我國不同氣候區(qū)油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估

郭姣姣，劉政安，周繼華，來利明，岳艷鵬，楊剛剛，郝海霞，鄭元潤*

(1.中國科學(xué)院植物研究所北方資源植物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100093；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)為人類生存和發(fā)展所提供的自然本底條件和功能[1]，包括有形物質(zhì)產(chǎn)品和無形服務(wù)兩方面，可分為供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)[2]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的可持續(xù)供給是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，對(duì)人類的生計(jì)和福祉至關(guān)重要[3]。然而，近幾十年來，由于氣候變化和人類對(duì)資源需求的增加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成巨大壓力[4]。全球約60%的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)處于退化之中[5]，其主因是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不合理和過度利用。因而，開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估有助于科學(xué)認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，對(duì)于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。

自1997年Costanza等[2]開展全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究以來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)得到學(xué)者的廣泛關(guān)注[6-7]。國內(nèi)外學(xué)者從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估、價(jià)值核算、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的關(guān)系、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制等方面開展了大量研究，對(duì)森林[8]、草地[9]、濕地[10]、灌叢[11]、農(nóng)田[12]、果園[13]等主要自然與人工生態(tài)系統(tǒng)開展了系統(tǒng)研究，尤其在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估及價(jià)值核算等方面取得較大進(jìn)展，發(fā)展了眾多評(píng)估方法，主要包括單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法和單位服務(wù)功能價(jià)格法[14]兩類。當(dāng)量因子法主要考慮區(qū)域或更大尺度，評(píng)估精度較低[15]。單位服務(wù)功能價(jià)格法先計(jì)算各項(xiàng)服務(wù)功能的物質(zhì)量，再依據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理和方法計(jì)算價(jià)值量，評(píng)估精度較高，因而受到諸多學(xué)者的青睞[16]。如劉勝濤等[17]和寧虎森等[18]利用單位服務(wù)功能價(jià)格法分別對(duì)泰山森林和新疆檉柳林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，為管理決策提供科學(xué)參考。近年來，隨著氣候變化和人類活動(dòng)的加劇，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)正在發(fā)生快速變化，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化及驅(qū)動(dòng)因素成為熱點(diǎn)問題[19]。研究表明，氣候和地形條件是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的重要因素[20]，可對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成和功能產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給水平，尤其是溫度、降水等氣候因子和坡度、坡向等地形因子會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生重要影響[21-22]。盡管生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估研究進(jìn)展迅速，但對(duì)于一些具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的人工生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估仍屬空白，對(duì)于同一類型人工生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的區(qū)域差異關(guān)注不夠。

油用牡丹是一種重要的木本油料植物。2011年以來，在國家相關(guān)政策的支持下，在全國大面積推廣種植油用牡丹，面積近千萬畝。油用牡丹適應(yīng)性強(qiáng)，可在貧瘠和邊際土地上種植，既能改善生態(tài)環(huán)境，又能兼顧農(nóng)民增收和脫貧致富，成為一些地區(qū)“生態(tài)和脫貧”的雙贏產(chǎn)業(yè)[23]。油用牡丹產(chǎn)業(yè)與“美麗中國”建設(shè)提出的綠色、低碳、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路相契合，是繁榮地區(qū)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的良好選擇。然而，目前在油用牡丹經(jīng)營管理方面，人們?nèi)云毡殛P(guān)注其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和短期效益而忽略其生態(tài)效益。同時(shí)，由于自然狀況、氣候及地形條件的差異，不同地區(qū)油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能表現(xiàn)出較大的空間異質(zhì)性，但目前對(duì)于油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)價(jià)值及區(qū)域差異了解很少，制約了油用牡丹生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮。該研究以分布于我國不同氣候區(qū)的3個(gè)典型油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于野外觀察數(shù)據(jù)，采用單位面積服務(wù)功能價(jià)格法，評(píng)估不同氣候和地形條件下油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，闡明油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其影響因素，為油用牡丹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)為遼寧省建昌縣、陜西省佳縣和河南省洛寧縣3個(gè)油用牡丹種植基地。建昌縣位于遼寧省西南部，40°24′～41°06′N、119°13′～120°18′E，氣候類型為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫8.2 ℃，年降雨量569.7 mm。境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)位于牤牛營子鄉(xiāng)天香園生態(tài)農(nóng)場(chǎng)，面積約133.3 hm2，于2015年開始種植。佳縣位于陜西省東北部，黃河中游西岸，37°41′～38°23′N、110°0′～110°45′E，氣候類型為溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年均溫10 ℃，年降雨量547.7 mm。境內(nèi)山丘連綿，是典型的黃土高原溝壑地貌，油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)位于烏鎮(zhèn)劉家山鄉(xiāng)，面積約66.7 hm2，于2016年開始種植。洛寧縣位于河南省西部，洛河中游，34°05′～34°38′N、111°08′～111°49′E，氣候類型為溫帶季風(fēng)氣候，年均溫13.7 ℃，年降雨量659 mm，氣候宜人，適宜多種農(nóng)作物生長，油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)位于羅嶺鄉(xiāng)，面積約66.7 hm2，于2014年開始種植。3個(gè)地點(diǎn)的油用牡丹種植模式均分為平地和坡地種植，人工管理措施包括灌溉和除草。

