基于生物量的塔里木河下游胡楊生態經濟價值變化特征初探

王希義，徐海量，凌紅波，潘存德

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基于生物量的塔里木河下游胡楊生態經濟價值變化特征初探

王希義1，徐海量2,*，凌紅波2，潘存德1

1. 新疆農業大學，烏魯木齊 830052 2. 中國科學院新疆生態與地理研究所，烏魯木齊 830011

以塔里木河下游的胡楊為研究對象, 探討了胡楊生物量以及經濟價值的變化趨勢。基于2001—2016年塔里木河下游胡楊的調查及模擬資料, 借鑒生物量估算方法, 首先對胡楊生物量變化進行了模擬; 其次, 依據胡楊生物量變化特征和價值評估方式, 定量評價了塔里木河下游胡楊的經濟價值。結果如下: ①建立了胡楊胸徑與年齡間關系模型=12.711/(1+3.339× e–0.208D) 和胡楊單株生物量模型=128.09(Dh)0.6318（2=0.892;=285.35）。②估算了生態輸水以來各年份胡楊總生物量, 起始年份2001年胡楊總生物量約為21.029×104t, 平均生物量約為2.401 t·hm–2。③胡楊年際新增價值量最大值出現在2006年為6.746×108元, 2009年、2011年、2014年胡楊新增價值量均小于0.08×108元, 并且新增價值量與輸水量呈極顯著正相關關系。

生態經濟價值；生物量；胡楊；塔里木河下游

1 前言

森林是陸地生物光合產量的主體, 其層次結構與生命周期比其他生態系統更為復雜[1-2]。森林生物量是森林生態系統的重要指標之一, 反映了系統中個體、種群或群落生物質數量的多少, 并且綜合體現了森林環境質量[3-4]。生物量不僅是植被固碳能力的重要標志, 而且也是評估植被生態經濟價值的重要參數[5]。森林生態系統在維持和改善生態環境方面起著不可替代的作用, 其不僅可以為人類的生產生活提供木材以及林副產品等物質資源, 還具有凈化空氣、調節氣候、涵養水源、防風固沙、固土保肥等生態功能[6-7]。因此, 估測森林生物量、評估其生態經濟價值可以提高人們的環保意識, 對于正確處理經濟發展與環境保護間的關系具有重要意義。

20世紀50年代以來, 前蘇聯、美國、德國等國家先后進行了森林生態服務價值的研究, 并在森林規劃中加以應用[8-10]。國內針對森林生態系統服務功能的評估工作始于20世紀80年代, 在研究中大都采用國外的研究方法, 將服務功能分成若干方面進行評估[11-13]。此種方法的研究并不深入, 指標體系和計算方法不同使結果之間無法比較。一般而言, 生物量越大, 生態系統服務功能越強[14-15], 但是目前依據生物量對森林生態經濟價值進行評估的研究相對少見。

胡楊是塔里木河下游的植被建群種, 對于區域內環境保護和植被恢復程度具有最直接的指示作用[16-17]。針對塔里木河下游胡楊的研究主要集中于胡楊與生態輸水的關系[18-19]、胡楊生態分布[20-21]與胡楊生理特征[22-23]等方面, 而利用生物量評估生態經濟價值的研究未見報道。本研究利用野外調查資料, 通過查詢胡楊生物量模擬方法, 對2001-2016年塔里木河下游胡楊總生物量進行了估算, 并對各年份胡楊生態經濟價值與新增經濟價值進行了評估, 以便于人們對胡楊在生活和生產中的作用有一個恰當認識, 為塔里木河下游植被保護和恢復以及生態輸水的效益評估提供科學依據。

2 研究區概況

塔里木河下游是指從大西海子水庫至臺特瑪湖河段(圖1)。本河段位于庫魯克沙漠與塔克拉瑪干沙漠之間, 區域內的荒漠河岸林形成了南北長約400 km的綠色走廊。

塔里木河下游屬溫帶干旱荒漠氣候, 年降水量僅為20—50 mm, 而潛在蒸發量卻高達2500—3000 mm[24]。由于受到地下水以及河水補給, 河漫灘以及河道兩側低階地內形成了大片喬灌草帶[25]。喬木主要是胡楊(), 灌木主要是檉柳()、黑刺()、鈴鐺刺()等, 草本植物包括蘆葦()、鹿角草(Cass)、駱駝刺(olia)、花花柴()、鹽生草()等。

