神农架大九湖湿地生态系统服务功能价值评估

周文昌 张曼胤 张志麒 史玉虎,4* 崔鸿侠,4

(1 湖北省林业科学研究院，湖北 武汉 430075；2 中国林业科学研究院湿地研究所，北京 100091；3 神农架国家公园管理局科学研究院，湖北 神农架 442421；4 湖北神农架森林生态系统国家定位观测研究站，湖北 神农架 442421)

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用(Daliy, 1997; 欧阳志云等, 2000)。湿地提供食物资源、清洁的淡水资源以及人类生产生活的原材料，而且重要的是在调节气候、抗旱防洪、降解污染、固碳释氧、休闲娱乐等方面发挥重要作用(Costanza et al, 1997; 周文昌等, 2019)。因此，湿地生态系统服务功能价值研究成为国内外研究的热点(李文华等, 2009; 李楠等, 2019)。

Costanza等(1997)评估了全球生态系统服务功能价值，其中湿地生态系统服务功能价值占到总价值量的15%。近几十年经济的快速增长，加剧了人类对湿地资源的破坏。近年来，国家把湿地保护修复提高到国家重要议事日程，2016年12月中共中央、国务院办公厅印发《湿地保护修复制度方案》，强调要建立湿地保护修复制度，增强湿地生态功能，这为科学家加强湿地研究提供重要的政策支持。本研究以神农架国家公园大九湖湿地作为研究对象，开展湿地生态系统服务功能价值评估，以期为湿地演变、湿地生态保护修复成效提供基础数据支持。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

神农架大九湖湿地地处湖北省西北部、神农架林区西北部 (109°57′～ 110°03′ E，31°26′～ 31°31′ N)，其盆地底部海拔 1 730 m。区域属于亚高山寒温带潮湿气候，年均气温7.4℃，年降水量1 528.3 mm，主要集中在5—10月，占全年的76.8%(李静霞等, 2007; 潘晓斌等, 2013)。大九湖盆地总面积为5 083.5 hm2，泥炭沼泽面积约800 hm2(陈君帜, 2009)，湖泊水域面积约110 hm2(余明勇等, 2013)。土壤类型主要为沼泽土和草甸土，成土母质为冲积物和湖沼物，呈现由地势低洼向外延伸的沼泽土-草甸沼泽土-草甸土类型，优势植物有地榆(Sanguisorba officinalis)、灯心草(Juncus effusus)、泥炭藓(Sphagnum palustre)等(刘欣艳等, 2020)。

1.2 数据来源和评估方法

神农架大九湖湿地生态系统服务功能价值评估数据来源主要是通过中国知网、中国畜牧网以及其他网页报道的文献资料，评估指标和方法见表1。

表1 神农架大九湖湿地生态系统服务功能评估指标体系Table 1 The evaluation index system for the ecosystem service in the shennongjia Dajiuhu wetland

2 结果与分析

2.1 物质产品

尹发能(2009)研究大九湖整个草场理论载畜量为333个牛单位(主要为牛羊)。每头牛按50 kg肉计算，湖北浠水市城北农产品批发市场2018年12月18日公布的价格为70元/kg，计算得出大九湖物质产品价值为116.55万元。

2.2 水资源供给

据专家估测南水北调中线工程输送到北方的清水中，大约10%来自于大九湖湿地。从南水北调中线建管局获悉，2017年11月1日—2018年10月31日累计供水总量达69亿m3，其中北京市分水量12.10亿m3，天津市分水量10.43亿m3，河北分水量22.42亿m3，河南分水量24.05亿m3。根据北京市2018年度第一阶梯用水量价格为5元/m3，天津市居民用水量第一阶梯用水量价格为4.9元/m3，石家庄居民用水价格为4.74元/m3，郑州市居民用水第一阶梯用水量价格为4.1元/m3，计算得出神农架大九湖湿地供水服务价值达316 482.8万元。

2.3 固碳

湿地植物主要在生长季期间固定大气中的二氧化碳(CO2)。根据刘红叶(2019)报道的神农架大九湖泥炭湿地2016年和2017年2个夏季(6—8月) CO2的日平均吸收量达 3.6 µmol/(m2•s)，因此，根据CO2吸收量平均值，计算沼泽湿地 6—8月(90 d)的CO2固定量为1 231.72 g /m2，神农架大九湖800 hm2沼泽湿地吸收大气中CO2为9 853.76 t。根据化学式，44 g CO2中有12 g的碳，沼泽湿地吸收大气中的碳2 687.39 t。另外，大九湖湿地9个湖泊面积110 hm2的水生植物总生物量干重为22 t(余明勇等, 2013)。植物光合作用方程中指出植物每产生1 g干物质，需要固定1.62 g CO2，则9个湖泊固定碳15.68 t。按照李文华(2008)报道的CO2造林成本价格1 320元/t碳，固碳2 703.07 t的价值为356.81万元。

