氣候變化背景下未來中國草地生態系統服務價值時空動態格局

徐雨晴，於琍，周波濤，石英，徐影

中國氣象局國家氣候中心，北京 100081

氣候變化背景下未來中國草地生態系統服務價值時空動態格局

徐雨晴，於琍，周波濤，石英，徐影

中國氣象局國家氣候中心，北京 100081

氣候變化已經并將繼續對中國自然生態系統和人類社會產生廣泛而深遠的影響，成為人類經濟社會發展的風險。為了解未來中國草地生態系統服務價值的時空動態格局以及揭示氣候變化的可能影響，以采用CEVS模型計算得出的NPP為基礎，根據Costanza等提出的生態系統服務價值計算方法，分析了基準期（1971—2000年）及未來（2021—2050年）RCP 4.5（中低排放）和RCP 8.5（高排放）情景下中國草地生態系統服務價值時空動態變化特征。結果表明，基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下中國草地生態系統服務總價值均呈增加趨勢，年平均值分別為1.93萬億、2.26萬億、2.27萬億元。其空間分布狀況與水熱條件的分布趨勢一致，均表現出從西北向東南逐漸遞增的分布格局。未來總價值除了在西藏西北部及新疆中部小范圍內表現為減少外，在其他地區均呈增加趨勢。增幅分布模式與中國人口分布以胡煥庸線劃定的基本格局相似，表現為西北增幅小，東南增幅大；大部分地區增幅比例在30%以內，少數為30%～60%，60%以上非常稀少。中國草地生態系統服務各功能構成項對總價值的貢獻率依次為：土壤形成與保護（26.9%）＞廢物處理（18.1%）＞生物多樣性保護（15.1%）＞氣候調節（12.4%）＞氣體調節=水源涵養（11.0%）＞食物生產（4.1%）＞原材料生產（0.7%）＞娛樂文化（0.6%），即物質產品產出價值僅占4.8%，非物質價值占95.2%。該研究揭示了未來30年中國草地生態系統服務價值的時空格局動態演化及其對氣候變化的可能響應，在一定程度上填補中國在生態系統服務價值動態、定量預估方面的空白現狀，這對于未來科學應對氣候變化、合理利用草地資源、加強生態環境建設具有一定的指導意義。

草地；生態系統服務價值；評估；典型濃度路徑（RCPs）；時空特征；中國

草地是中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%，全國國土面積的41.7%左右（農業部畜牧獸醫司等，1996；陳百明，2001）。作為一種自然生態系統，草地生態系統不僅生產大量的產品，而且提供巨大的服務功能，包括提供產品、調節功能、文化功能和支持功能四大類（趙同謙等，2004）。草原生態系統在發展畜牧業、保護生物多樣性、保持水土和維護生態平衡等方面有著不可替代的作用和價值。

工業革命以來，全球正經歷著以氣候變暖為突出標志的氣候變化，這對全球和區域水資源、生態系統、糧食生產和人類健康等自然生態系統和人類社會均產生了深刻影響。同時，由于人類對生態系統的服務功能及其重要性的認識不足，長期以來過度放牧和不合理的經濟活動，使得中國草地退化面積有增無減，生態系統破壞嚴重，生態環境日益惡化，生態系統服務價值大幅下降。科學地評估生態系服務價值，并將其納入國民經濟核算體系，對于了解氣候變化和人類活動的影響，在一定程度上降低對生態系統服務功能的損害，以及合理利用、有效保護、科學管理草地資源均具有重要意義，最終有利于人類自身的可持續發展（張志強，2001）。鑒于此，生態系服務價值評估工作受到世界各國的高度重視，在過去幾十年里，國內外開展了大量相關工作，取得顯著成果，為開展生態系統評估奠定了基礎。

早在20世紀50年代，國外許多個人和組織就開展了生態系統服務效益的價值評估和研究，并試圖將其納入國民經濟核算體系（Costanza et al.，1997；Gretchen et al.，2000），其中，以美國生態學家Costanza et al.（1997，2014）的研究最具影響力。近幾年，國外關于生態系統服務價值的研究更多傾向于對全球不同區域的生態系統服務文化價值評估（Kaltenborn et al.，2017）、基于土地利用（Kim，2014；Mengistie et al.，2016）及景觀格局（Estoque et al.，2016）的生態系統服務價值及其變化估算，以及對全球水域生態系統服務價值的估算及調查（Reynaud et al.，2017；Chaikaew et al.，2017），對于全球生態系統服務總價值及其變化的估算也仍在持續（Costanza et al.，2014），對于其影響因子的研究也非常普遍，包括土地利用變化（Kim，2014；Mengistie et al.，2016）、城市技術變化的影響（Honey-Roses et al.，2014）等，以土地利用變化的影響研究最多。然而，其中專門針對草地生態系統的研究卻并不多見。

