膠州灣濱海濕地生態系統服務價值變化

商慧敏,郗 敏,李 悅,孔范龍,王 森

青島大學環境科學與工程學院, 青島 266071

生態系統服務是指人類直接或間接從生態系統得到的利益[1- 2]。對生態系統服務價值進行評估有利于人類更深入的理解自然生態系統的運行過程及內在機制,更清楚的認識到生態系統為人類提供的各項服務功能的重要性,其研究成果為人類更好的主動協調人地關系、制定對自然的管理決策提供了科學依據,從而保證了人類社會發展的可持續性[3]。自Costanza等[4]和千年生態系統評估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)[5]關于生態系統服務的研究發表以來,人們逐漸認識到生態系統服務在維持人類生存和社會經濟可持續發展方面的重要作用,生態系統服務研究逐漸成為生態學和經濟學研究的熱點。目前,國內外對生態系統服務價值評估研究較多,如Adekola等對尼日爾三角洲濕地的服務價值進行了評估并對其社會分配進行了分析[6]；Luisetti等以英國北部海岸為例對海岸帶生態服務進行了評估,可以為政策的制定提供有力參考[7]；Camacho-Valdez等主要是通過市場價值轉移的方法對墨西哥西北部濱海濕地的生態系統服務進行估算,并認為在未來應該優先考慮保護環境[8]；劉永杰等應用市場價值、影子價格、機會成本等方法對神農架自然保護區森林生態系統服務價值進行評估[9]；王斌等通過多種方法定量評估了浙江省濱海濕地的直接和間接服務價值[10]；崔麗娟等采用多種生態經濟學方法對扎龍濕地的最終生態服務進行了評價[11]?？傮w而言,國外對于不同類型的生態系統服務價值研究較為全面,研究方法較為成熟,研究方向趨向于生態服務價值隨時空方向的演變及對土地利用類型變化的響應,國內近年對生態系統服務價值評估的理論和方法都已比較完善,但在評估類型上大多偏向西部干旱半干旱的各種生態系統(森林、草地、荒漠),對濕地研究尤其是濱海濕地的研究較少[12],在評估時段上多以現狀評價為主,對某一區域進行連續的或多時間段的動態價值評估的研究不足[9- 11]。而對濱海濕地生態系統服務功能的價值進行動態的變化研究,在分析濱海濕地生態系統的演變過程,分析人類活動對其生態系統服務價值的影響方面都有重要意義[13-14]。

本文以膠州灣濱海濕地生態系統為例,研究了膠州灣濱海濕地2005年、2010年和2015年生態系統服務價值的動態變化,并對造成變化的驅動因素進行分析,以期提高社會對濱海濕地生態系統保護的認識,為建立濱海型濕地生態系統服務價值評估體系提供參考,為管理和保護膠州灣濱海濕地生態系統提供依據。

1 研究區域和研究方法

1.1 研究區概況

膠州灣位于山東半島南部,以團島頭與薛家島腳子石連線為界,是一個伸入陸域、與黃海相通的半封閉內灣,具有典型的濱海濕地特征(圖1)。膠州灣濕地是目前山東半島面積最大的河口海灣型濕地,已被列入《國家重要濕地保護名錄》。匯入膠州灣的主要河流有大沽河、白沙河、李村河、墨水河及海泊河等,其中大沽河流量最大,約占大沽河、墨水河、白沙河及洋河4條河總流量的85.6%。膠州灣地區屬北溫帶季風氣候,受海洋季風調節,空氣濕潤,溫度適中,四季分明,有明顯的海洋氣候特點,多東南風和海霧。當地年平均氣溫12℃,最高溫度在8月,最低溫度在1月,年平均降水量為900mm,年內分布極不均勻,7月最多,1月最少。

圖1 膠州灣濱海濕地區位圖Fig.1 Location map of Jiaozhou Bay coastal wetland

1.2 數據來源與價值核算

本文的評估數據主要來源于青島市海洋與漁業局統計資料、青島市氣象局天氣統計資料、青島市歷年統計年鑒[15- 17]以及文獻資料[18- 25]。濕地范圍參照濕地定義以及青島市膠州灣濕地保護紅線[26]來確定。

