大西洋弗吉尼亚海岸保护区温带海草草甸中蓝碳及生态协同效益的评估

《Ecosystem Services》：Valuation of blue carbon and ecological co-benefits in temperate seagrass meadows in the Atlantic Virginia Coast Reserve

本研究量化了美国弗吉尼亚海岸储备区珊瑚礁恢复的四个生态系统服务的经济价值，包括碳氮固定、渔业栖息地增加和海岸侵蚀避免。通过长期数据和效益转移方法，计算30年和100年现值，显示碳和氮固定贡献最大，渔业次之，侵蚀影响较小。高社会成本和低贴现率显著提升价值，强调自然解决方案对沿海经济的重要性。

　　### 科学解读：保护与恢复海草床的生态与社会价值

在当今全球气候变化与生态系统退化日益严重的背景下，海草床的恢复已成为一种重要的自然解决方案，其环境和经济价值正在引起越来越多的关注。海草床不仅是海洋生态系统的重要组成部分，还对全球碳循环和氮循环具有关键作用，同时为渔业提供关键栖息地，有助于减少海岸侵蚀，保护沿海基础设施。本研究通过对美国弗吉尼亚海岸保护区（Virginia Coast Reserve, VCR）海草床的长期数据进行分析，评估了其提供的四种核心生态系统服务的社会价值，并探讨了不同参数设定对估值的影响。

#### 海草床作为重要的自然资本

海草床作为“蓝色碳”生态系统的一部分，具有极高的碳封存能力。它们通过光合作用将二氧化碳固定在生物量中，并且其厌氧沉积物环境能够有效促进生物地球化学循环和碳积累，从而在长期尺度上储存大量有机碳。研究指出，尽管海草床仅占全球海洋面积的不到0.1%，但其单位面积碳储量却高达140 Mg/ha，是陆地森林沉积物碳储量的40倍以上。在VCR地区，恢复的海草床每年能封存0.42 mt CO?e/ha，这一数值与联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的估算相符。

此外，海草床在氮循环中也发挥着重要作用。通过吸收和储存农业及城市排放的氮元素，它们有助于改善沿海水质。研究发现，VCR的海草床每年能储存35.2 kgN/m2，远高于附近裸露沉积物的1.70 kgN/m2。这种氮封存能力不仅对环境有益，还可能成为地方和国家层面的市场交易资源。

#### 生态服务的量化分析

本研究利用了多种方法来量化海草床的生态服务价值。其中，碳封存服务的估值主要基于社会成本碳（Social Cost of Carbon, SCC）的设定。SCC反映了未来由于二氧化碳浓度增加可能造成的经济损失，并受到未来损害估计和折现率的影响。研究选取了三种SCC情景：$51 mt CO?e?1（美国环境保护署的现行标准）、$5 mt CO?e?1（特朗普政府时期提出的较低值）和$185 mt CO?e?1（2022年专家联盟推荐的较高值）。不同SCC值导致的总社会价值差异显著，特别是在折现率和时间跨度变化的情况下。

在30年的时间框架内，使用$51 mt CO?e?1的SCC，VCR的海草床总社会价值被估算为约$3040万美元，其中碳封存贡献了约46-48%的总价值。而当SCC下降至$5 mt CO?e?1，并采用7%的折现率时，总价值降至约$640万美元，碳封存的贡献率也大幅下降至9%。相反，若采用$185 mt CO?e?1的SCC和2%的折现率，总价值可达$4950万美元，其中碳封存贡献了76%。这表明，社会成本碳的设定对生态服务的估值具有重要影响，特别是在长期规划中，低折现率和长时间跨度能够更充分地反映海草床生态服务的长期价值。

#### 修复项目对生态系统恢复的贡献

VCR是全球最大的海草床修复项目之一，自2015年起，其海草床面积从约2190公顷增长至10700公顷，预计在2100年达到最大面积。研究采用逻辑斯蒂增长模型（logistic growth model）来模拟海草床的扩展过程，该模型结合了自然扩张和人工种植两个因素。通过分析每年的面积变化，研究人员确定了平均增长率为5.6%。这一模型不仅用于预测未来海草床的扩展趋势，还用于估算其提供的生态服务的潜在价值。