國內對于生態系統服務的研究略晚于國外，始于1980年初，90年代末起開始逐步走向繁榮。在理解生態系統服務內涵、確定生態系統服務功能、構建多項功能指標的基礎上，生態系統服務價值評估工作也陸續開展。近幾年，中國相關的工作以不同地區生態系統服務價值在近幾十年的時空變化及熱點地區（Li et al.，2016；趙志剛等，2017）的研究居多，也有一些影響研究，包括土地利用變化（Peng et al.，2016）、土地退化（Yan et al.，2016）、生態恢復（Wang et al.，2014）、景觀格局等（Zang et al.，2017）的影響。其中，以土地利用與生態系統服務價值變化的互饋研究最多，如利用土地利用數據對生態系統服務價值的評估（Fu et al.，2016）、綜合利用生態系統服務價值的土地利用規劃風險管理（Liang et al.，2017）。偶有生態系統服務價值時空分布及與氣候、生態因子關系（年降水量、人均耕地、坡度、植被覆蓋度）（Zhang et al.，2011）的研究。這些研究中，專門針對草地生態系統服務價值的研究比較有限，在全國尺度上的研究相對更少，且集中在2010年代之前。如謝高地等（2001）將中國草地生態系統劃分為 18種類型，計算出中國自然草地生態系統服務價值為 1497.9億美元。趙同謙等（2004）計算了中國草地生態系統每年的間接價值為8803.01億元。劉起（1999）得出中國草地資源的年生態經濟價值為4200億元。此外，還有一些學者利用遙感數據來估算中國草地生態系統的生態服務價值，如王瑞杰等（2007）、姜立鵬等（2007）分別估算了中國草地生態系統生態服務價值為311.48億美元、17050.25億美元。近年偶見有氣候變化和人類活動對中國部分地區如內蒙古錫林郭勒盟草地（Wang et al.，2016）生態系統服務價值的影響研究。這些研究工作雖然很有限，但對于加深生態系統服務價值的評估認識起到了積極的促進作用，也對人們關注生態系統的服務效益具有重要的引導意義。

氣候變化已對自然生態系統和人類社會產生了不利影響，未來氣候變暖將持續，將給經濟社會發展帶來越來越顯著的影響，并成為人類經濟社會發展的風險。在當今全球氣候變暖、生態環境日益惡化、自然資源日趨短缺的大背景下，氣候變化對生態系統服務價值的影響達到了何種程度？未來會怎樣？在全國范圍內的地域差異如何？諸如此類問題都還未能沒有明確的答案。在氣候變化背景下，動態、定量的生態系統服務價值評估，對于回答這些科學問題，并對于認識把握氣候規律、科學應對氣候變化，以及對未來生態系統管理對策的制定均具有重要意義。然而，目前國內外與氣候變化相關研究工作，特別是對未來氣候的預估研究都還相當缺乏。國外也僅限于近年對全球（Kubiszewski，2017）及部分地區（如西非(Mengistie et al.，2016)）氣候、土地利用變化、管理模式的未來可能影響等有限的研究探討。國內近十幾年也只有少量的關于未來全國范圍（張明軍等，2004）及部分區域，如白河流域（Jia et al.，2012）森林生態系統服務價值的動態變化及其對氣候變化的響應研究，對于草地的研究寥寥無幾。

鑒于此，本研究從社會、經濟與環境的可持續發展角度出發，以氣候、生態因子等為基礎，借助CEVSA模型計算得出的 NPP，依據已有的生態系統服務價值計算方法，分析了中國草地生態服務價值在基準期（1971—2000年）以及未來（2021—2050年）不同氣候條件下連續 30年跨度的時空動態變化趨勢，展示中國草地生態服務價值基于未來排放情景的時空特征以及相對于基準期的變化格局及幅度，揭示未來氣候變化的可能影響，從而在一定程度上填補中國在生態系統服務價值動態、定量預估等方面的空白。這對未來科學應對氣候變化、改善生態系統管理、加強生態環境建設均具有一定的指導意義，同時為未來的綜合經濟核算提供參考。此外，生態系統服務功能的發揮受限于生態系統的承載力閾值（虞依娜等，2010），本研究基于氣候條件及生態參數的NPP動態模擬，進一步分析對應條件下草地生態系統服務價值，將有助于界定未來草地生態系統的承載力閾值。

