杭州湾滨海湿地生态系统服务价值变化

李 楠，李龙伟，张银龙，陆灯盛，吴 明

（1.南京林业大学 南方现代林业协同创新中心，江苏 南京210037；2.浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室，浙江 杭州311300；3.密歇根州立大学 全球变化及对地观测中心，美国 密歇根 东兰辛 48823；4.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 杭州311400）

滨海湿地是位于陆地和海洋之间的过渡地带，具有复杂的生态系统［1］，在保护海岸线、控制侵蚀及净化污水等方面具有重要作用，是最具有保护价值的湿地生态系统之一，对维持区域生态平衡具有重要意义［2-3］。近年来，有许多学者对滨海湿地生态价值进行了研究，相关结果凸显了湿地生态功能的作用和巨大经济价值［4-7］。王斌等［8］评估2008年浙江省滨海湿地服务功能价值为210.38亿元；王磊等［9］评估2010年江苏滨海湿地生态系统服务功能价值为1 202.06亿元；高常军等［10］评估2013年广东省滨海湿地生态系统服务价值为664.07亿元；丁小迪等［11］评估2013年山东省滨海湿地的生态价值为3 303.02亿元。杭州湾滨海湿地位于中国滨海湿地的南北分界线上，是典型的淤泥质滨海湿地，是东亚—澳大利亚候鸟迁徙路线中的重要驿站。然而近年来区域经济发展迅速，人口数量增加，当地对杭州滨海湿地的开发利用强度加大，使其生态系统服务功能退化，一定程度上破坏了区域生态平衡。有学者开展了杭州湾滨海湿地生态系统服务功能定量评价研究［12-14］，但针对生态服务价值动态变化的研究较少。对滨海湿地生态系统服务价值的动态变化进行定量评估，有助于人们直观认识滨海湿地生态系统服务功能的重要性，对分析滨海湿地生态系统的演化过程，分析人类活动对生态系统的影响有重要意义。本研究以遥感数据为基础，结合生态学和经济学方法，对杭州湾滨海湿地生态系统的供给、调节、支持、文化服务进行价值评估，分析2000－2015年间杭州湾滨海湿地的生态服务价值变化，对进一步认识杭州湾滨海湿地生态系统，促进可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

杭州湾位于浙江省的东北部，是钱塘江入海形成的喇叭状河口湾，是世界著名的强潮河口湾。杭州湾滨海湿地位于杭州湾南岸滩涂淤涨最快的区段。本研究选择慈溪市行政区为研究区（121°04′～121°39′E，30°04′～30°31′N）。该地属于亚热带海洋季风气候，四季分明，年平均气温为16.0℃，多年平均降水量为1 273 mm，年均日照时数约2 038.0 h，无霜期为244.0 d。2015年慈溪总人口为104.71万人，人均生产总值110 327元。

2 研究方法

2.1 数据来源

主要数据源包括多源遥感数据、湿地监测数据、地理辅助数据及社会经济统计数据。遥感数据包括2000，2005，2010和2015年共4期Landsat TM/OLI影像。遥感数据来源于网站https：//glovis.usgs.gov/，轨道编号为118/39。运用ENVI 5.3软件对遥感数据进行辐射定标、大气校正、剪裁等预处理，采用决策树方法，将杭州湾滨海湿地划分为浅海，滩涂，海三棱藨草Scirpus mariqueter，互花米草Spartina alterniflora，淡水草本沼泽，水体，养殖塘，水田，旱田，不透水地表，森林，裸地和盐田共13类，得到4期土地覆被分类结果。结合野外实地考察资料，基于混淆矩阵方法对遥感影像分类结果进行精度检验，湿地分类的总精度达到85%以上。湿地监测数据包括杭州湾湿地生态系统定位观测研究站常年观测、研究积累的数据及实验室测定数据。地理辅助数据包括慈溪市行政区划图及土壤数据。社会统计数据包括2000－2015年间《宁波市统计年鉴》《宁波市水资源公报》《慈溪市统计年鉴》、国家和发展改革委员会公布的历史价格等。此外还参考了大量文献数据。

2.2 评价指标体系的构建

参考Millennium Ecosystem Assessment［17］的分类方式，将该研究区生态系统服务功能划分为供给服务、调节服务、支持服务、文化服务四大服务类型。通过被普遍接受的分类结果［15-18］进行总结，参考已有研究［19-22］，结合本研究区生态系统特征、结构和生态过程等特点，将杭州湾滨海湿地的生态系统服务功能细分为12个功能类型（表1）。根据杭州湾滨海湿地生态系统的生态类型、生态系统服务价值属性来源及杭州湾滨海湿地土地利用现状，建立了生态系统服务与土地利用类型的归属关系。针对研究区社会经济状况，建立了一套评价指标体系，采用市场价值法、影子工程法、替代成本法、造林成本法等评价方法对湿地生态系统各项指标进行货币价值分析（表1）。

