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基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估

吴威 李彩霞 陈雪初

吴威, 李彩霞, 陈雪初. 基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
引用本文: 吴威, 李彩霞, 陈雪初. 基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
WU Wei, LI Caixia, CHEN Xuechu. Evaluation of the effectiveness of a coastal ecological restoration project based on ecosystem services: A case study on Yingwuzhou Wetland, China[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
Citation: WU Wei, LI Caixia, CHEN Xuechu. Evaluation of the effectiveness of a coastal ecological restoration project based on ecosystem services: A case study on Yingwuzhou Wetland, China[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027

基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFC0506002); 上海市海洋局科技项目(沪海科2018-03)
详细信息
    作者简介:

    吴 威, 男, 副教授, 研究生导师, 研究方向为生态景观规划设计. E-mail: 429669460@qq.com

    通讯作者:

    陈雪初, 男, 副教授, 研究生导师, 研究方向为修复生态学. E-mail: cxcsnow@163.com

  • 中图分类号: X171; X826

Evaluation of the effectiveness of a coastal ecological restoration project based on ecosystem services: A case study on Yingwuzhou Wetland, China

  • 摘要: 鹦鹉洲湿地作为上海首个国家级人工海岸线修复试点项目已运行接近3年, 现阶段了解工程修复成效对决策者、建设者和管理者至关重要. 本研究基于生态系统服务, 选取植物供给、水质净化、固碳、气候调节、抗风消浪、生物多样性维持、休闲娱乐和科研教育8项关键性评价指标, 开展工程成效评估. 评估结果显示, 鹦鹉洲2018年生态系统服务总价值为437.6万元·a–1, 单位面积价值为18.9万元·hm–2·a–1, 其中文化服务(45.6%) > 调节服务(41.9%) > 支持服务(12.4%) > 供给服务(0.1%); 实施生态修复后鹦鹉洲岸段生态系统服务价值显著提高, 其服务类型以文化、生态为核心, 服务区域具有本地化特点, 对金山岸线生态环境质量的改善作用明显. 本次研究成果直观显示了鹦鹉洲的修复成效, 研究方法可为类似海岸带生态修复工程的评估提供参考.
  • 表  1  上海鹦鹉洲湿地生态系统服务价值评估体系

    Tab.  1  Evaluation system for ecosystem service value of Yingwuzhou Wetland

    生态系统服务分类评价指标计算指标评价方法计算公式解释数据来源
    供给服务 植物供给 主要是指水生植物芦苇的价值 市场价值法[22] V11 = S11·ρ11·m11·P11 V11为苇材价值, 元·a–1;
    S11为苇材的种植面积, m2·a–1;
    ρ11为苇材的密度, 株·m–2;
    m11为苇材单位生物量, kg·株–1;
    P11为苇材的市场价格, 元·kg–1
    实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
    调节服务 净化水质 去除水中主要污染物无机氮、
    活性磷酸盐及悬浮物的价值
    市场价值法[22] V21 = W21·T21·C21 V21为净化水质的价值, 元·a–1;
    W21为研究区每日净化水量, m3·d–1; T21为研究区净水系统运行天数, d;
    C21为上海地区居民污水处理成本, 元·m–3
    实地调查检测数据、参考成果数据
    固碳 固碳价值 造林成本法/碳税法[23] V22 = G22·T22·S22·P22 V22为固碳价值, 元·a–1;
    G22为平均增温潜势GWP, μmol·m–2·s–1;
    T22为固碳时间, d, 这里取365;
    S22为固碳的面积, m2;
    P22为固定二氧化碳的价格, 元·t–1
    实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
    气候调节 夏、冬两季降低或提升区域温度的价值 影子工程法[22] V23 = (c23·ρ23/3 600 000)·C23·S23·H23·
    [(Qd·Dd)+(Qi·Di)]
    V23为调节气候的价值, 元·a–1;
    c23为空气的比热容1 030 J·kg–1·℃–1;
    ρ23为空气的密度1.29 kg·m–3;
    C23为当地电费标准, 元·kW–1·h–1, 1 kW·h =3 600 000 J;
    S23为湿地降温总面积, m2;
    H23为湿地调节气温的平均高度, m, 这里取6; Qd为湿地夏季每天的平均降温数值, ℃;
    Dd为湿地夏季的降温天数(70), d;
    Qi为湿地冬季每天的平均升温数值, ℃;
    Di为湿地冬季的升温天数(60), d
    参考成果数据、湿地监测数据
    抗风消浪 人工维护海岸所需要的费用 影子工程法 V24 = L24·P24 V24为抗风消浪所产生的价值, 元·a–1;
    L24为鹦鹉洲占据的海岸线长度, m;
    P24为上海金山维护海岸线的单位成本, 元·m–1·a–1
    实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
    支持服务 生物多样性维持 栖息地功能价值和鸟类资源保育价值 文献参考法
    市场价值法[22]
    V31 = A31·P31 + ∑N31·S31 V31为生物多样性保护的价值, 元·a–1;
    A31为评估区中用于生物多样性维护的面积, hm2;
    P31为评估区单位面积生物多样性保护的价值, 元·hm–2·a–1;
    N31为评估区鸟类数量, 只;
    S31为鸟类单只市场价值, 元·只–1
    实地调查数据、湿地监测数据、参考成果数据
    文化服务 休闲娱乐 人均旅游消费支出(包括时间成本、吃住行和其他费用) 旅行费用法[22-23] V41 = M41·T41 V41为休闲娱乐价值, 元·a–1;
    M41为人均旅行费用支出(调查), 元·人–1;
    T41为年游客人数, 人·a–1
    实地调查数据、参考成果数据、湿地监测数据
    科研教育 科学研究和科普教育总价值 科研投入法[22] V42 = S42+E42 V42为科研教育价值, 元·a–1;
    S42为科学研究价值, 元·a–1;
    E42为科普教育价值, 元·a–1
    实地调查数据、参考成果数据
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    表  2  上海鹦鹉洲湿地主要水生植物面积

