湖北省濕地生態系統的服務價值評估

周文昌， 張 維， 胡興宜， 付 甜， 史玉虎

(1.湖北省林業科學研究院， 湖北 武漢 430075; 2.湖北洪湖濕地生態系統國家定位觀測研究站， 湖北 洪湖 433200)

生態系統服務是指人類從生態系統中獲得的效益[1]。Costanza等[2]對全球生態系統服務價值進行了評價，指出了濕地生態系統具有重要的服務價值，價值占據全球生態系統的15%，其單位面積價值是森林的15倍，草地的64倍。這篇論文的報道大大促進了濕地服務功能價值評價的進展，引起了人類對濕地生態系統的重視，加強了對濕地生態系統的保護恢復。千年生態系統評估(MA)為人類評估生態系統服務價值提供了一套標準與范式，并將生態系統服務分為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務四大類[1]。于是，21世紀初，學者們大幅度地開展了濕地服務價值評估案例的研究，比如盤錦地區濕地、長江口濕地、鄱陽湖濕地、洞庭湖濕地等生態系統服務價值估算[3-6]。這些濕地服務價值的估算為人類認識濕地價值，提高濕地保護意識作出了重要貢獻。

然而，濕地本質屬性是一種公共產品，由于人類過度利用了濕地資源及其低估了功能價值，導致了濕地大量損失、景觀破碎化和生態系統功能退化[7-8]，這嚴重制約了濕地服務功能價值的發揮。此外，管理者通常在面對濕地巨大的服務價值時(往往是數億元)，起初難以接受，主要是管理者過于重視直接效益，很少重視間接效益，可能就是Wallace指出的生態系統的服務類型很多，但不是所有的服務都是管理者追求的目標[9]。這可能是中國第二次濕地資源調查成果顯示，從2003年到2013年的10 a余間，中國濕地面積仍然減少3.40×106hm2，部分濕地物種種群數量明顯減少，有的濕地物種甚至瀕臨滅絕(http:∥www.forestry.gov.cn/main/1039/content-929100.html)。從科學研究的角度出發，一些學者認為可能是千年生態系統評估的四大服務分類中存在重復計算的問題[10-11]。因此，為了避免重復計算，研究者們認為調節服務和支持服務是通過供給服務間接為人類提供效益的，而供給服務大多是調節服務和支持服務的最終服務[10,12]。于是，Fisher和Turner[13]、M?ler等[14]將供給服務和文化服務歸類為最終服務，這類服務為人類效益產生直接貢獻并對人福祉產生直接影響，而支持服務和調節服務歸類為中間服務，通過服務的組合方式形成最終服務，間接地影響人類福祉。因此，在評估生態系統服務時，將最終服務價值作為生態系統服務總價值，確定為最終服務的唯一標準就是對人類效益產生直接貢獻[12]。因此，開展以生態系統最終服務價值的評估更有利于接近于管理者的追求目標，更好發揮生態系統服務價值評估的作用。

湖北省地處長江之腰，素有“千湖之省、魚米之鄉”的美譽，自2008年評估濕地生態系統服務價值量達4 000多億元以來[15]，已有10 a余，其中濕地面積、功能及人類對濕地服務價值的認知已發生較大變化。有研究表明，濕地面積是影響濕地生態系統服務價值的最大因素[7,16]，而人類活動的影響又加大了濕地生態系統服務價值的不確定性[17-19]。因此，近5 a來，隨著“兩山理論”和“國家長江保護戰略”的提出，省委省政府加強了湖北省濕地保護修復，進一步改善濕地生態環境，濕地服務價值可能發生變化，繼而對長江流域內濕地生態系統服務價值進行評估將有助于為人類可持續發展和濕地保護修復與管理提供決策參考。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