膠州灣濱海濕地生態系統服務總價值的計算模型可以表示為：

ESV=Vp+Vr+Vc=∑Vpi+∑Vri+∑Vci

(1)

式中,ESV表示濕地生態系統服務的總價值,Vp表示濕地生態系統服務的供給價值,Vr表示濕地生態系統服務的調節價值,Vc表示濕地生態系統服務的文化價值,∑Vpi,∑Vri,∑Vci則表示各服務指標價值之和。膠州灣濱海濕地生態系統服務價值核算具體公式、參數及評價方法見表1。

表1 膠州灣濱海濕地生態系統服務價值核算表

2 結果與討論

2.1 指標體系的構建

本文根據研究區的生態特征及其社會經濟特征,參考MA[5]中對生態系統服務的劃分,將膠州灣濱海濕地生態系統服務劃分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務,由于土壤形成、初級生產等支持服務是其他服務的基礎,其價值可以在其他3類服務上得以體現,因此,在本研究中不對支持服務進行評估[30],最終建立共包含水產品生產價值、植物資源價值、原鹽產出價值、供水蓄水價值、水質凈化價值、提供生境價值、氣候調節價值、減緩土壤侵蝕價值、固碳價值、釋氧價值、科研教育價值和濱海旅游價值12個指標的評價體系(圖2)。

此體系中各指標的選擇首先充分體現了研究區生態服務功能,同時考慮到了服務價值核算中的重復性計算問題,增強了核算的準確性,使得評價結果更有可信度。

圖2 膠州灣濱海濕地生態系統服務價值指標體系Fig.2 Valuation indicators of ecosystem services in Jiaozhou Bay coastal wetland

2.2 供給服務價值評估

2.2.1 水產品生產價值

根據青島市海洋與漁業局統計資料,研究區提供的動物水產品主要有魚類、蝦蟹類、貝類,濕地水產品生產價值采用市場價值法進行估算,膠州灣水產品產量和生產價值分布情況分別如表2和圖3所示,2005年、2010年和2015年膠州灣濕地生態系統的水產品生產價值分別為456.47×107元、442.51×107元、420.51×107元,呈現降低趨勢。數據顯示,2010年與2005年相比,雖然水產養殖量有了一定幅度的增加,但長期以來膠州灣地區捕撈強度的增大,單一的作業方式使得優質魚類難以形成漁汛[31],造成了其海洋捕撈量的大幅度下降,其中魚類下降了29.29%,而貝類則下降了64.54%,這也直接導致了2010年比2005年水產品生產價值的降低。2015年的水產品產量明顯少于2010年則是因為近年來海洋捕撈量持續減少和部分水產品產量(主要是蝦蟹類)的降低所致。此外,水環境惡化也嚴重破壞了漁業資源,沿海養殖業的不合理發展,使海水富營養化明顯加重,進一步破壞水體生態環境,魚類生存環境受到威脅[32]。

表2 2005年、2010年和2015年膠州灣主要水產品產量/萬t

2.2.2 植物資源價值

研究區的植物資源價值主要以藻類的價值來核算,根據青島市海洋與漁業局統計資料,將2005年、2010年和2015年的膠州灣植物資源價值表示為圖3,植物資源價值從2005年的0.41×107元逐漸增長到2015年的1.01×107元。膠州灣海域基礎生產力較高,是發展藻類養殖的優良海區。隨著紫菜、海帶等藻類養殖的大量推廣,養殖面積的不斷增加,使得藻類產值持續增加；藻類養殖技術的成熟在一定程度上也促進了藻類養殖產量和效益的增加[33-34]。在本文中,由于缺少青島膠州灣地區的蘆葦面積及產量的確切信息,因此植物資源價值由藻類價值替代,這在一定程度上會造成膠州灣濱海濕地生態系統植物資源價值偏低,但考慮到植物資源對總服務價值影響很小,因此可以忽略不計替代對本文研究結果產生的影響。

