全 文 ：湖泊生态系统服务功能评估初探 ———以湖北
保安湖为例 3
潘文斌1 ,2 　唐　涛1 　邓红兵1 ,3 　蔡庆华1 3 3
(1 中国科学院水生生物研究所 ,淡水生态与生物技术国家重点实验室 , 武汉 430072 ;2 福州大学环境与资源工程系 , 福州
350002 ;3 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳 110016)
【摘要】　随着生物资源价值估算方法的日益成熟 ,生态系统的服务评估成为生态系统研究的热点. 鉴于国
内对于湖泊生态系统的服务评价的研究较少 ,本文运用生态系统学与生态经济学方法研究了湖北保安湖
生态系统的部分生态服务. 计算得到 1992 年保安湖水生态系统有机质生产价值为 1514. 93 万元 ,固定
CO2 的价值为 4772. 99 万元 ,释放 O2 的价值为 3626. 53 万元 ,主要初级生产者储存 N、P 的价值为 44. 48
万元 ,而年吸收量的价值为 1507. 99 万元 ,调蓄和供水的价值为 10928. 93 万元 ,消除排入湖水 SO2 价值为
51. 50 万元 ,合计 2. 24 ×108 元. 据不完全估计 ,可以认为 ,生态系统具有巨大的生态经济效益。
关键词 　生态系统服务 　湖泊生态系统 　价值 　保安湖
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 10 - 1315 - 04 　中图分类号 　P343. 3 　文献标识码 　A
Lake ecosystem services and their ecological valuation —a case study of Baoan Lake in Hubei Province. PAN
Wenbin1 ,2 , TAN G Tao1 , DEN G Hongbing1 ,3 ,CAI Qinghua1 (1 Institute of Hydrobiology , Chinese Academy of
Sciences , S tate Key L aboratory of Freshw ater Ecology and Biotechnology , W uhan 430072 ;2 Envi ronment and
Resources Engineering Depart ment , Fuz hou U niversity , Fuz hou 350002 ;3 Institute of A pplied Ecology , Chi2
nese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (10) :1315～1318.
Along with the maturation of estimation methods for biological resources , the studies on the services value of e2
cosystem become a hotspot in ecology. The studies on the services value of lake ecosystem were not been reported
before this issue , and this issue firstly attempted to estimate the Baoan Lake ecosystem services and its indirect e2
conomic values on the basis of ecological function analysis and some economic methods. The results showed that
the indirect economic value (in RMB) of organic matter production , CO2 fixation , O2 release , nutrient recy2
cling , water conservancy and water supply and SO2 degradation were 1. 51 ×107 , 4. 77 ×107 ,3. 63 ×107 ,4. 45
×105 ,1. 10 ×108 , 5. 15 ×105 yuan·yr - 1 ,respectively. The sum was about 2. 24 ×108 yuan·yr - 1 . From the
above incomplete estimation ,it was known that the Baoan Lake ecosystem has great ecological and economic val2
ues.
Key words 　Ecosystem services , Lake ecosystem , Economic value , Baoan Lake.3 国家自然科学基金资助项目 (39670150) .3 3 通讯联系人.
2001 - 11 - 07 收稿 ,2002 - 07 - 02 接受
1 　引 　　言
生态系统服务的价值可以概略地分为直接价值
和间接价值. 生态系统服务功能的直接价值主要是
指生态系统产品的可商品化价值 ,它包括食品、医药
及其它工农业生产原料、景观娱乐等带来的直接价
值.生态系统服务功能的间接价值主要是指无法商
品化的生态系统服务功能所具有的价值 ,如太阳能
的固定 ,调节气候 ,涵养水源以及稳定水文 ,维持生
物物种与遗传多样性 ,保护土壤肥力 ,净化环境 ,维
持大气化学的平衡与稳定和提供自然环境娱乐、美
学、社会文化科学、教育、精神和文化的价值等.