湖北省位于中國長江中游，屬于典型的亞熱帶季風性氣候，多年平均降水量800～2 500 mm，平均日照1 300～2 157 h，由西南向東北遞增；年均氣溫15～17 ℃，無霜期200～260 d。全省境內江河縱橫，水系發育，流域面積在50 km2及以上的河流有1 232條，大于1.33 hm2的湖泊濕地755個，湖泊水域面積達2 706.85 km2，還有兼顧防洪、發電、供水和旅游功能的三峽水庫和丹江口庫區濕地。全省現有濕地1.44×106hm2，其中自然濕地7.64×105hm2(含河流濕地4.50×105hm2，湖泊濕地2.77×105hm2，沼澤濕地3.69×104hm2)，人工濕地6.81×105hm2，濕地分布格局見圖1。

圖1 湖北省濕地空間分布格局

1.2 數據來源與研究方法

根據全國第二次濕地資源調查成果，兼顧全省濕地資源現狀、數據有效性和最終服務，分為供給服務、調節服務和文化服務三類服務，評估湖北省濕地生態系統服務價值。然而，調節服務中的土壤保持服務(保土和保肥)和支持服務中的生物棲息地維持服務(物種多樣性)是為人類發展基礎提供的服務，因目前數據的限制，暫不評估。于是，本研究確定了12項評估指標和為人類提供的效益(表1)。評估數據來源主要為湖北省濕地第二次濕地資源調查成果、中國知網、官方網站(湖北省人民政府網、國家林業和草原局網、湖北省林業局網和湖北省水利廳網)。

表1 湖北省濕地生態系統最終服務價值評估指標和評估方法

1.3 評估方法

1.3.1 供給服務價值 淡水產品價值計算公式：

V1=∑Q1i×P1i

(1)

式中：V1為淡水產品價值(元)；Q1i為淡水產品產量(魚類、蝦蟹、貝類和其他淡水魚類，t)；P1i為淡水產品價格，i=1，2，3，4。

水資源供給價值計算公式：

V2=∑Q2i×P2i

(2)

式中：V2為水資源供給價值(元)；Q2i為供水量(農業、工業和生活，m3)；P2i為供水量單價(元/m3)，i=1，2，3。

原材料生產價值計算公式[20]：

V3=∑Q3×P3

(3)

式中：V3為原材料蘆葦價值(元)；Q3蘆葦產量(t)；P3為蘆葦單價(元/t)。

航運價值計算公式[15,20]：

V4=E4×D4+Q4×P4

(4)

式中：V4為水運(貨物運輸和旅客運輸)價值(元)；E4為航道水路運輸貨物周轉量(t/km)；D4為貨物運輸單價〔元/(t/km)〕；Q4為旅客周轉量(人·km)；P4為旅客運輸單價〔元/(人·km)〕。

能源生產價值計算公式：

V5=Q5×P5

(5)

式中：V5為水力發電價值(元)；Q5為水力發電量(kW)；P5為市場電價(元/kW·h)。

1.3.2 調節服務價值 調蓄洪水價值計算公式：

V6=Q6×P6

(6)

式中：V6為調蓄洪水價值(元)；Q6為調蓄洪水量(m3)；P6為水庫造價成本(元/m3)。

水質凈化價值計算公式：

V7=Q7×P7

(7)

式中：V7為濕地廢水污水凈化價值(元)；Q7為廢水污水入河量(t)；P7為廢污水處理成本價格(元/t)。

氣候調節價值計算公式[21]：

V8=(C×E×k×A×P8×10-3)+

(Q8×P8)/(EER×3 600)

(8)

式中：V8為濕地氣候調節價值；C為單位體積水量(1 m3)轉化為蒸汽耗電量(125 kW·h)；E為夏季期間濕地水面多年平均蒸發量(mm)；k為水體蒸發量的轉化系數(0.75)；A為濕地面積(m2)；P8為電價(元/kW·h)；Q8為濕地蒸發吸收的總熱量，水面蒸發降低氣溫按照空調制冷消耗進行計算，EER為空調制冷能效比(數值取3.2)。

固碳價值計算公式[22]：

V9=Q9×P9

(9)

式中：V9為濕地固碳價值(元)；Q9為植物固碳量(t)；P9為造林成本價格(元/t，以C計)。

釋放氧氣(O2)價值計算公式[21-22]：

V10=Q10×P10

(10)

