三江源草原生態系統生態服務價值的能值評價

李琳，林慧龍，高雅

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

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三江源草原生態系統生態服務價值的能值評價

李琳，林慧龍*，高雅

(草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020)

三江源地區處于青藏高原腹地，考慮三江源地區草地生態系統的特殊性、復雜性、敏感性，及其所蘊含的巨大的生態服務價值，全面的評價該地區的生態服務價值對于維護該地區生態環境健康和未來該地區經濟社會的可持續發展具有重要意義。本研究以草地綜合順序分類法為理論基礎，以能值分析法為主要計算方法，選擇合適的6項評估指標，對2001-2010年三江源區草原生態系統生態服務價值進行逐項評估。研究結果表明，在過去的10年中，三江源區草原生態系統生態服務價值總量從1375億元/年上升到1780億元/年，年際變化較大；從趨勢上，以2006年為分界點，2006年后的年份，其生態服務價值總量基本保持上升趨勢，且普遍高于2006年前的年份。對不同草原類型進行生態服務價值評價可以看出,多雨凍原高山草甸類生態服務價值占全部草原類型生態服務價值的比例最大，10年中皆超過99.5%，這主要與該草地類型所占的面積比例有關；各類型草地生態服務價值占總價值的比例年際變化不大；在6項指標中，釋放O2與固定CO2的價值所占總價值比例最大，兩者之和約占全部價值量的90%，而直接的草產量價值僅占全部價值量的1%左右，遠遠低于其他生態服務項目的價值。

草地綜合順序分類法(CSCS)； 能值分析法；三江源；草原生態系統

生態系統服務對人類開發和利用自然資源具有重要影響，對生態系統服務價值進行概括分類，準確的認識生態系統價值在人類社會經濟發展中的作用，對合理利用自然資源和保護生態系統具有重要意義。草地資源是我國陸地上面積最大的生態系統類型，總面積達3.9×108hm2，占世界草地面積的13%，約占全國國土面積的41%[1-2]。草地生態系統是獨特的生態系統類型，又是全球碳循環中最復雜、受人類影響最大的部分[3]。在廣大牧區，人類以草原資源為主要生計支持，隨著人類對于草原利用方式的變遷和開發程度的加劇，其產生的結果進一步嚴重影響和威脅著地區生態安全，最終制約地區經濟的可持續發展。在一些牧區，由于過度放牧和不合理的經營模式，草地退化面積有增無減，生態系統嚴重破壞，由此引發的區域生態問題越來越突出。究其原因，在于盲目追求經濟價值，掠奪性的開墾草原，而忽視了草原所蘊涵的更加巨大的生態價值。一味單純追求GDP，將環境成本扣除在資源投入之外，是導致草原生態環境不斷惡化的根本原因。如果可以將經濟發展中的環境貢獻因子綜合考慮到地區發展的生產總值中，不僅能夠表現出草原生態系統在地區經濟發展中的重要價值，而且有助于進一步了解我國草業產品和草原生態產品的現狀，明確內涵與產品定位，為后期生態補償機制的完善奠定基礎。

生態系統生態服務價值評價一直以來都是國內外研究的熱點，到目前已經涉及到了生態系統的各種尺度，也包含了幾乎所有的生態服務類型。鑒于生態系統本身的復雜性和多樣性，其價值評估方法也非常豐富，主要有：市場定價法、機會成本法、享樂定價法、旅行費用法、重置成本法等，每種評估方法都有其特定的使用范圍，并沒有一種方法可以完全滿足生態系統生態服務全部評估項目的要求。將國內外已有的研究進行比較分析可以看出，國內的研究主要存在以下問題：(1)深受國外研究者研究思路和計算方法的影響，往往直接套用國外學者的成果，止步于對國外研究方法細枝末節的修訂和校正，方法論創新非常欠缺；(2)研究者在評估草原生態系統服務價值時，通常會忽視不同類型草原內部存在的不一致性，習慣直接利用生態系統服務價值當量表，此方法雖然為評估提供了便利，其準確性卻值得懷疑。

