基于生態(tài)服務(wù)價(jià)值的三江源生態(tài)工程成本效益分析

劉璐璐， 邵全琴， 曹 巍， 吳 丹， 鞏國(guó)麗， 樊江文

(1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101； 2. 成都大學(xué)建筑與土木 工程學(xué)院，四川 成都 610106; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049; 4. 環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京210042; 5. 山西省環(huán)境規(guī)劃院， 山西 太原 030024)

三江源區(qū)位于青藏高原腹地，是長(zhǎng)江、黃河及瀾滄江的發(fā)源地，被譽(yù)為“中華水塔”，是我國(guó)重要的生態(tài)屏障，同時(shí)也是全球生態(tài)環(huán)境十分敏感和脆弱的地區(qū)之一。受全球氣候變暖及日趨頻繁的人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的共同影響，近幾十年來三江源區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了嚴(yán)重的退化，已對(duì)我國(guó)黃河、長(zhǎng)江及瀾滄江中下游乃至亞洲東部地區(qū)的生態(tài)安全構(gòu)成威脅。2005年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)《青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)總體規(guī)劃》[1]，一期工程投資75億，2012年底已全部完成。工程建設(shè)布局以核心區(qū)為中心，是嚴(yán)格保護(hù)區(qū)域；第二層為緩沖區(qū)，是重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域；第三層為實(shí)驗(yàn)區(qū)，是一般保護(hù)區(qū)域(圖1)。生態(tài)工程的效益評(píng)價(jià)通常包括生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。針對(duì)三江源生態(tài)工程的生態(tài)效益，邵全琴等[2-3]開展了系統(tǒng)的評(píng)估。但是三江源生態(tài)工程的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)，尚未見到報(bào)道。

圖1 三江源區(qū)自然保護(hù)區(qū)空間分布圖Fig.1 Spatial distribution of natural reservation areas in the TRHR

Birch等[4]、Newton等[5]利用情景分析法基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分別針對(duì)拉美干旱地區(qū)森林生態(tài)恢復(fù)工程及英國(guó)弗羅姆河支流流域的生態(tài)修復(fù)工程的成本效益進(jìn)行了研究；Peh等[6]利用TESSA工具(Toolkit for ecosystem service site-based assessment)，評(píng)估了威肯沼澤自然保護(hù)區(qū)退化土地治理工程，發(fā)現(xiàn)工程可使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)凈增加MYM199 ha-1yr-1。但是，他們的研究都是將生態(tài)系統(tǒng)的變化及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的增加歸因于生態(tài)工程，忽視了氣候因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。

本研究通過核算2004年和2012年三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境、牧草供給和水供給等主要服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量，在采用模型模擬變量控制法厘定生態(tài)工程與氣候因子對(duì)生態(tài)成效貢獻(xiàn)率的基礎(chǔ)上，開展了三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程的成本效益分析，可為二期三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程的實(shí)施提供決策信息，同時(shí)為三江源區(qū)草地獎(jiǎng)補(bǔ)機(jī)制的實(shí)施和評(píng)估、三江源國(guó)家公園的建立以及三江源生態(tài)資產(chǎn)負(fù)債表的編制提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)物質(zhì)量采用降水貯存量法計(jì)算[7]。本研究改進(jìn)了該方法中的K值(產(chǎn)流降水量占降水總量的比例)和草地降雨徑流率R0。在物質(zhì)量估算中采用了項(xiàng)目組遙感解譯得到的2004年和2012年土地覆被數(shù)據(jù)[8-9]，以及1997—2012年13個(gè)國(guó)家臺(tái)站的日降水?dāng)?shù)據(jù)。利用直門達(dá)、沱沱河、吉邁、唐乃亥水文站1997—2012年的實(shí)測(cè)徑流量數(shù)據(jù)，對(duì)4個(gè)流域估算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證，R2系數(shù)均超過0.6。

水源涵養(yǎng)價(jià)值包括調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值和凈化水質(zhì)價(jià)值，估算方法采用替代工程法和防護(hù)費(fèi)用法[10]。水量?jī)r(jià)值采用水庫建設(shè)單位庫容投資額，為6.11元·t-1；水質(zhì)凈化費(fèi)用采用2.09元·t-1。