3 資料來源與研究方法

3.1 資料來源

于2016年6月上中旬-7月上旬在塔里木河下游進行胡楊樣地調查。選取塔里木河下游英蘇、喀爾達依、阿拉干、依干不及麻4個斷面。對于每一個監測斷面, 選擇具有代表性、未受人類破壞的地段, 延垂直于河道方向設置一個長2000 m、寬100 m的樣帶, 然后將此樣帶平均分成20個100 m×100 m的大樣方進行監測。首先統計各個大樣方內胡楊的數量, 對每個大樣方內的胡楊進行每木檢尺(DBH≥4 cm), 記錄其胸徑、樹高、冠幅等, DBH≤4 cm的幼苗及幼樹的數量、高度。

圖1 塔里木河下游各監測斷面狀況

由于在以前沒有對胡楊進行生物量的測量工作, 因此在2016年野外調查時, 在所設定的樣帶內選取了60株幼中齡的、長勢良好的標準木, 在離地面1.3 m處鉆取樹芯, 以獲得樹木年輪; 然后在地面根基部位鋸斷伐倒并稱重, 記錄這60株胡楊的地上生物量。

3.2 研究方法

3.2.1 胡楊不同年份胸徑估算

本研究用樹木年輪推算胡楊樹齡, 然后計算樹齡與胸徑()的關系。首先利用2016年獲取的胡楊標準木數據和年輪數據, 選取線性方程、Logistic方程、對數方程、指數方程、冪函數方程(表1), 確定胡楊胸徑與年齡間的最優關系模型。

3.2.2 不同年份胡楊樹高模擬

2000—2015年胡楊樹高模擬: 利用陳加利[26]建立的樹高與胸徑間的關系方程進行計算。

= 12.8737/[1+e(1.4228-0.1781D)] (1)

式中,為樹高,為胸徑。

本研究所用的軟件為SPSS 16.0與EXCEL 2003.

4 結果與分析

4.1 胡楊單株生物量模型

4.1.1 胡楊胸徑與年齡間關系模型

在所選定的60棵胡楊中, 任意選取30棵胡楊為樣本。首先利用樹木年輪確定其年齡大小; 其次, 依據所測量的胡楊胸徑數據, 建立胡楊胸徑與樹齡間的關系模型。

由表2可知, 在本研究所選取的5個函數中, 以Logistic函數精度最高, 即樹齡與胸徑的最優關系模型為:

=12.711/(1+3.339×e-0.208D) (2)

用剩余30株胡楊對模型進行T檢驗, 結果表明實測值與模擬值之間沒有顯著差異(> 0.05)。

4.1.2 胡楊單株生物量模擬

采用唐守正[27]建立的生物量回歸模型計算胡楊單株生物量。

B = a(Dh)(為胸徑,為樹高)

首先用30株伐倒胡楊數據對a與b進行參數擬合, 并用另外30株檢驗模型精度。根據伐倒30株胡楊建立回歸模型, 效果顯著。

=128.09(Dh)0.6318(2=0.892;=285.35) (3)

用剩余30株胡楊對模型進行驗證, 結果表明實測值與模擬值之間沒有顯著差異(> 0.05)。

4.2 塔里木河下游胡楊林地面積與總生物量變化特征

本研究首先利用胡楊樹齡與胸徑的關系式(2), 計算出所選取的胡楊在2000—2015年的胸徑大小, 而后利用公式(1)估算出不同年份的胡楊樹高, 最后利用公式(3)估算出單株生物量。然后計算樣方內胡楊總生物量, 進而可以推算胡楊單位面積生物量, 最后結合胡楊總面積計算總生物量。

表1 五種關系方程

Tab.1 Five relation equations

注:為樹齡,為胸徑。

表2 胸徑與年齡模型參數擬合結果

Tab.2 Fitting results of model parameters between DBH and age

注: A為樹齡, D為胸徑。

塔里木河下游生態輸水工程始于2000年[28], 而胡楊生長對輸水的響應表現在2001年, 因此本研究以2001年為起始年份。根據所統計的胡楊地上數據, 通過計算得出2001年胡楊地上總生物量約為21.029×104t, 平均生物量約為2.401 t·hm-2。不同年份胡楊總生物量變化特征如圖2所示。

