甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)效益評價研究

蘇軍德, 蒲濟林, 李國霞, 趙曉冏

甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)效益評價研究

蘇軍德1, *, 蒲濟林1, 李國霞1, 趙曉冏2, 3

1. 甘肅有色冶金職業(yè)技術學院, 金昌 737100 2. 甘肅省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院, 蘭州 730000 3. 中國科學院, 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院, 蘭州 730000

為了對甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)效益進行定量評估, 分別運用替代工程法、歷史比較法、碳稅法、市場經濟法對研究區(qū)內水源涵養(yǎng)、固土保肥、固碳釋氧、凈化大氣等生態(tài)服務價值和森林直接經濟價值進行了計算。結果表明, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)內不同植被生態(tài)服務價值具有明顯的差異, 其中草地最高, 達426.80億元, 疏林地最低, 為6.31億元, 但喬木林單位面積生態(tài)服務功能價值最高; 固土保肥和固碳釋氧是甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的主要功能, 它們的生態(tài)服務價值占總價值的95.13%, 凈化大氣貢獻比例較低, 占總價值的0.31%; 總體來看, 生態(tài)服務價值(789.28億元)明顯高于直接經濟價值, 二者之比約為16:1。研究成果將會為區(qū)域自然資源和生態(tài)經濟的可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術保障。

祁連山; 生態(tài)服務功能; 森林生態(tài)系統(tǒng); 經濟價值

0 前言

森林生態(tài)系統(tǒng)作為一個結構復雜, 物種多樣的巨大系統(tǒng), 在調節(jié)區(qū)域氣候和維持區(qū)域平衡方面有重要的意義[1]。但近年來, 隨著人類活動的加劇和全球氣候的變化, 森林生態(tài)系統(tǒng)面臨著諸如水源涵養(yǎng)能力變差、抗干擾性變弱、生物多樣性降低等各種問題和壓力, 直接影響著人類社會經濟的高速發(fā)展[2], 同時也引起了全社會和科學界的高度關注。為此, 對森林生態(tài)系統(tǒng)的服務價值進行客觀評價, 對于加強人們對森林生態(tài)效益的保護意識, 協調經濟發(fā)展和環(huán)境保護之間的關系都具有重要的現實意義。

祁連山地處青藏高原東北部, 位于西北干旱半干旱地區(qū), 是河西走廊主要河流的發(fā)源地和綠洲的水源地, 其特殊的地理位置和氣候條件, 形成了與濕地、山地冰川、高寒草甸等共生的復合生態(tài)系統(tǒng), 在維護我國西北生態(tài)安全和促進區(qū)域社會經濟發(fā)展方面起著十分重要的作用。由此可見, 對祁連山生態(tài)系統(tǒng)效益進行科學合理的評價, 對了解祁連山生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化、服務功能特征及其驅動機制具有重要的作用, 同時也可為制定區(qū)域內森林補償機制奠定理論基礎, 進而實現區(qū)域內自然資源與社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。近年來, 眾多學者對祁連山區(qū)生態(tài)服務功能進行了評價研究, 如湯萃文等運用能值理論分析法評估了祁連山北坡東段的哈溪林區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能[3]; 蘇泓宇對祁連山中部的祁連縣生態(tài)系統(tǒng)服務功能和生態(tài)敏感性進行了評價[4]; 趙宇豪基于InVEST模型評價了祁連山中段天澇池流域的生態(tài)系統(tǒng)服務功能[5]。但上述研究只針對祁連山部分域內的生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行了評價, 對甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的評價研究還相對較少。本文將運用第九次全國森林資源調查數據, 從生態(tài)、經濟等方面對甘肅祁連山國家自然保護區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)效益進行評價研究, 進而分析和掌握甘肅祁連山國家自然保護區(qū)森林資源的動態(tài)變化, 為區(qū)域內經濟的可持續(xù)發(fā)展提供對策建議, 為區(qū)域內科學合理的制定森林生態(tài)效益補償標準奠定堅實的理論基礎和提供一定的技術保障。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅祁連山國家自然保護區(qū)位于甘肅省境內祁連山北坡的中、東地段, 介于97°23′34″—103°45′49″ E、36°29′57″—39°43′ 39″N之間, 總面積為198.72萬hm2, 功能區(qū)劃分為核心區(qū)50.41萬hm2, 緩沖區(qū)38.74萬hm2, 試驗區(qū)109.57萬hm2?，F有林地87.4萬hm2, 其中喬木林16.86萬hm2, 疏林地1.41萬hm2, 灌木林地57.49萬hm2, 其余為未成年林地、無立木林地和宜林地[6]。研究區(qū)具有典型的大陸性氣候特征, 年均溫為6 ℃, 年降水量約為300—700 mm, 集中分布在5—9月, 年蒸發(fā)量為1234.2 mm, 無霜期為110 d[7]。區(qū)域內森林主要分布在海拔2300—3300 m之間, 主要由青海云杉林、灌木林和少量的祁連圓柏、樺木和山楊林。草原有草甸草原、荒漠草原和高寒草原, 區(qū)域內植被生長良好, 森林覆蓋率達28.8%。土壤以山地森林灰褐土、草原栗鈣土、亞高山灌叢草甸土為主。社會經濟方面, 研究區(qū)內共有8個縣(區(qū)), 53個鄉(xiāng)鎮(zhèn), 耕地面積約4.8萬hm2, 農業(yè)人口約14.1萬人, 農業(yè)總產值為1.16×106萬元, 占總產值的68.7%[8]。