自 Tansley 于 1936 年提出生态系统概念后 ,各
国生态学家对生态系统的理论不断完善和发展 ,大
大促进了对生态系统结构与功能的认识与了解 ,也
为开展生态系统服务功能研究奠定了基础. 70 年代
以来 ,生态系统服务功能开始成为一个科学术语 ,并
成为生态学与生态经济学研究的分支. Daily[2 ]对生
态系统服务功能进行了系统的研究 ,Costanza 等[1 ]
对全球生态系统服务与自然资本的价值进行了估
算.我国的研究主要集中于陆地生态系统及森林生
态系统服务功能、生态系统健康与生态系统服务功
能关系、生态系统服务的保护策略和途径等方
面[3 ,7 ,8 ,12 ,16～19 ] ,但国内对于湖泊生态系统的服务
功能的评价和间接价值的估算还未见报道. 本项研
究基于“八五”期间大量生态学基础研究的基础上 ,
综合运用生态学及经济学方法 ,探讨了保安湖生态
应 用 生 态 学 报 　2002 年 10 月 　第 13 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2002 ,13 (10)∶1315～1318
服务功能的内涵与评价方法 ,分析与评价了保安湖
水生态系统服务价值 ,以期为可持续发展的政策与
生态环境保护提供参考.
2 　研究地区与研究方法
211 　自然概况
保安湖 (114°23’E ,30°15’N) 位于湖北黄石的大冶市西
北 ,为长江中游南岸的一个浅水草型湖泊. 它东接三山湖 ,西
隔梁子湖 ,南邻保安镇 ,北濒长江 ,属于梁子湖湖群. 湖表面
积为 39. 3km2 ,由主体湖区 (26. 7km2) 、桥墩湖 (8. 0km2) 、扁
担塘 (3. 3km2) 和肖四海 (1. 3km2) 等 4 个湖区组成 ,平均水
深为 1. 5～2. 5m ,最大深度为 3. 7m ,常年水位 17. 5m (吴
凇) . 保安湖地处中亚热带 ,水热条件比较丰富 ,多年平均气
温在 16～17 ℃之间 ,最热月 (7 月) 平均温度 29 ℃以上 ,最冷
月 (1 月)平均温度一般却超过 3. 5 ℃;历年绝对最高气温为
40. 3 ℃,最低气温为 - 10. 8 ℃. 多年平均降水量为 1283mm.
212 　研究方法
21211 有机质计算 　有机物质的生产分为两个部分 :根据浮
游藻类、着生藻类可以提供的渔产潜力来推算其价值 [13 ,14 ] ;
大型水生植物的价值以其饵料系数与配合饲料的市场价格
来推算.
　　L P = ∑( ( P1 + P2) ·FP1 + P2·FC1·FP2/ FC2)
　　式中 , L P 为湖泊有机物质的生产间接价值 ; P1 和 P2
分别为浮游藻类、着生藻类可以提供的渔产潜力 ; FP1 和
FP2 分别为鲢鳙的市场价格和配合饲料的市场价格 (元·
kg - 1) ; FC1 和 FC2 分别为大型水生植物与配合饲料的饵料系
数.
21212 固定 CO2 　湖泊固定的总量主要是浮游藻类、着生藻
类和大型水生植物三者固定量的和 ,固定 CO2 的经济价值
主要运用造林成本法及碳税率法两种方法.
21213 释放 O2 　湖泊释放总量主要是浮游藻类、着生藻类
和大型水生植物三者释放量的和 , O2 释放的价值主要运用
造林成本法与工业制氧影子价格法估计.
21214 污染物稀释和降解 　主要考虑削减 SO2 所需的年投
资额与运行费用.
　　C = ( C1 - C2) ·V·( I + O)
式中 , C 为 SO2 稀释和降解的间接经济价值 ; C1 和 C2 为保
安湖与附近牛山湖的 SO42 - 平均浓度 (mg·L - 1 ) ; V 为 1992
年的湖泊容积 ; I 和 O 分别为削减 SO2 所需年投资额与运行
费用 (元·t - 1) .
21215 调蓄与供水 　以保安湖的高水位 (20m) 和低水位
(17m)对应的容积来推算其调蓄能力 ,结合 1988～1991 年
全国水库建设投资测算来计算其价值 ; 供水能力以平均水
位 (18m)对应的容积结合水质来计算.
21216 养分积累 　考虑浮游藻类、着生藻类和大型水生植物
对重要营养物质 N、P 的吸收量与储量 , 并结合当年化肥平
均价格来计算.