本研究基于這兩點不足，通過將科學的草原分類方法與國際上流行的能值分析方法相結合，找到適合各類型草原，并且易于推廣的草原生態系統生態服務價值評估方法，在進行方法論創新探索的基礎上，力求以客觀量化的形式表現草原生態系統的巨大生態服務價值。

1　材料與方法

1.1研究區概況

三江源地區是長江、黃河、瀾滄江的發源地,地處青藏高原的腹地, 位于東經89°24′-102°23′, 北緯31°39′-36°16′，總面積35.7×104km2，其中素有“江河源”之稱, 是我國江河中下游地區和東南亞國家生態環境安全和區域可持續發展的生態屏障。其行政區域涉及玉樹、果洛、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。

三江源地區自然地理環境獨特，地形復雜多樣，屬于典型的高原大陸性氣候，特征表現為冷熱兩季交替、干旱兩季分明、年溫差小、日溫差大、日照時間長、輻射強烈。降水量高度集中，雨熱同期。三江源地區在中國的生物多樣性保護、水資源供給等方面都具備極為重要的生態地位，鑒于當地生態系統的敏感性，微小的外界環境變化將可能對本地區的草原生態系統產生極為嚴重的影響，這也突出表現了對三江源地區的生態系統服務價值進行全面評估的迫切性和重要性。

1.2方法及數據來源

本研究的氣象數據為2001-2010年各氣象站測得的積溫與降水量，來源于中國氣象科學數據共享服務網(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)。這部分數據主要用于借助遙感GIS技術，以草地綜合順序分類法為基礎，結合國際地圈生物圈計劃(IGBP)土地覆蓋類型疊置分析，獲取研究區2001-2010年的草地類型圖,分析和統計每種草地類型的面積與分布特征；然后根據草地類型在綜合順序分類法中的具體位置，利用分類指數模型，計算近十年來研究區不同草地類型的凈初級生產力(NPP)值，以此作為本研究的重要基礎數據。明確草原生態系統生態服務價值的基本構成，依據著名生態學家Odum[4]的能路語言，以能值轉化率及能值貨幣比率為媒介對目標區草原生態系統生態服務價值進行估算,各種生態系統服務價值的能值轉換率數據主要來源于前人的相關研究成果。

1.3NPP計算模型

本研究在計算三江源地區各類型草地的凈初級生產力時，采用Lin等[5-8]基于綜合植被模型推導過程建立的分類指數模型(CIM)，該模型將分類系統與NPP模擬相結合。其優勢在于，根據某種草地類型在綜合順序分類法中的具體位置，即可以確定它對應的NPP大小。

1.4生態系統服務價值的能值計算方法

Costanza等[9]曾將生態系統服務分為17大類，其中包括可再生的服務，不包括不可再生的化石燃料和礦物質以及大氣，該分類方法基本涵蓋了生態系統服務所包含的產品及服務的全部內容，對后來學者的研究影響深遠。Costanza之后的研究在評價生態系統服務價值時，大多針對不同生態系統的特點，對Costanza的指標體系進行展開。本研究在確立評估指標時，考慮了以往相關研究的側重，同時兼顧能值分析法的特征，選取了認可度高且利于使用能值方法進行評估的以下6項指標，而扣除了不易于使用能值方法進行評估的項目，如：草原的旅游休憩價值和保護生物多樣性價值等。具體評估指標體系及計算公式如下：

1)活生物量價值。

式中,Q表示該種草地類型的干草產量(t)，本研究中采用442.5 kg/hm2[10]；E1表示能值轉化因子(16.74 kJ/g)；C=1；TrQ表示草地生物量的能值轉換率(TrQ=2.76×107sej/kJ)[11]，R表示當年的能值貨幣比率(本文采用2002年標準，即R=5×1011sej/元[12])。

2)固定CO2與釋放O2價值。

VC=1.2×NPP×PC

式中，VC表示當年該種草地類型單位面積固定CO2的價值；NPP表示當年該種草地類型單位面積的凈第一生產力，PC表示選擇的單位面積的成本價格(我國平均造林成本240.03元/m3)。

VO2=1.6×NPP×PO2

式中，VO2表示當年該種草地類型單位面積的釋放O2的價值；NPP表示當年該種草地類型單位面積的凈第一生產力，PO2表示選擇的單位面積的成本價格(我國平均造林成本240.03 元/m3)。

