吉林省湿地生态系统服务价值评估

马琼芳，燕 红，李 伟，赵欣胜，康晓明，李伟东，孙 丽

(1.吉林省林业科学研究院，吉林 长春 130033； 2.中国林业科学研究院，北京 100091)

随着对湿地重要性认识的加深，其生态系统服务价值评估日益受到关注。生态系统服务是指人类从自然生态系统组分中获得的各种惠益，湿地生态系统给人类提供的惠益包括产品和服务，产品来源于生物组分(水稻、鱼等)和非生物组分(如泥炭)；服务包括临时储存洪水、水体净化、温室气体长期储存等[1-2]。

湿地生态系统服务评价方法经历了从早期对某一功能的定性评价到多个功能定量评价的发展过程，为了更直观地表达湿地生态系统的服务价值，学者们提出了能值分析法[3]、物质量法[4]、价值量法[5]等一系列定量评价方法，其中，以货币的形式来呈现的生态系统服务价值量评价法因其结果易于纳入国民经济核算体系而更受青睐，是目前广泛使用的方法。我国对生态系统服务研究开展较晚，但近年来发展迅速，不仅对生态系统服务价值评估的理论与方法进行了研究与探索，而且开始了大规模的生态系统服务价值评估实践。崔丽娟等[6-9]采用价值法分别对扎龙湿地、辽河三角洲盘锦地区湿地、北京市湿地和张掖黑河湿地生态系统服务功能进行评估；赵晟等[10-12]运用能值分析法分别对中国红树林生态系统、洞庭湖和盘锦双台河口湿地生态系统服务价值进行了评估。这些研究为湿地资源有效管理和区域生态环境保护提供了生态学依据。

作为东北三省之一的工业重地，吉林省湿地生态系统在吉林促进区域经济发展和维护区域生态平衡中发挥了巨大的作用。然而，随着经济、社会的快速发展，以及受到气候变化的影响，天然湿地面积大幅减少，生态服务功能逐渐降低，西部湿地盐碱化程度加剧，东部湿地资源减少，湿地调蓄洪水能力降低，使得生态安全和人民生活受到了影响。2017年特大洪水的暴发也为吉林省湿地保护敲响了警钟，而这些问题产生的根本原因就是对吉林省湿地生态系统的服务功能内涵和服务机制认识不清。本文利用遥感技术，综合运用生态学、经济学方法，对吉林省2013年湿地生态系统服务功能价值评估进行了初步研究，以期为吉林省湿地的保护、恢复和重建提供科学依据。

1 研究区概况

吉林省位于我国东北地区中部，总面积187 400 km2，西部远离海洋而接近干燥的蒙古高原，气候干燥，全省为显著的温带大陆性季风气候，有明显的四季更替。大部分地区年平均气温为3～5℃，年降水量在450～910 mm，无霜期120～160 d。吉林省湿地资源较为丰富，据全省第二次湿地资源调查统计，全省共有湿地面积170.07万hm2，占全省土地面积的9.08%。湿地类型分为4类16型[13]：①河流湿地面积22.35万hm2，包括永久性河流、季节性河流、洪泛平原湿地3种类型，占湿地总面积的13%；②湖泊湿地面积11.20万hm2，包括永久性淡水湖、永久性咸水湖、季节性咸水湖3类，占湿地总面积的7%；③沼泽湿地面积52.74万hm2，包括草本沼泽、灌丛沼泽、森林沼泽、内陆盐沼、季节性咸水沼泽、沼泽化草甸6型，占湿地总面积的31%；④人工湿地面积83.77万hm2，包括库塘、输水河、水产养殖场、稻田4型，占湿地总面积的49%，其中，稻田面积70.31万hm2，且年际变化较大。

1.2 数据来源

主要采用的数据包括：吉林省第二次湿地调查数据、2014年8—9月覆盖吉林省全境的TM遥感影像(分辨率为30 m)、DEM数据(UTM/WGS84)、吉林省水资源公报、《2014年吉林省统计年鉴》中相关社会经济统计数据以及相关湿地研究文献中的测算参数数据等。土壤理化性质、植被生物量、水文水质数据均来自于现场调查。

1.3 指标体系和评价方法

根据吉林省湿地生态系统结构、湿地特点和质量状况，结合千年生态系统评估[14]的生态系统服务分类方法，将吉林省湿地生态系统服务分为供给服务、调节功能、文化功能和支持功能4大类共13个指标。综合运用市场价值法、碳税价值法等生态经济价值评价方法，以货币的形式逐项评估吉林省湿地生态系统服务的经济价值。各评价指标的服务价值在计算过程中所需参数及计算方法见表1。

