放牧對草地生態經濟價值的影響—以新疆阿爾泰山兩河源自然保護區為例

王楚含，徐海量，徐福軍，白玉鋒，苑塏燁，趙新風

（1.新疆農業大學，新疆 烏魯木齊840052；2.中國科學院新疆生態與地理研究所，新疆 烏魯木齊830011；3.新疆阿爾泰山兩河源自然保護區管理局，新疆 阿勒泰836500）

草地是我國陸地上面積最大的生態系統，占全國土地面積的41%［1-2］，其類型組分、生態過程的形成及生態作用等功能具有與其他生態系統不同的特點，他是以土壤-草地-牲畜-牧民為一體的復合生態系統［3］。草地生態系統不僅維持著自然生態系統格局，起著保護生態安全的屏障作用［4-5］，最重要的是與人們的生產生活息息相關。草地生態系統不僅為人類提供具有市場價值的肉類、奶類、毛皮、藥材等直接生態服務價值，還提供維持大氣成分、保持水土、涵養水源、處理廢棄物等間接生態服務價值，且草地的間接經濟價值遠大于直接經濟價值［4］。

放牧是草地利用的主要方式之一，但要保持適當的放牧強度來維持草地生態系統的穩定和發展。適度放牧可促進植被生長、改善草地環境、提高草地和牲畜的生產能力，也可以改良草地的物理性質和化學組成，提高土壤質量、增強土壤水土保持功效，增加生態整體的服務價值［6-9］。而過度放牧則會導致草地生態系統出現土地沙漠化、生物群落失調和草地資源嚴重退化等一系列生態服務價值損失的問題，為草地畜牧業的可持續發展帶來嚴重的隱患［10-14］。

自1997年Costanza等［15］對全球主要17類生態系統服務的價值進行評估后，草地學專家也掀起了對草地生態系統服務價值估算的熱潮，如Richad和Wui等［16］對不同草地類型的生態系統價值進行評估并提出了評估方法和案例；Turner等［17］對濕地（包括草地）的價值進行評估并分析了價值日趨減少的原因等。我國學者也做了很多有關草地生態服務價值的研究，如趙同謙等［18］將生態系統劃分為4大類并由13個功能指標構建了評價指標體系；謝高地等［19］將生態系統劃分為18類并提出區域草地功能價值的計算；劉興元等［20］對全國草地的經濟價值進行了評估。可以看出國內外許多草地生態服務價值的研究均是在Costanza的基礎上，以不同方法進行分析，很少涉及草地上最重要的經濟活動-放牧，因此本文探討不同放牧情況下草地生態服務價值的變化趨勢，從而闡述適度放牧的重要性。

阿爾泰山兩河源自然保護區是額爾齊斯河與烏倫古河的發源地，具有極其重要的水源涵養意義［21］。當地以傳統的畜牧業生產為主，主要利用高山草原作為夏季牧場，牲畜數量、放牧周期以及草場的生產力，與生物多樣性和恢復力之間在很大程度上保持著平衡，但近年來放牧方式的改變，放牧數量和自然災害的增加都造成牧草減產，使該區域放牧壓力增大，一些地方出現明顯過度放牧，造成自然資源退化的現象［22］。庫爾木圖作為兩河源自然保護區內的一部分，也是重要的水源涵養地，該區域生態服務功能的健康程度不僅維持著當地牧民的基礎生活和生產，同時也維持著該地區生態系統的平衡，因此本研究圍繞以下兩個科學問題進行探討：1）草地生態系統服務價值的構成。2）不同放牧強度下草地生態系統服務價值如何變化。該研究對保護區可持續管理具有重要意義。

1 研究區概況

新疆阿爾泰山兩河源自然保護區于2001年由新疆自治區人民政府批準建立［23］，目的是為保護發源于阿爾泰山東南部的額爾齊斯河和烏倫古河源頭生態系統。保護區總面積68.08萬hm2，其中濕地面積約8.4萬hm2，并有年徑流量超過1×108m3的大河5條，是重要的水源涵養地。保護區內分布著各種動植物1 160多種，國家重點保護的珍稀動植物多達上百種，其中不乏有新疆和阿爾泰山特有物種，是重要的動植物棲息地和豐富的基因庫［24］。保護區的溫性高山草原作為阿勒泰牧民最重要的夏季牧場，放牧天數達130多天，是當地畜牧業發展的基礎；因此阿爾泰山兩河源自然保護區生態系統的穩定是阿勒泰地區極其重要的生態屏障。

