湿地独特而又富有生命力的生态系统^{[1, 2]}具有多重服务功能，潜藏着巨大的效益，包括物质生产、气候调节、固碳、调洪蓄水、提供水源、降解污染物、生物栖息、教育科研、旅游休闲等主要生态功能^{[3, 4, 5]}。1997年，Costanza^[6]等对全球生态系统服务价值的估算约为33×10¹²美元，是全球GDP的1.8—2倍，其中仅占陆地面积6%的湿地，生态服务价值高达5×10¹²美元，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。Turner R·Kerry^[7]等提出了湿地生态经济分析的框架，Richard^[8]等系统总结了湿地生态系统服务功能的价值评价方法及案例。陈仲新^[9]对中国的生态服务总经济价值估算为7.8×10¹²元，是国民生产总值的1.73倍，显示出生态服务功能对社会发展的重大作用。王伟^[10]对温州三垟城市湿地的生态服务功能价值进行深入的分析；赵同谦^[11]全面的研究了中国湿地生态系统服务功能及其价值；张晓慧^[12]等对黄河三角洲湿地、王凤珍^[13]等对武汉市严东湖城郊过渡带湖泊湿地、谢正宇^[14]等对艾比湖湿地自然保护区、张天华^[15]对西藏拉萨拉鲁等湿地进行了生态服务功能的价值评估，这些研究结果突显了湿地生态功能的作用和巨大经济价值。

张掖黑河湿地国家级自然保护区是2010年由国务院批准成立的，属于典型的干旱半干旱区内陆湿地生态系统，是全球八条候鸟迁徙的中亚—印度通道的重要中转站，是河西走廊甚至西北地区重要的生态屏障，也是黑河中下游重要的水源涵养地，有着十分重要的生态安全战略地位。许多文献^{[16, 17, 18]}对黑河湿地的生态效益开展了定性描述，但以定量的货币形式的研究还没有文献报道。本文参考国内外湿地生态服务价值研究的理论和方法，通过野外调查和实验室分析，对其生态服务功能价值进行了全面、定量的货币化估算，研究结果将有助于人们更加直观地认识到黑河湿地保护区的环境效益和生态功能及其对区域经济发展的重要性，同时也为湿地生态系统的保护和管理提供科学的理论依据。

黑河湿地国家级自然保护区位于甘肃河西走廊中部的张掖市中北部，区划范围在甘州区、临泽县、高台县境内，地理坐标为99°17′24″—100°30′15″E,38°56′39″—39°52′30″N,总面积41164.56 hm²，主要包括黑河流域中游干流分布的湿地(图 1)。

图 1 张掖黑河湿地国家级自然保护区规划图 Fig. 1 Heihe wetland national nature reserve layout area of Zhangye

图选项

按照我国湿地类型划分标准，该保护区湿地主要包括天然湿地和人工湿地2个大类13个类别^[16](表 1)。

湿地类型、面积数据来源于张掖市黑河流域湿地调查；气象数据由张掖市气象局提供；计算中引用的各种参数均源于张掖市年鉴、物价局、参考文献及2012年野外调查及实验室测定数据。所得数据利用Excel2003软件进行处理，并对结果进行统计分析。

生物量调查和土壤样品是研究组2012年10月，采用GPS定位，分别在甘州区、临泽县和高台县的典型湿地选择3个样带、8条样线，平行样线之间的距离为200 m，长度1.1 km，样线每隔100 m布设一个1 m×1 m的草本样方或10 m×10 m的灌木样方，开展土壤和植被调查。其中，植被调查地上和地下生物量，地上生物量采用剪草法和割灌法取样，地下生物量采用土钻法分层取样、洗根,草本取根3层(地下0—10、10—20、20—40 cm)，灌木取根5层(地下0—10、10—20、20—40、40—60、60—100 cm),生物量均采用烘干法测试^[19]；土壤取样3层(地下0—10、10—20、20—40 cm)，土壤含水量采用烘干法测试，土壤有机碳采用重铬酸钾容量法测试^[20]。

土壤碳密度C(kg/m²)的计算公式为^[21]：

点击浏览公式

式中，C_d为有机碳含量(g/kg)；H为土壤厚度，取40 cm；B为土壤容重。

湿地土壤总固碳量(SOC,kg)的计算公式^[22]：

点击浏览公式

式中,S_i是i类湿地土壤类型的分布面积(hm²)。

针对黑河湿地自然保护区生态服务功能的特点，本研究采用了不同的评价方法对保护区主要的生态服务功能进行综合的货币化评价(表 2)。同时，在研究过程中结合保护区客观情况，对相关公式的参数进行了修正。

