基于价值当量因子法的南四湖湿地生态服务价值估算

葛忠强，王 霞，马安宝，王清华，石 群，郭 燕

（1.山东省林业科学研究院，山东 济南250014； 2.山东黄河三角洲森林生态系统定位研究站，山东 济南250014；3.山东省地质科学研究院，山东 济南250013）

南四湖湿地位于山东省西南部，地处苏鲁豫三省交界处，是我国华北地区最大的内陆淡水湖，周边紧邻济宁、枣庄、徐州、微山、滕州、鱼台、沛县等多座城市，为工农业生产和城乡居民生活持续提供食物、原材料和淡水资源。 横贯我国南北的京杭大运河傍依南四湖的中南端，并穿过南四湖北端的独山湖，该段是京杭大运河的重要航段，也是我国南水北调东线工程主要调蓄枢纽之一。 南四湖湿地生境独特，水生动植物丰富，现有维管束植物539 种、鱼类80 种、鸟类205 种、兽类18 种、两栖类7 种、爬行类11 种[1]，是众多珍稀濒危鸟类及雁鸭类的重要栖息繁殖地，也是春秋季节候鸟重要的迁徙必经地和停歇地，在动植物资源保护方面发挥重要作用。 因此南四湖湿地在水文调节、净化环境、水资源供给、生物多样性保护、食物生产、航运、旅游等方面发挥着重要功能。

在生态系统服务功能价值评价方面，谢高地等[2]提出了价值当量因子法，并建立和改进了价值当量因子表，由于该法简单易用，得到了较多应用。 围绕南四湖湿地的生态服务功能价值，马占东等[3]、许吉仁等[4]、邓力斌[5]、梁春玲[6]、杨俊[7]等人均做过分析。 本研究借鉴和参考谢高地等[1,7]建立的价值当量因子表，建立南四湖湿地生态系统的单位面积服务价值当量因子表，结合南四湖湿地2020年的土地覆被分类数据，估算南四湖湿地生态服务价值并分析南四湖湿地生态服务价值的主要影响因素，为南四湖湿地生态系统服务功能管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 空间数据来源与处理

研究用到2020年南四湖湿地的土地利用与覆被（LULC) 数据来自于中国科学院资源环境科学数据中心， 把区域LULC 数据与南四湖湿地的边界矢量数据统一调整成相同投影系统Krasovsky_1940_Albers，GCS_Krasovsky_1940 坐标系，然后用南四湖湿地边界裁切得到研究区2020年LULC 数据（图1）。 由南四湖湿地土地利用与覆被分类数据提取建立南四湖湿地生态系统矢量数据（图2）。

图1 2020年南四湖湿地土地利用类型结构图

图2 2020年南四湖湿地生态系统类型结构图

1.2 南四湖湿地生态系统类型划分

根据土地利用与覆被分类体系，结合南四湖湿地的实际情况，建立南四湖湿地生态系统分类体系（表1 ）。

表1 南四湖湿地生态系统类型Table 1 Types of wetland ecosystem in Nansi Lake

如表1 所示， 南四湖湿地生态系统共分6 个一级类型和14 个二级类型，6 个一级类型有农田生态系统类型、森林生态系统类型、草地生态系统类型、水域生态系统类型、湿地生态系统类型和荒漠生态系统类型。 农田生态系统分为2 种二级类型：水田、旱地；森林生态系统含有3 种二级类型：有林地、灌木林地、疏林地；草地生态系统含有3 种二级类型：高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地；水域生态系统含有3 种二级类型：湖泊、河渠、水库坑；湿地生态系统含沼泽地有1 种二级类型；荒漠生态系统含有2 种二级类型：滩地、其它。

1.3 南四湖湿地生态系统服务功能类型

参考国内外研究结果，结合南四湖湿地的实际，把南四湖湿地生态系统服务功能分为4 个一级类型、11个二级类型（见表2）。4 个一级类型包括供给服务功能、调节服务功能、支持服务功能和文化服务功能。供给服务功能有食物生产、原料生产、水资源供给3 个二级类型；调节服务功能有气体调节、气候调节、净化环境、水文调节4 个二级类型；支持服务功能有土壤保持、维持养分循环、生物多样性3 个二级类型；文化服务功能有美学景观1 个二级类型。

