海口市紅樹林生態系統服務價值評估

黃文明，李苑菱，蔡仁飛

1.海南三友海洋科技有限公司，海南海口570125；2.海南省林業科學研究院(海南省紅樹林研究院)，海南海口571100；3 海南三友海洋紅樹林研究院有限公司，海南海口570125

生態系統服務功能是自然生態系統與生態過程提供的人類賴以生存的自然環境條件與效用，包括各種物質與生態條件[1]。生態系統服務功能是人類文明和可持續發展的基礎，生態系統服務功能被賦予人類價值的內涵，使其成為生態系統產品和服務。為了準確掌握生態系統服務功能及其重要性，往往需要對其進行價值評估，量化生態系統服務功能，為后續的保護與利用奠定基礎[1]。當前，人們越來越意識到自然生態系統對人類社會發展的重要性，人與自然和諧相處，與生態文明建設逐漸成為全球社會共識，生態系統服務功能的價值研究成為了當前生態學和保護生物學研究的熱點領域之一。

現階段國內外針對生態系統服務的價值評估主要通過對物質量和價值量的評估實現，其中價值量評估是基于物質量核算的基礎上確定生態系統服務的價格完成價值量評估。物質量和價值量評估分別從物質量和貨幣價值2 方面出發對生態系統提供的服務功能進行定量評估。價值量評估主要由直接市場法、代替市場法和假設評價法組成[2]。其中，直接市場法是指直接運用市場價格對價值表現明顯的自然資源進行評價，包括市場價值法、機會成本法、影子工程法等。代替市場法采用與某種服務相同的結果其所需的生產費用作為替代間接估算生態系統服務的價值，包括旅行費用法、享樂價格法等。假設評價法則通過問卷調查等方式獲取民眾對生態系統服務的支付意愿或者對其價值的判斷，主要有意愿調查法、專家評估法等[3-4]。

紅樹林是指自然分布于熱帶、亞熱帶海岸帶和潮間帶，受周期性潮水浸淹，以紅樹植物為主的常綠喬木、灌木組成的木本植物群落，是海岸區域重要的濕地類型之一。紅樹林是介于陸地、河口、海洋生態系統間復雜的自然綜合體，具有豐富的生物多樣性、高生物量、高生產力的生態系統之一，具有較高的生態價值、美學價值、科研教育價值等[5]。紅樹林具有重要的社會、經濟、生態價值，在防風消浪、保護堤岸、促淤造陸、凈化環境、改善生態狀況和維護海岸生態平衡等方面發揮著重要作用[6]。紅樹林濕地類型被列入拉姆薩爾公約國第四屆成員國大會制訂的拉姆薩爾濕地分類系統及中國濕地資源調查分類系統[7]，成為國際濕地生態保護和生物多樣性保護的重要對象。20 世紀50 年代以來，在自然因素和人為干擾的雙重驅動下，紅樹林遭受了較大的破壞，全球35%的紅樹林已經消失[8]，中國紅樹林總面積從20 世紀50 年代的42001.00hm2下降至2000 年的22024.90hm2[9-10]，近50%的紅樹林消失。

海南島擁有中國植物種類最豐富、生態系統結構最完整的紅樹林生態系統，是中國紅樹植物分布中心[11]。歷史上，海南的紅樹林林地曾達12506.00hm2，約占當時中國紅樹林總面積的1/4。由于人口增長與經濟開發，海南島紅樹林面積急劇下降。自2006 年出臺《海南紅樹林保護規劃(2006-2015)》后，海南紅樹林面積減少的趨勢開始好轉。通過建立紅樹林保護區、人工造林等多種措施對紅樹林濕地進行生態修復，紅樹林面積開始呈緩慢增長趨勢[1]，至2019 年海南省紅樹林總面積約5712.31hm2[11-12]。其中，文昌的清瀾港和海口市的東寨港的紅樹林保護最好，是目前海南最大的紅樹林分布區[5-12]。但是，這些紅樹林生態系統的價值還沒有得到應有的重視，也沒有開展針對性的生態系統服務功能的價值量化研究。該研究以海口市紅樹林濕地為研究對象，對海口市紅樹林濕地的生態系統服務功能價值進行全面估算，以期為海口市紅樹林保護與利用提供科學的理論依據。

1 研究區域概況

海口市地理 坐標：19°32′N ～20°05′N、110°10′E～110°41′E，坐落在海南島東北部，北靠瓊州海峽，面積為2304.84km2，地形類似于長心形，全市絕大部分為海拔0m～100m 的臺地和平原，局部地區也有少量的山丘，比如石山鎮境內的馬鞍嶺、舊州嶺等，海拔最高為222.2m，地勢相對平緩[6-7]。

