許晴，許中旗，王英舜

（1.河北農(nóng)業(yè)大學，河北保定071000；2.內(nèi)蒙古錫林浩特國家氣候觀象臺，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

禁牧對典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能影響的價值評價

許晴1，許中旗1，王英舜2

（1.河北農(nóng)業(yè)大學，河北保定071000；2.內(nèi)蒙古錫林浩特國家氣候觀象臺，內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

為了定量評價禁牧對典型草原生態(tài)系統(tǒng)的影響，采用生態(tài)系統(tǒng)服務功能經(jīng)濟價值評價方法對放牧及禁牧時間不同（2、7和17年）的典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行了評價。結果表明，禁牧可以顯著提高典型草原生態(tài)系統(tǒng)物質生產(chǎn)、碳吸收、氧氣釋放及物質循環(huán)功能的價值量；物質生產(chǎn)功能價值量隨禁牧時間的增加而增加，以禁牧17年典型草原為最高；碳吸收、氧氣釋放及物質循環(huán)功能的價值量則以禁牧2年的典型草原為最高。禁牧可以顯著提高典型草原的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，但長期禁牧不利于典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能的提高和維持。

禁牧；典型草原；生態(tài)系統(tǒng)服務；價值評價

生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用［1-2］。由于人們對于生態(tài)系統(tǒng)服務功能的重要性以及不可替代性的認識逐漸清晰，有關生態(tài)系統(tǒng)服務功能的研究日益受到人們的重視。于2001年啟動的聯(lián)合國“千年生態(tài)系統(tǒng)評估”（Millennium Ecosystem Assessment，MA）將生態(tài)系統(tǒng)服務功能的評價作為其重要的研究內(nèi)容之一［3］。草地生態(tài)系統(tǒng)是陸地生物圈最重要的組成成分之一，我國不同類型草地總面積為4.1×108hm2，約占國土總面積的40%。北方天然草原約為3.13×108hm2，占草地總面積的78%，是我國草地的主體。其中，典型草原是我國溫帶草原中最有代表性和典型性的一種類型［4］。典型草原位于荒漠草原與草甸草原之間，是阻止我國北方土地沙漠化的第一道屏障，對環(huán)境條件變化和人為干擾最為敏感。近年來，由于認識到過牧對典型草原的破壞作用，內(nèi)蒙古典型草原區(qū)采取了禁牧、輪牧等措施，使得典型草原生態(tài)系統(tǒng)的退化過程得到了明顯抑制，其生態(tài)系統(tǒng)服務功能也得到了一定程度的恢復。對典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能的變化進行研究將有助于人們對不同利用模式下典型草原生態(tài)系統(tǒng)變化的理解。

Costanza等［5］曾對全球草地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能進行了價值評價，認為全球草地生態(tài)系統(tǒng)每年提供的服務功能價值為9.06×1010美元，占全球總價值的2.72%，占陸地生態(tài)系統(tǒng)總價值的7.3%。謝高地等［6］依據(jù)1∶1 000 000中國草地資源圖，得出全國草地生態(tài)系統(tǒng)每年的服務價值為1.50×1011美元。趙同謙等［7］、閔慶文等［8-9］也分別對我國草地生態(tài)系統(tǒng)和內(nèi)蒙古典型草原生態(tài)系統(tǒng)、青海高原草地生態(tài)系統(tǒng)的服務功能價值進行了研究。以上研究使人們對于草地生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的服務功能有了更清晰的認識，但多是靜態(tài)評價，而動態(tài)評價則能為典型草原的管理和利用提供更為有用的信息。本研究對采取禁牧措施后典型草原的若干生態(tài)系統(tǒng)服務功能的變化進行定量評價，以使人們對于禁牧的實施效果有更明確的認識，以便采取更為有效的措施對典型草原進行合理的保護和利用。

1 研究區(qū)概況

研究地點位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟畜牧氣象研究所的試驗牧場內(nèi)。其地理位置在錫林浩特市以東23km處，116°04′～117°05′N，43°26′～44°08′E，海拔為900～1 000m。該區(qū)的氣候類型為溫帶半干旱大陸性氣候。年均氣溫為-0.1℃，7月平均氣溫為18.3℃，1月平均氣溫為-22.0℃，全年≥10℃積溫為1750℃·d，全年日照時數(shù)為2 600h，無霜期90～110d，年降水量300mm左右［10］。土壤主要為典型栗鈣土。該試驗牧場位于內(nèi)蒙古典型草原區(qū)的中心地帶。其主要植物有克氏針茅（Stipa krylovii）、羊草（Leymuschinensis）、糙隱子草（Cleistogenessquanosa）、知母（Anemarrhenaasphodeloides）、矮蔥（Alliumanisopodium）、野韭（A.ramosum）、豬毛菜（Salsolacollina）、寸草苔（Carexduriuscula）等。