1 數據與方法

1.1 數據來源及處理

CEVSA模型是一個基于生理生態過程模擬植物-土壤-大氣系統能量交換和水碳氮耦合循環的生服務價值進行逐年計算，計算公式如下：物地球化學循環模型（Cao et al.，1998）。本文采用CEVSA模型，以每10天平均的氣溫、降水、云量、相對濕度4個氣候因子，逐年大氣二氧化碳濃度作為輸入變量，以氮沉降、植被C/N、土壤質地等因子作為輸入參數，以遙感土地利用類型為基礎，結合CEVSA模型的輸入植被參數劃分植被類型，計算出逐年凈初級生產力（NPP）。氣候數據為使用區域氣候模式RegCM 4.4在國家氣候中心的全球模式BCC_CSM 1.1驅動下進行的水平分辨率為 50 km×50 km的模擬結果。為了消除模式數據的系統誤差，本研究首先將模擬結果進行了誤差訂正，隨后采用澳大利亞ANUSPLIN 3.1樣條函數插值法內插至 0.1o×0.1o（經緯度）。首先，將 1971—2000年多年平均氣候數據輸入CEVSA模型進行模擬直至其達到生態系統平衡態，以消除初始輸入對模型模擬的影響。然后，用 1961—2100年逐旬氣候數據對NPP進行動態模擬。

RCPs是一種以未定濃度為特征的較常用氣候變化情景，在IPCC第五次評估報告中被運用，相對于SRES排放情景而言，其增加了應對氣候變化的各種政策對未來排放的影響。限于資料可獲得性，未能找到RCP 2.6的驅動場，故本文選取中低排放（RCP 4.5）和高排放（RCP 8.5）兩個典型濃度路徑作為未來排放預估情景，對應的是 2100年總輻射強迫相對于1750年分別達到4.5 W?m-2和8.5 W?m-2。本研究中，1961—2100年的年均NPP數據中，1961—2005年為歷史模擬數據，2006—2100年為RCPs預估數據。鑒于目前國內外對未來生態系統服務價值研究中預估時段一般截至 2050年（Kubiszewski et al.，2017；Heubes et al.，2012）或2040年（Jia et al.，2012），故本研究對未來的預估時段選取為 2021—2050年，選取預估研究中常用的1971—2000年作為基準期。

1.2 生態系統服務功能價值估算方法

在生態系統服務價值的估算方法中，Costanza et al.（1997）和謝高地等（2003）的研究方法近年來得到了國內學者的廣泛應用。謝高地等人在Costanza等人提出的生態系統服務價值評價方法的基礎上，研究提出了適合中國實際情況的9項生態系統服務功能和相應的修正算法，并在中國青藏高原地區得以應用。所以，本文以 Costanza et al.（1997）提出的“生態系統服務功能價值計算方法”（式1）和謝高地等（2003）提出的“我國平均狀態下的單位面積生態系統服務功能價值單價表”中草地各生態服務功能情況（表1）等研究成果為基礎，對基準期（1971—2000年）及未來（2021—2050年）RCP 4.5和RCP 8.5情景下中國草地生態系統

表1 我國草地單位面積生態系統服務價值單價Table 1 Chinese ecosystem service value per unit area of grassland ecosystem type yuan?hm-2

式中，ESV為中國草地生態系統服務的總價值；Pj為單位面積上土地利用類型j的生態系統服務價值；Aj為研究區內土地利用類型j的面積。本文中j=1，表示土地利用類型只有草地1種，下同。由于人類活動導致的土地利用變化等對生態系統服務價值具有顯著的影響（Kim，2014；Mengistie et al.，2016；Peng et al.，2016），本研究為了揭示氣候變化的可能影響，盡可能消除人類活動導致土地利用類型改變的影響，因而假定草地面積在不同年份未發生變化。

