2016, Vol. 42引用本文 |
| 基于多源数据融合的宁夏平原不同湿地类型生态服务功能价值评估 |  [PDF全文] |
2. 宁夏职业技术学院,银川 750021；
3. 宁夏大学资源环境学院,银川 750021；
4. 宁夏农林科学院荒漠化治理研究所,银川 750021;
5. 兰州大学资源环境学院，兰州 730000
2. Ningxia Polytechnic, Yinchuan 750021, China;
3. School of Resource and Environmental Sciences, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;
4. Institute of desertification Control, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750021, China;
5. College of Earth Environmental Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
The aim of this study is to better understand the economic value and service value of wetland, which could offer a basis on decision making for sustainable development. Field investigation and laboratory analysis, combining remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) technology and statistical data were used to assess the ecological service value of the wetland in Yellow River valleys of Ningxia Plain, including eight final services, such as material production, water supply, water quality purification, climate regulation, carbon sequestration and oxygen release, soil conservation, scientific research and entertainment, and four middle services, such as water storage, net primary productivity, nutrient cycling and wild life habitat. Mathematic and economic methods were applied, including market value method, carbon tax rate method, shadow project method, development phase coefficient, travel cost method and result parameter method. In order to avoid repeated calculation, wetland ecosystem services were divided into ultimate services and were further used as the gross value of ecosystem services for the wetland.
The results showed that in 2014, the total ecosystem service value of wetlands in Ningxia Plain was about 228.22×108 Yuan RMB, accounting for 15% of gross domestic product in Ningxia Plain area, and the middle service value was 125.69×108 Yuan RMB. The order of final service value for different wetland types was as follows: river (136.82 ×108 Yuan RMB) > marsh (36.80 ×108 Yuan RMB) > lake (32.56×108 Yuan RMB)> constructed wetland (22.04×108 Yuan RMB). The ecosystem service function value of the rivers, lakes, marshes and constructed wetland were 19.85×104, 11.07×104, 11.02×104 and 12.42×104 Yuan RMB/hm2 respectively, and the ecological service value per unit area of the river is