海口市红树林生态系统服务价值评估

黄文明，李苑菱，蔡仁飞

1.海南三友海洋科技有限公司，海南海口570125；2.海南省林业科学研究院(海南省红树林研究院)，海南海口571100；3 海南三友海洋红树林研究院有限公司，海南海口570125

生态系统服务功能是自然生态系统与生态过程提供的人类赖以生存的自然环境条件与效用，包括各种物质与生态条件[1]。生态系统服务功能是人类文明和可持续发展的基础，生态系统服务功能被赋予人类价值的内涵，使其成为生态系统产品和服务。为了准确掌握生态系统服务功能及其重要性，往往需要对其进行价值评估，量化生态系统服务功能，为后续的保护与利用奠定基础[1]。当前，人们越来越意识到自然生态系统对人类社会发展的重要性，人与自然和谐相处，与生态文明建设逐渐成为全球社会共识，生态系统服务功能的价值研究成为了当前生态学和保护生物学研究的热点领域之一。

现阶段国内外针对生态系统服务的价值评估主要通过对物质量和价值量的评估实现，其中价值量评估是基于物质量核算的基础上确定生态系统服务的价格完成价值量评估。物质量和价值量评估分别从物质量和货币价值2 方面出发对生态系统提供的服务功能进行定量评估。价值量评估主要由直接市场法、代替市场法和假设评价法组成[2]。其中，直接市场法是指直接运用市场价格对价值表现明显的自然资源进行评价，包括市场价值法、机会成本法、影子工程法等。代替市场法采用与某种服务相同的结果其所需的生产费用作为替代间接估算生态系统服务的价值，包括旅行费用法、享乐价格法等。假设评价法则通过问卷调查等方式获取民众对生态系统服务的支付意愿或者对其价值的判断，主要有意愿调查法、专家评估法等[3-4]。

红树林是指自然分布于热带、亚热带海岸带和潮间带，受周期性潮水浸淹，以红树植物为主的常绿乔木、灌木组成的木本植物群落，是海岸区域重要的湿地类型之一。红树林是介于陆地、河口、海洋生态系统间复杂的自然综合体，具有丰富的生物多样性、高生物量、高生产力的生态系统之一，具有较高的生态价值、美学价值、科研教育价值等[5]。红树林具有重要的社会、经济、生态价值，在防风消浪、保护堤岸、促淤造陆、净化环境、改善生态状况和维护海岸生态平衡等方面发挥着重要作用[6]。红树林湿地类型被列入拉姆萨尔公约国第四届成员国大会制订的拉姆萨尔湿地分类系统及中国湿地资源调查分类系统[7]，成为国际湿地生态保护和生物多样性保护的重要对象。20 世纪50 年代以来，在自然因素和人为干扰的双重驱动下，红树林遭受了较大的破坏，全球35%的红树林已经消失[8]，中国红树林总面积从20 世纪50 年代的42001.00hm2下降至2000 年的22024.90hm2[9-10]，近50%的红树林消失。

海南岛拥有中国植物种类最丰富、生态系统结构最完整的红树林生态系统，是中国红树植物分布中心[11]。历史上，海南的红树林林地曾达12506.00hm2，约占当时中国红树林总面积的1/4。由于人口增长与经济开发，海南岛红树林面积急剧下降。自2006 年出台《海南红树林保护规划(2006-2015)》后，海南红树林面积减少的趋势开始好转。通过建立红树林保护区、人工造林等多种措施对红树林湿地进行生态修复，红树林面积开始呈缓慢增长趋势[1]，至2019 年海南省红树林总面积约5712.31hm2[11-12]。其中，文昌的清澜港和海口市的东寨港的红树林保护最好，是目前海南最大的红树林分布区[5-12]。但是，这些红树林生态系统的价值还没有得到应有的重视，也没有开展针对性的生态系统服务功能的价值量化研究。该研究以海口市红树林湿地为研究对象，对海口市红树林湿地的生态系统服务功能价值进行全面估算，以期为海口市红树林保护与利用提供科学的理论依据。

1 研究区域概况

海口市地理 坐标：19°32′N ～20°05′N、110°10′E～110°41′E，坐落在海南岛东北部，北靠琼州海峡，面积为2304.84km2，地形类似于长心形，全市绝大部分为海拔0m～100m 的台地和平原，局部地区也有少量的山丘，比如石山镇境内的马鞍岭、旧州岭等，海拔最高为222.2m，地势相对平缓[6-7]。

