湛江红树林国家级自然保护区湿地生态系统服务价值评估

易小青，高常军,*，魏龙，蔡坚，吴琰，肖石红

1.广东省森林培育与保护利用重点实验室,广州 510520 2.广东省林业科学研究院,广州 510520

1 前言

滨海湿地处于海陆交错带,隶属边缘地区,因受咸、淡水及海洋和陆地交互作用而拥有复杂多样的湿地类型、生境及过程,是全球生物多样性最丰富和单位服务价值最高的生态系统之一[1]。作为中国湿地的重要组分,滨海湿地占其总面积的12.42%,并在诸多方面发挥不可替代的生态服务价值[2-3]。然而,在全球变化和人类活动的双重影响下,约50%的中国滨海湿地面积遭受不同程度退化,并导致其服务价值严重受损[4-5]。因此,选择典型滨海湿地区,通过对其服务价值进行系统分析,为今后我国滨海区海岸带经济发展、环境保护及二者协同进步提供科学依据。

与陆地和海洋生态系统相比而言,滨海湿地生态结构复杂、服务分类具有多维性,因此科学量化其服务价值成为当前生态学与经济学领域的研究重点[6-7]。目前,国外侧重分析某类滨海湿地的单项服务价值量化及影响因素,如海滩保护支付意愿或娱乐价值、河口及滨海湿地抵御风暴价值等[8-12];国内以区域滨海湿地主要服务价值综合评估为主,如滨海红树林湿地、辽宁近海海域、上海市、浙江及广西滨海湿地等[13-18]。湛江红树林国家级自然保护区是广东省面积最大的红树林湿地,保护区内由海向陆依次为近海水域、滩涂、红树林、养殖塘和水稻田,这种湿地分布是华南地区红树林湿地在全球变化与人类围垦活动双重影响下所呈现的典型格局。以湛江红树林国家级自然保护区为例,通过系统分析该区滨海湿地的各项服务及其价值,以期为管理决策华南滨海湿地开发与保护提供理论支撑。

2 数据与方法

2.1 研究区概况

湛江红树林国家级自然保护区位于中国大陆最南端(N 20°14′—N 21°35′;E 109°40′—110°35′), 地跨湛江市徐闻、雷州、遂溪和廉江四县(市)及麻章、坡头、东海、霞山四区,面积约为20278.8 hm2。保护区位于北热带向南亚热带的过渡区域,受季风和海洋气候双重影响,年均温度为23℃,年均降水量为1534.6 mm,干湿季明显,雨季集中在4至9月,多伴有台风、风暴潮等恶劣天气。保护区所处的雷州半岛地势平坦、岸线曲折,红树林下的土壤主要受浅海沉积、潮汐和河流搬运等水力作用,多发育为盐渍沼泽土。保护区内湿地类型丰富,拥有真红树和半红树植物15科22种,如白骨壤、红海榄、秋茄和木榄等,为众多濒危野生动植物(如黑脸琵鹭等)提供适宜的栖息环境。湛江红树林国家级自然保护区共分为72个小区,本文以高桥和营仔两个小区为研究区(图1),基于千年生态系统评估分类体系,系统分析该区红树林等滨海湿地的服务价值。

2.2 数据来源

本文以广东湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区为研究区,以Landsat8 OLI影像(行列号为124/045,分辨率为30 m),影像源自USGS(Http://landsat.usgs.gov),获取时间为2014年10月13日。该影像的空间坐标系统为WGS_1984(UTM_Zone_49N),在ENVI 4.7软件包中基于波段4、5、9组合进行监督分类。根据研究区的景观特征,参照张乔民等(1997)[19]对红树林外边界的定义,将研究区滨海湿地类型划分为淤泥海滩、近海水域、红树林、养殖塘和水稻田5类(图1)。基于2015年9月野外考察和Google Earth平台高分辨率影像(Quickbird,分辨率0.6 m,高桥小区和营仔小区的拍摄时间分别为2015年10月8日、21日和2014年11月16日)进行野外地类验证工作,影像解译总体精度满足研究需求。2013年至2015年,该区湿地类型基本保持不变,因此,以2014年的影像解译结果作为该区2013年湿地类型的统计依据(表1)。