1.2 生態(tài)系統(tǒng)土壤保持服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

土壤水蝕模數(shù)采用修正的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation, RUSLE)計(jì)算[7]。本研究將降雨侵蝕力因子及草地覆蓋因子修正為半月尺度；在坡長(zhǎng)計(jì)算中充分考慮了坡面徑流的阻隔因素。在物質(zhì)量估算中采用了1997—2012年13個(gè)國(guó)家臺(tái)站的日降水?dāng)?shù)據(jù)，1：100 萬中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫的土壤數(shù)據(jù)包括土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)，SRTM3 V4.1(90米分辨率)DEM數(shù)據(jù)，1997—2000年的AVHRR NDVI和2000—2012年MODIS NDVI數(shù)據(jù)。利用沱沱河、吉邁以及直門達(dá)3個(gè)水文站1997-2012年5-10月的逐日輸沙量數(shù)據(jù)對(duì)估算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性驗(yàn)證，R2為0.72。

土壤保持價(jià)值包括固土價(jià)值及保肥價(jià)值，估算方法分別采用替代工程法及市場(chǎng)價(jià)格法[10]。固土價(jià)值采用挖取單位面積土方費(fèi)用，12.6元·m-3；保肥價(jià)值考慮了氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)，其中磷酸二銨含氮量14%，含磷量15.01%，氯化鉀含鉀量50%，磷酸二銨化肥價(jià)格為2 400元·t-1，氯化鉀化肥價(jià)格為2200元·t-1，有機(jī)質(zhì)價(jià)格為320元·t-1。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

土壤風(fēng)蝕模數(shù)采用修正的土壤風(fēng)蝕方程(revised wind erosion equation，RWEQ)計(jì)算[7]。本研究對(duì)方程中氣候因子(風(fēng)、土壤濕度、雪蓋)、地表土壤糙度因子(自由糙度)、植被因子(倒伏植被、農(nóng)作物直立殘茬、植被冠層)、結(jié)皮因子等進(jìn)行了參數(shù)本地化，考慮了月尺度和春冬季枯萎覆蓋度等。在物質(zhì)量估算過程中采用了1997—2012年國(guó)家臺(tái)站的日均風(fēng)速、降水、溫度、日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，中國(guó)西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的雪深數(shù)據(jù)集，實(shí)測(cè)不同土壤屬性下的土壤糙度以及上述土壤數(shù)據(jù)及NDVI數(shù)據(jù)。利用137Cs同位素法監(jiān)測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果多年均值進(jìn)行驗(yàn)證，R2為0.85。

防風(fēng)固沙價(jià)值估算方法與土壤保持價(jià)值估算方法一致。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧服務(wù)物質(zhì)量基于植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。在改進(jìn)遙感生產(chǎn)力模型(GLOPEM)的基礎(chǔ)上，基于大樣地循環(huán)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)調(diào)試[11]，繼而模擬得到三江源區(qū)1997—2012年每16天1km的植被NPP時(shí)空數(shù)據(jù)。模擬結(jié)果與野外采樣NPP 線性關(guān)系顯著(R2=0.93，P< 0.01)[12]。

固碳釋氧價(jià)值包括固碳價(jià)值以及釋氧價(jià)值，估算方法采用市場(chǎng)價(jià)格法[10]。固碳價(jià)格采用瑞典的碳稅率，每噸1200元；氧氣價(jià)格為1000元·t-1。

1.5 生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境服務(wù)物質(zhì)量采用分類參數(shù)法計(jì)算。在物質(zhì)量估算中，采用了項(xiàng)目組遙感解譯得到的2004年和2012年土地覆被數(shù)據(jù)[8-9]及各植被類型凈化大氣環(huán)境能力參數(shù)，主要來源于文獻(xiàn)搜集。

表1 各植被類型凈化大氣環(huán)境參數(shù)[13-15] Table 1 The parameters of purity air capacity of different vegetation types/ kg·hm-2·a-1