海口市湿地资源丰富，类型多样，其河网密集，是一座江、湖、河、海、溪“五水”并存的城市[8-9]，主要的河流有南渡江、海甸溪、美舍河、鸭尾溪、红城湖、东湖等，城市海岸主要有假日海滩、白沙门海滩、西秀海滩、粤海铁路通道南站码头海滩、东寨港海滨海滩、桂林洋海滩等近海湿地[6，10]。目前，海口市的红树林生态系统总面积约3071.22hm2，主要由现状红树林地（2007.44hm2）、宜林养殖塘（1047.84hm2）和宜林滩涂(15.94hm2)组成(图1)。其中绝大多数的红树林湿地分布在东寨港保护区，约1887.98hm2；剩余面积则零散分布在南渡江沿岸、五源河湿地公园以及美舍河沿岸，约119.46hm2[11-13]。

图1 海口市红树林分布Fig.1 Distribution of mangroves in Haikou City

2 数据与方法

2.1 研究数据来源

参考海南东寨港红树林湿地生态系统国家定位观测研究站、海南文昌森林生态系统国家定位观测研究站以及海南省林业科学研究院（海南省红树林研究院）多年研究和监测数据。

气象与环境参数数据来源于海南省气象局（http：//hi.cma.gov.cn/）与海南省气象数据监测中心。

2.2 评估方法

生态服务功能是生态系统与生态过程所形成及维持人类赖以生存的自然环境条件与效用。文章主要参考了《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)中的生态系统功能评估方法，将海口市红树林生态服务功能划分为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护、森林游憩等8 个类别和15个评估指标，并结合相关评估参数数据，对2019 年度的海口市红树林生态服务功能价值综合进行评估[1-4]。评估指标体系如下图2 所示。

图2 海口市红树林生态系统服务功能评估指标体系Fig.2 Evaluation index system of mangrove ecosystem service function in Haikou city

2.2.1 涵养水源功能

林分调节水量功能的计算公式如下：

调节水量价值的计算公式为：

净化水质价值的计算公式为：

式中，G调为林分调节水量功能（m3/a）；A 为林分类型的面积（hm2）；P 为年降雨量（mm/a）；E 为林分年蒸发散量（mm/a）；C 为年地表径流量（mm/a）；U调为林分年调节水量价值（元/a）；U净为林分年净化水质价值（元/a）；C库为水库建设的单位库容投资额（元/m3）；K 为水质净化费用（元/t）。

2.2.2 保育土壤功能

保育土壤的生态功能包括固土(减少水土流失)和保肥等2 方面。评估公式如下：

式中：G固土为林分年固土量，单位为t；GN 为因固土而减少的N 年流失量（t/a）；GP 为因固土而减少的P 年流失量（t/a）；GK 为因固土而减少的K 年流失量（t/a）；U固土为林分年固土价值（元/a）；U肥为林分年肥价值（元/a）；A 为林地面积（hm2）；N 为土壤含氮量（%）；P 为土壤磷含量（%）；K 为土壤钾含量（%）；ρ 为土壤容重；C土为挖取单位体积土方所需费用（元/m3）；C1 为磷酸二铵化肥价格（元/t）；C2为氯化钾化肥价格（元/t）；C3 为有机肥料价格（元/t）；R1 为磷酸二铵化肥含氮量（%）；R2 为磷酸二铵化肥含磷量（%）；R3 为氯化钾化肥含钾量（%）；X1 为有林地土壤侵蚀模数[t/hm2·a]；X2 为无林地土壤侵蚀模数[t/hm2·a]。

2.2.3 固碳释氧功能

固碳释氧的生态功能主要包括森林的固定大气中的CO2和释放O2等2 方面。计算公式如下：

式中：G植为植被的年固碳量(t/a)；G土为土壤的年固碳量（t/a）；G氧为植被的年释氧量(t/a)；U碳为植被和土壤的年固碳价值(元/a)；U氧为植被的年释氧价值 (元/a)；R碳为CO2中C 的含量常数，为27.27%；A 为林分面积(hm2)；B年为林分净生产力[t/hm2·a]；F土单位面积林分土壤年净固碳量[t/hm2·a]；C碳为固碳价格(元/t)；C氧为氧气价格(元/t)。