1.2 研究方法

森林生態(tài)系統(tǒng)服務包括直接價值和間接經濟價值, 直接價值為木材價值, 間接經濟價值包括涵養(yǎng)水源、固土保肥、固碳釋氧和凈化大氣四個方面。

1.2.1 森林間接價值

1.2.1.1 涵養(yǎng)水源價值量計算

調節(jié)水量和凈化水質是涵養(yǎng)水源功能價值的主要體現, 其分別用水庫工程的需水量成本和城市居民用水的平均價格進行計算[9], 其方法如下:

1.2.1.2 固土保肥價值量計算

森林的固土主要體現在對土壤的固定及減少土壤侵蝕的能力, 保肥主要是提高或保持土壤肥力的能力, 通常用土壤中肥料三要素及有機質含量來表示。本文采用如下方法進行計算:

1.2.1.3 固碳釋氧價值量計算

本文采用碳稅法對固碳和工業(yè)制氧法對釋氧進行評估, 其計算方法如下:

1.2.1.4 凈化空氣、阻滯粉塵的價值評估

土壤環(huán)境價值量主要體現在森林生態(tài)系統(tǒng)對氮氧化物、二氧化硫的吸收以及對空氣中塵埃物質的阻滯, 本文將從林分對氮氧化物、二氧化硫的吸收以及對塵埃物質的阻滯三方面進行計算, 其計算方法如下[12]:

1.2.2 森林直接經濟價值評估方法

森林經濟價值, 也稱為直接價值, 一般用立木價值進行評估, 計算方法如下:

2 結果與分析

2.1 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)價值估算分析

2.1.1 涵養(yǎng)水源價值估算 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)不同植被涵養(yǎng)水源功能價值有明顯的差異(表1), 其中灌木林最大, 為17.06×108m3·a–1, 每年產生的價值為22.65×108元, 占涵養(yǎng)水源總價值的62.93%; 疏林地最小, 為0.57×108m3·a–1, 每年產生的價值為0.55×108元, 占涵養(yǎng)水源總價值的1.53%。但由于不同植被在研究區(qū)內分布面積有所差異, 其單位面積涵養(yǎng)水源的價值也有所不同, 草地分布面積最廣, 為12.52×105hm2, 但單位每公頃涵養(yǎng)水源價值最小, 為414.88元; 喬木林分布面積相對較小, 但單位每公頃涵養(yǎng)水源價值最高, 為4491.42元; 灌木林和疏林地單位每公頃涵養(yǎng)水源價值分別為3937.80元和3921.43元。這充分說明植物涵養(yǎng)水源的功能與植被根系和土壤層密切相關, 其中草地在涵養(yǎng)水源方面所起的作用不大, 喬木林雖涵養(yǎng)水源能力較強, 但由于在研究區(qū)分布面積較小, 涵養(yǎng)水源的功能遠不如灌木林。

