裴孟杰，陳中義，史玉虎，周文昌

(1.長江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434020；2.湖北省林業(yè)科學(xué)研究院，湖北 武漢 430075；3.湖北洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，湖北 洪湖 433200)

0 引言

濕地恢復(fù)不僅可以維持生態(tài)系統(tǒng)的健康，改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的提供模式，也可以帶來重要的長期效益[1-2].生態(tài)工程效益評價作為濕地恢復(fù)的一種評價標(biāo)準(zhǔn)，可有效地對正在實施或已完成生態(tài)工程的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益進(jìn)行綜合系統(tǒng)分析，評價其工程建設(shè)是否有益，以期為預(yù)測和判斷該生態(tài)系統(tǒng)演變提出合理化建議，從而實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益最大化[3].目前全球關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評價方法尚沒有統(tǒng)一的定論，在將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量化和貨幣化方面存在難度，且大都運用替代法估算，不僅需要大量的調(diào)查檢測數(shù)據(jù)作為評價依據(jù)，而且因參數(shù)選取的不同，最終結(jié)果也會有所差別.如莫明浩等[4]和劉韜等[5]分別對洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行估算，前者計算的價值量高于后者.因此，為解決此類問題，1997年，Costanza等[6]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行劃分整合，從功能角度將生態(tài)系統(tǒng)劃分為大氣調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、干擾調(diào)節(jié)、游憩和文化服務(wù)等17種子類型，按照10種生物群系(Biome)進(jìn)行貨幣估算，并制定出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量表.謝高地等[7]認(rèn)為Costanza等研究人員計算出1個生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價值量為 54＄/hm2與我國本土情況有所差異，在中國直接運用存在一些缺陷.因此，謝高地等[8]通過模型運算和地理信息空間分析等方法，在單位面積價值當(dāng)量因子靜態(tài)評估方法的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行改進(jìn)，重新制定出中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值當(dāng)量因子表.運用當(dāng)量因子法估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值可以在已知土地利用面積的情況下快速獲得較為精確的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值.如魏圓云等[9]以北京市延慶縣蔡家河為例運用中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量對濕地恢復(fù)工程效益分析，計算出濕地恢復(fù)工程的投資回收期為19.96年，具有潛在盈利能力.謝高地等[10]運用當(dāng)量因子法對青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評估，最終計算出青藏高原天然草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價值.

洪湖作為我國第七大湖泊濕地，濕地物質(zhì)和人文資源豐富，許多專家學(xué)者也對其進(jìn)行了大量的研究.王飛等[11]從結(jié)構(gòu)和功能方面論述了20世紀(jì)60年代初洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的演替趨勢；楊其仁等[12]調(diào)查記錄了1996—1997年洪湖的鳥類；王相磊等[13]研究了洪湖濕地退耕初期種子庫的季節(jié)動態(tài)；劉韜等[5]以洪湖濕地為例，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的范圍尺度及其主要受益人，對洪湖濕地進(jìn)行服務(wù)價值評估；周文昌等[14]對洪湖濕地的大氣調(diào)節(jié)服務(wù)價值進(jìn)行了定量評價；張壘等[15]對2017年洪湖濕地的直接使用價值、間接使用價值進(jìn)行了初步評估.以上針對洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的核算，均是靜態(tài)的評估，缺乏對洪湖濕地實施生態(tài)保護(hù)工程以來的服務(wù)功能價值動態(tài)變化的研究.因此，本研究以洪湖濕地2001—2017年土地覆蓋類型變化數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過當(dāng)量因子法對洪湖濕地服務(wù)功能的價值進(jìn)行估算，以期為洪湖濕地生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供決策參考.

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況洪湖濕地國家級自然保護(hù)區(qū)位于湖北省東南部，長江中游北岸，保護(hù)區(qū)以洪湖圍堤為界，行政區(qū)劃隸屬荊州市，地跨洪湖市和監(jiān)利縣，介于東經(jīng)113°11′～113°28′，北緯29°38′～29°59′之間，平均水深1.35 m，總面積438.78 km2，是中國第7大淡水湖，也是湖北省最大且最具代表性的湖泊型濕地，兼具調(diào)蓄、灌溉、漁業(yè)、航運等多重功能[16-18].