根据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721—2008）中的计算方法，得到海口市红树林固碳和释氧实物量。

2.2.4 林木营养物质积累功能

林木营养物质积累的生态功能指在森林的生长过程中所积累的营养元素，营养物质的积累主要是N、P 和K 等3 个大量营养元素的积累，其他一般元素和微量元素未予以考虑。计算公式如下：

式中：G氮、G磷、G钾分别为林分的N、P 和K 的年净积累量（t/a）；U营为林分营养物质积累价值(元/a)；A 为林分面积 (hm2)；B年为林分净生产力[t/hm2·a]；N营、P营、K营分别为林木的平均N、P、K 的含量（%）；C1 为磷酸二铵化肥价格（元/t）；C2 为氯化钾化肥价格（元/t）；R1 为磷酸二铵化肥含N 量（%）；R2 为磷酸二铵化肥含P 量（%）；R3 为氯化钾化肥含K 量（%）。

2.2.5 森林净化环境功能

净化环境的生态功能指在森林提供负离子（空气清洁剂）、吸收SO2、吸收氟化物、吸收氮氧化物、吸收土壤重金属（Pb、Ni、Cr、Hg、Zn 等）、滞尘（PM10、PM2.5 等）、降噪、灭菌（林木释放植物精气等芳香物质）等方面。计算公式如下：

式中：A 为林分面积(hm2)；H 为林分平均高度(m)；L 为负离子寿命(min)；G负、G硫、G氮、G氟、G重、G尘分别为林分产出的负离子个数（个/a）、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金属和滞尘量（t/a）；U负、U硫、U氮、U氟、U重、U尘分别为林分的提供负离子、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金属和滞尘量（元/a）；Q负、Q硫、Q氮、Q氟、Q重、Q尘分别为林分单位面积的负离子年度（个/cm3）、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金属和滞尘量[kg/hm2·a]或[t/hm2·a]；K负、K硫、K氮、K氟、K重、K尘分别为负离子平均生产费用（元/个）、SO2、氮氧化物、氟化物和重金属的治理费用以及滞尘的清理费用(元/kg 或元/t)。

2.2.6 森林防护功能

森林防护的生态功能指在森林在防风固沙、护岸护堤、护路护村、保障居民正常生产生活、保障农业生产等方面的功能，主要体现在减少因风暴、干旱、洪水、台风、盐碱、霜冻、沙压等自然灾害危害造成的损失等方面，在海南，则主要体现在防台风暴雨的破坏以及减少干旱带来的影响。计算公式如下：

U防=A×Q防×C防（32）

式中：U防为森林防护价值(元/a)；A 为林分面积(hm2)；Q防为由于农田防护林、防风固沙林等森林存在而增加的单位面积农作物年产量[kg/hm2·a]；C防为农作物与牧草价格(元/kg)。

2.2.7 保育生物多样性功能

生物多样性保育功能，主要体现在生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性等3 个层面的保护和维持方面。通过计算Shannon-Weiner 物种多样性指数的方法，定义物种多样性指数范围所对应的价值量，评估生物多样性保育价值。Shannon-Weiner物种多样性指数高的生态系统，其生物多样性保育的价值也高，反之其价值就低。计算公式如下：

式中：U生为林分生物物种多样性保育价值（元/a）；S生为单位面积因生物物种损失的机会成本[元/（hm2·a）]；A 为林分面积（hm2）。

2.2.8 森林游憩功能

森林游憩功能的计量目前还没有一个通用的方法。根据行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721-2008），可通过计算生态旅游的受益（直接和间接的价值）来粗略估算。文章通过查阅国内外旅游收益直接和间接的比例关系，确定2008年～2012 年期间海南旅游的直接和间接受益的平均比值为1：3.18。由于海南森林类型的不同，所产生的旅游效益也有所差异。结合旅游者的旅游意愿比重、不同森林类型的开发程度，综合计量海南不同森林类型的旅游收益权重，结果为：原始林64.18%、次生林22.02%、防护林1.51%、红树林4.97%、橡胶林2.08%、用材林0.48%、经济林4.63%、灌木林0.13%。随后，根据2018 年全省旅游收入总额及红树林权重比例，计算得出海口市红树林的游憩功能价值。