(1)市场价值法^[12]

点击浏览公式

式中,V为物质产品价值；Q_i为第i类物质产量；Pi为第i类物质市场价格，n为湿地物质产品类型的数目。

(2)影子工程法

点击浏览公式

式中,Q_t代表调蓄洪水的价值； V_t代表湿地调水量；t取5.714元^[11]，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)。

(3)旅行费用法

即为旅游者费用支出的总和，包括游客在湿地游览中所支出的交通费、饮食费、门票、住宿费和旅行时间价值等^[13]。

(4)碳税法

点击浏览公式

式中,Y为固碳价值量(元)；W_i为总固碳量(t/a)；A为碳税率(本文采用国际通用的瑞典碳税率150 ＄/t，即 1242 元/t)^[14]；i为不同类型湿地。

(5)生态价值法^[23]

点击浏览公式

式中,k为社会发展阶段系数；e为自然对数的底；t为T减去3(T为恩格尔系数的倒数；恩格尔系数(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)。

(6)估算保护区湿地气候调节功能价值，采用成果参数法

根据王继国的研究方法^[24]，通过植物生物量、蒸腾系数及水面蒸发量，测算出保护区湿地生态系统中水汽蒸发和植被蒸腾的总量，再以Costanza的研究结果为参照，结合研究区的客观环境条件，对结果数值进行适当的修正，提出以下数学计算模型：

点击浏览公式

式中,V表示黑河湿地保护区气候调节功能价值；Pi取0.02美元/m³，表示单位体积水汽通过蒸腾作用调节气候的价值，参照2012年美元兑人民币1 ∶ 6.46的汇率，折合人民币0.129元/m³；WE表示保护区湿地水汽蒸发量，WT表示保护区湿地植被水汽蒸腾量，WE和WT越大，说明单位体积水汽调节气候的作用越大，即对区域气温和降水作用增强；A取10.6，为校正系数，即研究区域与地带性林区干旱指数的比值，根据刘巽浩的研究^[25]，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15.87，因此，黑河流域湿地的干旱指数是地带性林区的10.6倍。

据研究组调查统计，保护区湿地可作为造纸生产原料的芦苇(Phragmites australis)面积达2067 hm²，平均产量为73.4 t/hm²，芦苇年产量为151717.8 t。此外，保护区湿地主要的物质产品还包括：人工养殖鱼类和企业生产盐类。参照公式(3)得出物质生产价值为1.78×10⁸元(表 3)。

保护区湿地气候调节功能价值包括研究区水汽蒸发量和湿地植被蒸腾量的总价值。

(1)保护区湿地年水汽蒸发量

研究区湿地水汽蒸发主要集中在河流湿地、湖泊湿地及人工湿地蓄水区的自由水面蒸发量。根据陈文雄的研究^[26]，得出保护区黑河流域多年平均水面蒸发能力为1532 mm，由于蒸发器测得的蒸发量要比河流湖泊等实际水体的蒸发量大，必须乘以一个折减系数方能得到天然水体的蒸发量，采用其折减系数0.8，得到保护区水面蒸发能力为1226 mm。据表 1统计显示，保护区内河流湿地、湖泊湿地及人工蓄水区面积为1.74×10⁴ hm²，因此，保护区年水汽蒸发量为2.13×10⁸ m³。

(2)沼泽湿地植被蒸腾量

沼泽湿地是保护区湿地的主要类型之一，以芦苇和苔草(Carex tristachya)为主要植被类型。调查数据显示：芦苇盖度为70%—100%，苔草盖度为30%—40%，且散生于浅水处。因此该类型的蒸发量主要以芦苇的植被蒸腾量为典型。在实测样方中，选取18个典型的芦苇、苔草样方计算生物量(表 4)，得出研究区域芦苇的地上生物量平均为349.38 g /m²，即3.5 t/hm² (干重)，因此，研究区沼泽湿地芦苇的平均年产量(干重)为3.78×10⁴ t。

研究区湿地芦苇的年生产量与其平均蒸腾系数之积，即为研究区沼泽湿地生态系统年水汽蒸腾量。根据苏雨洁的研究^[27]，按芦苇的全部生物量计算，其蒸腾系数平均为372，则保护区沼泽湿地的植被蒸腾量为1.41×10⁷ m³。

(3)其它湿地类型的水汽蒸发量

在保护区湿地类型中，以河滩、沙地、盐碱滩为主的其它湿地面积也相当可观，这部分湿地的水汽蒸发量按无植被覆盖区的潜水蒸发量来计算。根据王根绪的研究参数^[28]得到其蒸发量(表 5)。

