海州灣生態系統服務價值評估

張秀英，鐘太洋 ，黃賢金，江 洪，3，丁曉東

(1．南京大學國際地球系統科學研究所，南京 210093;2．南京大學國土資源與旅游學系，南京 210093;3．浙江農林大學國際空間生態與生態系統研究中心，杭州 311300;4．杭州師范大學遙感與地球科學研究院，杭州 310029)

海灣處于陸地和海洋之交的紐帶地位，具有優越的開發環境，然而海灣生態系統面臨著越來越大的壓力。《2010年中國海洋環境質量公報》顯示，海灣富營養化程度高、氮磷比失衡，棲息地破壞嚴重。這種情況大大制約了海灣經濟的可持續發展。導致生態破壞、環境污染的一個重要原因是海灣生態系統提供的服務價值未市場化，只有環境資源的價值以貨幣形式表達出來，才能納入決策過程［1］。

自Holder等提出生態系統服務的概念以來，生態學、環境經濟學等領域的眾多學者開展了大量研究［2］，就海洋生態系統服務功能的定義、內涵、理論、方法等做了深入研究，并評估紅樹林、海草床、珊瑚礁、鹽沼等典型海岸帶生態系統的功能和服務價值［3-7］。國內在這方面的研究起步稍晚，徐叢春和韓增林［8］、彭本榮等［1］、張朝暉等［9］、陳尚等［10-11］、王其翔和唐學璽［12］等基于自然資本理論和生態系統服務理論，構建了海洋生態資本評估的基本框架。也有研究評估了紅樹林、鹽沼、海灣等生態系統提供的服務價值［13-17］。然而這些研究著重探討海洋生態系統提供的潛在服務價值，沒有考慮污染等因素引起的服務價值降低。實際上，由于人類過度開發或不合理開發引起的近海環境污染越來越嚴重，已經引起生態系統提供的某些服務退化并引起連鎖反應。潛在服務價值與生態服務退化造成的價值降低之間的差值，為實際生態服務價值。實際服務價值對海洋生態系統的管理和規劃具有更直接的指導意義。

本研究以海州灣為例，定量評估研究區域提供的潛在生態服務價值和實際生態服務價值，這對于進一步認識海州灣生態系統，協調用海需求，促進可持續發展具有重要意義。

1 數據和方法

1．1 研究區域和數據

海州灣北起山東省日照市嵐山鎮的佛手咀(35°05'55″N，119°21'53″E)，南至江蘇省連云港市連云區的高公島(34°45'25″N，119°29'45″E)，面臨黃海，寬42 km。海岸線長86．81 km，其中山東日照市8．36 km，連云港贛榆縣46．57 km，連云區31．88 km。海灣面積876．39 km2，是海床平緩、開放型的淺海性海域(圖1)。本研究所用數據主要來自贛榆市和連云區的統計年鑒和已發表論文。

2．2 海州灣生態系統服務功能分類

根據海州灣生態系統的結構組成、生態過程及生物多樣性等服務的來源，并參照千年生態系統服務分類體系以及這些服務的相似作用與性質［9］，將海州灣生態系統服務歸納為供給、調節、文化、支持四種服務。考慮海州灣的實際情況及數據的可獲取性，供給服務主要包括提供食品、原材料、天然產物;調節服務包括氣候、空氣質量、水質調節;文化服務主要包括知識擴展和娛樂旅游等。支持服務是其它3大類服務的基礎，其價值可通過其它服務來體現［18］。

3 結果與分析

根據海州灣生態系統提供的主要服務功能，以2005年作為評估基準年，用貨幣化的形式量化生態系統服務功能價值，主要采用市場價值法、成果參照法、替代工程法等核算價值。

3．1 供給服務

3．1．1 食品供給

海州灣的食品供給主要為養殖的海產品。

圖1 海州灣區位圖Fig．1 Location of Haizhou Bay

(1)海水養殖

海州灣可養殖海帶、紫菜和貝類，是國家重點擴建的海洋漁港。2005年贛榆縣海水養殖魚類2960 t，蝦類3350 t，貝類 112553 t，藻類 8812 t。連云區藻類干品 2042 t，貝類 17696 t，魚類1288 t，蝦類 559 t。由于沒有藻類產品的具體產量值，以養殖面積劃分海帶和紫菜的產量比例。海帶的養殖面積占總藻類的0．90%，可食用部分按照總干重的80%計算。日照市沒有相應區域的統計數據，考慮到日照市海州灣的海灘及近海的情況與贛榆縣比較相似，兩地又緊鄰，日照市海水養殖產量按照贛榆縣每公里海岸線的平均產量乘以日照市的海州灣海岸線長度計算，即海岸線比值法［9，19］。連云區海州灣的產量用連云區在海州灣內的養殖漁業面積占總養殖面積的百分比(56．36%)計算。