海口市濕地資源豐富，類型多樣，其河網密集，是一座江、湖、河、海、溪“五水”并存的城市[8-9]，主要的河流有南渡江、海甸溪、美舍河、鴨尾溪、紅城湖、東湖等，城市海岸主要有假日海灘、白沙門海灘、西秀海灘、粵海鐵路通道南站碼頭海灘、東寨港海濱海灘、桂林洋海灘等近海濕地[6，10]。目前，海口市的紅樹林生態系統總面積約3071.22hm2，主要由現狀紅樹林地（2007.44hm2）、宜林養殖塘（1047.84hm2）和宜林灘涂(15.94hm2)組成(圖1)。其中絕大多數的紅樹林濕地分布在東寨港保護區，約1887.98hm2；剩余面積則零散分布在南渡江沿岸、五源河濕地公園以及美舍河沿岸，約119.46hm2[11-13]。

圖1 海口市紅樹林分布Fig.1 Distribution of mangroves in Haikou City

2 數據與方法

2.1 研究數據來源

參考海南東寨港紅樹林濕地生態系統國家定位觀測研究站、海南文昌森林生態系統國家定位觀測研究站以及海南省林業科學研究院（海南省紅樹林研究院）多年研究和監測數據。

氣象與環境參數數據來源于海南省氣象局（http：//hi.cma.gov.cn/）與海南省氣象數據監測中心。

2.2 評估方法

生態服務功能是生態系統與生態過程所形成及維持人類賴以生存的自然環境條件與效用。文章主要參考了《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721-2008)中的生態系統功能評估方法，將海口市紅樹林生態服務功能劃分為涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、生物多樣性保護、森林游憩等8 個類別和15個評估指標，并結合相關評估參數數據，對2019 年度的海口市紅樹林生態服務功能價值綜合進行評估[1-4]。評估指標體系如下圖2 所示。

圖2 海口市紅樹林生態系統服務功能評估指標體系Fig.2 Evaluation index system of mangrove ecosystem service function in Haikou city

2.2.1 涵養水源功能

林分調節水量功能的計算公式如下：

調節水量價值的計算公式為：

凈化水質價值的計算公式為：

式中，G調為林分調節水量功能（m3/a）；A 為林分類型的面積（hm2）；P 為年降雨量（mm/a）；E 為林分年蒸發散量（mm/a）；C 為年地表徑流量（mm/a）；U調為林分年調節水量價值（元/a）；U凈為林分年凈化水質價值（元/a）；C庫為水庫建設的單位庫容投資額（元/m3）；K 為水質凈化費用（元/t）。

2.2.2 保育土壤功能

保育土壤的生態功能包括固土(減少水土流失)和保肥等2 方面。評估公式如下：

式中：G固土為林分年固土量，單位為t；GN 為因固土而減少的N 年流失量（t/a）；GP 為因固土而減少的P 年流失量（t/a）；GK 為因固土而減少的K 年流失量（t/a）；U固土為林分年固土價值（元/a）；U肥為林分年肥價值（元/a）；A 為林地面積（hm2）；N 為土壤含氮量（%）；P 為土壤磷含量（%）；K 為土壤鉀含量（%）；ρ 為土壤容重；C土為挖取單位體積土方所需費用（元/m3）；C1 為磷酸二銨化肥價格（元/t）；C2為氯化鉀化肥價格（元/t）；C3 為有機肥料價格（元/t）；R1 為磷酸二銨化肥含氮量（%）；R2 為磷酸二銨化肥含磷量（%）；R3 為氯化鉀化肥含鉀量（%）；X1 為有林地土壤侵蝕模數[t/hm2·a]；X2 為無林地土壤侵蝕模數[t/hm2·a]。

2.2.3 固碳釋氧功能

固碳釋氧的生態功能主要包括森林的固定大氣中的CO2和釋放O2等2 方面。計算公式如下：

式中：G植為植被的年固碳量(t/a)；G土為土壤的年固碳量（t/a）；G氧為植被的年釋氧量(t/a)；U碳為植被和土壤的年固碳價值(元/a)；U氧為植被的年釋氧價值 (元/a)；R碳為CO2中C 的含量常數，為27.27%；A 為林分面積(hm2)；B年為林分凈生產力[t/hm2·a]；F土單位面積林分土壤年凈固碳量[t/hm2·a]；C碳為固碳價格(元/t)；C氧為氧氣價格(元/t)。