2.3 评价方法

图1 湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区湿地类型分布图Fig.1 Wetland classification map of Gaoqiao and Yingzai subzone in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

表 1 湛江红树林国家级自然保护区湿地面积统计表Tab.1 statistics of wetland area in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

本文基于千年生态系统评估体系,结合湛江红树林国家级自然保护区湿地生态与社会经济特征,将该区湿地服务类型分为供给服务、调节服务、支持务服和文化服务,由于初级生产力、营养循环等支持服务多为中间服务,是其他服务的基础,其价值可在其他3类服务中体现,因此,本文不对支持服务进行评估[20-21]。最终建立的服务价值评估指标体系为,供给服务(食物供给、水供给和原材料供给)、调节服务(气候调节、水质净化、固碳、大气组分调节和消浪护岸)和文化服务(休闲旅游和科研教育)3类服务共包含10个评价指标(表2)。所有数据均以2013年作为统计基准年。

2.3.1 供给服务

(1)食物(海产品)供给价值:在湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区内,基围式天然养殖塘占整个保护区养殖塘总面积的1/10,约为82.305 hm2,主要养殖海产品有虾、蟹、鱼、牡蛎等。其食物供给价值可通过市场价值进行估算,公式如下:

表 2 湛江红树林国家自然保护区湿地生态系统服务价值评估指标体系Tab.2 Index system of estimation of wetland ecosystem services in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

式中,Vs指食物供给价值,元;i是产品的种类;Yi是单位面积上第i类产品的数量,S是基围式天然养殖塘的面积,hm2,Pi是第i类产品的价格,元/t。海产品种类、单位产量及价格根据野外现场调查渔户及周边市场所得(表3)。

(2)供水价值 湛江红树林长期遭受海水浸泡,并通过其独特的排盐方法保持水分,红树林湿地独特的水源涵养功能体现在以浅层地下水的形式为当地居民提供农业用水。其供水价值可采用市场法:计算公式:V=S×Q×P。式中,V为供水价值,元;S为保护区红树林面积,hm2;Q为单位蓄水量8100.00 m3/hm-2[22],P为湛江市2013年农业用水均价1.45元/m3。

(3)原材料供给价值 湛江红树林国家级自然保护区的湿地原材料供给服务主要体现在红树林湿地提供的木材产品,可通过红树林单位材积市场价格进行估算。湛江红树林主要位于保护区内,不存在现实市场,主要根据其潜在的市场价格进行估算。V=S×Vt×P。式中,V为原材料供给价值,元;S为保护区红树林面积,hm2;Vt为红树林年均材积生长量,4.39 t·hm-2·a-1[23];P为红树林木材单价参照文献[24],并结合保护区当地木材市场确定为996.725元·t-1。

2.3.2 调节服务

(1)气候调节价值 红树林湿地调节气候主要通过地表蒸散发方式,对区域气候进行降温增湿的调节作用。计算公式如下:V=(S1×Q1+SwQw)×P。式中,V为气候调节价值,元;Q1和Qw分别为保护区无明水面和有明水面两类湿地的年均蒸发量,分别为786 mm和1075 mm[25];Sl和Sw为湛江红树林湿地保护区内两类湿地面积,hm2;P为湿地气候调节功能的单位价值,0.129元/m-3,[26]。

表 3 湛江红树林国家级自然保护区海产品价值估算参数表Tab.3 Estimation parameters of seafood value in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

(2)水质净化价值 红树林湿地像天然的过滤器,对有毒物和杂质等多种污染物均具有较强的吸附及净化效果。计算公式如下:V=Q×S。式中:V表示保护区红树林水质净化价值,元,Q为单位面积内红树林湿地对氮、磷和重金等的吸附价值,3.770×104元hm-2.a-1,[27],S为红树林面积,hm2。

