洪湖濕地大氣調節價值評價研究

（湖北省林業科學研究院，武漢 430075 ）

洪湖濕地大氣調節價值評價研究

周文昌 史玉虎 潘 磊 龐宏東 鄭蘭英 付 甜 胡文杰

（湖北省林業科學研究院，武漢 430075 ）

濕地是地球上水陸相互作用形成的獨特生態系統，具有重要的生態、環境功能，使得濕地與海洋、森林一起并列為全球三大生態系統（楊永興，2002)。然而，由于人類長期不合理的開發活動，人們對濕地自然資源的過度利用和認識不足，導致了濕地生態環境功能喪失與退化加劇（楊永興，2002； 張曉云等，2006； 張文娟等，2009)。因此，加深對濕地生態系統服務價值的評價和認識可為制定懲處破壞者、濕地生態效益補償機制和人類可持續利用濕地資源提供必要的理論支撐（傅嬌艷等，2007；劉曉輝等，2008)。

濕地生態系統服務是指人類從濕地生態系統中獲得的效益(Assessment，2005；李偉，2014)。洪湖濕地是長江中游江漢平原大型湖泊濕地類型的自然保護區，具有美麗的自然景觀，豐富而獨特的自然生態環境，具有多種效益，如洪澇調蓄、大氣調節、凈化水質和調節氣候等多種功能，被譽為“魚米之鄉”“長江中游流域的一顆明珠”(王學雷等，2002； 周文昌等,2016)。然而，過去對洪湖濕地生態系統服務價值的評估不夠全面，例如大氣調節功能價值，主要評估了洪湖濕地固碳釋氧功能（劉韜等，2007； 莫明浩等，2008)，缺乏洪湖濕地增濕調溫的大氣調節服務評估，從而影響準確評價洪湖濕地生態系統服務功能價值。另外，過去對濕地生態系統大氣調節服務功能價值的研究主要集中在固定大氣二氧化碳和釋放氧氣兩方面，鮮有將濕地調節溫室氣體碳通量(二氧化碳和甲烷)、釋放氧氣、增濕調溫相結合的研究，如王繼國（2007）報告了艾比湖濕地增濕調溫氣候服務價值占整個湖泊生態系統服務價值的32%；康曉明等（2015）研究了黃河三角洲蘆葦濕地大氣調節溫室氣體碳通量、釋放氧氣兩種大氣調節服務價值為8.46億元人民幣，均表示濕地大氣調節服務功能價值重要。本文基于現有基礎資料，研究洪湖濕地大氣調節服務功能，旨在為準確評價洪湖濕地生態系統服務功能價值，以期為洪湖濕地國家級自然保護區和濕地管理者提供數據理論支持。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

洪湖濕地是湖北省最大淡水湖泊，中國第七大淡水湖泊，地處湖北省中南部，長江中游北岸（113°12′～113°26′，29°40′～29°58′)，是長江和漢水支流間的洼地區域（李昆等，2015)，2008年被列入濕地公約《國際重要濕地名錄》，2014年進入中國濕地生態系統國家定位觀測研究站網（周文昌等,2016)。氣候屬于北亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫15.9～16.6℃，無霜期＞250 d，年均降水量1 174 mm，年均蒸發量為1 354 mm，平均日照1987.7 h，年太陽輻射總量440～460 KJ/cm2，4-10月降水量占全年的77%，濕地面積為344 km2，平均水深為1.35 m，以淺水湖泊（307.40 km2）為中心，周邊為湖濱沼澤（36.54 km2）（肖飛等，2003； 王曉艷等，2011； 李昆等，2015)。濕生植物主要種類為莎草科和禾本科植物（王學雷等，2002)，挺水植物為菰Zizania latifolia、蘆葦Phragmites australis和蓮Nelumbo nucifera，浮葉植物為菱Trapa bispinosa、睡蓮Nymphaea tetragona，沉水植物為微齒眼子菜Potamogeton maackianus、輪葉黑藻Hydrilla verticillata和金魚藻Ceratophyllum demersum（王學雷等,2002；劉毅等,2015)。