the highest. The service value of wetland in the unit area was about 15.27×104 Yuan RMB/hm2, and the order of final service value was as follows: leisure tourism > water supply > carbon sequestration and oxygen release > climate regulation > soil conservation > material production > water quality purification > scientific research. The spatial distribution of ecosystem service value showed significant variation in Ningxia Plain wetland, in which the highest service value of river, lake and marsh wetlands was in Pingluo County, and the highest service value of constructed wetland was in Helan County, and the lower service value was observed in Xixia and Jinfeng Districts of Yinchuan.
湿地是地球上水陆相互作用形成的独特而又富有生命力的生态系统，具有巨大的生态功能和效益，被誉为“地球之肾”和“物种基因库”。在物质生产、气候调节、固碳释氧、提供水源、旅游休闲等方面具有其他生态系统不可替代的作用，与森林、海洋一并列入全球的3大生态系统。1997年美国学者COSTANZA等[1]估算全球湿地的服务价值约为33×1012美元，是全球国内生产总值的1.8~2倍，这一发现使得国内外学者掀起了生态服务价值研究的热潮[2, 3]。湿地生态系统服务价值评估是量化湿地生态系统的功能对人类所造成的影响[4]。从经济学和生态学角度看，湿地具有重要的经济价值和生态功能。国内外学者针对不同的研究对象，运用不同的估算方法如市场价值法、影子工程法、替代花费法、旅行费用法等并结合ArcGIS软件对湿地的生态系统服务功能价值进行了评估与分类[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]，研究比较透彻，从理论、方法和技术等方面深化了湿地生态系统服务价值评估研究，相关结果凸显了湿地生态功能的作用和巨大的经济价值。宁夏平原湿地具有水面蒸发量大，容易造成湖水咸化和湖周土壤盐渍化、湖盆地面沉降与黄河水沙淤积相互抵消的独特性质，其最大的特点是与人类的水利活动相辅相成，密不可分。目前，对西北干旱区湿地生态系统服务功能的研究尚较少[10, 11]。
宁夏平原是典型的河流冲击洪积平原，湿地广布，数量众多，类型丰富，其湿地总面积约占宁夏湿地总面积的76.27%。近些年来，许多研究者[14, 15, 16, 17, 18]对宁夏平原湿地的生态效益开展了定性描述，但学术界多是针对某个湿地生态功能或湿地的某个具体功能进行研究[19, 20]，以定量的货币形式进行的系统研究较少，且存在重复计算，而未对湿地的服务价值依据不同景观分类在空间分布上有所展示。本研究参考国内外湿地生态服务价值研究的理论和方法，以典型性、代表性湿地为重点，适当兼顾普适性，选择4类(河流、湖泊、沼泽、人工湿地)共9个各具特色的湿地，利用遥感影像、实验室测定、野外调查等多源数据，
以避免重复计算为目的，根据服务功能是否对人类社会产生直接贡献，将湿地生态系统服务划分为中间服务和最终服务[14]，并在景观分类的基础上结合遥感影像对宁夏平原湿地的生态服务功能价值量进行空间表达，旨在为宁夏平原湿地利用、水环境防治、湿地生态资源保护与管理提供科学依据。
1 研究区概况与研究方法 1.1 研究区概况宁夏平原地处我国西北地区东部，位于宁夏回族自治区北部，地理坐标为105°05′—106°56′ E，37°46′—39°23′ N，包括黄河沿岸的银川市6县市区(兴庆区、金凤区、西夏区、永宁县、贺兰县、灵武市)、石嘴山市3县区(大武口区、惠农区、平罗县)以及吴忠市的利通区和青铜峡市共11个县市区，面积为7 790 km2，占宁夏国土面积的42.6%。黄河由中部自南向北流经宁夏平原，区内沟渠纵横，灌溉便利。宁夏平原地处中温带干旱区大陆性气候区，多年平均气温9.0 ℃，年均降水量190 mm，多年平均蒸发量1 825 mm，年平均湿度55%，年干旱指数7.8~8.0。按照我国湿地类型划分标准，宁夏平原湿地主要包括河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地、人工湿地4大类别。
1.2 研究方法 1.2.1 数据与处理本研究采用Erdas 4.7对宁夏平原2014年7月丰水期时段的Landsat-8-OLI假彩色(4、3、2波段)遥感影像图(分辨率都为30 m×30 m)进行解译，获得各类湿地面积数据，并利用全球定位系统(global position system，GPS)对湿地解译数据进行野外考察验证(表 1)。生物量数据采用遥感反演和实地测定获得，利用ArcGIS 10.0空间分析模块得到2014年宁夏平原湿地分布图和湿地价值量空间分布图。归一化植被指数(normalized differential vegetation index，NDVI)数据由2014年的OLI影像近红外通道(B5)和红光通道(B4)合成。气象数据来自宁夏气象数据服务中心。本研究的其他数据来源于已发表的文献，各种参数均源于宁夏年鉴、水务局、物价局、2014年野外调查及实验室测定的数据。所得数据利用Excel 2007进行处理，并对结果进行统计。
