海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能非線性理論的應(yīng)用

1、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能非線性理論的應(yīng)用    摘要采用生態(tài)系統(tǒng)管理方法中最新的非線性理論方法，選取杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象。建立了互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的分布面積及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值之間的非線性關(guān)系模型，并進(jìn)行定量分析。研究結(jié)果顯示，當(dāng)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)面積為25.4 km2、對(duì)蝦養(yǎng)殖面積為9.6 km2，即對(duì)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)面積不超過其總面積的27時(shí)，可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域資源價(jià)值的最大化，其評(píng)估值最高，為2626.7萬元。運(yùn)用非線性關(guān)系理論對(duì)海岸帶互花米草鹽沼這一典型生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，打破了以往對(duì)互花米草生態(tài)資源開發(fā)與保護(hù)采用“

2、是或否”的管理模式。更重要的是為海洋生態(tài)系統(tǒng)管理方法在海岸帶資源開發(fā)與保護(hù)中實(shí)現(xiàn)從“是或否”的管理到“多或少”的管理提供了有力支持。 關(guān)鍵詞非線性；生態(tài)服務(wù)功能；生態(tài)服務(wù)價(jià)值；消浪護(hù)岸功能：互花米草 中圖分類號(hào)F062.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104(2009)03-0125-04 海岸帶地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為人類活動(dòng)提供了多種服務(wù)功能，是人類生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要場(chǎng)所。然而在過去的二三十年時(shí)間，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)不斷惡化和退化的趨勢(shì)，并進(jìn)一步影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)此，迫切需要了解和認(rèn)識(shí)海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)當(dāng)今和未來社會(huì)的經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)，才能在政策制定和海洋管理過程中，達(dá)到資源的合理分配和利用。為

3、此，選取互花米草(spartina alterni-flora)鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與其經(jīng)濟(jì)價(jià)值之間的非線性關(guān)系模型，對(duì)杭州灣南岸區(qū)域互花米草資源價(jià)值量進(jìn)行定量研究，從而確定互花米草鹽沼生態(tài)資源的開發(fā)與保護(hù)面積。 1非線性關(guān)系模型的建立 采用Barbier的非線性關(guān)系理論，建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的分布面積與其生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的非線性關(guān)系模型。其非線性關(guān)系模型建立方法如下： 首先，在綜合大量有關(guān)互花米草消浪護(hù)岸功能實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過對(duì)互花米草消浪效果與其種植寬度關(guān)系分析，結(jié)果表明互花米草的消浪效果在垂直海岸線方向上隨著種植寬度距離的減小，且呈現(xiàn)二

4、次或指數(shù)的線性回歸遞減趨勢(shì)。從線性回歸分析的結(jié)果中，選取回歸效果最佳的一組數(shù)據(jù)附圖1(也就是R2值最高的)作為建立模型的原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式(1)，得到波浪消浪比例的變化： k=1-h1/h (1) 公式(1)中K為波浪通過互花米草后波浪的消浪比例；h1和h2分別為沿波浪傳播方向互花米草的終了和起始斷面處的波高。經(jīng)過轉(zhuǎn)換，得到波浪衰減率K與互花米草種植寬度B的關(guān)系曲線，見圖1(0K1)。 其次，在上述互花米草種植寬度與其波浪消浪比例的非線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立互花米草消浪護(hù)岸功能價(jià)值與其分布面積之間的非線性關(guān)系。假設(shè)互花米草分布的寬度是一定的，均勻的沿海岸線100 km分布，通過圖1中波浪消浪的

5、比例變化趨勢(shì)反映互花米草消浪護(hù)岸功能價(jià)值的比例變化趨勢(shì)，其轉(zhuǎn)化公式為： vi=vi-1+A×S×(Ki-Ki-1-) (2) 公式(2)中，vi是消浪護(hù)岸服務(wù)功能的價(jià)值；A是單位面積消浪護(hù)岸服務(wù)功能的價(jià)值；s是互花米草研究區(qū)域的面積；Ki是波浪消浪比例。通過公式(2)得互花米草分布面積與其消浪護(hù)岸功能價(jià)值間的非線性變化關(guān)系。 最后，根據(jù)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)消浪護(hù)岸功能價(jià)值與其分布面積的關(guān)系，計(jì)算互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的資源總價(jià)值，從而，構(gòu)建互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)分布面積與其生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值之間的非線性關(guān)系模型。 2非線性關(guān)系理論的應(yīng)用以杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為例