2.4 释氧

植物光合作用方程式中，植物吸收大气 264 g CO2，释放192 g氧气(O2) ，则沼泽湿地释放7 166.37 t O2。根据植物每产生1 g干物质释放1.19 g O2，则9个湖泊释放 26.18 t O2，得出大九湖湿地植物释放O2达7 192.55 t。O2价格采用中华人民共和国卫生部网站中2007年春季O2的平均价格1 000元/t，大九湖湿地生态系统释放O2价值为719.26万元。

2.5 洪水调蓄

据报道，沼泽湿地单位面积可蓄水量达8 100 m3/hm2(Xin, 2002; 贺桂芹, 2007)，得出神农架大九湖沼泽湿地可调蓄洪水量达648×104m3。神农架大九湖9个湖泊高水位和低水位的湖泊容积差的调蓄洪水量达104×104m3(潘晓斌等, 2013)，单位库容水库造价6.11元/m3(江波等, 2015a)。神农架大九湖湿地蓄水调洪功能价值为4 594.72万元。

2.6 大气调节

根据1956—2010年的实测资料计算分析，大九湖湖泊蓄水量达136.6万m3，多年平均水面蒸发量643.1 mm(潘晓斌等, 2013)。翁闻畅等(2020)报道大九湖沼泽湿地水汽全年蒸发量为1 139.03 mm，以湿地调湿、降温计算大气调节服务功能价值。根据江波等(2015b)采用的湿地增湿降温服务功能价值计算的公式：以单位体积水量(1 m3)转化为蒸汽的耗电量(125 kW/h)，并结合大九湖水面蒸发量、沼泽湿地水汽蒸发量和湖泊水体年均蒸发量折算系数(k=0.75)计算大九湖湿地大气调节价值，电价按照0.5元/(kW•h)计算，大气调节价值 =[125 kW/h×643.1 mm×0.75×110 hm2×0.5元 /(kW•h)] +[125 kW/h×1 139.03 mm×800 hm2×0.5 元 /(kW•h)]=331.60万元+5 695.15万元=6 026.75万元。

2.7 降解污染

大九湖湿地可处理周围游客和居民的生活废水以及畜牧业养殖废水，使湖泊水质达到地表水环境质量Ⅱ类标准(潘晓斌等, 2013)。Costanza等(1997)报道了湿地降解污染功能价值为4 177美元/hm2。大九湖湿地面积910 hm2，按照2018年美元兑人民币汇率6.885 3元/美元计算，大九湖湿地降解污染功能价值为2 617万元。

2.8 土壤保持

根据减少土地的废弃价值以及保持土壤的养分价值计算湿地土壤保持功能价值(庞丙亮等, 2014; 李伟等, 2014)。周文昌等(2018)评估神农架大九湖湿地减少土壤侵蚀总量为2.287 5×105m3。依据土壤侵蚀量和一般土壤耕作层厚度来推算土地面积的减少量(崔丽娟, 2004)，耕地一般耕作厚度为15～20 cm。每年减少土壤侵蚀总量为2.287 5×105m3，耕作土壤表层厚度为0.15 m，计算得出神农架大九湖湿地年废弃土地面积为 152.5×104m2。

神农架大九湖亚高山泥炭沼泽曾开沟排水种植高山蔬菜，并依2018年度恩施州宣恩县种植高山蔬菜产生经济效益是3 600元/hm2，年减少土壤侵蚀价值=土地废弃面积(152.5 hm2)×湿地生产转化效益(3 600元/hm2)=54.9万元。

大九湖湿地减少土壤肥力的价值主要是土壤流失带走土壤营养物质(N、P、K养分)。李素霞等(2008)报道了大九湖泥炭沼泽地的土壤全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)含量分别为24.5 g/kg、0.9 g/kg和5.4 g/kg。2018年尿素、磷酸氢二胺和氯化钾价格分别为2 065元/t、2 200元/t和2 289元/t。减少土壤肥力流失价值=每年废弃土壤的土地面积(152.5×104m2)×土壤厚度(0.15 m)×土壤容重(0.20 t/m3)×土壤中N、P、K养分含量×N、P、K化肥平均价格=297.07万元。大九湖湿地土壤保持价值为351.97万元。