2 材料和方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1野外測(cè)定。在3個(gè)油用牡丹種植基地，選擇種植時(shí)間和株齡相近的油用牡丹群落，分別在3個(gè)不同地形條件(平地、陰坡和陽坡)的油用牡丹群落設(shè)立樣地，以相鄰的自然草本植物群落作為對(duì)照。記錄樣地基本狀況，包括經(jīng)緯度、坡度、坡向等信息。在每個(gè)牡丹群落隨機(jī)設(shè)置3個(gè)5 m×5 m的樣方，記錄牡丹株數(shù)、高度、冠幅和蓋度等，采用樣株收獲法[24]測(cè)定牡丹群落生物量。在相鄰的自然草本植物群落隨機(jī)設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的樣方，記錄樣方內(nèi)草本植物種數(shù)、高度和蓋度，采用全株收獲法[24]測(cè)定群落生物量。在每一個(gè)樣方內(nèi)用土壤環(huán)刀在40 cm深度處采集1個(gè)土壤樣品，用于測(cè)定土壤容重；采集0～50 cm的土壤混合樣品，用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。采集的土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。土壤機(jī)械組成采用密度計(jì)法測(cè)定(LY/T 1225—1999)；土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-分光光度計(jì)法測(cè)定(HJ 615—2011)；土壤碳酸鈣含量采用中和滴定法測(cè)定(LY/T 1250—1999)。

2.1.2數(shù)據(jù)收集。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)，包括2014—2019年逐年日均降水、氣溫、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速等；蒸散量數(shù)據(jù)來源于MODIS全球蒸散發(fā)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集(http://files.ntsg.umt.edu/data/NTSG_Products)，包括2014—2019年逐年的蒸散量數(shù)據(jù)；DEM高程數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)；各省市統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值核算方法對(duì)水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固土、土壤保持、固碳釋氧、凈化環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6項(xiàng)較為重要且得到廣泛重視的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估[25]。該研究中涉及對(duì)不同氣候區(qū)和地形條件下油用牡丹和自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的比較，采用價(jià)值量進(jìn)行評(píng)估。各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值核算方法如下：

2.2.1水源涵養(yǎng)功能。生態(tài)系統(tǒng)能夠利用林冠層、枯落物層和土壤層有效攔蓄降水，從而涵養(yǎng)土壤水分和補(bǔ)充地下水，根據(jù)水量平衡方程[26]和影子工程法[27]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能物質(zhì)量和價(jià)值量進(jìn)行估算，主要公式如下：

Qw=(P-R-ET)×10

(1)

Vw=Qw×Cw

(2)

式中，Qw為水源涵養(yǎng)量，m3/(hm2·a)；P為年降雨量，mm；R為地表徑流量，mm；ET為年蒸散量，mm，通過MODIS數(shù)據(jù)獲??；Vw為水源涵養(yǎng)價(jià)值，元/(hm2·a)；Cw為水庫單位庫容的工程造價(jià)，元/m3，取0.67。

