海河流域湿地生态系统服务功能价值评价

作者:江波等    文章来源:生态学报    点击数:4561    更新时间:2011/4/26

作者:江波 欧阳志云 苗鸿 郑华 白杨 庄长伟 方瑜

摘要:海河流域湿地生态系统给人类提供了许多重要的产品和服务,但在社会经济发展的过程中,这些服务并没有完全被认识到,给海河流域社会经济的可持续发展造成了一定的影响。结合海河流域湿地生态系统的特征、结构及过程,将海河流域湿地生态系统服务功能划分为提供产品功能、调节功能、支持功能及文化服务功能4 大类,2005 年为基准年,评价了海河流域湿地生态系统所提供的12 类生态系统服务,将这12 类服务功能划分为具有直接使用价值的产品和具有间接使用价值的服务。结果表明,海河流域湿地生态系统提供的12 类生态系统服务的总价值为4123. 66×108 ,其中直接使用价值和间接使用价值分别为257. 46×108 元和3866.20×108 ,间接使用价值是直接使用价值的15. 02 倍。海河流域单位面积的湿地生态系统提供的生态系统服务功能价值为47.05×104 / hm2 ,高于单位面积的GDP 产值8.10×104 / hm2。研究认为海河流域湿地生态系统对支持和保护人类社会具有重要的作用,为管理者和决策者有效的保护和管理湿地提供了重要的信息。

关键词:海河流域;湿地;生态系统服务;经济评价

Ecosystem services valuation of the Haihe River basin wetlands

JIANG Bo,OUYANG Zhiyun*,MIAO Hong,ZHENG Hua,BAI Yang,ZHUANG Changwei,FANG Yu

Abstract: The wetland ecosystem functions in the Haihe River basin provide people with both direct and indirect benefits, which are called ecosystem services. However, wetland ecosystem services have not been fully recognized or adequately quantified in past economic and social development. Rapid population growth and human development, such as land-use change and the over-exploitation of water resources, have resulted in wetland degradation and wetland lost,which in turn affects wetland ecosystem functions and service delivery. In order to protect the wetlands in the Haihe River basin from continued degradation and lost,policy makers must consider the multiple services derived from wetland ecosystems. In this paper,we divided the wetland ecosystem services of the Haihe River basin into four categories: provisioning,regulating, cultural and supporting services, and their respective ecosystem characteristics, structures and processes were considered. We assessed and evaluated 12 ecosystem services from wetlands in the Haihe River basin for 2005. The value of Haihe River basins wetland ecosystem services was 4123. 66×108 Yuan RMB with an indirect use value of 3866. 20×108 Yuan RMB,accounting for 93. 76% of the total value,which was 15.02 times greater than the direct use value. According to the evaluation, the services were ranked from greatest to lowest benefit as: climate regulation, flood control,surface water regulation, aquatic products, recreation and tourism, water supply for daily uses and other sectors, groundwater replenishment,hydro-power generation,carbon sequestration, oxygen release,water purification,and reed production. The value of climate regulation,flood control and surface water regulation was 2184.50×108 Yuan RMB, 914. 89×108 Yuan RMB and 744.65×108 Yuan RMB,accounting for 93.22% of the total value assessed. In 2005, wetland area covered only 2.76% of the total area of the Haie River basin. Despite the high economic gains associated with rapid development, GDP per hectare was 8.10×104 Yuan RMB and the total wetland benefits per hectare was 47. 05×104 Yuan RMB, thus the per hectare benefit from wetlands was substantially greater. The continued lost of wetlands in the Haihe River basin could the production of all wetland ecosystem services since the relationship between lost wetland acreage and marginal social cost is likely non-linear. Our study suggests that the Haihe River basin wetlands are important in supporting and protecting human well-being. The evaluation can inform future cost-benefit and tradeoff analyses regarding wetland protection in the Haihe River basin. Our study provides decision-makers with important information for effective management of wetland ecosystems.