2 湿地生态系统服务功能价值估算

2.1 供给服务

2.1.1生物产品

生物产品包括芦苇、林蛙、鱼类和虾蟹类，均采用市场价值法评价。计算公式为

A1=Q1P1

(1)

式中：A1为湿地动植物产品生产价值，元；Q1为湿地动植物产品产量，kg；P1为动植物产品的市场单位价格，元/kg。

通过遥感影像和湿地调查斑块提取吉林省芦苇面积23.63万hm2，生物量遥感反演得到单位面积芦苇生物量为823.13g/m2，单价按市场价格410元/t计算，得到芦苇产品价值7.97亿元；2013年水产品的水域面积(含自然水体和人工养殖场)为31.21万hm2，产量为18.6万t，共产生36.74亿元的价值；共有林蛙养殖户1.4万多户，林蛙年平均存栏量约10亿只，年回捕林蛙3亿～4亿只，养殖及加工业总产值30亿元(数据来源：中国绿色时报)。综上，吉林省湿地生态系统生物产品价值为74.71亿元。

表1 吉林省湿地生态系统服务价值计算参数和方法

2.1.2泥炭资源

对泥炭资源价值的评估，以实际泥炭存量数据为基础，并增加2013年的累积量作为泥炭资源价值：

Ant=(Qnt+PaS)V1Pnt

(2)

式中：Ant为2013年泥炭资源价值，元；Qnt为泥炭的储量，m3；Pa为泥炭沉积速率，m/a；S为泥炭面积，m2；V1为风干体积比，经验值为20%；Pnt为泥炭的市场单位价格，元/m3。

根据吉林省泥炭资源调查数据，全省泥炭面积为2.31万hm2，平均厚度1.3 m，泥炭储量3.003亿m3。利用泥炭沉积速率法确定2013年累计的泥炭量，选择与吉林省纬度相对类似的北美区域的泥炭沉积速率，参考加拿大泥炭沼泽泥炭垂直沉积速率为0.282～0.563 mm/a[15]，平均值为0.422 5 mm/a；按照当地工厂泥炭干重价格270元/m3计算，共产生162.41亿元的价值。

2.1.3水资源供给

通过遥感数据、实地测量及查找相关文献获取吉林省2013年工农业、生活用水和中水的价格(元/m3)，由此确定吉林省湿地生态系统的水资源供给单位核算价值：

(3)

(4)

数据主要来自2013年吉林省统计年鉴、吉林省水资源公报，通过遥感反演、DEM提取的水体指数(NDWI)、野外实测水深数据和统计数据得到供水总量。核算结果显示，2013年吉林省湿地年水资源供给量约为27.71亿m3，年水资源供给价值约为83.84亿元，湖泊湿地和河流湿地是吉林省水资源主要的供给来源。

2.1.4航运供给

航运供给价值采用市场价值法计算：

A4=(P2QSR+P3QSH)(1+xi)-R

(5)

式中：A4为湿地2013年提供的航运价值，元；P2为人均客运单位均价，元/km；QSR为水运旅客周转量，万人/km；P3为货运单位均价，元/(t·km)；QSH为水运货物周转量，万t/km；xi为居民消费价格指数；R为成本，元。

根据统计年鉴及中国船票网、当地航运管理部门数据，吉林省航运运输旅客周转量2 490万人，货运周转量13 423万t，减去运行成本，吉林省湿地航运价值为42.89亿元。

2.1.5水电供给

电力供给价值主要由水力发电量来体现，电力供给量采用市场价值法计算：

A5=(G-R)PD

(6)

式中：A5为吉林省湿地2013年电力供给的价值，元；G为湿地年发电量，kW·h；PD为基准年电价，元/(kW·h)。

通过查询吉林省电网、吉林省物价局及吉林统计年鉴数据，2013年全省各水力发电站年平均发电量为174.54亿kW·h，年平均电价为0.59元，每度电的成本约为0.174元，得出吉林省湿地电力供给的价值为72.61亿元。

2.2 调节服务

2.2.1蓄水调节

通过提取遥感数据获得水体指数(NDWI)，根据野外实测的水深数据计算获得的蓄水总量，采用市场价值法计算蓄水调节价值。吉林省湿地蓄水价值计算模型可表述为

(7)

式中：VT为湿地再蓄水总容量；AZ为单位体积库容减少的受灾面积；Eunit为单位受灾面积的经济损失；Si为湿地i的面积；Hi为湿地i的再蓄水深度。

吉林省人均水资源占有量1 213.1 m3，属中度缺水省份。根据计算，得出吉林省湿地的蓄水调节总价值为900.59亿元。

2.2.2气候调节

基于遥感影像提取的水面面积，同时结合蒸散发量数据获得陆地和水面的潜在蒸腾量单位价值，计算出湿地的气候调节价值：

A气=γPCL(WL+WF)=γPCL(WL+QMρ)

