濱海濕地生態系統服務及其價值評估研究進展

程 敏,張麗云, 崔麗娟, 歐陽志云,*

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國林業科學研究院濕地研究所, 北京 100091

濱海濕地生態系統服務及其價值評估研究進展

程 敏1,張麗云1, 崔麗娟2, 歐陽志云1,*

1 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國林業科學研究院濕地研究所, 北京 100091

濱海濕地是介于海陸之間的過渡地帶,具有豐富的生物多樣性和很高的生產力,能為人類提供諸多生態系統服務,但它又是對人類活動極為敏感的生態脆弱區。沿海經濟的發展使濕地資源的有限性與人類需求的無限性之間的矛盾日益突出,導致濕地多樣性喪失、服務功能退化等。在闡述濱海濕地特征及其服務產生機理的基礎上,介紹了運用經濟學方法對生態系統服務進行評價的進展,分析了各方法的優缺點及應用情況,最后對濱海濕地生態系統服務價值評估中存在的問題進行了總結歸納,評估所面臨的困難一方面來自生態系統本身的復雜性;另一方面來自經濟學方法的局限性。因此今后的研究應從生態系統服務的形成機制入手,注重生態學及經濟學理論的結合,改善評估方法,提高評估結果的有效性和可信度,為濕地資源管理及生態補償機制制定提供有力支持。

生態系統服務;價值;評估方法;濱海濕地

濱海濕地生態系統為人類社會提供了豐富的生態系統產品和服務[1- 2],直接或間接地影響著人類社會的生存、發展、健康和福利[3],而人類活動又強烈地影響著濱海濕地生態系統提供服務的形式與能力。隨著人口的迅速增長,當前人類對濱海濕地生態系統服務和產品的需求已遠遠超出其供給水平,且未來這種需求還會持續攀升[4- 5]。人類對濱海濕地生態系統干預能力的提高和規模的日益擴大導致了空前的濱海生態危機,如圍填海[6]、過度漁獵、污染、海岸侵蝕等[7-8],這不僅導致濱海濕地生態系統多樣性喪失[9],而且嚴重威脅、削弱了濱海濕地生態系統功能。為遏制濱海濕地生態系統退化趨勢,保障其持續為人類提供生態系統產品和服務的能力,需科學評估濱海濕地生態系統產品和服務的價值,讓全社會認識到生態系統帶來的巨大生態、社會和經濟效益,提高人類對濱海濕地生態系統的保護意識。科學合理的評估還能為管理部門制定濱海資源開發戰略提供政策建議[10],更好地保障濱海資源的可持續利用[11]。本文對濱海濕地生態系統服務及其產生機理進行了詳細描述,并對生態系統服務價值評估方法進行了歸納和總結,以期為濱海濕地生態系統服務價值評估研究提供借鑒。

1 濱海濕地及其生態系統服務

1.1 濱海濕地定義、特征及生態類型

濱海濕地是海洋生態系統和陸地生態系統之間的過渡地帶,由連續的沿海區域、潮間帶區域以及包括河網、河口、鹽沼、沙灘等在內的水生態系統組成[12],受海陸共同作用的影響,是比較脆弱的生態敏感區。關于濱海濕地的定義,國內外學者都有一些比較重要的論述,但目前還沒有比較全面的科學定義。《中華人民共和國海洋環境保護法》明確規定,濱海濕地是指低潮時水深淺于6m的水域及其沿岸浸濕地帶,包括水深不超過6m的永久性水域,潮間帶(或泛洪地帶)和沿海低地等[13]。陸健健以濕地公約及美國和加拿大等國的濕地定義為基礎,結合我國的實際情況將濱海濕地定義為：路緣為60%以上濕生植物的植被區、水緣為海平面以下6m的近海區域,包括江河流域中自然的或人工的、咸水的或淡水的所有富水區域(枯水期水深2m以上的水域除外),不論區域內的水是流動的還是靜止的、間歇的還是永久的[14]。此定義基本涵蓋了潮間帶的主要地帶及與之關系密切的相鄰區域[15]。