1.2 研究方法

濕地生態系統大氣調節功能價值包含綠色植物光合作用固定的含碳溫室氣體、釋放氧氣和湖泊增濕調溫價值（王繼國,2007； 康曉明等,2015；江波等,2015)。

1.2.1 植物光合作用固定的溫室氣體價值 濕地溫室氣體大氣調節功能價值主要為二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4)，濕地植物通過光合作用固定大氣CO2，作為大氣CO2吸收匯；同時也作為CH4排放源。因此洪湖濕地碳收支平衡，需要計算兩種溫室氣體的碳收支平衡，其中植物固定的CO2通過生物量計算，湖泊生物量采用2010年調查的鮮重生物量1 157 g/m2（Xiao et al,2013）和干濕比1：20計算（莫明浩等,2008)，而湖濱灘地以蘆葦植物為優勢種群，2010年的生物量為39.77 t/hm2（劉剛等，2013)。沉水植物面積采用湖泊307.40 km2，湖濱帶濕地面積采用36.54 km2（肖飛等,2003)。計算得知洪湖濕地水生植物總生物量為147 092.67 t，根據光合作用方程，植物每生產1 kg干物質固定1.63 kg CO2。由于缺乏洪湖濕地溫室氣體CH4排放觀測資料，洪湖濕地CH4的排放數據采用武漢市東湖湖泊濕地的觀測研究資料〔春季(0.36 mg CH4/(m2·h)、夏季(2.97 mg CH4/(m2·h)、秋季(0.64 mg CH4/(m2·h)、冬季(0.28mg CH4/(m2·h) CH4排放通量估算〕 (Xing et al,2005)。計算公式如下(江波等，2015； 康曉明等,2015）：

式中：V1為洪湖濕地植物固定的溫室氣體價值(元/a)；Qco2和Ech4分別為洪湖濕地每年凈固定的碳(t C/a)和每年排放的碳(t C/ a)；而CH4換算為等量溫室效應的CO2，1 kg的CH4產生的溫室效應等同于24.5 kg的CO2產生的溫室效應(Jenkins et al，2010)；P1為造林成本價格(1 320元/t C)(李文華，2008)。

1.2.2 釋放氧氣價值 綠色植物在光合作用固定大氣中CO2的同時，也釋放氧氣(O2)。根據綠色植物光合作用方程，綠色植物每生產1 kg干物質向空氣中釋放1.2 kg O2。釋放O2價值采用工業制氧法計算洪湖濕地釋放氧氣價值(江波等，2015)，計算公式如下：

式中：V2為洪湖濕地釋氧價值(元/a)，Q2為釋放氧氣量(t/ a)，P2為工業制氧價格(1 000 元/ t)(中華人民共和國衛生部網站，http：//wsb.moh.gov.cn/)。

1.2.3 增濕調溫服務價值 洪湖濕地增濕調溫價值評價采用替代成本法估算服務價值，計算公式如下：

式中：V3為洪湖濕地增濕調溫服務價值（元/a）；Q3為單位體積水量轉化為蒸汽耗電量（kW/h）；E為洪湖年均蒸發量（1 354 mm）；k為大湖面水體年均蒸發量折算系數（0.75）（劉曉麗等，2008）；A為洪湖湖泊面積（307.40×106m2）；P3為電價（元/(kW·h))。水量轉化為蒸發量以市場上常見加濕器功率32 W計算，將1 m3水轉化為蒸汽耗電量約為125 kW/h（劉曉麗等，2008；江波等，2015)，電價取武漢市0.5元/(kW·h)。

2 結果與分析

2.1 洪湖濕地植物固定溫室氣體價值

洪湖濕地植被固定CO2量為2.40×105t/a，CH4排放量為3.15×103t/a，換算成CO2當量為7.73×104t/a。從整個生態系統碳收支平衡來看，洪湖濕地凈吸收CO2量為16.25×105t/a，表現為洪湖對大氣的碳吸收匯。通過公式（1）計算出洪湖濕地植被固定CO2溫室氣體價值為58.50×106元/a。

2.2 濕地釋放氧氣價值

依據綠色植物固定的生物量干重和光合作用方程，洪湖濕地植被釋放氧氣量為1.77×105t/a，根據公式（2）計算洪湖濕地釋放氧氣價值為176.51×106元/a。

2.3 洪湖濕地增濕調溫服務價值以及大氣調節功能服務總價值

洪湖湖泊是湖北省最大的淡水湖泊，湖泊水體通過水面蒸發不斷與大氣之間進行熱量和水分交換，成為洪湖濕地流域內的天然“加濕器”。根據公式（3）計算得知，洪湖湖泊水面因蒸發增濕調溫服務價值為19.51×106元/a。

