洪湖湿地大气调节价值评价研究

（湖北省林业科学研究院，武汉 430075 ）

洪湖湿地大气调节价值评价研究

周文昌 史玉虎 潘 磊 庞宏东 郑兰英 付 甜 胡文杰

（湖北省林业科学研究院，武汉 430075 ）

湿地是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，具有重要的生态、环境功能，使得湿地与海洋、森林一起并列为全球三大生态系统（杨永兴，2002)。然而，由于人类长期不合理的开发活动，人们对湿地自然资源的过度利用和认识不足，导致了湿地生态环境功能丧失与退化加剧（杨永兴，2002； 张晓云等，2006； 张文娟等，2009)。因此，加深对湿地生态系统服务价值的评价和认识可为制定惩处破坏者、湿地生态效益补偿机制和人类可持续利用湿地资源提供必要的理论支撑（傅娇艳等，2007；刘晓辉等，2008)。

湿地生态系统服务是指人类从湿地生态系统中获得的效益(Assessment，2005；李伟，2014)。洪湖湿地是长江中游江汉平原大型湖泊湿地类型的自然保护区，具有美丽的自然景观，丰富而独特的自然生态环境，具有多种效益，如洪涝调蓄、大气调节、净化水质和调节气候等多种功能，被誉为“鱼米之乡”“长江中游流域的一颗明珠”(王学雷等，2002； 周文昌等,2016)。然而，过去对洪湖湿地生态系统服务价值的评估不够全面，例如大气调节功能价值，主要评估了洪湖湿地固碳释氧功能（刘韬等，2007； 莫明浩等，2008)，缺乏洪湖湿地增湿调温的大气调节服务评估，从而影响准确评价洪湖湿地生态系统服务功能价值。另外，过去对湿地生态系统大气调节服务功能价值的研究主要集中在固定大气二氧化碳和释放氧气两方面，鲜有将湿地调节温室气体碳通量(二氧化碳和甲烷)、释放氧气、增湿调温相结合的研究，如王继国（2007）报告了艾比湖湿地增湿调温气候服务价值占整个湖泊生态系统服务价值的32%；康晓明等（2015）研究了黄河三角洲芦苇湿地大气调节温室气体碳通量、释放氧气两种大气调节服务价值为8.46亿元人民币，均表示湿地大气调节服务功能价值重要。本文基于现有基础资料，研究洪湖湿地大气调节服务功能，旨在为准确评价洪湖湿地生态系统服务功能价值，以期为洪湖湿地国家级自然保护区和湿地管理者提供数据理论支持。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

洪湖湿地是湖北省最大淡水湖泊，中国第七大淡水湖泊，地处湖北省中南部，长江中游北岸（113°12′～113°26′，29°40′～29°58′)，是长江和汉水支流间的洼地区域（李昆等，2015)，2008年被列入湿地公约《国际重要湿地名录》，2014年进入中国湿地生态系统国家定位观测研究站网（周文昌等,2016)。气候属于北亚热带湿润季风气候，年均气温15.9～16.6℃，无霜期＞250 d，年均降水量1 174 mm，年均蒸发量为1 354 mm，平均日照1987.7 h，年太阳辐射总量440～460 KJ/cm2，4-10月降水量占全年的77%，湿地面积为344 km2，平均水深为1.35 m，以浅水湖泊（307.40 km2）为中心，周边为湖滨沼泽（36.54 km2）（肖飞等，2003； 王晓艳等，2011； 李昆等，2015)。湿生植物主要种类为莎草科和禾本科植物（王学雷等，2002)，挺水植物为菰Zizania latifolia、芦苇Phragmites australis和莲Nelumbo nucifera，浮叶植物为菱Trapa bispinosa、睡莲Nymphaea tetragona，沉水植物为微齿眼子菜Potamogeton maackianus、轮叶黑藻Hydrilla verticillata和金鱼藻Ceratophyllum demersum（王学雷等,2002；刘毅等,2015)。

