黄土高原湿地生态系统服务功能价值评估——以陕西省千湖国家湿地公园为例

陈 炜, 张雨珂, 炊 雯, 李红兵

(1.陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室/地理与环境学院 宝鸡文理学院, 陕西 宝鸡721013;2.西北农林科技大学 水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西 杨陵 712100)

自Costanza[1]提出生态系统服务价值体系以来，不同类型生态系统服务价值的评估受到越来越多的关注[2-4]。作为自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，湿地与人类的生存、繁衍和发展息息相关。我国学者对不同地区湿地的生态服务功能价值进行了评估[5-6]。然而关于湿地生态系统服务价值评估的研究多集中在我国东中部地区[7-10]，关于黄土高原湿地生态系统服务价值评估的研究较少[11-12]。湿地作为黄土高原地区重要的生态系统类型，对维持该地区生态系统安全有十分重要的作用。陕西省湿地总面积为3.09×105hm2，占其总面积的1.50%[11]。有研究表明，宝鸡市生态价值总量显著高于关中地区其他市区，是关中最重要的生态价值产益区，这与宝鸡市湿地生态系统较多有密切的关系，宝鸡市湿地面积约为3.60×105hm2[13]。其中，千湖国家湿地公园作为陕西省第一个挂牌的国家级湿地公园，对于维持区域生态平衡和保障社会经济可持续发展具有重要意义。

陕西省千湖国家湿地公园是西北首个国家级湿地公园，该湿地公园属于典型的黄土地貌湿地，主要是集河流湿地、库塘湿地、沼泽湿地于一体。黄土高原地区属于典型的生态系统脆弱区，而陕西千湖国家湿地公园健康的发展，对维持该地区生态健康发展和恢复环境服务功能，提高环境承载力等方面发挥着巨大的作用。因此研究千湖湿地的生态系统服务功能价值，对评估黄土高原地貌类型湿地的生态服务价值和维持黄土高原湿地生态系统的健康发展有重要的作用。本研究通过市场价值法、碳税法、造林成本法、影子工程法、替代费用法等相关方法，对该湿地生态系统服务价值进行全面的科学的估算，同时比较该湿地与其他类型湿地在服务价值上的异同，寻找黄土地貌湿地在生态服务价值上的特征，为黄土地貌湿地生态系统服务价值评估提供基础数据，同时也为该湿地公园科学综合的管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

陕西省千湖国家湿地公园(34°37′54″—34°41′59″N，107°3′55″—107°8′13″E)位于陕西省宝鸡市千阳县千河谷地中游，总面积573.2 hm2，其中湿地面积417.9 hm2，占该公园面积的72.9%，是以河流湿地为主，集河流湿地、库塘湿地、沼泽湿地特征于一体，具有我国西北地区典型特征的黄土高原湿地[14]。千湖国家湿地公园属黄土高原渭北台塬丘陵沟壑区，中间系千河谷底，谷底两侧系黄土台塬，海拔高程约为710～1 100 m，谷地冲积层较厚，地势平坦，土壤主要有黄绵土、淤土、湿土等[15]。湿地公园地处渭河一级支流千河流域，千河发源于陕甘宁交界的关山山脉，经陇县，流入千阳，后汇入冯家山水库。境内流长36 km，流域面积835.86 km2，平均流量12.9 m3/s，年径流量4.08×108m3，常年不断流，为宝鸡市重要的水源。该区气候属温带大陆性季风区半湿润气候。年平均气温10.9 ℃，多年平均降水量653 mm，降雨多集中在7—9月。2011年，千湖被国家林业局命名为国家湿地公园，成为陕西省第一个国家湿地公园。湿地公园生物资源丰富，有陆生脊椎动物178种，隶属27目64科130属，占陕西省脊椎动物总数(739种)的24.09%。其中，鱼类5目9科27属29种，鸟类12目35科70属107种。其中，国家Ⅰ级重点保护物种有朱鹮、黑鹳2种，国家Ⅱ级重点保护物种有细鳞鲑、水獭、青鼬、大天鹅、灰鹤、鸳鸯、长耳鸮等12种[16]。

