湖北省湿地生态系统的服务价值评估

周文昌， 张 维， 胡兴宜， 付 甜， 史玉虎

(1.湖北省林业科学研究院， 湖北 武汉 430075; 2.湖北洪湖湿地生态系统国家定位观测研究站， 湖北 洪湖 433200)

生态系统服务是指人类从生态系统中获得的效益[1]。Costanza等[2]对全球生态系统服务价值进行了评价，指出了湿地生态系统具有重要的服务价值，价值占据全球生态系统的15%，其单位面积价值是森林的15倍，草地的64倍。这篇论文的报道大大促进了湿地服务功能价值评价的进展，引起了人类对湿地生态系统的重视，加强了对湿地生态系统的保护恢复。千年生态系统评估(MA)为人类评估生态系统服务价值提供了一套标准与范式，并将生态系统服务分为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务四大类[1]。于是，21世纪初，学者们大幅度地开展了湿地服务价值评估案例的研究，比如盘锦地区湿地、长江口湿地、鄱阳湖湿地、洞庭湖湿地等生态系统服务价值估算[3-6]。这些湿地服务价值的估算为人类认识湿地价值，提高湿地保护意识作出了重要贡献。

然而，湿地本质属性是一种公共产品，由于人类过度利用了湿地资源及其低估了功能价值，导致了湿地大量损失、景观破碎化和生态系统功能退化[7-8]，这严重制约了湿地服务功能价值的发挥。此外，管理者通常在面对湿地巨大的服务价值时(往往是数亿元)，起初难以接受，主要是管理者过于重视直接效益，很少重视间接效益，可能就是Wallace指出的生态系统的服务类型很多，但不是所有的服务都是管理者追求的目标[9]。这可能是中国第二次湿地资源调查成果显示，从2003年到2013年的10 a余间，中国湿地面积仍然减少3.40×106hm2，部分湿地物种种群数量明显减少，有的湿地物种甚至濒临灭绝(http:∥www.forestry.gov.cn/main/1039/content-929100.html)。从科学研究的角度出发，一些学者认为可能是千年生态系统评估的四大服务分类中存在重复计算的问题[10-11]。因此，为了避免重复计算，研究者们认为调节服务和支持服务是通过供给服务间接为人类提供效益的，而供给服务大多是调节服务和支持服务的最终服务[10,12]。于是，Fisher和Turner[13]、Mäler等[14]将供给服务和文化服务归类为最终服务，这类服务为人类效益产生直接贡献并对人福祉产生直接影响，而支持服务和调节服务归类为中间服务，通过服务的组合方式形成最终服务，间接地影响人类福祉。因此，在评估生态系统服务时，将最终服务价值作为生态系统服务总价值，确定为最终服务的唯一标准就是对人类效益产生直接贡献[12]。因此，开展以生态系统最终服务价值的评估更有利于接近于管理者的追求目标，更好发挥生态系统服务价值评估的作用。

湖北省地处长江之腰，素有“千湖之省、鱼米之乡”的美誉，自2008年评估湿地生态系统服务价值量达4 000多亿元以来[15]，已有10 a余，其中湿地面积、功能及人类对湿地服务价值的认知已发生较大变化。有研究表明，湿地面积是影响湿地生态系统服务价值的最大因素[7,16]，而人类活动的影响又加大了湿地生态系统服务价值的不确定性[17-19]。因此，近5 a来，随着“两山理论”和“国家长江保护战略”的提出，省委省政府加强了湖北省湿地保护修复，进一步改善湿地生态环境，湿地服务价值可能发生变化，继而对长江流域内湿地生态系统服务价值进行评估将有助于为人类可持续发展和湿地保护修复与管理提供决策参考。

