海口城市河流湿地生态修复服务功能价值评估

郭跃华，周雅聃，刘文斌，裴福云

(深圳市铁汉生态环境股份有限公司，广东 深圳 518040)

1 引言

湿地是一种独特的生态系统，在全球生态系统中发挥着重要的功能价值。湿地是指天然或人工、长久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，具有静止或流动，或为淡水、半咸水、咸水的水体，包括低潮时水深不超过6m的水域[1]。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成和维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，包括对人类生存与生活质量有贡献的生态系统产品和生态系统功能[2]。湿地生态系统能为人们的生存发展提供多种动物、生物资源，具有强大的净化功能和生态效益，如在调洪蓄水、气候调节、美化环境、生物多样性等方面具有重要作用，给人类带来了巨大的经济效益、生态效益和社会效益[3]。

然而河流湿地作为湿地的一种特殊形式。与沼泽湿地、海岸湿地等其他类型湿地有着不同的水文地理条件及周边区域经济发展条件。相较而言，河流湿地由于与人类生活环境交叉毗连，受到人类活动的干扰要更加明显，河流湿地生态系统的功能正在逐步衰退，出现许多功能退化的现象，如富营养化藻类爆发、水体黑臭等。为防止这种现象的出现，我国对河流湿地开展大规模的系统治理和生态修复与恢复，城市河道的基本功能得到逐渐恢复和提升，但由修复与治理带来的直接和间接服务价值尚不清晰。因此需要对河流湿地生态系统的服务功能进行系统评估，为城市水体的综合管理和科学运营提供依据。

2 项目概况

2.1 范围及内容

海口市白水塘、滨濂沟、金牛湖、西崩潭、东崩潭、东西湖、大同沟、龙昆沟、龙珠湾、万绿园人工湖和电力沟等水系蓝线保护区域范围内的水环境综合治理，涉及河流总长7 km，湖泊水面面积57.58 hm2，总流域面积35 km2(图1)。本项目的工程内容包括：面源污染控制工程、雨污系统截流工程、水系连通与水动力优化工程、强化水净化工程、水体生态修复工程、景观提升工程等。

图1 水体分布平面

2.2 技术措施

该项目以水质改善为重点，以水体生态系统构建为目标，从污染控源、水生态修复两方面着手，融入海绵城市建设理念，结合水动力，改善、亲水景观构建、监控平台建设和长效运营机制建立，最终达到水体消除黑臭，水质达到V类水标准。

该工程涉及河流总长7 km，湖泊水面面积57.58 hm2，河流及湖泊湿地总面积为87.521 hm2。通过以上工程措施，水环境可明显得到改善，恢复流域湿地面积2064600 m2，减少水体黑臭面积55 hm2。该项目通过清淤等技术手段新增库容为709450 m3，同时金牛湖新增人工垂直流湿地库容为3000 m3，该项目共新增河湖湿地库容为712450 m3。项目将收集雨水量共计22.746万t/d，其中15.92万t进入面源污染控制工程，最终进入水体的雨水量11.37万t(表1)。

表1 增加植被覆盖面积

3 研究方法

3.1 评价体系

湿地生态系统服务指湿地生态系统对人类福祉和效益的直接或间接贡献[4，5]。陈尚等人指出生态系统服务是从人的需求立场出发，以满足人的需要为根本要求，在进行生态服务价值估算时，只考虑对人类有正效益的部分[6]。Costanza等人则认为生态系统服务是人类直接或间接从生态系统中获得的收益，并将生态系统服务划分为17类[7]。千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment，MEA)对生态系统服务的定义和Costanza基本相同，MEA将生态系统服务分为了供给服务、调节服务、支持服务和文化服务四大类[8]。

3.2 数据来源

主要数据来源于《海口市统计年鉴》(2010～2015)；《海口市城市总体规划(2011～2020)》(2015年)；《海口市府城片区控制性详细规划》；《海南省海口市城区排水(雨水)防涝综合规划》(2013～2030)；《海口市排水规划》(2007～2020)；《海口市城镇内河(湖)水污染治理三年行动方案》；《海口市龙昆沟、东西湖等11个水体水环境综合治理PPP项目建议书》(2016年)；《海口市龙昆沟、东西湖等11个水体水环境综合治理PPP项目可行性研究报告》，以及实际调研监测获得的数据。