| 表1 宁夏平原湿地类型和面积统计(2014年) Table 1 Statistics of wetland types and areas in Ningxia Plain in 2014 |
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2013年和2014年8—9月，沿黄河从南向北实地踏查，选择宁夏平原地区最具代表性和特色的4类湿地，包括河流湿地2个，湖泊湿地3个，沼泽湿地2个，人工湿地2个，共计9个典型湿地。采样地基本情况见表 2，各湿地位置如图 1所示。在每个样地确定代表性样方(4 m×4 m)10个，然后在每个样地内随机选择5个(1 m×1 m)植被调查小样方，按梅花形布点设置3~5个50 cm×50 cm地上生物量样方，用GPS测量并记录样点的中心坐标，开展植被调查、生物量测量、土壤样品收集(0~40 cm)和环境因子调查。
| 表2 研究区典型湿地基本情况 Table 2 Basic information of typical wetlands in the study area |
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| 图1 宁夏平原湿地分布图 Fig. 1 Distribution map of wetlands in Ningxia Plain |
采用元素分析仪(Elementar Vario MACRO)测定植被有机碳(vegetation organic carbon，VOC)、土壤有机碳( soil organic carbon，SOC)和全氮(total nitrogen，TN)含量；采用高氯酸-硫酸消化，钼锑抗比色法(UV-2450)测定全磷( total phosphorus，TP)含量。土壤体积质量(容重)和含水量采用烘干法测定，在105 ℃烘箱中烘干至恒量。土壤pH值和全盐采用电位法测定(DDS-307A型电导仪和奥立龙868型酸度计)[21]。生物量均采用烘干法测定。
1.2.4 评价指标体系根据生态学和生态系统服务功能原理，借鉴已有的研究成果[14, 22, 23]，并结合当地的实际调查分析，将宁夏平原湿地生态系统服务功能分为最终服务和中间服务2类，确定了宁夏平原湿地生态系统服务指标体系(表 3)。根据生态系统服务功能的不同特点采用不同方法进行测算。同时，在研究过程中结合研究区客观情况，对相关公式的参数进行了修正。
| 表3 宁夏平原湿地生态系统服务评价指标体系 Table 3 Indicator system of wetland ecosystem services in Ningxia Plain |
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1.2.5.1 物质生产。宁夏平原湿地的物质产品很多，主要选择水产品和芦苇，利用市场价值法计算物质功能价值：
| $
W = \sum\limits_{j = 1} m {{V_j}} \sum\limits_{j = 1} m {{X_j}{P_j}.} $ |
(1) |
式中：W为产品的总经济价值；Vj为某类产品价值；Xj为第j类产品的产量；Pj为第j类产品的市场价格。
2014年芦苇产量为全部地上生物量，其地上生物量计算采用实地测定和归一化植被指数(NDVI)遥感反演法计算：
| $ NDVI = \frac{{{\rho _{近红外}} - {\rho _{红光}}}}{{{\rho _{近红外}} + {\rho _{红光}}}}. $ | (2) |
式中：ρ近红外为近红外波段的反射率；ρ红光为可见光中红光的反射率。
地上生物量遥感反演采用归一化植被指数与生物量的线性拟合函数，B=15 655NDVI－953.16(R2=0.778 2)，详见表 4。不同湿地类型的生物量详见表 5。2014年研究区芦苇价格为10元/kg；水产品的产量和价格分别为1 915.6 kg/hm2和15元/kg(数据来自2013年宁夏统计年鉴)。
| 表4 湿地归一化植被指数(NDVI)与生物量的关系 Table 4 Relationships between normalized differential vegetation index (NDVI) and biomass of the wetlands |
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| 表5 不同湿地类型的生物量 Table 5 Biomass of different wetland types |
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1.2.5.2 水供给。研究区湿地主要由河流湿地提供水源，价值包括提供给农业、工业、生活、生态用水的货币价值。采用影子工程法和市场价值法计算：
| $
