我國灌叢生態系統服務功能價值評估

王慶慧　李婧賢　彭羽　藍文娟

摘要：我國灌叢生態系統資源豐富，總面積達5 365萬hm2，主要分布在西南和西北部地區，向東南沿海呈下降趨勢。四川、內蒙古、新疆和西藏4省灌叢面積最大，達466萬hm2以上，而天津、江蘇和山東灌叢面積最小，均在 6.6萬hm2 以下。灌叢是重要的陸地生態系統，但是其生態系統服務功能評估尚不多見。灌叢生態系統的生態服務功能主要包括有機質儲存、涵養水源、保持水土、固碳釋氧、凈化空氣和美學觀賞等。根據影子工程法、成本替代法、市場價值法、碳密度法以及灌叢面積，分別計算各個功能的價值，并計算出各省（區）灌叢生態系統服務價值。估算出我國2009、2015年灌叢生態系統服務功能價值分別為48 479.18億、50 872.38億元，其中涵養水源功能的生態價值最高，為34 080.25億、37 009.99億元。與2009年相比，2015年灌叢總面積減小，但服務價值上升。

關鍵詞：灌叢生態系統;生態服務功能;價值評估;時空特征

中圖分類號： S181? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0233-04

自20世紀60年代生態系統服務的概念提出以來，生態系統服務價值成為越來越多的生態學家關注的焦點[1-2]。在我國人均生態資產稀缺的現狀下，定量化評價生態系統服務價值非常迫切[3]。灌叢是介于森林和草地之間的生態系統類型，群落平均高度低于5 m，蓋度大于30%，植被層郁閉，建群種以簇生灌木為主[4]。灌叢具有十分廣泛的生態適應范圍，常見于中國西部地區、山地和干旱地區[5]。目前國內對于灌叢植被定位模糊，常被劃分到森林或草地生態系統中研究，缺乏針對灌叢生態系統的調查數據。但灌叢分布廣泛，生物資源豐富，是一種極為重要的陸地生態系統，在固定二氧化碳和群落演替中的地位不可替代，并且對區域生態環境保護和能源替代方面也有巨大作用。灌叢生態系統服務即灌叢生態系統和生態過程為人類提供其賴以生存的自然環境條件與效用[6-7]。王偉民等根據不同服務功能對中國西部地區灌叢生態系統進行了價值評估，計算出其價值約為 9 386億元/年[4];2010年趙海珍等運用替代工程法、市場價值法等多種方法對西藏拉薩河谷灌叢草地生態系統服務價值的評價結果為265.03萬元/年[8];2011年王兵等基于森林系統觀測數據定量評估了灌木林的物質量和價值量，得出我國灌木林服務功能價值為17 953.56億元/年[5]。我國灌叢生態系統服務功能價值的時空分布特征還沒有研究。因此，本研究通過對2009、2015年2個年份的灌叢生態系統服務功能價值進行定量、客觀的評估，分析灌叢生態系統服務價值的時空變化，有助于人們深入理解灌叢生態服務的巨大潛力，為中國生態補償政策和自然資產評估提供參考。

1 研究區概述

中國地處北半球，橫跨北溫帶和熱帶，大部分處于北溫帶，南北跨度大，氣候復雜多變，物種豐富。灌叢生態系統適應性和抗逆性極強，耐干旱，耐鹽堿，存活度高，類型多樣，能生長于森林植被難以發育的環境條件中，常見于中國山地和干旱地區[6]。目前我國灌叢面積達5 365萬hm2，占全國森林總面積的21.9%，占國土面積的5.57%[5]（第七次全國森林資源清查結果）。原生灌叢生態系統多高海拔地區，其余則多為次生灌叢植被。在中國北部地區有較大面積的灌叢生態系統，如新疆天山地區、青海、西藏和內蒙古等地;在西南地區的云貴高原也有較多分布。根據其群落和地理特征，中國灌叢可分為以下5類：常綠針葉灌叢、常綠革葉灌叢、落葉闊葉灌叢、常綠闊葉灌叢和灌草叢。在我國熱帶地區主要分布灌叢植被類型為常綠硬葉闊葉灌叢及矮林，而在亞熱帶地區則為落葉闊葉灌叢，矮林和草甸相結合，不同溫度帶灌叢植被類型差異很大，其中溫帶和亞熱帶落葉灌叢、矮林分布面積最廣，接近灌叢總面積的50%[6]。

2 研究數據及評估方法

本研究灌叢生態系統面積來源于各省（市、區）政府2010、2016年公布的統計公報，是對2009、2015年土地利用現狀數據的總結。中國灌叢生態系統面積廣泛，生物量巨大，生態效益顯著。本研究對其生態服務功能進行分類并分別計算各個功能的價值。