(8)

式中：A气为2013年吉林省湿地调节气候生态服务价值；WL为吉林省湿地年水汽蒸发量；WF为吉林省湿地年蒸腾量；PCL为单位体积水汽调节气候的价值；QM为吉林省湿地年初级生产量：ρ为吉林省湿地的平均蒸腾系数；γ为校正系数，等于研究区与地带性林区干燥度指数的比值。吉林省湿地的气候调节价值合计为7.985亿元。

2.2.3水质净化

水质净化功能采用替代成本法，通过用工业方法去除总氮、总磷、重金属、COD和石油类等污染物的费用来衡量湿地的水质净化价值：

A6=VN+VP+VZ+VCOD+VS=ΔQNαN+ΔQPαP+ΔQZαZ+ΔQCODαCOD+ΔQSαS

(9)

式中：A6为吉林省湿地净化价值，万元；VN为净化总氮的价值，万元；VP为净化总磷的价值，万元；VZ为净化重金属的价值，万元；VCOD为净化COD的价值，万元；VS为净化石油类的价值，万元；ΔQN为总氮被净化的总量，t；ΔQP为总磷被净化的总量，t；ΔQZ为重金属被净化的总量，t；ΔQCOD为COD被净化的总量，t；ΔQS为石油类被净化的总量，t；αN、αP、αZ、αCOD、αS分别为单位污染物的净化价值，万元/t。

吉林省湿地水质净化总价值为172.210 3亿元。

2.2.4大气组分调节

通过建立NDVI与生物量之间的回归模型计算湿地地上植被生物量。在光合作用原理的基础上，通过NDVI、TM波段与生物量建立相关模型，计算二氧化碳的固定量和氧气的释放量，用变换后的瑞典碳税率和工业制氧价格分别作为固碳价格和释氧价格，通过碳税法和市场价值法分别得到固碳价值和释氧价值，二者之和即为湿地大气成分调节总价值[16]。

大气组分调节价值：

Aair=AC+AO2

(10)

固碳价值：

(11)

释氧价值：

AO2=mO2PO210-4=1.19BPO210-4

(12)

吉林省湿地大气组分调节总价值为35.85亿元，其中固碳价值为16.51亿元，释氧价值为19.34亿元。

2.3 支持服务

2.3.1生物多样性

采用生态价值法主要是采用美国经济学家Costanza等[17]的研究结果对吉林省湿地的生物多样性价值进行估算，得到单位面积全球湿地生物多样性价值为3191美元/(hm2·a)，核算为2013年不变价为6215.23美元/(hm2·a)，将人民币与美元汇率定为6.19(2013年)。计算公式为

A生=A文S吉δ

(13)

式中：A生为湿地生态系统生物多样性价值，元/a；A文为单位面积湿地生物多样性文化价值，美元/(hm2·a)；δ为美元与人民币之间的汇率；S吉为吉林省湿地面积，hm2。

吉林省湿地生态系统生物多样性价值为383.81亿元。

2.3.2土壤保持

土壤保持价值包括防止土壤流失和减少土壤肥力流失两个方面。计算公式为

A土=A斑+A营

(14)

A斑=M÷w×S植被×Psoil

(15)

A营=MS植被YTPhf

(16)

式中：A土为土壤保持价值；A斑为湿地斑块固土效益；A营为湿地保持土壤营养物质价值；M为土壤侵蚀强度差异量；w为实测土壤密度；S植被为斑块的植被面积；Psoil为购买土壤的造价(根据工程土方单价8元/m3)；Y为实测土壤总氮、总磷及总钾含量；T为调整系数，是指土壤中碱解氮、速效磷和速效钾折算为硫酸铵、过磷酸钙和氯化钾的系数，折算后的系数分别为4.762、3.737和1.667；Phf为营养物质的市场价格。硫酸铵价格为1 000元/t，过磷酸钙价格为400元/t，氯化钾价格为1 100元/t。

减少土壤流失价值主要通过土壤保持量、植被面积、土壤密度计算，土壤保持量采用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)估算潜在土壤侵蚀量并计算现实土壤侵蚀量，减少土壤肥力流失则通过土壤C/N/P/K元素含量和土壤保持量计算[18-19]。土壤密度和土壤养分数据采用实测数据计算。经计算，吉林省湿地土壤保持总价值为33.83亿元，其中湿地固土价值为19.2亿元，保持营养物质价值为14.6亿元。