3)涵養水源價值。

式中，W表示土壤中的含水量；G表示吉布斯自由能(4.94 J/g)；Trw表示研究區土壤中水的能值轉化率(4000 sej/J)[11]；R同上。其中，W=平均降水量×產流降水量所占比例×與裸地比較的截留系數，參考相關研究，本研究中，取產流降水量占平均降水量的40%[13]與裸地比的節流系數取0.2[14]。

4)保持土壤價值。

式中,Vm表示該種草地類型土壤保持肥力的價值；QS表示減少的土壤侵蝕模數，依據已有研究，三江源區高、中、低覆蓋度草地的單位面積的土壤保持量分別為48.74,44.22,36.31 t/(hm2·a)[15]，因此本研究中取三者平均值43.09 t/(hm2·a)作為研究區內草原生態系統單位面積的土壤保持模數；OM表示減少的侵蝕土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀的總量，研究區土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀的含量分別為154.6 mg/kg、12 mg/kg、232.4 mg/kg[16]，其換算為硫酸銨、過磷酸鈣和氯化鉀的系數分別為4.762,3.373 和1.667[17];C、R、E1同上；Trs表示氮肥、磷肥與鉀肥的能值轉換率(3.8×109sej/g、3.9×109sej/g、1.1×109sej/g)[4]。

5)廢棄物的降解價值。

式中，Vf表示該種草地類型每年廢棄物降解的價值，Zi表示草原的載畜量，理論載畜量可利用已知的總年產草量、50%的牧草利用率及1個羊單位日食草量為1.5 kg來計算[18]；W表示1個羊單位1年糞便中排除的N、P的質量(1年內羊個體排出的N、P 分別為6.2 kg和1.2 kg)[19]，ni表示堿解氮和速效磷轉化為硫酸銨和過磷酸鈣的系數,分別為4.762和3.373，Tr表示氮肥和磷肥的能值轉換率，R表示能值貨幣比率。

2　結果與分析

2.1研究區各草地類型的面積及分布

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ分別表示物質生產、固碳、釋氧、涵養水源、保持土壤、廢棄物降解6項草原生態系統的生態服務價值，①、②、③、④、⑤分別表示多雨凍原高山草甸、山地草甸、山地草甸草原類、草甸草原類及凍原高山草甸5種草原類型。

以任繼周等[20]提出的草原氣候-土地-植被綜合順序分類法(CSCS)為主，結合IGBP土地覆蓋數據和植被類型圖，去掉非草地部分，得出研究區內近十年來的草地類型圖。圖1為2010年三江源地區的草地類型圖，可以看出，研究區內主要的草地類型有多雨凍原高山草甸、山地草甸、山地草甸草原類、草甸草原類及凍原高山草甸這五種草原類型。從分布位置來看，山地草甸類、山地草甸草原類、草甸草原類主要分布于三江源地區的東北部，有很少面積的凍原、高山草甸類分布在三江源西北部的邊界地區，其余地區都分布著占三江源地區面積最大的多雨凍原高山草甸類。

圖1　2010年三江源區草地類型分布Fig.1　The grassland type distribution map of the Three Rivers Source Region in 2010

草地面積占整個研究區面積的85%左右，面積最大的草地類型是多雨凍原高山草甸類，其面積超過研究區總草地面積的99%，其余類型還包含山地草甸類、山地草甸草原類、草甸草原類與凍原高山草甸類等，這幾種草地類型的面積都比較小，且各年份草地類型組成比例變動不大(表1)。

表1　2001-2010年三江源區各類型草地面積統計表Table 1　The statistical table of grassland area of the Three Rivers Source Region in 2001-2010　m2

2.2三江源草原生態系統生態服務價值評估結果

圖2　三江源草原生態系統生態服務價值總量年際變動Fig.2　Annual variation of ecosystem service value of grassland ecosystem in Three Rivers Source Region

2.2.1生態服務價值總量的年際變化2001-2010年三江源草原生態系生態服務價值總量為1375億元至1780億元，10年平均值約為1525億元。其中，2009年達到最大值1764.23億元，2001年的價值量最低，為1360.20億元。前5年中，以2005年的總價值為最高，但2006年隨即出現明顯下跌現象。從整體趨勢上來看，這10年中生態服務價值總量年際間變動較大，但自2006年之后，整體價值要高于2006年之前，且基本呈現上升趨勢(圖2)。