由以上定義,濱海濕地具有以下3個明顯特征：(1)水,地表常具積水或土壤過濕;(2)適應永久性或季節性濕地條件的特有植被或動物;(3)獨特的土壤和沉積條件,土層嚴重潛育化或有泥炭的形成和積累,不同于毗鄰的非濕地區域[16]。水文條件是濱海濕地屬性中決定性因子,水文狀況的變化決定著濕地的結構、過程和功能[17]。濱海植被是濕地的生產者,也是其他生物類群生長和代謝所需能量的來源。浮游植物是濱海濕地食物鏈的初始環節,直接或間接地為浮游動物、魚蝦及其幼體提供食物;而以蘆葦、堿蓬、互花米草、紅樹林等為主的高等植物不僅為濕地鳥類和其它濕地動物提供了棲息地,也是濱海濕地分類的重要依據。適應濕生環境的哺乳動物、兩棲類,以及水生動物等是濱海濕地最主要的消費者。濱海濕地土壤既是物質轉化和交換的媒介,又是植物可利用化學物質的儲存庫。

目前國內外還沒有統一的濱海濕地分類標準與方案。Cowardin提出的成因分類法[18]根據成因將濕地劃分為海洋、河口、河流、湖泊和沼澤五大系統,但未對濱海濕地作出單獨劃分。Ramser濕地公約中將濱海濕地分為12類,但未對人工濱海濕地進行詳細劃分(表1)。Brinson于1993年提出了水文動力學分類方法[19],按照地貌位置屬性將濕地劃分為四大系統,其中海岸地貌濕地被單獨劃分出來。我國許多學者也對濱海濕地進行過劃分。1996年《全國濕地資源調查與監測技術規程》根據Ramser分類體系,將我國濕地劃分為5大類28型,其中濱海濕地包括12型(表1),涵蓋了全部的自然濱海濕地類型[20]。陸健健[14]根據濱海濕地植被特征、土壤和淹水程度的差異將我國濱海濕地劃分為10個類型。牟曉杰等[21]在總結分析國內外相關研究以及系統調查的基礎上,建立了我國濱海濕地的綜合分類、水文分類和植被分類系統,這一分類系統雖有待于驗證和完善,但是目前為止較為系統、詳細的分類體系,其建立和應用將有助于不同部門、不同區域以及不同層次濱海濕地調查數據的共享和對比分析。此外,Zuo等[22]、趙煥庭[23]、陳建偉[24]、楊愛民[25]、丁東[26]、倪晉仁[27]等都對都對濱海濕地進行過分類,各分類方法雖然不同,但沒有太大的差別。各分類方法與人們對濕地效益認識的加深、對濕地定義內涵逐漸擴展是密不可分的,濕地資源調查和監測對分類的需要促進了分類系統的逐漸完善[24]。

表1 濱海濕地類型劃分

1.2 生態系統服務定義及分類

Daily[28]將生態系統服務定義為自然生態系統及其物種所提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過程。Costanza等[29]則認為生態系統服務是人類直接或間接從生態系統中獲得的收益,并將生態系統服務劃分為17類。千年生態系統評估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)對生態系統服務的定義和Costanza基本相同,但MA將生態系統服務分為了供給服務、調節服務、支持服務和文化服務四大類[30],這一定義和分類方案目前已得到公眾和學術界的接受,并被廣泛使用[31]。此外,Boyd和Banzhaf[32]、Wallace[33]、TEEB[34]、Fisher[35]、 歐陽志云和王如松[36]等都對生態系統服務進行了定義和分類(表2)。雖然國內外學者對生態系統服務定義的理解和分類方案有所不同,但大都涵蓋三方面的內容：即自然生態系統是生態系統服務產生的主體;生態系統服務通過生態系統過程和狀況體現,并以人類偏好為基礎;生態系統服務對人類經濟社會的生存與發展具有支持作用[37]。李琰等[38]對主要的生態系統服務定義和分類進行了詳細的總結。

1.3 濱海濕地生態系統服務的產生

基于Daily對生態系統服務的定義,濱海濕地生態系統服務是指由濱海濕地生態系統及其生態過程所提供的、人類賴以生存的自然環境條件及效用。濱海濕地生態系統是其服務產生的基礎,包括各種生物組分和非生物組分,其中生物組分是構成濱海濕地生態系統的主體,各項服務的產生離不開生物組分的參與,且生態系統生物群落的組成和數量的變化,以及非生物環境的改變都會對濱海濕地生態系統服務的種類和質量產生影響。因此,沒有濱海濕地生態系統組分參與的過程所提供的產品或服務不屬于濱海濕地生態系統服務。陳尚[42]、張朝暉等[43]針對海洋生態系統提出了類似觀點。