3 　结果与讨论
311 　有机物质的生产
　　利用太阳能 ,将无机化合物 (如 CO2 、H2O 等)合
成有机物质是湖泊生态系统一个十分重要的功能 ,
它支撑着整个湖泊生态系统 ,是所有消费者 (包括
人)及还原者的食物基础. 生产量及生物量是反映有
机物质生产的两个重要指标. 在保安湖 ,主要的生产
者有浮游植物、周丛藻类或着生藻类、大型水生植物
(主要是沉水植物)和自养细菌. 据综合分析 ,根据不
同月份的生物量 ,不同湖区的面积大小 ,得到 1992
年保安湖生态系统的浮游藻类生产量为 11415tO2 ,
总生产量为 55702t (湿重) [14 ] ;而全湖大型水生植物
的净生产量为 118315t , 总生物量为 94652t 湿
重[11 ] ,P/ B 系数为 1. 25 ;全湖着生藻类的总生物量
为 1569. 83t 鲜藻 ,以着生藻类 P/ B 系数为 250. 7 计
算 ,可以得到全湖总生产量为 393489t 鲜藻 ;由于资
料所限 ,自养细菌的生物量和生产量无法估计. 根据
浮游藻类和着生藻类可以提供的渔产潜力来推算其
间接价值. 浮游藻类的渔产潜力以滤食性的鱼类 (鲢
鳙)计算 ,其渔产潜力约为 1000t ,着生藻类的渔产
潜力为 1885. 46t [13 ] . 根据鲢鳙的市场价格约为 3. 2
元·kg - 1 ,可以得到两者总的间接价值为 9. 2335 ×
106 元. 大型水生植物的间接价值以其饵料系数与
配合饲料的市场价格为计算方法. 以饵料系数为
120 计算 ,而一般的配合饲料的饵料系数为 3. 结合
配合饲料的市场价格约为 2 元·kg - 1 ,可以得到其折
合成的间接价值为 5. 9158 ×106 元. 上述 3 项合计
约为 1514. 93 万元.
312 　CO2 的固定、O2 释放及其价值
　　在评估湖泊生态系统对固定 CO2 与释放 O2 的
作用时 ,以保安湖水生态系统有机物质生产量基础 ,
根据光合作用和呼吸作用的反应方程式推算每形成
1g 干物质 ,需要 1. 6296g CO2 ,释放 1. 1914g O2 . 由
于保安湖着生藻类虽然有一个总的生产量的估计 ,
但由于缺乏不同的着生藻类种类的干湿重比的数
据 ,考虑在推算固定 CO2 与释放 O2 间接价值的时
候 ,采用和浮游植物一样的标准 ,即根据其生产量推
算固定 CO2 与释放 O2 的量. 根据光合作用和呼吸
作用的反应方程式 ,估算得到保安湖生态系统浮游
藻类 1992 年固定 CO2 的总量为 1. 5613 ×104t ,着
生藻类 1992 年固定 CO2 的总量为 1. 1030 ×105t .
黄丝草的干湿重比为 1∶10. 5 ,菹草为 1∶20 ,聚草为
1∶20. 7 ,苦草为 21. 6 [10 ] ,金鱼藻为 1∶11. 08 ,其它水
6131 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
草以 1∶20 推算. 根据上述数据得到大型水生植物
1992 年固定 CO2 的总量为 1. 4653 ×104t . 3 项相
加 ,总固定 CO2 的量为 1. 4057 ×105t .
　　由于目前尚缺乏公认的评估水生态系统固定
CO2 经济价值的方法 ,本研究尝试比较运用造林成
本法及碳税率法两种方法 ,以评估保安湖生态系统
源于固定 CO2 的间接经济价值. 西方一些国家使用
碳税制限制 CO2 等温室气体的排放 ,如挪威的碳税
率为 227 美元·t - 1C ,而环境学家常使用的瑞典税率
为 150 美元·t - 1C. 而造林成本法主要是用来评估森
林的固 C 价值 ,国内外造林成本有一定差异 ,结合
我国人工造林的经验 ,将固定 1t 纯 C 成本定为 250
元[17 ] . 结果表明 ,按我国造林成本法计算 ,保安湖水
生态系统每年固定 CO2 的总经济价值为 958. 43 万
元. 用碳税法评估 ,采用瑞典税率 ,美元和人民币的
比价为 1∶8. 3. 保安湖水生态系统 1992 年固定 CO2
的总经济价值约为 4772. 99 万元.