自20世紀(jì)40年代以來，洪湖面積呈逐年縮小趨勢，生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞[17].這一后果不僅是受自然環(huán)境的影響，最主要是人們對洪湖濕地不合理的開發(fā)利用所致.上世紀(jì)50～70年代，為解決當(dāng)?shù)鼐用窦Z食問題，緩解人地矛盾，湖區(qū)居民共進(jìn)行了3次大規(guī)模的圍墾拓荒運動，致使洪湖面積迅速縮小[19-20].另外，為防洪需要，20世紀(jì)50年代中期開始大規(guī)模建設(shè)水利設(shè)施[21]，堤壩和閘門阻隔了洪湖與長江的共通，造成濕地面積極度萎縮，加劇了洪湖濕地沼澤化程度[22].2000年以后，人們開始大面積地圍湖養(yǎng)魚.截止2004年底，洪湖水域內(nèi)圈養(yǎng)面積達(dá)到71%，圍網(wǎng)面積已達(dá)25 133 hm2，已經(jīng)大大超過湖泊自身承載力[23].一系列人為的干擾運動，最終導(dǎo)致洪湖濕地面積縮小，污染加重以及物種多樣性降低，生態(tài)系統(tǒng)破碎化等生態(tài)問題，造成洪湖濕地資源受限，濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受損，嚴(yán)重制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展[24].

為緩解洪湖濕地生態(tài)環(huán)境問題，2003年，政府斥資1 177萬啟動了“洪湖濕地保護(hù)與恢復(fù)示范工程”.2004年以后，開始大面積拆除圍網(wǎng)，大力恢復(fù)植被和實行流域管理來改善水質(zhì)惡化與富營養(yǎng)化問題.2005年投資5 000萬元的洪湖生態(tài)治理工程首期10萬畝拆圍任務(wù)完成，示范區(qū)內(nèi)圍網(wǎng)已全部拆除,恢復(fù)了開闊的水面景觀[25].但當(dāng)年為減小拆圍阻力，政府為漁民每家劃分20畝(1畝為666.7 m2)水域支持他們繼續(xù)養(yǎng)殖，但部分漁民偷偷擴(kuò)大養(yǎng)殖范圍，到2013年，非法圍網(wǎng)超過10萬畝.2016年洪湖市、監(jiān)利縣再次組織拆違活動，到2017年1月24日，共拆除圍網(wǎng)17.13萬畝.

基于以上洪湖濕地遭受人類活動干擾影響及其濕地保護(hù)修復(fù)歷史，本研究選取2001年、2006年和2017年3個時期作為時間節(jié)點，研究生態(tài)工程對洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響變化情況，探索濕地利用類型對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響.

1.2 研究方法借鑒謝高地等[8]改進(jìn)后的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值當(dāng)量表，將農(nóng)田當(dāng)量價值看作1，并規(guī)定區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)主要農(nóng)作物(稻谷、小麥、玉米)單位經(jīng)濟(jì)價值等于區(qū)域單位當(dāng)量服務(wù)價值的7倍[26].將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子價值量與改進(jìn)后的各生態(tài)系統(tǒng)價值當(dāng)量相乘，得到各單項生態(tài)服務(wù)的價值量.基于2001年、2006年、2017洪湖濕地土地覆蓋變化數(shù)據(jù)[18]，將洪湖濕地土地利用類型劃分為兩大類，分別為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和濕地生態(tài)系統(tǒng)，且洪湖濕地周邊農(nóng)田以稻田為主[27](圖1).依據(jù)當(dāng)量因子價值量，最終計算出濕地生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積各項服務(wù)功能價值量.

圖1 2001年、2006年、2017年土地覆蓋變化

依據(jù)謝高地等[8]制定的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量，估算洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式為：

式中：L財為濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，D為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的價值量，F(xiàn)i為i類生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能的單位面積價值當(dāng)量因子，Si為i類生態(tài)系統(tǒng)分布面積.

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對恢復(fù)工程效益貢獻(xiàn)率為：

CR=(CL財a-CL財b)/(L財a-L財b)×100，

式中，CR(%)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對恢復(fù)工程效益的貢獻(xiàn)率，CL財a為研究區(qū)實施恢復(fù)工程后各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，CL財b為研究區(qū)實施恢復(fù)工程前各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，L財a為研究區(qū)實施恢復(fù)工程后濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值，L財b為研究區(qū)實施恢復(fù)工程前濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值.

2 結(jié)果與分析

2.1 洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析本研究參考2019年研究區(qū)糧食收益情況和糧食播種面積，對標(biāo)準(zhǔn)單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子進(jìn)行修正.參考《湖北省統(tǒng)計年鑒》[28]計算出2019年荊州市主要糧食作物單位面積產(chǎn)量為5 987.89 kg/hm2.參考《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2019》[29]，整理得出我國農(nóng)產(chǎn)品糧食農(nóng)作物單價為2.193 2元/kg，兩者相乘得出研究區(qū)2019年糧食單產(chǎn)市場價格為13 132.64元/kg.最終計算研究區(qū)單位當(dāng)量服務(wù)價值為1 876.09元/hm2，各單項生態(tài)服務(wù)的價值量如表1所示.