式中：V10為植物光合作用釋放O2價值(元)；Q10為植物光合作用釋放O2量(t)；P10為工業制氧價格(元/t)。

1.3.3 文化服務價值 科研教育價值計算公式[21]：

V11=Q11×P11

(11)

式中：V11為濕地提供科研教育價值(元)；Q11為濕地年度科研論文產出量(篇/a)；P11為論文產出成本價格(元/篇)。

休閑娛樂價值計算公式：

V12=Q12×P12+Q12×D12×S12×30%

(12)

式中：V12為濕地休閑娛樂價值(元)；Q12為濕地旅游客量(人/a)；P12為人均旅游消費支出價格(元/人)；D12為每人在濕地旅游1 d的價格(d/人·a)；S12為人均日工資(元/d)，時間成本價值按照人均工資的30%計算[22]。

2 結果與分析

2.1 淡水產品

根據《湖北統計年鑒(2020)》，湖北省2019年度淡水產品產量包含魚類產量、蝦蟹產量、貝類產量、其他類產量分別為3.49×106，1.13×106，8 000 t和7.06×104t，采用市場調查法，各自價格大約為13.98，60，53，13.98元/kg，則水產品價值為1.18×1011元。

2.2 水資源供給

《湖北省水利發展“十三五”規劃》中指出全省多年平均地表水資源總量達1.01×1011m3，但是《湖北水資源公報(2019)》顯示全省2019年地表淡水供給量達3.03×1010m3，其中農業灌溉用水量1.53×1010m3，工業用水量9.13×109m3，居民生活用水量5.88×109m3，根據市場用水價格，大約各自為0.50, 3.49, 3.15元/m3，得到水資源供給價值達5.80×1010元。

2.3 原材料生產

原材料生產價值主要以蘆葦作為造紙材料，根據湖北省蘆葦協會最近報道，湖北省蘆葦面積下降為8 400 hm2(https:∥baijiahao.baidu.com/s?id=1601784684244177100&wfr=spider&for=pc)，沈鳴銅[23]報道長江中游蘆葦面積和產量之間關系，得到湖北省蘆葦產量大約為9.45×104t，蘆葦市場價格為660元/t[20]，原材料生產價值為6.24×107元。

2.4 航 運

全省境內江河縱橫交錯，水系發育，全省流域面積50 km2及以上河流1 232條，湖泊755個，湖泊水域面積2 706.85 km2，是重要的黃金水道。根據《湖北統計年鑒(2020)》，2019年貨物周轉量為2.16×1010t/km，旅客周轉量為4.76×108人/km，根據2008年各自運輸成本[15]，并結合《湖北統計年鑒(2020)》2019年居民消費平均支出價格修正，2019年貨運和旅客水路運輸成本價格分別為0.10元/(t·km)和0.58元/(人·km)，得到水路運輸價值達2.19×1010元。

2.5 能源生產

湖北非常重視水力發展，建成了丹江口、葛洲壩、三峽、引江濟漢等重大水利樞紐，漳河、徐家河、王英、富水等77座大型水庫，282座中型水庫和6 100多座小型水庫。根據《湖北統計年鑒(2020)》，全省2019年度水力發電量達1.33×1011kW/h，根據武漢市居民電價收費標準〔0.573元/(kW·h)〕，水力發電價值達7.62×1010元。

2.6 調蓄洪水

全省有湖泊濕地、河流濕地、沼澤濕地和人工濕地(水庫)4種類型。最近研究報道，湖北省湖泊濕地和水庫調蓄洪水量各自為7.97×109m3和3.36×1010m3，合計為4.16×1010m3[24]。然而，河流濕地和沼澤濕地的調蓄洪水量按照濕地面積和水深為1 m計算，則河流濕地和沼澤濕地調蓄洪水量為4.51×109m3和3.69×108m3。故湖北省濕地調蓄洪水量達4.645×1010m3。根據省人民政府印發的《湖北省水利發展“十三五”規劃的通知》投資碾盤山樞紐水庫項目建設經費約為6.70元/m3。采用影子工程法，水庫造價成本評估調蓄洪水價值，則調蓄洪水價值達3.11×1011元。