該牧場總面積為12km2，在1987年以前為打草場，從1987年改為放牧場。該牧場放牧牲畜為綿羊，夏季存欄數(shù)為1 200只，冬季為800只，每年的6-12月為自由放養(yǎng)，12月-翌年6月實行圈養(yǎng)。牧場內(nèi)設有禁牧2、7和17年的試驗樣地。自由放牧草地群落蓋度為17.38%，群落高度為14.11cm；禁牧2、7和17年試驗樣地群落蓋度分別為26.48%、31.05%和42.70%，群落高度分別為18.25、19.46和24.89cm。

2 研究方法

2.1 物質生產(chǎn)功能的價值量 于2004年的4、7、8和10月分別在自由放牧草地、禁牧草地（禁牧2、7和17年）以及農(nóng)田內(nèi)采用隨機布點的方法內(nèi)設置0.5m×0.5m樣方3塊，在樣方內(nèi)測定牧草的地上生物量和地下生物量。生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力為地上部分和地下部分凈生產(chǎn)力之和，地上部分凈生產(chǎn)力取草原植物地上部分當年生長量，地下部分凈生產(chǎn)力由最高生物量與最低生物量的差值表示［4］。典型草原生態(tài)系統(tǒng)物質生產(chǎn)功能的價值量由如下公式進行計算：

式中，Vg為草原生態(tài)系統(tǒng)物質生產(chǎn)功能的價值量，Bg為草原生態(tài)系統(tǒng)地上生物量（牧草產(chǎn)量）；Pg為牧草的價格，取當?shù)囟嗄昶骄袌鰞r0.6元·kg-1。

2.2 典型草原生態(tài)系統(tǒng)吸收CO2功能價值

2.2.1 干物質碳含量法 利用生態(tài)系統(tǒng)干物質（包括植物地上部分、根系、枯落物）凈增量（一年中干物質最大值減去干物質最小值）及各部分的含碳量來計算生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量，利用碳吸收量及碳的價格計算生態(tài)系統(tǒng)碳吸收CO2功能的價值量。

式中，Vc為生態(tài)系統(tǒng)吸收的碳的價值量；△Ms為草原植物草原植物地上部分干物質凈增量；△Mr為草原植物根系干物質凈增量；△Ml為枯落物的凈增量；Sc、Lr和Lc分別為地上部分、地下部分及枯落物的碳含量。P為碳的價格，本研究分別用兩種方法對碳的價值量進行計算：造林成本法，P為260.90元·t-1（按1990年不變價格計算）；碳稅法，P為1 242.00元·t-1（按照瑞典的碳稅率，每噸碳的價格為150美元，美元與人民幣的換算按1美元折合8.28元計算）。

2.2.2 光合方程法 利用生態(tài)系統(tǒng)干物質凈增量（含義同上），通過光合作用方程來計算生態(tài)系統(tǒng)吸收的碳量。根據(jù)光合方程式，植物體每積累1g干物質，可以吸收約1.63g的CO2［11］。由如下公式進行計算：

式中，Vc為生態(tài)系統(tǒng)吸收的碳的價值量；其他各項含義同上。

2.3 典型草原生態(tài)系統(tǒng)釋放O2功能價值利用各生態(tài)系統(tǒng)的干物質凈增量，通過光合作用方程來計算各生態(tài)系統(tǒng)釋放O2的量。根據(jù)光合方程式，植物體每積累1g干物質，可以釋放約1.2g的O2，由此可以得出各生態(tài)系統(tǒng)釋放的O2的量及其價值。

式中，Vo2為釋放O2的價值量。P為O2的制造成本，本研究采用造林成本法和工業(yè)制氧法來計算釋放O2的價值量，采用造林成本法時，P取352.93元·t-1；采用工業(yè)制氧法時，P取400.00元·t-1［12］。

2.4 典型草原的物質循環(huán)功能價值 生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)功能是指養(yǎng)分元素在生物庫、凋落物庫和土壤庫之間的轉移循環(huán)過程。根據(jù)生態(tài)學原理，當生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)時，養(yǎng)分元素在3個庫之間的轉移通量大致是相等的。因此，可以認為構成生態(tài)系統(tǒng)的第一性凈生產(chǎn)力的養(yǎng)分元素即為參與循環(huán)的養(yǎng)分量［7］。本研究中只考慮含量較高的氮、磷、鉀3種元素。生物庫養(yǎng)分持留法的計算公式為：

式中，V為生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的價值量；P為生態(tài)系統(tǒng)的凈生產(chǎn)力；Di為生物體中i元素（氮、磷、鉀）的含量，Mi為植物體中氮、磷、鉀和折算為硫酸銨、過磷酸鈣和氯化鉀的系數(shù)，分別為4.762、3.373和1.667；Pi為硫酸銨、過磷酸鈣和氯化鉀的價格，分別為750、398和1 054元·t-1［10］。