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况

湖北省位于中国长江中游，属于典型的亚热带季风性气候，多年平均降水量800～2 500 mm，平均日照1 300～2 157 h，由西南向东北递增；年均气温15～17 ℃，无霜期200～260 d。全省境内江河纵横，水系发育，流域面积在50 km2及以上的河流有1 232条，大于1.33 hm2的湖泊湿地755个，湖泊水域面积达2 706.85 km2，还有兼顾防洪、发电、供水和旅游功能的三峡水库和丹江口库区湿地。全省现有湿地1.44×106hm2，其中自然湿地7.64×105hm2(含河流湿地4.50×105hm2，湖泊湿地2.77×105hm2，沼泽湿地3.69×104hm2)，人工湿地6.81×105hm2，湿地分布格局见图1。

图1 湖北省湿地空间分布格局

1.2 数据来源与研究方法

根据全国第二次湿地资源调查成果，兼顾全省湿地资源现状、数据有效性和最终服务，分为供给服务、调节服务和文化服务三类服务，评估湖北省湿地生态系统服务价值。然而，调节服务中的土壤保持服务(保土和保肥)和支持服务中的生物栖息地维持服务(物种多样性)是为人类发展基础提供的服务，因目前数据的限制，暂不评估。于是，本研究确定了12项评估指标和为人类提供的效益(表1)。评估数据来源主要为湖北省湿地第二次湿地资源调查成果、中国知网、官方网站(湖北省人民政府网、国家林业和草原局网、湖北省林业局网和湖北省水利厅网)。

表1 湖北省湿地生态系统最终服务价值评估指标和评估方法

1.3 评估方法

1.3.1 供给服务价值 淡水产品价值计算公式：

V1=∑Q1i×P1i

(1)

式中：V1为淡水产品价值(元)；Q1i为淡水产品产量(鱼类、虾蟹、贝类和其他淡水鱼类，t)；P1i为淡水产品价格，i=1，2，3，4。

水资源供给价值计算公式：

V2=∑Q2i×P2i

(2)

式中：V2为水资源供给价值(元)；Q2i为供水量(农业、工业和生活，m3)；P2i为供水量单价(元/m3)，i=1，2，3。

原材料生产价值计算公式[20]：

V3=∑Q3×P3

(3)

式中：V3为原材料芦苇价值(元)；Q3芦苇产量(t)；P3为芦苇单价(元/t)。

航运价值计算公式[15,20]：

V4=E4×D4+Q4×P4

(4)

式中：V4为水运(货物运输和旅客运输)价值(元)；E4为航道水路运输货物周转量(t/km)；D4为货物运输单价〔元/(t/km)〕；Q4为旅客周转量(人·km)；P4为旅客运输单价〔元/(人·km)〕。

能源生产价值计算公式：

V5=Q5×P5

(5)

式中：V5为水力发电价值(元)；Q5为水力发电量(kW)；P5为市场电价(元/kW·h)。

1.3.2 调节服务价值 调蓄洪水价值计算公式：

V6=Q6×P6

(6)

式中：V6为调蓄洪水价值(元)；Q6为调蓄洪水量(m3)；P6为水库造价成本(元/m3)。

水质净化价值计算公式：

V7=Q7×P7

(7)

式中：V7为湿地废水污水净化价值(元)；Q7为废水污水入河量(t)；P7为废污水处理成本价格(元/t)。

气候调节价值计算公式[21]：

V8=(C×E×k×A×P8×10-3)+

(Q8×P8)/(EER×3 600)

(8)

式中：V8为湿地气候调节价值；C为单位体积水量(1 m3)转化为蒸汽耗电量(125 kW·h)；E为夏季期间湿地水面多年平均蒸发量(mm)；k为水体蒸发量的转化系数(0.75)；A为湿地面积(m2)；P8为电价(元/kW·h)；Q8为湿地蒸发吸收的总热量，水面蒸发降低气温按照空调制冷消耗进行计算，EER为空调制冷能效比(数值取3.2)。

固碳价值计算公式[22]：

V9=Q9×P9

(9)

式中：V9为湿地固碳价值(元)；Q9为植物固碳量(t)；P9为造林成本价格(元/t，以C计)。

释放氧气(O2)价值计算公式[21-22]：

V10=Q10×P10

(10)