Key Words: Haihe River basin;wetland;ecosystem services; economic evaluation

湿地生态系统服务是指人类从湿地生态系统中所获得的利益,它不仅包括提供产品功能、还包括调节功能、支持功能和文化服务功能[1]。随着人类对湿地生态系统重要性的认识的不断深入,湿地生态系统服务功能及其价值评价已成为应用生态学中的一个很重要的领域[2]。国内外不少学者也开展了湿地生态系统服务功能价值评价[3-8],用经济数据阐述了湿地作为生命支持系统的重要性,为湿地保护提供了依据。但不同学者从不同的空间尺度对湿地生态系统服务功能价值进行研究时,由于不同尺度的湿地生态系统的特征、结构及生态过程不一,其指标的选取和评价方法也存在一定的区别,评价结果也不完全适合效益转化。因此,结合湿地生态系统的特征、结构及生态过程,对不同尺度的湿地生态系统功能及人类从中获得的利益进行评价仍然很有必要,它是了解自然资源价值的重要方式,是分析人类活动对环境影响的方法之一,是进行成本效益分析的重要前提,也是进行决策评价的重要方法。

海河流域湿地生态系统给人类提供了许多重要的服务,不仅包括淡水资源、淡水产品等生态产品,还包括气候调节、洪水调蓄等生态服务。但随着人口经济的快速增长,高强度的人类活动极大改变了海河流域内的水循环过程,湿地大面积萎缩[9] ,极大地影响了湿地生态系统功能及它提供给人类的利益。而且由于湿地生态系统所提供的服务大多数没有在市场中进行交换,在计划和决策中往往被忽视或低估,海河流域湿地生态系统仍面临着丧失或退化的威胁。全面评价人类从海河流域湿地生态系统中获得的利益,已成为保护海河流域湿地生态系统的强大动力。基于以上原因,本文应用生态经济学的理论研究与方法,对海河流域湿地生态系统服务功能价值进行评价,以期为海河流域的湿地管理提供参考。

1研究区域概况

海河流域位于35°—43°N, 112°—120°E之间,东临渤海,西倚太行,南界黄河,北接蒙古高原,流域面积31. 8×104km2,行政区域包括北京、天津两直辖市,河北省绝大部分,山西省东部,山东、河南省北部,内蒙古自治区及辽宁省的小部分,是全国的政治文化中心和经济发达地区。海河流域属温带东亚季风气候区,包括海河、滦河和徒骇马颊河3 大水系,多年平均降水量为535mm(19562000 ),多年平均水资源总量为370.4×108m3(19562000),可利用水资源量为234. 5×108m3(19562000)[10] ,水资源极度短缺。在气候变化和人类活动的双重作用下,海河流域更是出现了地下水位下降、湿地退化、水污染等一系列的生态环境问题,如白洋淀等12 个主要平原湿地水面面积从20 世纪5060年代的2694km2下降到2005 年的474. 7km2 [11]

2研究方法

2. 1湿地生态系统类型

湿地的定义有多种,而被普遍接受的是1971年在伊朗签署的《湿地公约》中给出的湿地的定义:湿地系指不问其为天然或人工、常久或暂时性之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带,带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域[12]。国家林业局在开展第一次全国湿地资源调查前,也参考《湿地公约》分类系统,并根据中国湿地状况,将中国湿地划分为滨海湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和库塘湿地5 大类28 [13]。本文参照中国湿地的分类框架,选取2005/2006 TM 遥感影像,确定了滨海湿地,河流湿地,湖泊湿地,库塘湿地及沼泽湿地五种类型湿地的面积及其空间分布图,分别如表1和图1

1海河流域湿地类型及其面积

Table 1Wetland types and their area in Haihe River basin

1海河流域湿地空间分布图

Fig. 1 The spatial distribution figure of Haihe River Basin wetlands

2. 2评价指标体系

本研究结合海河流域湿地生态系统特征、结构和生态过程的特点,将海河流域湿地生态系统服务功能划分为提供产品功能、调节功能、文化服务功能、支持功能[1] ,并结合数据的可获得性,建立了海河流域湿地生态系统服务功能价值评价指标体系(2)

2. 3湿地生态系统服务功能价值评价方法及参数

2. 3. 1提供产品功能

(1) 淡水产品

湿地提供的淡水产品主要包括河流、水库、湖泊、沼泽、池塘湿地的一些动植物产品,包括鱼类,甲壳类,贝类, 藻类等。本研究根据全国及各省市统计年鉴[14-23] 整理得到2005 年海河流域的淡水产品产值(不包括淡水生植物),并以此作为海河流域湿地生态系统提供的淡水产品服务价值。

(2) 水资源供给

本研究根据《2005 年海河流域水资源公报》的数据[24] ,估算得到2005 年海河流域生活、农业、工业和生态环境的地表水用水量分别为12. 57×108 m359. 67×108m312. 84×108m30. 87×108 m3,生活、工业用水价格分别采用《2006 年中国物价年鉴》的36 个大中城市的居民用水价格和工业用水价格[25] ,农业用水和生态环境用水价格采用《2005 年全国水利发展统计公报》公布的全国水利工程的供水平均价格[26]