根據《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721—2008）中的計算方法，得到海口市紅樹林固碳和釋氧實物量。

2.2.4 林木營養物質積累功能

林木營養物質積累的生態功能指在森林的生長過程中所積累的營養元素，營養物質的積累主要是N、P 和K 等3 個大量營養元素的積累，其他一般元素和微量元素未予以考慮。計算公式如下：

式中：G氮、G磷、G鉀分別為林分的N、P 和K 的年凈積累量（t/a）；U營為林分營養物質積累價值(元/a)；A 為林分面積 (hm2)；B年為林分凈生產力[t/hm2·a]；N營、P營、K營分別為林木的平均N、P、K 的含量（%）；C1 為磷酸二銨化肥價格（元/t）；C2 為氯化鉀化肥價格（元/t）；R1 為磷酸二銨化肥含N 量（%）；R2 為磷酸二銨化肥含P 量（%）；R3 為氯化鉀化肥含K 量（%）。

2.2.5 森林凈化環境功能

凈化環境的生態功能指在森林提供負離子（空氣清潔劑）、吸收SO2、吸收氟化物、吸收氮氧化物、吸收土壤重金屬（Pb、Ni、Cr、Hg、Zn 等）、滯塵（PM10、PM2.5 等）、降噪、滅菌（林木釋放植物精氣等芳香物質）等方面。計算公式如下：

式中：A 為林分面積(hm2)；H 為林分平均高度(m)；L 為負離子壽命(min)；G負、G硫、G氮、G氟、G重、G塵分別為林分產出的負離子個數（個/a）、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金屬和滯塵量（t/a）；U負、U硫、U氮、U氟、U重、U塵分別為林分的提供負離子、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金屬和滯塵量（元/a）；Q負、Q硫、Q氮、Q氟、Q重、Q塵分別為林分單位面積的負離子年度（個/cm3）、吸收SO2、氮氧化物、氟化物、重金屬和滯塵量[kg/hm2·a]或[t/hm2·a]；K負、K硫、K氮、K氟、K重、K塵分別為負離子平均生產費用（元/個）、SO2、氮氧化物、氟化物和重金屬的治理費用以及滯塵的清理費用(元/kg 或元/t)。

2.2.6 森林防護功能

森林防護的生態功能指在森林在防風固沙、護岸護堤、護路護村、保障居民正常生產生活、保障農業生產等方面的功能，主要體現在減少因風暴、干旱、洪水、臺風、鹽堿、霜凍、沙壓等自然災害危害造成的損失等方面，在海南，則主要體現在防臺風暴雨的破壞以及減少干旱帶來的影響。計算公式如下：

U防=A×Q防×C防（32）

式中：U防為森林防護價值(元/a)；A 為林分面積(hm2)；Q防為由于農田防護林、防風固沙林等森林存在而增加的單位面積農作物年產量[kg/hm2·a]；C防為農作物與牧草價格(元/kg)。

2.2.7 保育生物多樣性功能

生物多樣性保育功能，主要體現在生態系統多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性等3 個層面的保護和維持方面。通過計算Shannon-Weiner 物種多樣性指數的方法，定義物種多樣性指數范圍所對應的價值量，評估生物多樣性保育價值。Shannon-Weiner物種多樣性指數高的生態系統，其生物多樣性保育的價值也高，反之其價值就低。計算公式如下：

式中：U生為林分生物物種多樣性保育價值（元/a）；S生為單位面積因生物物種損失的機會成本[元/（hm2·a）]；A 為林分面積（hm2）。

2.2.8 森林游憩功能

森林游憩功能的計量目前還沒有一個通用的方法。根據行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T1721-2008），可通過計算生態旅游的受益（直接和間接的價值）來粗略估算。文章通過查閱國內外旅游收益直接和間接的比例關系，確定2008年～2012 年期間海南旅游的直接和間接受益的平均比值為1：3.18。由于海南森林類型的不同，所產生的旅游效益也有所差異。結合旅游者的旅游意愿比重、不同森林類型的開發程度，綜合計量海南不同森林類型的旅游收益權重，結果為：原始林64.18%、次生林22.02%、防護林1.51%、紅樹林4.97%、橡膠林2.08%、用材林0.48%、經濟林4.63%、灌木林0.13%。隨后，根據2018 年全省旅游收入總額及紅樹林權重比例，計算得出海口市紅樹林的游憩功能價值。