通过湿地的样方调查、实验测试及参数推算，得到黑河湿地保护区年水汽蒸发量、沼泽湿地的植被蒸腾量以及其它类型湿地的潜水蒸发量为2.41×10⁸ m³，将上述数值代入(7)式中，得到保护区湿地气候调节功能价值约为3.29×10⁸元。

保护区湿地调蓄洪水功能价值包括河流湿地、沼泽湿地、湖泊湿地、其它类型湿地调蓄洪水价值以及研究去内水库蓄水价值之和。评估采用影子工程法进行计算。

(1)河流湿地调洪蓄水价值

河流湿地是保护区流域的主要湿地类型，也是区域的汇水中心，其面积为1.31×10⁴ hm²，区内水资源较为丰富，主要接纳黑河上游来水。据水文站观测，黑河莺落峡2005—2010年平均年径流量为19.15×10⁸ m³(数据来源于张掖市水务局)。根据刘文等人研究^[29]，蓄水的平均价值量取0.1元/m³，计算得出保护区河流湿地调洪蓄水价值量约为1.92×10⁸元。

(2)沼泽湿地调洪蓄水价值

沼泽湿地是保护区主要湿地类型之一，面积1.1 ×10⁴ hm²，以芦苇和苔草为主要植被类型，土壤质地以粘土、 亚粘土为主，为蓄水提供了良好的环境。根据孟宪民的研究，每1 hm²沼泽湿地能饱和蓄水8100 m^3[30]，得出保护区沼泽湿地总蓄水量约为0.89×10⁸ m³。湿地生态系统蓄水功能与水库的作用非常相似，用影子工程法进行计算,将数值代入公式(4)得出：

沼泽湿地调洪蓄水的价值量= 0.89 ×10⁸ (m³)×5.714(元/ m³)= 5.09×10⁸(元)

(3)湖泊湿地调洪蓄水价值

保护区湖泊较浅，面积为0.065×10⁴ hm²，且大小不一，平均水深1.4 m，保护区湖泊湿地蓄水量约为0.091×10⁴ m³。将数值代入公式(4)得到：

湖泊湿地调洪蓄水功能价值=0.091×10⁴(m³)×5.714(元/ m³)= 0.000052×10⁸ (元)

(4)其它类型湿地调洪蓄水价值

其它类型的湿地面积为0.72×10⁴ hm²，主要包括河滩、盐碱滩等，由于土壤质地及结构与沼泽湿地不同，其土壤蓄水能力也有很大差异，因此，按照区域实测的平均含水量28.6%进行估算(表 6)，地下水位平均埋深为1.97 m，其它类型湿地的蓄水量为0.41×10⁸ m³，代入公式(4)得出，其调洪蓄水功能价值为2.34×10⁸元。

(5)水库调洪蓄水价值

黑河湿地自然保护区现有库容百万以上的小型水库有9座，库容百万以下的水库有12座，水库总蓄水量为2943×10⁴ m³，有效库容为2640×10⁴ m³。代入公式(4)得出：

水库的调洪蓄水价值= 2640×10⁴ (m³)×5.714(元)=1.51×10⁸(元)

综上所述，研究区内湿地调洪蓄水总价值为10.86×10⁸元。

保护区湿地提供水源的功能价值即：湿地为中游地区提供的农业、工业、生活、生态用水及下游生态分水总量的货币价值。其中，黑河中游和下游水资源分配是1999年国务院批复实施“黑河流域综合治理工程”时提出的黑河干流省际分水方案，农业、工业、生活、生态用水为当地实际用量。根据2010年当地各种用水类型的成本价格，得出其提供水源的价值量(表 7)，其中，下游生态分水按农业用水的成本价格0.071元/ m³计算，得出研究区的供水总价值为3.8×10⁸元。

降解污染物价值是根据当地污水处理厂处理污水的费用来估算。根据张掖市污水处理厂统计，现甘州区每天处理污水3.8×10⁴ t，甘州区城市人口为20×10⁴人，则人均的生活污水量为0.19 m³/d。由于流入湿地的未经处理的生活污水和工业污水量难以计数，加之2003年污水处理厂建成以前，研究区内污水均为湿地天然净化处理，因此，按照当时区域城镇人口数量来估算向研究区内排放污水的总量。据2003年张掖市年鉴统计，甘州区、临泽县和高台县的人口总数为79.65×10⁴人，城镇化水平为30.9%，城镇人口共计24.6×10⁴人。由此推算，全年生活污水的排放量为1706×10⁴ t。同时，2003年工业污水量为1385×10⁴ t，则区域全年的污水总量为3091×10⁴ t。目前，张掖污水处理厂处理污水的平均成本为0.8元/t，运用替代法将污水处理的花费代替湿地净化功能的单位价值，则湿地降解污染物功能价值为0.24728×10⁸元。

