拉薩河谷山地灌叢草地生態系統服務價值評價——以拉薩達孜縣為例

趙海珍,李文華,馬愛進,黃瑞玲

（1.環境保護部環境工程評估中心,北京 100012；2.中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101；3.中國標準化研究院,北京 100088；4.成安縣綜合職業技術學校,河北 邯鄲 056700）

生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用[1]。生態系統服務功能的評價是聯合國千年生態系統評估（MA）的主要內容之一,對于全球生態系統的管理和可持續發展生態學的研究具有重要意義[2]。

青藏高原是一個具有全球意義的脆弱生態系統,平均海拔4 000 m以上,地形復雜、氣候極端而多變、自然災害頻繁、土壤貧瘠、植物生長緩慢,生態系統一旦遭受破壞,極難恢復；但是,作為世界上最大的“水塔”、高原生物多樣性的維持基地、最具地域和民族特色的旅游勝地、世界文化的重要組成部分,它為人類提供著極大的生態產品和服務。青藏高原是我國天然高寒草地分布面積最大的一個區域,天然高寒草地面積達1.28×108hm2,目前,謝高地等[3]、閔慶文等[3]、于格等[5-6]、俞文政等[7]已對青藏高原草地生態系統服務功能進行了研究,但這些研究主要集中于大尺度——青藏高原,給出了高原草地生態系統服務功能的一般性結論,但無法明確描述一些典型地區（如拉薩河谷地區）的具體情況。拉薩河谷分布于青藏高原的藏中地區,與年楚河、雅魯藏布江構成了“一江兩河”農業發展區。拉薩地區牧草地凈面積為138.65萬hm2,是土地利用類型中面積最大、分布最廣的一類,山地灌叢草地是其中一個重要的草地類型,多分布在河谷兩側較干燥和溫暖的山地與寬谷地帶。

因此,本研究選擇典型的河谷區拉薩市達孜縣——極具代表性的山地灌叢草地生態系統,以野外試驗數據為基礎,在一個較小尺度上對其生產產品、固定 CO2、釋放 O2、涵養水分、維持營養循環等生態系統服務功能的價值進行評價,旨為拉薩河谷地區山地灌叢草地生態系統服務功能的評估及其科學管理提供一定的科學依據。

1 研究區域概況

達孜縣位于藏南谷地、拉薩河下游南岸,29°29′～30°02′N,91°15′～ 91°41′E 。境內平均海拔4 500 m,年均溫約為7.5℃,日照充足,年均日照時數為3 065 h,年均降水量450 mm左右,90%以上集中6-9月,屬于高原季風溫帶半干旱氣候。土壤為洪沖積母質,質地偏沙,主要土壤類型有高山寒漠土、高山草甸土、亞高山草甸土、草原土、山地灌叢草地土等。在植物區系中屬于泛北極植物區青藏高原植物亞區藏南山地灌草草原區,植物種類較多,主要有砂生槐（Sophora moorcrof tiana）、矮嵩草（Kobresia humilis）、固沙草（Orinus thoroldii）、白草（Pennisetum f laccidum）、毛瓣棘豆（Oxytropis sericopetala）、扭盔馬先蒿（Pedicularis dayidii）、西藏中麻黃（Ephedra intermedia）、酸模葉橐吾（Ligularia lapathif olia）等。

2 研究方法

2.1 生物量的測定2002年6-9月、2003年7-8月,6次測定；山坡中上部,選取3塊代表性樣地；隨機設置3個樣方,面積為50 cm×50 cm。將樣方內的植物齊地面剪下,把樣地根系達到的最大深度的土壤挖出,用水沖洗、浮選,收集所有根系并陰干。地上部分（綠色和立枯）和地下部分（根）于80℃下烘干至恒質量,用電子天平（0.01 g）稱量。

