海州湾生态系统服务价值评估

2013-09-11张秀英钟太洋黄贤金丁晓东

生态学报 2013年2期

张秀英，钟太洋，黄贤金，江洪，3，丁晓东

(1．南京大学国际地球系统科学研究所，南京 210093;2．南京大学国土资源与旅游学系，南京 210093;3．浙江农林大学国际空间生态与生态系统研究中心，杭州 311300;4．杭州师范大学遥感与地球科学研究院，杭州 310029)

海湾处于陆地和海洋之交的纽带地位，具有优越的开发环境，然而海湾生态系统面临着越来越大的压力。《2010年中国海洋环境质量公报》显示，海湾富营养化程度高、氮磷比失衡，栖息地破坏严重。这种情况大大制约了海湾经济的可持续发展。导致生态破坏、环境污染的一个重要原因是海湾生态系统提供的服务价值未市场化，只有环境资源的价值以货币形式表达出来，才能纳入决策过程［1］。

自Holder等提出生态系统服务的概念以来，生态学、环境经济学等领域的众多学者开展了大量研究［2］，就海洋生态系统服务功能的定义、内涵、理论、方法等做了深入研究，并评估红树林、海草床、珊瑚礁、盐沼等典型海岸带生态系统的功能和服务价值［3-7］。国内在这方面的研究起步稍晚，徐丛春和韩增林［8］、彭本荣等［1］、张朝晖等［9］、陈尚等［10-11］、王其翔和唐学玺［12］等基于自然资本理论和生态系统服务理论，构建了海洋生态资本评估的基本框架。也有研究评估了红树林、盐沼、海湾等生态系统提供的服务价值［13-17］。然而这些研究着重探讨海洋生态系统提供的潜在服务价值，没有考虑污染等因素引起的服务价值降低。实际上，由于人类过度开发或不合理开发引起的近海环境污染越来越严重，已经引起生态系统提供的某些服务退化并引起连锁反应。潜在服务价值与生态服务退化造成的价值降低之间的差值，为实际生态服务价值。实际服务价值对海洋生态系统的管理和规划具有更直接的指导意义。

本研究以海州湾为例，定量评估研究区域提供的潜在生态服务价值和实际生态服务价值，这对于进一步认识海州湾生态系统，协调用海需求，促进可持续发展具有重要意义。

1 数据和方法

1．1 研究区域和数据

海州湾北起山东省日照市岚山镇的佛手咀(35°05'55″N，119°21'53″E)，南至江苏省连云港市连云区的高公岛(34°45'25″N，119°29'45″E)，面临黄海，宽42 km。海岸线长86．81 km，其中山东日照市8．36 km，连云港赣榆县46．57 km，连云区31．88 km。海湾面积876．39 km2，是海床平缓、开放型的浅海性海域(图1)。本研究所用数据主要来自赣榆市和连云区的统计年鉴和已发表论文。

2．2 海州湾生态系统服务功能分类

根据海州湾生态系统的结构组成、生态过程及生物多样性等服务的来源，并参照千年生态系统服务分类体系以及这些服务的相似作用与性质［9］，将海州湾生态系统服务归纳为供给、调节、文化、支持四种服务。考虑海州湾的实际情况及数据的可获取性，供给服务主要包括提供食品、原材料、天然产物;调节服务包括气候、空气质量、水质调节;文化服务主要包括知识扩展和娱乐旅游等。支持服务是其它3大类服务的基础，其价值可通过其它服务来体现［18］。

3 结果与分析

根据海州湾生态系统提供的主要服务功能，以2005年作为评估基准年，用货币化的形式量化生态系统服务功能价值，主要采用市场价值法、成果参照法、替代工程法等核算价值。

3．1 供给服务

3．1．1 食品供给

海州湾的食品供给主要为养殖的海产品。

图1 海州湾区位图Fig．1 Location of Haizhou Bay

(1)海水养殖

海州湾可养殖海带、紫菜和贝类，是国家重点扩建的海洋渔港。2005年赣榆县海水养殖鱼类2960 t，虾类3350 t，贝类 112553 t，藻类 8812 t。连云区藻类干品 2042 t，贝类 17696 t，鱼类1288 t，虾类 559 t。由于没有藻类产品的具体产量值，以养殖面积划分海带和紫菜的产量比例。海带的养殖面积占总藻类的0．90%，可食用部分按照总干重的80%计算。日照市没有相应区域的统计数据，考虑到日照市海州湾的海滩及近海的情况与赣榆县比较相似，两地又紧邻，日照市海水养殖产量按照赣榆县每公里海岸线的平均产量乘以日照市的海州湾海岸线长度计算，即海岸线比值法［9，19］。连云区海州湾的产量用连云区在海州湾内的养殖渔业面积占总养殖面积的百分比(56．36%)计算。