    Tab.  2  Area of major aquatic plants at Yingwuzhou Wetland

    主要水生植物品种水生植物面积/m2面积百分比
    荻(Triarrhena sacchariflora)1 1795%
    花叶美人蕉(Cannaceae generalis)7273%
    芦苇16 00067%
    常绿水生鸢尾(Iris hexagonus)1681%
    水葱(Scirpus tabernaemontani)1 7527%
    千屈菜(Lythrum salicaria)2 1789%
    香蒲(Typha angustifolia)2 0828%
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    表  3  上海鹦鹉洲湿地生物多样性指数(BI)分值

    Tab.  3  Biodiversity Index (BI) value of Yingwuhzou Wetland

    一级指标二级指标三级指标赋值等级标准分值
    A物种多样性A1 物种多样性A11 维管束植物种数小于100种2.5
    A12 鸟类种数30~69种5
    A2 物种相对丰度A21 维管束植物种数在行政省区内占比< 10%2.5
    A22 鸟类种数在行政省区内占比 < 20%2.5
    A3 物种稀有性A31 珍稀植物存在省级重点保护植物3
    A32 珍稀鸟类存在区域性珍稀濒危鸟类2
    B生态系统多样性B1 物种地区分布B11 50%以上维管植物广布性属广布种4
    B12 50%以上鸟类广布性属广布种4
    B2 生境类型B21 生境稀有性国家级影响的重要湿地9
    B22 生境多样性类型较多, 结构相对复杂6
    B3 人类威胁B31 生境开发强度开发强度小, 环境保护较好5
    B32 周边生境类型被已开发的区域环绕1
    注: 本表参考《湿地生态系统服务价值评估技术规程》
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    表  4  鹦鹉洲鸟类等级及价格

    Tab.  4  Grades and prices of birds at Yingwuhzou Wetland

    鸟类等级市场价/(元/只)数量/只总价值/万元
    上海市珍稀鸟类6 821.942114.3
    国家“三有”3 388.686722.7
    非保护鸟类1 893.78295.5
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    表  5  上海市金山鹦鹉洲湿地生态系统服务价值评估结果

    Tab.  5  Evaluation results of ecosystem services at Yingwuzhou Wetland

    生态系统
    服务分类
    评价指标分类总价值/
    (万元·a–1)
    总百分比单项
    (万元·a–1)
    单位面积价值/
    (万元·hm-2·a–1)
    百分比服务区域
    供给服务植物产品供给0.50.1%0.50.020.1%本地
    调节服务净化水质183.541.9%82.63.5618.9%本地
    固定CO281.63.5218.6%非本地
    气候调节7.90.341.8%本地
    抗风消浪11.40.492.6%本地
    支持服务生物多样性维持54.112.4%54.12.3312.4%非本地
    文化服务休闲娱乐199.545.6%170.77.3639%本地
    科研教育28.81.246.6%非本地
    生态系统服务价值总计437.6100.0%437.618.86100.00%
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    表  6  不同滨海湿地生态服务单位面积价值量的比较

    Tab.  6  Comparison of the ecological service value per unit of coastal wetlands

    总面积/hm2生态服务
    单位面积
    价值量/
    (万元·hm–2·a–1)
    生态服务子项单位价值量/(万元·hm–2·a–1)计算指标文献来源
    物质
    生产
    净化
    水质
    固碳气候
    调节
    抗风
    消浪
    生物多样
    性维持
    休闲
    娱乐
    科研
    教育
    鹦鹉洲湿地 23.2 18.86 0.02 3.56 3.52 0.34 0.49 2.33 7.36* 1.24 植物供给、水质净化、固碳、气候调节、抗风消浪、生物多样性维持、休闲娱乐*和科研教育8项 本研究
    崇明东滩湿地 32 610 9.7 3.4* 2.2 1.3 0.2 2.3 0.04 物种生产*、科研文化、旅游休闲、调洪蓄水、气候调节、降解污染物、物种栖息地和生物多样性保护8项 文献[44]
    杭州湾国家
    湿地公园
    6 376.68 6.6 1.3 2.0* 0.08 0.16 1.4 0.8 0.05 物质资源、水质净化*、涵养水源、固碳、气候调节、大气调节、生物多样性保护、保持土壤、旅游休闲和文教科研10项 文献[45]
    全球潮汐沼泽/红树林/湿地 615 000 000 12.9 0.03 0.02 0.2 0.3 0.3 1.2 大气调节、干扰调节、水净化、水体供给*、污染治理、栖息地维护、食物生产、原材料提供、休闲娱乐和文化科研10项 文献[1]
    注: *代表此服务子项为该生态系统的优势服务功能; 在计算全球潮汐沼泽/红树林/湿地相关价值时, 以2018年平均汇率1美元=6.617人民币换算
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  • [1] 鲁佩仪, 朱建荣, 钱伟伟, 袁琳.  崇明东滩鸟类栖息地优化工程区海堤水闸外侧引水渠冲淤数值模拟 . 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 43-54. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941013
    [2] 苏爱平, 吕行行, 吴宇帆.  南水北调工程对长江口盐水入侵和淡水资源的影响 . 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 32-42. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941031
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-27
  • 网络出版日期:  2020-05-29
  • 刊出日期:  2020-05-01

基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
    基金项目:  国家重点研发计划(2017YFC0506002); 上海市海洋局科技项目(沪海科2018-03)
    作者简介:

    吴 威, 男, 副教授, 研究生导师, 研究方向为生态景观规划设计. E-mail: 429669460@qq.com

    通讯作者: 陈雪初, 男, 副教授, 研究生导师, 研究方向为修复生态学. E-mail: cxcsnow@163.com
  • 中图分类号: X171; X826