表1 杭州湾滨海湿地生态系统服务价值核算表Table 1 Evaluation methods of ecosystem services functions in Hangzhou Bay coastal wetland

3 价值评估

3.1 物质生产价值

湿地生态系统具有较高的生产力，蕴含着丰富的动植物资源，是人类重要的物质来源。根据 《宁波市统计年鉴》，研究区内浅海水域和养殖塘提供鱼类、虾蟹类、贝类等水产品，水田可以提供水稻Oryza sativa，淡水草本沼泽以芦苇Phragmites communis为主。本研究使用市场价值法对湿地生态系统物质生产价值进行评价，渔业产值（海水/淡水产品价值）和水稻产量来源于《宁波市统计年鉴》，水稻价格按照国家和发展改革委员会公布的水稻最低收购价计算，芦苇面积来自于遥感数据分类结果，产量为0.5 t·hm-2［4］，计算研究区物质生产价值如表2所示。

表2 研究区物质生产价值Table 2 Valuation of material production in the study area

3.2 供水价值

湿地包含众多的沼泽、河流、湖泊、水库，为人类提供可再生的淡水资源，常作为生活用水、工业用水和农业用水的水源。使用市场价值法对湿地生态系统的供水价值进行评价。生活、工业及农业用水量来自于《宁波市水资源公报》和《宁波市统计年鉴》，用水价格来源于宁波市发展改革委员会官网网站发布的数据。计算研究区供水价值如表3所示。

表3 研究区供水价值Table 3 The valuation of water supply in the study area

3.3 水质净化价值

当水体进入湿地时因水生植物的阻挡作用，缓慢的水流有利于沉积物的沉积，许多污染物质吸附在沉积物的表面，氮和磷等营养元素和有毒有害物质等经过复杂的理化过程和生物降解过程被湿地吸收、截留，使水质得到净化和改善［23］。本研究使用费用代替法对湿地生态系统水质净化价值进行评价。研究区各类湿地面积来自于遥感数据分类结果。SHAO等［23］2013的研究表明：自然滩涂每年处理污水量为196 133.3 t·hm-2·a-1，水质由劣质五类提升到三类水。谭雪等［24］2015年的研究结果显示：污水厂平均治理成本为2.73元·t-1，平均建设成本为1.73元·m-3，平均运行成本为1.03元·m-3，据此计算研究区水质净化价值如表4。

3.4 水源涵养价值

湿地生态系统是巨大的生物储水库，能将多余的降水蓄积起来，并缓慢地释放，从而能够在时间和空间上对降水进行再次分配。湿地具有强大的蓄水能力，在洪涝期短时间储存大量的洪水，被储存在湿地土壤中或以地表水的形式保存着，从而能够调节径流，减少下游的洪水量［2］。本研究将研究区水源涵养功能分为两部分：一部分为河流、湖泊等地表径流，另一部分为有植被覆盖的湿地和人工湿地。使用影子工程法对湿地生态系统的水源涵养价值进行评价。地表水资源量来自于宁波市政府的水资源公报，有植被覆盖的湿地主要是淡水草本沼泽。根据调查其最高水位取1.0 m，养殖塘和水田的最高水位分别是1.5和0.3 m。互花米草和海三棱藨草草本沼泽及地下土壤也可以涵养水源，由于其生长在堤坝外，受潮汐作用，涵养的水分为海水，计算水源涵养时暂时只考虑淡水资源。根据国家林业局发布的森林生态系统服务功能评估规范［25］，2005年单位水库库容造价为6.11元·m-3，国内生产总值平均物价指数进行平减计算2000，2010和2015年库容成本，据此计算每年水源涵养价值（表5）。

表4 研究区水质净化价值Table 4 Valuation of water purification in the study area

表5 研究区水源涵养价值Table 5 The valuation of water conservation in study area

3.5 气候调节价值

湿地调节气候功能包括湿地及湿地植物的水分循环和大气组分的改变调节局部地区的温度、湿度和降水状况，调节区域内的风、温度、湿度等气候要素，从而减轻干旱、风沙、冻灾、土壤沙化，防止土壤养分流失，改善土壤状况［26］。由于湿地热容量大，水分蒸散剧烈，对区域空气有一定的降温增湿作用，继而对区域小气候产生调节作用。查阅《宁波市水资源公报》得到当年平均蒸发量（表6），根据遥感分类结果计算当年总的蒸发量。按照水在100℃和1标准大气压下的汽化热 为2 260.0 kJ·kg－1，计算每年水分蒸发所需的总热量。蒸发降低气温按照空调的制冷消耗进行计算，空调的能效比取3.0，耗电量约为125.0 kW·h。湿地水面蒸发增加空气湿度的价值，以市场上较常见家用加湿器功率 32 W来计算［27］，将1.0 m3水转化为蒸汽耗电量约为125.0 kW·h（1 kW·h=3.6×106J）。根据宁波物价局公布的当年电费标准，计算研究区气候调节价值（表6）。

