湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態系統服務價值評估

易小青，高常軍,*，魏龍，蔡堅，吳琰，肖石紅

1.廣東省森林培育與保護利用重點實驗室,廣州 510520 2.廣東省林業科學研究院,廣州 510520

1 前言

濱海濕地處于海陸交錯帶,隸屬邊緣地區,因受咸、淡水及海洋和陸地交互作用而擁有復雜多樣的濕地類型、生境及過程,是全球生物多樣性最豐富和單位服務價值最高的生態系統之一[1]。作為中國濕地的重要組分,濱海濕地占其總面積的12.42%,并在諸多方面發揮不可替代的生態服務價值[2-3]。然而,在全球變化和人類活動的雙重影響下,約50%的中國濱海濕地面積遭受不同程度退化,并導致其服務價值嚴重受損[4-5]。因此,選擇典型濱海濕地區,通過對其服務價值進行系統分析,為今后我國濱海區海岸帶經濟發展、環境保護及二者協同進步提供科學依據。

與陸地和海洋生態系統相比而言,濱海濕地生態結構復雜、服務分類具有多維性,因此科學量化其服務價值成為當前生態學與經濟學領域的研究重點[6-7]。目前,國外側重分析某類濱海濕地的單項服務價值量化及影響因素,如海灘保護支付意愿或娛樂價值、河口及濱海濕地抵御風暴價值等[8-12];國內以區域濱海濕地主要服務價值綜合評估為主,如濱海紅樹林濕地、遼寧近海海域、上海市、浙江及廣西濱海濕地等[13-18]。湛江紅樹林國家級自然保護區是廣東省面積最大的紅樹林濕地,保護區內由海向陸依次為近海水域、灘涂、紅樹林、養殖塘和水稻田,這種濕地分布是華南地區紅樹林濕地在全球變化與人類圍墾活動雙重影響下所呈現的典型格局。以湛江紅樹林國家級自然保護區為例,通過系統分析該區濱海濕地的各項服務及其價值,以期為管理決策華南濱海濕地開發與保護提供理論支撐。

2 數據與方法

2.1 研究區概況

湛江紅樹林國家級自然保護區位于中國大陸最南端(N 20°14′—N 21°35′;E 109°40′—110°35′), 地跨湛江市徐聞、雷州、遂溪和廉江四縣(市)及麻章、坡頭、東海、霞山四區,面積約為20278.8 hm2。保護區位于北熱帶向南亞熱帶的過渡區域,受季風和海洋氣候雙重影響,年均溫度為23℃,年均降水量為1534.6 mm,干濕季明顯,雨季集中在4至9月,多伴有臺風、風暴潮等惡劣天氣。保護區所處的雷州半島地勢平坦、岸線曲折,紅樹林下的土壤主要受淺海沉積、潮汐和河流搬運等水力作用,多發育為鹽漬沼澤土。保護區內濕地類型豐富,擁有真紅樹和半紅樹植物15科22種,如白骨壤、紅海欖、秋茄和木欖等,為眾多瀕危野生動植物(如黑臉琵鷺等)提供適宜的棲息環境。湛江紅樹林國家級自然保護區共分為72個小區,本文以高橋和營仔兩個小區為研究區(圖1),基于千年生態系統評估分類體系,系統分析該區紅樹林等濱海濕地的服務價值。

2.2 數據來源

本文以廣東湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區為研究區,以Landsat8 OLI影像(行列號為124/045,分辨率為30 m),影像源自USGS(Http://landsat.usgs.gov),獲取時間為2014年10月13日。該影像的空間坐標系統為WGS_1984(UTM_Zone_49N),在ENVI 4.7軟件包中基于波段4、5、9組合進行監督分類。根據研究區的景觀特征,參照張喬民等(1997)[19]對紅樹林外邊界的定義,將研究區濱海濕地類型劃分為淤泥海灘、近海水域、紅樹林、養殖塘和水稻田5類(圖1)。基于2015年9月野外考察和Google Earth平臺高分辨率影像(Quickbird,分辨率0.6 m,高橋小區和營仔小區的拍攝時間分別為2015年10月8日、21日和2014年11月16日)進行野外地類驗證工作,影像解譯總體精度滿足研究需求。2013年至2015年,該區濕地類型基本保持不變,因此,以2014年的影像解譯結果作為該區2013年濕地類型的統計依據(表1)。