2.1.2 保育土壤價值估算 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)不同植被的固土保肥能力有明顯的差異(表1), 在固土方面, 灌木林的固土能力最強, 疏林地的固土能力最差, 固土量分別為2.43×108t·a–1和0.08× 108t·a–1, 產生的經濟價值分別為15.18×108元和0.30×108元; 具體表現為灌木林＞喬木林＞草地＞疏林地。在保肥方面, 每年固定的氮量、鉀量、磷量和有機質含量分別為74.39×104t、48.40×104t、602.33×104t和2367.49×104t, 產生的經濟價值為498.10×108元。總體來看, 研究區(qū)每年固土保肥量為4.48×108t, 產生的經濟價值為520.85×108元。

2.1.3 固氮釋氧價值估算 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)每年的固碳量和釋氧量分別為42.27× 104t和808.02×104t, 產生的經濟價值分別為136.12×108元和93.88×108元(表1)。喬木和灌木的固碳能力較強, 每年的固碳量分別為21.02×104t和14.60×104t, 但草地由于分布面積較大, 其固碳產生的經濟價值較高, 為111.84×108元; 與固碳所不同的是草地釋氧能力較強, 每年釋放氧氣604.69×104t, 其次是喬木、灌木和疏林地, 釋氧量分別為170.23× 104t、27.20×104t和5.90×104t。

表1 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)價值估算

2.1.4 凈化大氣價值估算 植被凈化大氣功能主要包括吸收空氣污染物和滯塵兩個方面, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)吸收空氣污染物和滯塵量分別為2.07×108t·a–1和0.14×108t·a–1, 產生的經濟價值分別為2.45×108元和0.02×108元。不同植被間, 草地對空氣污染物的吸收量較大, 為0.87×108t·a–1, 其次是灌木林、喬木林和疏林地, 對空氣污染物的吸收量分別為0.72×108t·a–1、0.46×108t·a–1和0.02×108t·a–1(表1); 與其他評價指標相比, 所有林分的滯塵能力都相對較弱, 產生的經濟價值也相對較低。

2.2 祁連山自然保護區(qū)森林直接經濟價值估算分析

森林生態(tài)系統(tǒng)的直接經濟價值通常以森林立木林價計算, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)森林每年的直接經濟價值為49.97×108元, 但不同樹種的直接經濟價值存在明顯的差異(表2), 相比闊葉樹種, 針葉樹種直接經濟價值較高, 為48.53×108元, 占總價值的97.11%。從單個樹種來看, 云杉的蓄積量最高, 為22.96×105m3, 產生的直接經濟價值為44.89×108元, 占總價值的89.83%; 柳樹、榆樹、落葉松和四旁樹, 由于年凈生長量較小, 木材蓄積量較少, 產生的直接經濟價值也較低, 分別為1.5×104元、0. 7×103元、3.2×105元和6.8×105元。