表6 研究区气候调节价值Table 6 Valuation of climate regulation in the study area

3.6 固碳价值

湿地植被通过光合作用吸收和固定大量的二氧化碳，湿地土壤中也含有大量的碳［28］。根据光合作用反应式，植物生产1.00 g干物质会吸收1.63 g二氧化碳,即固定纯碳量0.44 g。把式（6）扩展为V6=PC×∑（0.44NiSi＋SiCi）。 其中： V6为湿地固碳价值（元·a－1）； PC为碳税率（元·t－1）； Ni为第 i种地类的单位面积植物净生产量（kg·m－2）； Si为相应的湿地面积（m2）； Ci为单位面积碳密度（kg·m－2）。 碳税率采用使用接受较为广泛的瑞典碳税率价格，150.00美元·t－1，根据相应年份美元与人民币的平均汇率换算为1 241.76（2000 年），1 228.75（2005 年）， 1 015.50（2010 年）， 934.05 元·t－1（2015 年）。经实验测定， 湿地植被生物量依次为水田（4.11 kg·m－2），淡水草本沼泽（3.73 kg·m－2）， 互花米草（3.11 kg·m－2）和海三棱藨草（0.49 kg·m－2）， 土壤单位面积碳密度依次为淡水草本沼泽（4.19 kg·m－2）， 海三棱藨草（3.42 kg·m－2），互花米草（3.06 kg·m－2），水田（3.06 kg·m－2）和淤泥质海滩（3.03 kg·m－2）。 据此计算每年各湿地类型的固碳价值及总价值（表7）。

表7 研究区固碳价值和大气调节价值Table 7 Valuation of carbon fixation and atmospheric regulation in the study area

3.7 大气调节价值

湿地植被通过光合作用释放氧气，对气候具有改善作用，排放甲烷、一氧化二氮等温室气体，对气候有负面作用［29］。气体调节功能价值为植物释放氧气价值之和减去温室气体排放的价值。利用造林成本法、市场价值法等计算湿地生态系统大气调节的功能价值。根据光合作用反应式，植物每生产1 g干物质会释放1.19 g的氧气。研究区主要温室气体排放植物为海三棱藨草、互花米草、芦苇和水稻，其温室气体甲烷排放通量分别为 0.096， 1.085， 0.582， 1.000 mg·m－2·h－1［29］， 一氧化二氮排放通量分别为 0.005，0.005， 0.015， 0.010 mg·m－2·h－1［13］。 损失计算采用 PEARCE 等在经济合作与发展组织（OECD）中提出的甲烷和一氧化二氮的散放值（甲烷为0.11美元·kg－1，一氧化二氮为2.94美元·kg－1）。氧气价格采用中国卫生部官方网站公布的氧气平均价格1 000.00元·t－1。据此计算每年各湿地类型的大气调节值及总价值（表7）。

3.8 促淤造陆

杭州湾滨海湿地生长着互花米草和海三棱藨草，对动力沉积作用有着显著的影响，当海浪从盐水沼泽间穿过时，植物的摩擦作用使海浪的部分能量消耗，减轻了水流对土壤的冲刷，使水体携带的部分细颗粒泥沙沉降［1,30］。钱塘江携带的大量泥沙在此处堆积，不断淤积。通过对研究区的遥感影像进行分析，得到每期陆地增加面积，据此得到相应年份增加面积。根据慈溪市国土资源局官网查询当地相应年份的土地使用权转让价格，计算促淤造陆价值（表8）。

表8 研究区促淤造陆价值Table 8 Valuation of soil formation in the study area

3.9 生物多样性保护价值

湿地拥有非常丰富的动植物种类，为其栖息、繁衍提供了基地［31-32］。杭州湾滨海湿地生物资源丰富，研究区内有高等植物86科281种，浮游植物192种，底栖动物121种，鱼类64属78种，鸟类220种，列入国家重点保护野生动物名录的鸟类有19种［12-14］。采用生物多样性保护单位价值的平均值为2 000.00 元·hm-2［6，33］，计算研究区生物多样性保护价值依次是 0.53 亿元（2000 年），0.62 亿元（2005年），0.84亿元（2010年）和 0.93亿元（2015年）。