根據連云港海洋與漁業局的相關統計資料，魚類、蝦類、貝類、海帶的價格和成本參考張朝暉等在桑溝灣2003年的調查數據［9］，乘以2004和2005年的價格指數(0．9877和1．0311)折現到2005年。貝類的成本和價格利用連云區貝類的產量加權平均計算。紫菜的成本和價格參考相關的研究報道(表1)。據此，海州灣生態系統的食品供給服務價值為4．48×108元。

(2)工廠化養殖海珍品

贛榆縣2005年工廠化養殖面積28．45×104km2，產值達到2．1×108元，主要品種有大鯪鲆、漠斑牙鲆、河鲀等。本研究采用大鯪鲆的凈利潤與產值的比值(37．56%)［20］計算海州灣養殖海珍品的服務價值。連云區的海珍品養殖不在海州灣范圍內，沒有計入。海州灣工廠化養殖的服務價值為7．89×107元。

總計，海州灣生態系統提供的食物供給價值為5．27×108元。

表1 海州灣2005年食品供給服務價值表Table 1 Value of food provision services in 2005 at Haizhou Bay

(3)食品污染引起的退化的服務價值

隨著海州灣沿海經濟的快速發展，大量工業廢水和城鎮生活污水排放入海，水產養殖和生態環境在一定程度上受到影響。根據食品安全的相關標準，海州灣58．3%的魚類和27．3%的藻類砷超標;18．2%的藻類鋅超標;魚類和藻類在其它重金屬如銅、鉛、鎘、鉻、汞等以及石油烴和長效有機物污染物等方面未超過食品安全要求(江蘇908專項)。軟體貝類的生長位置比較穩定，加上雙殼貝類在濾食餌料生物時將有害物質也吸入體內，容易造成污染物超標。根據2008年對海州灣貝類重金屬的調查，63．89%的樣品單種或多種重金屬超過《農產品安全質量無公害水產平安全要求》［21］。

污染物超標的產品已經不適合食用。污染導致魚類服務退化的價值為2．83×107元，藻類為4．85×107—8．08×107元，貝類為 1．17×108元。總計，海州灣因污染引起的食物供給服務降低的價值為 1．93×108—2．26×108元，平均值為2．10×108元。如果考慮污染物累積量超過無公害產品要求引起的服務價值的降低，海州灣生態系統提供的食物供給價值為 3．01×108—3．34×108元，平均值為 3．18×108元。

3．1．2 原材料供給

海州灣內原材料供給服務主要來自低質海帶，以及扇貝和牡蠣養殖過程中死亡個體所剩下的貝殼。扇貝養殖過程中死亡率為20%，牡蠣養殖過程中的死亡率為5%，扇貝及牡蠣的總濕重與干殼重的比率參考張繼紅等的工作［22］。贛榆縣沒有提供扇貝和牡蠣的具體產量，本研究按照扇貝和牡蠣在連云區產量的比例計算。日照市部分按照贛榆縣的海岸線比值法計算。以上兩項原材料供給服務的數量及其價值見表2。

表2 海州灣2005年原材料供給服務價值表Table 2 Value of raw material provision services in 2005 at Haizhou Bay

另外，重金屬污染導致90470．45 t貝類不可食用，但是這部分可以作為原材料。按照扇貝和牡蠣占貝類總產量的0．17%和15．36%，以及濕重和干重的比率，污染導致的貝類提供食品部分轉移成原材料的服務價值為1．39×106元(表3)。

表3 由于重金屬污染導致的可食用貝類作為原材料食用的服務價值Table 3 Value of raw material provision services from food services due to heavy metal pollution in Haizhou Bay

贛榆縣沿海6鎮工廠化育苗企業186家，育苗水體1．86×105m3，育苗行業銷售收人3．2×108元。連云區2005年全區育苗企業49家，育苗產值1545×104元。日照市育苗產值按照海岸線比值法計算，連云區育苗產值按照岸線長度的比率計算。據此，2005年海州灣的育苗產值為3．85×108元。本研究參考鮑魚的產值成本比值計算(http://news．sina．com．cn/c/2004-08-20/08113442903s．shtml)，海州灣提供的育苗方面的服務價值為 3．59×108元。

總計，如果不考慮污染，海州灣生態系統提供的原材料供給服務價值為3．60×108元;如果考慮貝類食品重金屬含量不符合無公害要求的部分轉移成原材料供給服務，海州灣生態系統提供的原材料供給價值為3．61×108元。

3．1．3 海洋天然產物

海洋天然產物主要表現在三個方面:藥業、酶和化妝品［23］。目前海州灣沒有直接觀測數據，采用全球的平均數據估算［2，24］。由于為酶生產提供的化學成分主要來自深海，而海州灣的海域比較淺，在本研究中這部分忽略不計。