濱海濕地生態系統服務產生于其自身結構和功能之上。濱海濕地生態系統的生物組分中的生產者主要有草本植物、喬木、灌木和浮游植物等;消費者主要包括具有飛翔能力的鳥類和昆蟲、適應濕生環境的哺乳類、兩棲類和爬行類,以魚類為代表的水生動物,以及種類繁多的底棲無脊椎動物;細菌和真菌是最主要的分解者類群。尹小娟等[44]對濕地生態系統的物理化學生物過程對應的不同生態功能和生態系統服務進行了總結,參照此研究結果,從生理生態過程的角度出發,將濱海濕地生態系統每一組分或功能與其所提供的服務聯系起來,得到濱海濕地生態系統服務產生過程(圖1)。濱海濕地生態系統服務或產品的產生主要有兩個途徑：一是濱海濕地生態系統生物組分或系統整體直接產生;二是系統內的組分之間相互作用產生某些功能,再由這些功能產生相應的生態系統服務[45]。

濱海濕地生態系統為人類提供了多項對改善生態環境以及福祉至關重要的服務(圖1)[46]。供給服務是指人類從生態系統獲得的產品,如食物(尤其是魚類)和纖維是人類生存與發展所必須的;調節服務(從生態系統過程的調節作用獲得的效益)和支持服務(生態系統提供其它服務的基礎)對于維持為人類提供諸多惠益的重要生態系統起著至關重要的作用;此外,濱海濕地在教育、美學、科研、文化、精神等方面也具有重大的價值,為人類的休閑娛樂、旅游活動以及科研教育等提供了豐富的資源。

表2 主要的生態系統服務定義和分類

濱海濕地生態系統服務的實現主要通過相互作用的生態系統和經濟系統兩個途徑。每一種服務的實現途徑都不完全相同。遺傳物質、調節氣候、生物調節、水文狀況、防治侵蝕、調控自然災害、養分循環、土壤形成、物種多樣性主要通過濱海濕地生態系統自身的結構和過程實現,不依賴于人類社會的經濟活動;食物、淡水、纖維和燃料、生物化學品、控制污染和脫毒、精神和靈感、休閑娛樂、教育以人類社會為載體,通過各種社會經濟活動得以實現,為人類社會提供福祉。

圖1 濱海濕地生態系統服務產生機理及其分類Fig.1 Generation mechanism and classification of coastal ecosystem services

2 濱海濕地生態系統服務價值評估

人類需求賦予了生態系統服務價值。生態系統服務總經濟價值(Total Economic Value, TEV)包括直接使用價值(指人類可以直接利用的生態系統產品或服務所產生的價值,主要對應于供給服務和文化服務)、間接使用價值(指能夠維持人類社會的經濟活動和人類福利,但無法商品化的服務,主要對應于調節服務和支持服務)、非使用價值(包括存在價值、遺產價值和內在價值)。

Costanza指出：“為量化濕地生態系統的潛在價值,明確其對人類社會的影響,同時為了建立未來研究的框架,迫切需要進行濕地生態系統服務價值評估”[29]。

2.1 濱海濕地生態系統服務價值評估方法

濱海濕地生態系統服務經濟價值評估主要有3種方法：直接市場法,揭示偏好法和陳述偏好法[1]。這些方法有3個特點：1)以Costanza、De Groot或MA對生態系統服務的分類體系為基礎,對確定的服務類型進行估算;2)分項并選用不同方法計算各類生態系統服務的價值,采用加和的方式得到總的服務價值;3)將人的意愿納入無定形服務價值量化研究中,修復了支付意愿法的不確定性,引入不同各人的偏好差異以及支付意愿法與生態系統權重賦值相結合的方法等[47]。

2.1.1 直接市場法

直接市場法以生態系統產品或服務的市場交易價格為基礎估算其經濟價值。主要包括市場價值法、生產函數法、替代成本法等。

張華等[48]采用市場價值法對遼寧省濱海濕地產出的海水產品、稻田產出的稻米、鹽田產出的海鹽以及蘆葦沼澤的產出和供給進行了估算。Engle[49]利用該方法對墨西哥海灣濱海濕地的供給服務進行了估算。Knowler等[50]使用生產函數法對加拿大西海岸鮭魚淡水棲息地的價值進行了估算。

2.1.2 揭示偏好法

揭示偏好法是通過考察人們與市場相關的行為,特別是在于環境聯系緊密的市場中所支付的價格或他們獲得的利益,間接推斷出人們對生態系統產品或服務的偏好,以此來估算環濱海濕地環境質量變化的經濟價值,常用于估算使用價值。常用的方法主要包括旅行費用法、享樂價格法和隨機效用模型。

