基于當量因子法的甘肅省草原生態系統服務價值評估

潘冬榮，閆浩文，韓天虎，孫 斌，姜佳昌，柳小妮，李 霞，王紅霞

（1.蘭州交通大學測繪與地理信息學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省草原技術推廣總站，甘肅 蘭州 730046；3.甘肅農業大學草業學院，甘肅 蘭州 730070）

生態系統服務價值巨大，科學估算將會使人們更加意識到保護生態系統服務功能的重要性[1-3]。通過生態系統服務功能價值的估算，可將生態保護的目標整合到經濟社會決策之中[4]。自1990年至今，我國學者積極開展了對生態系統服務在概念[5]、功能分類體系[6-7]、不同生態系統類型[8-13]、評價指標[14-17]、評估方式[18]、研究現狀[19-20]等方面的學習和探索。謝高地等[21]通過意愿調查法，并針對中國國情，結合Costanza 和國內眾多學者成果，調整了生態系統服務類型的劃分，制定了中國生態系統服務價值當量因子。之后，各地關于生態系統服務價值的研究快速展開[22-23]。

當前生態系統服務價值估算主要有基于單位生態系統服務產品價格法和基于單位面積價值當量因子法。完全基于單位生態系統產品價格法對數據要求較高，計算復雜，只有在數據量較充實的情況下才能應用。基于單位面積價值當量因子法設定單位生態系統為提供生態服務產品的標準功能單元，相對較為簡單，易于廣泛應用，結果也便于比較，可作為一種生態系統服務價值快速估算的方法。天然草原生態系統服務價值與其類型關系密切，我國草原類型多樣，區域草原平均生物量不同，因而，不同區域各類草原生態系統服務價值差異較大。利用區域不同類草原生物量和主要糧食單產、單價訂正草原生態系統服務功能基準單價，使得草原生態系統服務價值估算更加準確。

甘肅省是中國六大牧區之一，地處內蒙古高原、黃土高原和青藏高原的交匯地帶，地理環境復雜，自然資源豐富[5]。天然草原是甘肅面積最大的陸地生態系統，草叢、草原、草甸、荒漠俱全[24]，不僅是重要的畜牧業生產基地，也是全省乃至全國重要的生態屏障。在生態文明背景下，草原的功能定位發生了重大變化，草原生態生態系統服務功能越來越受到關注，開展保護甘肅草原生態環境的研究與實踐工作，加強草原生態系統服務功能的研究，對草原生態系統的恢復與重建、改善生態環境具有重要意義。已有對天?？h[25]、甘南州[26]、瑪曲縣[27]草原生態系統服務價值的定量評估，然而大多停留在定性描述階段，尚缺乏甘肅省空間大尺度的草原生態系統服務價值定量評估研究。

本研究基于單位面積價值當量因子法，利用甘肅省各類草原生物量對謝高地等[21]提出的中國生態系統服務價值當量因子進行訂正，修正了甘肅省草原生態系統服務功能當量價值，計算了甘肅省草原生態服務功能價值，明確了甘肅草原生態系統服務價值遠大于其提供的生物量價值，以期為甘肅制定生態保護規劃與管理制度以及草原保護政策提供可靠參考和依據，促進人地和諧和可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

甘肅省地處我國西北部，位于黃河上游，介于92°13′ – 108°46′ E，32°11′ – 42°57′ N，東接陜西，南鄰四川，西連青海、新疆，北靠內蒙古、寧夏并與蒙古人民共和國接壤[24]。地形狹長，東西蜿蜒1 600 km，全省面積45.37 × 104hm2，占中國總面積的4.72%。天然草原主要分布在甘南草原、祁連山地、西秦嶺、馬山、岷山、哈思山、關山等地，這些地方海拔一般在2 400～4 200 m，氣候高寒陰濕，特別是海拔3 000 m以上的地區牧草生長季節短，枯草期長[5]。甘肅省深居內陸，具有明顯的溫帶大陸性季風氣候。氣候類型十分復雜，大致由隴南的北亞熱帶與暖溫帶濕潤區逐漸向隴中暖溫帶半濕潤與溫帶半干旱區，河西溫帶、暖溫帶干旱區及祁連山地高寒半干旱、半濕潤區，甘南高寒濕潤區過渡。年均溫0～16 ℃，溫差較大；年均降水量差異較大，在36.6～734.9 mm，從東南向西北遞減，降水集中在6月 – 8月[28]。

1.2 數據來源

甘肅省主要糧食作物的播種面積、單產、單價選擇與草原普查數據同期的2016年數據(表1)，取自《甘肅發展年鑒2017》和《中國糧食年鑒2017》。根據甘肅省2013 – 2016年草原普查基礎數據，和農業行業標準NY/T 2997?2016《草地分類》，甘肅省天然草原劃分為8 種類型，總面積為2 567.68 ×104hm?2，平均生物量為1 657.84 kg·hm2(表2)。