表1所示為全國平均狀態的生態系統服務價值的單價。該單價體系是謝高地等（2003）在Costanz et al.（1997）提出的生態系統服務價值評估體系的基礎上，根據問卷調查獲得的基于專家知識改進而成的。鑒于目前還未有單價體系的動態變化參數作為參考，故本文未考慮不同年份價格指數的變動。

生態系統的服務功能大小與該生態系統的生物量有密切關系，一般而言，生物量越大，生態系統的服務功能越強。因此，假定生態系統的服務功能強度與生物量呈線性關系，針對生態系統服務價值的生物量因子，按下述公式對生態系統服務價值的單價進行進一步修訂（謝高地等，2003）：

式中，Pij為訂正后的單位面積第j類生態系統（這里指草地生態系統）的第 i種服務功能的價值量，i=1，2，…，9，分別代表氣體調節、氣候調節、水源涵養、土壤形成與保護、廢物處理、生物多樣性保護、食物生產、原材料生產、娛樂文化共9項；B為中國草地單位面積生物量；pij為表1中第j類生態系統的第 i種服務功能的全國平均價值量。bj為第j類生態系統的生物量，推算公式為：bj=NPP/（6·85%×0.45），其推算過程如下：

目前，中國少有草地植被生物量與NPP相關關系的實測或模擬研究，更未有針對長時間序列全國尺度兩者關系的報道。通過文獻查閱，鑒于中國南方草地地上 NPP遙感估算值與實測值之間具有很好的相關性和一致性（孫成明等，2013），此外，生物量是泛指單位面積上所有生物有機體的干重，是凈生產力所積累的干物質，NPP實際上就是植被一年的生物量，因此，文中確定草地NPP干物質重為年生物量。方精云等（2010）認為，中國草地總生物量平均為479.56～773 g?m-2。樸世龍等（2001）利用20世紀90年代《中國草地資源數據》建立模型模擬獲得中國草地單位面積的地上與地下生物量平均值分別為98.0、602.5 g?m-2（地下和地上生物量比值為6.14）。Yang et al.（2010）通過實測計算出中國草地地上與地下生物量平均值分別為104.8、570.2 g?m-2（地下/地上生物量為5.44）。本研究計算的生物量與這些研究結果接近。此外，馬安娜等（2014）近年發現，中國草地的地上與地下生物量之間呈冪函數相關關系，地下和地下生物量之比介于0.2～16之間，而且作者通過綜合多個研究數據計算得出地上與地下生物量平均值分別為127.9 g?m-2和639.3 g?m-2（地下和地上生物量比值為5.00），因此，本研究取地下與地上生物量的比值為5，即地上生物量占總生物量的1/6。

草地植被地上生物量等于產草量（風干重）減去風干草中的含水量，本文中風干草含水百分比取15%。全國草地地上單位面積風干草產量為 1322 kg/(hm2·a)。此外，植物生物量（干物質重，單位為g）轉換為碳（g）時，通常采用轉換系數0.45（方精云等，1996）。因而，本文中 NPP單位為 g?m-2，換算成干物質量時，以0.45作為轉換系數（除以0.45）。

2 中國草地生態系統服務價值時空格局

2.1 時間變化

基準期（1971—2000年）及未來（2021—2050年）RCP 4.5和RCP 8.5情景下中國草地生態系統服務總價值均呈增加趨勢，基準期與 RCP4.5情景下增速相近，但均低于RCP 8.5情景下的增速（圖1）。基準期、未來RCP 4.5及RCP 8.5情景下中國草地生態系統服務總價值平均值分別為1.93萬億、2.26萬億、2.27萬億元，未來RCP 4.5及RCP 8.5情景草地生態系統服務總價值分別比基準期增加3242億、3345億元。

圖1 基準期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下我國草地生態系統服務總價值變化趨勢Fig. 1 Variation of grassland ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios in China

圖2 基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務價值各功能構成項貢獻率Fig. 2 The contribution rates of service value for individual grassland ecosystem function from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios in ChinaSFP: soil formation and protection; WT: waste treatment; BP: biodiversity protection; CR: climate regulation; GR: gas regulation; WC: water conservation;FP: food production; RMP: raw material production; RC: recreation and culture. The same as below