1.2 研究方法

湿地生态系统大气调节功能价值包含绿色植物光合作用固定的含碳温室气体、释放氧气和湖泊增湿调温价值（王继国,2007； 康晓明等,2015；江波等,2015)。

1.2.1 植物光合作用固定的温室气体价值 湿地温室气体大气调节功能价值主要为二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4)，湿地植物通过光合作用固定大气CO2，作为大气CO2吸收汇；同时也作为CH4排放源。因此洪湖湿地碳收支平衡，需要计算两种温室气体的碳收支平衡，其中植物固定的CO2通过生物量计算，湖泊生物量采用2010年调查的鲜重生物量1 157 g/m2（Xiao et al,2013）和干湿比1：20计算（莫明浩等,2008)，而湖滨滩地以芦苇植物为优势种群，2010年的生物量为39.77 t/hm2（刘刚等，2013)。沉水植物面积采用湖泊307.40 km2，湖滨带湿地面积采用36.54 km2（肖飞等,2003)。计算得知洪湖湿地水生植物总生物量为147 092.67 t，根据光合作用方程，植物每生产1 kg干物质固定1.63 kg CO2。由于缺乏洪湖湿地温室气体CH4排放观测资料，洪湖湿地CH4的排放数据采用武汉市东湖湖泊湿地的观测研究资料〔春季(0.36 mg CH4/(m2·h)、夏季(2.97 mg CH4/(m2·h)、秋季(0.64 mg CH4/(m2·h)、冬季(0.28mg CH4/(m2·h) CH4排放通量估算〕 (Xing et al,2005)。计算公式如下(江波等，2015； 康晓明等,2015）：

式中：V1为洪湖湿地植物固定的温室气体价值(元/a)；Qco2和Ech4分别为洪湖湿地每年净固定的碳(t C/a)和每年排放的碳(t C/ a)；而CH4换算为等量温室效应的CO2，1 kg的CH4产生的温室效应等同于24.5 kg的CO2产生的温室效应(Jenkins et al，2010)；P1为造林成本价格(1 320元/t C)(李文华，2008)。

1.2.2 释放氧气价值 绿色植物在光合作用固定大气中CO2的同时，也释放氧气(O2)。根据绿色植物光合作用方程，绿色植物每生产1 kg干物质向空气中释放1.2 kg O2。释放O2价值采用工业制氧法计算洪湖湿地释放氧气价值(江波等，2015)，计算公式如下：

式中：V2为洪湖湿地释氧价值(元/a)，Q2为释放氧气量(t/ a)，P2为工业制氧价格(1 000 元/ t)(中华人民共和国卫生部网站，http：//wsb.moh.gov.cn/)。

1.2.3 增湿调温服务价值 洪湖湿地增湿调温价值评价采用替代成本法估算服务价值，计算公式如下：

式中：V3为洪湖湿地增湿调温服务价值（元/a）；Q3为单位体积水量转化为蒸汽耗电量（kW/h）；E为洪湖年均蒸发量（1 354 mm）；k为大湖面水体年均蒸发量折算系数（0.75）（刘晓丽等，2008）；A为洪湖湖泊面积（307.40×106m2）；P3为电价（元/(kW·h))。水量转化为蒸发量以市场上常见加湿器功率32 W计算，将1 m3水转化为蒸汽耗电量约为125 kW/h（刘晓丽等，2008；江波等，2015)，电价取武汉市0.5元/(kW·h)。

2 结果与分析

2.1 洪湖湿地植物固定温室气体价值

洪湖湿地植被固定CO2量为2.40×105t/a，CH4排放量为3.15×103t/a，换算成CO2当量为7.73×104t/a。从整个生态系统碳收支平衡来看，洪湖湿地净吸收CO2量为16.25×105t/a，表现为洪湖对大气的碳吸收汇。通过公式（1）计算出洪湖湿地植被固定CO2温室气体价值为58.50×106元/a。

2.2 湿地释放氧气价值

依据绿色植物固定的生物量干重和光合作用方程，洪湖湿地植被释放氧气量为1.77×105t/a，根据公式（2）计算洪湖湿地释放氧气价值为176.51×106元/a。

2.3 洪湖湿地增湿调温服务价值以及大气调节功能服务总价值

洪湖湖泊是湖北省最大的淡水湖泊，湖泊水体通过水面蒸发不断与大气之间进行热量和水分交换，成为洪湖湿地流域内的天然“加湿器”。根据公式（3）计算得知，洪湖湖泊水面因蒸发增湿调温服务价值为19.51×106元/a。

根据以上计算洪湖湿地大气调节功能服务总价值为254.52×106元/a，其中植被固定温室气体价值占大气调节价值的22.98%，释放氧气价值占大气调节价值的69.35%，增湿调温服务价值占大气调节价值的7.7%（图1)。

