自然生態系統服務的意義探新范文

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數據與方法

1研究區概況

三江源區地處青藏高原腹地、青海省南部，位于89°24''''～102°23''''E和31°39''''～36°16''''N之間，行政區域涉及果洛、玉樹、海南、黃南4個藏族自治州的16個縣和格爾木市的唐古拉鄉，土地總面積約為36.3×104km2。三江源區地貌類型復雜多樣，地勢由東南至西北逐漸抬升，同時受來自南部孟加拉灣暖濕氣流的影響，造成自東南向西北溫度和降水量均逐漸降低，具有典型的高原大陸性氣候特征。受地貌、氣候等自然因素的影響，該區自然成土過程緩慢，土層薄、質地粗、肥力低下，尚處于年輕發育階段。植被類型以森林和草地為主。2003年，國家正式批準了三江源國家級自然保護區(以下簡稱“保護區”)，總面積達15.23×104km2(圖1)，并從2005年開始啟動實施《青海三江源自然保護區生態保護和建設總體規劃》，總投資超過75億元，用于生態保護與建設、農牧民生產生活基礎設施建設和科技支撐等建設項目，其中生態保護與建設投資49.25億元，主要涉及退牧還草、已墾草原還草、退耕還林、生態惡化土地治理、森林草原防火、草地鼠害治理、水土保持和保護管理設施與能力建設等8項內容。

2數據來源

1.土地利用/覆被數據:2000、2008年2期土地利用/覆被數據來源于中國資源與環境數據中心，分辨率為1km。結合土地利用和區域生態環境等相關資料，將研究區劃分為農田、森林、草地、水體與濕地、荒漠和其他生態系統6種類型，其中農田生態系統包括水田和旱地，森林生態系統包括密林地(有林地)、灌叢、疏林地和其他林地，草地生態系統包括高覆蓋度草地、中覆蓋度草地和低覆蓋度草地，水體與濕地生態系統包括沼澤地、河渠、湖泊、水庫、冰川與永久積雪及灘地，其他生態系統包括居民點(城鎮、農村居民點和工礦用地)、裸土地和裸巖石礫地，荒漠生態系統包括沙地、戈壁、鹽堿地和高寒荒漠。

2．遙感數據:NPP數據來源于美國蒙大拿大學森林學院(TheNumericalTerradynamicSimulationGroup)工作組提供的MOD17A3產品(基于BIOME－BGC模型計算)，分辨率為1km;NDVI數據來源于“國際科學數據服務平臺”提供的MODIS月植被指數L3產品，分辨率為1km。

3．DEM數據:DEM數據及其衍生的坡度數據來源于中國資源與環境數據中心，分辨率為1km。

4．氣象數據:三江源區16個氣象臺站的降水量和氣溫數據來源于國家氣象局。5．土壤數據:全國1∶100萬土壤類型分布圖來源于中國資源與環境數據中心。6．其他數據:主要包括《中國物價年鑒》、《青海統計年鑒》、《黃河水資源公報》、《長江水資源公報》、《青海省水資源公報》等。

3生態系統服務價值評估方法

生態系統服務分類以及價值評估指標的選取是生態系統服務價值評估的重要環節。當前，國內外學者對生態系統服務分類進行了諸多探討，其中以Costanza、DeGroot以及MA的研究成果最具有代表性。由于MA提出的分類體系有助于反映生態系統服務與人類福祉的關系，本文依此將三江源區生態系統服務歸納為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務四類。供給服務是指人類從生態系統獲得的各種產品;調節服務是指人類從生態系統過程的調節作用獲得的收益;文化服務是指通過豐富精神生活、發展認知、大腦思考、消遣娛樂以及美學欣賞等方式，而使人類從生態系統獲得的非物質收益;支持服務是指生態系統生產和支持其他服務的基礎服務。考慮到土壤形成、初級生產等支持服務發揮作用的時間周期長，在空間上也往往是全球或區域性的，其價值全部體現在其他三種服務類型上，對其估價會造成價值的重復計算，故不對支持服務進行估價。結合MA的分類體系，并從研究區的生態系統類型、生態系統服務的重要程度、價值評估的目的、數據的可獲得性以及經濟價值的量化方法等角度進行分析，最終選取了產品供給、水分調節、空氣質量調節、氣候調節、土壤保持以及游憩休閑6項評估指標。采用物質量和價值量相結合的方法對其逐一進行估算，具體方法如下。