2 研究方法

2.1 采樣點設置與數據采集

阿爾泰山兩河源自然保護區作為溫性高山草原，植被生長狀況受到阿爾泰山溫度和降水等因素的影響，使得草地生物量在7-8月達到最大值，因此在7-8月的時間尺度上對庫爾木圖區域內的草地進行布點取樣。2015年7月中旬沿庫爾木圖草原中心河流兩側各布設7大樣區，每個樣區相距約1Km左右，每個樣區內隨機設置6個1m×1m的小樣方，共42個樣方。植被調查以樣方為單位，記錄每個樣方內的物種數（N）、物種類型（n）、冠幅大小（Cw）等，對樣方內每個物種隨機測定10～20株植被高度（H），最后將每個樣方內植被齊地面收割稱其鮮重，并帶回實驗室在80℃下烘24h，稱其干重。

2.2 未放牧草地生態服務價值估算

本研究針對庫爾木圖山地草地生態系統特點，以Costanza等［15］人的研究為基礎，結合謝高地等人［19］對草地生態系統不同功能服務價值構成比例的研究成果，對庫爾木圖未放牧條件下草地生態服務價值進行估算。具體步驟如下：

（1）利用牧草單產和阿勒泰地區2015年牧草市場批發價，得出庫爾木圖草地單位面積牧草生產的價值：

式中，W1為單位面積牧草生產價值（元·hm-2）；Y為單位面積牧產草量（kg·hm-2）；P1為牧草市場價（元·kg-1）。

（2）結合謝高地等人的研究成果，即牧草生產價值在草地生態系統中所占比例，得出庫爾木圖草地生態系統單位服務總價值：

式中，W為草地生態服務單位總價值（元·hm-2）；W1為單位面積牧草生產價值（元·hm-2）；θ1為牧草生產在草地生態服務價值中所占的比例（%）。

（3）根據各類服務功能在單位總價值中所占的比例，以及草地生態服務單位總價值得出各類服務功能的單位服務價值。

式中，Wi為i類功能的單位面積服務價值（元·hm-2）；W為草地生態服務單位總價值（元·hm-2）；θi為i類功能在草地生態服務價值中所占的比例（%）。

2.3 草地理論載畜量計算

本研究按照草地牧草產量（即地上生物量）估測草地載畜量：

式中Z為理論載畜量（羊單位）；Y為單位面積產草量（kg·hm-2）；β為牧草可利用率（%）；I為羊單位日采食干牧草質量（1.83kg）；d為實際放牧天數；S為草地面積（hm2）。該區域放牧以羊為主，將其他牲畜以標準成年羊為折算單位進行折算。

2.4 不同放牧強度下草地生態系統服務功能價值計算

在計算不同放牧強度下草地的生態服務價值時，本文提出基本假設：無過度放牧前提下（即不放牧或適度放牧），由于牧草沒有被食用或部分牧草被食用，所以草地生態系統的牧草生產價值（W1）在這兩種情況下會發生變化，其他各項服務功能價值（W2，W3…Wn）在這兩種情況下變化很小，忽略不計。但在過度放牧情況下，牧草全部被食用，而其他各項服務功能的價值會因為過度放牧導致草地退化，從而使服務價值降低。具體計算過程如下：

（1）未放牧時

如果不放牧，草地生態系統中牧草生產的價值（W1）以割草后出售的市場價值確定，即：牧草生產的價值W1=牧草的直接價值或市場價值。

（2）適度放牧時

如果少量或適度放牧，牧草生產的價值（W1）則體現在被羊食用和出售兩部分，用公式表達為：牧草生產的價值W1= 牧草轉化為羊價值+剩余牧草價值。因此，草地生態系統各項服務功能總價值可表示如下公式：

其中，W總表示研究區草地生態系統服務功能的價值，Wn表示第n項草地生態系統服務功能的價值，S為研究區面積（hm2）。

（3）過度放牧時

如果草地處于過度放牧，考慮到隨著放牧數量的增加，牧草滿足羊食用需求會隨之降低，草地生態系統中牧草生產的價值（W1）可表達為：W1= 牧草生產價值全部轉化為羊價值。

但此種情況下，羊價值會隨著羊吃飽程度（α）下降而降低，因此W1也隨之發生變化。羊吃飽程度（α）可由此公式計算得出：

α=草地產草量/羊理論所需產草量；

同時，在過度放牧情況下，隨草地退化，草地生態系統的其他服務功能價值如涵養水源、生態旅游等功能都隨草地退化程度不同而變化。本文主要參照譚紅妍［25］、鄭淑華［26］等研究的結果，采用草地退化后草地可利用價值的系數（γ）來反映草地生物量、蓋度、多樣性等草地退化程度。因此，過度放牧條件下草地生態系統服務功能的價值可表達為：

3 結果與分析

草地生態系統的服務價值已經被廣泛認可，但是計算結果略有不同，根據Costanza等［15］人的研究，本文從未放牧、適度放牧和過度放牧3方面來分析草地生態服務價值構成及變化。