3.3 评价方法与参数

评估方法: ①市场价值法。它是指对有市场价格的生态系统产品和功能进行估价的一种方法，这里主要用于对生态系统物质产品进行评价[9]。②影子工程法。指以人工建造一个工程来替代生态功能或原来被破坏的生态功能的费用。湖泊调节水分功能与水库类似，一般用总水分调节量与单位蓄水量的库容成本之积来估算湖泊的调蓄洪水价值和涵养水源价值[10]。③碳税法与工业制氧价格法。生物具有吸收CO2、释放O2的能力。根据光合作用方程式，以干物质生产量来换算固定CO2和释放O2的量，即生态系统每生产1100 kg植物干物质能固定CO21.63 kg，释放O21.19 kg。根据国际CO2排放收费标准结合我国的实际将生态指标换算成经济指标，得出固定CO2的经济价值，利用工业制氧价格得到释放O2的经济价值[11,12]。④价格替代法。由于目前国内湿地科研工作尚处在初级阶段，科研经费投入远小于实际科研价值，因此主要用国际和国家科研教育的平均值及栖息地保护费用标准的平均值替代科研教育和生物栖息地功能的价值进行评价。⑤生态价值法。将Pearl 的生长曲线与社会发展水平以及人们生活水平相结合，根据人们对某种生态功能的实际支付来估算该生态服务价值的方法[13](表2)。

表2 海口河流湿地评估指标与方法

4 服务价值评估

4.1 调蓄洪水功能价值

湿地具有巨大的渗透能力和蓄水能力。由于湿地植物吸收、渗透降水，致使降水进入江河的时间滞后，入河水量减少，从而减少了洪水径流，达到削洪的目的[14]。湿地调蓄洪水的能力与其容积呈现正比关系。调蓄洪水功能价值计算公式：

V=S×M

(1)

式(1)中，V(元/a)为调蓄洪水服务功能价值，S为河流湿地汛期调蓄洪水总量；M为单位需水量库容成本，每1 m3库容需投入的成本数据采用0.67元/m3[15]。海口项目生态修复后新增河湖湿地库容为712450 m3。根据公式(1)可得该项目调蓄洪水功能效益为477341.5元。

4.2 生物栖息地功能价值

河流湿地内分布着丰富的水生植物植物资源，是水生动物良好的生活、栖息、繁衍的重要场所。河流湿地的生物栖息地价值与其面积和单位价值量有关，根据生态价值法计算:

V=P×S

(2)

公式(2)中，V(元/a)为生物栖息地价值，P为栖息地单位价值量，S为河流湿地面积。Costanza的研究结果，河流及流域生物多样性价值的单位价值为304美元/(hm2·a)[16]，谢高地等的研究结果河流及流域生物多样性价值为2000元/(hm2·a)[17]。此处选取平均值2020元/(hm2·a)。海口项目河流及湖泊湿地总面积为87.521 hm2，则该治理工程的生物栖息地功能生态效益为176790.4元。

4.3 固碳释氧功能价值

湿地中的植物和水体中藻类具有固碳释氧的作用，在维系地球生态系统平衡过程中扮演着重要角色。湿地的固碳释氧价值以用碳税法/工业制氧法进行估算。光合反应方程为：

植物在进行光合作用时，每产生162 g干物质便可吸收掉264 g CO2，释放192 g O2；(即每产生1 g干物质植物吸收约1.63 g CO2，固定0.4 g C，释放出1.19 g的O2)。根据刘子刚的研究统计，河流及流域等湿地植被单位面积碳密度为43 t(C)/hm2[18]。根据公式计算：

固碳价值=固碳价格系数×湿地面积×碳密度

(3)

固碳价格系数采用我国的造林成本250元/t[19]和国际炭税标准150美元/t作为固碳价格系数[20]。治理前河道硬质化程度较高，治理工程新增的植被面积为276719 m2。经计算，海口河流湿地综合治理后新增的固碳价值为123153.8元/年。