由圖2可知, 胡楊總生物量一直處于不斷的變化之中; 隨著輸水量的逐漸增加, 在2006年出現一個小高峰; 2007—2009年輸水量減少, 胡楊總生物量增加緩慢; 2010年以來, 生態輸水方式逐漸合理, 胡楊總生物量緩慢上升, 2016年最高, 約為49.257× 104t, 單位面積生物量約為3.076 t·hm-2。

4.3 胡楊經濟價值變化特征

4.3.1 總生物量經濟價值變化特征

本研究中借鑒楊柳春等[29]的計算結果, 生物量直接經濟價值為0.110元·kg-1, 間接經濟價值為9.06元·kg-1, 總經濟價值為9.17元·kg-1。2001—2016年塔里木河下游胡楊生態經濟價值變化如圖3所示。

4.3.2 新增生物量經濟價值變化趨勢

本研究中, 以2002表示2001—2002年的新增值, 2003表示2002—2003年的新增值, 以此類推, 2016表示2015—2016年的新增值, 則胡楊年際新增價值量如圖4所示。

圖2 塔里木河下游不同年份胡楊總生物量

圖3 不同年份胡楊經濟價值總量變化趨勢

圖4 胡楊年際新增價值量

由圖4可以看出, 胡楊新增價值量最大值出現在2006年, 為6.746×108元。2009年、2011年、2014年胡楊新增生物量均很小, 小于0.08×108元, 以2011年最小, 僅為0.018×108元。由于2002年新增價值量主要受到2001年輸水量的影響, 2003年主要受到2002年水量的影響, 依次類推, 2016年主要受2015年輸水量的影響, 因此本研究提取了2001- 2015年的輸水量, 對新增價值量與輸水量進行了Pearson相關性檢驗, 得出=0.871**, Sig=0.000。因此, 胡楊新增價值量與輸水量呈極顯著正相關關系。

5 討論

塔里木河下游地區極度干旱, 區域內的荒漠河岸林形成一條連綿不斷的綠色走廊。這是經歷長期嚴酷環境中生存適應而造就的類群, 適應性極為獨特。盡管胡楊林植物種類少, 蓋度低, 但是在如此惡劣的環境中頑強生存, 形成一定規模的群落結構, 構建了荒漠生態系統的骨骼, 因此在低于風沙、穩定環境方面起著不容忽視的作用[30]。塔里木河下游荒漠河岸林以胡楊為建群種, 因此研究胡楊的生態特征具有重要意義。胡楊生物量是胡楊種群最直觀的體現, 反映了胡楊在河岸林生態系統中的地位和作用[31]。本研究建立了胡楊生物量模型, 對胡楊總生物量進行了評估, 至2016年胡楊單位面積生物量約為3.076 t·hm-2。相比而言, 我國東部的貢嘎山區[32]森林單位面積生物量高達568 t·hm-2; 又如, 浙江省[33]森林單位面積生物量遠低于全國水平, 但是依然高于塔里木河下游地區等。這些都表明了塔里木河下游胡楊生物量較低, 同時也說明區域內胡楊具有很大的恢復潛力。

森林生態系統服務是地球對人類福利的重要組成部分, 因此人們在生活和生產過程中需要對森林的存量給予足夠的權重[34]。在本研究中, 塔里木河下游胡楊在2015年的生態經濟價值為45.065×108元, 而塔里木河下游流經的尉犁縣和若羌縣在2015年的GDP總量為111.288×108元, 塔里木河下游胡楊的生態經濟價值占流域GDP的40.5%。因此, 森林的生態服務價值是巨大的。但是現有的國民經濟核算體系以國內生產總值(GDP)為中心, 過于注重森林的直接經濟價值而忽視其巨大的生態效益[35]。這不僅導致森林生產力低下、木材質量下降以及病蟲害蔓延等后果, 而且也會對整個系統的長遠發展產生不利影響。因此, 應盡快將環境資源納入國民經濟核算范圍, 計算經濟成果的環境成本, 建立綠色國民經濟核算體系。