根據以上計算洪湖濕地大氣調節功能服務總價值為254.52×106元/a，其中植被固定溫室氣體價值占大氣調節價值的22.98%，釋放氧氣價值占大氣調節價值的69.35%，增濕調溫服務價值占大氣調節價值的7.7%（圖1)。

圖 1 洪湖濕地大氣調節功能價值

3 結論與討論

濕地是一種獨特的生態系統，它的功能和價值是多方面的。由于濕地常常淹水，濕地土壤和植被持水發生的土壤、水體的蒸發和植被蒸騰作用，使得濕地對周圍的氣溫和降水量具有一定的調節作用（王學雷等，2002)，如洪湖濕地是湖北省最大的淡水湖泊，從而成為了洪湖市的巨大“加濕器”；另外，濕地通常作為大氣CO2的匯和CH4排放源，對于調節大氣溫室氣體CO2和CH4的平衡扮演著重要的作用（周文昌等，2012)。本研究通過植被固碳、溫室氣體CH4排放、釋放氧氣和湖泊蒸發增濕調溫價值，得到洪湖濕地大氣調節服務價值為2.55億元/a，其中固定溫室氣體價值為0.59億元/a，釋放氧氣價值為1.77億元/a，調節大氣濕度價值為0.20億元/a，分別占大氣調節價值的22.98%、69.35%和7.7%。洪湖濕地大氣調節價值是過去研究者（劉韜等，2007； 莫明浩等，2008）估算大氣調節價值（0.22億元）的11.6倍，也遠大于武漢市嚴東湖湖泊濕地大氣調節服務價值(包含蒸騰吸熱價值、固碳釋氧價值共為0.19億元/a)（王鳳珍等，2011)；但遠遠小于青海湖大氣調節價值(1 962億元/a) (江波等，2015)，這主要是由于青海湖湖泊面積(4 377 km2)遠遠大于洪湖湖泊面積(307.4 km2)。由于過去洪湖濕地植被生物量研究存在較大的差異，本研究植被生物量約為15萬t，而過去估算大氣調節價值的生物量為2.5萬t，但據王學雷等（2002）報道的洪湖高等水生植物生物量高達157萬t，因此，準確的植被生物量調查對于估算洪湖濕地服務價值非常重要。濕地生態系統的氣候價值對周圍氣溫和降水量具有一定的緩沖作用，但因為過去研究大氣調節價值多采用固碳釋氧，很少研究濕地降溫調濕的服務功能價值。今后有待加強濕地生態系統大氣調節服務價值的研究，為濕地保護與管理決策提供理論數據支持。