V = \sum\limits_{i = 1} n {{Q_i}{K_i}.} $ |
(3) |
式中：V为提供水源的价值量；Qi为第i类用水的水资源量；Ki为第i类用水的单位价值量，元/m3。水资源蓄积的影子价格代表建设1 m3库容投入的平均成本(参照全国水库建设投资额计算)。其中，农业年均用水量为50.58×108 m3，成本价格为1.2元/m3；工业年均用水量为1.85×108 m3，成本价格为1.7元/m3；生活年均用水量为0.09×108 m3，成本价格为1.9元/m3；生态年均用水量为0.96×108 m3，成本价格为1.3元/m3。
1.2.5.3 气候调节。通过植物生物量、蒸腾系数及水面蒸发量测算出研究区湿地生态系统中水汽蒸发和植被蒸腾的总量[24]，结合研究区的客观环境条件，对结果值进行适当的修正：
| $ V = A \cdot {P_i} \cdot \left( {{E_W} + {T_W}} \right). $ | (4) |
式中：V为气候调节功能价值；A为校正系数，即研究区域与地带性林区干旱指数的比值，根据刘巽浩[25]的研究，森林通常分布在干旱指数小于1.5的地方，而研究区的干旱指数为7.8~8.0，因此，研究区A取5.26；Pi为单位体积水汽通过蒸腾作用调节气候的价值，为0.02美元/m3，参照2014年美元兑人民币1:6.21的汇率，折合人民币0.124元/m3；EW为湿地水汽蒸发量；TW为湿地植被水汽蒸腾量。黄河流域平均年蒸发量为1 714.7 mm[26]，乘以折减系数0.8[22]，按芦苇的全部生物量计算，其蒸腾系数平均为372[27]。根据以上参数得到不同类型湿地的水汽蒸发量和植被蒸腾量(表 6)。
| 表6 不同湿地类型水汽蒸发量和植被蒸腾量 Table 6 Water vapor evaporation and vegetation transpiration for different wetland types in Ningxia Plain |
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1.2.5.4 固碳释氧。湿地的固碳价值包括湿地植被固碳量和土壤碳储量，两者的总价值采用避免成本法计算[28]。碳价格取43美元/t，参照2014年美元兑人民币1:6.21的汇率，折合人民币为267.03元/t。
| $
{V_C} = {V_T} \times \left\{ {i \times {{\left( {1 + i} \right)} t}/\left[{{{\left( {1 + i} \right)} t} - 1} \right]} \right\}. $ |
(5) |
式中：V C为土壤碳储存价值的年金现值，即每年的价值，元；VT为土壤碳储存总价值；i为社会贴现率，这里取3.5%，年限为100 a[29]；t为年限，a。根据样方调查和遥感影像面积数据，得出各类型湿地植被固碳量(表 7)。
| 表7 不同湿地类型植被生物量及固碳量 Table 7 Vegetation biomass and carbon storage for different wetland types |
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土壤碳密度(D，kg/m2)的计算公式[30]：
| $ D = C \times H \times B. $ | (6) |
式中：C为有机碳质量分数，g/kg；H为土壤厚度，取40 cm；B为土壤体积质量，g/cm3。
对研究区域9个样地270个样点(表 8)的土壤物理特性测定(表 9)显示，土壤体积质量的变化在1.13～1.51 g/cm3之间，4类湿地的平均值取1.37 g/cm3。土壤碳储量计算公式[30]：
| 表8 不同湿地类型土壤剖面样点分布数量 Table 8 Distribution of sampling numbers of soil profiles for different wetland types |
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| 表9 不同湿地类型0~40 cm土层土壤体积质量 Table 9 Soil bulk density in 0-40 cm soil layers for different wetland types |
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| $
土壤碳储量 = \sum\limits_{i = 1} n {D{S_i}.} $ |
(7) |
式中：D为土壤碳密度，kg/m2；Si为i类湿地土壤的面积，hm2。
将实验测试分析结果代入公式(6)，得出不同土壤类型的碳密度，然后代入公式(7)，得到研究区湿地土壤总固碳量(表 10)。
| 表10 不同湿地类型0~40cm土层土壤有机碳(SOC)含量、碳密度和储量 Table 10 Soil organic carbon (SOC) content, carbon density and storage in 0-40 cm soil layers for different wetland types |