2.2.3 原鹽產出價值

根據山東省鹽務局及相關文獻資料統計[18-19],得出研究年份的研究區的原鹽產出價值圖3,原鹽價值由2005年的18.1×107元下降到2015年的1.1×107元,其中2005年到2010年下降的尤其明顯。

青島作為我國海鹽的發源地,鹽業發展在全國一直處于先進水平,曾是我國北方四大著名海鹽產區之一。但21世紀以來,由于城市規劃和經濟社會發展的需要,青島的大部分鹽田列入城市建設規劃用地,鹽田被一步步開發,自2008年青島原鹽年生產不到20萬t[34],青島食鹽基本依靠外部調入。已有研究也指出由于膠州灣地區鹽田不斷被開發,面積逐年減少,已經造成膠州灣地區濕地整體功能的退化,在一定程度上已經影響到整個青島市的生態環境[19]。

圖3 膠州灣濱海濕地生態系統供給服務價值變化Fig.3 Changes in provisioning service values of Jiaozhou Bay coastal wetland ecosystem

2.3 調節服務價值評估

2.3.1 供水蓄水價值

濱海濕地生態系統具有強大的供水和蓄水功能,其水分調節功能與水庫的作用十分相似,其價值可以采用影子工程法進行計算。匯入膠州灣的主要河流有大沽河、白沙河、洋河等,主要水庫有棘洪灘水庫等,單位蓄水量的庫容成本為0.67元/m3(1990年不變價),據此可得出各年度膠州灣濕地生態系統的供水蓄水價值,如圖4所示。結果表明：2005年到2015年膠州灣濕地的供水蓄水價值在逐年降低,主要原因一是濕地資源的不合理開墾,不斷侵占自然濕地,植被覆蓋率降低,造成濕地的供水蓄水能力降低；二是近年來的連續干旱,造成青島水旱日益嚴重,因此降低了膠州灣濕地的供水蓄水功能,但這也從側面表現出由于濕地整體功能退化,造成濕地蓄水功能降低,進一步加劇青島旱情[20-21]。

2.3.2 水質凈化價值

膠州灣濕地的水質凈化服務主要體現在對進入海灣內的各種污染物的去除和分解,從而達到處理廢棄物與維持水質清潔的目的。據調查,排入膠州灣的主要污染物為COD、氨氮、總磷[23],除磷除氮的處理成本約為2500—3000元/t,除COD的恢復成本約為5570元/t[24],由此估算出膠州灣濱海濕地生態系統水質凈化的價值,如圖4所示。數據結果顯示2005年到2015年研究區水質凈化服務價值由19.11×107元降低到12.06×107元,說明膠州灣濱海濕地的自凈能力有所降低,環境容量變小,環境受到破壞。此外,由于水體水質情況下降,水體富營養化程度也在加劇,曾多次出現大面積赤潮[31],赤潮災害的發生使水中溶解氧減少,不利于水中微生物的生存,水體自凈能力降低,進一步加劇水體質量的降低。

2.3.3 提供生境價值

目前,我國初步形成以自然保護區為主,濕地公園和自然保護小區并存,其他保護形式互為補充的濕地保護體系[10]。因此,本文根據采用自然保護區的形式對濱海濕地進行保護和恢復的方式所需要費用的方法對膠州灣濱海濕地生態系統的生境服務功能進行評價?？紤]到近年來國家一直在強調生態文明和可持續發展,在這里本文采用中國濱海濕地保護比較完善的上海崇明島濕地保護投入費用15000元/km2作為膠州灣濱海濕地單位面積提供的生境價值[10]。由此可計算出膠州灣濱海濕地生態系統提供生境服務的價值,如圖4所示。2005年到2015年膠州灣濕地提供的生境服務價值呈下降趨勢,而濱海濕地為各種淺海生物提供了必需的生存環境。由于受人類活動影響,濱海濕地提供生境的價值正在逐步減少,而生存環境面積的減少和質量的降低必然會引起生物多樣性下降、植被退化等問題[35]。雖然在本文的計算中膠州灣濱海生態系統所提供的生境價值所占比例較小,但從整體來看,提供生境這一服務功能對整個生態系統的維持和發展都起著至關重要的作用,必須嚴格加以保護。

