、污染防治成本法生态价值法和专家评估法等生态经济价值评价方法，逐项评估了黑龙江省湿地生态系统服务功能价值量。

2．1 涵养水源功能

湿地生态系统能够起到调蓄水量的作用，即在洪水期可以起到消减洪峰的作用、干旱季节可以为生产生活提供水源补给。同时，湿地生态系统还能起到净化水质的作用，这主要是因为沉淀和水草的作用。由此，本评估将从提供水源和净化水质两方面对黑龙江省湿地的涵养水源功能进行评估。其计算公式为:

式中:U涵为湿地生态系统涵养水源价值，单位:元·a-1;C水为湿地生态系统水资源总量，单位:m3(根据《黑龙江省统计年鉴(2013)》得到［18］);P 为生活用水价格，单位:元/m3(基于网格法得到2012 年全国各大中城市的居民用水价格的平均值，为2．74 元·t-1);R水为黑龙江省多年平均地表径流量，单位:m3［19］;K 为水净化费用，单位:元/m3［20］。

2．2 降解污染功能

湿地生态系统具有降解和消除污染物的重要作用，被称为“地球之肾”。湿地能够高效率的吸收、转化和滞留对N、P、K 以及重金属元素等污染物，减低其在水中的浓度。另外，湿地还能有效的减缓水流速度，对颗粒物的沉降起到积极的作用，附着在颗粒物表面的有毒物质也被从水中剔除。排入湿地的污染物没有引起水体的恶化，即认为湿地起到了净化的功能［21］。其计算公式:

式中:U降为湿地生态系统降解污染价值，单位:元/年;C降为单位面积湿地降解污染的价值，单位:美元/hm2·a(根据Costanza 等人的研究成果，平均价值是4 177 美元/hm2·a［3］);R 为美元与人民币之间的汇率。

2．3 固碳释氧功能

湿地生态系统对于大气环境有正面的影响，即固定CO2;也有负面影响，即释放CH4等温室气体。本研究采用采用张华在研究中的方法［1］，仅考虑其对大气环境的固碳释氧功能:主要是指通过水生植物的光合作用固定大气中的CO2，并向大气释放O2。根据光合作用方程式，绿色植物每生产1．00 g干物质，即能固定1．63 g CO2和释放1．20 g O2。湿地内主要植被类型为水生或湿生植物，且分布广泛，主要芦苇等挺水植物和金鱼藻、黑藻、竹叶眼子菜等沉水植物。这些均为一年生植物，生长期结束后，会沉入水底，进而转化为泥炭，这一部分将会被固定在水底。其计算公式为:

式中:U固为湿地生态系统固碳释氧价值，单位:元/年;L 为芦苇产量，单位:吨/a［18］;Q 为其他水生植物产量，单位:吨/a;R碳为CO2中碳的量;C碳为固碳价格，约为1 200 元/吨［22］;C氧为氧气价格，约为1 000 元/吨［22］。

2．4 固土保肥功能

由于植被的存在，不同类型的土壤与无植被情况下相比，其侵蚀量存在较大区别。根据中国土壤侵蚀显示:无植被覆盖情况下土壤中等程度的侵蚀深度为15 ～35 mm/a。对于湿地减少土壤侵蚀量的估算，采用草地植被类型覆盖下土壤的中等侵蚀深度(15 cm)的平均值来代替［9］。湿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与土壤分离的N、P、K 等养分，本研究采用的为湿地生态系统土壤中所含有的N、P、K 等养分的量，再折算成化肥价格的方法来计算［21］。其计算公式为:

式中:U土为湿地生态系统固土保肥价值，单位:元/年;N含为黑龙江省土壤平均N 质量分数;P含为黑龙江省土壤平均P 质量分数;K含为黑龙江省土壤平均K 质量分数;C 为黑龙江省土壤平均密度，单位:g/cm3;V土为挖取和运输单位体积土方所需费用，单位:元·m-3［22］;V肥为化肥平均价格(折纯)，单位:元·t-1［22］。

2．5 营养物质积累功能

土壤是湿地生态系统养分的储藏库，这部分养分只有通过植物生物量的不断积累而被释放，形成生态系统的有效养分，以供植物的生长需求。因此，植物是形成土壤和土壤肥力的主导因子。当植物完成其生命周期时，大量的养分将会随着枯枝落叶或者倒伏的生物体而重新返回土壤中［23］。本研究引用崔丽娟的关于湿地营养循环的研究结果，湿地N、P、K 年固定量分为128．78、0．88、86．33 kg/hm2［24］。其计算公式为:

式中:U积累为湿地生态系统营养物质积累价值，单位:元/年;N含为湿地生态系统土壤平均N 量，单位:kg/hm2;P含为湿地生态系统土壤平均P 量，单位:kg/hm2;K含为湿地生态系统土壤平均K 量，单位:kg/hm2。

2．6 改善小气候功能

湿地生态系统能够调节周围环境的小气候，主要是通过水的物理特性:热容量较大—升温和散热较慢，能够调节周围环境的温度;水分易蒸发—蒸发吸热，同样能够调节周围环境的温度。本研究将湿地生态系统调节环境温度的作用作为湿地调节气候的价值，根据测定，1 hm2湿地植被在夏季可以从环境中吸收81．8 MJ 的热量，相当于189 台1 kW 的空调器全天工作的制冷效果［23］。其计算公式为:

