基于当量因子法评估不同时期洪湖湿地生态系统服务价值

裴孟杰，陈中义，史玉虎，周文昌

(1.长江大学园艺园林学院，湖北 荆州 434020；2.湖北省林业科学研究院，湖北 武汉 430075；3.湖北洪湖湿地生态系统国家定位观测研究站，湖北 洪湖 433200)

0 引言

湿地恢复不仅可以维持生态系统的健康，改善生态系统服务的提供模式，也可以带来重要的长期效益[1-2].生态工程效益评价作为湿地恢复的一种评价标准，可有效地对正在实施或已完成生态工程的生态、经济、社会效益进行综合系统分析，评价其工程建设是否有益，以期为预测和判断该生态系统演变提出合理化建议，从而实现生态效益、经济效益最大化[3].目前全球关于生态系统服务价值的评价方法尚没有统一的定论，在将生态系统服务价值量化和货币化方面存在难度，且大都运用替代法估算，不仅需要大量的调查检测数据作为评价依据，而且因参数选取的不同，最终结果也会有所差别.如莫明浩等[4]和刘韬等[5]分别对洪湖湿地生态系统服务价值进行估算，前者计算的价值量高于后者.因此，为解决此类问题，1997年，Costanza等[6]对全球生态系统服务功能进行划分整合，从功能角度将生态系统划分为大气调节、气候调节、干扰调节、游憩和文化服务等17种子类型，按照10种生物群系(Biome)进行货币估算，并制定出生态系统服务价值定量表.谢高地等[7]认为Costanza等研究人员计算出1个生态服务价值当量因子的经济价值量为 54＄/hm2与我国本土情况有所差异，在中国直接运用存在一些缺陷.因此，谢高地等[8]通过模型运算和地理信息空间分析等方法，在单位面积价值当量因子静态评估方法的基础上，对其进行改进，重新制定出中国陆地生态系统单位面积服务价值当量因子表.运用当量因子法估算生态系统服务价值可以在已知土地利用面积的情况下快速获得较为精确的生态系统服务价值.如魏圆云等[9]以北京市延庆县蔡家河为例运用中国陆地生态系统服务价值当量对湿地恢复工程效益分析，计算出湿地恢复工程的投资回收期为19.96年，具有潜在盈利能力.谢高地等[10]运用当量因子法对青藏高原高寒草地生态系统服务价值进行评估，最终计算出青藏高原天然草地生态系统的生态服务价值.

洪湖作为我国第七大湖泊湿地，湿地物质和人文资源丰富，许多专家学者也对其进行了大量的研究.王飞等[11]从结构和功能方面论述了20世纪60年代初洪湖湿地生态系统的演替趋势；杨其仁等[12]调查记录了1996—1997年洪湖的鸟类；王相磊等[13]研究了洪湖湿地退耕初期种子库的季节动态；刘韬等[5]以洪湖湿地为例，根据生态系统服务影响的范围尺度及其主要受益人，对洪湖湿地进行服务价值评估；周文昌等[14]对洪湖湿地的大气调节服务价值进行了定量评价；张垒等[15]对2017年洪湖湿地的直接使用价值、间接使用价值进行了初步评估.以上针对洪湖湿地生态系统服务功能价值的核算，均是静态的评估，缺乏对洪湖湿地实施生态保护工程以来的服务功能价值动态变化的研究.因此，本研究以洪湖湿地2001—2017年土地覆盖类型变化数据为依据，通过当量因子法对洪湖湿地服务功能的价值进行估算，以期为洪湖湿地生态保护修复提供决策参考.

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况洪湖湿地国家级自然保护区位于湖北省东南部，长江中游北岸，保护区以洪湖围堤为界，行政区划隶属荆州市，地跨洪湖市和监利县，介于东经113°11′～113°28′，北纬29°38′～29°59′之间，平均水深1.35 m，总面积438.78 km2，是中国第7大淡水湖，也是湖北省最大且最具代表性的湖泊型湿地，兼具调蓄、灌溉、渔业、航运等多重功能[16-18].