2.3 評價方法

圖1 湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區濕地類型分布圖Fig.1 Wetland classification map of Gaoqiao and Yingzai subzone in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

表 1 湛江紅樹林國家級自然保護區濕地面積統計表Tab.1 statistics of wetland area in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

本文基于千年生態系統評估體系,結合湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態與社會經濟特征,將該區濕地服務類型分為供給服務、調節服務、支持務服和文化服務,由于初級生產力、營養循環等支持服務多為中間服務,是其他服務的基礎,其價值可在其他3類服務中體現,因此,本文不對支持服務進行評估[20-21]。最終建立的服務價值評估指標體系為,供給服務(食物供給、水供給和原材料供給)、調節服務(氣候調節、水質凈化、固碳、大氣組分調節和消浪護岸)和文化服務(休閑旅游和科研教育)3類服務共包含10個評價指標(表2)。所有數據均以2013年作為統計基準年。

2.3.1 供給服務

(1)食物(海產品)供給價值:在湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區內,基圍式天然養殖塘占整個保護區養殖塘總面積的1/10,約為82.305 hm2,主要養殖海產品有蝦、蟹、魚、牡蠣等。其食物供給價值可通過市場價值進行估算,公式如下:

表 2 湛江紅樹林國家自然保護區濕地生態系統服務價值評估指標體系Tab.2 Index system of estimation of wetland ecosystem services in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

式中,Vs指食物供給價值,元;i是產品的種類;Yi是單位面積上第i類產品的數量,S是基圍式天然養殖塘的面積,hm2,Pi是第i類產品的價格,元/t。海產品種類、單位產量及價格根據野外現場調查漁戶及周邊市場所得(表3)。

(2)供水價值 湛江紅樹林長期遭受海水浸泡,并通過其獨特的排鹽方法保持水分,紅樹林濕地獨特的水源涵養功能體現在以淺層地下水的形式為當地居民提供農業用水。其供水價值可采用市場法:計算公式:V=S×Q×P。式中,V為供水價值,元;S為保護區紅樹林面積,hm2;Q為單位蓄水量8100.00 m3/hm-2[22],P為湛江市2013年農業用水均價1.45元/m3。

(3)原材料供給價值 湛江紅樹林國家級自然保護區的濕地原材料供給服務主要體現在紅樹林濕地提供的木材產品,可通過紅樹林單位材積市場價格進行估算。湛江紅樹林主要位于保護區內,不存在現實市場,主要根據其潛在的市場價格進行估算。V=S×Vt×P。式中,V為原材料供給價值,元;S為保護區紅樹林面積,hm2;Vt為紅樹林年均材積生長量,4.39 t·hm-2·a-1[23];P為紅樹林木材單價參照文獻[24],并結合保護區當地木材市場確定為996.725元·t-1。

2.3.2 調節服務

(1)氣候調節價值 紅樹林濕地調節氣候主要通過地表蒸散發方式,對區域氣候進行降溫增濕的調節作用。計算公式如下:V=(S1×Q1+SwQw)×P。式中,V為氣候調節價值,元;Q1和Qw分別為保護區無明水面和有明水面兩類濕地的年均蒸發量,分別為786 mm和1075 mm[25];Sl和Sw為湛江紅樹林濕地保護區內兩類濕地面積,hm2;P為濕地氣候調節功能的單位價值,0.129元/m-3,[26]。

表 3 湛江紅樹林國家級自然保護區海產品價值估算參數表Tab.3 Estimation parameters of seafood value in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

(2)水質凈化價值 紅樹林濕地像天然的過濾器,對有毒物和雜質等多種污染物均具有較強的吸附及凈化效果。計算公式如下:V=Q×S。式中:V表示保護區紅樹林水質凈化價值,元,Q為單位面積內紅樹林濕地對氮、磷和重金等的吸附價值,3.770×104元hm-2.a-1,[27],S為紅樹林面積,hm2。

(3)固碳價值 湛江紅樹林國家級自然保護區濕地固碳主要由植物、土壤、藻類、貝類等光合固碳及有機碳埋藏等形式體現。

式中,V為固碳價值,元;rm、rs和rp為紅樹林地上植被 11.35 t·(hm-2·a-1)[23]與土壤 2.789 t·(hm-2·a-1)[28]、浮游植物 2.3 t·(hm-2·a-1)[29]三者的固碳系數,S1和Sc分別為保護區內紅樹林和近海水域的面積, hm2;Cc為碳稅率,選取中國造林成本(250元·t-1)和國際碳稅標準(770元·t-1)兩者的均值[30]。