3.1 草地生態系統服務功能價值及構成

以Costanza等［15］人的研究為基礎，結合謝高地［19］、王興元［20］、歐陽志云［27］等前人研究成果中的優良指標，選擇如下8項符合庫爾木圖草地類型和服務功能特點的指標：牧草生產（W1）、水土保持（W2）、營養物質循環和廢棄物處理（W3）、涵養水源（W4）、凈化空氣（W5）、生物控制（W6）、生態旅游與文化（W7）和動棲息地（W8），這8項草地生態系統的主要服務功能如表1所示。研究區草地生態系統的各項服務功能價值構成，采用謝高地等［19］人2001年計算的草地生態系統單位面積服務價值的基本思路，但沒有直接用謝高地等人計算出的草地生態系統中各項服務功能價值，主要是考慮到經過15年，物價水平出現了明顯差異。

表1 研究區草地生態服務功能及其價值構成Table 1 The service function and composition of grassland ecosystem in study areas

3.2 草地功能退化與放牧強度的關系

假設以該地區2015年理論載畜量為是否超載的臨界值，放牧率是理論載畜量的120%，140%，160%，180%和200%6個不同放牧強度下，研究隨著放牧強度的增加，草地生態服務價值變化分析如下。

分析草地過牧與草地退化的關系，根據譚紅妍［26］、鄭淑華［27］等建立的不同過牧強度下，草地生物量、蓋度、多樣性等的退化程度，可以得出放牧強度與草地退化率之間的關系，如圖1所示。草地退化率與過牧強度呈顯著負相關關系，即放牧強度越大，草地退化越嚴重，草地利用價值越低。

在理論載畜量下，羊吃飽程度（α）=1，庫爾木圖草地產草量為44 412 217.89kg，即此時的產草量是正好羊夠吃飽的臨界值。如α≧1，表示牧草可以滿足羊吃飽的程度，如α＜1，表示額定牧草產量不能夠滿足羊吃飽的程度。表2數據顯示，在過度放牧下，α值均小于1，而且隨著放牧強度的增加，α快速下降，說明放牧強度越大，羊能吃飽的程度越低。

圖1 草地退化率隨放牧強度變化趨勢Fig.1 The relationship of grassland degradation rate and grazing intensity

表2 過度放牧強度下羊吃飽程度系數Table 2 The coefficient of the sheep fed degree under different grazing rates

3.3 不同放牧強度下草地生態系統服務價值變化

3.3.1 未放牧下草地生態系統服務功能價值 采用謝高地、Costanza等人對草地生態服務價值及其構成比例的研究結果，結合研究區2015年草地產草量，利用公式（1、2、3）得到研究區草地生態系統各項服務價值，如表3所示。可以看出，研究區草地生態系統功能中營養物質循環、廢棄物處理（W3）的單位面積服務功能價值最高，達916.83元·hm-2，棲息地服務功能價值最小，為31.16元·hm-2。研究區草地生態系統8項服務功能總價值為2 884.93元·hm-2，研究區2015年草地面積為32 139hm2，得到2015年庫爾木圖在未放牧條件下，草地生態系統服務功能總價值為0.93億元。

表3 研究區2015年草地生態系統各項服務功能價值Table 3 The value and composition of grassland ecosystem service in 2015

3.3.2 適度放牧下草地生態服務價值變化 2015年庫爾木圖草地各類放牧牲畜以標準成年羊（40 kg/羊單位）折算后，其實際載畜量為120 434.5羊單位；結合庫爾木圖放牧草地面積，牧民實際放牧天數，根據公式（4）得到庫爾木圖草地理論載畜量為121 344.86羊單位。比較庫爾木圖草地實際載畜量和理論載畜量，發現在不考慮其他干擾條件下，該研究區放牧數量屬于未超載范圍，即當前研究區處于未過度放牧狀態；在未過牧情況下，根據公式（5）得到庫爾木圖2015年草地生態服務總價值為1.48億元。

3.3.3 過牧下草地生態系統服務功能價值變化將不同放牧強度下草地的生態服務價值，與放牧強度=1時（即理論載畜量）草地的生態服務價值進行比較，通過數據統計得到不同放牧強度與草地生態服務價值變化的關系圖（圖2）。圖2（a）中，隨著放牧強度從0增加到1，草地生態服務價值變化率以指數函數形式上升，擬合兩者曲線為：