3 結果

2019 年海口市紅樹林生態服務功能價值總量為46871.66 萬元。其中各項生態服務功能類別的價值量如表1。

表1 海口市紅樹林濕地生態服務功能類別價值構成Tab.1 Value composition of mangrove wetland ecological service function category in Haikou City

紅樹林濕地涵養水源功能價值為4999.45 萬元。其中，紅樹林的調節水量（涵養水源能力）的總價值為3529.30 萬元，凈化水質的總價值為1470.15 萬元。

海口市紅樹林的固土量為9712.61t，保肥量（折算成N、P、K 和有機肥量）為1150.29t，換算后得出紅樹林濕地保育土壤功能總價值為231.96 萬元，其中紅樹林每年因減少土壤流失的價值為15.60 萬元，森林土壤因減少土壤流失而保持的N、P、K 所產生的價值（保肥價值）量為216.35 萬元；

海口市紅樹林的固碳量為每年14526.68t（純碳），其中植被固碳7178.88t、土壤固碳7347.80t，折合成CO2量53264.49t（由純碳量×系數44÷12）；釋放O2量為17060.41t。經公式換算得出，紅樹林濕地固碳釋氧功能總價值為7287.08 萬元，其中固碳總價值為5582.63 萬元，釋氧總價值為1704.45 萬元。

海口市紅樹林2019 年度林木積累N、P、K 營養實物量 (折合為磷酸二銨和氯化鉀肥量)為1026.77t。經換算得出，海口市紅樹林濕地林木營養物質積累總價值為600.63 萬元。

海口市紅樹林每年提供的負離子數量為82.35×1020個；可吸收177.96tSO2、7.35t 氟化物、14.21t 氮氧化物、15.95t 重金屬，滯塵20312.02t。經換算得出海口市紅樹林濕地凈化環境功能總價值為3808.46 萬元，其中提供負離子價值2.75 萬元；吸收SO2價值24.02 萬元；吸收氟化物價值0.57 萬元；吸收氮氧化物價值1.01 萬元；吸收重金屬價值最高（因重金屬的治理費用相對昂貴），達3428.00萬元；降噪價值4.69 萬元；滯塵價值為342.83 萬元；滅菌價值4.58 萬元。

海口市紅樹林濕地防護功能（因森林的存在而減少的洪澇災害、旱災、防風固沙、護堤護岸等防護功能）總價值量為8338.32 萬元。海口市紅樹林濕地保育生物多樣性功能（因森林的存在而保育的生態系統多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性）總價值為3440.85 萬元。

2018 年全省旅游總收入為811.99 億元，按照10%的份額計算熱帶森林旅游的收益為81.12 億元。按照紅樹林的面積與收益權重（4.97%），得出紅樹林游憩價值每年達9.05 萬元/hm2。根據海口市現狀紅樹林面積2007.44hm2，可得出海口市紅樹林濕地森林游憩功能價值量為18164.92 萬元。

從各服務功能價值項的比例與構成可以發現，2019 年海口市紅樹林的森林游憩功能價值量最高（表1、圖3），占總價值量的38.75%；其次為森林防護功能，占總價值量的17.79%；固碳釋氧、涵養水源、凈化環境、保育生物多樣性和林木營養物質積累等功能所占比例分別為15.55%、10.67%、8.13%、7.34%、1.28%；而保育土壤功能價值量最低，僅占比0.49%（圖3）。

圖3 海口市紅樹林生態系統服務價值類別與構成Fig.3 Value category and composition of Mangrove ecosystem Service in Haikou City

4 討論

4.1 生態系統服務功能的價值評估

海口市紅樹林濕地各服務功能價值項中森林游憩功能、森林防護功能和固碳釋氧功能分別位列前三位，占總比值的72%。這可能是因為隨著生活質量的提高，人們追求高品質生活的愿望日益遞增，旅游業高速發展。兼顧海洋、森林和河流自然條件于一體的紅樹林生態系統的游憩功能得到了廣大人民的重視[14-16]。這使得海口市紅樹林濕地的服務功能主要表現在森林游憩功能方面（表1、圖3），服務價值高達1800 多萬元，成為海口市紅樹林生態系統服務價值最高的類別。這也證實了紅樹林生態系統的旅游價值及其保護意義，有望成為海口市可持續發展和國家生態文明試驗區（海南）建設的一個重要支撐[17-18]。