摘要: 鹦鹉洲湿地作为上海首个国家级人工海岸线修复试点项目已运行接近3年, 现阶段了解工程修复成效对决策者、建设者和管理者至关重要. 本研究基于生态系统服务, 选取植物供给、水质净化、固碳、气候调节、抗风消浪、生物多样性维持、休闲娱乐和科研教育8项关键性评价指标, 开展工程成效评估. 评估结果显示, 鹦鹉洲2018年生态系统服务总价值为437.6万元·a–1, 单位面积价值为18.9万元·hm–2·a–1, 其中文化服务(45.6%) > 调节服务(41.9%) > 支持服务(12.4%) > 供给服务(0.1%); 实施生态修复后鹦鹉洲岸段生态系统服务价值显著提高, 其服务类型以文化、生态为核心, 服务区域具有本地化特点, 对金山岸线生态环境质量的改善作用明显. 本次研究成果直观显示了鹦鹉洲的修复成效, 研究方法可为类似海岸带生态修复工程的评估提供参考.

English Abstract

吴威, 李彩霞, 陈雪初. 基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
引用本文: 吴威, 李彩霞, 陈雪初. 基于生态系统服务的海岸带生态修复工程成效评估[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
WU Wei, LI Caixia, CHEN Xuechu. Evaluation of the effectiveness of a coastal ecological restoration project based on ecosystem services: A case study on Yingwuzhou Wetland, China[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
Citation: WU Wei, LI Caixia, CHEN Xuechu. Evaluation of the effectiveness of a coastal ecological restoration project based on ecosystem services: A case study on Yingwuzhou Wetland, China[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2020, (3): 98-108. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.201941027
    • 海岸带生态系统是全球生态系统服务价值重要的组成部分[1]. 如何保护海岸带生态资源, 正确认识海岸带特别是滨海湿地具有的生态价值, 有效恢复受损海岸带, 是全球范围内共同关心的重大问题之一. 最近10年来, 我国一些地区开展了以恢复滨海湿地为核心目标的海岸带生态修复工程[2-4]. 但迄今为止, 由于目前并未形成成熟的海岸带生态修复成效评估体系, 大多数工程案例并未开展生态绩效评估, 且相关部门对此缺乏重视, 导致现有生态修复中常缺失这一部分工作, 使得项目的修复效果难以持续追踪, 无从判断项目是否成功, 更无法为海岸带生态修复工程提供项目成败的经验及科学的指导, 亟待形成系统性的、具有指导意义的生态绩效评估方法. 近年来, 滨海湿地生态系统服务价值定量评估受到重视[5-6], 如林静雅[7]、韩爽[6]等人基于空间异质性参考Costanza和谢高地等人研究成果分别对苏州湿地、盐城沿海滩涂湿地生态系统服务价值进行评估, 李玉凤采用水文地貌分类法对盐城不同类型滨海湿地进行定量评价[8], 张华对辽宁省湿地生态系统服务价值逐一进行评估[9]. 虽然滨海湿地生态系统服务价值评估已有一定的研究成果, 但尚未应用于海岸带修复工程项目的成效评估, 其评价数据来源大多为文献资料, 缺乏实测数据. 最近高如峰等人提出利用货币化生态系统服务作为测算海洋开发项目生态损失和生态修复绩效依据的概念, 为推进海岸带工程项目生态修复提供了新的思路, 但目前尚无具体的实践报道[10]. 自2016年以来, 以华东师范大学科研团队为技术支撑, 在杭州湾北岸金山岸段开展了以恢复滨海湿地, 提升生态系统服务为目标的海岸带人工岸线生态整治修复工程, 恢复并构建形成了上海首个国家级人工岸线修复示范项目鹦鹉洲生态湿地. 本研究以鹦鹉洲生态湿地为例, 基于前期勘察设计资料和现场跟踪观测数据, 开展生态系统服务定量评估, 探讨基于生态系统服务评估的人工岸线湿地项目生态修复成效. 一方面对工程成效进行检验, 从而为进一步建设适合杭州湾北岸海岸带生态修复项目提供参考; 另一方面针对具体工程实例开展评估, 评估过程中所采用的数据大多来源于工程运行过程中实际调查监测结果, 这可为进一步形成海岸带生态修复工程成效监测—评估一体化体系提供参考.

    • 杭州湾北岸是我国典型的侵蚀岸段, 在人为干扰和自然侵蚀的共同作用下, 海岸带典型潮滩盐沼湿地生态系统退化消失, 部分点位水体因悬浮物含量较高出现透明度变低的现象, 水质指标无机氮和活性磷酸盐含量显著超标. 2016年在中央海域与海岛保护资金的支持下, 上海市金山区实施了城市沙滩西侧综合整治修复工程, 在近海滩涂区恢复总面积约 23.2 hm2 的滨海湿地, 并命名为“鹦鹉洲生态湿地”. 该工程主要采取以工程保滩、基底修复、本地植物引种、潮汐水动力调控为核心的潮滩湿地生态恢复技术, 重构与恢复海岸带潮滩盐沼湿地景观, 同时采取以生态沉淀、强化净化、清水涵养为核心的水质生态修复技术, 修复与改善工程区水质, 并结合景观设计将恢复湿地与人工湿地融合形成兼具生态功能、水质修复功能与景观功能的城市滨海湿地[11]. 自2016年建成至今的鹦鹉洲湿地已运行接近3年, 修复效果初步显现.