凈化大氣環(huán)境價(jià)值包括釋放負(fù)氧離子價(jià)值及吸收污染物和滯塵價(jià)值，分別采用生產(chǎn)成本法及防護(hù)費(fèi)用法進(jìn)行計(jì)算[10]。負(fù)氧離子生產(chǎn)費(fèi)用為5.82×10-18元·個(gè)-1，二氧化硫治理費(fèi)用為1.20元·kg-1，氟化物治理費(fèi)用為0.69元·kg-1，氮氧化物治理費(fèi)用為0.63元·kg-1，降塵清理費(fèi)用為0.15元·kg-1。

1.6 生態(tài)系統(tǒng)水供給服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

基于2004年及2012年唐乃亥站、吉邁站、直門達(dá)站、沱沱河站徑流量日觀測(cè)數(shù)據(jù)，估算三江源區(qū)向下游的水資源供給量。水供給價(jià)值估算方法采用替代工程法[10]，采用水庫建設(shè)單位庫容投資，為6.11元·t-1。

1.7 生態(tài)系統(tǒng)牧草供給服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量估算

基于上述NPP數(shù)據(jù)及各類草地植被地下部分生產(chǎn)力和地上部分生產(chǎn)力的比值，估算得到2004及2012年1km空間分辨率的草地產(chǎn)草量數(shù)據(jù)。方程中草地植被根系生物量和地上部分生產(chǎn)力參數(shù)分別采用2003—2005年在三江源區(qū)測(cè)定的高寒草甸、高寒草原和溫性草原等各類草地地下生物量和地上生產(chǎn)力的樣方數(shù)據(jù)，活根系生物量占總根系生物量比例取值0.79[16]。利用2006—2012年研究區(qū)195個(gè)草地觀測(cè)基礎(chǔ)站點(diǎn)和課題組路線調(diào)查得到的野外測(cè)定產(chǎn)草量，驗(yàn)證模型估算得到的產(chǎn)草量，具有較好的相關(guān)性(R2=0.54，P<0.01)[17]。

牧草供給服務(wù)價(jià)值采用市場(chǎng)價(jià)格法進(jìn)行計(jì)算，2004年牧草單價(jià)采用當(dāng)年平均值為1 500元·t-1，2012年牧草單價(jià)采用當(dāng)年平均值為2 000元·t-1。

1.8 工程與氣候貢獻(xiàn)的辨識(shí)方法

本文采用模型模擬變量控制法實(shí)現(xiàn)生態(tài)工程與氣候因子對(duì)生態(tài)成效貢獻(xiàn)率的厘定。在前述生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量計(jì)算模型(GLOPEM、RULSE、RWEQ、降水貯存量法等)中，通過輸入工程前(1997—2004年)、工程后(2005—2012年)多年平均氣候要素，估算平均氣候狀況下工程前、后的各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量變化，在不考慮其他非決定性因素的情況下，認(rèn)為其主要反映生態(tài)工程的影響。因此，對(duì)比平均氣候狀況和真實(shí)氣候狀況下工程實(shí)施前、后的服務(wù)量變化，可以分離出生態(tài)工程和氣候因子對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的貢獻(xiàn)率。具體公式如下：

(1)

(2)

式中：Cproject是生態(tài)工程的貢獻(xiàn)率，Cnature是氣候因子的貢獻(xiàn)率，GA_l、GA_p是平均氣候狀況下工程實(shí)施后和實(shí)施前的指標(biāo)量，GR_l、GR_p是真實(shí)氣候狀況下工程實(shí)施后和實(shí)施前的指標(biāo)量。

作為江河源頭區(qū)域，三江源區(qū)水供給變化主要受溫度升高造成的冰川融水、降水等氣候因子影響，因此本文中三江源區(qū)水供給服務(wù)的變化全部歸因于氣候因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值量變化