(3)芦苇产品

本文根据已有资料,对天津市及河北省海河流域的湿地芦苇生产价值进行了评价。天津湿地年产芦苇12×104t[27] ,河北省2002 年芦苇产量为25×104 t[28] ,则芦苇总产量为37×104t/ a,芦苇价格取410 / t[29]

(4) 水电

2005 年北京、河北的水力发电量分别为4. 71×108kW·h,5. 61×108 kW·h[30] ,山西海河流域、内蒙古海河流域、河南海河流域及辽宁海河流域的已/ 在建开发量的中小型电站的年发电量分别为2. 68 ×108 kW·h,0. 13×108kW·h,1. 65×108kW·h,0. 10×108kW·h[31] ,经过计算得到海河流域2005 年水力发电量为14. 88×108kW·h,供电均价取《2005 年全国水利发展统计公报》公布的农村水电网平均到户电价0. 515 元·kW-1·h-1 [26]

2. 3. 2调节功能

(1) 气候调节

海河流域湿地气候调节功能的价值包含湿地生态系统蒸发吸收热量降低温度和调节空气湿度带给人类的利益。

①降低温度海河流域2005 年河湖蒸发损失量为12. 69×108m3[10] ,考虑到随着温度升高,水的汽化热会越来越小,因此本研究保守取值,取水在100,1 标准大气压下的汽化热2260kJ/ kg,则海河流域湿地蒸发吸收的总热量为28. 68×1014kJ,水面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[32] ,电价取0. 515 元·kW-·1 h-1 [26]

2海河流域湿地生态系统服务功能价值评价指标体系

Table 2The evluation index system of Haihe River basin wetlands ecosystem service value

②增加空气湿度
海河流域2005 年河湖蒸发损失量为12. 69×108 m3[10] 。也就是说,海河流域湿地生态系统2005 年为空气提供12. 69×108m3的水汽,提高了空气湿度,海河流域湿地水面蒸发增加空气湿度的价值采用加湿器使用消耗进行计算,以市场上较常见家用加湿器功率32W 来计算,1m3水转化为蒸汽耗电量约为125kW·h[33] ,电价取0. 515 元·kW-1·h-1 [26]

(2)调蓄洪水

水库、湖泊、沼泽等有蓄积洪水水量、削减洪峰的作用。本研究主要计算了水库、湖泊、沼泽调蓄洪水的能力。以海河流域大中型水库的防洪库容作为水库调蓄洪水的能力,海河流域大型水库防洪库容84. 91×108m3[34] ,统计的山区98 座中型水库的防洪库容为15. 82×108m3[35]。海河流域湖泊调蓄洪水能力以我国东部主要湖泊调蓄洪水的能力来进行换算,我国东部平原地区统计湖泊(30个面积大于100km2 的湖泊)面积为16269. 79km2[5,36] ,其湖泊总调蓄洪水能力为905. 98×108 m3[5],2005 年海河流域湖泊湿地面积为779. 13km2,则海河流域湖泊调蓄洪水能力为43. 39×108m32005 年海河流域沼泽湿地面积为560. 75 km2,按洪水期平均最大淹没水深为1m进行计算[5] ,则海河流域沼泽湿地调蓄洪水能力为5.61×108 m3。由此可知,海河流域湿地调蓄洪水的能力149. 72×108m3 / a。按国家林业局发布的中华人民共和国林业行业标准,2005年单位库容水库造价取6. 1107/ t[37]

(3)地表水调蓄

湿地能够将雨水蓄存起来,不仅可以减少汛期的暴雨形成的洪涝灾害,还可以通过天然河川径流调节水资源,满足供水需求,减少旱季缺水所造成的灾害。地表水调蓄是湿地生态系统通过其水循环过程提供给人类的一项服务,本研究中地表水调蓄的功能量采用当年所形成的地表水资源量进行计算。2005 年海河流域地表水资源量为121. 86×108m3[24] ,2005 年单位库容水库造价取6. 1107 / t[37]

(4)地下水补给

当地表水体水位高于两岸地下水位时,地表水体便会渗漏补给地下水。海河流域平原区矿化度M2g/ L的淡水区19802000 年地表水体平均渗漏补给地下水量为20. 74×108 m3 / a[31] ,地下水的单价取海河流域用水均价0. 75 / m3