    • 研究中所用数据来源于实地调查监测数据、设计施工图纸数据和参考成果数据共3类. 鹦鹉洲生态湿地建成之后, 以华东师范大学为主的研究团队开展了长期的实地调查和观察监测. 实地调查监测数据包括植物数据, 公园年游客数量和游人旅游成本数据, 产品市场价格数据, 水质水生态数据(每月1次), 鸟类监测数据(每月1次), 盐沼湿地固碳速率监测数据(每月1次), 以及气象数据等; 设计施工图纸数据包括鹦鹉洲湿地设计及施工cad图纸、生态技术专项图纸等; 参考成果数据包括上海市统计年鉴数据、电网电力数据、其他文献数据等.

    • 千年生态系统评估(The Millennium Ecosystem Assessment, MA)是全球范围内第一个整合各种资源, 全面、综合评价生态系统[6], 将生态系统服务划分为供给、调节、支持和文化服务, 了解生态系统及其服务与人类福祉之间联系的重大项目[12]. 鉴于生态系统服务类型种类繁多, 服务功能错综复杂, 在全面定量研究上存在很多困难[13]. 因此, 此次指标研究选取方法与孔东升[14]、郑伟[15]、Jenkins[16]等大部分学者类似, 仅选取优势生态服务指标, 包括植物供给、水质净化、固碳、气候调节、抗风消浪、生物多样性维持、休闲娱乐和科研教育, 作为评价对象, 并归纳在MA的供给、调节、支持和文化服务类型中. 这些指标在一定程度上代表鹦鹉洲湿地4大服务类型价值占比关系, 每项指标采用合适的方法如市场价值法、替代工程法等进行评估,进而确立鹦鹉洲生态湿地生态系统服务价值评估体系(见表1).

      表 1  上海鹦鹉洲湿地生态系统服务价值评估体系

      Table 1.  Evaluation system for ecosystem service value of Yingwuzhou Wetland

      生态系统服务分类评价指标计算指标评价方法计算公式解释数据来源
      供给服务 植物供给 主要是指水生植物芦苇的价值 市场价值法[22] V11 = S11·ρ11·m11·P11 V11为苇材价值, 元·a–1;
      S11为苇材的种植面积, m2·a–1;
      ρ11为苇材的密度, 株·m–2;
      m11为苇材单位生物量, kg·株–1;
      P11为苇材的市场价格, 元·kg–1
      实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
      调节服务 净化水质 去除水中主要污染物无机氮、
      活性磷酸盐及悬浮物的价值
      市场价值法[22] V21 = W21·T21·C21 V21为净化水质的价值, 元·a–1;
      W21为研究区每日净化水量, m3·d–1; T21为研究区净水系统运行天数, d;
      C21为上海地区居民污水处理成本, 元·m–3
      实地调查检测数据、参考成果数据
      固碳 固碳价值 造林成本法/碳税法[23] V22 = G22·T22·S22·P22 V22为固碳价值, 元·a–1;
      G22为平均增温潜势GWP, μmol·m–2·s–1;
      T22为固碳时间, d, 这里取365;
      S22为固碳的面积, m2;
      P22为固定二氧化碳的价格, 元·t–1
      实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
      气候调节 夏、冬两季降低或提升区域温度的价值 影子工程法[22] V23 = (c23·ρ23/3 600 000)·C23·S23·H23·
      [(Qd·Dd)+(Qi·Di)]
      V23为调节气候的价值, 元·a–1;
      c23为空气的比热容1 030 J·kg–1·℃–1;
      ρ23为空气的密度1.29 kg·m–3;
      C23为当地电费标准, 元·kW–1·h–1, 1 kW·h =3 600 000 J;
      S23为湿地降温总面积, m2;
      H23为湿地调节气温的平均高度, m, 这里取6; Qd为湿地夏季每天的平均降温数值, ℃;
      Dd为湿地夏季的降温天数(70), d;
      Qi为湿地冬季每天的平均升温数值, ℃;
      Di为湿地冬季的升温天数(60), d
      参考成果数据、湿地监测数据
      抗风消浪 人工维护海岸所需要的费用 影子工程法 V24 = L24·P24 V24为抗风消浪所产生的价值, 元·a–1;
      L24为鹦鹉洲占据的海岸线长度, m;
      P24为上海金山维护海岸线的单位成本, 元·m–1·a–1
      实地调查数据、设计施工图纸数据、参考成果数据
      支持服务 生物多样性维持 栖息地功能价值和鸟类资源保育价值 文献参考法
      市场价值法[22]
      V31 = A31·P31 + ∑N31·S31 V31为生物多样性保护的价值, 元·a–1;
      A31为评估区中用于生物多样性维护的面积, hm2;
      P31为评估区单位面积生物多样性保护的价值, 元·hm–2·a–1;
      N31为评估区鸟类数量, 只;
      S31为鸟类单只市场价值, 元·只–1
      实地调查数据、湿地监测数据、参考成果数据
      文化服务 休闲娱乐 人均旅游消费支出(包括时间成本、吃住行和其他费用) 旅行费用法[22-23] V41 = M41·T41 V41为休闲娱乐价值, 元·a–1;
      M41为人均旅行费用支出(调查), 元·人–1;
      T41为年游客人数, 人·a–1
      实地调查数据、参考成果数据、湿地监测数据
      科研教育 科学研究和科普教育总价值 科研投入法[22] V42 = S42+E42 V42为科研教育价值, 元·a–1;
      S42为科学研究价值, 元·a–1;
      E42为科普教育价值, 元·a–1
      实地调查数据、参考成果数据
    • 湿地生态系统供给服务主要是指湿地提供产品的价值, 包括植物、动物、化工、能源、交通、淡水和其他产品的价值[17]. 鹦鹉洲湿地属于人工滨海生态休闲湿地, 供给服务体现于植物产品芦苇材料的供应上. 湿地内净化单元中种植了大面积耐盐碱、易成活的芦苇(Phragmites australis), 每年秋末可进行苇材收割, 并加工为苇画、苇帘等工艺品, 产生经济价值. 经调查, 鹦鹉洲净化单元中芦苇面积约16 000 m2, 占水生植物面积的67%(见表2), 密度为16株·m–2, 株高3.5 m左右, 单株芦苇植株的平均干重为0.055 kg[18], 芦材市场交易价值为0.41元/kg[19]. 采用市场价值法, 可估算出植物产品供给价值约为0.5万元·a–1.