崔麗娟．2002．扎龍濕地價值貨幣化評價[J]．自然資源學報，17(4)：451-456

江波，張路，歐陽志云．2015．青海湖濕地生態系統服務價值評估[J]．應用生態學報，26(10)：3137-3144

康曉明，崔麗娟，岳興亮，等．2015．黃河三角洲蘆葦濕地大氣調節價值評價研究[J]．濕地科學與管理，11(4)：23-25

李昆，王玲，李兆華，等．2015．豐水期洪湖水質空間變異特征及驅動力分析[J]．環境科學，36(4)：1285-1292

李偉，崔麗娟，龐丙亮，等．2014．濕地生態系統服務價值評價去重復性研究的思考[J]．生態環境學報，23(10)：1716-1724

李文華．2008．生態系統服務功能價值評估的理論、方法與應用．北京：中國人民大學出版社

劉剛，陳利．2013．洪湖濕地碳儲量的研究[J]．中南林業科技大學學報，33(8)：103-107

劉韜，陳斌，杜耘，等．2007．洪湖濕地生態系統服務價值評估研究[J]．華中師范大學學報：自然科學版，41(2)：304-308

劉曉輝，呂憲國，姜明，等．2008．濕地生態系統服務功能的價值評估[J]．生態學報，28(11)：5625-5631

劉曉麗，趙然杭，曹升樂．2008．城市水系生態系統服務功能價值評估初探//仁立良（eds．）．環境變化與水安全[M]．北京：中國水利水電出版社：321-324

劉毅，任文彬，舒潼，等．2015．洪湖湖濱帶植被現狀以及近五十年的變化分析[J]． 長江流域資源與環境，24(supp．1)：38-45

莫明浩，任憲友，王學雷，等．2008．洪湖濕地生態系統服務功能價值及經濟損益評估[J]．武漢大學學報：理學版，54(6)：725-731

王鳳珍，周志翔，鄭忠明．2011．城郊過渡帶湖泊濕地生態服務功能價值評估：以武漢市嚴東湖為例．生態學報，31(7)：1946-1954

王繼國．2007．艾比湖濕地調節氣候生態服務價值評價[J]．濕地科學與管理，3(2)：38-41

王曉艷，王學雷，鄧帆，等．2011．1961-2008年洪湖濕地區域氣候變化特征分析[J]．華中師范大學學報：自然科學版，45(2)：304-307

王學雷，杜耘．2002．洪湖濕地價值評價與生物多樣性保護[J]．中國科學院院刊，17(3)：177-180

肖飛，蔡述明．2003．洪湖濕地變化研究[J]．華中師范大學學報：自然科學版，37(2)：266-268

楊永興．2002．國際濕地科學研究的主要特點，進展與展望[J]．地理科學進展，21(2)：111-120

張文娟，白鈺，曾輝．2009．濕地生態系統服務功能評價模式的不足與改進[J]．中國人口資源與環境，19(6)：23-29

張曉云，呂憲國．2006．濕地生態系統服務價值評價研究綜述[J]．林業資源管理，5(10)：81-87

周文昌，牟長城，劉夏，等．2012．小興安嶺天然森林沼澤生態系統碳匯功能．東北林業大學學報，40(7)：71-75，127-127

周文昌，史玉虎，龐宏東，等．2016．洪湖濕地生態系統服務價值研究概述[J]．湖北林業科技，45(2)：43-48，55-55

Assessment M E. 2005. Ecosystems and human well-being[M]. Island Press Washington,DC.

Jenkins W A,Murray B C,Kramer R A,et al. 2010. Valuing ecosystem services from wetlands restoration in the Mississippi Alluvial Valley[J]. Ecological Economics,69(5): 1051-1061

Xiao C,Liu G. 2013. The relationship of seed banks to historical dynamics and reestablishment of standing vegetation in an aquaculture lake[J]. Aquatic botany,108: 48-54

Xing Y,Xie P,Yang H,et al. 2005. Methane and carbon dioxide fluxes from a shallow hypereutrophic subtropical Lake in China[J]. Atmospheric Environment,39(30): 5532-5540

Valuation of the Air Regulation Service in Honghu Lake Wetland

ZHOU Wen-Chang SHI Yu-Hu PAN Lei PANG Hong-Dong ZHENG Lan-Ying FU Tian HU Wen-Jie
(Hubei Provincial Academy of Forestry, Wuhan 430075)

以洪湖濕地為研究對象，基于現有研究資料對其大氣調節服務價值進行了定量評價。結果表明：洪湖濕地大氣調節服務總價值為254.52×106元/a，是過去研究結果的11.6倍，其中濕地植物凈固定的溫室氣體價值（包含甲烷折算的排放價值）為58.50×106元/a，表現為較強的碳匯；濕地釋放氧氣價值為176.51×106元/a，增濕調溫價值為19.51×106元/a。洪湖濕地植被凈固定溫室氣體價值、釋放氧氣價值和增濕調溫價值分別占大氣調節服務總價值的22.98%、69.35%和7.7%。

洪湖濕地；大氣調節；固碳；釋放氧氣；增濕調溫；服務價值

To assess the value of air regulation in Honghu lake wetland, a quantitative study was conducted based on existing literature. Results showed that the total service value of air regulation in Honghu lake wetland was RMB 254.52 million/year, which was 11.6 times of that by previous studies. The Net value of fixed greenhouse gases via wetland plants (including carbon emission value from methane emission conversion into carbon dioxide greenhouse gas effect) was RMB58.50 million/year, the data indicated that the lake wetland was a strong carbon sink. The value of oxygen released by the wetland ecosystem was RMB176.51 million/year, the value of air humidity and temperature regulation was RMB 19.51 million/year. The next value of greenhouse gas fixation by Honghu lake wetland vegetation, the value of released oxygen, and the value of lifting air humidity and temperature regulation, accounted for 22.98%, 69.35%, and 7.7% of the total value of the air regulation services, respectively.

Honghu lake wetland; Air regulation; Carbon sequestration; Oxygen release; Air humidity and temperature regulation; Ecological service

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.06

2016-06-19

國家林業局“湖北洪湖濕地生態系統國家觀測研究站運行補助”項目(2016-LYPT-DW-064)資助

周文昌，男(1983-)，博士，主要從事濕地碳循環和濕地評價研究。E-mail: zwclky@126.com

史玉虎，研究員，博士，主要研究濕地生態學和森林生態學。E-mail: shiyuhu@126.com