(5)水质净化

本次计算主要考虑了海河流域河流湿地对于总氮和总磷的净化价值,海河流域点源和非点源入河总氮量为17.79×104 t/ a,总磷量为4. 55×104 t/ a[10] , 2005 年海河流域参加评价的河长中,严重污染的河长为53.7% [24] ,海河流域湿地净化的总氮、总磷量按照46. 3% 的比例进行计算,分别为8. 24×104 t 2.11×104 t,氮、磷的处理成本分别取氮1. 5 / kg、磷2. 5 /kg[38]

(6) 固碳

①湿地植物固碳湿地主要通过植物进行光合作用来固定空气中的CO2。根据光合作用方程,植物每生产1kg干物质,能固定1. 63kgCO2,并向空气中释放1. 2kgO2。海河流域芦苇年总产量为37×104t,则海河流域湿地植物年固碳量为16. 45×104t

②湿地土壤固碳海河流域湖泊湿地固碳速率采用我国东部平原地区湖泊湿地固碳速率为56. 67gC·m-2·a-1进行计算,沼泽固碳速率取41. 21gC·m-2·a-1 [39] ,2005 年海河流域湖泊湿地与沼泽湿地面积分别为779. 13km2560. 75km2,则海河流域湿地土壤年固碳量为6. 73×104t

综合海河流域湿地植物固碳量与湿地土壤固碳量可以知道,海河流域湿地生态系统年固碳量为23. 17×104t,CO2造林成本为1. 32 / kgC[40]

2. 3. 3文化服务功能

由于资料限制,本文仅对北京、天津、河北海河流域、山西海河流域、山东海河流域的湿地娱乐休闲价值进行评价。

在计算娱乐休闲价值时,分别考虑了北京、天津、河北、山西海河流域、山东海河流域的国内旅游收入和外汇旅游收入[41-42] ,国内游客和国外游客的旅游目的[43] 以及水体对国内游客和国外游客的吸引力中在自然资源中所占的比例[43-44] 。海河流域湿地娱乐休闲价值计算公式如下:

式中,Vr 为休闲娱乐价值,αi-1和αi-2分别为(海河流域内各省、市、自治区)水在国内游客和入境旅客感兴趣的资源中所占的比例,βi-1和βi-2分别为(海河流域内各省、市、自治区)国内游客和入境旅客的观光游览/ 度假休闲旅游目的在所有旅游目的中所占的比例,Ii-1Ii-2分别为(海河流域内各省、市、自治区中)国内旅游收入和旅游外汇收入,i =1,,5,分别指北京、天津、河北省海河流域、山西省海河流域、山东省海河流域。

2. 3. 4支持功能

支持功能是其它服务功能产生的基础[1] 。在评价海河流域湿地生态系统支持功能时,主要考虑了湿地生态系统的光合产氧功能。根据光合作用方程,湿地生态系统每生产1kg干物质,能固定1. 63kgCO2,同时能向空气中释放1. 2kgO2,海河流域湿地生态系统年生产量为37×104t,则海河流域湿地植物年释放O2 量为44.40×104t,工业制氧成本为400 / t O2[45]

3结果分析

本研究主要对海河流域湿地生态系统提供的具有直接使用价值的生态产品(包括淡水产品、水资源供给、芦苇产品、水电和娱乐休闲)和具有间接使用价值的生态服务(包括固碳、释氧、气候调节、调蓄洪水、地表水调蓄、地下水补给和水质净化)价值进行了评价。根据本研究的评价结果,2005 年海河流域湿地生态系统服务功能总价值为4123.66×108,其中直接使用价值为257. 46×108,占总价值的6. 24%,间接使用价值为3866.20×108,占总价值的93. 76%,是直接使用价值的15.02 (3)2005 年海河流域湿地生态系统提供的主要服务功能是气候调节、调蓄洪水和地表水调蓄,三者价值占到了总价值的93. 22%。其中,气候调节的价值大小为2184. 50×108,占总价值的52. 97%;调蓄洪水的价值为914. 89×108 ,占总价值的22.19%;地表水调蓄的价值为744. 65×108,占总价值的18.06%。对所评价的12 项湿地生态系统服务功能按其价值量大小排序,依次为气候调节>调蓄洪水>地表水调蓄>提供淡水产品>娱乐休闲>水资源供给>地下水补给>水电>固碳>释氧>水质净化>芦苇产品。海河流域湿地的单位面积服务功能价值为47. 05×104/ hm2

3海河流域湿地生态系统服务功能价值汇总

Table 3The final results of the Ecosystem services value of Haihe River basin wetlands