表2 南四湖湿地生态系统服务功能类型Table 2 Service function types of Nansi Lake Wetland Ecosystem

1.4 南四湖湿地生态系统服务功能价值估算方法

谢高地等[2]定义了1 个标准当量因子的生态服务价值，即1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的经济价值，在数值上相当于全国平均粮食市场价值的1/7，2015年谢高地等[8,9]在估算中国生态系统服务价值中再次改进了单位面积生态系统服务价值当量因子表。李晓赛[10]、程琳琳[11]、杨文杰[12]等人采用谢高地等人的价值当量因子改进法分别对不同区域的生态服务功能价值量做了估算，本研究中对谢高地等人的价值当量因子表不做整体调整。

根据《全国农产品成本收益资料汇编2020》计算，2019年全国水稻、小麦、玉米三大粮食作物的平均单产是7234.5 kg/hm2，粮食的市场销售价格是2.1888 元/kg，算出2019年单位面积粮食市场产值是15834.87元/hm2，再由中国统计年鉴2021 可查得2019年和2020年农产品的价格指数分别是100.8 和102.8，由此可以求出2020年全国三大粮食作物平均单位面积市场产值是16149.06 元/hm2， 其市场产值的1/7 是2307.01元，即2020年南四湖湿地1 个当量因子的生态服务价值是2307.01 元/hm2。 利用此基础当量因子价值计算南四湖湿地2020年的生态系统服务价值。

本研究借鉴谢高地[1,7,8]的单位面积生态系统服务价值基础当量表，结合南四湖湿地生态系统类型，建立了适合南四湖湿地的单位面积生态系统服务价值当量因子表（表3）。

表3 南四湖湿地生态系统单位面积服务价值当量因子Table3 Equivalent factor of service value per unit area of Nansi Lake Wetland Ecosystem

2 结果与分析

2.1 南四湖湿地生态系统类型结构分析

表4 数据显示，南四湖湿地各生态系统为178311.21 hm2，其中以水域生态系统为主，水域面积占整个湿地面积的83.57%，其次是农田生态系统，面积占14.11%，荒漠生态系统占1.07%，湿地和草地面积分别占0.62%和0.49%，森林生态系统面积占0.13%。

表4 南四湖湿地生态系统各类型面积Table 4 Area of various types of Nansi Lake Wetland Ecosystem

在二级生态系统类型中， 以湖泊生态系统面积最大， 占到整个湿地面积的54.57%，其次是水库坑塘类型，面积占到27.85%，河渠面积平均占1.16%。 农田生态系统中，旱地面积占8.04%，水田面积占6.08%。 滩地荒漠生态系统占1.04%，沼泽湿地和中覆盖度草地面积分别占0.62%和0.44%， 灌木林地生态系统面占0.12%，其他类型的面积均在0.1%以下。

2.2 南四湖湿地生态系统服务价值

2.2.1 南四湖湿地一级类型生态系统服务价值分析

把南四湖湿地生态服务基础当量因子价值、 南四湖湿地生态系统单位面积服务价值当量因子合计值、 南四湖湿地生态系统各类型面积三者连乘即可得到南四湖湿地生态系统各类型服务价值（表5，表6）。

表5 数据显示，2020年南四湖湿地生态系统共提供了价值341.07 亿元的生态服务，其中以水域生态系统服务价值为主， 占整个湿地生态系统服务价值的99.25%， 其次是农田生态系统， 提供的服务价值占0.67%，草地提供的服务价值约占0.03%，森林和荒漠生态系统提供的服务价值各约占0.02%。沼泽湿地生态系统提供的服务价值约占0.01%。从服务功能价值占比可以看出，南四湖湿地最重要的生态系统类型是水域生态系统，其次是农田生态系统。

表5 2020年南四湖湿地一级生态系统类型生态功能服务价值 单位：亿元Table5 Ecological service value of primary ecosystem type of Nansi Lake Wetland in 2020 Unit : billion yuan

