论湿地生态系统服务的多维度价值评估方法

宋豫秦，张晓蕾

(北京大学环境科学与工程学院，北京 100871)

湿地在调蓄洪水、补给地下水、改善气候、净化污染、维持区域生态系统平衡等方面的作用日趋凸显，而与之同时，许多湿地也受到其周围环境的干扰和破坏。Costanza在1997年指出:“为了量化湿地生态系统的潜在价值，明确其服务对人类社会的影响，同时为了建立未来研究的框架，迫切需要进行湿地生态系统服务价值评估”［1］。因此，对于湿地生态系统的服务价值进行合理评估，有助于准确量化保护成本与利用效益，有利于维系湿地生态系统的健康稳定，也可为合理开发湿地资源提供科学依据。

湿地生态系统服务价值评估是量化湿地生态系统的功能对人类所造成的影响［2］。衡量一种生态服务的价值，需要将其转换为“货币价值”，基于这一服务的供需、可预测的产出和不同的管理方式可获得相对确定的数值。现有的湿地生态系统价值评估研究可大致分为两类:一类是基于确定的服务类型进行价值量化方法的改进，另一类是针对湿地生态系统功能产生和服务供给的过程，研究服务分类的改进。但是，一方面，湿地生态系统服务的时空差异性特征，使得生态系统的过程和结果无法完全分离、生态系统服务难以准确识别，现有方法难以准确定量，另一方面，当计算湿地生态系统服务的总体价值时，仅将分项计算的服务价值进行简单加和，会导致重复计算。因此，本文针对湿地生态系统服务的时空差异性和重复计算问题，从湿地生态系统服务的定义、分类和受益人角度，提出了多维度价值评估的概念方法体系，以定量描述湿地生态系统服务的时空差异，合理规避重复计算现象。同时，以淮河流域八里河湿地为例，初步探索了该方法的应用，以期为各类生态系统服务的价值评估提供方法参考。

1 湿地生态系统服务价值评估研究述评

20世纪初，美国为了给迁徙鸟类和珍稀动物提供栖息地而在全球率先开展了湿地评价［3］。20世纪80年代以来，许多国家的学者都进行了生态系统服务功能的量化研究。最初的模型仅能评价湿地的部分功能，故其评价结果只能表达湿地的部分价值。随着评价方法的不断完善，评价的空间区域和功能类型都有所扩展，一些定量分析法也逐渐引入。近年来，关于湿地生态系统服务价值的研究逐渐成为热点，其内容大致分为两类，其一是基于千年生态系统评估(MA)［4］和 De Groot［5］提出的功能与服务分类体系，对以上服务价值评估方法予以改进或修正参数，其二是从优化湿地生态系统服务分类的角度出发，通过合理划分、识别湿地生态系统各种服务的类型，获得更为准确的评估结果。

1.1 价值评估方法评介

湿地生态系统服务价值评估方法可分为经济学方法、物质量法和能值分析法［6］。经济学方法有3个特点:第一，基于确定的服务类型进行计算，研究默认前提是Costanza、De Groot和MA所提出的湿地生态系统的四大类服务——调节服务、供给服务、支持服务和文化服务;第二，分项计算各类型服务的价值，对于每类服务选用不同的计算方法，采用单项加和方式得到总的服务价值;第三，将人的意愿纳入无定形服务价值量化研究中，修正了支付意愿法的不确定性，引入不同个体的偏好差异［7］以及支付意愿法与生态系统权重赋值相结合方法［8］等。物质量法和能值分析法则基于经济学计算难以将环境投入(如太阳能、雨水潜能和表土流失等)货币化以及不同类别的能量具有不同能级和能质的前提［9-14］，从物质量角度及太阳能焦耳总量的能值角度进行计算，例如，基于H.T.Odum提出的能值定律，改良了Odum提出的能值模型。

由表1可知，早期的湿地生态系统服务价值评估的重点是将经济学方法引入生态学领域，探讨在生态学领域的适用性，如Loomis［17］将条件价值法应用到生态系统服务价值计算领域所建立的二分支付意愿法，不仅包括常规支付意愿的数值，也包括居民是否愿意支付两个方面的问卷结果，从而更准确地获得支付意愿曲线。随着经济学方法在生态学领域的普及与深入，学者们开始对价值评估方法进行改进，如Woodward和Wui将非市场和市场价值相结合建立了复合分析［19］;Maltby改进了支付意愿法的问卷过程，使其设计更为合理［27］;联合国环境规划署世界保护监测中心(UNEP-WCMC)在对英国各种生态系统进行价值评估的过程中引入质量的概念，将同一类型的服务按照质量的不同分类计算价值［26］;Tilly和Brown改进了能值分析模型，以适应动态的雨洪湿地能值评估［20］。