(3)固碳价值 湛江红树林国家级自然保护区湿地固碳主要由植物、土壤、藻类、贝类等光合固碳及有机碳埋藏等形式体现。

式中,V为固碳价值,元;rm、rs和rp为红树林地上植被 11.35 t·(hm-2·a-1)[23]与土壤 2.789 t·(hm-2·a-1)[28]、浮游植物 2.3 t·(hm-2·a-1)[29]三者的固碳系数,S1和Sc分别为保护区内红树林和近海水域的面积, hm2;Cc为碳税率,选取中国造林成本(250元·t-1)和国际碳税标准(770元·t-1)两者的均值[30]。

(4)大气组分调节价值 湛江红树林国家级自然保护区湿地的大气调节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(CO2和CH4)的负效应。根据光合作用公式,湿地植物每生产1g干物质,释放1.07g O2,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O2的物质量。根据保护区红树林和滩涂两类湿地的土壤CO2单位排放量(包括CH4温室效应值折算成CO2量)估算其释放温室的物质量。其计算公式为:

式中,V为保护区大气组分调节价值,元;Sm、St和So为保护区红树林、滩涂和近海水域面积(表1);Om、Ot和Op为保护区内红树林和滩涂植物、近海水域浮游藻类的释氧系数, 分别为 30.29 t·(hm2·a)[23]、8.75 t·(hm2·a)和 2.46 t·(hm2·a)[21];Cm和Ct分别为保护区内红树林和滩涂两类湿地土壤CO2单位排放系数,分别为 12.26 t·(hm2·a)和 9.78 t·(hm2·a)[31-32];Co为我国工业制氧单价,400元·t-1;Cc为碳税率,510元/t-1[30]。

(5)消浪护岸 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。本文以湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区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:E=0.125L×(pgv)×h2×t×Tr。式中,E是湛江红树林湿地的消浪护岸能值;L(m)为岸线长度;p(kg·m-3)为海水密度;g(m·s-2)为重力加速度;v(m·s-1)为流速;h(m)为平均浪高;t为时间,即 3.150×107(s·a-1);Tr(sej·J-1)为波浪能的能值转换率。湛江红树林湿地岸线长度为 2.437×104m,保护区近海水域密度为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[16,33]。结合能值货币比率(8.7×1013sej每美元)和2013年美元兑换人民币汇率(6.1932元),估算湛江红树林湿地消浪护岸价值。

2.3.3 文化功能

(1)休闲旅游价值 湛江红树林国家级自然保护区内红树林种类繁多,为水生动植物特别是珍稀(濒危)水鸟提供重要暂歇地,具有巨大的旅游价值。计算公式为:V=S×Rl。式中,V为休闲旅游价值,元;S为保护区面积,hm2;Rl为Costanza界定的湿地娱乐价值标准,2013年美元兑换人民币汇率为6.1932元。

(2)科研教育价值 通过查阅并计算每年发表与湛江红树林湿地国家级自然保护区有关论文的总投入成本,以此来估算湛江红树林湿地国家级自然保护区的科研教育价值。计算公式为:V=N×Cp。式中,V为科研教育价值,元;N为在百度学术上检索到主题中“湛江红树林”或“Zhanjiang mangrove”的 2013年中英文文章共33篇;Cp为论文的投入成本以1.192×105元·篇-1为标准[34]。

3 结果与分析

2013年,湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区湿地生态系统提供的服务总价值为191.95元·a-1,该区湿地的单位面积服务价值为 4.26元·m-2·a-1。在湛江红树林国家级自然保护区湿地生态系统提供的3类型服务中,调节服务价值最高,为107.475×106元·a-1,占总服务价值的55.99%,其次为供给服务价值,为64.526×106元·a-1,占总服务价值的33.62%,文化服务价值最小,为19.95×106元·a-1,占总价值服务的10.39%(表4)。