2004年，三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)總價(jià)值為7 339.25億元，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為202.18萬元·km-2，2012年總價(jià)值為9 711.48億元，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為267.53萬元·km-2，與2004年相比，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值增加了2 372.23億元，單位面積價(jià)值增加了65.35萬元·km-2。2004年，水供給服務(wù)價(jià)值最高，為1 797.93億元，其次是土壤保持服務(wù)，牧草供給服務(wù)最低，為226.68億元；2012年，水供給服務(wù)價(jià)值最高，為3 256.4億元，其次是水源涵養(yǎng)服務(wù)，牧草供給服務(wù)價(jià)值最低，為425.67億元；從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化來看，2004—2012年間，水供給價(jià)值增加最為明顯，增加1458.47億元，凈化大氣價(jià)值增加最少，為5.64億元(圖2)。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布來看，2004年及2012年三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量均呈現(xiàn)由東向西、由南向北遞減的趨勢(shì)；從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化的空間分布來看，中部增加最為明顯，西部及東南部局部區(qū)域有所減少(圖3)。

圖2 2004年、2012年三江源生態(tài)系統(tǒng)各主要服務(wù)價(jià)值量Fig.2 The value of the every ecosystem services in the TRHR between 2004 and 2012

圖3 2004年、2012年三江源生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值量空間分布及其變化規(guī)律Fig.3 The spatial distribution of the value of the ecosystem services and its change in the TRHR between 2004 and 2012

分區(qū)域單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來看，2004年，實(shí)驗(yàn)區(qū)最高，為167.57萬元·km-2，緩沖區(qū)最低，為155.08萬元·km-2；2012年，實(shí)驗(yàn)區(qū)最高，為214.62萬元·km-2，非保護(hù)區(qū)最低，為189.85萬元·km-2；從兩期變化來看，各區(qū)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都有所增加，其中緩沖區(qū)增加最為明顯，增加比例達(dá)到31.70%，非保護(hù)區(qū)升高比例最低，僅21.98%(圖4)。

圖4 三江源區(qū)不同區(qū)域2004年、2012年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及其變化Fig.4 Ecosystem services values of different zones between 2004 and 2012 in the TRHR

2.1.1水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)林、草生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)總價(jià)值為1 224.46億元，其中，調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)價(jià)值分別為912.4億元和312.06億元；2012年，水源涵養(yǎng)總價(jià)值為1 467.92億元，其中，調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)價(jià)值分別為1 093.81億元和374.11億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)243.46億元。從空間分布來看，三江源區(qū)水源涵養(yǎng)價(jià)值量呈現(xiàn)由東向西、由南向北遞減的趨勢(shì)，2012年與2004年相比，中部增加最為明顯，西部增加最少，西南角有少量減少(圖5)。

圖5 2004年、2012年三江源區(qū)林草生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)價(jià)值及其變化Fig.5 The value of water regulation and its change of forest and grass ecosystem in the TRHR between 2004 and 2012

2.1.2土壤保持服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)土壤保持總價(jià)值為1 302.06億元，2012年為1 451.74億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)149.68億元。從空間分布來看，三江源土壤保持價(jià)值量東部及中部?jī)r(jià)值稍高，西部最低，2012年與2004年相比，中部增加最明顯，其次為西部，東部地區(qū)局部減少(圖6)。

圖6 2004年、2012年三江源區(qū)土壤保持服務(wù)價(jià)值及其變化量Fig.6 The value of soil conservation and its change in the TRHR between 2004 and 2012

2.1.3防風(fēng)固沙服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固沙總價(jià)值為1 115.67億元，其中固土與保肥價(jià)值分別為116.45億元和999.21億元；2012年，防風(fēng)固沙總價(jià)值為1 133.12億元，其中固土和保肥價(jià)值分別為118.70億元和1 014.42億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)17.45億元。從空間分布來看，三江源防風(fēng)固沙價(jià)值量呈現(xiàn)由西向東遞減的趨勢(shì)，2012年與2004年相比，中西部和東部有少量增加，中部則減少，西南部減少最明顯(圖7)。

圖7 2004年、2012年三江源區(qū)防風(fēng)固沙服務(wù)價(jià)值及其變化Fig.7 The value of sand-fixing and its change in the TRHR between 2004 and 2012

2.1.4固碳釋氧服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧總價(jià)值為1 154.98億元，其中固碳和釋氧價(jià)值分別為357.47億元和797.52億元；2012年，固碳釋氧總價(jià)值為1 453.52億元，其中固碳和釋氧價(jià)值分別為451.09億元和1 002.42億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)298.54億元。從空間分布來看，三江源區(qū)固碳釋氧價(jià)值量呈現(xiàn)從東向西、從南到北遞減的趨勢(shì)，2012年與2004年相比，增加量呈現(xiàn)由東向西遞減的趨勢(shì)(圖8)。