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释放O2的生态经济价值运用工业制氧影子价格法。根据植物光合作用，生态系统每生产1.00 g干物质能释放1.19 g O2。采用国际CO2价格3美元/t，则每吨碳的价格为3×(44/12)=11美元，美元与人民币汇率按1:6.21计算，参考工业制氧业影子价格400元/t。
1.2.5.5 水质净化价值。进入宁夏平原湿地的污水主要包括农田退水、城镇生活污水和工业废水。可采用生产成本法估算湿地生态系统去除污水的价值。计算公式：
| $
{E_T} = \sum\limits_{j = 1} n {{E_j}} \times {P_j} = \sum\limits_{i = 1} n {\max \left\{ {\frac{{{T_i}}}{{{N_i}}}} \right\}} \times {P_j}. $ |
(8) |
式中：ET为净化N、P的总价值，元/a；Ej为净化污水量，t/a；Pj为去除单位污水费用，元/t；Tj为去除N、P的量；Nj为N、P含量； $ {\frac{{{T_i}}}{{{N_i}}}}$的最大值为湿地净化污水的总量，即Ej[30]。氮磷的处理成本分别取氮1.5元/kg，磷2.5元/kg[31]。2014年宁夏平原排入湿地中的废水为1.69×108 t。实验测得宁夏平原河流中的TN和TP分别为0.31和0.063 g/kg，湖泊为0.42和0.042 g/kg，沼泽为0.52和0.032 g/kg，人工湿地为0.34和0.051 g/kg。
1.2.5.6 土壤养分保持功能。采用替代花费法，将湿地土壤肥力损失换算为土壤养分保持价值。
| $ V = \left( {{C_N} + {C_P}} \right) \times S \times h \times R \times {P_1}. $ | (9) |
式中：V为土壤养分保持价值，元；C N为单位土壤全氮质量分数，%；CP为单位土壤全磷质量分数，%；S为不同类型湿地面积，m2；h为侵蚀深度，m；R为土壤体积质量，kg/m3；P1为中国化肥的平均价格，元，2014年我国化肥(折纯量)平均价格为5 011元/t[14]。研究区TN和TP的统计学特征和含量见表 11和表 12。
| 表11 不同湿地类型0~40 cm土层土壤TN和TP统计学特征 Table 11 Statistical characteristics of TN and TP in 0-40 cm soil layers for different wetland types |
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| 表12 不同湿地类型0~40 cm土层土壤TN和TP质量分数 Table 12 TN and TP contents in 0-40 cm soil layers for different wetland types |
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1.2.5.7 文化科研。宁夏平原湿地作为一种独特的生态系统，对于维持绿洲可持续发展起到了举足轻重的作用，成为环境保护、协调人地关系、促进人与自然和谐共处的极好实验场地，为教学科研和科普提供了活动基地。本文采用费用支出法估算研究区湿地的教学和科研价值。参照陈仲新等[32]估算的我国湿地生态系统的科研文化价值382元/hm2。
1.2.5.8 旅游休闲价值。研究区湿地有国家湿地公园和湿地自然保护区，具有优美的自然风光和较为完整的湿地植被景观，吸引了大量的中外游客。休闲旅游价值评估采用旅行费用区间法[30]计算，包括旅行费用支出、旅行时间价值和消费者剩余3部分。旅行费用支出主要包括游客从出发地至景点的直接往返交通费用、游客在整个旅游时间中的食宿费用以及门票和景点的各种服务收费。
| $ C = W + {V_t} = W + T \times N \times D. $ | (10) |
| $
S{C_i} = \int_{{C_i}} \infty {Q\left( C \right)dC.} $ |
(11) |
式中：C为游客的旅行实际总费用，元；W为旅行费用支出，包括门票、住宿、车费、组团费用和购物等，元；Vt为旅行时间价值，元；T为游客旅游的时间,d；N为游客数量,人；D为人均日收入,元/(日·人)；SCi为消费者剩余，元；Q(C)为游客的旅游意愿需求曲线。根据2014年宁夏旅游经济发展统计公报，2014年宁夏平原全年接待国内外游客916.75×104人次，全年旅游营业收入80.83亿元。旅行时间价值是由于进行旅游活动而不能正常工作损失的价值，用个人日收入和旅游天数的乘积表示。宁夏平原湿地区的游客来自全国各地，全国全年人均总收入为29 547元，每天约为80.95元，旅行时间多为1.89 d/次；其他花费包括摄影、购物及参观等方面的费用，每位游客平均为56元；此外，根据研究，消费者剩余的价值约为其他各项费用支出的10%[31]。
1.2.6 中间服务价值1.2.6.1 净初级生产力。植被净初级生产力是指单位时间、单位面积由光合作用产生的有机物质总量扣除植物自养呼吸后的剩余部分[33]。净初级生产力的价值可用影子价格法计算，生态系统所固定的碳可以转化为相等能量的标煤质量，因此，可由标煤价格间接估算净初级生产力的价值[34]。
植物地上、地下部分年净初级生产力计算公式：
| $
NPP = \sum\limits_{i = 1} {n - 1} {\left( {{B_{i + 1}} - {B_i}} \right).} $ |