式中：V10为植物光合作用释放O2价值(元)；Q10为植物光合作用释放O2量(t)；P10为工业制氧价格(元/t)。

1.3.3 文化服务价值 科研教育价值计算公式[21]：

V11=Q11×P11

(11)

式中：V11为湿地提供科研教育价值(元)；Q11为湿地年度科研论文产出量(篇/a)；P11为论文产出成本价格(元/篇)。

休闲娱乐价值计算公式：

V12=Q12×P12+Q12×D12×S12×30%

(12)

式中：V12为湿地休闲娱乐价值(元)；Q12为湿地旅游客量(人/a)；P12为人均旅游消费支出价格(元/人)；D12为每人在湿地旅游1 d的价格(d/人·a)；S12为人均日工资(元/d)，时间成本价值按照人均工资的30%计算[22]。

2 结果与分析

2.1 淡水产品

根据《湖北统计年鉴(2020)》，湖北省2019年度淡水产品产量包含鱼类产量、虾蟹产量、贝类产量、其他类产量分别为3.49×106，1.13×106，8 000 t和7.06×104t，采用市场调查法，各自价格大约为13.98，60，53，13.98元/kg，则水产品价值为1.18×1011元。

2.2 水资源供给

《湖北省水利发展“十三五”规划》中指出全省多年平均地表水资源总量达1.01×1011m3，但是《湖北水资源公报(2019)》显示全省2019年地表淡水供给量达3.03×1010m3，其中农业灌溉用水量1.53×1010m3，工业用水量9.13×109m3，居民生活用水量5.88×109m3，根据市场用水价格，大约各自为0.50, 3.49, 3.15元/m3，得到水资源供给价值达5.80×1010元。

2.3 原材料生产

原材料生产价值主要以芦苇作为造纸材料，根据湖北省芦苇协会最近报道，湖北省芦苇面积下降为8 400 hm2(https:∥baijiahao.baidu.com/s?id=1601784684244177100&wfr=spider&for=pc)，沈鸣铜[23]报道长江中游芦苇面积和产量之间关系，得到湖北省芦苇产量大约为9.45×104t，芦苇市场价格为660元/t[20]，原材料生产价值为6.24×107元。

2.4 航 运

全省境内江河纵横交错，水系发育，全省流域面积50 km2及以上河流1 232条，湖泊755个，湖泊水域面积2 706.85 km2，是重要的黄金水道。根据《湖北统计年鉴(2020)》，2019年货物周转量为2.16×1010t/km，旅客周转量为4.76×108人/km，根据2008年各自运输成本[15]，并结合《湖北统计年鉴(2020)》2019年居民消费平均支出价格修正，2019年货运和旅客水路运输成本价格分别为0.10元/(t·km)和0.58元/(人·km)，得到水路运输价值达2.19×1010元。

2.5 能源生产

湖北非常重视水力发展，建成了丹江口、葛洲坝、三峡、引江济汉等重大水利枢纽，漳河、徐家河、王英、富水等77座大型水库，282座中型水库和6 100多座小型水库。根据《湖北统计年鉴(2020)》，全省2019年度水力发电量达1.33×1011kW/h，根据武汉市居民电价收费标准〔0.573元/(kW·h)〕，水力发电价值达7.62×1010元。

2.6 调蓄洪水

全省有湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地和人工湿地(水库)4种类型。最近研究报道，湖北省湖泊湿地和水库调蓄洪水量各自为7.97×109m3和3.36×1010m3，合计为4.16×1010m3[24]。然而，河流湿地和沼泽湿地的调蓄洪水量按照湿地面积和水深为1 m计算，则河流湿地和沼泽湿地调蓄洪水量为4.51×109m3和3.69×108m3。故湖北省湿地调蓄洪水量达4.645×1010m3。根据省人民政府印发的《湖北省水利发展“十三五”规划的通知》投资碾盘山枢纽水库项目建设经费约为6.70元/m3。采用影子工程法，水库造价成本评估调蓄洪水价值，则调蓄洪水价值达3.11×1011元。