释放氧气价值主要是根据植物的光合作用反应式来计算：

释放氧气价值=单位氧气价格系数×释放氧气量

(4)

其中单位氧气价格系数为400元/t。生态修复完成后湿地面积共计276719 m2，释氧价值为1415971.1元/年。固碳释氧总价值为1539124.1元/年。

4.4 水质净化价值

河流及湖泊湿地本身即具净化功能，对排入到水体到的部分污染物办降解功能，尤其是对重金属和氮磷等营养元素的吸收转化有一定的效率，能有效降低其在水体中的浓度。达到净化水质的目的。水质净化价值使用替代成本法估算，可以用污水处理厂处理相同数量污水的成本来计算其价值量。

V=Q×L

(5)

公式(5)中，V(元/a)为的水质净化服务价值；Q(t)为湿地每年净化的污水量；L(元/t)为单位污水处理成本。

价值换算：海口市龙昆沟、东西湖等11个水体水环境综合治理PPP项目将收集雨水量共计22.746万t/d，其中15.92万t进入面源污染控制工程，最终进入水体的雨水量11.37万t。根据海口市生活污水处理成本0.95元/吨为换算依据[21]，计算每吨COD、SS、氨氮、TN及TP的处理成本，得出该项治理工程每年产生的水质净化效益为19886104～37722608元，取平均值28884356元/年(表3)。

表3 治理工程水质净化功能效益

4.5 产品供给功能价值

谢高地等人的研究，产品供给价值计算公式为：

V=(1.01S1+1.03S2)

(6)

公式(6)中，V(元/a)为生物多样性服务价值；S1和S2(hm2)分别为河流及流域中的非水域面积和水域面积。D[元/(hm2·a)]表示1个标准当量因子的生态系统服务价值，2011年D值为3406.5元/hm2[22]。在治理工程实施前，水体呈黑臭状态，产品供给功能几乎丧失。在治理工程实施后，水环境可明显得到改善，恢复流域湿地面积2064600 m2，减少水体黑臭面积55 hm2。代入公式(6)，可得治理工程的产品供给功能生态效益为903317.3元。

4.6 供水服务功能价值

河流及流域周边湖泊湿地是天然的生物蓄水库，在涵养水源方面具有独特的功能，且流域周边湖泊湿地对洪水也具有很好的调节作用。河流及流域的调蓄功能的强弱与其的容积有密切的关系。依照供水服务进行计算，该项功能的价值的计算公式为：

V=S×Y

(7)

公式(7)中，V(元/a)为供水服务价值。S(t)为可供水资源量；Y(元/t)为水的市场价格。治理工程实施前河流及周边湖泊湿地水质均呈劣V类状态，呈黑臭状态，原有生态系统的供水服务可忽略不计。通过对项目的系统治理，2018年11月项目水体的水质指标达到或优于《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》V类标准。

实施治理工程恢复流域湿地面积2064600 m2，减少水体黑臭面积55 hm2；河流湿地主要来水为雨水，经由河道的达标雨水可用于农业用水及一般景观要求。最终进入水体的雨水量11.37万t/d，由此可得每年可用于灌溉的水量为4150.05万t。根据海南省物价局海南省财政厅海南省水务厅水资源费征收标准[23]，农业取用水地表水0.05元/m3。代入公式(7)，可得该治理工程的供水效益为2075025元。

4.7 休闲娱乐功能价值

休闲娱乐价值采用市场价值法。市场价值法是基于旅游者在旅行中的支出和花费对旅游地区的旅游价值进行估算。生态系统服务功能旅游价值的估算公式为：

V=C1+C2+C3

(8)

式(8)中V为休闲娱乐价值；C1为旅行费用支出，包括旅客的交通费用和在当地的旅游消费支出(餐饮、门票、食宿、交通工具)等；C2为旅游时间价值，即因进行旅游而损失的收入；C3为消费者剩余，包括购买纪念品、摄影等费用。一般C1计算方法为游客流量与旅行费用支出的乘积；C2的计算公式为：旅游时间价值=每小时工资标准×旅行总小时数×40%；C3一般为C1与C2之和的10%[24]。由于海口市是国际著名旅游目的地，工程治理范围涵盖万绿园及金牛湖知名旅游景点，原河流湿地本身具有较高的休闲旅游价值。