表1 甘肅省主要糧食作物基礎數據Table 1 Basic data of major food crops in Gansu Province

表2 甘肅省天然草原基礎數據Table 2 Basic data of natural grasslands in Gansu Province

1.3 研究方法

生態系統服務價值當量因子定義為1 hm2全國平均產量的農田每年自然糧食產量的價值，經過綜合比較分析，一個生態系統服務價值當量因子的價值等于當年全國糧食單產市場價值的1/7[21]。本研究利用公式(1) 和甘肅省主要糧食作物基礎數據(表1)，計算出甘肅省一個生態系統服務價值當量因子的價值為2 359.43 元。

式中：M為甘肅省一個生態系統服務價值當量因子的價值；m為甘肅省主要糧食的平均單價；n為甘肅省2016年1 hm2糧食的平均產量；利用公式(2)結合謝高地等[21]制訂的中國草地生態系統服務價值當量計算出甘肅省草原生態系統服務功能基準單價(表3)。

表3 甘肅省天然草原單位面積生態服務價值Table 3 Ecosystem service value per unit area of natural grasslands in Gansu Province CNY·hm?2

式中：Pi為甘肅省草原生態系統服務功能基準單價；M為甘肅省一個生態系統服務功能當量因子的價值；di為不同生態系統服務功能價值當量因子；i=1, 2, 3, …, 9，分別代表食物生產、原材料生產、氣體調節、氣候調節、水文調節、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態系統服務功能。

利用公式(3)和甘肅省不同草原類生物量數據(表2)計算甘肅省天然草原單位面積生態系統服務功能價值。

式中：Pij為甘肅省天然草原單位面積生態系統服務價值；bj為j類草原的生物量；B為全省草原單位面積平均生物量；Pi為甘肅省草原生態系統服務功能基準單價；i= 1, 2, 3,…, 9，分別代表食物生產、原材料生產、氣體調節、氣候調節、水文調節、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態系統服務功能；j= 1, 2, 3,…, 8，分別代表溫性草原、高寒草原、溫性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草叢、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 個甘肅天然草原類。

利用公式(4)和草原面積計算出甘肅省不同草原類生態系統總服務價值。

式中：Tij為甘肅省不同草原類生態系統總服務價值；Pij為甘肅省天然草原單位面積生態系統服務價值；Aj為甘肅省不同草原類面積；i= 1, 2, 3,…, 9，分別代表食物生產、原材料生產、氣體調節、氣候調節、水文調節、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀9 個生態系統服務功能；j= 1, 2,3,…, 8，分別代表溫性草原、高寒草原、溫性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草叢、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 個甘肅天然草原類。

2 結果

2.1 草原生態系統服務功能基準單價

甘肅省天然草原提供的食物生產、原材料生產、氣體調節、氣候調節、水文調節、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學景觀的生態系統服務功能基準單價分別為1 014.56、849.40、3 529.15、3 680.34、3 114.45、5 285.13、4 412.14 和2 052.71 元。在各項價值中，食物生產和原材料生產的價值最低，其總和為1 863.96 元·hm?2，尚不及提供美學景觀的價值。保持土壤的價值最高，分別為食物生產和原材料生產價值的5.2 倍和6.2 倍；維持生物多樣性的價值為食物生產和原材料生產價值的4.3 倍和5.2 倍；其他功能的價值均在食物生產和原材料生產價值的3.1 倍和3.7 倍以上。

2.2 不同草原類單位面積生態系統服務價值

甘肅省各草原類的生物量不同，其生態系統服務價值也不同(表3)。其中，暖性灌草叢單位面積生態服務價值最高，為84 418.28 元·hm?2；溫性荒漠單位面積生態服務價值最低，為10 120.21 元·hm?2。單位面積生態服務價值排序為暖性灌草叢 > 山地草甸 > 高寒草甸 > 低地草甸 > 溫性草原 > 高寒草原 >高寒荒漠 > 溫性荒漠(圖1)。

2.3 草原生態系統服務總價值

結合甘肅省不同類草原面積，計算出全省各類草原生態系統服務價值(表4)。甘肅省天然草原生態服務功能總價值7 069.73 × 108元，為全省畜牧業總產值(數據來自《甘肅發展年鑒2017》) 395.57 ×108元的23 倍，約等于甘肅省2016年國民生產總值(gross domestic product, GDP)，可見，甘肅省天然草原生態系統服務價值極大。

表4 甘肅省天然草原生態系統服務總價值Table 4 Total ecosystem service value of natural grasslands in Gansu Province× 108 CNY