2.2.2各類型草原生態系統的生態服務價值及年際變化從表2中可以看出，研究區內，多雨凍原高山草甸的生態服務價值最高，10年中超過全部草原生態服務價值總量的99.5%，這與該類型草原生態系統在三江源區所占面積最大相符合；其次，依次為山地草甸類、草甸草原類、凍原高山草甸類，山地草甸草原的生態服務價值所占比例最低。從年際變化看，每種草地類型生態服務價值所占的總價值比例，年際變動不大，呈基本穩定趨勢，這與每種草地類型面積年際變動穩定相吻合。

2.2.3三江源草原生態服務價值項目的評估及其年際變化由三江源各類型草地的干草產量和NPP的統計結果，可以得出研究區總生物量價值與各項價值指標的年際變動(表3)。從相對值來看，在2001-2010年，三江源草原生態系統各項生態服務價值中，CO2的釋放與固定所占的價值量最大，在比例上分別達到了總值的52%與35%左右；排在第三位的為保持土壤價值，占到總價值的6%左右，而儲水、向環境提供有機質和直接生物量價值則排在后三位，而直接由草原生態系統提供的干草價值僅占草原生態系生態服務價值總量的不到1%，遠遠低于其所提供的其他生態服務價值。

表2　2001-2010年三江源各類型草原生態 服務價值占總價值的百分數Table 2　The percentage of the total value of ecological service value of the grassland ecosystem in the Three Rivers Source Region from 2001 to 2010　%

①:多雨凍原高山草甸Frigid perhumid rain tundra, alpine meadow. ②:山地草甸Cold temperate-humid montane meadow. ③:山地草甸草原類Cold temperate-subhumid montane meadow. ④:草甸草原類Cool temperate-subhumid meadow steppe. ⑤:凍原高山草甸類Figid-humid tundra, alpine meadow.

表3　三江源不同生態服務評估項目價值 占總價值的比例及其年際變動Table 3　The proportion of the total value of different ecological service in the Three Rivers Source and its annual variation　%

Ⅰ：物質生產Biomass. Ⅱ：固碳Carbon fixation. Ⅲ：釋氧Release oxygen. Ⅳ：涵養水源Water storage. Ⅴ：保持土壤Soil conservation. Ⅵ：廢棄物降解Waste degradation.

圖3　三江源草原生態系統不同生態服務價值的年際變動Fig.3　The interannual change of different ecological value in the Three Rivers Source Region from 2001 to 2010

從絕對值來看(圖3)，釋放O2與固定CO2這兩項評估指標其年際變化呈現波浪式起伏變動，2006至2009年呈現上升趨勢，2010年有所降低，這兩項的生態價值占總價值的比例較高，從而也導致了各類型草原生態系統生態服務價值總量呈現與之相似的變化趨勢；其他幾項評估指標一直處于較低狀態，并且指標內部年際變動相對穩定。

3　討論

目前專門針對三江源草原生態系統生態服務價值評估的研究并不多，并且由于評估方法運用和評估指標篩選的差異性，致使該地區草地生態系統生態服務價值的研究結果不盡相同。陳春陽等[19]利用聯合國千年生態系統評估的分類體系，運用直接市場法、替代工程法等，得出2000年三江源地區草地生態系統服務價值大約在562.6億元，但其在關于控制侵蝕及儲水等價值方面，采用的是直接的比例代入方法，存在不準確性；劉敏超等[21]利用謝高地的分類和評估方法，得到三江源區各生態系統生態服務價值總值為3377.1億元/年，其中草地所占比例為21%，即草地生態系統的生態服務價值為700億元/年左右；辛玉春等[22]利用生態服務價值當量表和最新的草地調查數據對青海天然草地生態系統服務功能價值進行評估顯示，青海天然草地的生態服務功能總價值為4068.03億元/年。賴敏等[23]采用物質量與價值量相結合的方法對生態工程實施前后三江源草地生態系統服務價值進行對比，顯示2000，2005和2008年的價值分別為884.97，1302.06和1299.49億元，與本研究結果比較接近。此外，在變化趨勢上，2005年的草地生態服務價值達到10年中的一個小高峰，且2008年較2005年又有小幅度回落，也與本研究基本一致。從數據結果來看，本研究結論中三江源草原生態系統2001-2010年的生態服務價值均值約為1500億元/年左右，處于相關研究結果的中間位置，準確性相對較高，而研究者所采用的不同的評價方法及評估指標也都對研究結果的一致性有較大影響。