2006年全球用海洋生物化學成分生產的藥品總值為643×108美元，全球海洋面積約為3．61×108km2。按照2006年美元對人民幣匯率1∶7．91以及2006年價格指數(1．0842)，單位面積海洋2005年提供的用藥服務價值為1299．48元/km2。據此，2005年海州灣生態系統提供的用藥服務價值為1．14×106元。

全球2005年用海洋生物化學成分生產的化妝品的服務價值為231×108美元。按照2005年美元對人民幣匯率1∶8．11計算，單位面積海洋提供的化妝品服務價值為518．95元/km2。據此，2005年海州灣生態系統提供的化妝品服務價值為4．55×105元。

總計，海州灣提供天然產物的服務價值為1．59×106元。

3．2 調節服務

3．2．1 氣候調節服務

海州灣的氣候調節服務主要來自對溫室氣體CO2、CH4、N2O的固定和釋放，其他溫室氣體由于沒有數據支持，在此不計。

(1)固定CO2的服務價值

海洋固定碳的生物主要有浮游藻類、微生物、大型藻類、貝類及其它生物。2003—2004年海州灣的初級生產力為276．92 mg C m-2d-1)［25］。大型藻類主要為人工養殖的海帶和紫菜，通過光合作用將溶解的無機碳轉化為有機碳，根據干物質量計算固定的碳量。貝類固定水體中的碳主要是通過攝食浮游藻類和顆粒有機碳或底棲藻類轉化并固定碳或者直接吸收海水中碳酸氫根(HCO3-)形成碳酸鈣(CaCO3)貝殼。

海州灣海域固定的CO2數量及其氣候調節服務價值見表4。按照現在比較通用的碳匯率42美元/t計算(http://www．sustainableprosperity．ca/article345)，海州灣生態系統通過固定CO2提供的氣候調節服務價值為0．49 × 108元。

(2)排放CH4和N2O引起的服務價值損失

近海岸水體富營養化比較嚴重，CH4和N2O的釋放量遠遠高于遠海。CH4可以在富氧表層水中的生物排泄物、懸浮和沉降的有機顆粒物、浮游動物或其他海洋生物腸道內的缺氧微環境內產生。N2O主要是通過在透光層底部的硝化作用和在深層水中的硝化、反硝化過程產生并交換到上層水體。在河口和沿岸地區，由于有機顆粒、礦物顆粒和無機氮化合物的大量輸入，為N2O的現場生物生產提供了有利環境。

表4 海州灣生態系統固定CO2導致的氣候調節服務的價值Table 4 Value of climate regulating services through fixing CO2in Haizhou Bay

由于沒有實測資料，采用膠州灣在2001—2003觀測的海氣交換通量計算海州灣生態系統排放CH4和N2O量［26］，并根據CH4的溫室效應是CO2溫室效應的21倍和N2O的溫室效應是CO2的310倍，計算海州灣生態系統CH4和N2O調節氣候的損失價值量(表5)。

表5 海州灣生態系統排放CH4和N2O導致的氣候調節服務損失價值Table 5 Value loss of climate regulating services through emitting CH4and N2O in Haizhou Bay

綜合海州灣生態系統的CO2固定作用減弱的溫室效應以及排放CH4和N2O加劇溫室效應產生的價值，海州灣在氣候調節方面的服務價值為-0．08×108—0．20×108元。可見，富營養化等原因導致海州灣生態系統的氣候調節服務價值遠遠低于預期的估計值。

3．2．2 空氣質量調節

海州灣的空氣質量調節服務主要表現為釋放有益氣體和吸收有害氣體兩個方面。有害氣體的吸收方面缺乏數據，在本研究中沒有計算。有益氣體的釋放主要計算各類藻類植物在光合作用過程中釋放O2的貢獻。對生態系統釋放O2的價值估算以工業制氧成本為影子價格［27］，將浮游植物的年初級生產力轉化為O2的生產量，大型藻類則根據海帶的產量計算O2產生量，再計算服務價值。據此，海州灣的空氣質量調節服務價值為 1．01×108元(表 6)。

3．2．3 水質凈化調節

海州灣內水質凈化調節服務主要表現在對各種污染物質的消除分解能力，以達到處理廢棄物與保持水質清潔的目的。本文僅考慮對氮(N)和磷(P)的生物凈化調節服務。調節服務的計算主要參考張朝暉在桑溝灣的工作［9］，海州灣提供的水質凈化調節服務價值為0．30×108元(表7)。

表6 海州灣空氣質量調節服務價值Table 6 Value of air quality regulating services in Haizhou Bay

表7 海州灣的水質凈化調節服務價值Table 7 Value of water-clean regulating services in Haizhou Bay

3．3 文化服務

3．3．1 知識擴展服務

知識擴展服務的價值可以通過間接統計在該區域進行的科學研究項目以及經費投入來衡量。Zhang和Chen［28］估算了我國單位面積生態系統的平均科研文化價值為3．55×104元/km2。據此，海州灣的知識擴展服務價值為 3．11×106元。