對該指數函數求導可以看出，該函數有最小值（X=0時）。說明當放牧強度在0～1之間時，草地生態服務價值隨著放牧強度的增加而增加。

圖2（b）中，隨著放牧強度從1增加到1.8，草地生態服務價值變化率以對數函數形式下降，擬合兩者曲線為：

對該對數函數求導得出，該函數有最大值（X=1時）。說明當放牧強度在1～1.8之間時，草地生態服務價值隨著放牧強度的增加而呈現快速下降趨勢。

由圖2可知，草地生態服務價值變化率在放牧強度為1時最高，此點所對應的也是理論載畜量時草地的最大生態服務價值。在未過牧情況下，草地生態服務價值隨放牧強度的增加而增加；在過牧情況下，草地生態服務價值隨放牧強度的增加而減少；未放牧情況下的草地生態服務價值小于放牧情況。

圖2 草地生態服務價值變化率Fig.2 Change rate of grassland ecosystem service value

4 討論

實測后2015年庫爾木圖的放牧數量十分接近該區域草地的理論載畜量，如果結合降水量、溫度和人為等因素對草地生態系統的影響和限制，此時的放牧數量可能已經超出了草地的承載力，因此放牧數量應小于草地理論載畜量才合理，這與董世魁等［28］認為草地合理放牧數量應低于生態理論載畜量的結論一致。雖然放牧行為引起草地退化是不可避免的，但對此作者認為將放牧數量控制在草地理論載畜量范圍內，盡可能減少草地退化是當前阿爾泰山兩河源自然保護區的首要任務。

由研究數據不難看出，如果庫爾木圖草地發生過牧現象，雖然羊的經濟價值隨著過牧率的增加而有所上升，但草地其他生態服務價值是隨著過牧率的增加而下降的，放牧下草地的生態服務價值從整體效果上也隨著過牧率的增加而減少，因此可以說明草地超載放牧不符合可持續發展觀念。其中草地在不同強度下的退化率系數是參照譚紅研［25］、鄭淑華［26］不同放牧強度（不放牧、輕度放牧、中度放牧、重度放牧）下，取其生物量、蓋度、多樣性退化比例的平均值，雖然無法十分精確，但最終計算不同過牧強度下生態服務經濟價值的結果具有一定的可行性，作者認為該研究不在于每個數據都很精確，僅為計算不同放牧情況下草地生態服務價值變化的趨勢提供一種理論依據。

本研究表明，放牧數量小于或者大于理論載畜量時，生態服務總價值都比理論載畜量時草地的生態服務總價值小，說明在草地生態系統中科學合理的放牧可以使社會經濟和生態環境達到和諧發展，過低或過高的放牧數量均會減少草地的利用價值。而放牧在未超過草地理論載畜量或小于理論載畜量下，既不會造成生態破壞又有利于增加草地的生態經濟價值。該研究利用經濟價值來反映生態服務的變化，旨在強調適度放牧保護草地的重要性，注重草地生態系統放牧數量的管理，實現草畜平衡，以利于提高草地的生態服務價值、保護草地生態環境和促進草地畜牧業的持續發展［29］。

本研究中適度放牧下草地生態服務經濟價值是未放牧下草地生態服務價值的159%，這表明適度放牧能使草地生態系統本身的服務價值有所提高，不放牧草地生態系統服務功能價值體現不充分，Rosen等［30］也認為缺少放牧不利于草原物種豐富度的維持。目前已經有許多研究學者證明了適當數量的動物對草地的采食、踐踏、排便等行為有利于促進植被葉片的生長，提高共存物種的數量、增加群落資源豐富度和復雜程度，適度放牧情況下土壤中C、N含量均高于未放牧草地，同時適度放牧還能提高牲畜平均個體的質量、產羔率、存活率等［31-35］。但也有很多學者證明過牧對草地植被、土壤、牲畜產生不良影響，造成草本植被生長受到抑制、穩定的物質平衡被打破、土壤退化等［36-38］。因此，基于該區域生態地位的特殊性和重要性，建議管理部門應以科學的研究方法為草地生態系統確定合理的放牧率，這也是維持草地生態系統平衡的重要保障和實現草地生態系統可持續發展的基本前提。

5 結論

通過以上分析，得到如下結論：

（1）研究區草地生態系統服務功能主要包括8個指標11項服務功能，其中，營養物質循環、廢棄物處理的單位面積服務功能價值最高的達916.83元·hm-2，棲息地服務功能價值最小，為31.16元·hm-2。草地生態系統服務功能總價值為2 884.93元·hm-2。

（2）在未放牧條件下，2015年研究區草地生態系統服務功能總價值為0.93億元；放牧量在未超載范圍以內，生態服務價值為1.48億元；適當放牧下草地生態服務經濟價值是未放牧下的159%。

（3）在未過牧情況下，草地生態服務價值隨放牧強度的增加而增加；在過牧情況下，隨著放牧強度從120%，140%，160%增加到180%，草地生態系統服務功能價值分別是最大生態服務價值的0.911，0.847，0.8和0.732。說明隨著放牧強度的增加，草地生態服務價值先上升，當放牧強度為1時價值最高，而后下降。