3 结果

2019 年海口市红树林生态服务功能价值总量为46871.66 万元。其中各项生态服务功能类别的价值量如表1。

表1 海口市红树林湿地生态服务功能类别价值构成Tab.1 Value composition of mangrove wetland ecological service function category in Haikou City

红树林湿地涵养水源功能价值为4999.45 万元。其中，红树林的调节水量（涵养水源能力）的总价值为3529.30 万元，净化水质的总价值为1470.15 万元。

海口市红树林的固土量为9712.61t，保肥量（折算成N、P、K 和有机肥量）为1150.29t，换算后得出红树林湿地保育土壤功能总价值为231.96 万元，其中红树林每年因减少土壤流失的价值为15.60 万元，森林土壤因减少土壤流失而保持的N、P、K 所产生的价值（保肥价值）量为216.35 万元；

海口市红树林的固碳量为每年14526.68t（纯碳），其中植被固碳7178.88t、土壤固碳7347.80t，折合成CO2量53264.49t（由纯碳量×系数44÷12）；释放O2量为17060.41t。经公式换算得出，红树林湿地固碳释氧功能总价值为7287.08 万元，其中固碳总价值为5582.63 万元，释氧总价值为1704.45 万元。

海口市红树林2019 年度林木积累N、P、K 营养实物量 (折合为磷酸二铵和氯化钾肥量)为1026.77t。经换算得出，海口市红树林湿地林木营养物质积累总价值为600.63 万元。

海口市红树林每年提供的负离子数量为82.35×1020个；可吸收177.96tSO2、7.35t 氟化物、14.21t 氮氧化物、15.95t 重金属，滞尘20312.02t。经换算得出海口市红树林湿地净化环境功能总价值为3808.46 万元，其中提供负离子价值2.75 万元；吸收SO2价值24.02 万元；吸收氟化物价值0.57 万元；吸收氮氧化物价值1.01 万元；吸收重金属价值最高（因重金属的治理费用相对昂贵），达3428.00万元；降噪价值4.69 万元；滞尘价值为342.83 万元；灭菌价值4.58 万元。

海口市红树林湿地防护功能（因森林的存在而减少的洪涝灾害、旱灾、防风固沙、护堤护岸等防护功能）总价值量为8338.32 万元。海口市红树林湿地保育生物多样性功能（因森林的存在而保育的生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性）总价值为3440.85 万元。

2018 年全省旅游总收入为811.99 亿元，按照10%的份额计算热带森林旅游的收益为81.12 亿元。按照红树林的面积与收益权重（4.97%），得出红树林游憩价值每年达9.05 万元/hm2。根据海口市现状红树林面积2007.44hm2，可得出海口市红树林湿地森林游憩功能价值量为18164.92 万元。

从各服务功能价值项的比例与构成可以发现，2019 年海口市红树林的森林游憩功能价值量最高（表1、图3），占总价值量的38.75%；其次为森林防护功能，占总价值量的17.79%；固碳释氧、涵养水源、净化环境、保育生物多样性和林木营养物质积累等功能所占比例分别为15.55%、10.67%、8.13%、7.34%、1.28%；而保育土壤功能价值量最低，仅占比0.49%（图3）。

图3 海口市红树林生态系统服务价值类别与构成Fig.3 Value category and composition of Mangrove ecosystem Service in Haikou City

4 讨论

4.1 生态系统服务功能的价值评估

海口市红树林湿地各服务功能价值项中森林游憩功能、森林防护功能和固碳释氧功能分别位列前三位，占总比值的72%。这可能是因为随着生活质量的提高，人们追求高品质生活的愿望日益递增，旅游业高速发展。兼顾海洋、森林和河流自然条件于一体的红树林生态系统的游憩功能得到了广大人民的重视[14-16]。这使得海口市红树林湿地的服务功能主要表现在森林游憩功能方面（表1、图3），服务价值高达1800 多万元，成为海口市红树林生态系统服务价值最高的类别。这也证实了红树林生态系统的旅游价值及其保护意义，有望成为海口市可持续发展和国家生态文明试验区（海南）建设的一个重要支撑[17-18]。