干旱半干旱地區的水資源是植被生存和繁衍的重要資源, 其變化會引起地下水位的變動, 而地上植被的生態經濟價值也會隨之發生變化。在本研究中, 每一年度胡楊的新增價值量與生態輸水量呈現顯著正相關, 這與安紅燕等[36]的研究結果相一致, 都表明了生態輸水對胡楊的新增量影響顯著, 這可以為生態輸水效益的評估提供科學依據。胡楊生態經濟價值清楚地說明了其在維系和促進流域社會經濟可持續發展中的巨大作用, 而且由于塔里木河下游特殊地理位置以及今后經濟的發展需要, 其生態系統服務功能將會發揮更大的作用[37]。另外, 受到研究水平、取樣方式、計算方法的限制, 本研究的評價結果與實際值存在一定差異。但是與機械樣地監測法、典型選樣調查法等方法相比, 精度最高[38]。因此, 在以后的研究中, 應深入分析誤差范圍、來源及影響因素, 提高計算過程中各環節的精度。

6 結論

(1)建立了胡楊胸徑與年齡間關系模型=12.711/ (1+3.339×e–0.208D) 和胡楊單株生物量模型=128.09 (Dh)0.6318(2=0.892;=285.35), 并且模擬值與實測值之間均沒有顯著差異(>0.05)。

(2)依據估算結果, 起始年份2001年胡楊總生物量約為21.029×104t, 平均生物量約為2.401 t·hm–2; 2016年胡楊總生物量約為49.257×104t, 單位面積生物量約為3.076 t·hm–2。

(3)胡楊年際新增價值量最大值出現在2006年, 為6.746×108元; 2011年胡楊新增價值量最小, 為0.018×108元, 2009年與2014年的新增價值量也都小于0.08×108元; 并且胡楊年際新增價值量與生態輸水量呈現極顯著正相關關系。

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王希義, 徐海量, 凌紅波, 等. 基于生物量的塔里木河下游胡楊生態經濟價值變化特征初探[J]. 生態科學, 2017, 36(6): 83-88.

WANG Xiyi, XU Hailiang, LING Hongbo, et al. Primary investigation of ecological economic value ofbased on the biomass in the lower reaches of Tarim river[J]. Ecological Science, 2017, 36(6): 83-88.

Primary investigation of ecological economic value ofbased on the biomass in the lower reaches of Tarim river

WANG Xiyi1, XU Hailiang2,*, LING Hongbo2, PAN Cunde1

1. Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052, China2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China

in the lower reaches of Tarim River was took as the research object, and the variation trend of biomass and economic value ofwas discussed. Based on investigated and simulated data ofin the lower reaches of Tarim river from 2001 to 2016, with the estimated methods referenced, change ofbiomasswassimulated firstly. Secondly, according to the characteristics of biomass and the pattern of value assessment, ecological value ofwas assessed quantitatively. The results are as follows.①The relational model=12.711/(1+3.339×e–0.208D) which between DBH and age ofwas established, so as the biomass model of single plant that=128.09(Dh)0.6318(2=0.892;=285.35). ②The total biomass offorest in every year was estimated since the starting of ecological water transport. Total biomass was 21.029×104t in 2001, with the average biomass about 2.401t·hm–2. ③The biggest interannual new increased value was 6.746×108yuan in 2006; however, the new increased values in 2009, 2011 and 2014 were all below 0.08×108yuan. What’s more, there was a significantly positive correlation between new increased value and water carrying capacity.

ecological economic value; biomass;; lower reaches of Tarim river

10.14108/j.cnki.1008-8873.2017.06.012

Q948

A

1008-8873(2017)06-083-06

2016-10-02;

2016-12-07

國家自然科學基金(31370551, 41471099, 31400466); 中國科學院“西部之光”人才培養計劃(XBBS-2014-13); 中國科學院特色研究所主要服務項目2課題2(TSS-2015-014-FW-2-2)

王希義(1987—), 男, 山東濱州人, 博士研究生, 主要從事生態需水與恢復生態學研究, E-mail:binzhouwxy@163.com.

徐海量(1971—), 博士, 研究員, 博士生導師, 主要從事恢復生態學研究, E-mail: xuhl@ms.xjb.ac.cn.