2.7 水質凈化

《湖北水資源公報(2019)》報道，2019年全省入河廢水污水量達3.58×109t。《湖北統計年鑒(2020)》報道全省廢水處理成本達1.19元/t，則全省濕地水質凈化價值達4.26×109元。

2.8 氣候調節

全省江河水系發達，湖泊水庫密，濕地在夏季期間具有重要的降溫增濕的氣候調節功能，水面蒸發導致濕地周邊溫度比城市陸地要低，空氣濕度大。湖北省地處長江中游，長江區濕地水面蒸發量采用文獻報道的長江流域多年平均水面蒸發量，夏季占全年蒸發量的比例，結合湖北省宜昌、葛洲壩水面夏季蒸發量占多年平均蒸發量比例進行計算。中國長江流域多年平均水面蒸發量1 413.6 mm，夏季蒸發量占全年蒸發量的38.6%[25]，葛洲壩水庫夏季水面蒸發量占全年的39.2%[26]，三峽水庫夏季水面蒸發量占全年的42.9%[27]，宜昌地區夏季水面蒸發量占全年的39.3%[28]，濕地夏季期間水面蒸發量占全年蒸發量的40%，則湖北省濕地夏季期間水面蒸發量為565.44 mm。

(1) 降低溫度。湖北省濕地(湖泊、河流、人工濕地)水面全年蒸發損失量5.97×109m3。考慮到隨著溫度升高，水的汽化熱會降低，取水在100 ℃，1標準大氣壓的汽化熱2 260 kJ/kg[29]。水體密度為1 000 kg/m3，則全省濕地蒸發吸收的總熱量為1.35×1016kJ。水面蒸發降低氣溫按照空氣的制冷消耗進行計算，空調的能效比取3.2，電價采用武漢居民用電電價0.573元/(kW·h)。濕地降溫價值達6.71×1011元。

(2) 增加空氣濕度。全省濕地蒸發損失量達5.97×109m3，也就是說全省濕地生態系統全年為空氣提供了5.97×109m3的水汽，提高了濕地周邊空氣濕度，其水面蒸發提高空氣濕度價值以市場常見家用加濕器32 W計算，將1 m3的水轉化為蒸汽耗電量為125 kW·h[29]，電價取0.573元/ (kW·h)。則全省濕地增加空氣濕度價值達4.28×1011元。

綜上所述，湖北省濕地氣候調節價值為降低溫度的價值和增加空氣濕度的價值之和，達1.10×1012元。

2.9 固 碳

濕地具有重要的碳匯功能，植被通過光合作用將大氣中二氧化碳(CO2)轉化為固定在植被和土壤中。這里以植物生物量為計算依據，植物每生產1 kg干物質，固定1.63 kg的CO2，相當于0.44 kg碳。由于數據有限，主要依據江漢平原5個典型湖泊濕地面積、植被覆蓋率、植被平均生物量[30]和全省湖泊水域面積(2 706.86 km2)，得到湖泊濕地植物生物量8.65×107t，以及蘆葦產量(9.45×104t)，神農架大九湖沼澤濕地植物生物量(15 t/hm2)[31]和湖北恩施太廟山泥炭沼澤植被地上生物量(18.30 t/hm2)[32]計算沼澤植物生物量(16.65 t/hm2)，沼澤植物生物量6.14×105t，則植物總生物量為8.72×107t。CO2造林成本取1 320元/t(以C計)[33]，則全省濕地固碳價值為5.06×1010元。

2.10 釋放氧氣

植物進行光合作用，固定大氣中CO2時，同步釋放O2，植被固定1 kg干物質，釋放O21.19 kg，植物總生物量為8.72×107t，釋放O21.04×108t，中華人民共和國衛生部網站報道的工業制氧價格為1 000元/t(以O2計)[22]，則全省濕地植物釋放O2價值達1.04×1011元。

2.11 科研教育

濕地為高校科研院所、大中小學生提供了探索自然界奧妙的教育基地。據不完全統計，通過中國知網搜索，涉及全省“十三五”期間(2016—2020年)發表濕地領域的期刊論文約為671篇，相當于每年產出134篇期刊論文。再加上中國期刊論文成本投入約為9.00×104元/篇[34]。則全省濕地科研教育價值達1.21×107元。