另一方面，红树林是典型的群落交错区，是海岸带、河口、河岸陆地等生态系统的交错地带，具有丰富的生境类型和多种的生态位，为生物多样性形成与维持提供了良好的条件，保障了红树林生态系统结构与功能的完整性与健康程度。健康的红树林生态系统具有防风护堤、抵御台风和风浪侵蚀海岸等作用，具有极为重要的生态价值。海口市红树林主要集中在东部的东寨港区域，这个方位正是台风袭击海口的必经之路[19-21]。这使得海口市红树林的森林防护功能价值非常突出，近8400 多万元。海口市红树林固碳释氧的功能与价值也非常突出，略低于森林防护功能，处于海口市红树林生态系统服务价值的第3 位。这2 个指标体现了红树林对于海口市生态安全的极端重要性，特别是位于海口市东部的东寨港红树林，可以抵挡台风及其带来的风浪[22-23]，是海口市生态安全与可持续发展的重要基础，同时也是国家生态文明试验区（海南）以及海南自由贸易港建设的一个重要保障。

由于红树林生态系统的复杂性和特殊的群落交错区特性[15-16]，基于红树林调查数据、生态站监测数据以及气象数据对海口市红树林生态系统服务价值的估价可能存在一定的偏差。今后有待于增加其他影响因子以及评价指标进行深入研究，利用新技术，采集更多生态因子和多年的数据，科学选择关键评价指标，逐渐建立一个更准确的红树林生态系统价值评估方法与体系。

4.2 保护与管理建议

从中国各省近几十年红树林的动态分布看，红树林分布重心转移明显，轨迹方向基本与海岸潮间带走向一致，大多指向受到良好波浪掩护的港湾或河口湾内[16-24]。海口市的东寨港、文昌市的清澜港正是典型的代表。虽然红树林本身具有很强的抗自然干扰，如台风或海啸的能力，但人为干扰导致的栖息地丧失与破碎化、污染与生物入侵等影响往往是不可逆的[1-2]。因此对红树林的恢复发展不应该只是狭义地在其资源保护和对气候环境变化的适应上寻找策略，而应该依据海南当地的需求来科学的规划，制定多中心和多层面的保护策略[6]。有效的管理是实现红树林保护的重要保障，这要求综合考虑各方面可利用的现有和潜在的管理体制和管理资源，充分利用这些资源与环境，借鉴复杂性理论开展红树林的有效保护管理[7]。针对海口市红树林生态系统的主要服务功能及其面临的问题[8]，建议从以下6 个方面采取保护与管理措施，以保护、优化与提升海口市红树林生态系统服务功能：

（1）明确管理边界和尺度。在相关部门支持配合下，保护区边界应及时埋设界桩，设立明显的标志，设置防护网，既起到一定的防护作用，同时也避免保护区管理中出现与周边社区的土地纠纷，便于有效开展红树林生态系统的保护及生态价值的优化与提升。

（2）加强红树林保护区管理与建设。加强与相关部门的协调合作，加强保护区执法机构建设，理顺执法和管理关系。进一步完善利益相关者参与机制，加大保护区管理力度，打破保护区自我封闭的管理模式，鼓励当地居民积极参与，建立与周边社区开放式的共建、共管、共同保护、共同发展的系统。

（3）加强管理队伍人才建设。科学管理是红树林保护区生存和发展的基础，因此要加强保护区组织领导，进一步完善设施条件，加强和完善红树林湿地环境保护技术和生态监测设施建设，加强管理队伍建设，开展技术培训，加大科技投入，提高科研水平，培养科技人才，加强对外交流与合作等方面多做工作。

（4）大力开展湿地生态修复活动。红树林景观面积的增加有利于系统生态功能的增强。通过红树林的营造林措施改变裸滩环境，有利于提高红树林生态系统的生物多样性，优化红树林生态系统结构和功能。

（5）促进保护区周边社区产业结构改革与发展。合理调整产业结构，发展高附加值加工业，提高产品的附加值；改进生产经营方式，发展规模化标准化的养殖业；合理规划与适度旅游开发，开发与红树林生态旅游业配套的商业、服务业及工艺品制作等产业，建立针对周边社区经济社会发展的支持体系；与周边社区形成红树林保护的共建、共管、共同保护、共同发展的开放式管理机制。

（6）促进红树林保护与居民生计的协调发展。依据红树林生态系统服务的不同利益相关者开展红树林生态补偿，协调红树林生态系统服务保护与居民生计发展的关系，依据其受益强度开展生态补偿机制研究，促进红树林生态系统保护。