根据连云港海洋与渔业局的相关统计资料，鱼类、虾类、贝类、海带的价格和成本参考张朝晖等在桑沟湾2003年的调查数据［9］，乘以2004和2005年的价格指数(0．9877和1．0311)折现到2005年。贝类的成本和价格利用连云区贝类的产量加权平均计算。紫菜的成本和价格参考相关的研究报道(表1)。据此，海州湾生态系统的食品供给服务价值为4．48×108元。

(2)工厂化养殖海珍品

赣榆县2005年工厂化养殖面积28．45×104km2，产值达到2．1×108元，主要品种有大鲮鲆、漠斑牙鲆、河鲀等。本研究采用大鲮鲆的净利润与产值的比值(37．56%)［20］计算海州湾养殖海珍品的服务价值。连云区的海珍品养殖不在海州湾范围内，没有计入。海州湾工厂化养殖的服务价值为7．89×107元。

总计，海州湾生态系统提供的食物供给价值为5．27×108元。

表1 海州湾2005年食品供给服务价值表Table 1 Value of food provision services in 2005 at Haizhou Bay

(3)食品污染引起的退化的服务价值

随着海州湾沿海经济的快速发展，大量工业废水和城镇生活污水排放入海，水产养殖和生态环境在一定程度上受到影响。根据食品安全的相关标准，海州湾58．3%的鱼类和27．3%的藻类砷超标;18．2%的藻类锌超标;鱼类和藻类在其它重金属如铜、铅、镉、铬、汞等以及石油烃和长效有机物污染物等方面未超过食品安全要求(江苏908专项)。软体贝类的生长位置比较稳定，加上双壳贝类在滤食饵料生物时将有害物质也吸入体内，容易造成污染物超标。根据2008年对海州湾贝类重金属的调查，63．89%的样品单种或多种重金属超过《农产品安全质量无公害水产平安全要求》［21］。

污染物超标的产品已经不适合食用。污染导致鱼类服务退化的价值为2．83×107元，藻类为4．85×107—8．08×107元，贝类为 1．17×108元。总计，海州湾因污染引起的食物供给服务降低的价值为 1．93×108—2．26×108元，平均值为2．10×108元。如果考虑污染物累积量超过无公害产品要求引起的服务价值的降低，海州湾生态系统提供的食物供给价值为 3．01×108—3．34×108元，平均值为 3．18×108元。

3．1．2 原材料供给

海州湾内原材料供给服务主要来自低质海带，以及扇贝和牡蛎养殖过程中死亡个体所剩下的贝壳。扇贝养殖过程中死亡率为20%，牡蛎养殖过程中的死亡率为5%，扇贝及牡蛎的总湿重与干壳重的比率参考张继红等的工作［22］。赣榆县没有提供扇贝和牡蛎的具体产量，本研究按照扇贝和牡蛎在连云区产量的比例计算。日照市部分按照赣榆县的海岸线比值法计算。以上两项原材料供给服务的数量及其价值见表2。

表2 海州湾2005年原材料供给服务价值表Table 2 Value of raw material provision services in 2005 at Haizhou Bay

另外，重金属污染导致90470．45 t贝类不可食用，但是这部分可以作为原材料。按照扇贝和牡蛎占贝类总产量的0．17%和15．36%，以及湿重和干重的比率，污染导致的贝类提供食品部分转移成原材料的服务价值为1．39×106元(表3)。

表3 由于重金属污染导致的可食用贝类作为原材料食用的服务价值Table 3 Value of raw material provision services from food services due to heavy metal pollution in Haizhou Bay

赣榆县沿海6镇工厂化育苗企业186家，育苗水体1．86×105m3，育苗行业销售收人3．2×108元。连云区2005年全区育苗企业49家，育苗产值1545×104元。日照市育苗产值按照海岸线比值法计算，连云区育苗产值按照岸线长度的比率计算。据此，2005年海州湾的育苗产值为3．85×108元。本研究参考鲍鱼的产值成本比值计算(http://news．sina．com．cn/c/2004-08-20/08113442903s．shtml)，海州湾提供的育苗方面的服务价值为 3．59×108元。

总计，如果不考虑污染，海州湾生态系统提供的原材料供给服务价值为3．60×108元;如果考虑贝类食品重金属含量不符合无公害要求的部分转移成原材料供给服务，海州湾生态系统提供的原材料供给价值为3．61×108元。

3．1．3 海洋天然产物

海洋天然产物主要表现在三个方面:药业、酶和化妆品［23］。目前海州湾没有直接观测数据，采用全球的平均数据估算［2，24］。由于为酶生产提供的化学成分主要来自深海，而海州湾的海域比较浅，在本研究中这部分忽略不计。