2.3.4 氣候調節價值

膠州灣濕地作為濱海型濕地,通過水體的蒸發不斷與大氣之間進行熱量的交換,為青島冬暖夏涼的氣候調節起到至關重要的作用。本文采用替代成本法計算膠州灣濕地水面蒸發增加空氣濕度、調節氣候的價值,水面蒸發提高空氣濕度降溫以市場上常見的加濕器功率32W計算[11,13],將1m3的水轉化為蒸汽耗電約125kWh,由此估算出2005年到2015年膠州灣濕地生態系統的氣候調節價值,如圖4所示。計算結果表明：膠州灣濕地生態系統的氣候調節價值巨大,說明了膠州灣濱海濕地生態系統在氣候調節方面的重要作用,也論證了濕地是氣候的調節器；從2005年到2015年膠州灣濕地生態系統的氣候調節價值呈下降趨勢,主要有兩方面原因：一是濕地面積逐年減少,植被覆蓋率降低,影響了濕地與大氣間的正常循環,降低了濕地對氣候的調節作用[31,36],二是氣候條件變化較大也不利于植被的生長,影響了濕地的氣候調節功能,而濕地氣候調節功能的降低又反作用使氣候變化更加劇烈。

2.3.5 減緩土壤侵蝕價值

濕地生態系統在減緩土壤侵蝕方面具有重要作用,參考陳忠新和張新時研究結果[28],可計算出膠州灣濕地生態系統減緩土壤侵蝕的價值,如圖4所示。2005年、2010年、2015年研究區減緩土壤侵蝕的價值呈現出降低趨勢。人類不斷的沿海開墾,破壞了濕地植被和正常的生態環境,進而破壞了濕地減緩土壤侵蝕的功能,而土壤是大部分生物生存的載體,對于維持生態系統的正常運轉起著不可替代的作用[31,37]。

2.3.6 固碳價值和釋氧價值

藻類等植物在光合作用下可以吸收固定二氧化碳,減少溫室氣體的產出,減緩溫室效應。依據膠州灣濕地各年份產藻量,根據植物光合作用每生產1kg的干物質就能吸收固定1.63kg二氧化碳,根據二氧化碳的造林成本[10],計算得出研究年份的膠州灣濕地生態系統的固碳價值(圖4)。藻類等植物在光合作用吸收二氧化碳的同時也能釋放出氧氣,為城市提供氧氣。根據光合作用方程,藻類每生產1kg干物質就向空氣中釋放1.2kg的氧氣,氧氣價格采用工業制氧的價格[10],由此可計算出研究年份的膠州灣濕地生態系統的釋氧價值。研究年份的膠州灣濱海濕地生態系統提供的固碳和釋氧價值均呈上升趨勢。

水中的藻類通過進行光合作用和呼吸作用與大氣交換二氧化碳和氧氣,對維持大氣中二氧化碳和氧氣的平衡起著至關重要的作用。與上文植物資源價值計算出現的問題一樣,由于缺少蘆葦等其他植物的數據,因此使固碳和釋氧價值的核算結果偏小,但反映出的價值動態變化趨勢是可信的。

圖4 膠州灣濱海濕地生態系統調節服務價值變化Fig.4 Changes in regulating service values of Jiaozhou Bay coastal wetland ecosystem

2.4 文化服務價值評估

2.4.1 科研教育

圖5 膠州灣濱海濕地生態系統文化服務價值變化 Fig.5 Changes in cultural service values of Jiaozhou Bay coastal wetland ecosystem