4结论与讨论

(1)本研究结合海河流域湿地生态系统的特征、结构和生态过程,参照千年生态系统评估框架[1] ,建立了海河流域湿地生态系统服务功能价值评价指标体系,在分析海河流域湿地生态系统提供的各项服务功能价值的评价方法及参数的基础上,计算了海河流域湿地生态系统各项服务功能价值并对其总价值进行了分析。根据本文的研究结果,海河流域2005 年湿地生态系统服务功能总价值为4123. 66×108 ,其中间接使用价值为3866. 20×108 ,是直接使用价值的15.02 倍。在所评价的12 项生态系统服务功能价值中,气候调节、洪水调蓄及地表水调蓄占到了总价值的93. 22%,这从一定程度上反映了特定的生态系统过程(如水循环等)对于生态系统服务的产生具有重要的作用。

(2)本研究采用市场价值法、影子价格法和替代工程法等方法对海河流域湿地生态系统的12 项生态服务功能价值进行了评价,由于湿地所提供的很多服务(如调蓄洪水等)没有在市场中进行交换,本文在对这些服务价值进行评价时存在一定的粗糙性。例如:湿地的调蓄洪水功能主要是通过减免洪灾损失和增加土地的开发利用价值等为人类消除危害,为社会提供安全服务,其效益年际间变化很大,一般年份几乎没有效益,但遇到大洪水年时能在社会经济和人民生活的许多方面体现很大的效益[46],但由于资料的限制,本研究选取湿地的调蓄洪水的能力作为海河流域湿地调蓄洪水的物质量,并以此对湿地调蓄洪水的价值进行了估算,这样会给湿地调蓄洪水的价值的估算造成一定的偏差。此外,本文在对海河流域湿地生态系统娱乐休闲价值进行评价时,由于资料的限制,未考虑河南、内蒙古、辽宁海河流域湿地旅游收入,而对山东、山西海河流域的旅游收入的计算又比较粗略,并直接以观光游览/ 度假休闲为旅游目的的旅游收入代替娱乐休闲价值来估算湿地娱乐休闲价值,由于没有考虑时间成本,会导致旅游者旅行费用成本的估算存在一定的偏差。对到海河流域旅游的旅客感兴趣的资源进行估算时,本文直接采用《2006 年中国旅游年鉴》[43] 公布的入境旅客感兴趣的资源和2005 年福建省国内旅游抽样调查测算结果[44] ,这也会导致游客感兴趣的资源的比例的估算存在一定的偏差。由于调查没有区分山水风光各自占的比例,本文根据海河流域内各省、市、自治区自然保护区名录与中国国家旅游局公布的2005 年年底旅游景点主观地选取了水体占山水的比例,这也给结果带来一定的偏差。但从整体上来说,本文对于湿地娱乐休闲的价值的评价相对比较保守。另外,由于时间的限制,再加上湿地的非使用价值主要是采用条件价值法对人们的支付意愿或补偿意愿进行调查,其评价结果的有效性和可靠性因为受到多方面因素的影响而受到质疑[47] ,本研究未作考虑。

因此,本研究对于海河流域湿地生态系统服务功能价值的评价也不全面,但从评价结果中我们还是可以看出:海河流域湿地生态系统具有巨大的生态系统服务功能价值。2005 年海河流域湿地面积为8764. 32km2,仅占海河流域总面积的2. 76%,但海河流域湿地生态系统所提供的产品和服务的价值相当于GDP 16.01% [10] ,这充分表明了湿地生态系统对于人类财富的重要贡献及人类社会对于湿地生态系统的依赖性。给政策管理者和决策者提供了湿地保护的经济依据,为决策选择提供了必要的前提,对于湿地的保护和有效的管理起到了重要的作用。此外,本研究是从流域尺度上对湿地生态系统服务功能价值进行的评价,这对于流域的生态补偿标准制定及流域的综合管理都具有重要的意义。

(3)湿地生态系统服务是指人类从湿地生态系统功能中所获得的利益[3] ,其价值评价结果可以用于分析人类活动对环境的影响。然而本文只是静态研究,没法反映这些信息。因此,有必要对海河流域湿地生态系统服务功能的价值进行动态变化研究,分析海河流域湿地生态系统服务的演变过程,分析人类活动对生态系统服务的影响,分析生态系统服务功能变化对人类财富的影响,为有针对性地保护和管理湿地提供重要的信息。

(4)尽管湿地生态系统服务功能价值评价取得了很大的进展,但由于湿地生态系统所提供的服务复杂多样而且大多数没有在市场中进行交换,其价值评价面临着很大的困难。未来的研究应在充分分析湿地生态系统功能的基础上,将其转化为湿地生态系统服务,并在现有的评价方法的基础上,结合数据的可获得性及其成本,对其价值进行评价。

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