根据海口市统计年鉴，2016年游客流量为1225.2万人次，年增长率为8.4%[25]。以万绿园的游客数量为基准进行换算。万绿园年入园达400万人次，按全市旅游增长率，每年游客数量将增加31万人次。由于这些区域属于开放区域，不收取门票费用，旅游消费支出主要为交通费用，计为公共交通：1元/人次。平均游览时间记为6 h。2016年海口市居民每小时最低工资标准为12.6元。代入公式(9)，可得治理工程的休闲娱乐功能的生态效益为10652840元。

4.8 文化科研功能价值

文化科研采用效益转移法估算，等同于生态价值法。成果参数法是以已经制定的评价指标为基础，结合研究区的实际情况，对研究区的服务功能进行评估的方法。

V=P×S

(9)

式(9)中V为生态系统文化科研服务功能的价值；P为生态系统文化科研服务功能的价值系数；S为提供这种服务功能的土地面积。按照Costanza等人的研究表明河流及流域的平均科研文化价值为3897.8元/hm2[26]。在治理工程实施后，水环境可明显得到改善，恢复流域湿地面积2064600 m2。代入公式(9)，可得治理工程的文化科研功能生态效益为804739.8元。

5 结语

(1)通过对整个项目生态服务价值测算，该项目生态修复完成后，生态服务总价值达到4543万元/年；其中水质净化的服务价值最高为2888万元/年，占比63.6%；其次是休闲娱乐的服务价值为1065万元，占比23.4%。生物栖息地的占比最底，仅为总价值的0.2%。主要原因为在未生态修复之前，项目内的水体处于严重的黑臭状态，丧失了最基本的生态服务功能，服务价值接近为零。经过系统修复后，水体水质明显改善，达到了景观及农用水体的标准，因此服务价值较修复前迅速提升，水质净化服务价值十分显著。旅游业和农业是海口的支柱产业，每年前往海口旅游的人口超过1000万人，其中万绿园和东西湖是海口著名的旅游景点，均在生态修复的范围内，因此休闲娱乐的服务价值增加比较显著，仅次于水质净化服务功能为例第二位；由于系统修复的水体均处于主城区内，受到人类生产生活活动的影响，不太适合生物的栖息与繁殖，因此生物栖息地的服务价值偏低(表4)。

(2)由于湿地生态系统是一个脆弱、动态和复杂的系统,系统的各要素之间存在着复杂的相关性[ 15],在凸显水质改善的同时，不可忽视比重较小的调蓄洪水和文化科研的功能。海口常年雨水充沛，降雨时间占据全年的2/3，受到台风的影响概率和频率较高，保障城市的防洪排涝显得尤为重要，因此在生态修复改善水质的同时，要兼顾调蓄洪水的功能。鉴于区位的特殊性，海口与内陆的文化科研联系相对薄弱，在生态修复时，要加强自身科研与文化的提升，赋予修复工程更多的文化内涵，强化生态自然教育和社会实践教育，着力海洋科学与生态科学的研究，推动我国热带地区的科学研究水平，提升项目科研文化服务价值，助力国际生态旅游岛的长远发展。

表4 综合治理工程产生的生态系统服务功能

(3)生态修复类项目服务价值的评估不同于传统湿地服务价值的评估方式，更加倾向修复前后的价值的变量，而不是原始状态的评估，因此需要收集分析历史的数据，跟踪监测修复后的数据，评估修复项目的生态价值动态变化趋势。本项目数据来源主要来自于政府提供，数据完整度不高，此外，根据目前的评估方法，在系统评估直接带来的价值之外，不要忽视外延潜在的价值，比如环境改善对周边地价、房价的影响，对整个城市发展定位和规划的影响，对城市外在影响力和人才吸引力的影响。