    • 建成后的湿地形成了一套以“生态沉淀—强化净化—生态恢复—清水涵养”为核心净化体系的水体生态修复系统, 构建生态前置库—表流湿地—清水涵养塘水循环系统用以改善邻近城市沙滩游泳区每天6 000 m3的来水(设定标准), 为盐沼湿地恢复区和湿地自然引鸟区生境提供优质水源. 经进出口水质监测数据表明, 在流经净水系统之后的水体水质达到了无机氮、活性磷酸盐及悬浮物分别削减20%、15%和30%的设计要求[20]. 该净水系统运行时间为每年7月初至9月底, 按《上海市污水处理费征收使用管理实施办法》中居民用水的征收标准和计算方式, 处理1 m3水价格为1.53元[21], 则鹦鹉洲水体净化价值达82.6万元·a–1.

    • 盐沼湿地作为国际公认具有最强碳汇作用的生态系统之一[24], 被形象地称为“蓝色碳汇”, 即近海滩涂盐沼湿地、海草床、红树林等将周围大气中的二氧化碳固定下来的功能[25]. 在植物、动物、微生物的相互作用下, 鹦鹉洲盐沼湿地碳汇功能集中于湿地净化展示区、盐沼湿地恢复区和自然湿地引鸟区的部分水域中, 面积约56 000 m2. 经过为期1年的团队观测, 鹦鹉洲盐沼区域表现出了巨大的碳汇作用, 平均增温潜势GWP达到–17.6 μmol·m–2·s–1[26], 固定CO2的单位价格这里取造林成本法250元·t–1和瑞典碳税法150美元·t–1的平均值即597元·t–1, 则湿地固碳价值为81.6万元·a–1.

      表 2  上海鹦鹉洲湿地主要水生植物面积

      Table 2.  Area of major aquatic plants at Yingwuzhou Wetland

      主要水生植物品种水生植物面积/m2面积百分比
      荻(Triarrhena sacchariflora)1 1795%
      花叶美人蕉(Cannaceae generalis)7273%
      芦苇16 00067%
      常绿水生鸢尾(Iris hexagonus)1681%
      水葱(Scirpus tabernaemontani)1 7527%
      千屈菜(Lythrum salicaria)2 1789%
      香蒲(Typha angustifolia)2 0828%
    • 鹦鹉洲气候调节功能主要体现在夏、冬两季. 夏季湿地树木可以避免阳光直射地表,从而降低温度为游人提供适宜的游憩环境; 冬季由于岸堤植物群落的存在可以有效减缓近岸风速, 抵挡海风入侵, 在一定程度上改善湿地小气候. 通过网络查询与园内小型气象站数据观测相结合的方法, 上海金山地区2018年夏(6至8月)、冬(12至次年2月)两季平均气温分别为26.8 ℃和6.2 ℃[27], 园内夏、冬两季平均气温分别为25.2 ℃和8.5 ℃, 因此夏、冬两季改善温度平均分别为1.6 ℃和2.3 ℃. 根据上海市电力公司数据显示,上海居民电费为0.617元·kw–1·h–1[28], 采用影子工程法得到鹦鹉洲气候调节价值为7.9万元·a–1.

    • 沿海地区每年会因台风造成巨大的损失, 海堤建造是维护沿海海防安全的重要保障. 但叶维强等人发现在历经强台风侵袭后堤外有红树林区域的海堤损失决口程度远低于没有红树林区域[29], 由此可见, 植物+人工堤坝的抗风消浪能力远高于单纯人工海堤形式[30]. 植物抗风消浪服务功能是利用海陆交错带中植物根系对底泥的黏结稳固及植物自身枝叶对台风海浪的消蚀而实现的, 这种“生物软堤坝”的抗风消浪能力与植被类型、植被宽度、高度、密度息息相关. 经图纸测量, 处于杭州湾北岸的鹦鹉洲湿地拥有2.2 km的海岸线, 岸线类型属于典型的侵蚀性、淤泥质海岸. 修复后鹦鹉洲“生物软堤坝”植物群落由东方杉(Taxodium mucronatum × Cryptomera fortunei)、柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇、香蒲组成, 宽度约30 m, 消浪能力约70%[31], 极大地提升了对海浪、潮汐的抵抗能力. 根据金山海塘维护投入费用131万元[32]、金山海塘25.176 km[33]可知, 金山每年在海塘维护上投入约52元·m–1(同杭州萧山养护堤坝成本费用相差不大[34]), 可估算出抗风消浪价值为11.4万元·a–1.