　　根据黑白瓶法测定的结果 ,估算得到保安湖水
生态系统浮游藻类 1992 年释放 O2 的总量为1. 1415
×104t ,着生藻类 1992 年释放 O2 的总量为8. 0640
×104t . 根据光合作用和呼吸作用的反应方程式估算
保安湖水生态系统大型水生植物 1992 年释放 O2 的总
量为 1. 07 ×104t .上述三者之和为1. 0275 ×105t .
　　分别运用造林成本法与工业制氧影子价格法估
计其经济价值. 平均造林成本为 240. 03 元·m - 3 ,折
合成为 352. 93 元·t - 1O2 . 而工业制氧的现价是 400
元·t - 1O2 . 结果表明 ,按造林成本法计算 ,保安湖水
生态系统每年释放 O2 的价值为 3626. 53 万元. 若按
工业制氧影子价格法估计 ,保安湖水生态系统每年
释放 O2 的价值为 4110. 19 万元.
313 　重要污染物的稀释和降解
　　1992～1993 年度 ,保安湖不同的湖区受到不同
SO42 - 程度的污染. 根据整个湖区的受污染程度的
不同 ,可以将整个湖划分成为重污染区 ( SO42 - >
100mg·L - 1) 和轻污染区 ( SO42 - < 100mg·L - 1) . 污
染主要来源于保安湖东南和南部的煤矿开采. 每年
约有 10 ×107 含 S 废水随地表径流和地下水进入该
湖[4 ] .与附近的牛山湖的平均 SO42 - 为 10. 66mg·
L - 1相比 ,保安湖 SO42 - 很高为 115. 55mg·L - 1 . 保
安湖 1992 年的平均水位约为 18m ,容积为 1. 2 ×
108m3 ,保安湖全湖的的 SO42 - 含量为 1287. 6214t ,
折合为 SO2 为 858. 41t . 考虑到每削减 100tSO2 的投
资额为 5 万元 ,运行费为每年 1 万元. 故消除这些
SO2 的费用约为 51. 50 万元. 当然 ,保安湖也有消除
其它污染的功能 ,如保安镇的生活污水降解和湖泊
周围农田使用的农药或其它污染物的降解. 由于缺
乏基础数据 ,在此就不再作计算.
314 　调蓄和供水
　　湿地调蓄洪水的作用已为人们所熟知. 我国长
江中下游的众多湖泊对于每年夏季洪水的调蓄作用
明显而有效. 以保安湖 20 世纪 90 年代的高水位
20m 对应的容积 2. 2267 ×108m3 和低水位 17m 对
应的容积 7. 758 ×107m3 算得其调蓄能力为 1. 4509
×108m3 ,并结合 1988～1991 年全国水库建设投资
测算 ,每建设 1m3 的库容需要投入成本为 0. 67
元[17 ] ,可以知道保安湖的调蓄服务的价值约为
9721. 03 万元. 湖泊平均水位对应的平均容积为
1. 2079 ×108m3 ,且保安湖当时水质为 IV 级 ,主要
用途为农业、工业及少量生活用水 ,按当时物价水平
确定水价大约为 0. 1 元·m - 3 ,可知供水价值约为
1207. 9 万元. 故保安湖调蓄和供水的总价值为
10928. 93 万元.
315 　养分积累
　　生态系统中的营养物质通过复杂的食物网而循
环再生 ,并成为全球生物地化循环不可或缺的环节.