2.2 土壤樣品的采集與測定選擇3塊代表性樣地,隨機取樣,去除植被,挖土壤垂直剖面（長、寬均為1 m）,土壤剖面深度挖至母質層,自上而下,分層描述取樣,每層3個重復,記錄土壤各層的厚度。土壤物理性質采用常規方法測定[8]。土壤機械組成采用SALD3001激光粒徑分析儀測定；土壤容重、孔隙度、飽和含水率、滲透系數采用環刀法；自然含水率采用土鉆法。

2.3 植物養分的測定植物樣品的采集均于花期（8:00～10:00）進行,采集方法依據中國生態網絡的標準[9]。所采集的樣品先在105℃烘干15 min,然后在65℃烘干至恒質量。

全氮測定采用開氏法；全磷、全鉀測定采用干法溶樣,ICP等離子測定采用發射光譜法[9]。全株的元素含量是根據植物體各部分的元素含量和生物量計算得出的。

2.4 產品價值根據山地灌叢草地生態系統地上部分的凈初級生產力、面積、市場價格等資料,利用市場價值法評價其物質生產功能的價值。以牧草市場價格1 000元/t來估算山地灌叢草地生態系統的產品服務價值。

2.5 固定CO2的價值利用山地灌叢草地生態系統的凈初級生產量數據,根據光合作用方程式,生態系統每生產1.00 g植物干物質能固定1.63 g CO2,使用造林成本法（1990年不變價260.90元/t）和碳稅法（150美元/t,以1美元折合8.28元人民幣計算）[10]估算農田生態系統固定的CO2價值。

2.6 釋放O2的價值根據光合作用方程式,生態系統每生產1.00 g植物干物質能釋放1.20 g O2,利用山地灌叢草地生態系統的凈初級生產量數據,使用造林成本法（1990年不變價352.93元/t）和工業制氧法（制氧工業成本 0.40元/kg）[10]估算山地灌叢草地生態系統釋放O2的價值。

2.7 涵養水分的價值考慮土壤對水分的涵養,利用土壤非毛管靜態蓄水量法[11]計算山地灌叢草地生態系統土壤水分涵養量,采用替代工程法,以水庫的蓄水成本（1990年不變價0.67元/t）[10]來定量評價山地灌叢草地生態系統涵養水分的價值。

2.8 營養循環的價值利用各營養元素在各植物體內的含量、播種面積、凈初級生產力等數據,計算植物體內N、P、K的積累量；利用影子價格法（我國化肥的平均價格為2 549元/t,1990年不變價）[10]將山地灌叢草地生態系統養分的持留量價值化。

3 結果與分析

3.1 產品的服務價值拉薩地區牧草地凈面積為138.65萬hm2,是土地利用類型中面積最大、分布最廣的一類。山地灌叢草地是其中一個重要的草地類型,多分布在河谷兩側較干燥和溫暖的山地與寬谷地帶,其面積為392 hm2。山地灌叢草地的年生產量主要體現于其地上部分的生物量。因此,主要計算山地灌叢草地地上部分的價值。達孜縣山地灌叢草地生態系統的凈初級生產力為116.33 g/（m2·a）,計算可得其每年的產品服務價值為45.60萬元。

3.2 固定CO2的量及其價值干物質積累量（干物質質量）反映了灌叢草地的同化能力,山地灌叢草地生態系統固定CO2量為4 089.02 t/a。按造林成本法和碳稅法,其固定CO2的價值分別為29.09和138.51萬元/a,以二者的平均值作為其固定CO2的價值,則山地灌叢草地生態系統固定CO2的經濟價值為83.80萬元/a。

3.3 釋放O2的量及其價值植物可以通過光合作用釋放O2,山地灌叢草地生態系統釋放O2量為3 010.32 t/a。按造林成本法和工業制氧法,其年釋放O2的價值分別為 106.24萬元和120.41萬元,取兩者的平均值作為其釋放O2的價值,則山地灌叢草地生態系統每年釋放O2的價值為113.33萬元。