表5 数据显示，不同的生态系统类型，提供的生态服务功能各有侧重点，占比最大的水域生态系统除了主要提供水文调节功能外，还提供重要的水资源供给和净化环境服务功能；农田生态系统除了提供水文调节和食物生产服务功能，还有大量消耗水资源的能力；森林和草地生态系统主要提供气候调节和水文调节服务功能；沼泽湿地生态系统主要提供净化环境和水文调节服务功能；荒漠生态系统主要提供水文调节、净化环境和生物多样性服务功能。

2.2.2 南四湖湿地二级类型生态系统服务价值分析

在二级生态系统类型服务功能价值（表6）中，以湖泊生态系统提供的生态服务价值最大，占到整个湿地服务功能总价值的59.52%，其次是水库坑塘类型，服务价值占到37.97%，河渠提供的服务价值占1.75%。 农田生态系统中，水田服务价值占0.39%，旱地服务价值占0.29%。 中覆盖度草地提供的服务价值占0.03%，灌木林地服务价值占0.02%，沼泽湿地和其他荒漠类型的服务价值分别占0.01%，其余类型的提供的服务价值均小于0.01%。

表6 2020年南四湖湿地二级生态系统类型生态功能服务价值 单位：亿元Table 6 Ecological function service value of secondary ecosystem type of Nansi Lake Wetland in 2020 Unit : billion yuan

根据表6 中生态系统提供的服务功能总价值量的大小可把南四湖湿地二级生态系统类型分为3 组，即10 亿元组、亿元组和万元组。 10 亿元组包括湖泊、水库坑塘两类水域生态系统，其中，湖泊生态系统发挥的生态服务价值为203.02 亿元，约占南四湖湿地生态系统年总服务价值的59.52%，水库坑塘生态系统发挥的生态服务价值平均为129.51 亿元，约占南四湖湿地生态系统年总服务价值的37.97%。 亿元组的生态系统包括河渠、旱地、水田和沼泽湿地3 类生态系统，其中，河渠生态系统发挥的生态服务价值为5.97 亿元，约占南四湖湿地生态系统年总服务价值的1.75%，水田生态系统发挥的生态服务价值平均为1.33 亿元，约占南四湖湿地生态系统年总服务价值的0.39%，旱地生态系统发挥的生态服务价值平均为0.97 亿元，约占南四湖湿地生态系统年总服务价值的0.29%。 万元组生态系统类型包括3 类森林生态系统、3 类草地生态系统、沼泽湿地生态系统、两类荒漠生态系统，其生态服务价值均在1 千万元以下，占比为0.01%及以下。

2.2.3 南四湖湿地生态系统服务功能价值结构分析

表7 数据显示，南四湖湿地341.07 亿元的生态服务总价值中，81.03%是水文调节价值，6.36%是水资源供给价值，4.42%是净化环境价值，2.05%是生物多样性保护价值，1.51%是提供美学景观价值。各类型服务功能价值主要来自水域生态系统和农田生态系统，二者合计所占比例均在99%以上，其中尤以水域生态系统为主，在各类型服务功能价值中所占比例在均67%以上，部分类型甚至占比在98%以上。 由此可见，水域生态系统和农田生态系统是南四湖湿地生态系统的两大支柱性生态系统，确保二者正常结构的存在是南四湖湿地生态系统服务功能正常提供的最重要的保障，尤其是水域生态系统的健康稳定存在，是南四湖湿地生态系统服务功能的根本性保障，若水域生态系统的健康稳定受到破坏，则对南四湖湿地生态系统服务功能产生毁灭性破坏，2002年南四湖湿地生态系统受到干旱枯水的破坏就是有力佐证。