Prayaga等[51]使用旅行費用法估算了Capricorn海岸的漁業休閑價值。 James等[52]利用享樂價格法對Peconic海灣項目的實施帶來的房價的變化來表示Peconic海灣的價值,研究結果表明：休閑娛樂場所面積大小、距離主道路遠近等對Peconic海灣的價值具有強烈的影響。

2.1.3 陳述偏好法

陳述偏好法是通過詢問人們在假設情況下對生態系統產品或服務的定價來估算此項服務的價值。使用價值和非使用價值均可用此方法來衡量。常用的方法主要有兩種：條件價值法和選擇實驗模型法。

條件價值法是利用效用最大化原理,以得到商品或服務的價值為目的,采用問卷調查直接詢問人們在模擬市場中對某項生態系統服務改善的支付意愿或放棄某項服務而愿意忍受的接受意愿,以此揭示被調查者對環境物品和服務的偏好,從而最終得到公共物品非使用經濟價值[53]。其核心是直接調查咨詢人們對生態系統服務的支付意愿或接受意愿,并以支付意愿或接受意愿來表達生態系統服務的經濟價值[54]。Atkins等[55]采用該方法對丹麥居民改善蘭納峽灣水質的支付意愿進行調查,并進行了決策樹和回歸分析,結果表明,受訪者對減輕水體富營養化具有強烈的支付意愿。

2.2 濱海濕地生態系統服務價值評估方法應用

本文以MA提出的生態系統服務分類體系為基礎,結合濱海濕地特點,選取主要的生態系統服務構建評價指標體系,對國內外學者常用的評估方法進行總結歸納,為今后濱海濕地生態系統服務估值研究提供參考(表3)。

表3 濱海濕地主要生態系統服務價值評估方法

3 濱海濕地生態系統服務價值評估中的問題和展望

3.1 濱海濕地生態系統服務價值評估中存在的問題

濱海濕地生態系統服務價值評估的理論和方法都已比較完善,能夠為濱海濕地生態系統管理及政策制定提供建議。但由于濱海濕地生態系統本身的復雜性和人類認知的局限性,目前,濱海濕地生態系統服務價值量化過程中仍然存在以下問題：

3.1.1 生態系統服務分類的多樣性

濱海濕地生態系統服務的產生是一個十分復雜的過程,生態系統功能和生態系統服務之間并不是一一對應的關系。生態系統結構的復雜性造就了生態系統功能和服務的多樣性,加之生態系統服務空間分布的不均衡性以及人類的選擇偏好,生態系統服務之間出現了此消彼長的權衡和相互增益的協同等形式。由此可見,生態系統服務之間是相互聯系的,如上文所述,目前的分類系統僅是簡單地將生態系統服務劃分為互不聯系的類型,不僅人為地割裂了生態系統服務之間的聯系,而且容易導致重復計算的問題。不同學者使用不同的分類體系,評估結果也缺乏可比性,從而影響其參考價值。因此,有的學者認為,與其估算生態系統服務價值的絕對值,倒不如研究生態系統變化引起的價值變化的意義更大[62]。

3.1.2 生態系統服務價值評估方法的局限性

生態系統服務價值量化主要使用的是福利經濟學中的一些方法,而貨幣化的評估結果往往很難反映濱海濕地生態系統價值的豐富程度,而且人類對生態系統服務的選擇偏好會隨著時間發生改變,此時,福利經濟學方法的適用性和評估結果的有效性將會受到質疑。大量的文獻均指出每一種經濟評估方法都存在各自的優點和不足[63-67]、崔麗娟[68]對幾種常用的評估方法進行了詳細的總結和歸納。每一種生態系統服務通常有多種不同的評估方法,且不同的評估對象和評估目標往往需要選取不同的評估指標和評估方法,因此,評估結果的差別也很大,缺乏可比性[10]。

3.1.3 數據獲取困難

對無法在市場進行交換的濱海濕地生態系統服務價值進行估算時,多采用替代市場法、假象市場法和成果參照法等,大多研究區域缺乏可靠、完整的生態監測數據,如通過社會調查獲取數據,不僅調查過程費時費力,且人為構造的假想市場受主觀影響很大,易造成研究結果與實際情況偏離[44]。