    • 杭州湾位于东亚—澳大利西亚候鸟迁徙线路的中段, 自2000年来上海共记录鸟类达438种[35]. 鹦鹉洲湿地在空间功能配置时, 专门划定自然湿地引鸟区用来营造水鸟歇脚、觅食的生境条件. 根据长期监测, 园内共记录鸟类38种, 隶属于8目20科. 其中列入《世界自然保护联盟》(IUCN)中濒危物种红色名录低危和近危等级鸟类有22种, 包括近危鸟类罗纹鸭(Anas falcata) 1种, 低危鸟类夜鹭(Nycticorax nycticorax)、小白鹭(Egretta garzetta)、苍鹭(Ardea)等21种; 其中列入上海市珍稀动植物名录的有白头鹎(Pycnonotus sinensis)、棕背伯劳(Lanius schach)、喜鹊(Pica pica)、乌鸫(Turdus merula)、远东树莺(Parus major)、八哥(Acridotheres cristatellus) 6种[36]. 植物多样性是植物空间层次丰富和季相变化的前提, 根据云丽调查结果显示上海园林植物种类现共有848种[37], 但鹦鹉洲湿地仅运用植物品种约70种[38], 占上海常用植物品种的8%. 其中包括中山杉(Taxodium 'Zhongshansha')、东方杉、落羽杉(Taxodium distichum)、池杉(Taxodium ascendens)、湿地松(pinus elliottii)等乔木品种; 柽柳、海滨木槿(Hibiscus hamabo)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、火棘(Pyracantha fortuneana)等灌木品种; 芦苇、香蒲、千屈菜等水生植物品种; 芦苇、香蒲、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)、糙叶苔草(Carex scabrifolia)等浮岛植物品种; 川蔓藻(Ruppia maritime)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)等沉水植物品种. 根据《湿地生态系统服务价值评估技术规程》中的生物多样性(BI)评价标准, 鹦鹉洲湿地BI得分为46.5, BI指数在4~5之间(见表3), 上海地区2018年物价指数(居民消费价格指数)为101.6[39], 取单位面积价值量0.5万元·hm–2·a–1, 可估算出鹦鹉洲维持生物多样性(栖息地)的价值约11.6万元·a–1.

      表 3  上海鹦鹉洲湿地生物多样性指数(BI)分值

      Table 3.  Biodiversity Index (BI) value of Yingwuhzou Wetland

      一级指标二级指标三级指标赋值等级标准分值
      A物种多样性A1 物种多样性A11 维管束植物种数小于100种2.5
      A12 鸟类种数30~69种5
      A2 物种相对丰度A21 维管束植物种数在行政省区内占比< 10%2.5
      A22 鸟类种数在行政省区内占比 < 20%2.5
      A3 物种稀有性A31 珍稀植物存在省级重点保护植物3
      A32 珍稀鸟类存在区域性珍稀濒危鸟类2
      B生态系统多样性B1 物种地区分布B11 50%以上维管植物广布性属广布种4
      B12 50%以上鸟类广布性属广布种4
      B2 生境类型B21 生境稀有性国家级影响的重要湿地9
      B22 生境多样性类型较多, 结构相对复杂6
      B3 人类威胁B31 生境开发强度开发强度小, 环境保护较好5
      B32 周边生境类型被已开发的区域环绕1
      注: 本表参考《湿地生态系统服务价值评估技术规程》

      鉴于《湿地生态系统服务价值评估技术规程》侧重于从栖息地功能的角度考虑物种多样性和生态系统多样性, 而现有评价模型中生物多样性价值多将鸟类资源保育价值计算在内[17], 参考公媛评估模型和市场价[40], 根据鹦鹉洲现有鸟类调查数量(见表4), 鸟类保育价值约为42.5万元·a–1.

      表 4  鹦鹉洲鸟类等级及价格

      Table 4.  Grades and prices of birds at Yingwuhzou Wetland

      鸟类等级市场价/(元/只)数量/只总价值/万元
      上海市珍稀鸟类6 821.942114.3
      国家“三有”3 388.686722.7
      非保护鸟类1 893.78295.5

      综合两种计算方法最终结果, 鹦鹉洲维持生物多样性的价值可达54.1万元·a–1.

    • 鹦鹉洲作为近郊湿地, 是不可多得的绿色空间, 与金山滨海公园和金山城市沙滩组合成金山区特有的近海休闲娱乐组团, 在提供景观观赏、休闲娱乐和近海旅游方面展示出重要的作用. 建成后的风景优美的鹦鹉洲不仅成为本地居民周末观光休闲地, 而且吸引着市区人群. 作为公益性科普基地, 鹦鹉洲无门票费用收入, 其休闲娱乐价值体现在时间成本、吃住行成本及在旅游过程中产生的其他费用成本, 如摄影等. 通过问卷调查的形式采访鹦鹉洲游客(发放问卷200份, 回收190份)发现, 被调查者多为多目的地旅游, 旅游目的地主要为城市沙滩景点, 顺便来鹦鹉洲湿地游览. 调查结果显示旅游成本与客源距离成正相关, 旅游人次与客源距离成负相关. 被调查者68%是本地人群, 休闲娱乐的价值约20元/人; 30%是主城区人群, 休闲娱乐的价值约50元/人; 2%是外地游客, 休闲娱乐的价值约100元/人. 根据鹦鹉洲湿地管理处提供的2018年公园接待游客数据5.58万人次, 采用旅行费用法, 可估算出鹦鹉洲提供休闲娱乐的价值约170.7万元·a–1.

    • 鹦鹉洲湿地兼顾科普和科研两大服务. 园内湿地净化展示区是公众认识海洋生态系统, 了解盐沼湿地功能的科普场所. 科普长廊展示和科普活动举办的形式增强了公众生态环保意识, 取湿地科普教育单位价值为5 571.43元·hm–2[17], 经测量湿地净化展示区面积为90 000 m2, 则鹦鹉洲科普教育服务价值约5万元·a–1. 同时, 鹦鹉洲可作为滨海湿地研究的试验基地, 目前基地内研究方向侧重于滨海湿地水净化系统研究[11, 22]、湿地生物多样性研究、滨海湿地蓝碳研究[26]和滨海湿地植物景观研究[38]. 在科研投入方面, 以“上海金山鹦鹉洲”为研究对象发表的相关科研论文为4篇, 年论文产出量2篇, 按发表每篇论文投入的科研经费为11.92万元·a–1[41], 鹦鹉洲科研论文投入费用为23.8万元·a–1. 科研教育总价值共计28.8万元·a–1.