6、互花米草是我國沿海潮灘分布面積最廣的鹽沼植被，在減緩和防止海灘生態(tài)系統(tǒng)退化、恢復(fù)和重建受損海灘生態(tài)系統(tǒng)中作用重要。但對(duì)于海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，互花米草的擴(kuò)展則對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的增長具有負(fù)面影響(例如：減少可用于養(yǎng)殖的海灘面積)，從而也成為當(dāng)前生產(chǎn)部門和學(xué)術(shù)界的爭(zhēng)論焦點(diǎn)?；セ撞菁捌渖鷳B(tài)系統(tǒng)到底是影響海產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的負(fù)面作用大，還是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)作用大，至今沒有得到共識(shí)。其主要原因就在于對(duì)互花米草對(duì)灘涂養(yǎng)殖業(yè)的影響無法進(jìn)行定量研究。因此本文選擇杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為案例進(jìn)行定量研究。杭州灣為錢塘江口延伸的河口灣，為一喇叭口形狀的河口海灣，地處亞熱帶海洋性季風(fēng)區(qū)，地理位置為29°58'27&

7、#39;'30°51'30''N，120°54'30"121°50'48"E。杭州灣南岸濱海平原位于滬、杭、甬經(jīng)濟(jì)金三角的中心地帶，是中國沿海經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，生態(tài)特征以互花米草群落、海三棱蕉草群落和蘆葦群落為優(yōu)勢(shì)種，面積分別為5258 hm2，656 hm2，330 hm2。它不僅是世界珍稀瀕危物種黑嘴鷗的主要遷徙停息地，也是中國南北濱海濕地的分界線，因此，杭州灣南岸濕地資源具有明顯的稀缺特征，具有極高的研究和保護(hù)價(jià)值。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，圍墾灘涂擴(kuò)大土地面積的

8、需求日益迫切，大量灘涂被開墾成農(nóng)田或水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)。根據(jù)浙江省圍墾局規(guī)劃20062025年全省將圍墾灘涂3.39×104hm2，圍墾前后生態(tài)環(huán)境服務(wù)功能效益顯著下降，而濕地作為生物棲息地的生態(tài)效益則由61降至3，生物多樣性將受到嚴(yán)重破壞。 杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)不僅提供互花米草和底棲動(dòng)物等直接物質(zhì)產(chǎn)品(直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值)，而且還具有消浪護(hù)岸、促淤造陸、固定CO2、釋放O2、庇護(hù)所及基因資源、營養(yǎng)物質(zhì)貯存和循環(huán)、凈化環(huán)境、減輕海洋污染等服務(wù)功能(間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值)。根據(jù)2005年的數(shù)據(jù)，杭州灣南岸互花米草鹽沼面積為38 km2，為了便于本案例的研究，假設(shè)杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)沿海岸

9、線100 km分布，其垂直海岸線向海一面的種植寬度為350 m，則總面積為35 km2。按李加林等提及的杭州灣南岸互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值600萬元計(jì)算，可以得出互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)直接提供的物質(zhì)產(chǎn)品單位面積價(jià)值為15.633萬元。從圖1中可以看出，當(dāng)波浪經(jīng)過200 m互花米草種植寬度時(shí)，可消去約80.0的波高，種植寬度為300 m時(shí)，可消去超過90.0以上的波高，可以使原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20年一遇的海堤安全高度降低2 m以上，護(hù)花米草消浪效果明顯，具有顯著的消浪護(hù)岸功能。因此選擇生態(tài)系統(tǒng)管理方法中的替代成本法(Replacement cost，RC)對(duì)互  花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)消浪護(hù)

10、岸功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，即通過計(jì)算可用于降低海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所節(jié)省的費(fèi)用或海堤遭受破壞后所需的海堤修理費(fèi)用來代替其消浪護(hù)岸功能的價(jià)值。運(yùn)用降低海底設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)省的費(fèi)用計(jì)算其消浪護(hù)岸價(jià)值為2250萬元，根據(jù)其消浪護(hù)岸功能價(jià)值與其面積問的線性關(guān)系計(jì)算得互花米草消浪護(hù)岸功能單位面積價(jià)值為58.624萬元。南美對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)在蕭山地區(qū)的每667 m2養(yǎng)殖收益在30006000元不等，本文取3000元667 m2計(jì)算，其單位面積價(jià)值為450萬元。 根據(jù)公式(1)和(2)及單位面積互花米草消浪護(hù)岸功能的價(jià)值，建立互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)面積與其消浪護(hù)岸功能價(jià)值之間的非線性關(guān)系，得表1。 本文將互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值