3.10 保持土壤价值

湿地保持土壤价值包括2个方面：一是湿地减少土壤侵蚀价值（Ve），二是减少土壤肥力流失的价值（Vf）。湿地的一部分营养物质会与沉积物结合在一起，随着沉积物同时沉降，许多水生维管植物生长速度很快，能够大量吸收土壤中的氮磷钾等营养元素［34］。选取易溶于水或容易在外力作用下与土壤分离的氮磷钾等养分，采用影子价格法计算湿地生态系统的保持土壤价值。中国无林地土壤中等侵蚀模数为200 m3·hm-2·a-1，作为植被减少土壤侵蚀的模数［35］，则不同湿地类型的土壤保持量=减少土壤侵蚀模数×各湿地类型的面积。全国耕地平均厚度为0.6 m，根据统计年鉴计算该地单位土地粮食平均产出收益，计算本研究区湿地减少土壤侵蚀的价值。假设侵蚀土壤中的氮磷钾元素只来源于人们施用的化肥，其中尿素中氮质量分数为46.67%，磷酸氢二铵中磷质量分数为15.01%，氯化钾中钾质量分数为52.45%，根据中国统计局查询得到当年化肥价格，计算得出湿地减少土壤肥力流失的价值（表9）。

表9 研究区保持土壤价值Table 9 Valuation of soil conservation in the study area

3.11 旅游休闲价值

湿地风景优美，景观独特，空气清新，具有一定的美学观赏价值，是人们旅游、休养的最佳场所。研究区内的杭州湾国家湿地公园地处上海、杭州、宁波、苏州等的几何中心，与上海浦东、上海虹桥、杭州萧山和宁波栎社四大国际空港间的车程均约1.5 h。采用旅行费用法计算湿地生态系统的旅游休闲价值，包括旅游直接收入、旅行费用和旅游时间价值。旅游直接收入包括门票、宾馆收入、旅游商品收入和停车费收入，由《宁波市统计年鉴》查询得到。旅行费用包括交通费用和食宿费用，根据《宁波市统计年鉴》查找当年旅游人次及平均旅行费用，计算得到总的旅行费用。根据当年平均日收入计算得到总的旅游时间价值=每小时工资标准×旅行总小时数×40.00%。结果见表10。

表10 研究区旅游休闲价值Table 10 Valuation of entertainment in the study area

3.12 科研教育价值

湿地生态系统的生物多样性、湿地的演化、分布、结构和功能等为人类的科研和教育工作提供了研究对象和研究地域。湿地生态系统的科研价值主要包括相关的基础科学研究、教学实习、文化宣传、影视宣传等。本研究值只计算杭州湾滨海湿地的科研费用价值，在中国知网上检索主题含有 “杭州湾湿地”的文章，在Sciencedirect上以 “Hangzhoubay Wetland”为关键字进行检索，得到当年发表的相关的论文数量。中国的科研项目周期一般为3 a，论文投入成本为11.92万元·篇－1［38］。计算科研教育价值见表11。

表11 研究区科研教育价值Table 11 Valuation of education and research in the study area

4 结果与分析

4.1 杭州湾滨海湿地生态服务功能价值

把2005，2010和2015年当期价格计算的生态服务价值换算成以2000年基期不变价计算的价值，对不同时期的价值进行比较，剔除价格变化的影响，反映实际变动。如表12所示：2000，2005，2010和2015年杭州湾滨海湿地生态系统服务总价值分别为413.01，261.25，259.50和224.30亿元；单位面积生态服务价值分别为44.45，24.27，22.50和18.19万元·hm－2。2000－2015年间，杭州湾滨海湿地生态系统服务功能价值呈现逐渐降低趋势。杭州湾滨海湿地按服务类型的价值比例从高到低排序为调节服务、支持服务、供给服务和文化服务，调节服务所占比例最大，占到总服务价值的50%以上，支持服务所占比例其次，占总服务价值的17.00%以上，文化服务价值逐年增加，在2010年超过供给服务价值。2015年杭州湾滨海湿地生态服务功能中价值最大的水质净化功能，占总价值的21.15%，气候调节功能居第2位，占总价值的20.82%，第3位的是保持土壤功能，占总价值的17.31%，这3类功能价值占总价值的59.28%。其他3期价值比例与2015年相似，这3类功能价值分别占总价值的74.89%（2000年）、69.63%（2005年）和71.19%（2010年）。因此，水质净化、气候调节、保持土壤是杭州湾滨海湿地的核心功能。

