基于當量因子法的甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

潘冬榮，閆浩文，韓天虎，孫 斌，姜佳昌，柳小妮，李 霞，王紅霞

（1.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省草原技術(shù)推廣總站，甘肅 蘭州 730046；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅 蘭州 730070）

生態(tài)系統(tǒng)服務價值巨大，科學估算將會使人們更加意識到保護生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要性[1-3]。通過生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的估算，可將生態(tài)保護的目標整合到經(jīng)濟社會決策之中[4]。自1990年至今，我國學者積極開展了對生態(tài)系統(tǒng)服務在概念[5]、功能分類體系[6-7]、不同生態(tài)系統(tǒng)類型[8-13]、評價指標[14-17]、評估方式[18]、研究現(xiàn)狀[19-20]等方面的學習和探索。謝高地等[21]通過意愿調(diào)查法，并針對中國國情，結(jié)合Costanza 和國內(nèi)眾多學者成果，調(diào)整了生態(tài)系統(tǒng)服務類型的劃分，制定了中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子。之后，各地關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的研究快速展開[22-23]。

當前生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算主要有基于單位生態(tài)系統(tǒng)服務產(chǎn)品價格法和基于單位面積價值當量因子法。完全基于單位生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品價格法對數(shù)據(jù)要求較高，計算復雜，只有在數(shù)據(jù)量較充實的情況下才能應用?；趩挝幻娣e價值當量因子法設定單位生態(tài)系統(tǒng)為提供生態(tài)服務產(chǎn)品的標準功能單元，相對較為簡單，易于廣泛應用，結(jié)果也便于比較，可作為一種生態(tài)系統(tǒng)服務價值快速估算的方法。天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值與其類型關(guān)系密切，我國草原類型多樣，區(qū)域草原平均生物量不同，因而，不同區(qū)域各類草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值差異較大。利用區(qū)域不同類草原生物量和主要糧食單產(chǎn)、單價訂正草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價，使得草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算更加準確。

甘肅省是中國六大牧區(qū)之一，地處內(nèi)蒙古高原、黃土高原和青藏高原的交匯地帶，地理環(huán)境復雜，自然資源豐富[5]。天然草原是甘肅面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，草叢、草原、草甸、荒漠俱全[24]，不僅是重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，也是全省乃至全國重要的生態(tài)屏障。在生態(tài)文明背景下，草原的功能定位發(fā)生了重大變化，草原生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務功能越來越受到關(guān)注，開展保護甘肅草原生態(tài)環(huán)境的研究與實踐工作，加強草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究，對草原生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。已有對天?？h[25]、甘南州[26]、瑪曲縣[27]草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值的定量評估，然而大多停留在定性描述階段，尚缺乏甘肅省空間大尺度的草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值定量評估研究。

本研究基于單位面積價值當量因子法，利用甘肅省各類草原生物量對謝高地等[21]提出的中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子進行訂正，修正了甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能當量價值，計算了甘肅省草原生態(tài)服務功能價值，明確了甘肅草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值遠大于其提供的生物量價值，以期為甘肅制定生態(tài)保護規(guī)劃與管理制度以及草原保護政策提供可靠參考和依據(jù)，促進人地和諧和可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處我國西北部，位于黃河上游，介于92°13′ – 108°46′ E，32°11′ – 42°57′ N，東接陜西，南鄰四川，西連青海、新疆，北靠內(nèi)蒙古、寧夏并與蒙古人民共和國接壤[24]。地形狹長，東西蜿蜒1 600 km，全省面積45.37 × 104hm2，占中國總面積的4.72%。天然草原主要分布在甘南草原、祁連山地、西秦嶺、馬山、岷山、哈思山、關(guān)山等地，這些地方海拔一般在2 400～4 200 m，氣候高寒陰濕，特別是海拔3 000 m以上的地區(qū)牧草生長季節(jié)短，枯草期長[5]。甘肅省深居內(nèi)陸，具有明顯的溫帶大陸性季風氣候。氣候類型十分復雜，大致由隴南的北亞熱帶與暖溫帶濕潤區(qū)逐漸向隴中暖溫帶半濕潤與溫帶半干旱區(qū)，河西溫帶、暖溫帶干旱區(qū)及祁連山地高寒半干旱、半濕潤區(qū)，甘南高寒濕潤區(qū)過渡。年均溫0～16 ℃，溫差較大；年均降水量差異較大，在36.6～734.9 mm，從東南向西北遞減，降水集中在6月 – 8月[28]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