图 1 洪湖湿地大气调节功能价值

3 结论与讨论

湿地是一种独特的生态系统，它的功能和价值是多方面的。由于湿地常常淹水，湿地土壤和植被持水发生的土壤、水体的蒸发和植被蒸腾作用，使得湿地对周围的气温和降水量具有一定的调节作用（王学雷等，2002)，如洪湖湿地是湖北省最大的淡水湖泊，从而成为了洪湖市的巨大“加湿器”；另外，湿地通常作为大气CO2的汇和CH4排放源，对于调节大气温室气体CO2和CH4的平衡扮演着重要的作用（周文昌等，2012)。本研究通过植被固碳、温室气体CH4排放、释放氧气和湖泊蒸发增湿调温价值，得到洪湖湿地大气调节服务价值为2.55亿元/a，其中固定温室气体价值为0.59亿元/a，释放氧气价值为1.77亿元/a，调节大气湿度价值为0.20亿元/a，分别占大气调节价值的22.98%、69.35%和7.7%。洪湖湿地大气调节价值是过去研究者（刘韬等，2007； 莫明浩等，2008）估算大气调节价值（0.22亿元）的11.6倍，也远大于武汉市严东湖湖泊湿地大气调节服务价值(包含蒸腾吸热价值、固碳释氧价值共为0.19亿元/a)（王凤珍等，2011)；但远远小于青海湖大气调节价值(1 962亿元/a) (江波等，2015)，这主要是由于青海湖湖泊面积(4 377 km2)远远大于洪湖湖泊面积(307.4 km2)。由于过去洪湖湿地植被生物量研究存在较大的差异，本研究植被生物量约为15万t，而过去估算大气调节价值的生物量为2.5万t，但据王学雷等（2002）报道的洪湖高等水生植物生物量高达157万t，因此，准确的植被生物量调查对于估算洪湖湿地服务价值非常重要。湿地生态系统的气候价值对周围气温和降水量具有一定的缓冲作用，但因为过去研究大气调节价值多采用固碳释氧，很少研究湿地降温调湿的服务功能价值。今后有待加强湿地生态系统大气调节服务价值的研究，为湿地保护与管理决策提供理论数据支持。

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Valuation of the Air Regulation Service in Honghu Lake Wetland

ZHOU Wen-Chang SHI Yu-Hu PAN Lei PANG Hong-Dong ZHENG Lan-Ying FU Tian HU Wen-Jie
(Hubei Provincial Academy of Forestry, Wuhan 430075)

以洪湖湿地为研究对象，基于现有研究资料对其大气调节服务价值进行了定量评价。结果表明：洪湖湿地大气调节服务总价值为254.52×106元/a，是过去研究结果的11.6倍，其中湿地植物净固定的温室气体价值（包含甲烷折算的排放价值）为58.50×106元/a，表现为较强的碳汇；湿地释放氧气价值为176.51×106元/a，增湿调温价值为19.51×106元/a。洪湖湿地植被净固定温室气体价值、释放氧气价值和增湿调温价值分别占大气调节服务总价值的22.98%、69.35%和7.7%。

洪湖湿地；大气调节；固碳；释放氧气；增湿调温；服务价值

To assess the value of air regulation in Honghu lake wetland, a quantitative study was conducted based on existing literature. Results showed that the total service value of air regulation in Honghu lake wetland was RMB 254.52 million/year, which was 11.6 times of that by previous studies. The Net value of fixed greenhouse gases via wetland plants (including carbon emission value from methane emission conversion into carbon dioxide greenhouse gas effect) was RMB58.50 million/year, the data indicated that the lake wetland was a strong carbon sink. The value of oxygen released by the wetland ecosystem was RMB176.51 million/year, the value of air humidity and temperature regulation was RMB 19.51 million/year. The next value of greenhouse gas fixation by Honghu lake wetland vegetation, the value of released oxygen, and the value of lifting air humidity and temperature regulation, accounted for 22.98%, 69.35%, and 7.7% of the total value of the air regulation services, respectively.

Honghu lake wetland; Air regulation; Carbon sequestration; Oxygen release; Air humidity and temperature regulation; Ecological service

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.06

2016-06-19

国家林业局“湖北洪湖湿地生态系统国家观测研究站运行补助”项目(2016-LYPT-DW-064)资助

周文昌，男(1983-)，博士，主要从事湿地碳循环和湿地评价研究。E-mail: zwclky@126.com

史玉虎，研究员，博士，主要研究湿地生态学和森林生态学。E-mail: shiyuhu@126.com