式中:U改善为湿地生态系统改善小气候价值，单位:元/a;P电为用电的价格，单位:元/kW。

2．7 生物栖息地功能

湿地介于陆地和水体之间，属于复合生态系统，大面积的芦苇沼泽、滩涂和河流、湖泊为野生动、植物提供了良好的生存、繁殖、迁徙和栖息地，因而在生物多样性保护方面有极其重要的价值。其计算公式为:

式中:U生为湿地生态系统生物栖息地价值，单位:元/a;S生为单位面积湿地的避难所价值，单位:美元/hm2·a(采用生态学家Costanza 等研究结果:单位面积湿地的栖息地功能价值为3 191 美元·hm-2［3］);R 为美元与人民币之间的汇率。

2．8 科研文化游憩

湿地生态系统具有水域、陆地、沼泽、滩涂等多种生境，形成了结构和功能奇异的动植物群落，为众多领域的学者提供了良好的自然基地和理想的科学实验场所。同时，湿地自然景色优美，而且是大量鸟类和水生动植物的栖息繁殖地，因此还会吸引大量的游客前去观光旅游。其计算公式为:式中:U游憩为湿地生态系统科研文化游憩价值，单位:元/a;P游为单位面积湿地科研文化游憩价值，单位:美元/hm2·a(参照Costanza 等人对全球湿地的研究成果，全球湿地的科研文化游憩价值为881 美元/hm2·a［3］)。

3 结果与分析

根据以上公式计算出黑龙江省湿地生态服务功能总价值为5 659．65 亿元·a-1，每公顷湿地提供的价值平均为10．17 万元·a-1。详见表1。由表1 可知，黑龙江湿地生态系统3 大类湿地生态系统服务功能价值量中，环境调节功能高于物质生产功能和人文社会功能，说明黑龙江湿地生态系统对于维持黑龙江省生态安全起到了非常重要的作用。各分功能项由大到小关系为涵养水源功能、降解污染功能、生物栖息地功能、固土保肥功能、科研文化游憩功能、改善小气候功能、固碳释氧功能、营养物质积累功能。

表1 黑龙江省湿地生态服务功能价值量

对湿地生态系统的各项服务功能价值量进行排序，可以区分服务功能的重要程度，且有助于确定优先保护及其核心功能［8］。同时，核心功能还有其时间尺度性，随着时间的推移，核心功能项会发生变化。周葆华等［25］研究表明，安庆沿江湖泊湿地生态系统各项服务功能中，水产品生产、调蓄洪水、气候调节以及土地资源供给等是安庆沿江湖泊湿地当下的核心服务功能。潘文斌等［26］对对湖北保安湖生态系统服务功能价值得出，其核心功能为调蓄洪水、有机物生产和固碳释氧。

从以上分析可以看出，黑龙江省湿地生态系统的涵养水源、降解污染、生物栖息地和固土保肥等发挥着重要的作用，为黑龙江省湿地生态系统的核心功能，这与黑龙江省生态环境特点密不可分:黑龙江省分布有黑龙江、松花江、乌苏里江三大水系，有兴凯湖、镜泊湖、连环湖和五大连池4 处较大湖泊及星罗棋布的泡沼，其水环境安全直接关系到社会经济的可持续发展，黑龙江省湿地生态系统的涵养水源和降解污染功能在维持湖泊河流水环境安全起到非常重要的任务，且在降解水污染方面的作用十分显著，起到了天然“污水处理厂”的功能;黑龙江省湿地生物多样性丰富，动物种类繁多，如丹顶鹤、白鹤、东方白鹳等，表明黑龙江湿地生态系统生物栖息地功能为野生动物提供了良好的繁衍、栖息和迁徙的场所，为野生生物提供了适宜生存和繁衍的生境;黑龙江省处于黑土漫岗区，其特征为水土壤侵蚀严重［27］，湿地生态系统的固土保肥功能在控制土壤侵蚀方面同样起到了至关重要的作用。

还有研究提出:在所有功能项排序中，最小价值量所对应的功能项同样十分重要，因为其决定了整个生态系统的稳定性［9］。营养物质积累功能价值量最低，其在维持黑龙江省湿地生态系统稳定性上，发挥着不可或缺的作用。因为，营养物质是一切生物体生长发育的基本条件和重要的物质基础。整个生态系统中，各物种间共存的机制便是对资源的合理分配、利用，若发生营养物质短缺的现象，各物种间就会出现竞争，进而导致整个生态系统的紊乱。为此，在发挥生态系统核心服务功能的同时，也要兼顾生态系统的持续稳定。

4 结束语

本文仅对黑龙江省湿地生态系统服务功能价值进行了货币化的静态评价，能够为建立开发利用湿地资源进行生态效益补偿的政策奠定基础，进行为湿地资源的保护与开发之间的利益权衡提供理论基础。同时，提醒人们利用湿地生态系统物质生产功能时，应该注意湿地生态系统其他两方面生态功能的承受能力，使得在满足人们需求的前提下，保证湿地生态系统的稳定性和湿地资源的可持续开发利用。

另外，本研究还存在评估指标体系还尚不完善和评估功能项未包含湿地生态系统所有的生态功能的问题，同时评价精度不高。这主要是因为生态系统服务功能评估尚处于起步阶段，其评估方法还在不断发展中，则目前已知湿地生态系统服务功能中，能被量化的还占极少部分。湿地生态系统服务功能价值评估的关键在于评价过程中估算方法及指标的选择是否科学合理［11］。

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