评估保安湖水生态系统在营养物质的循环中的作用
时 ,仍以保安湖生态系统的生物量与生产量为基础 ,
结合水体中的 N、P 含量 ,估算其重要营养物质 N、P
在生态系统中的年吸收量与总储量. 1992 年保安湖
生态系统的浮游藻类生产量为 11415tO2 ,总生产量
为 55702t (湿重) [14 ] ;而全湖大型水生植物的生产量
为 118315t ,总生物量为 94652t (湿重) [11 ] ,P/ B 系数
为 1. 25. 全湖的着生藻类的总生物量为 1569. 83t 鲜
藻 ,以着生藻类 P/ B 系数为 250. 7 计算 ,可以得到
全湖总生产量为 393489t 鲜藻[13 ] . 藻类群落的活体
N、P 含量因不同季节或湖泊而不同. 不同门藻类的
1g 藻类干重中 N、P 含量不同 ,一般藻类通用的 N
含量为 8. 0 % ～ 10. 4 % ; P 含量为 0. 8 % ～
1. 45 %[9 ] .但保安湖缺乏相应的部分数据 ,因此在
估算保安湖的浮游藻类和着生藻类养分循环价值
时 ,考虑用以往东湖浮游植物群落的研究经验来估
算. 即藻类的干/ 鲜重比为 1∶7 ,浮游植物的单位水
面 P/ B 系数为 410 [15 ] ,浮游植物 N、P 含量约占其干
重的 0. 0798 和 0. 0094 [5 ] . 大型水生植物的 N、P 含
量也有种间差异和种内的季节差异 ,考虑到保安湖
的大型水生植物大多是沉水植物 ,一般在不缺乏营
养的情况下 ,植物体内的 N 为 13mg·g - 1 ,P 为 3mg·
713110 期 　　　　　　　　　　潘文斌等 :湖泊生态系统服务功能评估初探 —以湖北保安湖为例 　　　　　　　　　
g - 1以上[6 ] . 根据上述基本数据 ,可计算出保安湖浮
游藻类总生物量约为 135. 86t ,干重为 19. 41t ,相应
的 N、P 量为 1. 55t 和 0. 18t ;每年流经浮游植物的
N、P 量为 635. 00t 和 74. 81t . 保安湖着生藻类总生
物量对应的干重为 224. 26t ,相应的 N、P 量为 17.
90t 和 2. 11t ;每年流经着生藻类的 N、P 量为 4487.
53t 和 528. 49t . 大型水生植物总生物量相应的干重
为 9508. 55t ,可以估算得到相应的 N、P 量为 123.
61t 和 28. 53t ,每年流经大型水生植物的 N、P 量为
154. 51t 和 35. 66t . 上述 3 项相加 ,则得到储存的
N、P 量分别为 143. 06t 和 31. 44t ,每年流经主要初
级生产者的 N、P 量分别是 5277. 04t 和 638. 96t . 据
国家统计局有关统计资料表明 ,1992 年我国化肥平
均价格为 2549 元·t - 1 [17 ] ,计算得保安湖主要初级
生产者储存 N、P 的价值约 44. 48 万元 ,而年吸收量
的价值约 1507. 99 万元.
4 　结 　　语
　　生态系统维持了地球生命支持系统 ,不仅为人
类提供了赖以生存的环境 ,更具有极大的直接和间
接价值. 本文初步研究了保安湖生态系统服务功能
的价值 ,结果表明 ,1992 年保安湖水生态系统有机
质生产的价值为 1514. 93 万元 ,固定 CO2 的价值为
4772. 99 万元 ,释放 O2 的价值为 3626. 53 万元 (以
造林成本法计) ,主要初级生产者储存 N、P 的价值
为 44. 48 万元 ,而年吸收量的价值为 1507. 99 万元 ,
调蓄和供水的价值为 10928. 93 万元 ,消除排入湖水
SO2 的价值为 51. 50 万元 ,合计为 22447. 35 万元.
由此可以看出 ,生态系统具有巨大的服务功能.
　　研究表明 ,保安湖各功能的价值排序为调蓄和
供水 > 有机质生产 > 固定 CO2 > 释放 O2 > 消除排
入湖水 SO2 > 储存 N、P. 保安湖的调蓄和供水的价
值最大 ,而价值中最小的是 N、P 的储存. 因此 ,需要
发挥的是前 4 项功能 ,这不仅有助于维持保安湖水
生态系统的环境 ,更有助于达到持续发展的目的. 湖
泊的纳污能力和降解功能的价值并不是很大 ,但是
湖泊被污染以后 ,必定会影响水生态系统其它功能
的发挥 ,导致整个生态系统的不健康 ,服务功能价值
也会因此下降 ,这是我们力求避免的. 因此 ,最小的
价值所对应的服务功能却决定了整个水生态系统的
稳定性 ,这是我们在发挥湖泊生态系统功能时值得
注意的问题.
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作者简介 　潘文斌 ,男 ,1973 年生 ,博士. 现主要从事环境工
程的教学和科研工作 ,研究方向为水生生物学、流域生态学
与流域环境管理与规划. 发表学术论文 10 余篇. E2mail :
wenbinpan @sina. com
8131 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