在湛江红树林国家级自然保护区湿地生态系统服务价值的各组分中,气候调节价值最大,为52.631×106元·a-1,占总价值的27.42%,其次为食物供给价值(47.12×106元·a-1)、水质净化价值(40.704×106元·a-1)和休闲旅游价值(16.016 × 106元·a-1), 分别占总服务价值的24.55%、21.21%和8.34%。剩余各类服务价值量之和为35.48×106元·a-1,仅占总价值的18.49%。

4 讨论

湛江红树林国家级自然保护区湿地服务价值构成具有不均衡性,其中食物供给、气候调节和水质净化3类服务价值在总价值中所占比例较高,为该区核心服务功能。这主要由湛江红树林湿地独特的结构组成所致。保护区的养殖塘原属沿海潮间带,现为基围式天然养殖塘,通过海水涨落潮的水文循环方式,将滩涂或红树林中自然生长的虾蟹鱼苗与饵料(红树林凋落物等)输送至基围养殖塘内,改善了养殖塘的海产品质量,从而提高了该区的海产品价值。海陆交错带较高的比热容、周期性的海陆季风、丰富的湿地植物种类是该区湿地能较好地发挥降温增湿、调节气候功能的主要原因。此外,红树林湿地内诸多独特的物理(潮汐、吸附、沉淀与埋藏)、化学(降解、吸收与转化)过程与丰富微生物群落类型等为其发挥水质净化功能提供充足动力。独特的生态系统类型、种类多样的珍稀濒危水鸟与优质的海产品等提高了湛江红树林国家级自然保护区的旅游知名度和科学宣教价值,所以该区文化价值在总服务价值中也占据一定位置。消浪护岸是红树林湿地所具有独特服务功能之一,但该区红树林湿地属河口型分布,红树林的海岸线分布较短,从而限制了消浪护岸功能的发挥。

表 4 湛江红树林国家级自然保护区湿地生态系统服务价值Tab.4 Value of wetland ecosystem in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

广东湛江红树林国家级自然保护区湿地生态系统服务单位价值为4.26元·m-2·a-1,显著高于广东海丰鸟类省级自然保护区(1.69元·m-2·a-1)[35]和辽宁省(2.916元·m-2·a-1)[36]滨海湿地单位价值。湛江红树林湿地处于热带气候区,故其生态系统生产力远大于地处温带的辽宁省滨海湿地。湛江红树林湿地以自然湿地为主,而海丰湿地以粗放经营的人工湿地为主,前者的综合服务价值较高,而后者仅某一单项(海产品)服务价值较高。湛江红树林湿地的单位服务价值明显低于中国红树林平均状况(17.333 元·m2·a-1)[22]、漳江口(5.999 元·m-2·a-1)[26]和东寨港(22.555 元·m-2·a-1)[37]等地红树林等自然湿地价值,以及苏州市水稻田(7.31元·m-2·a-1)[38]等人工生态系统。这主要由3个方面所致,1)是本文未对红树林湿地类型进行更为详细的划分,不同红树林类型所提供的服务种类及价值量有所不同。2)湛江红树林自然保护区面积大但分布较为分散,各小区内因自然和人为原因受损或退化的湿地生态系统无法及时发现和修复,从而影响其服务功能发挥。3)珍惜濒危物种的存在价值、红树林中凋落物、虾蟹等供给价值因数据不可获取等原因没有单独核算,其他部分服务价值参照前人研究成果,从而使得该区整个生态系统服务功能的价值低于实际价值。

5 结论

2013年,广东湛江红树林国家级自然保护区高桥和营仔小区湿地生态系统服务总价值为191.95×106元, 单位面积服务价值为 4.26 元·m-2·a-1。湛江红树林湿地生态系统所提供的10项服务为食物供给、水供给、原材料供给、气候调节、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,它们提供的服务价值分别为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。

今后对湛江红树林湿地服务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,将提高红树林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,以及服务价值评估结果的准确性和稳定性,为掌握广东乃至华南地区滨海红树林湿地服务价值现状及制定滨海红树林湿地保护与开发政策等提供理论依据。

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