自20世纪40年代以来，洪湖面积呈逐年缩小趋势，生态环境遭受严重破坏[17].这一后果不仅是受自然环境的影响，最主要是人们对洪湖湿地不合理的开发利用所致.上世纪50～70年代，为解决当地居民粮食问题，缓解人地矛盾，湖区居民共进行了3次大规模的围垦拓荒运动，致使洪湖面积迅速缩小[19-20].另外，为防洪需要，20世纪50年代中期开始大规模建设水利设施[21]，堤坝和闸门阻隔了洪湖与长江的共通，造成湿地面积极度萎缩，加剧了洪湖湿地沼泽化程度[22].2000年以后，人们开始大面积地围湖养鱼.截止2004年底，洪湖水域内圈养面积达到71%，围网面积已达25 133 hm2，已经大大超过湖泊自身承载力[23].一系列人为的干扰运动，最终导致洪湖湿地面积缩小，污染加重以及物种多样性降低，生态系统破碎化等生态问题，造成洪湖湿地资源受限，湿地生态系统服务功能受损，严重制约经济发展[24].

为缓解洪湖湿地生态环境问题，2003年，政府斥资1 177万启动了“洪湖湿地保护与恢复示范工程”.2004年以后，开始大面积拆除围网，大力恢复植被和实行流域管理来改善水质恶化与富营养化问题.2005年投资5 000万元的洪湖生态治理工程首期10万亩拆围任务完成，示范区内围网已全部拆除,恢复了开阔的水面景观[25].但当年为减小拆围阻力，政府为渔民每家划分20亩(1亩为666.7 m2)水域支持他们继续养殖，但部分渔民偷偷扩大养殖范围，到2013年，非法围网超过10万亩.2016年洪湖市、监利县再次组织拆违活动，到2017年1月24日，共拆除围网17.13万亩.

基于以上洪湖湿地遭受人类活动干扰影响及其湿地保护修复历史，本研究选取2001年、2006年和2017年3个时期作为时间节点，研究生态工程对洪湖湿地生态系统服务价值的影响变化情况，探索湿地利用类型对湿地生态系统服务价值的影响.

1.2 研究方法借鉴谢高地等[8]改进后的中国陆地生态系统单位面积服务价值当量表，将农田当量价值看作1，并规定区域农田生态系统主要农作物(稻谷、小麦、玉米)单位经济价值等于区域单位当量服务价值的7倍[26].将生态系统服务价值当量因子价值量与改进后的各生态系统价值当量相乘，得到各单项生态服务的价值量.基于2001年、2006年、2017洪湖湿地土地覆盖变化数据[18]，将洪湖湿地土地利用类型划分为两大类，分别为农田生态系统和湿地生态系统，且洪湖湿地周边农田以稻田为主[27](图1).依据当量因子价值量，最终计算出湿地生态系统和农田生态系统单位面积各项服务功能价值量.

图1 2001年、2006年、2017年土地覆盖变化

依据谢高地等[8]制定的单位面积生态系统服务价值当量，估算洪湖湿地生态系统服务总价值.生态系统服务价值计算公式为：

式中：L财为湿地生态系统服务总价值，D为生态系统服务价值当量因子的价值量，Fi为i类生态系统生态服务功能的单位面积价值当量因子，Si为i类生态系统分布面积.

生态系统服务功能对恢复工程效益贡献率为：

CR=(CL财a-CL财b)/(L财a-L财b)×100，

式中，CR(%)为生态系统服务功能对恢复工程效益的贡献率，CL财a为研究区实施恢复工程后各项生态系统服务价值，CL财b为研究区实施恢复工程前各项生态系统服务价值，L财a为研究区实施恢复工程后湿地生态系统服务总价值，L财b为研究区实施恢复工程前湿地生态系统服务总价值.