保护区内基本建设和湿地恢复的国家投资项目经费可作为其生物栖息地功能的基础价值。根据张掖湿地局提供的资料，统计出自保护区2010年成立以来，区内国家投资的基本建设及湿地生态恢复工程项目资金总额为5360×10⁴元。然而，该值并不能完全代表生物栖息地真正的生态价值，因此需要运用生态价值法对该数值进行修正。

根据张掖市2011年国民经济和社会发展统计公报，张掖市居民家庭的恩格尔系数为0.32，处于小康阶段。自然保护区生态价值也采用该值，代入公式(6)，则得出保护区发展阶段系数为0.53。即受人们支付水平限制，当前基本投资额只占生物栖息总价值的53％，因此研究区湿地生物栖息地功能的总价值为1.01×10⁸元。

研究湿地的固碳价值主要包括区域内湿地植被的固碳量和土壤固碳量两部分，采用碳税法进行计算。根据实际的样方调查，得出各类型湿地植被固碳量(表 8)。

保护区湿地的土壤类型以盐化沼泽土为主，局部为灰棕荒漠土、盐化草甸土及灰钙土等。参照实验测试分析，得出不同湿地类型的土壤有机碳含量，代入公式(1)，得出不同土壤类型的碳密度(表 9)。

经研究区域8条样线土壤物理特性的测定显示，土壤容重的变化在0.61—1.82 g/cm³，平均值取1.17 g/cm³，同时参照不同类型土壤的碳密度，代入公式(2)，得到保护区湿地土壤总固碳量(表 10)。其中，蓄水区及水产池塘的碳密度参照该类型的固碳速率进行计算^[30]。则研究区湿地植被和土壤的固碳总量为596412.44 t，代入碳税公式(5)得出，黑河湿地自然保护区固碳总价值为7.41×10⁸元。

此外，保护区湿地土壤每年的固碳量需参照不同类型土壤的固碳速率计算^{[31, 32]}(表 11)。则研究区每年湿地植被和土壤的固碳总量为304664.15 t，代入公式(5)得出，黑河湿地自然保护区每年的固碳总价值为3.78×10⁸元。

保护区湿地的释氧价值则是通过光合作用公式和保护区植物总生物量估算出释氧总量，再采用市场价值法进行价值估算。由表 8 得出保护区各湿地类型总生物量为614513.3 t/a，总释氧量为737415.96 t/a。当前工业制氧成本为400元/t，则保护区湿地每年释氧价值为2.95×10⁸元。

综上所述，保护区湿地每年固碳释氧总价值为6.73×10⁸元。

对保护区文化科研价值的国家投入即为科研投入的总金额，也可根据科研的实际花费进行估算。张掖湿地保护局自2006年成立以来，黑河湿地保护区的科研总经费为9726.5×10⁴元，则黑河湿地自然保护区的教育科研价值为0.97×10⁸元。

黑河自然自然保护区自2010年正式成立建设以来，已具备生态旅游的条件，而且逐年成为热点，大部分的观光旅游线路中都包含湿地保护区的“国家级湿地公园”附加景点，也是张掖市力推的旅游产品，但现阶段还没有收取门票。因此，对该项功能价值的研究，是按照其潜在的旅游价值进行计算。

2011年张掖市全年接待国内外游客350×10⁴人次(据张掖市年鉴统计)。 根据市场调查，张掖各景点的门票价格和旅游产品价格，得出实际的人均消费在100—140元之间。取平均值120元/人，则保护区湿地旅游休闲功能的潜在价值为每年4.2×10⁸元。

参照Costanza、陈仲新、谢高地等人^{[6, 9, 33]}对生态系统服务功能价值的研究结果，将黑河湿地保护区湿地的功能价值与之做对比分析(表 12)。

在全球和中国的各种生态系统类型中，对应的湿地单位面积的生态服务功能价值都大于整体生态系统的平均价值。而黑河湿地保护区单位面积的生态功能价值高于我国其它湿地的生态服务价值，这是因为该保护区湿地位于河西走廊的干旱区，具有生态系统的独特性和功能多样性。进一步分析认为，是由于黄河三角洲湿地开发时间较长，人为活动对生态系统的干扰较大，使得湿地生态服务功能受到了一定的影响，进而间接减少了生态功能的经济效益^[12]；艾比湖湿地属极端干旱区的代表性湿地，其生态环境更为脆弱，自然条件与保护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^[14]；黑河湿地保护区与青海湖湿地的地理位置相近，同属大陆性气候，但青海湖高原性更显著些^[34]，两者皆开发较晚，受人类活动干预较小，进而保存了其较高的生态功能价值；而位于内蒙古额济纳旗境内、地处黑河流域下游的居延海湿地，由于其湿地属极端干旱区，使得区域内地表水资源贫乏，多风沙天气，生态环境脆弱，而且多年来黑河中上游水资源的不合理利用，下游人为干扰破坏严重，更加剧了下游生态环境的退化^[35]，最终导致居延海湿地单位面积生态功能价值较小。