膠州灣濱海濕地獨特的生態系統,其中復雜多樣的濱海濕地動植物群落、瀕危物種以及重要生物候鳥遷徙驛站等在科學研究中占據著重要位置,它們為人類研究與濕地生態系統相關的科學問題提供了材料、研究對象和試驗基地,促進了人類對濱海濕地保護的認識。本文采用我國與Costanza等[4]研究的平均值作為膠州灣濱海濕地生態系統的單位面積的科研教育價值(參照2015年人民幣對美元匯率6.5),據此估算出這些年膠州灣的科研教育價值,如圖5所示,結果呈下降趨勢。生態學意義上,只有在一定面積下的濱海濕地才能為大多數動植物提供核心生存環境,才能維持其生境穩定性,另外,濕地自身的環境也會影響其動植物的生存[38]。因此我們現在亟需提高對濕地生態環境保護的認識,加大對濱海濕地環境的保護力度,提高其科研教育功能。

2.4.2 濱海旅游

膠州灣濱海濕地旅游資源類型多樣,有秀麗的濕地生態和濱海灘涂自然風光,具有很高的美學價值。本文通過參考青島市統計年鑒以及地區景區收入和文獻資料整理得出研究年份的膠州灣濕地生態系統的濱海旅游價值。由圖可看出研究區濱海旅游價值增長迅速,從2005年的9.23×107元到2015年的31.43×107元,增長了2倍多。旅游經濟的持續穩步增長在一定程度上說明了社會經濟改革的成效[39],一方面,相比較農業、工業,旅游業對社會資源占用少,貢獻多,可以更有效的實現資源的配置,對自然環境的危害較小,更有利于可持續的科學發展；另一方面,旅游業的發展必然也會帶來一些新的問題,比如地區人口急劇增多加大對環境的壓力[40]。因此在保持旅游經濟持續發展的同時,應該合理規劃旅游項目,時刻關注環境承載量,在保證不破壞環境的前提下實現經濟的又好又快發展[41]。

2.5 總價值動態變化評估及驅動因素分析

2005年、2010年和2015年研究區服務總價值分別為1419.73×107元、1343.91×107元和1239.23×107元(表3),服務價值總體呈遞減趨勢。在膠州灣3類生態系統服務中,按服務價值類型的價值比例從高到低排序為：調節服務>供給服務>文化服務,以調節服務所占比例最大,占到總服務價值的60%以上,文化服務所占價值比例呈上升趨勢。膠州灣濱海濕地生態系統服務中價值最大的是氣候調節價值,占總價值的60%以上,其次是水產品生產價值,占總價值的30%以上,這兩類功能占總價值的90%以上(圖6),因而,氣候調節和水產品生產是膠州灣濱海濕地的核心功能。

表3 2005年、2010年、2015年膠州灣濱海濕地生態系統服務價值比較/107元

圖6 膠州灣濱海濕地生態系統服務價值匯總Fig.6 Summary of ecosystem services values of Jiaozhou Bay coastal wetland

通過對膠州灣濱海濕地各類服務功能價值匯總獲得研究年份膠州灣濱海濕地生態系統服務總價值,服務價值總體呈遞減趨勢。一方面通過直觀的經濟數據說明了膠州灣濱海濕地生態系統對人類的直接貢獻,揭示了其對人類社會的重要作用；另一方面說明隨著人類不合理的土地利用,不斷開墾濕地,生態環境遭到破壞,濕地生態系統服務價值也在隨之減少。在各類服務中又以調節服務價值所占比重最大(60%以上),說明了膠州灣濱海濕地生態系統不僅在物質生產和精神娛樂方面有巨大的價值,在調節人類生態環境方面價值更為巨大。從2005年到2015年膠州灣濱海濕地生態系統服務價值結構發生了一些變化,但是氣候調節和水產品生產一直是膠州灣的核心功能,這一方面論證了濕地是重要的氣候調節器,另一方面也論證了膠州灣是青島重要的水產品生產基地[31-32],說明了膠州灣在區域氣候調節及水產品生產方面的重要地位。