2 结果与分析

2.1 洪湖湿地生态系统服务价值分析本研究参考2019年研究区粮食收益情况和粮食播种面积，对标准单位生态系统服务价值当量因子进行修正.参考《湖北省统计年鉴》[28]计算出2019年荆州市主要粮食作物单位面积产量为5 987.89 kg/hm2.参考《全国农产品成本收益资料汇编2019》[29]，整理得出我国农产品粮食农作物单价为2.193 2元/kg，两者相乘得出研究区2019年粮食单产市场价格为13 132.64元/kg.最终计算研究区单位当量服务价值为1 876.09元/hm2，各单项生态服务的价值量如表1所示.

表1 洪湖湿地不同生态系统单位面积生态服务价值表

洪湖湿地实施生态恢复工程后，3个时期服务价值呈增加趋势(图2).2001、2006年和2017年洪湖湿地生态系统服务总价值分别为38.656亿元、41.362亿元、41.668亿元，2001—2017年，洪湖湿地生态系统服务总价值明显增加(表2).同时，洪湖湿地单位面积生态系统服务价值各自为8.81×106元/hm2、9.43×106元/hm2、和9.50×106元/hm2.另外，这3个时期服务价值均以水文调节功能占据比重最大，为46%，其次是维持生物多样性价值，占比达15%.

图2 2001—2017年洪湖湿地生态系统服务功能价值变化

表2 3个时期洪湖湿地不同生态系统生态服务价值表 亿元/hm2

2.2 各项服务功能对洪湖湿地生态系统效益变化的贡献率2006年服务功能价值较2001年增加了2.706亿元(～9.35%)，在这个变化过程中，水文调节功能贡献率最大(44.3%)，其次是维持生物多样性功能(15.78%)，其他服务功能(水资源供给、气体调节、气候调节、原材料供给、维持养分循、净化环境和土壤保持)贡献率较低(0.8%～5%)，甚至食物生产的贡献率转为负值(-1.77%).

2017年服务功能价值较2006年仅增加了0.306亿元(0.86%)，增加幅度较小，各项服务价值贡献率趋于一个稳定期.其中，食物生产和原料生产2个服务价值贡献率转为负值(-1.63%、-7.19%)，水文调节贡献率仍为最大(48.04%)，另外,其他7个服务类型价值也稍有变化，但总体贡献率较低(0.1%～9.0%).

3 讨论

3.1 与其他评价结果的比较据文献报道，不同学者都评估指标体系、计算方法不同，核算的洪湖湿地生态系统服务总价值量有所差别(表3).如莫明浩等[4]、刘韬等[5]计算出的涵养水源与调蓄洪水价值分别为11.767 65亿元和6.071 5亿元，相差较大.另外，刘韬等[5]在计算总价值量时，将土地利用价值与生物栖息地价值均计算在内，可能存在重复计算.本研究方法优势明显，可概括为以下几点：一是简单快速，易于操作.本研究方法可基于土地利用变化数据，依据研究区主要农作物净利润快速有效评估湿地生态系统服务功能价值的损失效益，进而评估生态恢复工程的效果；二是所需数据采集量少，评价时效短.本研究方法数据收集相较其他评价方法较少，如庄大昌[30]、崔丽娟[31]分别对洞庭湖湿地和潘阳湖湿地生态系统服务功能价值评估时需要收集径流量、蓄水量等数据，评价时效较长；三是评价客观、规范、合理.利用Costanza等的研究结果，结合国内专家学者的经验计算出总价值量的功能价值法，受主观影响较大[32]，而当量因子法是依据国内研究结果，以生态服务功能量和专家经验相结合的方法确定单位面积生态服务价值量，评估结果更为客观.

表3 与其他评估结果的比较

当然，当量因子法也有其缺陷.本研究采用谢高地等改进后的生态系统单位面积服务价值当量因子，是结合土地利用变化数据对洪湖湿地生态系统服务功能价值评估的一次尝试.考虑通货膨胀因素，本研究与莫明浩等[4]评估结果接近，但与张垒等[15]评价结果相差一倍多.因此，从计算结果来看，利用当量因子法计算的价值量是针对某区域的平均估算，无法全面反映研究区的具体生态价值量[33].另外，修正方法和参数选择不同，得出的不同类型生态系统服务价值基准当量也有差异.因此，今后有待于提高评估模型的精准性和科学性.