黑河湿地保护区单位面积生态功能价值低于全球湿地的价值，一是该湿地与我国绝大部分湿地一样，或多或少的受到了一定的开发、破坏和污染等，造成了不同程度功能价值的降低与损失，二是黑河湿地保护区还可能有极大的功能潜力来充分显示其生态经济价值^[33]。

综上所述，更加突显了湿地在全球所有生态系统中的重要位置及黑河湿地保护区在全国的重要作用。

研究组通过两年多时间，对植物生物量、土壤等数据开展了大量实地调查与计算，其中，土壤有机碳含量与赵锐锋等^[20]2012年黑河中游湿地表层土壤有机碳含量的研究结果相符；土壤有机碳密度的结果与张俊华^[21]2007年黑河中游流域有机碳分布的研究结果相符。试验数据为该湿地生态服务功能价值的估算提供了强有力的数据支撑。调蓄洪水是该保护区湿地最重要的生态功能，这与Costanza、陈仲新及谢高地等人的研究结论相一致^{[6, 7, 33]}。

由于受估算方法等方面的限制，本文的计算结果虽在一定程度上反映了该湿地各项生态功能的价值，但仍存在不确定性和相应的误差。如：传统的样带-样线-样方调查法、土钻法及生物量收割法有一定的区域局限性，难以进行较大尺度上的生物量推算；黑河保护区湿地每年提供的本地生态用水和下游生态分水，鉴于没有统一的生态用水单价，本文按照农业用水价格进行了计算；污染物净化功能价值的计算，也只是黑河净化了排入河流的实际数量，与Costanza的研究结论相差较大，至于该湿地净化污水以及对固体、气体污染物的降解价值的阈值是多少，也有待进一步计算。同时，在计算单项服务功能价值时只考虑了它的最大价值，忽略了不同服务功能之间的竞争作用。如：当湿地行使提供水源功能时，其固碳释氧功能、蓄水功能、降解污染物功能势必被削弱，但研究过程中并没有将这些因素考虑其中，可能存在重复计算。这些因素都会导致个别价值估算的不准确性。

在未来的研究中，固碳速率可采用数学模型或年纪标记实验法得出固碳速率^[36]，进而精确估算出保护区湿地每年的固碳量。气候的调节功能价值计算过程中，应从湿地调温增湿的气候功能价值来研究可能更为完善。计算机和遥感技术的飞速发展为生态服务功能的研究提供了新思路。湿地生态服务功能价值的研究重点应放在完善和改进评价方法及手段，使得评价的结果具有更高的准确度，进而为湿地的保护、管理及经济社会的可持续发展提供有利的参考。

通过黑河湿地保护区9种生态服务功能的价值评估，得出总价值约为32.89×10⁸元(表 13)。其中，调蓄洪水的功能价值最大，占总价值的33.02％；其次为湿地固碳释氧功能、旅游休闲功能、提供水源功能和气候调节功能，所占比例分别为20.46％、12.77％、11.55％和10.00％，说明黑河湿地自然保护区的生态功能主要以上述的5项为主。调蓄洪水、提供水源功能是该保护区湿地最重要的生态功能，更突显出其在西北干旱区发挥着重要的水源涵养和生态屏障的作用；同时该湿地的旅游休闲功能具有巨大的经济效益。物质生产、生物栖息地及科研教育价值分别占总价值的5.41％、3.07％和2.95％；而降解污染物的功能价值最小，所占比例为0.76％。虽然保护区湿地各项生态服务功能的价值有所差异，但是相互之间是一个统一的整体，彼此之间关系密切。

2012年张掖市国民生产总值为291.89×10⁸元，仅占该市总面积1%的黑河湿地自然保护区，无疑为干旱区的张掖市经济发展提供了基本的物质和环境条件，同时为区域经济的发展提供了强大的生态功能。因此，在今后的湿地规划和保护管理中，要充分重视保护区的各项生态功能的保护，同时对有潜力的生态功能进行合理的开发，使得各项功能都发挥最大的经济、生态和社会效益，从而促进区域经济和生态环境的可持续发展。