2.7 水质净化

《湖北水资源公报(2019)》报道，2019年全省入河废水污水量达3.58×109t。《湖北统计年鉴(2020)》报道全省废水处理成本达1.19元/t，则全省湿地水质净化价值达4.26×109元。

2.8 气候调节

全省江河水系发达，湖泊水库密，湿地在夏季期间具有重要的降温增湿的气候调节功能，水面蒸发导致湿地周边温度比城市陆地要低，空气湿度大。湖北省地处长江中游，长江区湿地水面蒸发量采用文献报道的长江流域多年平均水面蒸发量，夏季占全年蒸发量的比例，结合湖北省宜昌、葛洲坝水面夏季蒸发量占多年平均蒸发量比例进行计算。中国长江流域多年平均水面蒸发量1 413.6 mm，夏季蒸发量占全年蒸发量的38.6%[25]，葛洲坝水库夏季水面蒸发量占全年的39.2%[26]，三峡水库夏季水面蒸发量占全年的42.9%[27]，宜昌地区夏季水面蒸发量占全年的39.3%[28]，湿地夏季期间水面蒸发量占全年蒸发量的40%，则湖北省湿地夏季期间水面蒸发量为565.44 mm。

(1) 降低温度。湖北省湿地(湖泊、河流、人工湿地)水面全年蒸发损失量5.97×109m3。考虑到随着温度升高，水的汽化热会降低，取水在100 ℃，1标准大气压的汽化热2 260 kJ/kg[29]。水体密度为1 000 kg/m3，则全省湿地蒸发吸收的总热量为1.35×1016kJ。水面蒸发降低气温按照空气的制冷消耗进行计算，空调的能效比取3.2，电价采用武汉居民用电电价0.573元/(kW·h)。湿地降温价值达6.71×1011元。

(2) 增加空气湿度。全省湿地蒸发损失量达5.97×109m3，也就是说全省湿地生态系统全年为空气提供了5.97×109m3的水汽，提高了湿地周边空气湿度，其水面蒸发提高空气湿度价值以市场常见家用加湿器32 W计算，将1 m3的水转化为蒸汽耗电量为125 kW·h[29]，电价取0.573元/ (kW·h)。则全省湿地增加空气湿度价值达4.28×1011元。

综上所述，湖北省湿地气候调节价值为降低温度的价值和增加空气湿度的价值之和，达1.10×1012元。

2.9 固 碳

湿地具有重要的碳汇功能，植被通过光合作用将大气中二氧化碳(CO2)转化为固定在植被和土壤中。这里以植物生物量为计算依据，植物每生产1 kg干物质，固定1.63 kg的CO2，相当于0.44 kg碳。由于数据有限，主要依据江汉平原5个典型湖泊湿地面积、植被覆盖率、植被平均生物量[30]和全省湖泊水域面积(2 706.86 km2)，得到湖泊湿地植物生物量8.65×107t，以及芦苇产量(9.45×104t)，神农架大九湖沼泽湿地植物生物量(15 t/hm2)[31]和湖北恩施太庙山泥炭沼泽植被地上生物量(18.30 t/hm2)[32]计算沼泽植物生物量(16.65 t/hm2)，沼泽植物生物量6.14×105t，则植物总生物量为8.72×107t。CO2造林成本取1 320元/t(以C计)[33]，则全省湿地固碳价值为5.06×1010元。

2.10 释放氧气

植物进行光合作用，固定大气中CO2时，同步释放O2，植被固定1 kg干物质，释放O21.19 kg，植物总生物量为8.72×107t，释放O21.04×108t，中华人民共和国卫生部网站报道的工业制氧价格为1 000元/t(以O2计)[22]，则全省湿地植物释放O2价值达1.04×1011元。

2.11 科研教育

湿地为高校科研院所、大中小学生提供了探索自然界奥妙的教育基地。据不完全统计，通过中国知网搜索，涉及全省“十三五”期间(2016—2020年)发表湿地领域的期刊论文约为671篇，相当于每年产出134篇期刊论文。再加上中国期刊论文成本投入约为9.00×104元/篇[34]。则全省湿地科研教育价值达1.21×107元。

