黃河水源區首曲濕地草地生態系統服務價值初步估算

陳 敏,曹建軍,武高林,3,靳彩芳

（1.貴州茂蘭國家級自然保護區管理局,貴州荔波 558400；2.蘭州大學干旱與草地生態教育部重點實驗室,甘肅蘭州 730000；3.西北農林科技大學 中國科學院水利部水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室,陜西 楊凌 712100；4.瑪曲縣畜牧局牧業經營管理站,甘肅 瑪曲 747300）

①在我國,草地是陸地上面積最大的生態系統類型,總面積達3.9億hm2,占世界草地面積的13%,占國土面積的41%左右。其中,可利用面積3.1億hm2。特別是高寒草地生態系統對我國氣候嚴酷的高寒牧區具有特殊的生態意義。它不僅提供了人類社會經濟發展中所需的畜牧產品、植物資源,還對維持我國自然生態系統格局、功能、過程和生態環境起到了關鍵性作用。首曲濕地保護區位于黃河上游的甘肅省西南部的瑪曲縣境內,該保護區地處青藏高原東部邊緣,位于甘、青、川3省結合部的“黃河九曲之首”,因此稱之為首曲濕地。首曲濕地區有27條1級支流,300多條2、3級支流匯入黃河,同時有豐富的地下水滲入黃河,貢獻了黃河上游徑流量的45%,被譽為“黃河蓄水池”和“中華水塔”。由于近年來經濟發展和人口增長的壓力,首曲濕地保護區內的草地資源遭到了嚴重的破壞,導致了區內草地生態服務功能的普遍下降[1-2]。

關于生態系統服務的定義很多,其中Daily[3]和Costanza等[4]的定義最具代表性。Daily的定義是“生態系統服務是指通過自然生態系統和其中的物種為維持人類生活而提供的一系列的條件和過程”。Costanza等認為“生態系統服務是人類直接或間接地從生態系統功能得到的效益”。Ewel[5]認為生態系統服務概念應該有利于表達各種生態系統組分和生態進程對人類的重要性。我國的學者普遍認可的草地生態系統服務功能內容主要包括：氣體調節、氣候調節、干擾調節、水調節、水供應、控制侵蝕和保持沉積物、土壤形成、營養循環、廢物處理、授粉、生物控制、棲息地、食物生產、原材料、基因資源、娛樂、文化17種價值形態[3-4,6-11]。草地生態系統作為一種自然資源具有多功能性,但長期以來由于生產力發展的局限,人們僅僅注重草地承載牲畜和提供飼草料的功能,而忽視了它保持水土、涵養水源、保護生物多樣性、游憩休閑和營養循環等其他服務功能[7-8,12-13]。隨著全球資源危機問題的惡化,人們開始重新審視自然資源價值,建立以哲學、生態學、經濟學、倫理學等為理論基礎的新的自然資源價值觀,并在此基礎上不斷進行資源價值評估實踐研究[5,7]。在這種背景下,開展首曲濕地生態系統服務的經濟價值評估已成為保障該區畜牧業發展和生態環境建設的當務之急。研究從經濟學角度出發,初步估算了首曲濕地保護區內的草地生態系統的服務功能及其價值,為實現該區濕地資源市場優化配置和管理提供量化依據。

1 研究地點

研究區的海拔為3 300～4 806 m,氣候屬高原大陸型氣候[14]。首曲濕地保護區的草地總面積89.03萬hm2,占土地總面積的 87.36%,可利用草地面積 85.87萬 hm2,占草地總面積的96.45%。由于地形地貌及水、熱、光諸氣候因子,直接影響著植被的空間配置及草地分布,從而構成了草地類型的多樣性。首曲濕地保護區內主要包括了高寒草甸、高寒灌叢草甸、高寒沼澤化草甸和高寒沼澤4大類草地類型。高寒草甸是分布面積最大的植被類型,西北部以高寒灌叢草甸居多；中南部以亞高山草甸為主體；東部沼澤和沼澤化草甸分布面積大而集中。該區草地類型及面積見表1。