另一方面，紅樹林是典型的群落交錯區，是海岸帶、河口、河岸陸地等生態系統的交錯地帶，具有豐富的生境類型和多種的生態位，為生物多樣性形成與維持提供了良好的條件，保障了紅樹林生態系統結構與功能的完整性與健康程度。健康的紅樹林生態系統具有防風護堤、抵御臺風和風浪侵蝕海岸等作用，具有極為重要的生態價值。海口市紅樹林主要集中在東部的東寨港區域，這個方位正是臺風襲擊海口的必經之路[19-21]。這使得海口市紅樹林的森林防護功能價值非常突出，近8400 多萬元。海口市紅樹林固碳釋氧的功能與價值也非常突出，略低于森林防護功能，處于海口市紅樹林生態系統服務價值的第3 位。這2 個指標體現了紅樹林對于海口市生態安全的極端重要性，特別是位于海口市東部的東寨港紅樹林，可以抵擋臺風及其帶來的風浪[22-23]，是海口市生態安全與可持續發展的重要基礎，同時也是國家生態文明試驗區（海南）以及海南自由貿易港建設的一個重要保障。

由于紅樹林生態系統的復雜性和特殊的群落交錯區特性[15-16]，基于紅樹林調查數據、生態站監測數據以及氣象數據對海口市紅樹林生態系統服務價值的估價可能存在一定的偏差。今后有待于增加其他影響因子以及評價指標進行深入研究，利用新技術，采集更多生態因子和多年的數據，科學選擇關鍵評價指標，逐漸建立一個更準確的紅樹林生態系統價值評估方法與體系。

4.2 保護與管理建議

從中國各省近幾十年紅樹林的動態分布看，紅樹林分布重心轉移明顯，軌跡方向基本與海岸潮間帶走向一致，大多指向受到良好波浪掩護的港灣或河口灣內[16-24]。海口市的東寨港、文昌市的清瀾港正是典型的代表。雖然紅樹林本身具有很強的抗自然干擾，如臺風或海嘯的能力，但人為干擾導致的棲息地喪失與破碎化、污染與生物入侵等影響往往是不可逆的[1-2]。因此對紅樹林的恢復發展不應該只是狹義地在其資源保護和對氣候環境變化的適應上尋找策略，而應該依據海南當地的需求來科學的規劃，制定多中心和多層面的保護策略[6]。有效的管理是實現紅樹林保護的重要保障，這要求綜合考慮各方面可利用的現有和潛在的管理體制和管理資源，充分利用這些資源與環境，借鑒復雜性理論開展紅樹林的有效保護管理[7]。針對海口市紅樹林生態系統的主要服務功能及其面臨的問題[8]，建議從以下6 個方面采取保護與管理措施，以保護、優化與提升海口市紅樹林生態系統服務功能：

（1）明確管理邊界和尺度。在相關部門支持配合下，保護區邊界應及時埋設界樁，設立明顯的標志，設置防護網，既起到一定的防護作用，同時也避免保護區管理中出現與周邊社區的土地糾紛，便于有效開展紅樹林生態系統的保護及生態價值的優化與提升。

（2）加強紅樹林保護區管理與建設。加強與相關部門的協調合作，加強保護區執法機構建設，理順執法和管理關系。進一步完善利益相關者參與機制，加大保護區管理力度，打破保護區自我封閉的管理模式，鼓勵當地居民積極參與，建立與周邊社區開放式的共建、共管、共同保護、共同發展的系統。

（3）加強管理隊伍人才建設。科學管理是紅樹林保護區生存和發展的基礎，因此要加強保護區組織領導，進一步完善設施條件，加強和完善紅樹林濕地環境保護技術和生態監測設施建設，加強管理隊伍建設，開展技術培訓，加大科技投入，提高科研水平，培養科技人才，加強對外交流與合作等方面多做工作。

（4）大力開展濕地生態修復活動。紅樹林景觀面積的增加有利于系統生態功能的增強。通過紅樹林的營造林措施改變裸灘環境，有利于提高紅樹林生態系統的生物多樣性，優化紅樹林生態系統結構和功能。

（5）促進保護區周邊社區產業結構改革與發展。合理調整產業結構，發展高附加值加工業，提高產品的附加值；改進生產經營方式，發展規模化標準化的養殖業；合理規劃與適度旅游開發，開發與紅樹林生態旅游業配套的商業、服務業及工藝品制作等產業，建立針對周邊社區經濟社會發展的支持體系；與周邊社區形成紅樹林保護的共建、共管、共同保護、共同發展的開放式管理機制。

（6）促進紅樹林保護與居民生計的協調發展。依據紅樹林生態系統服務的不同利益相關者開展紅樹林生態補償，協調紅樹林生態系統服務保護與居民生計發展的關系，依據其受益強度開展生態補償機制研究，促進紅樹林生態系統保護。