3.1產品供給

生態系統的產品供給價值可以通過市場交換來實現，本文以農林牧漁行業的增加值(增加值=總產值－中間消耗)來表示這部分價值。

3.2水分調節

根據水量平衡原理，水分調節的物質量為降水量與蒸散發量及其他消耗的差。本文利用InVEST模型和SCS模型分別計算區域產水量和地表徑流量，水分調節的物質量即產水量與地表徑流之差。水分調節的價值量通過影子工程法來確定(表1)。

3.3空氣質量調節

生態系統對空氣質量的調節作用主要體現在吸收空氣有害物質和吸附粉塵等方面。考慮到研究區及周邊地區的實際環境狀況，本文估算了森林和草地生態系統吸收SO2的價值(表2)。

3.4氣候調節

氣候調節服務價值指生態系統調節空氣溫度、濕度以及吸收溫室氣體帶給人類的利益。本文根據已有方法和資料，估算了保護區森林和草地生態系統在固碳(吸收CO2)方面的經濟價值(表3)。

3.5土壤保持

運用土壤流失方程(USLE)計算生態系統單位面積土壤保持量;從恢復生態學角度出發，分別評價保護區保持土壤養分、減少廢棄土地和減少泥沙淤積等方面的經濟價值(表4)。

3.6游憩休閑

采用旅行費用法(TCM)對游憩價值進行評估。該方法把游憩價值劃分為實際支付的旅行費用(包括交通費、與旅游有關的直接花費等)、旅行時間費用和消費者剩余三部分。由于三江源國外旅游人數占旅游總人數的比例很小，因而僅計算國內游客的游憩價值。

結果與分析

1生態系統類型轉換與面積變化

基于土地利用/覆被數據，將研究區生態系統劃分為農田、森林、草地、水體與濕地、荒漠和其他生態系統6種類型。由圖2可知，2000—2008年保護區生態系統類型發生轉換的面積共有38120km2，占保護區總面積的26.05%。各生態系統類型間的轉換強度存在差異(表5)，其中以草地與荒漠、其他生態系統之間的相互轉換最為激烈。8a間，草地向荒漠和其他生態系統轉出11098km2，同時荒漠和其他生態系統向草地轉入9045km2;其次，草地和水體與濕地之間的轉換也較強烈，但后者對前者的轉入量遠高于前者對后者的轉出量，導致水體與濕地面積大幅度下降;草地與森林之間的相互轉換量基本持平，其余各生態系統類型之間的轉換程度比較微弱。

研究期內，保護區農田面積變化最大(增加420km2)，而其他類型生態系統的面積沒有發生太大改變，其中，其他生態系統、荒漠和森林的面積分別增加1308km2、866km2和247km2，草地和水體與濕地分別減少841km2和2000km2(圖2)。保護區生態系統類型以草地為主，生態工程實施前(2000年)，高、中、低覆蓋度草地面積分別占保護區總面積的3.35%、25.33%和43.10%;生態工程實施后(2008年)，高、中、低覆蓋度草地面積分別占保護區總面積的4.14%、28.21%和38.86%，8a間高、中覆蓋度草地面積一共增加了5368km

2生態系統服務價值變化

2.1產品供給

根據《青海統計年鑒》［29］可以統計得到2000年和2008年三江源區(除唐古拉鄉外)的產品供給價值，按面積折算后，得到2000年和2008年保護區的產品供給價值(經價格指數調整)分別為5.10×108元和1.47×109元(表6)。8a間，農田、森林和草地的產品供給價值分別增加了3.09×108元、3.45×106元和6.50×108元，其余各生態系統類型的產品供給價值未發生變化;草地和森林的單位面積價值分別增加了6271元/km2和498元/km2，而農田的單位面積價值減少了4.31×105元/km2。

2.2水分調節

由表7可知，2000—2008年農田、森林、草地和其他生態系統的水分調節價值分別增長了1.42×108元、2.48×108元、1.75×1010元和2.61×108元，而水體與濕地和荒漠生態系統的水分調節價值分別減少了1.99×109元和8.84×108元。8a間，草地的單位面積價值增長最快(1.70×105元/km2)，其次為森林(2.05×104元/km2)和其他生態系統(7621元/km2)，其余各生態系統類型(包括農田、水體與濕地和荒漠)的單位面積價值均有所減少。