2.2.2防風(fēng)固土功能。生態(tài)系統(tǒng)通過植被削弱風(fēng)力，降低風(fēng)速，此外，還通過根系防止土壤風(fēng)蝕，有效阻止土地沙化，根據(jù)修正風(fēng)蝕方程[28]計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固土量，并采用恢復(fù)成本法[27]計(jì)算價(jià)值量，計(jì)算公式如下：

Qd=(SLr-SL)×10

(3)

(4)

式中，Qd為防風(fēng)固土量，t/(hm2·a)；SL為實(shí)際土壤侵蝕量，kg/m2；SLr為潛在土壤侵蝕量，kg/m2；Vd為防風(fēng)固土價(jià)值，元/(hm2·a)；ρ為土壤容重，t/m3；h為土壤沙化標(biāo)準(zhǔn)覆沙厚度，m，取0.1；Cd為治沙工程的平均成本，元/hm2，取2 624.67。

2.2.3土壤保持功能。生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能主要表現(xiàn)為減少土壤侵蝕和減少泥沙淤積[29]兩方面，該研究根據(jù)RULSE模型計(jì)算土壤保持量，并采用替代成本法[27]對(duì)其價(jià)值量進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算公式為：

Qs=R×K×LS×(1-C)

(5)

V1=(Qs×B)/(H×ρ×10 000)

(6)

V2=Qs×Cw×λ/ρ

(7)

式中，Qs為土壤保持量，t/(hm2·a)；R為降水侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(MJ·mm·hm2)；LS為地形因子；C為植被覆蓋因子；V1為減少土壤侵蝕價(jià)值，元/(hm2·a)；V2為減輕泥沙淤積價(jià)值，元/(hm2·a)；B為土地平均收益，元/hm2；H為土壤耕層厚度，m；λ為泥沙淤積系數(shù)，取0.24。土壤保持價(jià)值量Vs等于V1與V2之和。

2.2.4固碳釋氧功能。生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用固定CO2和釋放O2，通過質(zhì)量平衡方程[27]估算生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧量，并采用造林成本法和工業(yè)制氧法[29]估算其價(jià)值量，計(jì)算公式如下：

Qc=Bc×1.63×Rc

(8)

Qo=Bc×1.20

(9)

Vc=Qc×Cc+Qo×Co

(10)

式中，Qc為固碳量，t/(hm2·a)；Qo為釋氧量，t/(hm2·a)；Bc為生態(tài)系統(tǒng)生物量增長量，t/(hm2·a)；Rc為CO2中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，取27.27%；Vc為固碳釋氧價(jià)值，元/(hm2·a)；Cc為固碳成本，元/t，取753；Co為工業(yè)制氧成本，元/t，取376。

2.2.5凈化環(huán)境功能。植被具有吸收SO2、NOx、滯塵等功能，降低大氣中污染物濃度，改善環(huán)境質(zhì)量。采用替代成本法[27]計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)吸收SO2、NOx、滯塵價(jià)值，計(jì)算公式為：

(11)

式中，Va為生態(tài)系統(tǒng)吸收SO2、NOx及滯塵的價(jià)值，元/(hm2·a)；Qj為生態(tài)系統(tǒng)對(duì)污染物的單位面積凈化量(j=1,2,3分別表示SO2、NOx及滯塵)，t/hm2，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型[30]進(jìn)行取值；Ca為不同種類大氣污染物處理成本，元/t。

2.2.6生物多樣性保護(hù)功能?；诋?dāng)量因子法[31]評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)價(jià)值，計(jì)算公式為：

Vx=D×Cx

(12)

式中，Vx為生物多樣性保護(hù)價(jià)值，元/(hm2·a)；D為生物多樣性當(dāng)量因子，按照生態(tài)系統(tǒng)類型進(jìn)行取值；Cx為一個(gè)當(dāng)量因子的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量，元/hm2。