膠州灣濱海濕地的大部分服務功能均處于下降趨勢,應給予高度重視,特別是作為膠州灣濱海濕地兩大核心功能(水產品生產功能和調節氣候功能)也一直呈現下降趨勢。

本文主要從人為和自然兩方面分析膠州灣濱海濕地生態系統服務價值變化的驅動因素。近年來青島城市化進程的加快,人口急劇增加[42],人類對自然資源的需求量也急劇增長,許多大規模的池塘填埋、修路筑壩、填海造地等不合理的土地圍墾[31,35],使得膠州灣濕地面積不斷縮小,海灣納潮量減少,魚蝦及灘涂貝類的生長和繁殖空間大量喪失。單一的作業方式使得生物資源被過度捕撈,膠州灣濕地生態環境受到了嚴重破壞,生態完整性遭到損壞,海洋生產力下降[28]。同時,大量污染物的排放,也使膠州灣水質不斷惡化,加劇了濕地生態功能的退化[22- 24]。根據青島市氣象局統計,2010年降水量較常年同期偏多36.4mm,但自十月起降水量很少,青島一些嚴重地區無有效降水的天數接近百天,從溫度方面看,秋季至冬季的氣溫較常年正常偏高,天氣冷暖變化的幅度較大,2015年年降水量較常年平均值偏少32.2%,是1982年以來降水最少的年份,氣溫也較常年偏高,偏高幅度在0.6到1.4℃之間。從自然屬性來看,氣溫和降水的這種交替變化非常不利于濕地植被的自然演替和發展[43]。青島氣候呈暖干化發展的趨勢也加劇了膠州灣濱海濕地生態環境的惡化。

2.6 與其他研究結果進行對比

通過與其他區域的研究結果對比(表4),本研究區的單位面積服務價值與其他研究結果處于同一數量級,說明本研究結果具有一定的準確性和科學性。與同為濱海濕地類型的服務價值相比,膠州灣濱海濕地服務價值與浙江省濱海濕地服務價值相差不大,與海南省濱海濕地服務價值有一定差異,這主要是由選取的生態系統服務功能指標的不同造成的；與其他類型的生態系統(扎龍濕地及神農架森林保護區)服務價值相比,評估結果有一定差異,這主要是由生態系統類型以及采用的指標體系和計算方法不同導致的。整體而言,生態系統服務價值評估指標的選取是造成評估結果不同的關鍵因素。

3 結論

本文通過對膠州灣濱海濕地生態系統進行貨幣化評估,計算得出2005年、2010年和2015年其服務總價值分別為1419.73×107元、1343.91×107元、1239.23×107元,呈遞減趨勢。2005年到2015年膠州灣濱海濕地生態系統服務價值構成發生了一些變化,但調節服務一直是其主要服務類型,氣候調節和水產品生產一直是其兩大主要核心功能。不合理的土地圍墾、生物資源的過度利用、嚴重的污染物排放是導致濕地面積減少,功能退化的人為因素,氣候條件的不利變化是導致濕地生態環境進一步惡化的自然因素。

表4 不同研究區價值評估結論的差異比較

為便于比較部分結果經過了數量級變換,Costanza(1997)將生態系統服務功能分為17類,我國在評價實踐中多可歸為以下10類：①氣體調節；②氣候調節；③干擾調節；④侵蝕控制/土壤保持；⑤涵養水源；⑥營養物質循環；⑦廢物處理；⑧棲息地/生物多樣性維持；⑨有機物質生產；⑩休閑娛樂

近年來生態系統服務價值評價已經取得了很大進展,未來的研究應該不僅在于進一步加強價值核算的準確性,更應該考慮如何將評價結果納入管理決策體系中,為有關濕地生態補償等事務提供數據支撐,使濕地生態系統服務價值研究走向實踐。為保證膠州灣濱海濕地和人類社會經濟的可持續發展,建議以生態系統服務功能價值評估為指導,對現有濕地實施合理利用和有效保護,加強膠州灣濱海濕地的生態環境恢復。

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