2006年全球用海洋生物化学成分生产的药品总值为643×108美元，全球海洋面积约为3．61×108km2。按照2006年美元对人民币汇率1∶7．91以及2006年价格指数(1．0842)，单位面积海洋2005年提供的用药服务价值为1299．48元/km2。据此，2005年海州湾生态系统提供的用药服务价值为1．14×106元。

全球2005年用海洋生物化学成分生产的化妆品的服务价值为231×108美元。按照2005年美元对人民币汇率1∶8．11计算，单位面积海洋提供的化妆品服务价值为518．95元/km2。据此，2005年海州湾生态系统提供的化妆品服务价值为4．55×105元。

总计，海州湾提供天然产物的服务价值为1．59×106元。

3．2 调节服务

3．2．1 气候调节服务

海州湾的气候调节服务主要来自对温室气体CO2、CH4、N2O的固定和释放，其他温室气体由于没有数据支持，在此不计。

(1)固定CO2的服务价值

海洋固定碳的生物主要有浮游藻类、微生物、大型藻类、贝类及其它生物。2003—2004年海州湾的初级生产力为276．92 mg C m-2d-1)［25］。大型藻类主要为人工养殖的海带和紫菜，通过光合作用将溶解的无机碳转化为有机碳，根据干物质量计算固定的碳量。贝类固定水体中的碳主要是通过摄食浮游藻类和颗粒有机碳或底栖藻类转化并固定碳或者直接吸收海水中碳酸氢根(HCO3-)形成碳酸钙(CaCO3)贝壳。

海州湾海域固定的CO2数量及其气候调节服务价值见表4。按照现在比较通用的碳汇率42美元/t计算(http://www．sustainableprosperity．ca/article345)，海州湾生态系统通过固定CO2提供的气候调节服务价值为0．49 × 108元。

(2)排放CH4和N2O引起的服务价值损失

近海岸水体富营养化比较严重，CH4和N2O的释放量远远高于远海。CH4可以在富氧表层水中的生物排泄物、悬浮和沉降的有机颗粒物、浮游动物或其他海洋生物肠道内的缺氧微环境内产生。N2O主要是通过在透光层底部的硝化作用和在深层水中的硝化、反硝化过程产生并交换到上层水体。在河口和沿岸地区，由于有机颗粒、矿物颗粒和无机氮化合物的大量输入，为N2O的现场生物生产提供了有利环境。

表4 海州湾生态系统固定CO2导致的气候调节服务的价值Table 4 Value of climate regulating services through fixing CO2in Haizhou Bay

由于没有实测资料，采用胶州湾在2001—2003观测的海气交换通量计算海州湾生态系统排放CH4和N2O量［26］，并根据CH4的温室效应是CO2温室效应的21倍和N2O的温室效应是CO2的310倍，计算海州湾生态系统CH4和N2O调节气候的损失价值量(表5)。

表5 海州湾生态系统排放CH4和N2O导致的气候调节服务损失价值Table 5 Value loss of climate regulating services through emitting CH4and N2O in Haizhou Bay

综合海州湾生态系统的CO2固定作用减弱的温室效应以及排放CH4和N2O加剧温室效应产生的价值，海州湾在气候调节方面的服务价值为-0．08×108—0．20×108元。可见，富营养化等原因导致海州湾生态系统的气候调节服务价值远远低于预期的估计值。

3．2．2 空气质量调节

海州湾的空气质量调节服务主要表现为释放有益气体和吸收有害气体两个方面。有害气体的吸收方面缺乏数据，在本研究中没有计算。有益气体的释放主要计算各类藻类植物在光合作用过程中释放O2的贡献。对生态系统释放O2的价值估算以工业制氧成本为影子价格［27］，将浮游植物的年初级生产力转化为O2的生产量，大型藻类则根据海带的产量计算O2产生量，再计算服务价值。据此，海州湾的空气质量调节服务价值为 1．01×108元(表 6)。

3．2．3 水质净化调节

海州湾内水质净化调节服务主要表现在对各种污染物质的消除分解能力，以达到处理废弃物与保持水质清洁的目的。本文仅考虑对氮(N)和磷(P)的生物净化调节服务。调节服务的计算主要参考张朝晖在桑沟湾的工作［9］，海州湾提供的水质净化调节服务价值为0．30×108元(表7)。

表6 海州湾空气质量调节服务价值Table 6 Value of air quality regulating services in Haizhou Bay

表7 海州湾的水质净化调节服务价值Table 7 Value of water-clean regulating services in Haizhou Bay

3．3 文化服务

3．3．1 知识扩展服务

知识扩展服务的价值可以通过间接统计在该区域进行的科学研究项目以及经费投入来衡量。Zhang和Chen［28］估算了我国单位面积生态系统的平均科研文化价值为3．55×104元/km2。据此，海州湾的知识扩展服务价值为 3．11×106元。