11、主要分成三部分進(jìn)行分析：第一部分為直接物質(zhì)產(chǎn)品價(jià)值(主要由植株和底棲動(dòng)物兩部分組成)；第二部分為消浪護(hù)岸價(jià)值(由于消浪護(hù)岸功能價(jià)值在護(hù)花米草生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值中占主導(dǎo)作用，因此關(guān)于消浪護(hù)岸價(jià)值以外的其他間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值在本文中不做研究)；第三部分為將互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)帶來的收益。分別對(duì)上述三部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明當(dāng)互花米草的面積為25.4 km2，對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)的面積為9.6 k2時(shí)，該區(qū)域資源價(jià)值量的評(píng)估值最高，為2626.7萬元。 3討論與展望 為了更好地反映“非線性”理論的優(yōu)點(diǎn)，在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估方法，建立互花米草

12、鹽沼生態(tài)系統(tǒng)分布面積與其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值之間的關(guān)系模型(見圖3)，并對(duì)該兩種模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。 如圖3所示，若不考慮互花米草的消浪護(hù)岸功能價(jià)值隨其分布面積呈非線性關(guān)系，單純以追求經(jīng)濟(jì)效益為目的時(shí)，將35km2互花米草生態(tài)系統(tǒng)全部改為對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)，則該生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值為1575萬元，單純的以保護(hù)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)為目的時(shí)，其資源總價(jià)值量為2598.9萬元。運(yùn)用這種分析方法，使得我們?cè)趯?duì)護(hù)花米草鹽沼資源的開發(fā)與保護(hù)中只能用“是或否”的管理方法進(jìn)行決策，或者對(duì)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的資源實(shí)施完全保護(hù)，或者將該區(qū)域的互花米草資源全部改為對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)，而很難找到互贏互利的結(jié)合點(diǎn)。從結(jié)果上

13、看，實(shí)施全面保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)該區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益的最大化，任何將互花米草生態(tài)系統(tǒng)改建為對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)的做法都會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域總經(jīng)濟(jì)效益的下降，因此在原有生態(tài)系統(tǒng)管理方法的框架內(nèi)，我們只能對(duì)該區(qū)域的互花米草資源進(jìn)行全面保護(hù)。 但是，本文通過互花米草自身消浪護(hù)岸功能與其種植寬度間存在的非線性關(guān)系，建立互花米草生態(tài)系統(tǒng)消浪護(hù)岸功能價(jià)值與其分布面積的模型(見圖2)。當(dāng)互花米草的面積為25.4 km2，對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)的面積為9.6km2時(shí)，該區(qū)域資源價(jià)值量的評(píng)估值最高，為2626.7萬元，單位面積資源價(jià)值量為75萬元。雖然互花米草的消浪護(hù)岸功能價(jià)值在其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值中起主導(dǎo)作用，但是從圖2和圖3的對(duì)比中可以看出，這種

14、非線性的關(guān)系并沒有使互花米草消浪護(hù)岸功能的價(jià)值發(fā)生劇烈的波動(dòng)，其結(jié)果是可靠的。實(shí)踐證明，對(duì)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)面積不超過其總面積的27，即可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域資源價(jià)值的最大化，因此，互花米草生態(tài)系統(tǒng)與其面積間非線性關(guān)系模型的建立可為我國互花米草資源開發(fā)與保護(hù)的量化管理決策提供科學(xué)依據(jù)。 運(yùn)用互花米草消浪護(hù)岸功能價(jià)值與其面積間的非線性關(guān)系對(duì)互花米草鹽沼生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行價(jià)值評(píng)估是對(duì)互花米草生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估體系的完善，是在替代成本法估算生態(tài)系統(tǒng)消浪護(hù)岸功能基礎(chǔ)上，結(jié)合互花米草自身的特征，找到其生態(tài)系統(tǒng)功能價(jià)值與特征(如面積)的結(jié)合點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，正因?yàn)榉蔷€性關(guān)系與生態(tài)系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)聯(lián)性的存在，使其結(jié)果更能反映生態(tài)系統(tǒng)自身特征。 本文運(yùn)用非線性關(guān)系理論只對(duì)互花米草生態(tài)系統(tǒng)消浪護(hù)岸功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，對(duì)非線性理論的研究僅僅起到了拋磚引玉的作用。因此，針對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的特征。我們還可以開展更深入的研