(12) |
式中：NPP为植被地上或地下部分年净初级生产力，g/(m2·a)；Bi+1为年内第i+1次测定的生物量，g/(m2·a)；Bi为年内第i次测定的生物量，g/(m2·a)；n为年内测定的次数。
植被的净初级生产力(NPP)与叶面积指数(leaf area index，LAI)有密切关系，而NDVI又能灵敏地反映LAI的变化。用我国湿地芦苇的叶面积指数、净初级生产力及宁夏平原NDVI得出如下关系：
| $ LAI = - 4.9332 - 86.280In\left( {1 - NDVI} \right). $ | (13) |
| $ NPP = - 0.6394 - 67.064In\left( {1 - NDVI} \right). $ | (14) |
采样时间为2014年8月23日至30日。由于研究区域内多为一年生的草本植被，8月底正是植被全年生长最旺盛的时间，10月份以后植被开始枯黄，基本停止生长。采样所获得的现存生物量可视为植被全年生长的累积量，与植被的NPP地上部分基本相同。
| $ {V_n} = NPP \times {P_c} \times 1.2. $ | (15) |
式中：Vn为净初级生产力价值，元/a；Pc为标煤价格。碳的热值为0.036 MJ/g，标煤的热值为0.029 27 MJ/g，则1 g碳相当于1.2 g标煤。根据宁夏煤炭网，2014年我国标准煤的价格为1 050元/t[34]。
1.2.6.2 水源涵养。湿地的蓄水功能是其重要的生态服务功能之一，采用影子工程法对各湿地的蓄水功能进行估算，并采用该方法计算其功能价值：
| $
{V_T} = \sum\limits_{i = 1} n {{A_i} \times {D_i}} \times {P_w}. $ |
(16) |
式中：VT为水资源蓄积的总价值；A为湿地面积；i为湿地类型；D为蓄水深度；Pw为水库造价成本。宁夏平原4种湿地类型的平均水深和蓄水量见表 13。
| 表13 不同湿地类型蓄水量功能价值 Table 13 Values of water storage capacity for different wetland types |
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1.2.6.3 营养物质循环。生态系统中的营养物质通过复杂的食物网而循环再生，并成为生物地球化学循环不可或缺的环节[35]。根据土壤库养分持留法计算湿地的营养循环量,采用影子价值法计算：
| $
{V_T} = \sum\limits_{i = 1} n {{A_i} \times {D_i}} \times R \times {N_i} \times {P_i}. $ |
(17) |
式中：VT为营养物质循环的总价值；Ai为不同类型湿地的面积；D为土壤深度；R为土壤体积质量；Ni为土壤中N、P、K含量；Pi为化肥价格，按1990年不变价，我国化肥(折纯量)平均价格按2 549元/t计算。根据实验测定结果，河流、湖泊、沼泽、人工湿地土壤含钾量分别为0.093、0.085、0.090和0.077 g/kg(表 14)。不同类型湿地的面积数据详见表 1。
| 表14 不同湿地类型营养物质循环价值 Table 14 Nutrient circulation values for different wetland types |
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1.2.6.4 物种栖息地。宁夏平原湿地是鱼类和鸟类在宁夏最理想的栖息地之一，为野生生物提供了良好的栖息地和避难所。本研究在计算栖息地功能时采用发展阶段系数法[36]，即用皮尔斯生长曲线来表现人类社会经济发展和生活水平的不断变化，并根据人们对某种生态功能的实际社会支付和物种价值来估算生态服务价值的方法[23]。
| $
K = 1/\left( {1 + {e { - t}}} \right). $ |
(18) |
式中：K为社会发展阶段系数；e为自然对数的底；t=T－3(T为恩格尔系数En的倒数，En是指食品消费占个人或家庭总消费的百分比，En＞60%为贫困，50%＜En＜60%为温饱，30%＜En＜50%为小康，20%＜En＜30%为富裕，En＜20%为极富[36])。
2 结果与分析 2.1 服务功能价值宁夏平原不同湿地类型的8种最终生态服务价值为228.22×108元(表 15)，即宁夏平原湿地生态系统服务的总价值。其中，旅游休闲功能价值最大，占总价值的45.10％；其次为提供水源和湿地固碳释氧价值，所占比例分别为28.60％和15.04%。说明宁夏平原湿地的生态功能主要以上述3项为主，这突显出湿地在西北干旱半干旱区发挥着重要的水源涵养和生态屏障的作用。气候调节、物质生产、土壤保持和净化水质功能分别占总价值的8.49％、0.96％、1.06％和0.51%；而文化科研功能价值最小，所占比例为0.25％。从湿地类型来看，河流(136.82×108元)>沼泽(36.80×108元)>湖泊(32.56×108元)>人工湿地(22.04×108元)。将研究区湿地单位面积最终生态服务价值与全国和全球的服务价值进行简单对比。结果(表 15)发现，研究区湿地单位面积生态服务价值低于全国和全球的，但在旅游休闲、固碳释氧方面的价值高于全国和全球单位面积的价值。虽然研究区湿地各项最终生态服务价值有所差异，但是相互之间是一个统一的整体，彼此之间关系密切。