3.2 展望

根據目前濱海濕地生態系統服務價值評估研究現狀,為使濱海濕地生態系統服務價值評估更具科學性和可靠性,今后的研究工作應加強以下幾方面內容的研究。

3.2.1 優化、統一濕地生態系統服務分類方案

上文已對生態系統服務分類進行了詳細介紹。即使是同一研究目標,不同的分類方案得出的評價結果相差較大。重視源頭優化濕地生態系統服務分類,能夠使評價結果更為精確。且統一的分類方案有助于評價指標的建立和選取。

3.2.2 結合評估對象和目標選擇評估方法

生態系統服務價值評估方法各有優缺點,但總體看來直接市場法的可信度高于替代市場法,而替代市場法的可信度又高于模擬市場法。因此,針對不同的評估對象和評估目標選取評估方法時,應遵循以下基本原則：首先選用直接市場法,若條件不具備則采用替代市場法,當兩種方法都無法采用時才使用模擬市場法[69]。

3.2.3 推行生態監測,建立數據網絡共享平臺

數據的缺乏往往使生態系統服務價值評估結果的可靠性受到質疑,而通過生態監測不僅能獲得連續的數據,而且還能反映研究區域的環境質量狀況。另外,3S等技術的應用也可以在時空序列上積累數據,為濕地生態系統服務價值評估提供可靠的數據基礎。

4 小結

濱海濕地是自然界生物多樣性最豐富的生態系統之一,也是人類最重要的生存環境之一,具有巨大的物質生產功能和社會、環境、經濟功能。本文詳細介紹了濱海濕地生態系統的結構和特征,對生態系統服務的定義及分類進行了詳細分析,總結歸納了濱海濕地生態系統服務價值評估的主要方法,并針對其中存在的問題進行了深入探討,指出目前研究中存在割裂生態系統服務之間的聯系、重復計算等問題。在回顧國內外研究現狀的基礎上,認為優化并統一生態系統服務分類體系、結合研究背景和目標建立合理的評估指標體系以及推行生態監測、建立數據網絡共享平臺是未來濕地生態系統服務價值評估中需要進一步深化和探索的研究內容。

生態系統服務價值評估是聯系生態系統研究與管理決策的關鍵環節,評估的目的是為了全面地認識生態系統服的現狀及其變化趨勢,并以簡單的方式向公眾和決策者提供生態信息,從而輔助決策者更好地制定出生態保護規劃與管理,以促進人類社會與生態環境的共同可持續發展[70]。

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Progress in ecosystem services value valuation of coastal wetlands

CHENG Min1, ZHANG Liyun1, CUI Lijuan2, OUYANG Zhiyun1,*

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCentreforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofChina,Beijing100085,China2InstituteofWetlandResearch,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China

Coastal ecosystems provide diverse goods for people in terms of food, fuel, income, and other uses. More importantly, coastal ecosystems can also deliver ecosystem services to human society through provisioning, regulating, cultural, and supporting services, which influence human welfare both directly and indirectly. Humans can manage ecosystem processes by rearranging the components and structures of the ecosystem (reclamation, overfishing and altering land use) to produce or deliver services that meet their demands better. Driven by economic benefits, people have over-exploited coastal resources, which gradually have led to the degradation of coastal ecosystems. Alteration and degradation of coastal ecosystems results in weaknesses in the delivery of ecosystem services. Anthropogenic factors are thought to be the main drivers responsible for ecosystem degradation, loss, and alteration, and, therefore, the estimation of the value of the services embedded in coastal ecosystems may be an efficient way to raise people′s consciousness of the importance of coastal ecosystem protection. However, coastal ecosystems are becoming under increasing threat as a result of biological capture, overfishing, and over-exploitation because some services that this ecosystem offers are not traded in markets. The value of ecosystem goods and services can be estimated and then expressed in monetary and non-monetary terms, which will help people recognize the importance of coastal ecosystems and alter the behavior that leads to ecosystem loss. Ecosystem service assessment can supplement better management choices and guide regional and national development plans.

ecosystem services; value; valuation methods; coastal wetlands

林業性行業科研專項資助項目(201404305)

2015- 10- 15;

2016- 04- 21

10.5846/stxb201510152077

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zyouyang@rcees.ac.cn

程敏,張麗云, 崔麗娟, 歐陽志云.濱海濕地生態系統服務及其價值評估研究進展.生態學報,2016,36(23):7509- 7518.Cheng M, Zhang L Y, Cui L J, Ouyang Z Y.Progress in ecosystem services value valuation of coastal wetlands.Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7509- 7518.