表7 各生态服务功能价值结构Table 7 Value structure of each ecological service function

2.2.4 南四湖湿地生态系统服务功能重要度分析

在341.07 亿元的南四湖湿地生态系统生态服务总价值构成上，水文调节服务功能价值达276.36 亿元，占总价值的81.03%，说明水文调节服务功能是南四湖湿地最重要的生态功能。其次是水资源供给服务功能，服务价值为21.7 亿元，占总价值的6.36%；净化环境服务功能的价值为15.06 亿元，占比为4.42%；生物多样性保护服务功能价值为7.0 亿元，占比2.05%；美学景观服务功能价值为5.15 亿元，占比1.51%；土壤保持服务功能价值为2.88 亿元，占比0.84%；食物生产服务功能价值2.78 亿元，占比0.82%，气体调节服务功能价值2.60 亿元，占比0.76%；原料生产服务功能价值0.78 亿元，占比0.23%；维持养分循环服务功能价值0.28亿元，占比0.08%。 不同服务功能价值量的占比大小代表了它们对总服务功能的贡献度，因此，根据不同服务功能价值量的占比大小可以把11 个生态服务功能类型分为重要性不同的4 组，第1 组只包含水文调节服务功能1 个类型，这是南四湖湿地最重要的生态服务功能；第2 组包含水资源供给、净化环境、服务功能、生物多样性保护和美学景观5 个生态服务功能类型；第3 组包含土壤保持、食物生产、气体调节、原料生产4 个生态服务功能类型；第5 组只包含维持养分循环1 个服务功能类型。生态服务功能的分组可以为南四湖湿地生态系统服务功能管理提供目标和方向。在生态系统服务功能管理过程中要根据现实条件优先满足重要的生态系统服务功能需求，然后再逐次建设和满足其他功能，这样才能保障南四湖湿地生态系统服务功能的基本功能和整体功能建设的有序推进。

表8 南四湖湿地生态系统服务功能重要度分组Table 8 Importance grouping of wetland ecosystem service function in Nansi Lake

3 结论

（1） 2020年南四湖湿地生态系统共提供了价值341.07 亿元的生态服务，其中水域生态系统提供99.25%的服务价值，其次是农田生态系统提供0.67%的服务价值。 水域生态系统是南四湖湿地生态系统支柱，水域生态系统的健康稳定存在，是南四湖湿地生态系统服务功能的根本性保障。

（2） 根据生态系统提供的服务功能价值量的大小把南四湖湿地二级生态系统类型分为10 亿元组、亿元组和万元组3 组。10 亿元组包括湖泊、水库坑塘两类水域生态系统，亿元组的生态系统包括河渠、旱地、水田和沼泽湿地三类生态系统，万元组生态系统类型包括三类森林生态系统、三类草地生态系统、沼泽湿地生态系统和两类荒漠生态系统。

（3） 南四湖湿地341.07 亿元的生态服务总价值中，81.03%是水文调节价值，6.36%是水资源供给价值，4.42%是净化环境价值，2.05%是生物多样性保护价值，1.51%是提供美学景观价值。

（4） 根据服务功能价值量的占比把11 个生态服务功能类型分为重要性不同的四组，第1 组只包含水文调节服务功能1 个类型，这是南四湖湿地最重要的生态服务功能；第2 组包含水资源供给、净化环境、服务功能、生物多样性保护和美学景观5 个生态服务功能类型；第3 组包含土壤保持、食物生产、气体调节、原料生产4 个生态服务功能类型；第4 组只包含维持养分循环1 个服务功能类型。 生态服务功能的分组为南四湖湿地生态系统服务功能管理提供目标和方向。

4 讨论

本研究采用价值当量因子法评价了南四湖湿地生态系统服务功能价值，价值当量因子法的关键是建立适用评价目标的价值当量因子表和基础当量价值，这种方法的优点是尤其适合地表土地覆被类型分类比较系统的区域生态系统服务功能价值评价，评价方法快速、简单、易用。 众多研究者在使用过程中为了使原始的价值当量因子表适合自己的评价目标，多数采用了创建者所提出的改进办法进行了改进，这些改进基本围绕NPP、水土保持、降雨量等要素进行，涉及到了立地条件、气候条件和植被类型等对生态系统服务功能价值量的影响，基本能够满足大多数评价要求。 由于全国各地的生态系统类型繁多，各有特点，如何建立一套更加准确的调整方法，使价值当量因子表更加符合目标生态系统需要进一步研究。