2.4 文化服务

2.4.1湿地旅游

吉林省湿地旅游价值评估以问卷调查法和二手资料收集方式，采用旅行费用区间法评估休闲旅游价值[20-22]。该模型分别计算旅行费用支出、旅行时间成本和消费者剩余，以3个价值之和作为吉林省湿地的休闲旅游价值。

吉林省湿地游客旅行费用计算公式为

(17)

式中：PG为游客的旅行费用(包括旅行时间价值)；T1为游客到景区路上花费的时间，h；T2为游客在景区滞留的时间(包括景区所在地的住宿时间)，h；PJ为游客组团费用或者游客到此地的交通费用，元；PE为游客在该景区所在地的额外花费，元；H为游客的月工资，元；n为此次旅行目的地的个数。

网络调查和实地调查同时进行，在2014年7月和9月以及2015年8月期间，共发放400份问卷，回收337份，回收率为84.25%，吉林省湿地旅游价值为游客总旅行费用和总消费者剩余之和，为85.10亿。

2.4.2科教文化

采用Costanza等[17]的研究结果估算，得到全球湿地科研文化的单位面积价值为881美元/(hm2·a)，核算为2013年不变价为1 717.95美元/(hm2·a)。计算公式为

(18)

吉林省湿地科教文化总价值为106.09亿元。

2.5 吉林省湿地生态服务功能总价值

通过对吉林省湿地生态系统13项主导服务功能的价值评估，得到吉林省湿地生态系统服务功能总价值为2 161.93亿元，相当于吉林省2013年GDP(12 981.46亿)的16.65%，湿地提供的平均价值为12.71万元/hm2(数据已发布)，见表2。吉林省湿地以蓄水调节、生物多样性和水质净化价值为主，其价值贡献率分别为41.66%、17.75%和7.97%；其余依次为泥炭资源、航运水电、科教文化、湿地旅游、水资源供给、生物产品、大气组分调节、土壤保持、气候调节；价值量最低的是土壤保持和气候调节价值。

表2 吉林省各湿地类型生态系统服务功能价值

注：人工湿地价值不包含水稻田。

各湿地类型(不含水稻田)生态系统服务价值中，自然湿地生态系统服务功能价值为1 659.87亿元，占总价值的76.78%；人工湿地为502.07亿元，占总价值的23.22%。自然湿地各类型生态系统服务功能价值从大到小排序为：沼泽湿地(808.66亿元)，河流湿地(428.26亿元)，湖泊湿地(422.94亿元)。

3 结 语

虽然目前对湿地生态系统服务功能价值评价研究已经取得了很大进展，但是由于湿地生态系统类型多样、各地区社会经济水平差异导致价值评估的计量参数只能做到国家统一或区域统一，对于东三省湿地价值评估结果来说，本文估算的吉林省单位面积湿地价值(12.12万元/(hm2·a))位于黑龙江省(10.17万元/(hm2·a))[23]和辽宁省湿地价值(14.01万元/(hm2·a))(辽宁省政府发布数据)之间，三者价值均高于我国湿地单位面积的生态服务功能价值(7.46万元/(hm2·a))。生态系统服务功能研究的最终目的是为决策服务，对服务价值的评估，其主要意义在于找出一个或几个有计算依据的核心服务功能，以此为生态系统管理提供决策依据和指导目标。3个省份湿地的主导功能都包括蓄水调节、生物多样性和降解污染，表明东三省湿地在发挥直接经济效益的同时，还兼具着巨大的生态效益和社会效益，湿地生态系统净化生态环境、维持生态平衡的效益比重越来越大。如果只重视供给服务功能价值，必然会造成生态系统功能价值的损失，使生态系统遭到破坏。

本文在各指标计算方法上结合大量野外调查数据，运用遥感和地理信息技术，以小班为单位对吉林省湿地的空间数据进行空间分析，从空间角度出发评估湿地斑块的生态系统服务功能价值，测算方法合理。由于受时间、资料以及估算方法的限制，计算结果虽在一定程度上反映了湿地各项生态功能价值，但仍存在不确定性和相应的误差：①对生态系统的服务功能内容考虑不够全面。有些生态系统的服务功能由于分布面积较小，或受到资料限制，在估算中没有考虑。如农田的传粉功能﹑生态系统作为基因库的功能等。②估算方法的创新及参数的更新。由于我国目前估算过程中使用的多数指标都取自国际标准，当将这些标准应用于我国具体区域时，难免会有不足。③缺乏湿地生态系统服务功能价值动态变化的研究。受时间和资料的限制，仅对2013年为基准年的湿地生态系统服务功能价值进行评估，在后续的研究中应加强吉林省湿地生态系统服务功能价值的动态变化，湿地生态系统的结构、功能和过程以及生态补偿研究，以全面准确地反映湿地生态系统提供的各项服务功能价值。