表1 首曲濕地保護區的天然草地類型面積

首曲濕地草地是黃河上游主要的水源涵養地和生態屏障,對黃河下游地區生態安全的維系非常重要。同時,瑪曲草原具有豐富的生物資源,有黑頸鶴Grus nigricollis、黑鸛Ciconia nigra、大白鷺Egretta alba、蒼鷺Ardea cinerea和雁鴨類等國家級或省級保護動物20余種,野生植物57科204屬430余種,豐富的野生動植物資源對研究高原生態系統的變遷和演替、保存野生動植物種遺傳的多樣性及保護和拯求瀕危物種具有獨特的價值。首曲濕地草地生態系統對發展當地畜牧業、保護生物多樣性、保持水土和維持區域自然生態系統格局、功能、過程及生態系統的健康發展等方面起到了關鍵性作用,具有特殊的生態意義。

2 研究方法

此評估數據主要來源于已有研究成果和本研究的部分調查結果,根據眾多研究者的不同結果分別對首曲濕地草地生態系統服務價值做了初步估算。同時,在評估當中沒有考慮高寒草甸的具體分類,將高寒灌叢草甸和高寒沼澤化草甸都歸為高寒草甸類。因此,將首曲濕地草地生態系統分為高寒草甸和高寒沼澤兩大類。根據Costanza等[2]提出的生態系統服務評價通用方法和謝高地等[15-16]根據生物量訂正各類草地生態系統服務價格和評估草地生態系統服務價值的主要方法,初步估算了首曲濕地功能區內的草地生態系統的年服務價值。計算方法如下：

單價訂正：pij=（bj/B）Pi

式中,pij為訂正后的單位面積生態服務價值,i=1,2,…,17,分別代表干擾調節、水管理、水供應、侵蝕控制和沉積物保存、土壤形成、廢物處理、授粉、生物控制、棲息地、食物生產、原材料等不同類型的生態系統服務價值,j=1,2,…,18,分別代表18種不同草地類型,而本研究中主要包括了高寒草甸和高寒沼澤2種草地類型；Pi為生態系統服務價值參考基準單價；bj為j類草地的生物量；B為我國草地單位面積平均生物量。

j類草地生態系統服務總價值：

式中,Vj為上述j草地生態系統服務總價值,Aj為j草地類的面積,pij為j草地類的i類生態服務單價[15-16]。

區域草地生態系統服務功能計算：

式中,V為區域草地生態系統服務總價值,Aj為j草地類的面積,pij為j草地類的i類生態服務單價[15-16]。

根據此方法,估算了首曲濕地保護區的草地生態系統的年服務價值。另外,參照趙同謙等[17]的方法,分別估算了瑪曲草地生態系統的土壤侵蝕控制、涵養水分功能、土壤碳累積、廢棄物降解及養分歸還、營養物質循環、生物多樣性維持等價值。

3 結果

3.1 首曲濕地草地生態系統年總服務價值Costanza等[4]對全球16種生態系統服務每公頃的年價值進行估算,其中草地生態系統的服務價值為232美元/（hm2·a）,沼澤生態系統的服務價值為19 580美元/（hm2·a）。如果把這一結果作為全球草地生態系統服務每公頃的年平均價值,根據首曲濕地保護區的高寒草甸和高寒沼澤的面積（表1）,得出該區草地生態系統的服務價值約為8.2億美元/a,折合人民幣為 55.76億元/a。而根據謝高地等[15-16]估算的不同草地類型的年平均服務價值可以粗略估算出首曲濕地保護區草地生態系統的年總服務價值約為10.52億美元/a,折合人民幣為71.54億元/a（其中高寒草甸為10.61億元/a,高寒沼澤為60.93億元/a）（表 2）。