2.3空氣質量調節

2000年和2008年保護區森林吸收SO2量分別為1.34×108kg和1.39×108kg;SO2的治理費用按現行征收標準0.6元/kg來計算，得到2000年和2008年保護區森林的空氣質量調節價值分別為8.05×107元和8.35×107元;8a間該類價值增加了3.05×106元。根據表2的評價方法，在已知草地NPP的情況下，推算出2000年和2008年保護區草地的空氣質量調節價值分別為2.98×108元和2.64×108元;8a間該類價值減少3.39×107元，單位面積價值減少303元/km2。

2.4氣候調節

基于表3分別估算了2000年和2008年保護區森林和草地的固碳量，結果發現，保護區森林固碳量由2000年的0.56TgC增加到2008年的0.61TgC，草地固碳量由2000年的6.72TgC減少到2008年的5.73TgC。

生態系統的固碳價格按碳稅法(1.02元/kgC)來確定，得到2000年和2008年森林的氣候調節價值分別為5.75×108元和6.18×108元，8a間該類價值一共增加4.38×107元，單位面積價值增加3250元/km2;2000年和2008年草地的氣候調節價值分別6.86×109元和5.84×109元，8a間該類價值一共減少1.02×108元，單位面積價值減少9238元/km2。

2.5土壤保持

如表8所示，2000—2008年保護區生態系統的土壤保持價值一共增加9.17×108元，其中，農田、森林和草地的土壤保持價值分別增加2.93×107元、2.81×108元和8.17×108元，水體與濕地和荒漠的土壤保持價值分別減少1.72×108元和3.78×107元。8a間，森林的單位面積價值增長最快(3.48×104元/km2)，其次為草地(8.51×103元/km2)，其余各生態系統類型(包括農田、水體與濕地和荒漠)的單位面積價值呈減少趨勢。

2.6游憩休閑

按照旅行費用法(TCM)，游憩價值由實際支付的旅行費用、旅行時間費用和消費者剩余3部分組成。通過整理青海省旅游局提供的資料可得，2008年三江源區實際支付的旅行費用為1.53×109元。旅游時間價值采用機會工資成本替代，一般為實際工資的40%;游客的工資標準按2007年客源地職工年平均工資進行統計，職工月平均工作時間為167.4h/月，那么在已知青海省外和省內游客平均停留時間(2008年分別為151h和53h)的情況下，得到2008年三江源區的旅行時間價值為7.19×108元。運用SPSS13.0軟件計算了三江源總旅行費用對旅游率的各種回歸統計值，發現S曲線模型擬合性較好，R2=0.719;由回歸方程進一步求得各主要客源地旅游人次與旅行費用之間的函數關系式及游憩需求曲線，消費者剩余即需求曲線與游客所支付的價格(即旅行費用)之間的面積;2008年三江源區消費者剩余為1.84×109元。基于現有可獲得的資料，假設2000—2008年青海省游客主要客源地、人均旅行費用以及人均旅行時間價值保持不變。根據2000年和2008年青海省國內游客人次比例(35.22%)和2008年三江源區游憩價值，推算出2000年三江源區主要客源地實際支付的旅游費用為5.39×108元，旅行時間價值為2.53×108元，消費者剩余為1.76×109元。按面積折算后，得到2000年和2008年保護區的游憩價值分別為1.08×109元和1.73×109元;各生態系統類型的游憩價值如表9所示。

討論

1．本文綜合考慮各種因素，對生態恢復過程中三江源自然保護區生態系統服務價值動態變化進行了定量分析。結果發現，2000—2008年保護區生態系統服務總價值呈現明顯的增長趨勢，8a間一共增加1.68×1010元。草地是保護區生態系統服務價值的最大貢獻者，2000年和2008年草地生態系統服務價值分別占保護區生態系統服務總價值的74.00%和82.75%。研究期內，區域草地面積基本保持不變(－841km2)，但由其提供的生態系統服務價值卻增加了1.84×1010元，因此可以推斷，生態系統類型變化或土地利用類型變化不是引起研究區生態系統服務價值大幅度上升的主要原因。