表1 洪湖濕地不同生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值表

洪湖濕地實施生態(tài)恢復(fù)工程后，3個時期服務(wù)價值呈增加趨勢(圖2).2001、2006年和2017年洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值分別為38.656億元、41.362億元、41.668億元，2001—2017年，洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值明顯增加(表2).同時，洪湖濕地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值各自為8.81×106元/hm2、9.43×106元/hm2、和9.50×106元/hm2.另外，這3個時期服務(wù)價值均以水文調(diào)節(jié)功能占據(jù)比重最大，為46%，其次是維持生物多樣性價值，占比達(dá)15%.

圖2 2001—2017年洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值變化

表2 3個時期洪湖濕地不同生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值表 億元/hm2

2.2 各項服務(wù)功能對洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)效益變化的貢獻(xiàn)率2006年服務(wù)功能價值較2001年增加了2.706億元(～9.35%)，在這個變化過程中，水文調(diào)節(jié)功能貢獻(xiàn)率最大(44.3%)，其次是維持生物多樣性功能(15.78%)，其他服務(wù)功能(水資源供給、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、原材料供給、維持養(yǎng)分循、凈化環(huán)境和土壤保持)貢獻(xiàn)率較低(0.8%～5%)，甚至食物生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率轉(zhuǎn)為負(fù)值(-1.77%).

2017年服務(wù)功能價值較2006年僅增加了0.306億元(0.86%)，增加幅度較小，各項服務(wù)價值貢獻(xiàn)率趨于一個穩(wěn)定期.其中，食物生產(chǎn)和原料生產(chǎn)2個服務(wù)價值貢獻(xiàn)率轉(zhuǎn)為負(fù)值(-1.63%、-7.19%)，水文調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)率仍為最大(48.04%)，另外,其他7個服務(wù)類型價值也稍有變化，但總體貢獻(xiàn)率較低(0.1%～9.0%).

3 討論

3.1 與其他評價結(jié)果的比較據(jù)文獻(xiàn)報道，不同學(xué)者都評估指標(biāo)體系、計算方法不同，核算的洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值量有所差別(表3).如莫明浩等[4]、劉韜等[5]計算出的涵養(yǎng)水源與調(diào)蓄洪水價值分別為11.767 65億元和6.071 5億元，相差較大.另外，劉韜等[5]在計算總價值量時，將土地利用價值與生物棲息地價值均計算在內(nèi)，可能存在重復(fù)計算.本研究方法優(yōu)勢明顯，可概括為以下幾點：一是簡單快速，易于操作.本研究方法可基于土地利用變化數(shù)據(jù)，依據(jù)研究區(qū)主要農(nóng)作物凈利潤快速有效評估濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的損失效益，進(jìn)而評估生態(tài)恢復(fù)工程的效果；二是所需數(shù)據(jù)采集量少，評價時效短.本研究方法數(shù)據(jù)收集相較其他評價方法較少，如莊大昌[30]、崔麗娟[31]分別對洞庭湖濕地和潘陽湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估時需要收集徑流量、蓄水量等數(shù)據(jù)，評價時效較長；三是評價客觀、規(guī)范、合理.利用Costanza等的研究結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)專家學(xué)者的經(jīng)驗計算出總價值量的功能價值法，受主觀影響較大[32]，而當(dāng)量因子法是依據(jù)國內(nèi)研究結(jié)果，以生態(tài)服務(wù)功能量和專家經(jīng)驗相結(jié)合的方法確定單位面積生態(tài)服務(wù)價值量，評估結(jié)果更為客觀.

表3 與其他評估結(jié)果的比較

當(dāng)然，當(dāng)量因子法也有其缺陷.本研究采用謝高地等改進(jìn)后的生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值當(dāng)量因子，是結(jié)合土地利用變化數(shù)據(jù)對洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估的一次嘗試.考慮通貨膨脹因素，本研究與莫明浩等[4]評估結(jié)果接近，但與張壘等[15]評價結(jié)果相差一倍多.因此，從計算結(jié)果來看，利用當(dāng)量因子法計算的價值量是針對某區(qū)域的平均估算，無法全面反映研究區(qū)的具體生態(tài)價值量[33].另外，修正方法和參數(shù)選擇不同，得出的不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值基準(zhǔn)當(dāng)量也有差異.因此，今后有待于提高評估模型的精準(zhǔn)性和科學(xué)性.