表1 湿地生态系统服务价值评估方法研究进展［15-30］Table 1 Review of wetland ecosystem service valuation methods

通过梳理价值评估方法可知，关于经济学方法的改进较多，而对于物质量和能值分析方法的改进研究相对较少。这或可说明基于“生态系统物质运动和能量交换”原理的分析方法比基于市场价值和货币价值的经济学方法更为稳健。

1.2 服务分类研究

湿地生态系统服务的系统性分类研究始于De Groot、Costanza和MA所提出的分类体系，但随着对湿地生态系统服务价值评估方法的深入研究，学界认识到仅靠方法改良难以精确计算价值，开始逐渐重视源头优化分类，针对服务分类的研究成果不断面世，近年来以两类观点为主:

第一类以 Robert Costanza［31］为代表，认为无论是生态过程还是生态结果，无论是生态系统的中间过程/服务还是最终服务，都是为人类的最终获益而做功，需要全部加和，据此提出了两种分类方式，即依据空间特性分类和依据“排他性/竞争性”分类。第二类以 Wallace、Brown、Fisher、Bateman 等［32-43］为代表，提出要区分生态系统服务的过程和结果、生态系统的中间过程/服务与最终服务，以避免重复计算导致的结果偏差。其中，中间过程/服务是指必须通过一定的条件或过程，并且通过其他的转化机制传递到最终受益者的服务，即生产最终服务的输入服务;而最终服务又称为系统的最终产出，是可以直接提高一个以上受益人福利的生物物理性的产品。［36］以湿地生态系统的水资源供给服务为例，对于喝水者，清洁水供给是一种最终的服务;对于以打渔为生或以打渔为享乐的人，清洁水只是一个中间过程/服务。因此，在价值评估时，仅需将最终服务计入，中间服务则视为过程。Johnston和Russell［44］还提出了4个法则来区分湿地生态系统的中间服务与最终服务:(1)受益人仅愿意为最终服务支付费用，而非中间过程/服务;(2)最终服务必须是生态系统自然的产出;(3)当系统内其他输入和条件维持不变时，受益人仍愿意为最终服务的提高支付费用;(4)当计算生态系统服务价值时，仅加和被受益者直接接受的服务效益。

此外，还有一些学者提出了物质量法的分类方式［45-46］，如 Su 等［45］采用了物质量法，通过研究中国流域生态系统服务与人类活动的关系，将生态系统服务划分为净初级生产(NPP)、碳固定和氧气生产(CSOP)、水资源保护、土壤保护和粮食生产。这种分类方式基于生态系统物质量守恒原理，通过计算不同能级的物质量，换算成市场价值，避免夸大生态系统服务价值，但同样也存在中间过程/服务和最终服务难以有效区分的问题。

2 存在问题与争议

在诸多关于生态系统价值评估研究中，对于时空差异性服务的价值评估和对于生态系统各类服务总价值的评估曾长期是研究的难点，尤以湿地生态系统评估最为突出。由于不同学者采用的分类体系和评估方法有所差异，计算结果存在不同程度的偏差。

2.1 时空差异性服务的价值评估

湿地生态系统服务的源、汇和最终受益者经常处于不同的时间和空间，即在提供服务的湿地生态系统和接受服务的人类之间存在“时空差异”［31，39］。例如，对于湿地生态系统水质净化服务和水资源供给服务而言，由于水质净化需要一定的污染物消解时间，水资源供给则需要一定的空间范围，在计算服务价值时，需要合理识别并计算滞后效应价值。而关于滞后效应价值的计算，目前尚未形成针对性强的方法，多以替代工程法等效计算。如研究水质净化服务价值时，运用入流和出流的水质差异来等效计算，其时间差异所致水流停滞时间的增加及净化效果的提升效益很难量化。又如，对水资源供给服务进行价值评估时，往往采用水资源人工输送所能达到的距离等效代入计算，但是却忽视了自然地势因素所产生的水资源运输损耗价值。因此，采用替代工程法等效计算时空差异服务的价值，针对性较低，造成了服务价值的部分缺失，难以准确量化价值。