2.5 植物及土壤養(yǎng)分分析 土壤有機質、植物有機碳采用重鉻酸鉀法測定；土壤全氮、植物氮采用開氏法測定；土壤速效氮采用蒸餾法測定；土壤中的全磷、鉀采用FH-HNO3-HCLO4消解，ICP測定；植物磷、鉀采用HNO3-HCLO4消解，ICP測定；土壤速效磷、鉀采用（NH4）2CO3提取，ICP測定［13］。

3 結果與分析

3.1 禁牧對典型物質生產(chǎn)功能價值的影響生態(tài)系統(tǒng)物質生產(chǎn)功能價值由高到低的順序為禁牧17年草原＞禁牧7年草原＞禁牧2年草原＞自由放牧草原，其價值量分別為1 011.68、600.32、521.52和301.28元·hm-2·a-1（表1）。說明禁牧可以提高草原生態(tài)系統(tǒng)的物質生產(chǎn)功能價值，而且，隨禁牧時間的增加，其價值量也不斷增加。由物質生產(chǎn)功能價值的計算方法得知，其價值量主要取決于地上部分的凈生產(chǎn)力。禁牧草原的凈生產(chǎn)力普遍高于放牧草原，禁牧有利于草原凈生產(chǎn)力的提高，這與已有的研究結果［4］是相同的。據(jù)陳佐忠和汪詩平［4］的研究，草原地上凈生產(chǎn)力隨放牧強度的增加逐漸減小。禁牧減少了牲畜對植物葉片的采食，從而使生態(tài)系統(tǒng)的光合面積得到提高，進而使生態(tài)系統(tǒng)有較高的凈生產(chǎn)力。

3.2 禁牧典型草原碳吸收功能價值量評價無論是采用干物質碳含量法還是光合方程法，碳吸收量及其價值量的排序都是一致的，均以禁牧2年的典型草原最高，其次為禁牧7年的典型草原，最后是自由放牧草原和禁牧17年草原，二者相差不大（表2、表3）。本研究所采用的兩種碳吸收量的方法都是以生態(tài)系統(tǒng)的干物質凈增量為基礎的。干物質凈增量較高意味著生態(tài)系統(tǒng)有較高的碳吸收量。干物質的凈增量主要受兩方面因素的影響：凈生產(chǎn)力和枯落物的衰減量。植物的凈生產(chǎn)是吸收碳的過程，而枯落物的衰減是釋放碳的過程，干物質的凈增量是這兩個過程相互作用的結果。禁牧17年草原的凈生產(chǎn)力高于放牧草原，但其枯落物的積累量高，其衰減量也較高，所以二者的作用相抵，導致兩種草原碳的吸收量相當。

從計算結果得出，光合方程法的結果（表3）高于干物質碳含量的計算結果（表2），而且基本上前者約為后者的1.3倍。其原因可能在于本研究中光合方程法將所有的干物質，如植物地上部分、根系和枯落物同樣看待（即假設它們的含碳量是一致的），而實際上各部分的含碳量有所不同。本研究的分析結果為，植物地上部分的含碳量（46.89%）要高于地下根系（34.00%）和枯落物（38.85%～44.03%）。

另外，計算結果顯示，碳稅法與造林成本法的計算結果相差較大。碳稅法是采用的瑞典稅率，約為150美元·t-1（1 242.00元·t-1），而造林成本法則是采用我國的造林成本，約為260.90元·t-1（按1990年不變價格計算）。造林成本法的計算結果更適合我國的情況，適宜按照中國的物價水平計算的價值的比較，而碳稅法適宜與其他國家計算結果的比較。

表1 放牧及禁牧典型草原生態(tài)系統(tǒng)物質生產(chǎn)功能的價值量Table 1 Valuation of production in the steppe ecosystems under grazing and non-grazing condition

本研究由于未將土壤的呼吸作用考慮在內(nèi)，所以結果比實際值偏高。

表2 放牧及禁牧典型草原生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量及其價值（干物質碳含量法）Table 2 Carbon sequestration of the steppe ecosystems under grazing and non-grazing condition and their valuation（by carbon content of dry matter）

表3 放牧及禁牧典型草原生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量及其價值（光合方程式法）Table 3 Carbon sequestration of the steppe ecosystems under grazing andnon-grazing condition and their valuation（by photosynthetic equation）