3.2 研究区生态服务价值变化及原因作为国家级自然保护区，在实施生态工程的近20年来洪湖湿地研究区生态发生明显变化.据有关资料显示，在研究期内，农田面积降低，湖泊和坑塘面积有所增加，特别是在2004年大面积拆除围网以后，土地利用主要表现为农田转为湖泊和坑塘用地[18-36]，生态系统类型转变直接导致了服务价值发生改变.根据本研究结果来看，在研究期内洪湖湿地生态系统服务价值净增加3.012亿元，总体呈增长趋势，其中水文调节、维持生物多样性、水资源供给等单项生态系统服务价值均有所增长，而食物生产和原材料服务价值降低.生态系统服务价值发生变化可能有4方面的原因：1)自然湿地面积减少.有研究指出，自然湿地被围垦后，因农田开发导致湿地面积降低，将会造成流域内生态系统服务功能价值下降[35]，这主要是由于农田生态系统服务价值低于自然湿地生态系统[37].因此，洪湖湿地开展生态恢复后，实施退田还湖，有助于增加湿地服务价值总量.2)水生植被恢复，水体富营养化程度减轻.湿地修复工程实施前，洪湖湿地超密度围网养殖现象严重，引起水质恶化，湖泊富营养化加剧，生态系统严重受损.自2005年开始，政府部门相继开展洪湖拆违、水生植被恢复和底泥疏浚工程，到2006年核心区植被覆盖率恢复至90%以上，沉水植物覆盖率恢复到60%，挺水植物恢复8 700 hm2[38].水质从原来的Ⅳ、Ⅴ类恢复至Ⅲ类，局部区域已达到Ⅱ类水质[25].水生植被的恢复与湖区富营养化程度减轻，导致水资源供给、净化环境和气体调节等能力加强，从而促进了服务功能价值增加.3)环境改善吸引大量游客，促进休闲娱乐服务功能价值提高.据报道，2017年，洪湖湿地生态旅游区成为省级现代服务业建设示范园区，年接待游客513万人，较2016年增长了14%.游客的增加可以带动当地服务行业的发展，因此，在全面保护的背景下，适当开展湿地生态旅游，建立洪湖湿地生态旅游区，发展洪湖旅游业[23]，有助于增加休闲娱乐服务价值.4)湿地不仅是地球上重要的淡水储存库，而且在调洪蓄水、防洪抗旱方面发挥重要作用.因此，围垦导致的湿地水域面积的减少，不仅直接导致湿地生态系统的调蓄面积降低，而且进一步导致调蓄洪水能力下降[39].有研究指出从2001年到2017年间，洪湖湿地水域面积从218.41 km2增加至229.38 km2[19]，水域面积增加可能是导致洪湖湿地水文调节服务价值增加的主要原因.

3.3 生态系统服务价值变化对洪湖湿地生态保护的启示从本研究的结果来看，调节服务高于供给服务价值，食物生产、原材料生产价值(直接价值)低于水文调节、气候调节服务价(间接价值)，这是人类过去认识在湿地价值过程中依赖直接价值，很难看到其间接价值，从而导致湿地生态系统破坏、损失，从而降低服务功能价值的原因.因此，通过实施洪湖湿地生态恢复后(退渔还湖(还湿)和湿地植被恢复工程)，有助于提高洪湖湿地生态系统服务功能价值.本研究调研过程中，了解到洪湖周围渔民已全部上岸，政府严禁鱼类资源打捞，有利于维持洪湖湿地生态系统环境.但是更应该注意本研究结果中，从2006—2017年生态系统服务总价值增长相对缓慢(0.86%)，外来入侵物种(水花生、凤眼莲、福寿螺等)对区域小环境的影响，使生态保护又将面临极大挑战.因此，综合以上因素，建议严格划分洪湖湿地区域面积，消除农田侵蚀湖区情况的发生，强化湿地完整性；加强洪湖湿地与四湖、长江的连通，利用水体置换，缓解洪湖湿地现有水质；继续加大保护与恢复水生植被，提高水域自我调节能力，打造生态保护、旅游融于一体的美丽画卷.