(4)大氣組分調節價值 湛江紅樹林國家級自然保護區濕地的大氣調節作用包括濕地植被通過光合作用釋放氧氣的正效應和濕地土壤通過呼吸作用釋放溫室氣體(CO2和CH4)的負效應。根據光合作用公式,濕地植物每生產1g干物質,釋放1.07g O2,據此求算紅樹林植被、灘涂(包括淤泥海灘和潮間鹽水沼澤)植被、大型藻類和浮游植物釋放O2的物質量。根據保護區紅樹林和灘涂兩類濕地的土壤CO2單位排放量(包括CH4溫室效應值折算成CO2量)估算其釋放溫室的物質量。其計算公式為:

式中,V為保護區大氣組分調節價值,元;Sm、St和So為保護區紅樹林、灘涂和近海水域面積(表1);Om、Ot和Op為保護區內紅樹林和灘涂植物、近海水域浮游藻類的釋氧系數, 分別為 30.29 t·(hm2·a)[23]、8.75 t·(hm2·a)和 2.46 t·(hm2·a)[21];Cm和Ct分別為保護區內紅樹林和灘涂兩類濕地土壤CO2單位排放系數,分別為 12.26 t·(hm2·a)和 9.78 t·(hm2·a)[31-32];Co為我國工業制氧單價,400元·t-1;Cc為碳稅率,510元/t-1[30]。

(5)消浪護岸 消浪護岸功能主要體現在紅樹林濕地抵御臺風、風暴潮沖擊、消浪促淤和保護堤岸等方面。本文以湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區岸線每年承受的海浪能值貨幣價值作為其消浪護岸價值,其計算公式:E=0.125L×(pgv)×h2×t×Tr。式中,E是湛江紅樹林濕地的消浪護岸能值;L(m)為岸線長度;p(kg·m-3)為海水密度;g(m·s-2)為重力加速度;v(m·s-1)為流速;h(m)為平均浪高;t為時間,即 3.150×107(s·a-1);Tr(sej·J-1)為波浪能的能值轉換率。湛江紅樹林濕地岸線長度為 2.437×104m,保護區近海水域密度為1.030 kg·m-3,流速為0.585 m·s-1,平均浪高0.889 m,能值轉換率為2.590 sej·J-1[16,33]。結合能值貨幣比率(8.7×1013sej每美元)和2013年美元兌換人民幣匯率(6.1932元),估算湛江紅樹林濕地消浪護岸價值。

2.3.3 文化功能

(1)休閑旅游價值 湛江紅樹林國家級自然保護區內紅樹林種類繁多,為水生動植物特別是珍稀(瀕危)水鳥提供重要暫歇地,具有巨大的旅游價值。計算公式為:V=S×Rl。式中,V為休閑旅游價值,元;S為保護區面積,hm2;Rl為Costanza界定的濕地娛樂價值標準,2013年美元兌換人民幣匯率為6.1932元。

(2)科研教育價值 通過查閱并計算每年發表與湛江紅樹林濕地國家級自然保護區有關論文的總投入成本,以此來估算湛江紅樹林濕地國家級自然保護區的科研教育價值。計算公式為:V=N×Cp。式中,V為科研教育價值,元;N為在百度學術上檢索到主題中“湛江紅樹林”或“Zhanjiang mangrove”的 2013年中英文文章共33篇;Cp為論文的投入成本以1.192×105元·篇-1為標準[34]。

3 結果與分析

2013年,湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區濕地生態系統提供的服務總價值為191.95元·a-1,該區濕地的單位面積服務價值為 4.26元·m-2·a-1。在湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態系統提供的3類型服務中,調節服務價值最高,為107.475×106元·a-1,占總服務價值的55.99%,其次為供給服務價值,為64.526×106元·a-1,占總服務價值的33.62%,文化服務價值最小,為19.95×106元·a-1,占總價值服務的10.39%(表4)。

在湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態系統服務價值的各組分中,氣候調節價值最大,為52.631×106元·a-1,占總價值的27.42%,其次為食物供給價值(47.12×106元·a-1)、水質凈化價值(40.704×106元·a-1)和休閑旅游價值(16.016 × 106元·a-1), 分別占總服務價值的24.55%、21.21%和8.34%。剩余各類服務價值量之和為35.48×106元·a-1,僅占總價值的18.49%。