1.2 指标体系构成

参考以往湿地生态系统服务价值分类方法，如物质生产，旅游休闲，科研文化和涵养水源等[10-11,16]，并结合陕西千湖国家湿地公园生态系统特征及其所在区域社会经济建设需求等特性，将陕西千湖国家湿地公园生态系统服务价值划分为直接和间接使用价值2大类，并建立了陕西省千湖国家湿地公园生态系统服务价值评估指标体系(表1)。

表1 陕西省千湖国家湿地公园生态系统服务 价值构成和评估方法

1.3 主要研究方法

通过地理空间数据云(http:∥www.gscloud.cn/)获得dem影像/陕西省2015年土地利用分类图，通过erdas进行拼接，之后通过ArcGIS 10.2用千阳行政区划边界对拼接后的影像进行裁剪，得到该地区高程渲染图/2015年土地覆盖分布图。根据收集到的基础数据以及相关文献资料，通过以下6种方法对陕西省千湖国家湿地公园生态系统服务价值进行评估。

(1) 市场价值法。针对具有市场价格的生态系统产品和生态服务功能进行价值估算的一种方法[18]。本文通过公式(1)估算陕西千湖国家湿地公园物质生产功能价值。

V物质生产=∑mivi

(1)

式中：V物质生产——千湖国家湿地公园在物质生产方面价值；mi——第i类物质的单产；vi——第i类物质的市场价格。

(2) 旅行费用法。常用于评估自然生态系统的旅游休闲价值，为旅游者费用支出的总和。包括游客在自然生态系统游览过程中所产生的交通、饮食、门票、住宿等费用和旅行时间价值等[19]。本文通过该方法估算陕西千湖国家湿地公园在旅游休闲方面的价值。

(3) 成果参照法。指在计算自然生态系统某些生态服务功能的经济价值时，参照与该类生态系统相同的生态服务功能价值评估的研究成果，估算研究对象在该项生态服务功能的价值[20]。本文在估算陕西千湖国家湿地公园在科研文化和栖息地方面的价值时采用该方法。

(4) 影子工程法。指假设当环境破坏后，以人工建造一个新工程来替代原来生态系统的功能或原来被破坏的生态功能的费用，多用于估算环境破坏造成损失的一种方法[21]。本文在估算陕西千湖国家湿地公园在涵养水源方面的价值时采用上述方法。

(5) 碳税法和造林成本法。碳税法是根据光合作用方程式，以干物质生产量来换算湿地植物固定CO2和释放O2的量，再根据国际和我国对CO2排放收费标准，将生态指标换算成经济指标，得出固定CO2的经济价值[22]。造林成本法属于替代成本法，是指由湿地光合作用所产生的O2换算成工业制氧所需的费用。通过公式(2)进行计算：

V固碳释氧=V固碳+V释氧=A1W1+A2W2

(2)

A1和A2的确定，其中A1指碳税率在本文中取770元/t，是国际上通用的碳税率150美元/t[23]和我国造林成本250元/t[24]的平均值，A2为工业制氧的价格取1 000元/t(中华人民共和国卫生部网站(http:∥wsb.moh.gov.cn)的氧气价格)；W1和W2分别为湿地固定CO2的量和释放O2的量。

(6) 替代成本法。指根据现有可用替代品的成本评价生态资本的经济价值[25]。本文在估算陕西千湖国家湿地公园在水质净化方面的价值采用上述方法。

2 价值具体核算

2.1 直接使用价值

2.1.1 物质生产价值 在估算陕西千湖国家湿地公园物质生产方面的价值时，主要涉及以下两个方面。一是水产品的生产，二是由于灌溉对粮食增产的作用。水产品价值的评估根据宝鸡市年鉴(2010年)，宝鸡市2010全市投入水产养殖的水域面积为2 936 hm2，全市渔业总收入1.37×108元。估算出宝鸡市单位面积渔业收入4 666元/hm2，千湖湿地水域面积为417.9 hm2，按1%进行渔业养殖，估算出千湖湿地渔业收入为1.90×106元/a；灌溉对粮食增产价值的评估：湿地公园地处宝鸡市冯家山水库上游。据统计，水库运行30 a来，宝鸡、凤翔、岐山、扶风、眉县、永寿、乾县等7县，旱原灌区增产粮食4.00×1010kg[14]，其中按照1%的灌溉水来自千湖湿地，粮食以2.0元/kg计算，从而估算出近30 a由于千湖湿地灌溉提高粮食增产年均收入为2.70×106元/a。最终计算该湿地公园在物质生产方面的价值(V物质生产)为4.60×106元/a。