中國草地生態系統各功能構成項服務價值及其貢獻率（圖2），在基準期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下依次是：土壤形成與保護（5205萬、6078萬、6106萬元；26.9%）＞廢物處理（3497萬、4073萬、4102萬元；18.1%）＞生物多樣性保護（2909萬、3397萬、3413萬元；15.1%）＞氣候調節（2402萬、2805萬、2818萬元；12.4%）＞氣體調節=水源涵養（2035萬、2494萬、2505萬元；11.0%）＞食物生產（801萬、935萬、939萬元；4.1%）＞原材料生產（133萬、156萬、156萬元；0.7%）＞娛樂文化（107萬、125萬、125萬元；0.6%），即物質產品（原材料生產+食物生產）產出價值僅占4.8%，非物質價值占95.2%。從總體變化趨勢來看，除了貢獻率高的土壤形成與保護功能的服務價值呈微弱的增加趨勢外，其他各構成項變化都不明顯（圖3）。

2.2 空間分布

2.2.1 總價值及其變化

在基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下，中國草地生態系統服務價值空間分布情況基本相同，與水熱條件的分布趨勢一致，均表現出從西北向東南逐漸遞增的分布模式。其空間差異較大，最低值不到218萬元，而最高值達3.07億元（圖4）。

相對于基準期，未來RCP 4.5和RCP 8.5兩種情景下中國草生態系統服務總價值變化幅度均表現出相似的空間分布。總價值除了在西藏西北部及新疆中部小范圍內表現為減少外，在其他地區均呈增加趨勢。RCP 4.5和RCP 8.5情景下，前者的減幅小于后者，最大減幅分別達0.95億和1.05億元，分布范圍相對集中。中國草生態系統服務價值增加幅度分布模式與中國人口分布以胡煥庸線劃定的基本格局相似，表現為西北增幅小，東南增幅大。RCP 4.5和RCP 8.5情景下最大增幅分別達0.42億和0.50億元（圖5）。

圖5所示為未來RCP 4.5與RCP 8.5兩種情景下（相對于基準期），中國草地生態系統服務總價值的變化比例。RCP 4.5情景下，減幅比例分布范圍與圖5一致，減幅比例最高達100%。增幅比例在中國絕大部分地區為 0%～30%；小部分地區為30%～60%，主要分布在新疆北部，內蒙古西部烏海、巴彥卓爾一帶；60%以上增幅比例的地區非常稀少。RCP8.5情景下，減幅比例分布范圍與圖5一致，減幅比例最大達 100%，在西藏西北部，其分布范圍比 RCP4.5情景下更分散。增幅比例在中國絕大部分地區為0%～30%；小部分地區為30%～60%，零星分布在新疆北部、內蒙古西部、甘肅、陜西西北部、云南北部等部分地區；60%以上增幅比例的地區非常稀少（圖6）。

2.2.2 主要功能構成價值及其變化

圖3 基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務價值各功能構成項變化趨勢Fig. 3 Changing trend of grassland ecosystem service value for individual function from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios in China

圖4 基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務總價值Fig. 4 Spatial distribution of the total grassland ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios in China

土壤形成與保護是中國草地生態系統服務各項功能指標中的最主要構成項，其價值在全國范圍的分布模式（圖 7）與總價值（圖 4）類似，只是在數值量級上有所差異。

圖5 未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務總價值變化幅度（相對于基準期）Fig. 5 Spatial distribution of the variation amplitude for the total grassland ecosystem service value under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

圖6 RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務總價值變化比例（相對于基準期）Fig. 6 Spatial distribution of the variation percentage for the total grassland ecosystem service value under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

土壤形成與保護的生態系統服務價值變化范圍（圖 8）與總價值（圖 5）類似，只是變化幅度稍有區別。

3 討論

圖7 基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務價值主要功能構成項（土壤形成與保護）的空間分布Fig. 7 Spatial distribution of grassland ecosystem service value for soil formation and protection (SFP) from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios in China