表2 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)森林直接經濟價值估算

3 討論

3.1 不同植被生態(tài)服務功能價值特征

不同植被類型由于具有不同的生態(tài)學特征, 對外界環(huán)境的應對方式也各有差異, 進而產生的生態(tài)服務價值也明顯不同。甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)每年的生態(tài)服務功能總價值為789.28億元, 單位面積提供的生態(tài)服務價值為39.26億元/hm2, 是其直接經濟價值的15.79倍。相比其他植被, 草地生態(tài)服務價值最高, 占研究區(qū)生態(tài)服務功能價值總量的54.07%。草地較高的生態(tài)服務價值除與分布面積較廣外, 還因為草本植物根系與土壤固結性較好, 可以使土壤免受水分侵蝕的同時改良土壤, 劉樹華等[14]研究表明, 草地可使地表徑流量減少47%, 沖刷量減少77%; 王根緒和程國棟等[15]的研究也發(fā)現, 當草地覆蓋度從90%下降到30%時, 草地土壤的有機質將流失1.45×104kg·hm–2, 氮素損失5.51× 103kg·hm–2, 這充分說明草地比其他植被具有更強的固土保肥能力(表1)。喬木雖生態(tài)服務總價值低于草地, 但其單位面積生態(tài)服務價值最高, 這表明不同植被在生態(tài)服務功能特征上具有較大的差異。觀測表明, 5—9月, 尤其是8月是研究區(qū)地表徑流和營養(yǎng)元素流失最嚴重的季節(jié)[16], 如能合理的搭配樹種進行種植, 將可有效的提高土壤保育能力。值得一提的是, 研究區(qū)周邊多為居民, 每年的林地凋落物多被當地農民用作薪柴, 加強林地內凋落物的保護, 可有效的改善土壤理化性質, 增加土壤有機質含量, 進而提高土壤的水源涵養(yǎng)和固碳保肥能力。

3.2 不同類型生態(tài)服務功能價值特征

祁連山地處干旱半干旱地區(qū), 與沙漠戈壁、鹽堿荒地以及中部綠洲構成了河西走廊陸地生態(tài)系統(tǒng)[17], 保育土壤和固碳釋氧是甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)重要的生態(tài)服務功能, 占生態(tài)服務價值總量的95.13%(圖1)。涵養(yǎng)水源生態(tài)服務價值雖占研究區(qū)生態(tài)服務價值總量的4.56%, 但對于干旱半干旱地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)來說, 其對于維系區(qū)域內綠洲的生態(tài)平衡和社會經濟發(fā)展具有十分重要的作用。據調查, 發(fā)源于祁連山區(qū)的石羊河、黑河、疏勒河三大內陸河儲水量約72.6億m3, 可灌溉良田70多萬hm2,按照農業(yè)用水價格0.06元·m–3計算, 可產生農業(yè)灌溉用水價值4.32×108元[18]; 其次, 祁連山區(qū)現有冰川2859條, 總面積達1972 km2, 儲存水量約811.2億m3, 為河西地區(qū)400多萬人民及近千家工礦企業(yè)提供了生活和生產用水, 同時減緩或阻擋了庫木塔格、巴丹吉林和騰格里三大沙漠的匯合與前移, 保障了北方地區(qū)的生態(tài)安全。

圖1 不同類型生態(tài)服務功能價值量

Figure 1 Different types of ecological service function value

3.3 保護生物多樣性及森林游憩

祁連山地理位置特殊, 具有獨特而典型的自然生態(tài)系統(tǒng)和生物區(qū)系, 因其物種豐富, 成為我國生物多樣性保護的優(yōu)先區(qū)域, 也是西北地區(qū)重要的生物物種資源庫和野生動物遷徙的重要廊道[19]。據不完全統(tǒng)計, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)現有國家一級重點保護野生動物14種, 維管束植物1311種, 昆蟲988種, 鳥類196種, 獸類58種, 菌類12種[20], 已成為生態(tài)資源保護和學術研究的重要場所, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)每年保護生物多樣性的價值為1.51億元[21]。除此之外, 祁連山區(qū)由于物種多樣, 地形地貌復雜, 是天然的森林游憩之地, 現已開放的祁連山旅游區(qū)有馬蹄寺和天祝三峽森林公園, 還有10多個旅游區(qū)待開發(fā), 按照祁連山森林游憩地的環(huán)境容量15萬人次/a計算, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)每年的森林景觀游憩價值約為1700萬元[22]。因此, 加強對祁連山生態(tài)資源的保護, 不僅能夠保持和促進社會穩(wěn)定, 而且在促進科學研究的同時能夠為一帶一路的發(fā)展奠定良好的基礎。