2.12 休闲娱乐

休闲娱乐价值包含旅游消费支出、时间成本价值和剩余价值，这里由于数据的限制，仅计算旅游消费支出和时间成本价值。根据湖北省林业局2020年公布数据，湖北省拥有国家湿地公园66个，省级湿地公园38个，国际重要湿地4个，国家重要湿地8个，省级重要湿地36个(http:∥lyj.hubei.gov.cn/zwbhz/gg/202011/t20201119_3039370.shtml)。这些重要湿地为全国人民提供了优质的生态产品，具有重要的休闲娱乐价值。根据国家林业和草原局新闻发布会，2016—2019年间，全国森林旅游游客量达到6.00×109人次，其中2019年森林旅游游客量达到1.80×109人次，占国内年旅游人数的30%(https:∥new.qq.com/rain/a/20201015a0bg3k00)。森林旅游是指人们以森林、湿地、荒漠和野生动植物资源及其外部物质环境为依托，所开展的观光游览、休闲度假、健身养生、文化教育等旅游活动的总称(http:∥env.people.com.cn/n1/2018/0126/c1010-29789037.html)。根据人民日报报道，2019年度国家湿地公园接待游客量达3.85×108人次(https:∥www.sohu.com/a/438248631_777803)，则国家湿地公园游客量占2019年森林旅游游客量的21.39%。根据《湖北统计年鉴(2020)》，2019年全省国内旅游游客量达60 143.70万人次，人均消费为1 121元/人，得到2019年度湖北省湿地旅游游客量为3.86×107人次，湿地旅游消费支出价值达4.33×1010元。

旅游时间成本价值按照日工资率的30%计算[21-22]，国家统计局公布2019年度国家城镇非私营单位就业人员年均工资90 501元，城镇私营单位就业人员年均工资为53 604元，则全国就业人员日均工资为197元。由于缺乏每个游客游览湿地天数的数据，以湿地旅游游客量每人次游览湿地1 d，则2019年游客观光湿地风光和文化资源天数为3.86×107d，则得到旅行消费时间成本价值为2.28×109元。

综上，湿地休闲娱乐价值为4.55×1010元(4.33×1010元+2.28×109元)。

2.13 湖北湿地生态系统服务价值总量

本研究结果表明，2019年度湖北省湿地生态系统服务价值总量达1.89×1012元(表2)，占2019年度全省国民生产总值(4.58×1012元)的41.20%。评估的12项指标中，以气候调节价值最大，达1.10×1012元，占价值总量的58.18%；其次是调蓄洪水价值3.11×1011元，占价值总量的16.49%；第三是淡水产品价值，价值量达1.18×1011元，占价值总量的6.24%，最小为科研教育价值(1.21×107元)，占价值总量的0.001%。本研究表明全省湿地生态系统服务价值以气候调节、调蓄洪水和淡水产品供给为主导服务(占服务价值总量的80.91%)，充分体现了湖北省境内江河纵横，水系发育，千湖之省和鱼米之乡的服务功能特征。