供给服务中供水价值比例较高，是物质生产价值2～5倍。物质生产价值保持平稳，供水价值逐年下降，物质生产所占比例逐年增加。调节服务中，水质净化、气候调节和水源涵养所占比例较高，占调节服务价值的80.00%以上。支持服务和文化服务分别以保持土壤和旅游休闲为主。

表12 2000，2005，2010，2015年杭州湾滨海湿地生态服务功能价值比较Table 12 Comparison of ecosystem services value of Hangzhou bay coastal wetland in 2000,2005,2010 and 2015

4.2 生态服务功能价值变化及驱动因素分析

由表13所示：2000－2015年间，供给服务、调节服务和支持服务功能价值均保持下降趋势，文化服务保持增长趋势。①供给服务。在2000－2015年间，供给服务功能价值占总价值的比例由7.21%下降到4.13%，价值下降20.53亿元，下降了68.91%；其中2000－2005年下降幅度最大，是2010－2015年下降幅度的2倍多；物质生产价值在2000－2010年有所下降，2010－2015年略微增加；供水价值在2000－2015年一直降低，变化率从47.34%降低到29.61%。②调节服务。调节服务功能价值在2000－2010年呈递减趋势，总价值由323.81亿元减少到156.69亿元，减少了51.6%，主要体现在大气调节、固碳、气候调节价值降低，降低比例均在65%以上。促淤造陆价值降低比例最少，不足10%，水源涵养价值增加。③支持服务。支持服务功能价值在2005－2010年有所增加，其他阶段均降低，主要体现在保持土壤价值的变化。2000－2015年总价值降低50.56亿元，降低了56.55%。④文化服务。文化服务功能与其他3类功能服务不同，其价值在2000－2015年迅速增加，由2000年的1.85亿元增加到2015年的19.34亿元，变化率达到945.03%。文化服务由旅游休闲和科研教育功能构成，其中旅游休闲功能价值持续上涨，这与人们生活水平提高，当地旅游景点旅游收入增加息息相关。

表13 研究区生态服务功能价值变化量及变化率Table 13 Changes of ecosystem services value of Hangzhou Bay coastal wetland from 2000 to 2015

5 结论与讨论

基于遥感数据，结合生态学和经济学方法，构建杭州湾滨海湿地生态系统评价体系，采用市场价值法、影子工程法、替代成本法、造林成本法等方法，对2000，2005，2010和2015年杭州湾滨海湿地生态系统的供给、调节、支持、文化服务四大类共12项生态功能进行了价值评估，得到各年份总价值分别为413.01，261.25，259.52和224.3亿元，单位面积生态服务价值分别为44.45，24.27，22.51和18.19万元·hm－2。各服务类型的功能价值比例从高到低排序为调节服务＞支持服务＞供给服务和文化服务，调节服务价值占到总服务价值的60.00%以上。水质净化、气候调节、保持土壤和促淤造陆是杭州湾滨海湿地的核心功能。

根据本研究结果，杭州湾滨海湿地的生态服务功能具有较高的货币价值，作为国家重要湿地，对区域内的水体质量以及渔业安全起着重要的作用。2000年后慈溪市城市化进程加快，人口增加，自然资源及土地资源的需求量急剧增加。2005年成立杭州湾新区，进一步修路筑坝、填海造地等土地围垦，使得滨海湿地面积不断缩小。湿地植被自然演替规律被人为破坏，滩涂湿地直接被利用成工业用地及建筑用地，滩涂植被大量减少，严重影响到水质净化、气候调节和保持土壤等核心功能。需坚持可持续发展战略，在保护湿地的基础上进行合理的开发利用。

本研究区的单位面积服务价值与胶州湾滨海湿地、山东滨海湿地服务价值相差不大，与江苏近海湿地、莱州湾滨海湿地、崇明湿地、海州湾湿地服务价值相差较大［37-40］。产生差异的原因有：①湿地类型不同，所处的地理位置不同，提供的服务功能也不相同，有些偏重于供给服务功能，有些偏重于调节服务功能；②研究者评估不同服务类型时选取的指标及方法不同，目前没有统一的湿地生态服务价值评估体系。本研究在现有评价方法的基础上，结合数据的可获得性，对杭州湾滨海湿地的生态服务功能价值进行评价，存在评价结果低于其真实价值的可能性。因此，未来针对湿地生态系统服务价值的研究，应开展全面系统的湿地生态系统服务功能定位观测，并建立规范统一的湿地生态系统服务功能价值评价体系，以准确地量化其价值。