| 表15 宁夏平原湿地生态系统服务功能价值统计 Table 15 Statistics of ecosystem service values for different wetland types in Ningxia Plain |
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从表 15还可以看出：宁夏平原不同湿地类型的中间生态服务价值为125.69×108元，此值即为通过分类避免重复计算的价值。其中，调蓄洪水服务价值最大，占中间服务价值的72.43％；其次为养分循环价值和净初级生产力，分别占中间服务价值的22.25%和4.85%；生物栖息地价值最低，占中间服务价值的0.47%。从湿地类型来看，沼泽(40.63×108元)>河流(38.78×108元)>人工湿地(24.36×108元)>湖泊(21.92×108元)。
宁夏平原湿地不同的中间服务价值通过不同的最终服务来体现。净初级生产力价值主要通过物质生产、大气调节、固碳释氧等服务来体现，调蓄洪水的价值主要通过气候调节、旅游休闲等服务来体现，营养循环价值主要通过水质净化、固碳释氧、科研教育等服务来体现，物种栖息地价值主要通过物质生产、旅游休闲等服务来体现。宁夏平原湿地的中间服务价值小于最终服务价值，说明中间服务价值可能有极大一部分通过最终服务为人类效益做出贡献。
2.2 各湿地类型价值量通过对宁夏平原各湿地类型生态服务价值估算(表 15)可以看出：河流湿地单位面积价值量最高，为19.85万元/hm2，沼泽湿地单位面积价值量最低，为11.02万元/hm2；天然湿地生态服务价值量为206.18亿元，其面积占湿地总面积的88.34%，生态服务价值量占总价值的90.34%；人工湿地总价值为22.04亿元,占总价值量的9.66%，但其单位面积的价值量较高，仅次于河流湿地；从各湿地类型最终服务功能来看，河流湿地提供水源的价值最高，其次为旅游休闲价值，文化科研价值最低；湖泊、沼泽和人工湿地旅游休闲价值最高，其次为固碳释氧价值，文化科研价值最低。
2.3 湿地价值量空间分布通过ArcGIS 10.0软件进行空间表达得到宁夏平原湿地生态系统服务功能价值空间分布(图 2)。从中可以看出：宁夏平原不同市县区湿地生态服务功能价值空间差异很大，其空间分布趋势整体上东北和西南地区较高，东南部较低，平罗县湿地服务功能价值量最高，其次是青铜峡市，西夏区最低；从湿地类型来看，河流、湖泊、沼泽湿地服务功能价值量均是平罗县最高，人工湿地服务价值量最高的是贺兰县，银川市西夏区和金凤区4类湿地的价值量均较低。
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| 图2 宁夏平原不同湿地类型生态服务功能价值空间分布图 Fig. 2 Spatial distribution of ecosystem service value for different wetland types in Ningxia Plain |
参照已有的对湿地服务价值的研究结果[1, 3, 5, 7, 12, 13, 25, 27, 32, 37, 38]，将研究区湿地的功能价值与类似湿地生态系统研究结果进行对比。结果(表 16)表明：研究区湿地单位面积的服务价值低于全球和全国湿地生态系统单位面积的价值。说明地处西北干旱区的湿地生态系统的生态服务价值总体偏低，这主要是受到干旱环境的影响。在干旱区，湿地植物种类少，生物生产量低，因此其固碳释氧、净化水质、土壤保持、水源涵养等能力相应会下降。同时，地处西北干旱区的湿地生态环境脆弱，自我修复能力差，在受到人类活动影响后，其生态服务价值会进一步下降。
| 表16 湿地生态系统服务价值对比 Table 16 Comparison of ecosystem service values for worldwide wetlands |
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宁夏平原湿地单位面积的生态功能价值高于西北内陆干旱区(表 16)。这可能是因为宁夏平原湿地是以黄河干流两侧为主的黄河湿地，湿地景观类型多样，其形成、演替、消长与黄河有密切关系[15]，相比新疆及河西地区的季节性河流，黄河水量变化相对较小，同时能够持续提供水源；因此，宁夏平原湿地较为稳定，能够提供较高的生态服务价值[26]。新疆艾比湖湿地和甘肃张掖黑河是干旱区的代表性湿地[24]，其生态环境更为脆弱，自然条件与研究区湿地相比也有一定的局限性，间接降低了该湿地生态服务功能的价值；银川平原湿地与青海湖[11]湿地的地理位置相近，但银川平原的湿地服务功能远高于青海湖湿地，可能是因为青海湖湿地区属高寒干旱的大陆性气候区，区域内生态环境脆弱，多年来水资源利用不合理[22]，加之人为干扰破坏严重，导致植被覆盖率降低，水土流失加剧，从而更加剧了生态环境的退化，导致湿地单位面积生态功能价值较小。
湿地与草地、森林生态系统为地球重要的生态系统,发挥着重要的生态效益，并有着巨大的价值量[38]。在全球和中国的各种生态系统类型中，湿地单位面积的生态服务价值都大于整体生态系统的单位面积价值(表 17)。宁夏平原湿地生态系统服务价值是草地生态系统的4.95倍，森林生态系统的5.36倍，在3种主要生态系统中服务价值最高；因此，在生态环境保护和建设规划中应更加注重保护湿地。