表2 湖北省湿地生态系统服务价值

3 讨 论

湿地生态系统具有多种服务，本研究依据全国第二次湿地资源调查成果和官方数据报道，并结合研究进展，确定了12项评估指标。以2019年度数据为基准年，采用市场价值法、影子工程法、替代成本法、旅行费用支出法等，评估了湖北省湿地生态系统服务价值总量达1.89×1012元，占全省国民生产总值的40%，其评估价值远高于2008年度评估的结果(4.28×1011元)[15]，2008年评估的湖北省湿地生态系统服务价值，缺乏对气候调节价值(增温降湿)的评估，仅这1项，本研究评估价值达1.00×1012元，远远超过2008年评估总服务价值的4.00×1011元。此外，2008年评估的湖北省湿地休闲娱乐价值的方法是采用Costanza 等(1997)[2]等成果的应用，评估结果仅为7.10×109[15]元，仅是本研究结果的15%。因此，通过本研究对湖北省湿地生态系统最终服务价值的评估，更增进人类对湿地价值的认知。本研究结果也高于长江经济带域内部分省份湿地生态系统服务价值(云南省1.65×1012元，四川省7.48×1011元，湖南省8.63×1011元，重庆市4.81×1010元)[20,35-37]。以上这些湿地生态系统服务价值总量存在差异，可能由于以下几方面的原因：①省域之间湿地面积的差异。Zhou等[7]报道湿地面积显著影响服务价值；②湿地价值认知理念的变化，导致不同研究者采用的评估指标体系、评估方法和评估数据之间存在差异。比如，作为最终服务，湖库湿地蓄水的最终服务是提供人类使用清洁水资源(生活用水、工业用水、农业用水)，而未使用的水资源就未产生价值，而无须再评估湿地蓄水价值，否则易产生重复评价。另外，在湿地调蓄洪水和蓄水价值中，为了避免重复评价，不能再以水库或者湖泊蓄水量评估湿地调蓄洪水价值，这是由于过去评价调蓄洪水价值中，未考虑野生动植物最小生态需水量，而实际调蓄洪水价值应是确保动植物最小生态需水量后的调蓄洪水价值，而雷波等[15]将湖北省湿地湖(库)蓄水价值作为调蓄洪水价值，这可能不够合理。③经济成本增加。吴后建等[20]评估的2013年湖南省湿地调洪蓄水价值的水库造价成本是3.07元/m3，雷波等[15]评估的2008年湖北省湿地调蓄洪水价值的水库造价成本采用1990年的0.67元/m3，甚至目前一些学者采用的水库造价成本还是0.67元/m3[38]，而本研究采用的是现在湖北省水库造价6.70 元/m3。由于可获取数据限制，尚待于加强湿地生态系统组成、结构及其过程动态的监测研究，为精准评估湖北省湿地生态系统服务价值提供数据支持。

本研究评估的12项服务价值中，以气候调节、调蓄洪水和淡水产品为主导服务(占服务价值总量的80%)，彰显了湖北省湿地生态属性特征，体现了湿地保护恢复的重要性。当下，国家正在加快探索绿水青山转化金山银山的途径，以及湖北省“十四五”规划中也强调在提升绿水青山“颜值”中要做大金山银山“价值”，本研究的主导服务，可为湖北省湿地探索“绿水青山”转化“金山银山”路径提供决策咨询服务。比如，通过气候调节服务价值为最大服务，做大鄂西山区湿地(如神农架大九湖湿地、七姊妹山湿地)和江汉平原区湖泊湿地(比如东湖湿地、洪湖湿地、梁子湖湿地)生态旅游篇；其次，做强淡水产品供给价值，强化高品质的生态养殖业发展；最后，由于最近几年(2016—2020年)长江中下游地区极端气候事件(暴雨、干旱)频繁发生，要不断加强湿地生态系统的恢复，强化湿地调洪蓄水功能，避免人类财产严重损失。由于过去人类对湿地价值的认识不高，中国第二次湿地资源调查成果指出，2003年至2013年中，自然湿地仍在继续大幅度降低，主要是围垦和基建导致的结果。因此，本研究的主导服务功能评价，可能为探索“两山理论”的实现路径提供决策参考。

4 结 论

(1) 湖北省湿地生态系统服务价值总量达1.89×1012元，占2019年度全省国民生产总值的40%。其中以气候调节、调蓄洪水和淡水产品为主导服务(占服务价值总量的80%)，体现了湖北省湿地生态系统的重要性及其生态特征。

(2) 本研究评估的12项指标中，价值量大小顺序依次为气候调节(占58.18%)、调蓄洪水(占16.49%)、淡水产品(占6.24%)、释放氧气(占5.50%)、能源生产(占4.04%)、水资源供给(占3.07%)、固碳(占2.68%)、休闲娱乐(占2.41%)、航运(占1.16%)、水质净化(占0.23%)、原材料生产(占0.003%)和科研教育(占0.001%)。