甘肅省主要糧食作物的播種面積、單產(chǎn)、單價選擇與草原普查數(shù)據(jù)同期的2016年數(shù)據(jù)(表1)，取自《甘肅發(fā)展年鑒2017》和《中國糧食年鑒2017》。根據(jù)甘肅省2013 – 2016年草原普查基礎數(shù)據(jù)，和農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 2997?2016《草地分類》，甘肅省天然草原劃分為8 種類型，總面積為2 567.68 ×104hm?2，平均生物量為1 657.84 kg·hm2(表2)。

表1 甘肅省主要糧食作物基礎數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of major food crops in Gansu Province

表2 甘肅省天然草原基礎數(shù)據(jù)Table 2 Basic data of natural grasslands in Gansu Province

1.3 研究方法

生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的價值，經(jīng)過綜合比較分析，一個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值等于當年全國糧食單產(chǎn)市場價值的1/7[21]。本研究利用公式(1) 和甘肅省主要糧食作物基礎數(shù)據(jù)(表1)，計算出甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值為2 359.43 元。

式中：M為甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子的價值；m為甘肅省主要糧食的平均單價；n為甘肅省2016年1 hm2糧食的平均產(chǎn)量；利用公式(2)結(jié)合謝高地等[21]制訂的中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量計算出甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價(表3)。

表3 甘肅省天然草原單位面積生態(tài)服務價值Table 3 Ecosystem service value per unit area of natural grasslands in Gansu Province CNY·hm?2

式中：Pi為甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價；M為甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務功能當量因子的價值；di為不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值當量因子；i=1, 2, 3, …, 9，分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

利用公式(3)和甘肅省不同草原類生物量數(shù)據(jù)(表2)計算甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值。

式中：Pij為甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值；bj為j類草原的生物量；B為全省草原單位面積平均生物量；Pi為甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價；i= 1, 2, 3,…, 9，分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務功能；j= 1, 2, 3,…, 8，分別代表溫性草原、高寒草原、溫性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草叢、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 個甘肅天然草原類。

利用公式(4)和草原面積計算出甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)總服務價值。

式中：Tij為甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)總服務價值；Pij為甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值；Aj為甘肅省不同草原類面積；i= 1, 2, 3,…, 9，分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務功能；j= 1, 2,3,…, 8，分別代表溫性草原、高寒草原、溫性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草叢、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 個甘肅天然草原類。

2 結(jié)果

2.1 草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價

甘肅省天然草原提供的食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀的生態(tài)系統(tǒng)服務功能基準單價分別為1 014.56、849.40、3 529.15、3 680.34、3 114.45、5 285.13、4 412.14 和2 052.71 元。在各項價值中，食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的價值最低，其總和為1 863.96 元·hm?2，尚不及提供美學景觀的價值。保持土壤的價值最高，分別為食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價值的5.2 倍和6.2 倍；維持生物多樣性的價值為食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價值的4.3 倍和5.2 倍；其他功能的價值均在食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價值的3.1 倍和3.7 倍以上。

2.2 不同草原類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值

甘肅省各草原類的生物量不同，其生態(tài)系統(tǒng)服務價值也不同(表3)。其中，暖性灌草叢單位面積生態(tài)服務價值最高，為84 418.28 元·hm?2；溫性荒漠單位面積生態(tài)服務價值最低，為10 120.21 元·hm?2。單位面積生態(tài)服務價值排序為暖性灌草叢 > 山地草甸 > 高寒草甸 > 低地草甸 > 溫性草原 > 高寒草原 >高寒荒漠 > 溫性荒漠(圖1)。

2.3 草原生態(tài)系統(tǒng)服務總價值

結(jié)合甘肅省不同類草原面積，計算出全省各類草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值(表4)。甘肅省天然草原生態(tài)服務功能總價值7 069.73 × 108元，為全省畜牧業(yè)總產(chǎn)值(數(shù)據(jù)來自《甘肅發(fā)展年鑒2017》) 395.57 ×108元的23 倍，約等于甘肅省2016年國民生產(chǎn)總值(gross domestic product, GDP)，可見，甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務價值極大。

表4 甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務總價值Table 4 Total ecosystem service value of natural grasslands in Gansu Province× 108 CNY

各項價值中，供給服務(包括食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn))價值為478.59 × 108元，僅占生態(tài)系統(tǒng)服務總價值的6.77%；調(diào)節(jié)服務(包括氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和水文調(diào)節(jié)) 價值為3 574.24 × 108元，占總價值的50.55%；支持服務(包括保持土壤和維持生物多樣性)價值為2 489.85 × 108元，占總價值的35.22%；文化服務(提供美學景觀)價值為527.05 × 108元，占總價值的7.46%。