| 表17 湿地生态系统功能价值对比 Table 17 Comparison of ecosystem function values for different wetlands |
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从各湿地类型服务价值来看，河流湿地单位面积价值量最高，在河流湿地各项服务功能中提供水源的价值量最高，主要因为宁夏平原湿地位于黄河流域的河套平原旱区，黄河是宁夏平原生产、生活及生态用水的主要来源；旅游休闲是生态系统服务功能的重要组成部分[39]，湖泊、沼泽及人工湿地年均提供的旅游休闲价值分别为68 877、68 862.27和69 039.54元/hm2，远高于全世界河湖生态系统(12 077元/hm2)和全国湿地生态系统的旅游休闲价值(4 911元/hm2)[38]。这主要因为宁夏平原湿地有独具特色的干旱半干旱湿地景观[18]，如波光荡漾、芦苇丛生的湖泊，防洪泄洪、人工建造的水库，沙漠与湖泊共存的奇特塞外景观，特别是“黄河水上游”“西夏秘境游”“山湖生态游”“干旱区水鸟观光游”等具有垄断性的旅游精品，给人们提供了自然河流、湖泊风光的美学体验和感官享受[39]。
从湿地价值量的空间分布来看，平罗县湿地服务功能总价值量最高，其河流、湖泊、沼泽湿地服务功能价值量均高于其他各市县，主要因为平罗县湿地面积大，湿地植被覆盖度较高。同时，由于地处平罗县的沙湖国家湿地公园兼具了湖泊、沼泽和人工湿地的文化旅游休闲功能、供给功能、调节功能和支持功能[16, 17, 18]，呈现了价值量的最大值。人工湿地(库塘和水产品养殖场)服务功能价值量最高的是贺兰县，主要因为贺兰县人工湿地水产品养殖场面积较大，自然条件优越，水、光、热及饵料生物均适于鱼类生长和繁殖。近年来贺兰县实施了“渔业资源开发与养护、产业支撑保障、水产品加工拓展、水产品质量保障”等4大工程，使渔业的物质生产、生态保护、观光休闲、文化传承等功能得到了不同程度的发挥。银川市西夏区和金凤区4类湿地的价值量均较低，一方面因为该区湿地的面积较小，另一方面因为人类活动(主要是工农业生产活动、渔业养殖、大规模的城市建设)对湿地的干扰，损害了湿地原有的功能，降低了湿地生态系统的效益[20]。值得关注的是，该地区的湿地生态系统面临着过度开发的风险[17, 20, 40]，在今后的发展中应加强生态系统的保护和管理，合理开发利用湿地资源，促进生态系统可持续发展[18, 41]。
本文结合遥感、地理信息系统和全球定位系统技术，采用多源数据融合的评估方法计算了宁夏平原湿地的最终服务价值和中间服务价值。由于中间服务价值在最终服务价值里体现，因此是重复计算价值，在评价总价值时只计算最终服务，只有当最终服务无法评估时，才可以在总价值评价中计算中间服务[14]。在具体计算过程中，通过多源数据融合、评价参数和评价方法的选择等规避了湿地生态系统时空差异性服务的价值评估和总服务价值的重复计算。采用遥感反演模型估算的生物量和NPP与张玉峰等[19]的研究结果一致；土壤有机碳含量和土壤有机碳密度与董林林等[42]的研究结果相符。实验数据和遥感数据为该湿地生态服务价值估算提供了强有力的数据支撑。
在今后进行湿地生态系统价值评估时，应采取多维度价值评估方法[43]，即通过对湿地生态系统服务的概念明晰，合理划分服务类型，并采用经济学和生物物理学联用方法，以规避湿地生态系统时空差异性服务的价值评估和总服务价值的重复计算。针对湿地生态系统服务的重复性计算问题还需从评价方法、评价参数、评价指标体系和湿地生态系统服务的内部联系等方面加强研究，以准确量化服务价值。在未来的研究中，湿地生态服务功能价值估算应采用多种方法相结合，使得评价结果更准确。
4 结论4.1 对宁夏平原4种类型湿地生态服务价值评估表明：河流、湖泊、沼泽和人工湿地的生态服务功能价值分别为19.85×104、11.07×104、11.02×104和12.42×104 元/hm2；从不同湿地类型的最终服务价值来看，河流(136.82×108元)>沼泽(36.80×108元)>湖泊(32.56×108元)>人工湿地(22.04×108元)。依据估算，2014年宁夏平原湿地最终生态服务功能总价值约为228.22×108元，占该区国内生产总值的15%。仅占该区总面积11.75%的宁夏平原湿地生态系统，为旱区的沿黄经济区经济发展提供了基本的物质和环境条件，同时为区域经济发展提供了强大的生态保障。
4.2 宁夏平原湿地单位面积生态服务功能价值约为15.27×104元/hm2,低于全球和全国湿地的平均水平，但高于西北内陆干旱区的平均水平。其中，河流湿地单位面积价值量最高，为19.85万元/hm2；沼泽湿地单位面积价值量最低，为11.02万元/hm2；人工湿地单位面积的价值量较高，仅次于河流湿地。
4.3 宁夏平原各市县区湿地生态服务功能价值空间差异很大，平罗县湿地价值量最高，其次是青铜峡市，西夏区最低。河流、湖泊、沼泽湿地服务功能价值量均是平罗县最高，人工湿地服务价值量最高的是贺兰县，银川市西夏区和金凤区4类湿地的价值量均较低。
4.4 宁夏平原湿地8项服务功能按其服务价值从大到小排序依次为旅游休闲>提供水源>固碳释氧>气候调节>土壤保持>物质生产>净化水质>文化科研价值。河流湿地提供水源的价值最高，其次为旅游休闲价值，文化科研价值最低；湖泊、沼泽和人工湿地的旅游休闲价值最高，其次为固碳释氧价值，文化科研价值最低。
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