表2 首曲濕地保護區草地生態系統年總服務功能價值和主要的間接生態服務功能價值

3.2 首曲濕地草地生態系統的間接服務功能根據趙同謙等[11]的評估方法、過程和結果,得出首曲濕地保護區草地生態系統的間接功能總價值為30.50億元/a,每種服務功能價值的計算如表2所示：1）土壤侵蝕控制價值1.06億元/a,主要是評價草地生態系統防風、水蝕的作用及其由此產生的生態效益；2）其截留降水、涵養水分功能價值為0.96億元/a,其中高寒草甸0.75億元/a,高寒沼澤0.21億元/a；3）以全國平均碳積累價值計算,瑪曲草地生態系統的土壤碳累積價值為18.02億元/a,土壤碳累積可以減輕溫室效應,碳累積價值就是由于溫室效應的減輕而產生的生態經濟價值；4）廢棄物降解及養分歸還功能價值為0.14億元/a,牲畜放牧過程中,大量的排泄物散落在草地生態系統中經自然風化、淋濾以及生物碎裂和微生物分解等綜合作用下得以降解,養分歸還草原生態系統。首曲濕地保護區有各類牲畜65.15萬頭（只、匹）,其中馬1.85萬匹、牛 29.91萬頭、羊33.39萬只（表3）。假定不同牲畜廢棄物N、P2O5養分歸還率都為30%,可以計算出各類牲畜廢棄物養分歸還總量。按我國平均化肥價格2 549元/t計算,得到該區草地生態系統廢棄物降解、養分歸還價值為0.14億元/a；5）營養物質循環價值為1.82億元/a,生態系統營養物質循環的最主要過程是生物與土壤之間的養分交換過程,參與生態系統維持養分循環的物質種類很多,其中的大量營養元素有N、P、K等。它們以構成草地凈初級生產力的營養元素量作為參與循環的養分量。根據這一結論和全國草地的平均營養物質循環價值為213.5元/（hm2·a）,計算得出了首曲濕地保護區草地生態系統的營養物質循環價值為1.82億元/a；6）生物多樣性維持價值為8.50億元/a,草地生態系統自然保護區是保護以草地為生境的生物多樣性的主要區域。

通過估算首曲濕地保護區的機會成本、經費投入和全民支付意愿,作為草地生態系統維持生物多樣性功能的生態經濟價值。首曲濕地保護區是黃河首曲濕地候鳥自然保護區,總面積37.5萬hm2,取農田年均收益為10 671.99元/hm2,由此損失的機會成本價值為8.4億元/a；自然保護區的經費投入按全國草地生態系統自然保護區經費投入的1/33（全國草地生態系統保護區為33個）計算,結果為0.048億元/a；生物多樣性保護支付意愿按每人10元/a計算,可得出瑪曲總的支付金額為37萬元/a。再按草地生物物種占保護生物物種的9.1%計算,得到首曲濕地保護區草地生物多樣性保護的支付金額是33 670元/a。綜合以上結果,得出首曲濕地保護區草地生態系統維持生物多樣性的總價值約為8.50億元/a。

表3 首曲濕地保護區各類牲畜養分歸還量

4 討論

首曲濕地保護區的草地生態系統是當地農牧民生活生產的主要載體,其為社會經濟發展所提供的服務應該被視為一種資源、一種基本的生產要素,草地生態系統服務功能是草地資源價值的具體表現,在草地復合生態系統中具有重要的意義。由于具體資料的欠缺,本研究僅通過參考已有相關研究成果和相關統計資料對瑪曲草地生態系統服務價值進行了粗略的估算,得出瑪曲草地生態系統年總服務價值為55.76～71.54億元/a,而其間接服務功能總價值（包括了其主要的生態功能）為 30.50億元/a,其中土壤碳累積價值18.02億元/a,占據了其總的間接生態服務價值的59%,說明瑪曲草地生態系統在固碳方面具有重要的貢獻,因此,對全球溫室氣體固定和氣候變暖有著重要的影響。而其生物多樣性維持價值8.50億元/a,占據了其總的間接生態服務價值的28%,說明瑪曲草地生態在生物多樣性維持方面也有著重要的意義。

生態系統服務價值評估為環境保護和經濟發展提供了科學的決策依據,特別是當環境成為社會經濟可持續發展的瓶頸時[17],草地生態系統功能出現退化,如草地退化、生境破碎化、草原災害等,必然會降低草原生態系統服務功能和價值[18],甚至導致草地生態系統的經濟價值系統面臨崩潰[19-20]。