中國草地生態系統服務價值在基準期（1971—2000年）為1.93萬億，這與相關研究結果在數據上存在一定的差異。在過去的研究中，劉起（1999）計算的中國草地資源年經濟價值為4200億元；趙同謙等（2004）計算的中國草地生態系統的間接價值為8803.01億元；謝高地等（2001）計算中國自然草地生態系統服務價值為 1497.9億美元；陳仲新等（2000）計算的中國草地每年的生態系統效益價值為8697.68億元。此外，還有一些學者利用遙感技術估算了中國草地生態系統服務價值，如王瑞杰等（2007）基于MODIS數據計算中國草地生態系統服務價值為311.48億美元；姜立鵬等（2007）對 2003年中國草地生態系統服務價值遙感估算的總價值為 17050.25億元。研究結果的差異主要源于對本身復雜的草地生態系統服務內涵的認識不同，從而采取了不同的評估方法及指標體系。此外，過去的研究中，評估對象往往不同，有的針對生態系統的間接價值，或直接價值和間接價值的總和；有的是針對天然草地，或包括人工草地和天然草地的所有草地，這些都能直接導致評估結果的巨大差異性。因此，內涵的理解和評估對象的定位非常關鍵，制定客觀、科學、與時俱進且能被公認、廣泛接受的方法和指標標準非常必要，這也是中國草學界多年來一直面臨的難題。

圖8 未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下我國草地生態系統服務價值主要功能構成項（土壤形成與保護）的變化幅度（相對于基準期）Fig. 8 Spatial distribution of the variation amplitude of grassland ecosystem service value for soil formation and protection(SFP) under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

預估結果表明，未來（2021—2050年）中國草地生態系統服務價值在RCP 4.5及RCP 8.5情景下呈不同程度的增加趨勢，且相對于基準期分別增加3242億（16.8%）、3345億元（17.3%）。這表明在未來中低排放和高排放情景下的氣候變化背景下，中國草地生態系統的服務價值總體呈現出增加的趨勢及變化格局。然而，本研究估算的未來RCP 4.5與RCP 8.5兩種情景下中國草地生態系統服務總價值以及相對于基準期的增加值，相差甚微，表明中低排放和高排放情景幾乎對草地生態系統服務價值沒有大的影響。究其原因，本研究中生態系統服務價值的大小主要取決于NPP，施紅霞等（2015）研究表明，21世紀北半球中高緯度NPP變化與氣溫、降水息息相關。在RCP 4.5與RCP 8.5情景設置下，預估的氣溫和降水都呈現出自 2006年起逐漸遞增的趨勢，這種漸變趨勢在近期（21世紀中葉以前）差別并不大，因而成為這種相差甚微的主要原因。

過去大多數研究都估算了研究區生態服務價值的總量，沒有考慮研究區內生態系統的空間分布差異。本研究則清晰地展現了中國草地態系統服務價值的空間分布格局：從西北向東南逐漸遞增，空間差異很大。同時展現出了未來相對于基準期的變化格局：西北增幅小，東南增幅大，與以胡煥庸線劃定的基本格局相似。究其原因，這可能與水熱條件、土壤以及草地類型等的分布息息相關。

過去有研究（韓神等，2005）表明，如果生態系統提供的服務價值不隨時間的推移而減小，則表明該生態系統處于較理想狀態。因而，從本研究結果來看，中國草地生態系統在 21世紀中葉以前總體相對穩定，處于一種理想狀態。但在中國少數地區，即西藏西北部及新疆中部小范圍內（阿里的西北部以及古爾班通古特沙漠和塔克拉瑪干沙漠周邊地區），草地生態系統服務總價值下降，存在變得更加稀有的風險。究其原因，該地區氣候惡劣，在未來氣候暖干化趨勢下，沙漠周邊的草地生態系統將來會受到更大的壓力，生態系統服務功能的發揮將超出其承載力閾值，致使草地退化甚至沙漠化。因而，應該加強對該脆弱區域的保護和建設，增強其穩定性。

從草地生態系統服務價值的各功能構成項來看，其貢獻率比重均衡，基本都在11%～27%之間。相對而言，土壤形成與保護貢獻率最高（26.9%），說明中國草地生態系統不容易遭到破壞，且較易恢復，這很可能正是中國草地生態系統在未來 30年總體相對穩定、處于一種理想狀態的直接原因。然而，食物生產和原材料生產的貢獻率很低（共4.8%），表明中國草地供給服務能力有限，并不利于畜牧業以及相關產業的發展。本研究結果進一步印證了前人（趙同謙等，2004；魯春霞等，2004）的結論，即中國草地的價值不僅表現在為人類提供原材料、食物等直接的經濟價值，更為重要的是所提供的潛在生態價值遠高于其本身的實物價值，即非物質價值比物質產品產出價值更高。因此，在對草地資源開發利用過程中，不能只注重眼前物質產品利益，而更應該注重它為人類生態環境所創造的非物質價值，要優先考慮長久效益，這對經濟、社會和生態效益的可持續發展具有重要意義。同時，鑒于草地生態系統巨大的服務價值，很有必要將生態系統服務價值的研究或評估工作納入社會經濟以及環境保護的決策體系中。如果僅以經濟指標作為決策依據，很容易引起決策的失誤，并對生態環境造成破壞，降低生態效益。