2.1 提供有機物質價值

灌叢植被通過光合作用將大氣中的CO2固定為供自身生長發育繁殖的有機質，是植被進行能量轉化的重要功能。本研究以總碳量代替有機質含量，通過碳與標煤熱值間的比例關系，利用能量替代法計算其價值。由2007年全國各省份碳密度[4]估算2009、2015年灌叢植被的總碳量，碳熱值為32.79 kJ/g，標煤熱值為29.27 kJ/g。有機質價值評估公式如下：

P有機質=HC÷H煤×P標煤×TC。

式中：P有機質為有機質總價值;HC為碳熱值;H煤為標煤熱值;P標煤為標煤價格;TC為總碳量。

2.2 水源涵養價值

涵養水源是灌叢生態系統的重要服務功能，主要為攔截和儲藏降水。灌叢生態系統涵養水源的能力約為 2 500 t/hm2[9]。本研究用影子價格法估算灌叢涵養水源的價值，水的影子為全國生態環境用水的平均影子價格[10]。評估公式如下：

P水=C蓄水·A·P影子。

式中：P水為涵養水源的價值;C蓄水為平均1 hm2灌叢蓄水能力;A為灌叢面積;P影子為水的影子價格。

2.3 保持水土價值

與森林、草地生態系統一樣，灌叢發達的根系和枝葉有利于土壤固持，能夠存儲氮（N）、磷（P）、鉀（K）等參與物質循環的營養物質;能夠防止泥沙流失。N、P、K等營養物質的儲存價值計算采取等效替代法，即按照灌叢植被N、P、K的含量換算成化肥價值進行估算。根據植物種群營養元素分配表[11-12]，估算出灌叢植被每固定1 g碳（C）所固定的N、P、K含量分別為0.044 78、0.015 33、0.013 57 g。由氮肥、磷肥、鉀肥的市場價格估算營養物質價值。灌叢生態系統防止泥沙流失的效益為32元/hm2[13-15]。灌叢保持水土價值的評估公式如下：

P肥=∑ni=1（Ti·Pi肥），i表示N、P、K

P泥沙=Q·S

式中：P肥為有營養物質價值;Ti表示N、P、K的總量;Pi肥表示對應化肥的單價;P泥沙為防止泥沙流失的價值;Q為1 hm2灌叢防止泥沙流失的效益;S為灌叢面積。因此，灌叢保持水土的總價值用P保持水土表示，P保持水土=P肥+P泥沙。

2.4 固碳釋氧價值

灌叢主要通過光合作用固定二氧化碳、釋放氧氣實現，以維持大氣組分平衡[15]。對固碳價值的評估，目前通用的方法為碳稅法，碳稅是對排放二氧化碳所征收的稅，希望通過征稅來削減二氧化碳排放來減緩溫室效應。我國2009年碳稅為20元/t，2015年為50元/t[16]。由光合作用方程式可推算出，每固定1 g碳須吸收二氧化碳3.67 g、釋放氧氣1.37 g。釋氧價值的評估有造林成本和替代價值2種方法，造林成本為353.93元/t，工業制氧為400元/t，本研究采用工業制氧的價格進行計算。估算公式如下：

P固碳=TCO2·MC

P釋氧=TO2·VO2

式中：P固碳為固定CO2價值;TCO2為固定CO2的總量;MC為對應年份的碳稅;P釋氧為釋氧價值;TO2為釋放氧氣的總量;VO2為工業制氧的單價。因此，固碳釋氧的總價值POC=P固碳+P釋氧。

2.5 凈化空氣價值

灌叢凈化空氣中污染物的功能主要體現在2個方面：一是灌叢植被通過呼吸作用和吸附作用，凈化空氣中的有毒物質，包括二氧化硫（SO2）、氯（Cl2）和氮氧化物等，本研究以凈化SO2功能為主;二是灌叢枝葉能有效防風固沙，起到滯塵作用[17]。采取替代價值法進行估算。平均1 hm2灌叢凈化SO2 4.5 t[4]，工業用氧化鈣除SO2需要0.875 g氧化鈣，1 g SO2;灌叢滯塵效益為409.76元/hm2[18]。評估公式如下：

P除硫=TSO2·PSO2·S

P滯塵=Z·S

式中：P除硫為凈化空氣中SO2的價值;TSO2為灌叢單位面積凈化SO2的量;PSO2為凈化SO2的單價;P滯塵為灌叢面積;Z為滯塵價值;A為滯塵效益，為面積。因此，凈化空氣的總價值為 PA=P除硫+P滯塵