3.4 涵養水源的經濟價值非毛管孔隙的靜態蓄水量是衡量生態系統水源涵養功能的一個十分重要的指標。根據測定的各層土壤的非毛管孔隙度,計算得到達孜縣山地灌叢草地生態系統土壤每年的總蓄水量為196 313.60 t,其生態經濟價值為13.16萬元（表1）。

表1 山地灌叢草地生態系統涵養水分的經濟價值

3.5 營養循環的經濟價值生物庫養分持留法是用生態系統養分持留量的多少來表示生態系統維持營養物質循環功能的強弱,考慮了植物本身的吸收能力。達孜縣山地灌叢草地生態系統的凈初級生產量2 508.60 t/a,全氮、全磷、全鉀含量分別為 0.860 6%、0.072 6%、0.495 9%,養分總含量1.429 1%,養分持留總量為35.85 t/a,其營養循環的生態經濟價值為9.14萬元/a。

3.6 山地灌叢草地生態系統服務功能的構成與總價值達孜縣山地灌叢草地生態系統單位面積服務功能的總價值為265.03萬元,其中以O2釋放功能的經濟價值為最高113.33萬元,占總價值的42.76%（表2）。

4 討論與結論

達孜縣山地灌叢草地生態系統服務功能的總價值為265.03萬元,各項服務功能價值的大小排列為:釋放O2價值（42.76%）＞固定CO2價值（31.62%）＞物質生產價值（17.20%）＞涵養水分價值（4.97%）＞營養循環價值（3.45%）。可以看出,其中生命支持功能的經濟價值占總價值的82.80%,是物質生產價值的4.81倍。謝高地等[3]基于Costanza提出的方法,對青藏高原高寒草地生態系統服務價值進行了評估,其中暖性灌草叢單位面積的生態服務價值為5 142.49元/（hm2·a）,而山地灌叢草地單位面積的生態服務價值為6 760.97元/（hm2·a）,比基于Costanza提出方法的估算價值高1 618.48元/（hm2·a）。達孜縣山地灌叢草地生態系統釋放O2的經濟價值為113.33萬元/a,占總價值的42.76%,是該區域山地灌叢草地生態系統的主要服務功能。而西藏空氣的顯著特點是含氧量低,僅為平原地區的50%～70%,并且其含氧量隨海拔的升高而迅速降低。因此,灌叢草地生態系統釋放氧氣的功能對于該區域空氣含氧量的維持與提高具有一定意義。山地灌叢草地生態系統涵養水源、營養循環的功能相對較弱,二者經濟價值的總和為22.3萬元/a,約占總價值的8.42%,這與該區域土壤為洪沖積母質,質地偏沙、保水保肥能力差是一致的。

表2 山地灌叢草地生態系統服務功能的價值

本研究僅對拉薩市達孜縣山地灌叢草地生態系統部分主要服務功能進行了評估,尚有其他一些功能如生物多樣性維持、娛樂休閑等未作評估。因此,所計算的總服務價值要低于其實際價值。此外,山地灌叢草地生態系統的生態過程、生態系統結構與服務功能的關系、評價指標及評價方法還有待進一步的探討。盡管如此,本研究對于拉薩河谷地區山地灌叢草地生態系統服務功能的評估以及其科學管理仍具有重要意義。

山地灌叢草地是拉薩河谷地區最重要的植被類型之一,主要分布在海拔3 800～4 200 m的河谷兩側較干燥和溫暖的山地與寬谷地帶,其地勢平坦,靠近村寨,多作為四季和冷季牧場,存在嚴重超載現象[12]。可考慮將牧草引入傳統的耕地農業,在保證農作物生產水平的基礎上,為第二性生產提供優質、充足、廉價的飼料資源[13],以減緩山地灌叢草地的超載影響。因此,在以后的研究中應關注放牧等干擾活動對山地灌叢草地生態系統服務功能的影響機制、生態系統的響應特征和變化趨勢以及農區草業生產模式的生態服務價值研究,以為其科學管理提供依據。

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