#### 生态服务的综合价值

在评估生态服务的社会价值时，研究采用了多种方法，包括市场转移法（benefits transfer method）。该方法通过借鉴其他类似生态系统的数据，估算出海草床提供的四种核心服务的经济价值。碳封存、氮封存、渔业栖息地改善和海岸侵蚀避免分别对应不同的社会成本和市场价值。研究发现，碳封存仍然是主要贡献者，其次是氮封存和渔业栖息地改善，而海岸侵蚀避免的经济价值相对较低，主要是由于VCR的海草床远离主要基础设施。

尽管如此，海草床的生态服务总价值在30年内的估算为$3040万美元，其中碳封存贡献了约$1407万美元，氮封存贡献了约$1278万美元，渔业栖息地改善贡献了约$341.8万美元，而海岸侵蚀避免贡献了约$147.3万美元。这些数据表明，即使在较短的时间范围内，海草床的生态服务也具有显著的经济价值。如果考虑100年的规划时间，总价值进一步增加，特别是在采用较高SCC和较低折现率的情况下，其社会价值可高达$13200万美元。

#### 不同情景下的经济影响

研究还分析了不同情景下生态服务的经济价值变化。例如，当海草床在第30年遭受25%、50%或100%的损失时，其社会价值会相应下降。但在所有情况下，即使发生最大规模的损失，海草床仍能保留相当大的价值，特别是在碳和氮封存方面。研究指出，即使所有海草床消失，80%的碳和氮仍会保留在沉积物中，这些物质本不会被封存。因此，即便在最坏的情况下，海草床的生态服务仍能为社会带来显著的经济收益。

此外，研究还探讨了不同时间跨度对生态服务估值的影响。例如，在30年的规划期内，海草床的总价值为$1910万美元，而在100年的规划期内，其总价值可达$4148万美元。这表明，长期的生态服务价值远高于短期价值，尤其是在采用较低折现率的情况下。因此，政策制定者在考虑生态修复项目时，应重视其长期效益，以确保生态系统的可持续性。

#### 修复项目对沿海经济的潜在影响

海草床的修复不仅对环境有益，还可能为沿海经济带来显著的收益。VCR地区的渔业产业每年贡献约$11亿美元，直接和间接就业人数超过7200人。海草床作为重要的鱼类幼体栖息地，其扩展能够提高渔业产量，从而为当地经济带来更多的收入。此外，海草床的修复还能促进营养交易市场的发展，为农业和城市排放的氮元素提供储存和转化的途径。

在VCR地区，海草床的修复还可能为沿海基础设施提供保护。例如，通过减少近床剪切应力和波浪能量，海草床有助于稳定盐沼，防止海岸侵蚀。这不仅对自然生态系统有益，还对沿海社区和经济活动具有重要意义。例如，VCR附近的盐沼不仅为鸟类提供栖息地，还为游客带来经济收益，其每年吸引约120万至140万游客。

#### 研究的意义与未来展望

本研究的结果表明，海草床的修复具有重要的生态和社会价值。通过量化其提供的生态服务，研究人员为政策制定者、社区和企业提供了重要的决策依据。特别是在应对气候变化和海洋栖息地丧失的背景下，海草床的修复能够增强沿海经济的韧性，同时为环境保护提供有效的手段。

然而，研究也指出了其局限性。例如，缺乏裸露沉积物的对比数据，使得部分生态服务的估值受到限制。此外，社会成本氮的估算基于有限的研究，可能无法全面反映其在沿海生态系统中的实际影响。未来的研究需要进一步收集数据，特别是关于氮污染对水体质量、生物多样性和经济活动的影响，以提高生态服务估值的准确性。

#### 结论

综上所述，海草床的修复不仅有助于减缓全球气候变化，还能为沿海社区提供重要的生态和社会效益。通过量化其提供的生态服务，研究人员为政策制定者提供了科学依据，以支持海草床的保护和修复。尽管存在一定的局限性，但研究的结果表明，海草床的生态服务具有显著的经济价值，并且其修复能够为沿海经济带来长期的收益。未来的研究应进一步探讨如何通过市场机制和政策支持，将这些生态服务的价值最大化，以实现可持续发展和环境保护的双重目标。