以瑪曲縣2004年的國民生產總值（GDP）（3.7億元）為依據,可以得出瑪曲草地生態系統服務價值是該縣GDP的15～19倍,單位GDP環境成本均高于全球和全國水平。1元的GDP產值中,需要投入15～19元的草地資源和生態環境代價。首曲濕地保護區的草地畜牧業發展是以草地生態系統功能的退化為主要代價的,瑪曲經濟的發展主要以環境資源的巨大損失為代價,生產水平極其落后,處于典型的粗放經營階段。因此,考慮到黃河首曲濕地保護區的生態服務功能,該區草地資源的利用首先必須考慮合理的轉型,應該以草地生態服務功能為主,其次才是其生產功能和生活功能的開發和利用。正確認識草地生態系統功能及其服務價值是合理進行經濟活動的前提條件,生態系統功能不同,經濟活動方式不同[12,14]。首曲濕地生態系統是黃河中下游主要的生態功能區,生態效益顯著,是維系黃河中下游地區生態安全的天然屏障,決定了首曲濕地保護區的草地生態系統要采取“生態保護為主,開發利用為輔”的經濟活動模式。

[1]戚登臣,李廣宇.黃河上游瑪曲濕地退化現狀、成因及保護對策[J].濕地科學,2007,5（4）：341-347.

[2]劉振恒,武高林,楊林平,等.黃河上游首曲濕地保護區退牧還草效益分析[J].草原與草坪,2009,134（3）：69-72.

[3]Daily G C.Nature's services：Societal dependence on natural ecosystems[M].Washington D C,USA：Island Press,1997：1-10.

[4]Costanza R,d'Arge R,Groot R S,et al.The value of the world's ecosystem services and natural capital[J].Nature,1997,387：253-260.

[5]Ewel K C.Natural resource management：the need for interdisciplinary collaboration[J].Ecosystems,2001,4：716-722.

[6]敖登高娃,梁燕,韓國棟.草地生態系統服務功能及其生態經濟價值的綜述[J].內蒙古草業,2004,16（1）：46-51.

[7]胡自治.草原的生態系統服務Ⅰ.生態系統服務概述[J].草原與草坪,2004,107（4）：3-6.

[8]胡自治.草原的生態系統服務IV.降低服務功能的主要因素和關愛草原的重要意義[J].草原與草坪,2005,110（3）：3-8.

[9]龍瑞軍.青藏高原草地生態系統之服務功能[J].科技導報,2007,25（9）：26-28.

[10]閔慶文,謝高地,胡聃,等.青海草地生態系統服務功能的價值評估[J].資源科學,2004,26（3）：55-60.

[11]趙同謙,歐陽志云,賈良清,等.中國草地生態系統服務功能間接價值評價[J].生態學報,2004,24（6）：1101-1110.

[12]胡自治.草原的生態系統服務Ⅱ.草原生態系統服務的項目[J].草原與草坪,2005,108（1）：3-10.

[13]Scott M J,Bilyard G R,Link S O,et al.Valuation of ecological resources and function[J].Environmental management（New York,NY）1998,22：11,49-68.

[14]黃世華,武高林,曹建軍,等.條件價值評估法（CVM-WT P）瑪曲草地生態系統恢復中的應用I[J].草業科學,2007,24（5）：16-19.

[15]謝高地,張釔鋰,魯春霞,等.中國自然草地生態系統服務價值[J].自然資源學報,2001,16（1）：47-53.

[16]謝高地,魯春霞,肖玉,等.青藏高原高寒草地生態系統服務價值評估[J].山地學報,2001,21（1）：50-55.

[17]陳玉蘭,曹素珍,武高林.生態系統服務價值評估研究[J].草業科學,2005,22（11）：73-76.

[18]胡自治.草原的生態系統服務III.價值和意義[J].草原與草坪,2005,109（2）：3-8.

[19]彭皓,李鎮清.錫林河流域天然草地生態系統服務價值評價[J].草業學報,2007,16（4）：107-115.

[20]葉茂,徐海量,王小平,等.新疆草地生態系統服務功能與價值初步評價[J].草業學報,2006,15（5）：122-128.