圖8 2004年、2012年三江源區(qū)固碳釋氧服務(wù)價(jià)值及其變化Fig.8 The value of the carbon fixation and oxygen release and its change in the TRHR between 2004 and 2012

2.1.5凈化大氣環(huán)境服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)林、草、農(nóng)生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境總價(jià)值為517.47億元，2012年為523.11億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)5.64億元。從空間分布來看，三江源區(qū)凈化大氣環(huán)境價(jià)值量呈現(xiàn)從東向西遞減的趨勢(shì)(圖9)，2012年與2004年相比，變化較小。

圖9 2012年三江源區(qū)林草農(nóng)生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境服務(wù)價(jià)值Fig.9 The value of clean air service in the TRHR in 2012

2.1.6水供給服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源向下游水供給服務(wù)價(jià)值為1 797.93億元，2012年為3 256.4億元。2012年比2004凈增加1 458.47億元，且黃河流域增加最為明顯(表2)。水供給是三江源各生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值量增加最為明顯的，占全區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值量增加總量的50.21%。

表2 三江源水供給服務(wù)價(jià)值量Table 2 The value of water supply in the TRHR between 2004 and 2012 /108 yuan

2.1.7牧草供給服務(wù)價(jià)值量變化 2004年，三江源區(qū)牧草供給總價(jià)值為226.68億元，2012年為425.67億元。2012年比2004年凈增長(zhǎng)198.99億元。從空間分布來看，三江源區(qū)牧草供給服務(wù)價(jià)值量呈現(xiàn)從東向西、從南向北逐漸遞減的趨勢(shì)，2012年與2004年相比，全區(qū)大致呈增加態(tài)勢(shì)，從東向西逐漸遞減，西北地區(qū)有少量減少(圖10)。

2.2 三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程成本效益分析

2.2.1氣候與生態(tài)工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化的貢獻(xiàn)率辨識(shí) 依據(jù)真實(shí)與平均氣候狀況下，生態(tài)工程實(shí)施前、后各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)物質(zhì)量的變化，計(jì)算得到生態(tài)工程及氣候因子對(duì)生態(tài)成效的貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表3。真實(shí)與平均氣候狀況下，工程實(shí)施前、后NPP變化量分別為21.79和13.49 g C·m-2·yr-1，因而生態(tài)工程對(duì)NPP增加的貢獻(xiàn)率為61.9%，氣候因子的貢獻(xiàn)率為38.1%；因牧草供給、固碳釋氧基于NPP數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，所以參考生態(tài)工程與氣候?qū)PP的影響貢獻(xiàn)率，凈化大氣環(huán)境服務(wù)也參考此數(shù)據(jù)。兩種氣候狀況下，工程實(shí)施前、后水源涵養(yǎng)量變化量分別為22.22和5.34億m3·yr-1，說明生態(tài)工程對(duì)三江源區(qū)林草生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)增加的貢獻(xiàn)率是24%，氣候因子貢獻(xiàn)了76%。兩種氣候狀況下，工程實(shí)施前、后土壤水蝕變化量分別為2000和-1600萬t·yr-1，說明生態(tài)工程實(shí)施后由于植被好轉(zhuǎn)從而減少土壤水蝕的貢獻(xiàn)達(dá)到80%，然而降水量增加導(dǎo)致降水侵蝕力增強(qiáng)(工程實(shí)施前8年，三江源區(qū)多年平均降雨侵蝕力為1 061 MJ·mm·hm-2·h-1·yr-1，工程實(shí)施后8年，增加至1 263 MJ·mm·hm-2·h-1·yr-1，增幅達(dá)到19%)從而增加土壤水蝕量，氣候因子對(duì)土壤水蝕的影響達(dá)到180%，因此生態(tài)工程對(duì)土壤保持服務(wù)變化的貢獻(xiàn)率為180%，氣候因子的貢獻(xiàn)為負(fù)效應(yīng)為80%。兩種氣候狀況下，工程實(shí)施前、后土壤風(fēng)蝕變化量分別為-25.91和-587.87萬t·yr-1，說明生態(tài)工程實(shí)施后減少土壤風(fēng)蝕的貢獻(xiàn)達(dá)到2 269.01%，氣候因子對(duì)土壤風(fēng)蝕量增加的影響達(dá)到2 169.01%，因此生態(tài)工程對(duì)防風(fēng)固沙服務(wù)變化的貢獻(xiàn)率為2 269.01%，氣候因子的貢獻(xiàn)為負(fù)效應(yīng)達(dá)到2 169.01%。