2.1.2 旅游休闲价值 在估算陕西千湖国家湿地公园在旅游休闲方面的价值时，只考虑景区门票和旅行时间的花费。以陕西千湖国家湿地公园门票售价为60元/张和游客工资以人均100元/d来计算，自公园建立至2011年12月，千湖湿地公园已接待游客2.3万人次(http:∥travel.163.com/11/1207/12/7KM13E3H00063JSA.html)，估算该湿地公园全年接待量为5.00万人次，最终估算出该湿地公园在旅游休闲方面的价值(V旅游休闲)为8.00×106元/a。

2.1.3 科教文化价值 鉴于目前对陕西千湖国家湿地公园在科研文化价值方面没有具体的统计数据，因此在估算陕西千湖国家湿地公园在科教文化方面的价值时，根据我国内陆71个湿地的平均单位面积科研文化价值[10]，估算该湿地公园在科教文化方面的价值(V科研文化)为1.90×107元。

2.2 间接使用价值

2.2.1 气体调节价值 本文在估算陕西千湖国家湿地公园在气体调节方面的价值时，通过植物光合作用的方程式(3)，估算其在固定二氧化碳和释放氧气方面的价值。

CO2+H2O→C6H12O6+O2

(3)

根据各物质的分子量，计算植物在进行光合作用时，每生产1 t干物质可固定二氧化碳1.6 t/a，同时释放氧气1.2 t/a。千湖国家湿地公园分别种植芦苇和蒲草，生长面积为37 hm2[14]，鉴于此水生植物的生物量目前无法直接获得，因此以黄河滩地芦苇和蒲草平均生物量3 270.45 kg/(hm2·a)[26]进行估算。根据上述计算方法和数据，估算出千湖国家湿地公园芦苇和蒲草每年固定二氧化碳的价值为1.50×108元/a；同样每年释放氧气量的价值为1.40×108元/a。因此，该湿地公园在固定二氧化碳和释放方面的价值(V固碳释氧)为2.9亿元/a。

2.2.2 涵养水源价值 根据公式(4)估算千湖湿地涵养水源的价值：

涵养水源价值=涵养水源量×水库库容价格

(4)

以水体容积来表示涵养水源的量，但未能获得千湖湿地水体容积具体数据，经过推算可得出千湖湿地的水体容量，其中湿地面积417.9 hm2，湿地安全蓄洪深度一般为3.5～4.0 m。而该地区降雨较少，因此以3.5 m作为千湖湿地公园平均深度，估算其涵养水源量为1.46×108m3，单位蓄水量库容成本以我国水库建设投资计算，每建设1 m3库容需年投入成本0.67元[27]，而估算出，该湿地公园在涵养水源方面的价值(V涵养水源)为9.80×106元/a。

2.2.3 水质净化价值 通过文献查阅获得宝鸡千河公路桥处和冯家山引水口处氨、氮和总磷在2007—2009年平均值分别为0.62，0.09，0.15和0.01 mg/L[28]，表明经过千湖湿地总氮和总磷的浓度分别下降了0.47，0.08 mg/L；按照净化总氮单价为1.5元/kg，总磷为2.5元/kg[29]，冯家山水库从1974年下闸蓄水到2009年底，累计出库水量1.23×1010m3[30]，年均出库水量为3.40×108m3，从而估算出该湿地公园在水质净化方面的价值(V水质净化)为3.00×105元。

2.2.4 栖息地价值 根据谢高地[31]等关于中国单位面积湿地生物多样性维持服务价值的研究成果显示，湿地栖息地的价值为每年2 212.2元/hm2以及张翼然等[10]对我国内陆湿地生态系统服务价值关于栖息地价值统计的结果表明，我国单位面积(km2)栖息地价值为1,30×106元。本研究取二者的平均值为7 626元/hm2，千湖湿地的水域面积为3.09×105hm2，以此推算出该湿地公园在栖息地方面的价值为(V栖息地)3.20×106元。