2.3 數(shù)據(jù)處理與分析采用三因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan多重比較進(jìn)行均值差異顯著性檢驗(yàn)。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均在SPSS 25.0中進(jìn)行，采用origin 2021作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)固碳釋氧價(jià)值影響顯著(P<0.05)，對(duì)水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值無顯著影響(P>0.05)；氣候區(qū)對(duì)水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值、防風(fēng)固土價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值影響顯著；地形對(duì)水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值影響顯著，對(duì)固碳釋氧價(jià)值無顯著影響；生態(tài)系統(tǒng)類型和地形的交互作用對(duì)水源涵養(yǎng)價(jià)值影響顯著，對(duì)土壤保持價(jià)值、防風(fēng)固土價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值無顯著影響；氣候區(qū)和地形的交互作用對(duì)水源涵養(yǎng)價(jià)值和土壤保持價(jià)值影響顯著，對(duì)防風(fēng)固土價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值無顯著影響，其他因子之間的交互作用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響不顯著(表1)。多重比較的結(jié)果進(jìn)一步顯示：不同氣候區(qū)水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值、防風(fēng)固土價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值差異顯著，不同地形條件下水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值差異顯著，不同生態(tài)系統(tǒng)類型固碳釋氧價(jià)值差異顯著(表2)。

表1 生態(tài)系統(tǒng)類型、氣候區(qū)和地形對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的3因素方差分析F值

表2 生態(tài)系統(tǒng)類型、氣候區(qū)和地形對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

3.1.1氣候區(qū)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。除固碳釋氧價(jià)值差異顯著外，不同氣候區(qū)油用牡丹與自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均無顯著差異。佳縣和洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧價(jià)值顯著低于自然草地(P<0.05)，在建昌縣二者差異不顯著。盡管未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平(P>0.05)，建昌縣、佳縣和洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值均高于自然草地；佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價(jià)值低于自然草地，而建昌縣和洛寧縣則高于自然草地；建昌縣和佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固土價(jià)值低于自然草地，而洛寧縣則高于自然草地(圖1)。建昌縣和佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值均顯著高于洛寧縣；建昌縣、佳縣和洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價(jià)值不存在顯著差異；佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固土價(jià)值顯著高于建昌縣和洛寧縣；洛寧縣和建昌縣的固碳釋氧價(jià)值顯著高于佳縣(圖1)。

注：不同大寫字母表示在不同氣候區(qū)間差異顯著，不同小寫字母表示在不同生態(tài)系統(tǒng)類型間差異顯著(P<0.05)。Note:Different uppercase letters indicate significant differences among different regions,and different lowercase letters indicate significant differences in different ecosystems(P<0.05).圖1 不同氣候區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Fig.1 The value of ecosystem services in different regions

3.1.2地形對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。除固碳釋氧價(jià)值差異顯著外，不同地形條件下油用牡丹與自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值無顯著差異。油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧價(jià)值均顯著低于自然草地(P<0.05)。陽坡和陰坡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值高于自然草地，而平地低于自然草地。陰坡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價(jià)值高于自然草地，而陽坡和平地相似。陰坡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固土價(jià)值高于自然草地，而陽坡和平地低于自然草地(P>0.05)(圖2)。與陰坡和陽坡相比，平地油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)價(jià)值最高(P<0.05)；陽坡和陰坡土壤保持價(jià)值顯著高于平地(P<0.05)；陽坡、陰坡和平地的防風(fēng)固土價(jià)值和固碳釋氧價(jià)值無顯著差異(P>0.05)(圖2)。

注：不同大寫字母表示在不同地形間差異顯著，不同小寫字母表示在不同生態(tài)系統(tǒng)類型間差異顯著(P<0.05)。Note:Different uppercase letters indicate significant differences among different terrains,and different lowercase letters indicate significant differences in different ecosystems(P<0.05).圖2 不同地形條件下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Fig.2 The value of ecosystem services in different terrains

3.1.3生態(tài)系統(tǒng)類型對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧價(jià)值顯著低于自然草地生態(tài)系統(tǒng)(P<0.05)，油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)和自然草地生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值、土壤保持價(jià)值、防風(fēng)固土價(jià)值無顯著差異(圖3)。

注：不同小寫字母表示在不同生態(tài)系統(tǒng)類型間差異顯著 (P<0.05)。Note:Different lowercase letters indicate significant differences in different ecosystems(P<0.05).圖3 不同生態(tài)系統(tǒng)類型服務(wù)價(jià)值Fig.3 The value of ecosystem services in different ecosystems