3．3．2 休閑娛樂服務

休閑娛樂功能價值評估參照福建省旅游用海調查的成果:2002—2004年間旅游用海的年均純收益為51．51×104元/km2，海州灣2005年的用海純收益為福建和江蘇兩省的人均GDP比值修正并經折現得到，為67．01×104元/km2［2］。據此，海州灣提供的休閑娛樂服務價值為 5．87×108元。

3．4 赤潮造成的服務價值損失

大量含氮有機物排入海水，促使海水富營養化，這是赤潮藻類能夠大量繁殖的重要物質基礎。海洋浮游藻是引發赤潮的主要生物，在全世界4000多種海洋浮游藻中有260多種能形成赤潮，其中有70多種能產生毒素。根據《2005年江蘇省海洋環境質量公報》，海州灣的赤潮經濟損失達到0．5×108元。這部分價值在食品和原材料供給服務中已經去除。

4 討論

通過對9項生態系統服務價值分別進行評估和計算，不考慮海水污染和富營養化等因素的影響，海州灣生態系統2005年的潛在服務價值為16．64×108元。考慮污染等因素造成的服務質量或數量的降低，海州灣生態系統2005年的總服務價值為14．08×108元。由此可見，海州灣因海水污染及富營養等因素導致的生態服務價值降低2．56×108元，占總服務價值的15．41%。實際上，受獲取資料的限制，在本研究中只考慮了污染對魚類、貝類和藻類的影響，以及由于富營養化導致的CH4和N2O排放量的增加及引起的赤潮而造成的服務質量和數量的降低。如果全面考慮污染等引起的服務的退化以及引起的連鎖反應，損失的價值可能會更高。

海州灣生態系統在供給服務方面占的比重最高，為8．88×108元，占總服務價值的53．39%;其次是文化服務，為5．90×108元，占總服務價值的35．48%;最后是調節服務，1．80×108元，占總服務價值的10．84%。考慮到目前海州灣的水質環境，海州灣生態系統實際的供給服務價值為6．80×108元，占總服務價值的48．32%;其次是文化服務，占總服務價值的41．94%;最后是調節服務，占總服務價值的9．74%。由此可見，目前海水污染和富營養化只影響到生態系統的供給服務和調節服務，對文化服務還沒有造成影響。但是隨著污染程度的增加，環境日趨惡化，對文化傳播和旅游娛樂等方面勢必產生影響。

海州灣海洋生態系統潛在服務價值為1．90×106元/km2;實際服務價值為1．41×106元/km2。張華等［24］計算的遼寧近海海洋生態系統服務價值為2．03×106元/km2，折算到2005年為1．92×106元/km2;索安寧等［18］計算的2003—2005年渤海海域平均服務價值為0．73×106元/km2;張朝暉等［9］桑溝灣在2003年的評價結果為4．24×106元/km2，折現到2005年為4．31×106元/km2;李曉等［29］計算的羅源灣的多年平均單位面積服務價值為1．35×107元/km2，吳珊珊等［2］計算的渤海灣的生態系統服務價值為1．06×108元/km2。本研究計算的海州灣的單位面積服務價值與遼寧近海的服務價值比較接近，與其它地區差異比較大，主要因為采用的指標體系和選用的參數不同。由于受實地數據獲取的限制，各個評價選用的指標差異比較大，例如有的研究計算了支持服務［2，29］，有的研究沒有計算［9，18，24］。即使只計算供給、調節和文化三方面的服務價值，選擇的單個指標也有所不同。另外，各研究在參數選擇上差異也比較大，比如碳稅率，收益和成本的比率等。

表7 海州灣2005年海洋生態系統服務價值Table 7 Service value of marine ecosystem of Haizhou Bay

本文對海州灣海洋生態系統服務功能的評估，參考了千年和桑溝灣的生態系統評估理念。但是由于受獲取資料的限制，忽略了基因資源、干擾調節、有害生物與疾病生物調節與控制和精神文化服務4項服務，評估得到的結果會低于實際價值。在評估過程中，由于獲取資料的多渠道性，也容易引起系統誤差。另外，本研究只評估了一個年度的生態服務價值，不能清楚地表明不同管理措施和養殖活動如何影響服務價值，在今后的研究中應該對研究區域進行長時間尺度的動態評估。

5 結論

本文評估了海州灣生態系統的潛在服務價值和實際服務價值。海州灣生態系統2005年的潛在服務價值為16．64×108元。因海水污染和富營養化等原因導致的生態服務價值降低2．56×108元，占總服務價值的15．41%，則實際服務價值為14．08×108元。因此，在海灣開發利用過程中，應該充分考慮開發收益與海洋污染之間的平衡。

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