各項價值中，供給服務(包括食物生產和原材料生產)價值為478.59 × 108元，僅占生態系統服務總價值的6.77%；調節服務(包括氣體調節、氣候調節和水文調節) 價值為3 574.24 × 108元，占總價值的50.55%；支持服務(包括保持土壤和維持生物多樣性)價值為2 489.85 × 108元，占總價值的35.22%；文化服務(提供美學景觀)價值為527.05 × 108元，占總價值的7.46%。

2.4 不同草原類對生態系統服務價值的貢獻率

不同草原類對生態系統服務價值的貢獻率不同(圖2)，高寒草甸生態服務價值最高，為1 733.27 ×108元，貢獻率為24.52%；高寒荒漠生態服務價值最低，為58.51 × 108元，貢獻率為0.83%。各草原類型生態服務價值貢獻率排序為高寒草甸 > 溫性草原 >溫性荒漠 > 山地草甸 > 暖性灌草叢 > 低地草甸 >高寒草原 > 溫性荒漠。

圖2 甘肅省不同草原類生態系統服務價值貢獻率Figure 2 Contribution rates of the ecosystem service values of different grassland types in Gansu Province

3 討論

準確地估算生態系統服務功能的巨大價值，將會使人們意識到保護生態系統服務功能的重要性[29]。關于生態系統服務價值的估算一直是生態學研究的難點[30]，目前仍沒有一套生態學家和經濟學家公認的統一方法。單位面積價值當量因子法因參數簡單易于獲得、結果便于比較而被廣泛應用。本研究利用甘肅省各草原類的草產量數據對謝高地等[21]的中國草地生態系統服務價值當量進行訂正，計算了甘肅省各草原類單位面積生態系統服務價值，估算出甘肅省草原生態服務價值為7 069.73 × 108元，這說明甘肅省草原生態服務功能價值巨大，各級各部門應該重視甘肅草原生態狀況，大力保護草原生態安全。

本研究計算的甘肅草原生態服務價值約等于甘肅省2016年GDP，謝高地等[31]估算出中國2010年生態系統服務價值為38.10 × 1012元，2010年中國GDP 為40.12 × 1012元，GDP 和生態 系統服務價值接近1 ? 1，這與本研究結果相近。

甘肅省不同類型草原中，暖性灌草叢單位面積生態系統服務價值最高，這主要是因為暖性灌草叢單位面積的生物量較高，其各項服務單價都較高；高寒草甸和溫性草原的生態系統服務總價值較高，主要是因為高寒草甸和溫性草原分布面積較大。而暖性灌草叢僅在隴南、平涼、慶陽地區有分布，面積較小。因此，高寒草甸和溫性草原的生態系統服務總價值高于暖性灌草叢。說明生態系統服務總價值是由面積和單價共同決定。

本研究估算甘肅省溫性荒漠生態系統服務總價值為1 251.95 × 108元，僅是程磊磊等[32]估算的2014年甘肅省荒漠生態系統生態服務價值 (5 327.1 × 108元)的1/4，這主要是因為程磊磊定義的荒漠生態系統包含沙漠、沙地和戈壁，而本研究中的溫性荒漠僅指荒漠草原。本研究結果表明，甘肅省溫性荒漠單位面積生態系統約為暖性灌草叢的1/8，但其分布面積大，生態系統服務總價值為暖性灌草叢的2.8 倍，對甘肅省生態安全的作用也不可忽視。張學斌等[33]研究發現，張掖市的單項生態系統服務價值以水文調節最高，而本研究發現甘肅省的草原單項生態服務價值以土壤保持價值最高，主要是因為從全省層面來說甘肅省草原的土壤保持價值作用較大，而張掖市濕地面積較大，因此水源涵養作用最強。

對草原生態系統服務功能進行貨幣化評估是提高認識草原生態系統重要性的一種有效途徑，當前基礎數據和動態監測數據的缺失及數據的準確性是影響生態系統服務功能評估的主要因素，本研究僅用當量因子法估算了甘肅省草原生態服務價值，在后續研究中，需利用3S 技術做強、做細生態監測，獲取動態、定量、實時和實地監測信息，利用多種方法準確、全面地評估甘肅省草原生態服務功能、服務價值和生態恢復工程的生態效益及有效性，為甘肅省草原生態安全保護政策的制定提供科學依據。

4 結論

甘肅省溫性荒漠單位面積生態服務價值最低，但其分布廣泛，生態系統總服務價值較高；甘肅省草原生態服務總價值是其2016年畜牧業總產值的23 倍，約等于其2016年GDP；甘肅省高寒草甸生態服務總價值最高，高寒荒漠生態系統服務總價值最低。