3.2 生態(tài)系統(tǒng)的凈化環(huán)境和生物多樣性價(jià)值由于凈化環(huán)境價(jià)值和生物多樣性保護(hù)價(jià)值計(jì)算方法的局限，因此未采用方差分析說明不同氣候區(qū)和地形條件下兩項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的差異。油用牡丹和自然草地生態(tài)系統(tǒng)凈化環(huán)境價(jià)值分別為60.4和7.5元/(hm2·a)，生物多樣性保護(hù)價(jià)值分別為1 197.2和1 838.0元/(hm2·a)。

4 討論

4.1 油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及區(qū)域差異油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)除提供直接產(chǎn)品外，還具有較大的生態(tài)價(jià)值，對(duì)區(qū)域內(nèi)的土壤侵蝕、大氣污染、碳水循環(huán)有著明顯的改善作用[32]。結(jié)果表明，由于受到氣候、地形和土壤等自然因素的影響，不同氣候區(qū)油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值表現(xiàn)出較大差異，建昌縣和佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值高于洛寧縣；佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固土價(jià)值高于建昌縣和洛寧縣；建昌縣和洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧價(jià)值高于佳縣，這主要與各區(qū)域生態(tài)環(huán)境條件有關(guān)。降水和蒸散是影響水源涵養(yǎng)功能的重要因素[33]，建昌縣和佳縣降水量不高，但由于蒸散量較低，綜合作用下使得水源涵養(yǎng)價(jià)值較高。佳縣土壤類型為砂質(zhì)壤土，土壤可蝕性強(qiáng)[34]，增加了土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度，因而防風(fēng)固土價(jià)值較高。固碳釋氧價(jià)值主要與植物的凈生產(chǎn)力有關(guān)[20]，洛寧縣水熱條件好，土壤保水保肥能力強(qiáng)，建昌縣土壤養(yǎng)分含量豐富，兩地油用牡丹生長好，凈生產(chǎn)力高，固碳釋氧價(jià)值較高。地形也是影響油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的重要因素。該研究結(jié)果表明，與平地相比，陰坡和陽坡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的土壤保持價(jià)值更高；與陽坡和陰坡相比，平地油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值更高。主要是由于坡度是影響土壤侵蝕強(qiáng)度的重要因素，坡地相較于平地有較大的土壤保持量和潛在土壤侵蝕強(qiáng)度[35]，因而土壤保持價(jià)值更大。平地的水源涵養(yǎng)價(jià)值較高是由于坡度增加，地表徑流增多，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)價(jià)值降低[26]。在不同地形條件下，陰坡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固土價(jià)值和土壤保持價(jià)值均高于自然草地，這是由于油用牡丹是耐陰性植物，適度的遮陽有利于油用牡丹的生長[36]，群落蓋度高于自然草地，從而提高了土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值。