2.6 總價值估算

灌叢尚有牲畜飼料、防風固沙等其他服務價值，但是容易產生重疊和交互效應[19]，因此本研究估算的灌叢生態系統服務價值為以上5種生態服務功能價值的總和，即

P總=P有機質+P水+P保持水土+POC+PA。

式中：P總為灌叢生態系統服務總價值。公式中的子項不設權重，均已包含在各服務功能計算的子類型中。

3 結果與分析

3.1 灌叢面積時空分布特征

我國灌叢植被主要分布在西南和西北部地區，向東南沿海呈下降趨勢。四川、內蒙古、新疆和西藏4省（區）灌叢面積最大，達466萬hm2以上，而天津、江蘇和山東灌叢面積最小，均在6.6萬hm2以下。比較2009、2015年各省（市、區）灌叢面積數據，發現各個省（市、區）灌叢生態系統均有不同程度的退化，其中江蘇省灌叢退化最為嚴重，比例達2.6%，西藏自治區退化比例最小，為0.592%，但西藏自治區灌叢面積最大，為596萬hm2，退化面積也有12.8萬hm2，相當于江蘇省灌叢面積的6倍多。

3.2 灌叢生態系統服務價值

根據表1、表2的計算結果可知，2009年灌叢生態系統服務價值為48 479.18億元，2015上升至50 872.38億元，與2009年相比，2015年灌叢面積減少12.78萬hm2，但生態服務總價值增加2 393.20億元。自西北向東南灌叢面積和其服務價值均呈下降趨勢;而在不同年份，盡管各省（市、區）灌叢面積都有退化，但在河北、陜西、湖北、江西、四川、重慶、河南和福建等省（市、區）服務價值量都上升了1個等級，其余省（市、區）的灌叢服務價值均略有上升。在2009、2015年2年中內蒙古、新疆、西藏和四川地區灌叢生態系統服務功能價值較大，均在3 600億以上;而吉林、江蘇、山東、天津地區灌叢服務功能價值較小，均在200億元以下。

由表3可知，在5種生態服務功能中，涵養水源功能的生態價值最高，分別為34 080.25億、37 009.99億元（2009、2015年），占到總價值的70%以上;而保持水土的價值最小，不到總價值的2%。2009—2015年全國各省（市、區）灌叢面積普遍有不同程度退化，直接導致植被固碳量減少，提供有機質的價值大幅降低。但是灌叢涵養水源的價值增加了近 3 000億;其余服務價值略有波動，但相差不大。

4 討論與結論

本研究結合灌叢面積及碳密度等數據對我國灌叢生態系統的服務價值進行了評估。對生產有機質、涵養水源、保持水土、固碳釋氧和凈化空氣等不同價值利用不同計算公式評估，增加估算的可信度。2009—2015年6年時間內灌叢面積減少12.78萬hm2，2009年灌叢生態系統服務價值為 48 479.18億元，2015上升至50 872.38億元，占當年GDP的7.4%，其中涵養水源功能的生態價值最高，分別為 34 080.25億、37 009.99億元。2010年謝高地等對我國生態系統服務價值進行整體評估，其價值量為38.10萬億元，草地（包括草原、草甸和灌草叢）價值為80 619.6億元[1]。與其計算結果相比較，本研究的評估結果有較高可信度。

在熱帶、亞熱帶和溫帶地區的灌叢植被差異較大，熱帶地區主要為常綠硬葉闊葉灌叢;亞熱帶和溫帶地區主要為落葉灌叢和高山落葉灌叢;在亞熱帶的高山地帶還分布有一些常綠革質葉灌叢[6]。不同的植被類型也導致了不同地區灌叢生態系統的生產力有很大差異，即碳儲量不同，從熱帶、亞熱帶過渡到溫帶及高寒地區時，盡管灌叢面積明顯增大但是植被由闊葉灌叢變為落葉灌叢，單位面積碳儲量下降[20]。因此在本研究的估算中，不同省（市、區）單位面積灌叢生態服務價值不同主要是由于碳密度不同，使得計算的碳儲量，N、P、K固定量，二氧化碳固定量和釋放氧氣量不同所導致。而不同植被類型涵養水源、凈化空氣的能力不同，本研究采取了統一指標計算，因此估算值和實際值之間存在一定差異。根據本研究計算結果可知，2009年1 萬hm2灌叢生態系統服務價值分布范圍在10.5億～13.35億元之間，而2015年則在11.1億～22.35億元 之間。且在我國熱帶和亞熱帶地區，每1 萬hm2灌叢生態系統服務價值普遍高于12億元，而西北部地區則多低于12億元，主要原因是在熱帶和亞熱帶地區灌叢植被的碳密度偏高。本研究在灌叢生態系統服務功能價值估算過程中，灌叢生態系統還有很多不易量化的服務價值如美學價值、對霧霾等的凈化價值等并未計算在內，因此其真實價值應該高于本研究估算的價值，須要未來進一步深入研究。我國灌叢生態系統價值巨大，對我國整個陸地生態系統有著極為重要的意義，須要采取及時有效的保護措施，發揮灌叢生態系統服務功能，保障我國的可持續發展。

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