2.12 休閑娛樂

休閑娛樂價值包含旅游消費支出、時間成本價值和剩余價值，這里由于數據的限制，僅計算旅游消費支出和時間成本價值。根據湖北省林業局2020年公布數據，湖北省擁有國家濕地公園66個，省級濕地公園38個，國際重要濕地4個，國家重要濕地8個，省級重要濕地36個(http:∥lyj.hubei.gov.cn/zwbhz/gg/202011/t20201119_3039370.shtml)。這些重要濕地為全國人民提供了優質的生態產品，具有重要的休閑娛樂價值。根據國家林業和草原局新聞發布會，2016—2019年間，全國森林旅游游客量達到6.00×109人次，其中2019年森林旅游游客量達到1.80×109人次，占國內年旅游人數的30%(https:∥new.qq.com/rain/a/20201015a0bg3k00)。森林旅游是指人們以森林、濕地、荒漠和野生動植物資源及其外部物質環境為依托，所開展的觀光游覽、休閑度假、健身養生、文化教育等旅游活動的總稱(http:∥env.people.com.cn/n1/2018/0126/c1010-29789037.html)。根據人民日報報道，2019年度國家濕地公園接待游客量達3.85×108人次(https:∥www.sohu.com/a/438248631_777803)，則國家濕地公園游客量占2019年森林旅游游客量的21.39%。根據《湖北統計年鑒(2020)》，2019年全省國內旅游游客量達60 143.70萬人次，人均消費為1 121元/人，得到2019年度湖北省濕地旅游游客量為3.86×107人次，濕地旅游消費支出價值達4.33×1010元。

旅游時間成本價值按照日工資率的30%計算[21-22]，國家統計局公布2019年度國家城鎮非私營單位就業人員年均工資90 501元，城鎮私營單位就業人員年均工資為53 604元，則全國就業人員日均工資為197元。由于缺乏每個游客游覽濕地天數的數據，以濕地旅游游客量每人次游覽濕地1 d，則2019年游客觀光濕地風光和文化資源天數為3.86×107d，則得到旅行消費時間成本價值為2.28×109元。

綜上，濕地休閑娛樂價值為4.55×1010元(4.33×1010元+2.28×109元)。

2.13 湖北濕地生態系統服務價值總量

本研究結果表明，2019年度湖北省濕地生態系統服務價值總量達1.89×1012元(表2)，占2019年度全省國民生產總值(4.58×1012元)的41.20%。評估的12項指標中，以氣候調節價值最大，達1.10×1012元，占價值總量的58.18%；其次是調蓄洪水價值3.11×1011元，占價值總量的16.49%；第三是淡水產品價值，價值量達1.18×1011元，占價值總量的6.24%，最小為科研教育價值(1.21×107元)，占價值總量的0.001%。本研究表明全省濕地生態系統服務價值以氣候調節、調蓄洪水和淡水產品供給為主導服務(占服務價值總量的80.91%)，充分體現了湖北省境內江河縱橫，水系發育，千湖之省和魚米之鄉的服務功能特征。