2.2000年以來，隨著退牧還草、沙漠化防治、鼠害防治以及水土保持等各項工程的不斷推進，大量的荒漠、沙地和裸地轉換為草地，高、中覆蓋度草地面積增加了5368km2，源區草地植被退化、沙化的態勢已逐步得到遏制;同時，在氣溫升高、降水增加等有利因素的共同影響下，草地的單位面積價值增幅高達49.89%，表明2000—2008年間，保護區草地生態系統的整體質量狀況有了很大程度的提升。研究期間，國家還采取了退耕還林、封山育林等措施對保護區森林進行積極治理和保護，然而，經統計分析可知，各項措施的總規模不足保護區森林總面積的0.005%;保護區森林面積雖然穩中有升(增加247km2)，但森林生態系統類型的轉換過程絕大部分發生在草地和森林之間，由此可見，當前生態建設對于森林生態系統服務價值變化的驅動作用并不顯著。生態恢復過程中，保護區森林生態系統服務價值增加與森林區域水熱條件的改善(年均降水量增加24.47mm，日均溫增加0.44℃)關系更為密切。研究期內，水體與濕地的生態系統服務價值迅速減少(－2.14×109元)，減幅達56.08%，同樣是由氣候因子變化所致。水體與濕地只有很少一部分轉換成農田或其他生態系統，說明人為因素對該生態系統服務價值變化的影響較小，而區域年降水量減少(－3.16mm)、氣溫升高(0.79℃)，一方面使水體與濕地大面積退縮，另一方面則造成水體與濕地的生態服務功能減弱和單位面積價值減少，因此，后者是水體與濕地生態系統服務價值驟然下降的主導原因。此外，人口增長也可間接引發區域生態系統服務價值變化。2000年和2008年保護區人口數量分別為24.19萬和30.50萬，8a間區內人口增加了26.08%;較高的人口增長壓力促使大量的草地被開墾為農田，導致農田面積增加392.52%，進而引起保護區農田生態系統服務價值迅速上升。從評估結果來看，盡管農田總的單位面積價值較大，但森林、草地等的單位面積生態價值(包括水分調節、空氣質量調節和土壤保持價值)要遠高于農田，因此，從生態保護的需求出發，今后應加強圍欄封育、封山育林等防護措施，合理開發利用土地資源，重點維護好保護區森林、草地和水體與濕地的生態環境。

3.生態系統服務價值變化是土地利用類型、植被覆蓋狀況以及氣候等眾多因素共同作用的結果。

本文對生態系統服務價值的動態評估及驅動力分析只是一個初步研究，如何區分和量化生態系統服務價值變化對不同因素的響應程度，以為后續生態恢復和評價提供科學依據，是今后研究尚待解決的重要問題。受基礎資料和方法所限，本文關于生態服務價值的估算比較粗略，例如，生態系統服務價值評估過程只選取了產品供給、水分調節等6項指標，而忽略了對調節干擾、非使用價值等其他方面的估算，空氣質量調節價值和氣候調節價值只評估了森林和草地兩個生態系統類型，產品供給價值和游憩休閑價值的統計數據不包括唐古拉鄉且采用面積折算的辦法得到等，評估結果可能存在一定偏差，但這并不影響對區域生態系統服務價值變化趨勢的判斷，也不會對氣候要素、人類活動及政策等的驅動作用分析造成嚴重偏離。

結論

1．2000—2008年三江源自然保護區生態系統類型發生轉換的面積共有38120km2，主要發生在草地與荒漠、其他生態系統之間;各生態系統類型的面積沒有太大改變。8a間，保護區生態系統服務總價值呈現明顯的增長趨勢，一共增加1.68×1010元;其中，農田、森林、草地和其他生態系統服務價值分別增加4.86×108元、6.12×108元、1.84×1010元和3.15×108元，水體與濕地和荒漠的生態系統服務價值分別減少2.14×109元和8.44×108元。2．生態系統服務價值變化的驅動因子是多方面的綜合因素。通過對主要生態系統類型的價值貢獻及其面積變化等情況進行分析可知，生態系統類型變化不是引起研究區生態系統服務價值大幅度上升的主要原因。不同生態系統類型的生態服務價值變化對各驅動因素的響應存在差異;保護區草地生態系統服務價值增加是受生態建設和氣候因子變化的雙重影響，森林、水體與濕地生態系統服務價值變化受氣候因子變化影響較深，而農田生態系統服務價值變化主要跟農田面積的擴大有關。

作者：賴敏吳紹洪戴爾阜尹云鶴潘韜趙東升單位：中國科學院地理科學與資源研究所中國科學院大學