值得注意的是，本研究中生態系統服務價值各功能構成項貢獻率大小的確定，主要溯源于評估方法的選擇。本研究的貢獻率是依據單價體系計算而得，是通過參考謝高地等（2003）在Costanz et al.（1997）提出的生態系統服務價值評估體系的基礎上，根據問卷調查獲得的基于專家知識改進而成。這種確定方法可能仍然具有一定的局限性和不完善性。主要表現為謝高地等的調查對象大都是從事生態學研究的專家學者，他們對生態服務的效用有足夠深刻的理解，而且都生活于北京等生態環境問題特別突出的特大城市，給出的部分服務功能（包括土壤形成與保護等）單價很可能偏高（謝高地等，2008），因而物質產品產出功能單價相對偏低。而且，鑒于目前還未有單價體系的動態變化參數作為參考，本文也未考慮不同年份價格指數的變動，因而貢獻率也不隨年份而變化。

生態系統服務價值評估結果很大程度上依賴于不同方法的選擇。目前，生態系統服務價值評估理論和方法雖然有了一定的發展，但仍然不盡完善，不同方法均存在一定的不足和局限性。由于資料的限制，本研究呈現的生態系統服務價值是全國的平均狀況，并未將草地進行類型劃分，因而未能體現出不同空間位置、不同草地類型的生態系統服務價值的差異性，忽略了生態系統內部的空間異質性及其內在驅動機制的分析。此外，單位面積生態系統服務價值不僅取決于生物量，而且很可能受不同空間位置的其他條件如地理狀況、生態特點等以及社會經濟條件的動態影響。這些不足將在今后相關的研究特別是對小尺度區域的相關研究工作中進一步完善。

然而，鑒于目前國內外與氣候變化有關的生態系統服務價值評估方面的工作，特別是對未來的預估研究都還相當缺乏。本文的研究雖然也有很多不足之處，但也能展示中國草地生態服務價值基于未來排放情景的時空特征以及相對于基準期的變化格局及幅度，揭示出未來氣候變化的可能影響，從而在一定程度上填補了中國在生態系統服務價值動態、定量預估方面的空白。

4 結論

（1）基準期（1971—2000年）及未來（2021—2050年）RCP 4.5和RCP 8.5情景下，中國草地生態系統服務總價值均呈增加趨勢，年平均值分別為1.93萬億、2.26萬億、2.27萬億元，RCP 4.5及RCP 8.5情景比基準期分別增加3242億、3345億元。

（2）在基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下，中國草地生態系統服務價值空間分布情況基本相同，均表現出從西北向東南逐漸遞增的分布格局，與水熱條件的分布格局一致。其空間差異較大，最低值不到218萬元，而最高值達3.07億元。相對于基準期，未來RCP 4.5和RCP 8.5兩情景下中國草生態系統服務總價值變化幅度均表現出相似的空間分布格局。除了在西藏西北部及新疆中部小范圍內總價值表現為減少外，在其他地區均呈增加趨勢。RCP 4.5和RCP 8.5情景下最大減幅分別達0.95億和1.05億元，達100%。增加幅度分布格局與中國人口分布以胡煥庸線劃定的基本格局相似，表現為西北增幅小，東南增幅大，RCP 4.5和RCP 8.5情景下最大增幅分別達0.42億和0.50億元。增幅比例在中國絕大部分地區為 0%～30%；小部分地區為30%～60%；60%以上增幅比例的地區非常稀少。

（3）中國草地生態系統各功能構成項服務價值及其貢獻率在基準期及未來RCP 4.5和RCP 8.5情景下依次是：土壤形成與保護（5205萬、6078萬、6106萬元；26.9%）＞廢物處理（3497萬、4073萬、4102萬元；18.1%）＞生物多樣性保護（2909萬、3397萬、3413萬元；15.1%）＞氣候調節（2402萬、2805萬、2818萬元；12.4%）＞氣體調節=水源涵養（2035萬、2494萬、2505萬元；11.0%）＞食物生產（801萬、935萬、939萬元；4.1%）＞原材料生產（133萬、156萬、156萬元；0.7%）＞娛樂文化（107萬、125萬、125萬元；0.6%），即物質產品（原材料生產+食物生產）產出價值僅占4.8%，非物質價值占95.2%。