表2 湖北省濕地生態系統服務價值

3 討 論

濕地生態系統具有多種服務，本研究依據全國第二次濕地資源調查成果和官方數據報道，并結合研究進展，確定了12項評估指標。以2019年度數據為基準年，采用市場價值法、影子工程法、替代成本法、旅行費用支出法等，評估了湖北省濕地生態系統服務價值總量達1.89×1012元，占全省國民生產總值的40%，其評估價值遠高于2008年度評估的結果(4.28×1011元)[15]，2008年評估的湖北省濕地生態系統服務價值，缺乏對氣候調節價值(增溫降濕)的評估，僅這1項，本研究評估價值達1.00×1012元，遠遠超過2008年評估總服務價值的4.00×1011元。此外，2008年評估的湖北省濕地休閑娛樂價值的方法是采用Costanza 等(1997)[2]等成果的應用，評估結果僅為7.10×109[15]元，僅是本研究結果的15%。因此，通過本研究對湖北省濕地生態系統最終服務價值的評估，更增進人類對濕地價值的認知。本研究結果也高于長江經濟帶域內部分省份濕地生態系統服務價值(云南省1.65×1012元，四川省7.48×1011元，湖南省8.63×1011元，重慶市4.81×1010元)[20,35-37]。以上這些濕地生態系統服務價值總量存在差異，可能由于以下幾方面的原因：①省域之間濕地面積的差異。Zhou等[7]報道濕地面積顯著影響服務價值；②濕地價值認知理念的變化，導致不同研究者采用的評估指標體系、評估方法和評估數據之間存在差異。比如，作為最終服務，湖庫濕地蓄水的最終服務是提供人類使用清潔水資源(生活用水、工業用水、農業用水)，而未使用的水資源就未產生價值，而無須再評估濕地蓄水價值，否則易產生重復評價。另外，在濕地調蓄洪水和蓄水價值中，為了避免重復評價，不能再以水庫或者湖泊蓄水量評估濕地調蓄洪水價值，這是由于過去評價調蓄洪水價值中，未考慮野生動植物最小生態需水量，而實際調蓄洪水價值應是確保動植物最小生態需水量后的調蓄洪水價值，而雷波等[15]將湖北省濕地湖(庫)蓄水價值作為調蓄洪水價值，這可能不夠合理。③經濟成本增加。吳后建等[20]評估的2013年湖南省濕地調洪蓄水價值的水庫造價成本是3.07元/m3，雷波等[15]評估的2008年湖北省濕地調蓄洪水價值的水庫造價成本采用1990年的0.67元/m3，甚至目前一些學者采用的水庫造價成本還是0.67元/m3[38]，而本研究采用的是現在湖北省水庫造價6.70 元/m3。由于可獲取數據限制，尚待于加強濕地生態系統組成、結構及其過程動態的監測研究，為精準評估湖北省濕地生態系統服務價值提供數據支持。

本研究評估的12項服務價值中，以氣候調節、調蓄洪水和淡水產品為主導服務(占服務價值總量的80%)，彰顯了湖北省濕地生態屬性特征，體現了濕地保護恢復的重要性。當下，國家正在加快探索綠水青山轉化金山銀山的途徑，以及湖北省“十四五”規劃中也強調在提升綠水青山“顏值”中要做大金山銀山“價值”，本研究的主導服務，可為湖北省濕地探索“綠水青山”轉化“金山銀山”路徑提供決策咨詢服務。比如，通過氣候調節服務價值為最大服務，做大鄂西山區濕地(如神農架大九湖濕地、七姊妹山濕地)和江漢平原區湖泊濕地(比如東湖濕地、洪湖濕地、梁子湖濕地)生態旅游篇；其次，做強淡水產品供給價值，強化高品質的生態養殖業發展；最后，由于最近幾年(2016—2020年)長江中下游地區極端氣候事件(暴雨、干旱)頻繁發生，要不斷加強濕地生態系統的恢復，強化濕地調洪蓄水功能，避免人類財產嚴重損失。由于過去人類對濕地價值的認識不高，中國第二次濕地資源調查成果指出，2003年至2013年中，自然濕地仍在繼續大幅度降低，主要是圍墾和基建導致的結果。因此，本研究的主導服務功能評價，可能為探索“兩山理論”的實現路徑提供決策參考。

4 結 論

(1) 湖北省濕地生態系統服務價值總量達1.89×1012元，占2019年度全省國民生產總值的40%。其中以氣候調節、調蓄洪水和淡水產品為主導服務(占服務價值總量的80%)，體現了湖北省濕地生態系統的重要性及其生態特征。

(2) 本研究評估的12項指標中，價值量大小順序依次為氣候調節(占58.18%)、調蓄洪水(占16.49%)、淡水產品(占6.24%)、釋放氧氣(占5.50%)、能源生產(占4.04%)、水資源供給(占3.07%)、固碳(占2.68%)、休閑娛樂(占2.41%)、航運(占1.16%)、水質凈化(占0.23%)、原材料生產(占0.003%)和科研教育(占0.001%)。