2.4 不同草原類對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貢獻率

不同草原類對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的貢獻率不同(圖2)，高寒草甸生態(tài)服務價值最高，為1 733.27 ×108元，貢獻率為24.52%；高寒荒漠生態(tài)服務價值最低，為58.51 × 108元，貢獻率為0.83%。各草原類型生態(tài)服務價值貢獻率排序為高寒草甸 > 溫性草原 >溫性荒漠 > 山地草甸 > 暖性灌草叢 > 低地草甸 >高寒草原 > 溫性荒漠。

圖2 甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)服務價值貢獻率Figure 2 Contribution rates of the ecosystem service values of different grassland types in Gansu Province

3 討論

準確地估算生態(tài)系統(tǒng)服務功能的巨大價值，將會使人們意識到保護生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要性[29]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務價值的估算一直是生態(tài)學研究的難點[30]，目前仍沒有一套生態(tài)學家和經(jīng)濟學家公認的統(tǒng)一方法。單位面積價值當量因子法因參數(shù)簡單易于獲得、結(jié)果便于比較而被廣泛應用。本研究利用甘肅省各草原類的草產(chǎn)量數(shù)據(jù)對謝高地等[21]的中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量進行訂正，計算了甘肅省各草原類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值，估算出甘肅省草原生態(tài)服務價值為7 069.73 × 108元，這說明甘肅省草原生態(tài)服務功能價值巨大，各級各部門應該重視甘肅草原生態(tài)狀況，大力保護草原生態(tài)安全。

本研究計算的甘肅草原生態(tài)服務價值約等于甘肅省2016年GDP，謝高地等[31]估算出中國2010年生態(tài)系統(tǒng)服務價值為38.10 × 1012元，2010年中國GDP 為40.12 × 1012元，GDP 和生態(tài) 系統(tǒng)服務價值接近1 ? 1，這與本研究結(jié)果相近。

甘肅省不同類型草原中，暖性灌草叢單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高，這主要是因為暖性灌草叢單位面積的生物量較高，其各項服務單價都較高；高寒草甸和溫性草原的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值較高，主要是因為高寒草甸和溫性草原分布面積較大。而暖性灌草叢僅在隴南、平?jīng)?、慶陽地區(qū)有分布，面積較小。因此，高寒草甸和溫性草原的生態(tài)系統(tǒng)服務總價值高于暖性灌草叢。說明生態(tài)系統(tǒng)服務總價值是由面積和單價共同決定。

本研究估算甘肅省溫性荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為1 251.95 × 108元，僅是程磊磊等[32]估算的2014年甘肅省荒漠生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務價值 (5 327.1 × 108元)的1/4，這主要是因為程磊磊定義的荒漠生態(tài)系統(tǒng)包含沙漠、沙地和戈壁，而本研究中的溫性荒漠僅指荒漠草原。本研究結(jié)果表明，甘肅省溫性荒漠單位面積生態(tài)系統(tǒng)約為暖性灌草叢的1/8，但其分布面積大，生態(tài)系統(tǒng)服務總價值為暖性灌草叢的2.8 倍，對甘肅省生態(tài)安全的作用也不可忽視。張學斌等[33]研究發(fā)現(xiàn)，張掖市的單項生態(tài)系統(tǒng)服務價值以水文調(diào)節(jié)最高，而本研究發(fā)現(xiàn)甘肅省的草原單項生態(tài)服務價值以土壤保持價值最高，主要是因為從全省層面來說甘肅省草原的土壤保持價值作用較大，而張掖市濕地面積較大，因此水源涵養(yǎng)作用最強。

對草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行貨幣化評估是提高認識草原生態(tài)系統(tǒng)重要性的一種有效途徑，當前基礎數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失及數(shù)據(jù)的準確性是影響生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估的主要因素，本研究僅用當量因子法估算了甘肅省草原生態(tài)服務價值，在后續(xù)研究中，需利用3S 技術(shù)做強、做細生態(tài)監(jiān)測，獲取動態(tài)、定量、實時和實地監(jiān)測信息，利用多種方法準確、全面地評估甘肅省草原生態(tài)服務功能、服務價值和生態(tài)恢復工程的生態(tài)效益及有效性，為甘肅省草原生態(tài)安全保護政策的制定提供科學依據(jù)。

4 結(jié)論

甘肅省溫性荒漠單位面積生態(tài)服務價值最低，但其分布廣泛，生態(tài)系統(tǒng)總服務價值較高；甘肅省草原生態(tài)服務總價值是其2016年畜牧業(yè)總產(chǎn)值的23 倍，約等于其2016年GDP；甘肅省高寒草甸生態(tài)服務總價值最高，高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務總價值最低。