    • 鹦鹉洲湿地生态系统服务总价值为437.6万元·a–1, 单位面积价值为18.9万元·hm–2·a–1. 其中文化服务价值最大, 为199.5万元·a–1, 占总价值的45.6%; 调节服务次之, 为183.5万元·a–1, 占总价值的41.9%; 支持服务为54.1万元·a–1, 占总价值的12.4%; 供给服务价值量最小, 为0.5万元·a–1, 占总价值的0.1%. 对8项优势评价指标按价值量大小进行排序为: 休闲娱乐(39%) > 净化水质(18.9%) > 固碳(18.6%) > 生物多样性维持(12.4%) > 科研教育(6.6%) > 抗风消浪(2.6%) > 气候调节(1.8%) > 植物产品供给(0.1%)(见表5).

      表 5  上海市金山鹦鹉洲湿地生态系统服务价值评估结果

      Table 5.  Evaluation results of ecosystem services at Yingwuzhou Wetland

      生态系统
      服务分类
      评价指标分类总价值/
      (万元·a–1)
      总百分比单项
      (万元·a–1)
      单位面积价值/
      (万元·hm-2·a–1)
      百分比服务区域
      供给服务植物产品供给0.50.1%0.50.020.1%本地
      调节服务净化水质183.541.9%82.63.5618.9%本地
      固定CO281.63.5218.6%非本地
      气候调节7.90.341.8%本地
      抗风消浪11.40.492.6%本地
      支持服务生物多样性维持54.112.4%54.12.3312.4%非本地
      文化服务休闲娱乐199.545.6%170.77.3639%本地
      科研教育28.81.246.6%非本地
      生态系统服务价值总计437.6100.0%437.618.86100.00%
    • 从评估总价值量来看, 实施生态修复后, 金山鹦鹉洲岸段的生态系统服务价值显著提高, 评价结果为工程项目修复成效提供了依据. 修复前的鹦鹉洲为淤泥质裸露光滩, 生态系统受损严重, 生态服务功能偏弱, 不具备净化水质、休闲娱乐等生态服务功能, 其关键性生态服务子项为固碳及较为有限的生物多样性保护、消浪价值, 按现有类似淤泥质滩涂研究结果单位价值量约2.1万元·hm–2·a–1为计算依据[17], 鹦鹉洲修复前生态服务总价值为48.7万元·a–1. 本次评估结果显示, 修复后的鹦鹉洲湿地总价值为437.6万元·a–1, 是修复前价值总量的8.9倍, 修复后的鹦鹉洲价值增量主要来源于休闲娱乐、净化水质、固碳和生物多样性维持功能.

      从新修复形成的鹦鹉洲生态系统服务价值的构成来看, 文化服务 > 调节服务 > 支持服务 > 供给服务, 为直观地显示人工滨海湿地工程服务价值量贡献大小提供了参考. 其中文化服务贡献率最大, 可达45.6%, 199.5万元, 功能服务包括休闲娱乐和科研教育两大部分. 作为海岸带生态修复试点项目, 环境优美的鹦鹉洲是本地居民(68%)、上海市区人群(30%)周末或小长假休闲娱乐的重要近海区域; 与此同时, 由于独特的区域优势,鹦鹉洲也具有相应的科研教育功能, 成为定期举行中小学生海洋环境认知教育的重要场所[42-43]. 其次, 鹦鹉洲显示出极为重要的调节服务, 比重为41.9%, 183.5万元, 调节服务价值量主要来自固碳和净化水质功能. 与调节服务相比, 湿地内支持服务对总价值贡献率相对较低, 为54.1万元, 占比12.4%, 来源于鹦鹉洲通过基底修复、地形重塑等手段提高的动植物生物栖息地多样性价值和鸟类资源保育价值. 此外, 在鹦鹉洲服务价值总量构成中供给服务所占比重最小, 只有0.1%, 其原因与供给服务测算依据有关. 供给服务包括淡水、动植物产品、能源等指标, 然而在研究中往往选择具有市场价值且占主要地位的产品或资源估算供给服务, 如武汉东湖湿地以淡水资源和淡水产品计算供给服务价值[41]. 目前, 鹦鹉洲直接可获得市场价值的产品包括鱼类资源和植物资源. 鱼类资源由于并未打捞, 因此不纳入此次计算. 植物资源主要为收割的水生植物, 而水生植物中芦苇占比最大, 且具有经济价值, 因此以芦苇生物量作为供给服务价值计算的基础. 但是由于芦苇总面积不大, 而苇材经济价值相对不高, 这使得供给服务价值测算结果较低.

      值得注意的是, 本次研究与崇明东滩[44]、杭州湾国家湿地公园[45]等更大尺度的研究对象比较, 此次评估范围较小,同时生态服务影响范围相对较窄, 生态服务单位面积价值量评估结果相对较高, 是从小尺度开展生态服务价值评估的一次尝试. 鹦鹉洲湿地仅为23.2 hm2, 由表5可知鹦鹉洲生态系统服务的主要供给对象为金山本地区域, 即生态系统服务具有本地化的特点, 对于金山岸线生态环境质量的改善效果最为明显. 比较不同尺度研究对象的单位面积价值(见表6), 鹦鹉洲湿地生态服务单位面积价值量显著高于其他滨海湿地, 尤其是“休闲娱乐”服务功能的单位价值量. 造成此结果的原因主要有以下两个方面: 其一是滨海湿地所处地理位置、目标定位不同, 其生态服务价值及优势生态服务功能类型也不尽相同, 鹦鹉洲以生态保育、宣传教育与景观观赏为项目核心, 且是拥有上海市市区客群基础的近郊型湿地, 因此休闲娱乐价值凸显; 其二是部分生态服务价值只有在较小的空间尺度或在特定的空间范围上表现明显, 如崇明东滩湿地休闲娱乐年服务价值约为7.6亿元, 接待游客319.79万人次, 但“休闲娱乐”平均后单位面积服务价值量仅为2.3万元·hm–2·a–1[44], 究其原因是休闲娱乐供给范围主要集中于入口区域. 通过对比还发现, 尽管不同滨海湿地选取计算指标数量, 指标类型有微小差异, 但物质生产、净化水质、气候调节、生物多样性维持、休闲娱乐和科研教育是共同选取的计算指标, 说明滨海湿地这几项生态服务功能是被学者普遍认可的. 此外, 在滨海湿地生态服务测算中, 抗风消浪功能由于价值占比较低而常常被忽略, 但通过实地调研我们发现, 抗风消浪在鹦鹉洲生态服务中表现明显. 如2018年“摩羯”来袭之时, 附近城市沙滩景区受损严重, 但是鹦鹉洲湿地内侧建筑物完好无损, 这体现了该生态修复工程对岸线保护的贡献, 因此将该指标纳入本次评估体系.