（4）土壤形成與保護是中國草地生態系統服務最主要的功能構成項，其價值及其變化比例在全國范圍的分布模式與總價值類似，但變化幅度稍有區別。

本研究表明，中國草地生態系統服務為人類創造了巨大的生態效益，特別是非物質產品利益，且隨著氣候變暖這種效益將不斷增加。這將有利于人類自身的可持續發展，因而未來我們要繼續重視對草地生態系統的保護和建設，尤其要高度關注西藏西北部及新疆中部，即阿草原及古爾班通古特沙漠和塔克拉瑪干沙漠周邊草地，這些地區生態環境脆弱、穩定性差，在未來氣候變化背景下，生態系統服務功能的發揮將超出其生態系統承載力閾值，導致生態系統服務總價值下降。

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Temporal-Spatial Dynamic Pattern of Grassland Ecosystem Service Value under the Background of Climate Change in the Future in China

XU Yuqing, YU Li, ZHOU Botao, SHI Ying, XU Ying
National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China

Climate change is already and will continue to impact on our natural ecosystems and human society extensively and profoundly, and therefore will be the risk of human economic and social development.Temporal and spatial dynamic characteristicsof grassland ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP 4.5(middle and low emissions) and RCP 8.5(high emission) scenarios in China were analyzed, in order to understand spatio-temporal dynamic pattern and reveal the impact of climate change in the future. The calculation methods put forward by Costanza, etc. and the NPP data calculated by using the CEVSA ecological processes model were used. The results showed that the total grassland ecosystem service values showed an increasing trend, with the annual mean of 1.93×1012, 2.26×1012and 2.27×1012yuan, respectively for baseline period and for future (under RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios). Total value displayed a space pattern of gradualincreasing from northwest to southeast, which was consistent with the distribution pattern of hydrothermal conditions. The values decreased in relatively little areas i.e., in the west and north of Tibet and the middle of Xinjiang, but increased in other regions in the future,relative to the baseline period. A patter of greater increase amplitude in the southeast and smallerones in the northwest was observed,which was similar to the Hu Huanyong line population distribution pattern in China. The increase percentage was within 30% in most of areas, was in the range of 30%～60% in a few regions, and was more than 60% in very few regions. The contribution rates of ecosystem service value for individual function were in an order of soil formation and protection (26.9%)＞waste treatment(18.1%)＞biodiversity protection (15.1%)＞climate regulation (12.4%)＞gas regulation=water conservation (11.0%)＞food production(4.1%)＞raw material production (0.7%)＞recreation and culture (0.6%). Therefore, material products accounted for only 4.8% of the values, and intangible value accounted for 95.2%. This study revealed a dynamic evolution pattern of grassland ecosystem service values in the future and its corresponding response to climate change in China. It has some guiding significance for adapting to climate change, utilizing forest resources rationally, and strengthening ecological environment construction. To a certain extent, it fills the blank of the dynamic and quantitative prediction of ecosystem service value in China at present.

grassland; ecosystem service value; evaluation; RCPs; temporal and spatial characteristics; China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.10.002

S812.29; X171.1; X16

A

1674-5906（2017）10-1649-10

徐雨晴, 於琍, 周波濤, 石英, 徐影. 2017. 氣候變化背景下未來中國草地生態系統服務價值時空動態格局[J]. 生態環境學報, 26(10): 1649-1658.

XU Yuqing, YU Li, ZHOU Botao, SHI Ying, XU Ying. 2017. Temporal-spatial dynamic pattern of grassland ecosystem service value under the background of climate change in the future in China [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(10): 1649-1658.

中國氣象局氣候變化專項（CCSF201731）

徐雨晴（1977年生），女，高級工程師，博士，研究方向為氣候變化、生態過程研究。E-mail: xuyq@cma.gov.cn*通信作者：於琍（1976年生），女，高級工程師，博士，研究方向為氣候變化。E-mail: yuli@cma.gov.cn

2017-05-12