4 結論

甘肅祁連山國家自然保護區(qū)不同植被間生態(tài)服務價值存在明顯的差異, 喬木單位面積生態(tài)服務功能最大, 草地最小。但由于草地的分布面積較廣, 產生的生態(tài)服務價值最高, 為426.80億元, 具體表現為草地＞灌木林＞喬木林＞疏林地。在不同類型生態(tài)服務上, 固土保肥和固碳釋氧在總價值上的貢獻較大, 約占總價值95.13%, 而凈化大氣功能所產生的生態(tài)服務價值較小?？傮w來說, 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)服務價值明顯高于直接經濟價值, 二者之比約為16:1。

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Study on ecosystem benefit evaluation of Qilian Mountains National Nature Reserve of Gansu Province

SU Junde1,*, PU Jilin1, LI Guoxia1, ZHAO Xiaojiong2,3

1. Gansu Vocational & Technical College Of Nonferrous Metallurgy, JinChang 737100, China 2. Gansu Academy of Ecological environment design and Research, LanZhou 730000, China 3. Nourthwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, LanZhou 733000, China

In order to quantitatively evaluate the ecosystem benefits of Qilian Mountains National Nature Reservein Gansu Province, the values of forest direct economic value and forest ecological services such as water conservation, solid soil and fertilizer conservation, carbon-releasing oxygen and purifying atmosphere in the study area were estimated by using alternative engineering method, historical comparison method, carbon tax law and market economic law. The results show that there are obvious differences in ecological service value among different stands in the Qilian Mountains National Nature Reserveof Gansu Province, among which the highest grassland is 42.68 billion, the lowest sparse forest land is 6.31 billion, but the ecological service value per unit area of Arbor forest is the highest; the main function of soil conservation fertilizer and carbon sequestration is the main function of Qilian Mountains National Nature Reservein Gansu Province, whose ecological service value is 95.13% of the total value, and the proportion of atmospheric purification contribution is low, accounting for 0.31% of the total value. In general, the value of ecological services (78.928 billion yuan) is significantly higher than the direct economic value, with a ratio of about 16:1. The research results will provide a certain technical guarantee for the sustainable development of regional natural resources and ecological economy.

Qilian Mountains; ecological services; forest ecosystem; economic value

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.05.011

S718.56

A

1008-8873(2021)05-089-06

2020-02-21;

2020-03-14

國家自然科學基金項目(41661016); 甘肅省哲學社會科學規(guī)劃項目(19YB155); 甘肅省社會科學規(guī)劃項目(20ZZ11); 甘肅省青年科技基金計劃項(18JR3RC420); 2019年度隴原創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)青年人才(個人)項目(2019012); 金昌市一般科技計劃項目(2018KJJH); 甘肅省高等學?？蒲许椖?2017A-290)

蘇軍德(1986—), 男, 甘肅金昌人, 碩士, 副教授, 主要從植物地理學、遙感生態(tài)學等方面的研究, E-mail: sujd2009@163.com

通信作者:蘇軍德(1986—), 男, 甘肅金昌人, 碩士, 副教授, 主要從植物地理學、遙感生態(tài)學等方面的研究, E-mail: sujd2009@163.com陳文(1963—), 男, 副研究員, 主要從事地理環(huán)境與生態(tài)學研究, E-mail: cyw1018@sina.com

蘇軍德, 蒲濟林, 李國霞, 等. 甘肅祁連山國家自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)效益評價研究[J]. 生態(tài)科學, 2021, 40(5): 89–94.

SU Junde, PU Jilin, LI Guoxia, et al. Study on ecosystem benefit evaluation of Qilian Mountains National Nature Reserve of Gansu Province[J]. Ecological Science, 2021, 40(5): 89–94.