4.2 油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值權(quán)衡油用牡丹是一種經(jīng)濟(jì)型人工生態(tài)系統(tǒng)，從可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境健康角度來看，應(yīng)根據(jù)氣候、地形和土壤條件，兼顧經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。在坡度較大、容易發(fā)生水土流失的區(qū)域，以及較為干旱的區(qū)域應(yīng)減少對(duì)牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)的鋤草及松土管理，適度促進(jìn)牡丹生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)草本植物的發(fā)育，雖然會(huì)降低油用牡丹的產(chǎn)量，影響經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但能夠提供生態(tài)服務(wù)價(jià)值，確保環(huán)境健康的前提下獲得一定經(jīng)濟(jì)收益。因而，在環(huán)境條件較差的區(qū)域內(nèi)不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)牡丹籽實(shí)產(chǎn)量，而應(yīng)以生態(tài)服務(wù)價(jià)值優(yōu)先，在此種情況下由于牡丹的引入會(huì)極大提高牡丹花期的觀賞價(jià)值，同時(shí)通過籽實(shí)獲得一定經(jīng)濟(jì)收益。該研究結(jié)果顯示，除固碳釋氧價(jià)值外，油用牡丹與草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)價(jià)值差異不顯著，表明油用牡丹種植不會(huì)引起生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價(jià)值的大幅度下降。盡管油用牡丹與草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價(jià)值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不顯著，但差異仍需得到關(guān)注。在不同氣候區(qū)中，油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值均高于自然草地，而固碳釋氧價(jià)值均低于自然草地，這是由于油用牡丹植株冠幅大，可以有效截留降水，而草地對(duì)降雨的截留較弱，容易形成徑流，導(dǎo)致水源涵養(yǎng)價(jià)值下降[33]。洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值均高于自然草地，而佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)土壤保持價(jià)值和防風(fēng)固土價(jià)值均低于自然草地，主要是由于佳縣相比洛寧縣降雨少，牡丹生長狀況不佳所致，這與饒恩明等[35]關(guān)于增加植被覆蓋可以有效緩解氣流和水流對(duì)地表的侵蝕作用，減少土壤風(fēng)蝕和水蝕，提高對(duì)地表土壤保護(hù)效果的結(jié)論一致。油用牡丹作為經(jīng)濟(jì)作物，種植時(shí)需要充分考慮行間距，以追求更高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，此外，油用牡丹秋季果實(shí)采收也會(huì)造成部分碳損失，草地生態(tài)系統(tǒng)盡管植被矮小，但植被生長密度大，使草地的固碳釋氧量高于油用牡丹，從而發(fā)揮更大的固碳釋氧價(jià)值。綜上可見，通過對(duì)油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的合理管理，平衡油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)服務(wù)價(jià)值，是發(fā)展油用牡丹種植產(chǎn)業(yè)值得關(guān)注的重大問題。

4.3 對(duì)油用牡丹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示油用牡丹作為一種木本油料資源植物，有助于緩解國家能源危機(jī)，因此發(fā)展油用牡丹產(chǎn)業(yè)，是實(shí)施生態(tài)富民工程的良好選擇[37]。根據(jù)該研究結(jié)果，應(yīng)對(duì)油用牡丹人工生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)價(jià)值給予充分關(guān)注。鑒于油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的區(qū)域差異，宜根據(jù)各地區(qū)的生態(tài)條件，優(yōu)化種植方式，最大限度地提高生態(tài)價(jià)值。例如，由于受自然條件和管理措施影響，佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)價(jià)值偏低，因此在生態(tài)條件較差的地區(qū)，宜將改善生態(tài)環(huán)境作為油用牡丹種植的主要目標(biāo)，不進(jìn)行或較少進(jìn)行人為管理，充分發(fā)揮其生態(tài)價(jià)值；而對(duì)于生態(tài)條件較好的地區(qū)，如建昌縣和洛寧縣，可更加強(qiáng)調(diào)油用牡丹的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在保障經(jīng)濟(jì)效益最大化的同時(shí)兼顧生態(tài)效益。在坡地種植油用牡丹時(shí)，應(yīng)適當(dāng)促進(jìn)牡丹群落內(nèi)草本植物的發(fā)育。針對(duì)油用牡丹喜陰性的特點(diǎn)，宜與其他經(jīng)濟(jì)樹種結(jié)合，進(jìn)行林下種植，提高油用牡丹的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值。

5 結(jié)論

該研究從水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固土、土壤保持、固碳釋氧、凈化環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6個(gè)方面對(duì)不同氣候區(qū)和地形條件下的油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了定量評(píng)估，并與自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行比較，得出如下結(jié)論：油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能重要。氣候和地形對(duì)油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響較大，建昌縣和佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)價(jià)值顯著高于洛寧縣；佳縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的防風(fēng)固土價(jià)值顯著高于建昌縣和洛寧縣；建昌縣和洛寧縣油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)的固碳釋氧價(jià)值顯著高于佳縣。平地水源涵養(yǎng)價(jià)值最高；陽坡和陰坡土壤保持價(jià)值顯著高于平地。油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價(jià)值顯著低于自然草地，其水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固土價(jià)值與草地相比無顯著差異；佳縣生態(tài)條件較差，其油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)防風(fēng)固土價(jià)值和土壤保持價(jià)值低于草地，建昌縣和洛寧縣生態(tài)條件較好，其油用牡丹生態(tài)系統(tǒng)土壤保持價(jià)值高于自然草地。