圖10 2004年、2012年三江源區(qū)牧草供給服務(wù)價(jià)值及其變化Fig.10 The value of the pasture supply service and its change in the TRHR between 2004 and 2012

表3 三江源生態(tài)工程及氣候?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)影響貢獻(xiàn)率辨識(shí)Table 3 The contribution rates of the ecological protection and climate on the change of ecosystem services in the TRHR

評(píng)估指標(biāo)Indicators工程實(shí)施前、后的變化量The change before and after the projects生態(tài)工程貢獻(xiàn)Contributions of the projects氣候變化貢獻(xiàn)Contributions of the climate change真實(shí)氣候狀況Real climate condition平均氣候狀況Average climate condition貢獻(xiàn)率Contribution rates/%貢獻(xiàn)率Contribution rates/%植被凈初級(jí)生產(chǎn)力Metprimary productivity /gC·m-2 ·yr-121.7913.4961.90 38.10水源涵養(yǎng)量Water regulation/億m3·yr-122.22 5.3424.03 75.97土壤水蝕量Soil water erosion/萬t·yr-12 000-1 600-80.00*180.00*土壤風(fēng)蝕量Soil wind erosion/萬t·yr-1-25.91-587.87-2 269.01*2 169.01*水供給Water supply/億m3238.50----100.00

注：*正值表示驅(qū)動(dòng)因子使得土壤水蝕及風(fēng)蝕量增加；負(fù)值表示驅(qū)動(dòng)因子使得土壤水蝕及風(fēng)蝕量減少

Note:*Positive value represents that driving factors increase soil loss volume, and negative value represents that driving factors decrease soil loss volume

2.2.2生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程成本效益核算 根據(jù)以上對(duì)三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值量的核算及生態(tài)工程與氣候因子貢獻(xiàn)率的厘定，可得出2004—2012年間，生態(tài)工程的實(shí)施使得三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值增加1 035.32億元，其中水源涵養(yǎng)價(jià)值量增加58.50億元，土壤保持價(jià)值量增加269.42億元，防風(fēng)固沙價(jià)值量增加395.94億元，固碳釋氧價(jià)值量增加184.80億元，凈化大氣環(huán)境價(jià)值增加3.49億元，牧草供給123.17億元(表4)。因此，生態(tài)工程的實(shí)施，對(duì)防風(fēng)固沙服務(wù)的影響最大，其次為土壤保持服務(wù)，影響最小的為凈化大氣環(huán)境服務(wù)。

表4 2004—2012年三江源主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量變化及生態(tài)工程和氣候變化貢獻(xiàn)量Table 4 The value change of ecosystem services and the contribution of ecological protection and climate in the TRHR from 2004 to 2012/108 yuan

注：*正值表示驅(qū)動(dòng)因子使得土壤保持及防風(fēng)固沙服務(wù)價(jià)值增加，負(fù)值表示驅(qū)動(dòng)因子使得土壤保持及防風(fēng)固沙服務(wù)價(jià)值減少

Note:*Positive value represents that driving factors increase soil conservation and sand-fixing volume, and negative value represents that driving factors decrease soil conservation and sand-fixing volume

總之，2004—2012年，三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)效益為1 035.32億元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加總量的43.64%，其投入產(chǎn)出比為1:13.73。扣除成本后，得出生態(tài)保護(hù)與建設(shè)工程的凈經(jīng)濟(jì)效益為959.92億元，遠(yuǎn)高于其投入成本。