3.2 研究區(qū)生態(tài)服務(wù)價值變化及原因作為國家級自然保護(hù)區(qū)，在實施生態(tài)工程的近20年來洪湖濕地研究區(qū)生態(tài)發(fā)生明顯變化.據(jù)有關(guān)資料顯示，在研究期內(nèi)，農(nóng)田面積降低，湖泊和坑塘面積有所增加，特別是在2004年大面積拆除圍網(wǎng)以后，土地利用主要表現(xiàn)為農(nóng)田轉(zhuǎn)為湖泊和坑塘用地[18-36]，生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)變直接導(dǎo)致了服務(wù)價值發(fā)生改變.根據(jù)本研究結(jié)果來看，在研究期內(nèi)洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值凈增加3.012億元，總體呈增長趨勢，其中水文調(diào)節(jié)、維持生物多樣性、水資源供給等單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均有所增長，而食物生產(chǎn)和原材料服務(wù)價值降低.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)生變化可能有4方面的原因：1)自然濕地面積減少.有研究指出，自然濕地被圍墾后，因農(nóng)田開發(fā)導(dǎo)致濕地面積降低，將會造成流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值下降[35]，這主要是由于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值低于自然濕地生態(tài)系統(tǒng)[37].因此，洪湖濕地開展生態(tài)恢復(fù)后，實施退田還湖，有助于增加濕地服務(wù)價值總量.2)水生植被恢復(fù)，水體富營養(yǎng)化程度減輕.濕地修復(fù)工程實施前，洪湖濕地超密度圍網(wǎng)養(yǎng)殖現(xiàn)象嚴(yán)重，引起水質(zhì)惡化，湖泊富營養(yǎng)化加劇，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重受損.自2005年開始，政府部門相繼開展洪湖拆違、水生植被恢復(fù)和底泥疏浚工程，到2006年核心區(qū)植被覆蓋率恢復(fù)至90%以上，沉水植物覆蓋率恢復(fù)到60%，挺水植物恢復(fù)8 700 hm2[38].水質(zhì)從原來的Ⅳ、Ⅴ類恢復(fù)至Ⅲ類，局部區(qū)域已達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)[25].水生植被的恢復(fù)與湖區(qū)富營養(yǎng)化程度減輕，導(dǎo)致水資源供給、凈化環(huán)境和氣體調(diào)節(jié)等能力加強(qiáng)，從而促進(jìn)了服務(wù)功能價值增加.3)環(huán)境改善吸引大量游客，促進(jìn)休閑娛樂服務(wù)功能價值提高.據(jù)報道，2017年，洪湖濕地生態(tài)旅游區(qū)成為省級現(xiàn)代服務(wù)業(yè)建設(shè)示范園區(qū)，年接待游客513萬人，較2016年增長了14%.游客的增加可以帶動當(dāng)?shù)胤?wù)行業(yè)的發(fā)展，因此，在全面保護(hù)的背景下，適當(dāng)開展?jié)竦厣鷳B(tài)旅游，建立洪湖濕地生態(tài)旅游區(qū)，發(fā)展洪湖旅游業(yè)[23]，有助于增加休閑娛樂服務(wù)價值.4)濕地不僅是地球上重要的淡水儲存庫，而且在調(diào)洪蓄水、防洪抗旱方面發(fā)揮重要作用.因此，圍墾導(dǎo)致的濕地水域面積的減少，不僅直接導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)蓄面積降低，而且進(jìn)一步導(dǎo)致調(diào)蓄洪水能力下降[39].有研究指出從2001年到2017年間，洪湖濕地水域面積從218.41 km2增加至229.38 km2[19]，水域面積增加可能是導(dǎo)致洪湖濕地水文調(diào)節(jié)服務(wù)價值增加的主要原因.

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化對洪湖濕地生態(tài)保護(hù)的啟示從本研究的結(jié)果來看，調(diào)節(jié)服務(wù)高于供給服務(wù)價值，食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)價值(直接價值)低于水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)服務(wù)價(間接價值)，這是人類過去認(rèn)識在濕地價值過程中依賴直接價值，很難看到其間接價值，從而導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)破壞、損失，從而降低服務(wù)功能價值的原因.因此，通過實施洪湖濕地生態(tài)恢復(fù)后(退漁還湖(還濕)和濕地植被恢復(fù)工程)，有助于提高洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值.本研究調(diào)研過程中，了解到洪湖周圍漁民已全部上岸，政府嚴(yán)禁魚類資源打撈，有利于維持洪湖濕地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境.但是更應(yīng)該注意本研究結(jié)果中，從2006—2017年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增長相對緩慢(0.86%)，外來入侵物種(水花生、鳳眼蓮、福壽螺等)對區(qū)域小環(huán)境的影響，使生態(tài)保護(hù)又將面臨極大挑戰(zhàn).因此，綜合以上因素，建議嚴(yán)格劃分洪湖濕地區(qū)域面積，消除農(nóng)田侵蝕湖區(qū)情況的發(fā)生，強(qiáng)化濕地完整性；加強(qiáng)洪湖濕地與四湖、長江的連通，利用水體置換，緩解洪湖濕地現(xiàn)有水質(zhì)；繼續(xù)加大保護(hù)與恢復(fù)水生植被，提高水域自我調(diào)節(jié)能力，打造生態(tài)保護(hù)、旅游融于一體的美麗畫卷.