海岸带生态系统服务功能非线性理论的应用

摘要　采用生态系统管理方法中最新的非线性理论方法，选取杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统为研究对象。建立了互花米草盐沼生态系统的分布面积及其生态系统服务价值之间的非线性关系模型，并进行定量分析。研究结果显示，当互花米草盐沼生态系统面积为25.4 km²、对虾养殖面积为9.6 km²，即对互花米草盐沼生态系统的开发面积不超过其总面积的27％时，可实现该区域资源价值的最大化，其评估值最高，为2626.7万元。运用非线性关系理论对海岸带互花米草盐沼这一典型生态系统的价值进行评估，打破了以往对互花米草生态资源开发与保护采用“是或否”的管理模式。更重要的是为海洋生态系统管理方法在海岸带资源开发与保护中实现从“是或否”的管理到“多或少”的管理提供了有力支持。

关键词　非线性；生态服务功能；生态服务价值；消浪护岸功能：互花米草

中图分类号　F062.2　文献标识码　A　文章编号1002-2104(2009)03-0125-04

海岸带地区生态系统为人类活动提供了多种服务功能，是人类生存和经济发展的重要场所。然而在过去的二三十年时间，海岸带生态系统呈现不断恶化和退化的趋势，并进一步影响到社会经济的可持续发展。对此，迫切需要了解和认识海洋生态系统对当今和未来社会的经济贡献，才能在政策制定和海洋管理过程中，达到资源的合理分配和利用。为此，选取互花米草(spartina alterni-flora)盐沼生态系统为研究对象，通过建立互花米草盐沼生态系统服务功能与其经济价值之间的非线性关系模型，对杭州湾南岸区域互花米草资源价值量进行定量研究，从而确定互花米草盐沼生态资源的开发与保护面积。

1　非线性关系模型的建立

采用Barbier的非线性关系理论，建立互花米草盐沼生态系统的分布面积与其生态服务功能价值的非线性关系模型。其非线性关系模型建立方法如下：

首先，在综合大量有关互花米草消浪护岸功能实验研究结果的基础上，通过对互花米草消浪效果与其种植宽度关系分析，结果表明互花米草的消浪效果在垂直海岸线方向上随着种植宽度距离的减小，且呈现二次或指数的线性回归递减趋势。从线性回归分析的结果中，选取回归效果最佳的一组数据附图1(也就是R²值最高的)作为建立模型的原始数据，并根据公式(1)，得到波浪消浪比例的变化：

k=1-h1/h (1)

公式(1)中K为波浪通过互花米草后波浪的消浪比例；h1和h2分别为沿波浪传播方向互花米草的终了和起始断面处的波高。经过转换，得到波浪衰减率K与互花米草种植宽度B的关系曲线，见图1(0≤K≤1)。

其次，在上述互花米草种植宽度与其波浪消浪比例的非线性关系的基础上，建立互花米草消浪护岸功能价值与其分布面积之间的非线性关系。假设互花米草分布的宽度是一定的，均匀的沿海岸线100 km分布，通过图1中波浪消浪的比例变化趋势反映互花米草消浪护岸功能价值的比例变化趋势，其转化公式为：

v_i=v_i-1++[A×S×(K_i-K_i-1-) (2)

公式(2)中，v_i是消浪护岸服务功能的价值；A是单位面积消浪护岸服务功能的价值；s是互花米草研究区域的面积；K_i是波浪消浪比例。通过公式(2)得互花米草分布面积与其消浪护岸功能价值间的非线性变化关系。

最后，根据互花米草盐沼生态系统消浪护岸功能价值与其分布面积的关系，计算互花米草盐沼生态系统区域内的资源总价值，从而，构建互花米草盐沼生态系统分布面积与其生态服务功能价值之间的非线性关系模型。

2　非线性关系理论的应用——以杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统为例

互花米草是我国沿海潮滩分布面积最广的盐沼植被，在减缓和防止海滩生态系统退化、恢复和重建受损海滩生态系统中作用重要。但对于海产养殖业，互花米草的扩展则对经济价值的增长具有负面影响(例如：减少可用于养殖的海滩面积)，从而也成为当前生产部门和学术界的争论焦点。互花米草及其生态系统到底是影响海产养殖业的负面作用大，还是生态系统服务作用大，至今没有得到共识。其主要原因就在于对互花米草对滩涂养殖业的影响无法进行定量研究。因此本文选择杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统为案例进行定量研究。杭州湾为钱塘江口延伸的河口湾，为一喇叭口形状的河口海湾，地处亚热带海洋性季风区，地理位置为29°58"27""～30°51"30""N，120°54"30"～121°50"48"E。杭州湾南岸滨海平原位于沪、杭、甬经济金三角的中心地带，是中国沿海经济最发达的地区之一，生态特征以互花米草群落、海三棱蕉草群落和芦苇群落为优势种，面积分别为5258 hm²，656 hm²，330 hm²。它不仅是世界珍稀濒危物种黑嘴鸥的主要迁徙停息地，也是中国南北滨海湿地的分界线，因此，杭州湾南岸湿地资源具有明显的稀缺特征，具有极高的研究和保护价值。随着工农业生产的高速发展以及城镇化建设步伐的加快，围垦滩涂扩大土地面积的需求日益迫切，大量滩涂被开垦成农田或水产养殖场。根据浙江省围垦局规划2006—2025年全省将围垦滩涂3.39×10⁴hm²，围垦前后生态环境服务功能效益显著下降，而湿地作为生物栖息地的生态效益则由61％降至3％，生物多样性将受到严重破坏。

杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统不仅提供互花米草和底栖动物等直接物质产品(直接经济价值)，而且还具有消浪护岸、促淤造陆、固定CO₂、释放O₂、庇护所及基因资源、营养物质贮存和循环、净化环境、减轻海洋污染等服务功能(间接经济价值)。根据2005年的数据，杭州湾南岸互花米草盐沼面积为38 km²，为了便于本案例的研究，假设杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统沿海岸线100 km分布，其垂直海岸线向海一面的种植宽度为350 m，则总面积为35 km²。按李加林等提及的杭州湾南岸互花米草盐沼生态系统直接经济价值600万元计算，可以得出互花米草盐沼生态系统直接提供的物质产品单位面积价值为15.633万元。从图1中可以看出，当波浪经过200 m互花米草种植宽度时，可消去约80.0％的波高，种植宽度为300 m时，可消去超过90.0％以上的波高，可以使原设计标准20年一遇的海堤安全高度降低2 m以上，护花米草消浪效果明显，具有显著的消浪护岸功能。因此选择生态系统管理方法中的替代成本法(Replacement cost，RC)对互

花米草盐沼生态系统消浪护岸功能价值进行评估，即通过计算可用于降低海堤设计标准所节省的费用或海堤遭受破坏后所需的海堤修理费用来代替其消浪护岸功能的价值。运用降低海底设计标准节省的费用计算其消浪护岸价值为2250万元，根据其消浪护岸功能价值与其面积问的线性关系计算得互花米草消浪护岸功能单位面积价值为58.624万元。南美对虾养殖业在萧山地区的每667 m²养殖收益在3000～6000元不等，本文取3000元／667 m²计算，其单位面积价值为450万元。

根据公式(1)和(2)及单位面积互花米草消浪护岸功能的价值，建立互花米草盐沼生态系统面积与其消浪护岸功能价值之间的非线性关系，得表1。

本文将互花米草盐沼生态系统的服务价值主要分成三部分进行分析：第一部分为直接物质产品价值(主要由植株和底栖动物两部分组成)；第二部分为消浪护岸价值(由于消浪护岸功能价值在护花米草生态系统总价值中占主导作用，因此关于消浪护岸价值以外的其他间接经济价值在本文中不做研究)；第三部分为将互花米草盐沼生态系统转换成对虾养殖场带来的收益。分别对上述三部分生态系统服务功能价值进行计算，结果如图2所示。结果表明当互花米草的面积为25.4 km²，对虾养殖场的面积为9.6 k²时，该区域资源价值量的评估值最高，为2626.7万元。

3　讨论与展望

为了更好地反映“非线性”理论的优点，在已有数据的基础上，采用原生态系统服务功能价值评估方法，建立互花米草盐沼生态系统分布面积与其生态系统服务功能价值之间的关系模型(见图3)，并对该两种模型计算结果进行对比分析。

如图3所示，若不考虑互花米草的消浪护岸功能价值随其分布面积呈非线性关系，单纯以追求经济效益为目的时，将35km²互花米草生态系统全部改为对虾养殖场，则该生态系统区域的总经济价值为1575万元，单纯的以保护互花米草盐沼生态系统为目的时，其资源总价值量为2598.9万元。运用这种分析方法，使得我们在对护花米草盐沼资源的开发与保护中只能用“是或否”的管理方法进行决策，或者对互花米草盐沼生态系统的资源实施完全保护，或者将该区域的互花米草资源全部改为对虾养殖场，而很难找到互赢互利的结合点。从结果上看，实施全面保护能够实现该区域经济效益的最大化，任何将互花米草生态系统改建为对虾养殖场的做法都会导致该区域总经济效益的下降，因此在原有生态系统管理方法的框架内，我们只能对该区域的互花米草资源进行全面保护。

但是，本文通过互花米草自身消浪护岸功能与其种植宽度间存在的非线性关系，建立互花米草生态系统消浪护岸功能价值与其分布面积的模型(见图2)。当互花米草的面积为25.4 km²，对虾养殖场的面积为9.6km²时，该区域资源价值量的评估值最高，为2626.7万元，单位面积资源价值量为75万元。虽然互花米草的消浪护岸功能价值在其生态系统服务功能总价值中起主导作用，但是从图2和图3的对比中可以看出，这种非线性的关系并没有使互花米草消浪护岸功能的价值发生剧烈的波动，其结果是可靠的。实践证明，对互花米草盐沼生态系统的开发面积不超过其总面积的27％，即可实现该区域资源价值的最大化，因此，互花米草生态系统与其面积间非线性关系模型的建立可为我国互花米草资源开发与保护的量化管理决策提供科学依据。

运用互花米草消浪护岸功能价值与其面积间的非线性关系对互花米草盐沼生态系统进行价值评估是对互花米草生态系统价值评估体系的完善，是在替代成本法估算生态系统消浪护岸功能基础上，结合互花米草自身的特征，找到其生态系统功能价值与特征(如面积)的结合点进行评估，正因为非线性关系与生态系统自身的结构和功能的关联性的存在，使其结果更能反映生态系统自身特征。

本文运用非线性关系理论只对互花米草生态系统消浪护岸功能价值进行评估，对非线性理论的研究仅仅起到了抛砖引玉的作用。因此，针对不同生态系统的特征。我们还可以开展更深入的研究，如结合互花米草的种植密度、生长年限对消浪护岸功能的影响，找出时间和空间上的结合点，建立互花米草时空分布对海岸带生态系统服务功能的价值影响评估，进而完善海岸带生态系统管理体系。同时，针对海岸带生态系统的净水功能等方面，寻找生态系统相关特征，找到非线性的切入点，对其价值进行评估，也会对生态系统功能评估系统的完善，起到重要作用。

(编辑：李琪)

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