3 討論與結(jié)論

本研究通過核算2004年和2012年三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境、牧草供給和水供給等主要服務(wù)物質(zhì)量和價(jià)值量，在采用模型模擬變量控制法厘定生態(tài)工程與氣候因子對(duì)生態(tài)成效貢獻(xiàn)率的基礎(chǔ)上，開展了三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程的成本效益分析。結(jié)果表明：(1)2004年，三江源生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)價(jià)值為7 339.25億元，2012年為9 711.48億元，增加了2 372.23億元，其中水供給增加最為顯著；(2)三江源區(qū)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高于非自然保護(hù)區(qū)，且工程實(shí)施后，自然保護(hù)區(qū)內(nèi)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加比例高于非自然保護(hù)區(qū)；(3)生態(tài)工程的實(shí)施對(duì)防風(fēng)固沙服務(wù)的影響最大，其次為土壤保持服務(wù)，影響最小的為凈化大氣環(huán)境服務(wù)；(4)三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加1 035.32億元，占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增加總量的43.64%，其投入產(chǎn)出比為1:13.73，凈經(jīng)濟(jì)效益為959.92億元。

作為“中華水塔”、我國(guó)三條大江大河的源頭，三江源區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)包括以初級(jí)生產(chǎn)力為基礎(chǔ)的支持功能、以水和牧草供給為核心的供給功能，以及水源涵養(yǎng)和碳調(diào)節(jié)為主要內(nèi)容的調(diào)節(jié)功能[3]。因此，本研究?jī)H選取水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境、水供給及牧草供給7項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)來進(jìn)行三江源生態(tài)工程的成本效益分析。其中，水源涵養(yǎng)的實(shí)質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)降雨進(jìn)行再分配的復(fù)雜過程[18]，與水供給功能存在一定程度的重復(fù)計(jì)算，下一步研究中將對(duì)兩種服務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分。三江源區(qū)植被恢復(fù)實(shí)際受生態(tài)工程與氣候變化(降水增加、氣溫上升)兩方面的影響，盡管平均氣候狀況下，工程實(shí)施前、后的氣候要素不變，但GLOPEM、RULSE、水源涵養(yǎng)模型中均有NDVI等植被因子的輸入，植被因子的變化仍然部分反映了氣候變化的影響，從而有可能造成生態(tài)工程的貢獻(xiàn)率高估，下一步研究中將對(duì)貢獻(xiàn)率厘定方法作進(jìn)一步改進(jìn)。同時(shí)，三江源區(qū)生物多樣性維持服務(wù)是該區(qū)域非常重要的一項(xiàng)服務(wù)，其變化主要受氣候因素對(duì)棲息地的連通度、破碎度、隱蔽性等景觀尺度上的影響及可提供食量的影響，以及生態(tài)工程對(duì)動(dòng)植物的直接保護(hù)影響，如禁獵、禁漁、野外巡護(hù)等，因受數(shù)據(jù)獲取、模型模擬等限制，本文暫未將生物多樣性維持進(jìn)行定量分析。

雖然三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程一期項(xiàng)目的實(shí)施使得生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢(shì)得到初步遏制，并逐漸向良性方向發(fā)展，但生態(tài)系統(tǒng)全面恢復(fù)尚需時(shí)日。例如，草地恢復(fù)處于震蕩恢復(fù)過程[19]，過牧超載現(xiàn)象依然很嚴(yán)重，這是造成草地退化的一項(xiàng)關(guān)鍵因素[20]；降雨的增加在促進(jìn)植被生長(zhǎng)的同時(shí)，也造成了降雨侵蝕力的明顯提高[21]，且生態(tài)工程的實(shí)施尚未遏制土壤水蝕增加的趨勢(shì)(表3)；對(duì)下游供水能力顯著增強(qiáng)，除因降水量增加外，還主要因?yàn)闅鉁厣仙龑?dǎo)致該區(qū)冰川、永久積雪和凍土加速融化，造成了徑流增加，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度，是不可持續(xù)的，同時(shí)還會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)平衡造成威脅。因此，在二期工程中，生態(tài)保護(hù)應(yīng)向常態(tài)化、持續(xù)性保護(hù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)工程的精準(zhǔn)空間規(guī)劃，加強(qiáng)工程項(xiàng)目的針對(duì)性。