從研究方法上來看，①考慮到不同草地類型在草地生態服務價值貢獻中的差異性，本文以草地綜合順序分類法為主要的理論基礎，結合IGBP土地覆蓋類型分類，對2001-2010年三江源區草原生態系統進行草地類型分類，從而有效地提升了評估結果的準確性。②能值分析理論的引入，實現了傳統評估方法難以克服的生態系統服務價值評價中，多系統多種效益綜合評估的難題，從能量的角度對草地生態系統的生態資產及功能服務進行全面評價，從而科學客觀的表明草地生態系統對人類社會發展的貢獻和作用。

本文將草地綜合順序分類法與能值分析理論結合，將具有豐富生態資源同時生態環境脆弱的三江源地區作為研究對象，實現對三江源地區草地生態系統功能服務價值的評價，是草地生態系統服務價值評價在方法論上的創新探索，是建立規范化系統化具有廣泛推廣價值的生態系統服務價值評價方法的有益探索。

本研究在進行評估時考慮了不同草地類型之間生態價值的內部差別，而且參考了不同草地覆蓋下其價值可能存在的差別，但是在評估的準確性上仍有很大的提升空間。草原生態服務價值評估本身具有相當大的復雜性，因而也必然需要利用多學科的技術手段來實現。近年來，遙感技術在草原生態系生態服務價值評估中被廣泛用于關鍵數據的收集，如：草產量、NPP、草原退化狀況評估等。遙感技術的引入，對此領域的研究具有重要的意義，在多學科技術支持下，提高草原生態服務價值評估的準確性將是未來研究的重要方向。

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*Emergy analysis of the value of grassland ecosystem services in the Three Rivers Source Region

LI Lin, LIN Hui-Long*, GAO Ya

StateKeyLaboratoryofGrasslandArgo-ecosystems,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

The Three Rivers Source Region is located in the heart of the Qinghai-Tibetan Plateau and, considering the complexity and sensitivity of the area’s ecological system, it is important to comprehensively evaluate this region’s ecological services in order to be able to maintain and sustainably develop the Plateau environment. Combining sequence classification with emergy analysis, six indexes were selected to measure the 2001-2010 grassland system and to determine the value of ecosystem services in the Three Rivers Source Region. The results show that over the ten-year period the value of ecosystem services varied from 137.5 billion yuan/year to 178 billion yuan/year. From a cut-off point in 2006, the total value of ecological services rose continually. The value of ecological services varies by different grassland types. Rain tundra alpine meadow made up more than 99.5% of ecological value over the ten-year period, a result that reflects the fact that these meadows account for the largest area of all grassland types. The proportional contribution of each grassland type to the overall value of ecosystem services does not significantly change on a year-by-year basis. Of the various indicators of ecological value, the release of O2and fixed CO2hold the largest share, with the two combined accounting for some 90% of all value. The value of hay provided directly by the grassland ecosystem accounted for about 1% of the total, much lower than the contribution of other ecological services.

comprehensive and sequential classification system of rangeland(CSCS); emergy analysis; Three Rivers Source Region; grassland ecosystem

10.11686/cyxb2015387

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-09-01；改回日期：2015-11-02

國家自然科學基金項目(31172250)資助。作者簡介：李琳(1991-),女，甘肅白銀人，在讀碩士。E-mail：1179312063@qq.com

Corresponding author. E-mail：linhuilong@lzu.edu.cn

李琳，林慧龍，高雅. 三江源草原生態系統生態服務價值的能值評價. 草業學報, 2016, 25(6): 34-41.

LI Lin, LIN Hui-Long, GAO Ya. Emergy analysis of the value of grassland ecosystem services in the Three Rivers Source Region. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 34-41.