3 结果与分析

3.1 生态系统服务价值构成

千湖国家湿地公园生态系统服务价值总量为3.30×108元，单位面积价值量约为7.90×105元/hm2。其中，间接使用价值所占比重大，为总价值的90.5%，直接价值所占比重为9.5%(表2)。这与其他湿地生态系统服务价值表现出相同的规律，即间接使用价值显著高于直接使用价值[12,32-33]。表明陕西千湖国家湿地公园与其他湿地生态系统在生态服务功能中间接使用价值巨大。在对千湖国家湿地公园所评估的所有生态功能服务价值中，以气体调节的价值最大，为2.90×108元/a，占总服务价值的87.5%，而水质净化的服务价值最小，仅为3.00×105元/a。通过比较不同生态功能服务价值及其所占比例，得到不同生态功能服务价值量的大小依次为：气体调节>科研文化>涵养水源>旅游休闲>物质生产>提供生物栖息地>水质净化。这说明千湖湿地生态系统在气体调节和科研文化方面发挥着巨大作用，是千湖湿地生态系统的核心和主导服务功能。同时也说明千湖湿地具有湿地公园的重要功能，表现在旅游休闲方面具有较高的价值量，另一方面，湿地公园作为城市绿肾，体现了城市湿地与天然湿地的差别，表现在气体调节方面具有较高的价值量。随着我国退耕还林、还湿政策的实施，表明我国越来越重视低碳减排措施的开展，千湖湿地生态服务功能中，气体调节具有最高的服务价值，表明湿地在减排措施中有非常重要的作用。千湖湿地公园面积仅占千阳县面积(996.64 km2)的0.42%，却提供了高达3.30×108元的生态系统服务价值，千湖湿地单位面积服务价值是2017年全县单位面积生产总值的1.4倍，说明千湖湿地为当地带来了巨大的效应，揭示了千湖湿地在提供生态系统服务价值方面具有重要的作用。虽然千湖湿地单位面积最终服务价值是2017年全县单位面积生产总值的1.4倍，但是显著低于博斯腾湖单位面积服务价值与全州生产总值的关系[33]，表明通过对千湖湿地生态系统科学的管理，提高其生态服务价值仍有巨大的潜力。

表2 陕西省千湖国家湿地公园生态系统服务价值

3.2 与其他湿地生态系统单位面积生态服务价值量的比较

由于不同湿地所处的地理位置不同以及当地对湿地各项服务的需求强度有所区别，从而引起不同湿地其生态服务价值存在差异。千湖湿地生态系统单位面积生态服务价值量(7.90×105元/hm2)与陕西省湿地生态系统单位面积生态服务价值量相当(9.30×105元/hm2)[11]，而小于同处于黄土高原地区，洽川湿地生态系统单位面积生态服务价值量(4.60×106元/hm2)[26]，主要原因是由于洽川湿地生态系统服务价值中物质生产所提供的价值为2.01×108元，显著高于千湖湿地生态系统服务价值中物质生产所提供的价值，而大于同处于西北地区的博斯腾湖生态系统单位面积生态服务价值量(9.20×104元/hm2)[33]。显著低于全国71个湿地单位面积生态服务价值量(4.60×106元/hm2)的均值，可能的原因是由于在估算千湖湿地单位面积生态系统服务价值量是由于数据的不足，而忽略了其在气候调节，调蓄洪水等方面的价值。

4 结 论

(1) 陕西千湖国家湿地公园的生态系统服务总价值为3.30×108元，单位面积价值量约为7.90×105元/hm2。其中，直接使用价值为3.20×107元，直接价值为3.00×108元。在直接使用价值中，以科研文化价值最高，其次为旅游休闲价值，而物质生产价值最低；在间接使用价值中，以气体调节价值最高，而水质净化价值最低。

(2) 由于基础数据的缺乏，本研究对千湖湿地生态系统服务功能评估还不够全面，如未考虑气候调节服务，在估算物质生产的数据相对较早。缺乏对千湖湿地生态系统服务价值随时间变化规律方面的分析。