2.2 重复计算

关于重复计算的概念，目前在生态系统服务领域尚无清晰定义。借用经济学将某一类价值重复计入GDP的定义可知，所谓湿地生态系统服务价值量化中的重复计算，主要指由于混淆了湿地生态系统服务的产生过程与结果，以及在计算过程中未能准确识别湿地生态系统内部的各种关联作用，使某项或某几项指标被多次计算，导致整体价值偏大的现象，具体表现在中间过程/服务与最终服务和湿地生态系统结构或功能的“分离、共产物、反馈”机制的混淆。所谓“分离”，即出流分离成两条同类型的支流，例如水流分离成两个分支，分别流向不同的使用者。“分离”情况下，两条分支的转换率相同，能值为两支的加和。所谓“共产品”，即出流是不同的物质，例如在绵羊农业系统中，羊肉和羊毛是这个系统的共产品，两者的能值转换率不同，但蕴含的能值相同［9-10］。

当计算单一服务的价值时，实际上很少存在重复计算现象，而当计算一个系统的整体价值时，则往往会出现此类问题。其因在于，一是对过程和结果的认定不清晰，二是每类服务计算方法的原理不同，贸然加和则会存在叠加的可能性，三是计算每类服务时，大多按照最大价值计算，但是当综合计算整体服务价值时，如缺乏权重考虑，易导致计算结果失准。例如陈鹏［47］对厦门湿地生态系统服务价值评估的研究中，分项计算了栖息地、物质生产、污染净化、涵养水源、抵御灾害、旅游休闲和文化科研7项服务的价值，并简单加和得出湿地生态系统服务的总价值。然而，因物质生产服务和污染净化服务间存在竞争效应，在同一个系统中，不可能存在两种服务价值同时最大化的情况，故重复计算在所难免。

重复计算经常表现在湿地调节服务和支持服务的价值量化过程中［39，48-49］，在湿地生态系统服务的水质净化、水流调节以及娱乐休闲服务中最为常见。如水质净化服务，因与营养物中的氮、磷相关，是生态功能的一个结果，这种功能仅在经过下游其他的生态过程被转化为可被受益者直接使用的物品和服务时，才可作为最终服务而纳入价值计算。

合理解决重复计算问题的意义在于，可以更精确地量化湿地生态系统服务价值，尤其是量化湿地生态系统服务的改变所带来的效益，可用于评价生态系统保护与开发的效率，例如污染治理效率、政策执行力度等［41，50］。

3 多维度价值评估方法

综上所述，单一的评估方法难以满足精确评估服务价值的研究目标。鉴于此，提出多维度价值评估方法，即通过对湿地生态系统服务的概念明晰，合理划分服务类型，并采用经济学和生物物理学联用方法，以规避湿地生态系统时空差异性服务的价值评估和总服务价值的重复计算。

所谓多维度是相对于上文所述的一维方法提出的概念，包括时间、空间和能值经济分析3个维度。时间维度是针对湿地生态系统服务价值评估对象的时间差异;空间维度是针对基于定义的湿地生态系统服务受益人的空间差异;能值经济分析维度是指生物物理学方法与经济学方法的联用，其核心在于运用能值代数法则合理求解能值代数式的参数［8-9，51］。

具体方法如图1所示。

第一步，基于生态系统服务定义，从“受益人”角度识别湿地生态系统服务中的中间过程/服务和最终服务。之所以从“受益人”角度识别是基于Costanza等人和MA的定义，生态系统服务是以人类为作用对象，衡量人类从生态系统中的获益情况。因此，基于“受益人”的服务分类方式有助于合理划分湿地生态系统服务的传递路径，为第二步湿地生态系统服务流模拟、量化以及第三步能值经济分析提供依据。

图1 湿地生态系统服务多维度价值量化流程图Fig.1 Flow chart of multi-dimensional approach for wetland ecosystem service valuation

第二步，在时间维度和空间维度两方面制定各类型服务的湿地生态系统服务流图，明确湿地生态系统服务的源、汇、载体和使用类型［52-53］。生态系统服务流是指生态系统服务向人类的转化过程［8，38，52，54-63］，也被用于描述人类通过贮存生态系统服务所获得的多年平均效益流。通过想象洪水沿着河谷下泄或者一群游人走向提供了娱乐设施的自然区域，可以模拟生态系统服务流［33］。湿地生态系统服务流方法的核心在于:第一，基于上文所识别的湿地生态系统服务受益者，明确湿地生态系统的服务类型和传递服务的载体;第二，识别湿地生态系统服务在载体传递过程中的汇;第三，识别各类湿地生态系统服务之间的利用类型——竞争、非竞争和协同效应。