4 討論

湛江紅樹林國家級自然保護區濕地服務價值構成具有不均衡性,其中食物供給、氣候調節和水質凈化3類服務價值在總價值中所占比例較高,為該區核心服務功能。這主要由湛江紅樹林濕地獨特的結構組成所致。保護區的養殖塘原屬沿海潮間帶,現為基圍式天然養殖塘,通過海水漲落潮的水文循環方式,將灘涂或紅樹林中自然生長的蝦蟹魚苗與餌料(紅樹林凋落物等)輸送至基圍養殖塘內,改善了養殖塘的海產品質量,從而提高了該區的海產品價值。海陸交錯帶較高的比熱容、周期性的海陸季風、豐富的濕地植物種類是該區濕地能較好地發揮降溫增濕、調節氣候功能的主要原因。此外,紅樹林濕地內諸多獨特的物理(潮汐、吸附、沉淀與埋藏)、化學(降解、吸收與轉化)過程與豐富微生物群落類型等為其發揮水質凈化功能提供充足動力。獨特的生態系統類型、種類多樣的珍稀瀕危水鳥與優質的海產品等提高了湛江紅樹林國家級自然保護區的旅游知名度和科學宣教價值,所以該區文化價值在總服務價值中也占據一定位置。消浪護岸是紅樹林濕地所具有獨特服務功能之一,但該區紅樹林濕地屬河口型分布,紅樹林的海岸線分布較短,從而限制了消浪護岸功能的發揮。

表 4 湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態系統服務價值Tab.4 Value of wetland ecosystem in Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve

廣東湛江紅樹林國家級自然保護區濕地生態系統服務單位價值為4.26元·m-2·a-1,顯著高于廣東海豐鳥類省級自然保護區(1.69元·m-2·a-1)[35]和遼寧省(2.916元·m-2·a-1)[36]濱海濕地單位價值。湛江紅樹林濕地處于熱帶氣候區,故其生態系統生產力遠大于地處溫帶的遼寧省濱海濕地。湛江紅樹林濕地以自然濕地為主,而海豐濕地以粗放經營的人工濕地為主,前者的綜合服務價值較高,而后者僅某一單項(海產品)服務價值較高。湛江紅樹林濕地的單位服務價值明顯低于中國紅樹林平均狀況(17.333 元·m2·a-1)[22]、漳江口(5.999 元·m-2·a-1)[26]和東寨港(22.555 元·m-2·a-1)[37]等地紅樹林等自然濕地價值,以及蘇州市水稻田(7.31元·m-2·a-1)[38]等人工生態系統。這主要由3個方面所致,1)是本文未對紅樹林濕地類型進行更為詳細的劃分,不同紅樹林類型所提供的服務種類及價值量有所不同。2)湛江紅樹林自然保護區面積大但分布較為分散,各小區內因自然和人為原因受損或退化的濕地生態系統無法及時發現和修復,從而影響其服務功能發揮。3)珍惜瀕危物種的存在價值、紅樹林中凋落物、蝦蟹等供給價值因數據不可獲取等原因沒有單獨核算,其他部分服務價值參照前人研究成果,從而使得該區整個生態系統服務功能的價值低于實際價值。

5 結論

2013年,廣東湛江紅樹林國家級自然保護區高橋和營仔小區濕地生態系統服務總價值為191.95×106元, 單位面積服務價值為 4.26 元·m-2·a-1。湛江紅樹林濕地生態系統所提供的10項服務為食物供給、水供給、原材料供給、氣候調節、水質凈化、固碳、大氣組分調節、消浪護岸、休閑旅游和科研教育;2013年,它們提供的服務價值分別為47.12×106元 、 12.682×106元 、 4.724×106元 、52.631×106元、40.704×106元、9.006×106元、5.12×106元、0.014×106元、16.016×106元和 3.934×106元。

今后對湛江紅樹林濕地服務開展更為詳細的野外長期定位觀測實驗,同時結合新的評估指標體系和技術,將提高紅樹林濕地服務價值評估的真實性及各研究之間的可比性和延續性,以及服務價值評估結果的準確性和穩定性,為掌握廣東乃至華南地區濱海紅樹林濕地服務價值現狀及制定濱海紅樹林濕地保護與開發政策等提供理論依據。

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