      表 6  不同滨海湿地生态服务单位面积价值量的比较

      Table 6.  Comparison of the ecological service value per unit of coastal wetlands

      总面积/hm2生态服务
      单位面积
      价值量/
      (万元·hm–2·a–1)
      生态服务子项单位价值量/(万元·hm–2·a–1)计算指标文献来源
      物质
      生产
      净化
      水质
      固碳气候
      调节
      抗风
      消浪
      生物多样
      性维持
      休闲
      娱乐
      科研
      教育
      鹦鹉洲湿地 23.2 18.86 0.02 3.56 3.52 0.34 0.49 2.33 7.36* 1.24 植物供给、水质净化、固碳、气候调节、抗风消浪、生物多样性维持、休闲娱乐*和科研教育8项 本研究
      崇明东滩湿地 32 610 9.7 3.4* 2.2 1.3 0.2 2.3 0.04 物种生产*、科研文化、旅游休闲、调洪蓄水、气候调节、降解污染物、物种栖息地和生物多样性保护8项 文献[44]
      杭州湾国家
      湿地公园
      6 376.68 6.6 1.3 2.0* 0.08 0.16 1.4 0.8 0.05 物质资源、水质净化*、涵养水源、固碳、气候调节、大气调节、生物多样性保护、保持土壤、旅游休闲和文教科研10项 文献[45]
      全球潮汐沼泽/红树林/湿地 615 000 000 12.9 0.03 0.02 0.2 0.3 0.3 1.2 大气调节、干扰调节、水净化、水体供给*、污染治理、栖息地维护、食物生产、原材料提供、休闲娱乐和文化科研10项 文献[1]
      注: *代表此服务子项为该生态系统的优势服务功能; 在计算全球潮汐沼泽/红树林/湿地相关价值时, 以2018年平均汇率1美元=6.617人民币换算
    • 本研究是从工程尺度上对23.2 hm2的鹦鹉洲生态湿地进行评估的一次尝试, 相比于大区域尺度评估, 其具有以下3个特点: 其一, 数据来源相对精准. 对比其他研究文献中利用参考数据估算价值量的方法, 如孔东升在评估张掖黑河湿地净化污水价值时以城镇人口数量为参照研究排放污水的总量, 从而确定污水净化价值[14], 以及丁小迪等人在评估固碳价值时参照IPCC研究成果得到固碳速率, 进而计算相应的价值[46], 此次评估过程中大部分指标的估算是在课题组长期累积的调查监测数据上参考市场价格进行计算的, 使评估结果更加具有说服性. 如在评估水质净化时测量净化水量和水质指标相关数据、在评估固碳价值时采用仪器实测固碳速率等. 其二, 可为杭州湾北岸类似滨海湿地项目生态系统单位价值量的确定提供参考. 基于相似生态环境条件和生态系统功能, 鹦鹉洲湿地作为上海人工岸线修复示范项目, 可为今后更多同质湿地项目生态系统服务价值的计算提供基础参照值. 其三, 作为基于生态系统服务的海岸带生态修复项目的评估模式, 评估结果更能彰显以“人”为服务对象的服务需求. 在此次评估结果中休闲娱乐服务功能具有较高的价值, 进一步证明了人工海岸线修复项目核心价值所在, 更加真实地折射出生态系统对人类福祉的贡献[5].

      工程成效评估结果是决策者、建设者和管理者了解工程成败与否、掌握工程建设成效和提高管理水平的依据. 本研究提出了基于生态系统服务, 结合勘察设计、运行监测过程中收集的基础数据和基础文献资料, 以生态系统服务产出的直接或间接价值来评估湿地修复成效的方法. 通过计算和评估发现, 以目前年生态系统服务价值总量为不变量, 按鹦鹉洲生态湿地工程投资7 800万元计算, 需18年左右可收回工程投资成本(不考虑湿地生态系统趋于稳定后年服务价值增高、公园管理成本增加等变化因素). 本研究结果直观地显示此次海岸带生态修复工程的效益, 可为类似海岸带生态修复工程修复—监测—评估提供参考.

      今后的研究中, 在指标选取的全面和科学性上还需要在深入了解生态系统服务的基础上对现有评价框架进行进一步完善. 与此同时, 在指标获取的准确性上还需要进行长期监测且寻求更加高效、准确的监测方式, 尽量减少误差. 如监测鸟类动态指标时, 由于鸟类处于活动之中, 获取的数量难免有偏差. 另外, 值得注意的是, 利用生态系统服务货币化的方式来评估修复工程成效也存在弊端, 特别是生态系统结构与功能及生物多样性的相关指标难以真正货币化、市场化. 因此, 在构建生态系统服务指标体系的基础上, 还可以考虑与生态系统结构和功能的评分体系相结合, 形成更科学的综合评估体系, 这是值得深入研究的方向.

参考文献 (46)

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