第三步，能值经济分析维度，基于湿地生态系统服务流模拟结果和能值代数法则进行能值代数计算［9-10，51，64］，并将结果转化为市场价值。此步骤的核心在于识别生态过程中产品的“分离、共产物、反馈”机制以及合理构建能值代数式［9-10，65］。

以下以淮河流域八里河湿地生态系统为例，简要探讨该方法在湿地生态系统价值评估中的应用。

首先，通过描绘该湿地系统的生态过程，在引入“受益人”基础上，识别得出7种最终服务，即洪水调节服务、鱼类供给服务、水禽供给服务、杞柳供给服务、清洁水供给服务、温度调节服务和大气质量调节服务(图 2)。其中，参数 x1，x2，x3，…，x20是能值转换率(sej/J)，参数 a，b，c，…，t是湿地生态系统中的产品所蕴含的能量，单位J，红色的半圆形虚线分别代表了该生态系统中的5个“分离”机制 S1，S2，…，S5。

其次，运用生态系统服务流模型(SPAN)［53］模拟图2所识别的中间过程和最终服务，区分该系统的源、汇和载体。其中，源来自降雨和太阳光辐射;汇包括生态系统中的水生植物、水生动物、水禽和土壤;载体是湿地土壤和湿地径流。

图2 淮河流域八里河湿地生态系统能值示意图与最终服务识别结果图(sej/时间)Fig.2 The emergy flow network and final ecosystem service in Balihe wetland of Huaihe River Basin(sej/time)

其三，根据能值代数运算法则［10，51，64］，建立该系统的能值代数式，求解湿地生态系统服务的能值，如公式组(1)。其中，能值转换率可由 x1，x2，x3，…，x20简化为［X1］，［X2］，…，［X8］，并通过最小二乘法求解;生态系统参与者所蕴含的能量 a，b，c，…，t可通过生态系统服务流模拟求解;太阳光照强度、降水量、鱼类数量、水禽数量和土壤含水量可直接测得:

最后，将求得的能值用经济学价值表示即可。

通过以上分析可知，时间维度和空间维度可通过该系统中间过程/服务和最终服务的识别过程予以体现，能值经济分析维度则体现在能值代数式求解与湿地生态系统服务价值评估量化过程中，而传统的能值分析只是该方法的组成部分之一。

该方法相比能值分析法的改进和优势主要体现在3个方面:第一，常见的能值方法，基于“生态系统物质运动和能量交换”原理建立能值分析表，包括系统所有的投入和产出，而未基于“受益人”识别最终服务类型，因此，其值难以真实反映生态系统服务所提供给“人类受益者”的效益;第二，能值计算需要两类参数，一类是能值转换率，另一类是原始的物质量，本方法运用生态系统服务流模拟所得的原始物质量值，体现了生态系统“分离、反馈和共产物”机制，与基于年鉴的统计数据有本质区别，可有效避免重复计算;第三，常见的能值分析方法多用于计算一个系统整体的能值，而难以区分每类生态系统服务的价值，而本文所建立方法可对每类服务单独核算。

与其他价值评估方法相比，后者的优点是:

(1)采用基于“受益人”的服务识别方法，突出了湿地生态系统与人类活动的互动关系，在一定程度上避免了中间过程/服务与最终服务混淆所导致的重复计算。

(2)通过基于“受益人”的服务识别和“能值—经济”分析方法，将时空因素纳入价值评估过程，可有效评价时空差异性服务的价值。

(3)采用生态系统服务流模型，模拟湿地生态系统服务的传递过程，并与能值代数式结合量化服务价值，不仅可以定性描绘湿地生态系统的服务，也可以定量计算其价值。

(4)在服务流模拟与能值分析过程中，还可以有效识别提高湿地生态系统服务传递效益的政策作用点，可促进对受益人有益的服务流，抑制对受益人有害的服务流，最大限度发挥湿地生态系统服务的价值。

需要说明的是，该方法主要适宜于量化面积较大、生态结构较复杂的湿地生态系统服务价值，而对于面积较小、生态结构较简单的湿地生态系统，采用此方法反而稍显繁杂。

4 结语

湿地生态系统服务的多维度价值评估方法是对传统价值评估体系的延伸和优化，相对而言，其计算结果更为合理和准确。通过描绘和量化湿地生态系统服务的空间分布和价值，有利于推动共轭的区域生态系统管理体制的建立，对湿地生态系统补偿政策的制定等，有参考价值。同时，该评估方法体系还具有普适性特征，对其他类型生态系统服务价值评估也具借鉴意义。

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