3．3．2 休闲娱乐服务

休闲娱乐功能价值评估参照福建省旅游用海调查的成果:2002—2004年间旅游用海的年均纯收益为51．51×104元/km2，海州湾2005年的用海纯收益为福建和江苏两省的人均GDP比值修正并经折现得到，为67．01×104元/km2［2］。据此，海州湾提供的休闲娱乐服务价值为 5．87×108元。

3．4 赤潮造成的服务价值损失

大量含氮有机物排入海水，促使海水富营养化，这是赤潮藻类能够大量繁殖的重要物质基础。海洋浮游藻是引发赤潮的主要生物，在全世界4000多种海洋浮游藻中有260多种能形成赤潮，其中有70多种能产生毒素。根据《2005年江苏省海洋环境质量公报》，海州湾的赤潮经济损失达到0．5×108元。这部分价值在食品和原材料供给服务中已经去除。

4 讨论

通过对9项生态系统服务价值分别进行评估和计算，不考虑海水污染和富营养化等因素的影响，海州湾生态系统2005年的潜在服务价值为16．64×108元。考虑污染等因素造成的服务质量或数量的降低，海州湾生态系统2005年的总服务价值为14．08×108元。由此可见，海州湾因海水污染及富营养等因素导致的生态服务价值降低2．56×108元，占总服务价值的15．41%。实际上，受获取资料的限制，在本研究中只考虑了污染对鱼类、贝类和藻类的影响，以及由于富营养化导致的CH4和N2O排放量的增加及引起的赤潮而造成的服务质量和数量的降低。如果全面考虑污染等引起的服务的退化以及引起的连锁反应，损失的价值可能会更高。

海州湾生态系统在供给服务方面占的比重最高，为8．88×108元，占总服务价值的53．39%;其次是文化服务，为5．90×108元，占总服务价值的35．48%;最后是调节服务，1．80×108元，占总服务价值的10．84%。考虑到目前海州湾的水质环境，海州湾生态系统实际的供给服务价值为6．80×108元，占总服务价值的48．32%;其次是文化服务，占总服务价值的41．94%;最后是调节服务，占总服务价值的9．74%。由此可见，目前海水污染和富营养化只影响到生态系统的供给服务和调节服务，对文化服务还没有造成影响。但是随着污染程度的增加，环境日趋恶化，对文化传播和旅游娱乐等方面势必产生影响。

海州湾海洋生态系统潜在服务价值为1．90×106元/km2;实际服务价值为1．41×106元/km2。张华等［24］计算的辽宁近海海洋生态系统服务价值为2．03×106元/km2，折算到2005年为1．92×106元/km2;索安宁等［18］计算的2003—2005年渤海海域平均服务价值为0．73×106元/km2;张朝晖等［9］桑沟湾在2003年的评价结果为4．24×106元/km2，折现到2005年为4．31×106元/km2;李晓等［29］计算的罗源湾的多年平均单位面积服务价值为1．35×107元/km2，吴珊珊等［2］计算的渤海湾的生态系统服务价值为1．06×108元/km2。本研究计算的海州湾的单位面积服务价值与辽宁近海的服务价值比较接近，与其它地区差异比较大，主要因为采用的指标体系和选用的参数不同。由于受实地数据获取的限制，各个评价选用的指标差异比较大，例如有的研究计算了支持服务［2，29］，有的研究没有计算［9，18，24］。即使只计算供给、调节和文化三方面的服务价值，选择的单个指标也有所不同。另外，各研究在参数选择上差异也比较大，比如碳税率，收益和成本的比率等。

表7 海州湾2005年海洋生态系统服务价值Table 7 Service value of marine ecosystem of Haizhou Bay

本文对海州湾海洋生态系统服务功能的评估，参考了千年和桑沟湾的生态系统评估理念。但是由于受获取资料的限制，忽略了基因资源、干扰调节、有害生物与疾病生物调节与控制和精神文化服务4项服务，评估得到的结果会低于实际价值。在评估过程中，由于获取资料的多渠道性，也容易引起系统误差。另外，本研究只评估了一个年度的生态服务价值，不能清楚地表明不同管理措施和养殖活动如何影响服务价值，在今后的研究中应该对研究区域进行长时间尺度的动态评估。

5 结论

本文评估了海州湾生态系统的潜在服务价值和实际服务价值。海州湾生态系统2005年的潜在服务价值为16．64×108元。因海水污染和富营养化等原因导致的生态服务价值降低2．56×108元，占总服务价值的15．41%，则实际服务价值为14．08×108元。因此，在海湾开发利用过程中，应该充分考虑开发收益与海洋污染之间的平衡。

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