2.9 生物栖息地维持

大九湖湿地生物栖息地维持服务功能价值估算，采用美国经济生物学家Costanza等(1997)研究的湿地的避难所价值为304美元/hm2。大九湖湿地生物栖息地维持功能价值为190.47万元。

2.10 休闲娱乐

休闲娱乐价值包含旅游费用支出价值、时间成本价值和消费者剩余价值3部分。从神农架国家公园管理局获悉，大九湖2018年的旅游人次达55.65万人次，门票收入达5 565万元。神农架林区2018年共接待国内外旅游共1 587.5万人次，旅游经济收入达572 859万元，其中客房收入118 563万元，餐饮收入121 610万元，旅游商品收入123 046万元，其他收入121 082万元。依此计算出游客平均住宿费、餐饮费、其他消费(含旅游商品收入)分别为75元/人次、77元/人次和154元/人次。大九湖湿地游客所产生的住宿费、餐饮费和其他消费分别为4 173.75万元、4 285.05万元和8 570.10万元，得出旅行费用支出价值达22 593.90万元。

时间成本价值按照日工资率的30%计算，国家统计局公布的2018年全国城镇就业人员人均日工资为180元，按照游客在大九湖待1 d计算，大九湖游客旅游时间成本价值为3 005万元。

人均消费者剩余价值按照人均其他消费的10%计算，得到消费者剩余价值为857.01万元。

综上，神农架大九湖湿地2018年休闲娱乐价值为26 455.91万元。

2.11 科研教育

湿地科研教育价值通过2018年发表论文量的科研成本投入法计算其价值。在中国知网以关键词“大九湖”检索到2018年共发表23篇论文，每篇论文的经费投入成本平均为9万余元(刘彩娥, 2018)。按此计算，大九湖湿地科研教育价值达207万元。

2.12 生态系统服务功能价值总量

神农架大九湖湿地生态系统服务功能价值总量为35.81亿元，其中，水资源供给、休闲娱乐和大气调节为主导服务，这3项服务功能价值量占价值总量的97.44%，物质产品服务价值最小(表2)。

表2 大九湖湿地生态系统服务功能价值Table 2 The value of the service in the wetland ecosystem in shennongjia Dajiuhu

3 讨论

本研究中神农架大九湖湿地服务功能价值总量为35.81亿元，是神农架林区国内生产总值(28.59亿元)的1.25倍，是2015年评估大九湖湿地价值(6.53亿元)的5.5倍(周文昌等, 2018)，这个差异主要是由于供水价值大大增加的结果，原因是 ：(1)计算方法的差异。2015年度是采用大九湖流域多年径流量平均值(1956—2010年)和输水比例(7.6%是本年度调水量和丹江口蓄水量的比值)计算的结果，而2018年度采用的输水量是专家估算的结果，中线工程输送北方的水有10%来自于大九湖湿地；(2)调水量的差异。2015年度调水量为22亿m3，2018年度调水量高达69亿m3，相差3倍。

本研究水资源供给服务功能价值位居11项服务功能价值量的第一位，支持了大九湖湿地是南水北调中线工程重要水源地，为我国北方四省市5 300万人口的饮水提供了安全保障，彰显了神农架大九湖湿地保护的重要性。神农架大九湖湿地休闲娱乐服务功能价值达2.65亿元，彰显了神农架生态保护和绿色发展价值突出地位，也支持了大九湖是2018年度《中国国家旅游》最佳生态旅游目的地。

神农架大九湖湿地生态系统服务功能价值量从大到小依次为水资源供给、休闲娱乐、大气调价、调蓄洪水、降解污染、释放氧气、固碳、土壤保持、科研教育、生物栖息地维持、物质产品服务功能价值。通过价值量的排序，揭示了要以主导服务作为重要保护对象，协同其它服务类型，加强大九湖湿地保护恢复，提升大九湖湿地服务功能价值，维持生态系统的完整性和原真性。另外，由于过去人类对大九湖湿地过度垦殖(周文昌等, 2017)，湿地退化趋势尚未彻底遏制，以及湿地旅游资源开发和气候暖化，如何实现在保护中发展，在发展中保护，加强人们对湿地资源的保护意识，还需加强大九湖湿地生态过程和功能的研究，为神农架国家公园(含大九湖湿地)第一批国家公园试点提供重要理论依据。