3.3 禁牧對典型草原釋放O2功能價值量的影響 釋放O2量及其價值都以禁牧2年草原為最高，其次為禁牧7年草原，自由放牧草原和禁牧17年草原相差不大（表4）。本研究中O2釋放量的計算只考慮了由草原植物的凈生產(chǎn)所產(chǎn)生的O2的量，沒有將生態(tài)系統(tǒng)所消耗的O2考慮在內(nèi)。草原生態(tài)系統(tǒng)在通過植物的光合作用釋放氧氣的同時也在消耗氧氣。氧氣的消耗主要包括兩個方面：草原植物本身的呼吸作用和土壤的呼吸作用（包括枯落物分解對O2的消耗）。本研究在計算凈生產(chǎn)力時，只是考慮了在生長季節(jié)植物本身的呼吸，而忽略了土壤呼吸和非生長季節(jié)植物根系的呼吸，因此計算結果應該是偏高的。本研究的結果其實只是草原植物在其生長階段除去本身的消耗外釋放了多少O2，而不是生態(tài)系統(tǒng)在一年當中釋放了多少O2。

表4 放牧及禁牧典型草原生態(tài)系統(tǒng)的O2釋放量及其價值Table 4 Release O2of the steppe ecosystems under grazing and non-grazing condition and their valuation

3.4 禁牧對典型草原物質循環(huán)功能價值的影響 就各種元素來看，無論是氮、磷還是鉀，養(yǎng)分循環(huán)的物理量和價值量都是禁牧草原明顯高于放牧草原，而幾種禁牧草原之間差別較小，其從大到小的順序為禁牧2年＞禁牧7年＞禁牧17年＞自由放牧（表5）。禁牧草原生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)價值量高于自由放牧草原，原因在于禁牧可以提高草原生態(tài)系統(tǒng)的凈生產(chǎn)力。禁牧2年的典型草原的價值量略高于禁牧17年和禁牧7年禁牧草原，同樣是由于禁牧2年草原的凈生產(chǎn)力較高的緣故。根據(jù)群落演替理論，在群落進展演替的初期，群落的凈生產(chǎn)力是逐漸增加的，而接近頂級階段時則逐漸降低［14］。禁牧17年的典型草原經(jīng)過17年的禁牧可以認為已處于頂級階段，所以其凈生產(chǎn)力并不是最高的。禁牧2年的草原由于剛剛排除放牧對它的干擾，正處于群落恢復的過程中，由于放牧而未被完全占據(jù)的生態(tài)位為草原植物的迅速生長提供了充足的資源空間，所以生態(tài)系統(tǒng)有較高的凈生產(chǎn)力。

表5 放牧及禁牧典型草原生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)功能價值Table 5 Valuation of nutrient cycling of the steppe ecosystems under grazing and non-grazing condition

4 結論

1）禁牧可以顯著提高典型草原生態(tài)系統(tǒng)的物質生產(chǎn)、碳吸收、O2釋放及物質循環(huán)功能的價值量。

2）禁牧對典型草原不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量的影響不同，物質生產(chǎn)功能價值量隨禁牧時間的增加而增加，以禁牧17年典型草原為最高；碳吸收、O2釋放及物質循環(huán)功能的價值量則以禁牧2年的典型草原為最高。

3）禁牧可以顯著提高典型草原的生態(tài)系統(tǒng)服務功能，但長期禁牧不利于典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能的提高和維持。

［1］Daily G C.Natures Service：Social Dependence on Nature Ecosystems［M］.Washington：Island Press，1997：1-150.

［2］歐陽志云，王如松，趙景柱.生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其經(jīng)濟價值評價［J］.應用生態(tài)學報，1999，10（5）：635-640.

［3］趙士洞，張永民.生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉——千年生態(tài)系統(tǒng)評估的成就、貢獻和展望［J］.地球科學進展，2006，21（6）：895-902.

［4］陳佐忠，汪詩平.中國典型草原生態(tài)系統(tǒng)［M］.北京：科學出版社，2000：9-120.

［5］Costanza R，Arge R D，Groot R D，etal.The value of the world’s ecosystem services and natural capital［J］. Nature，1997，386：253-260.

［6］謝高地，張億鋰，魯春霞，等.中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值［J］.自然資源學報，2001，16（1）：47-53.

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

［8］閔慶文，謝高地，胡聃，等.青海草地生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評估［J］.資源科學，2004，26（3）：56-60.

［9］閔慶文，劉壽東.內(nèi)蒙古典型草原生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估研究［J］.草地學報，2004，12（3）：165-175.

［10］王英舜，師桂花，許中旗，等.錫林郭勒放牧草地封育后植被恢復過程的研究［J］.草業(yè)科學，2010，27（8）：10-14.

［11］肖寒，歐陽志云，趙景柱，等.森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能積極經(jīng)濟價值評價初探——以海南島尖峰嶺熱帶森林為例［J］.應用生態(tài)學報，2000，11（4）：481-484.

［12］肖鈺，謝高地，安凱.青藏高原生態(tài)系統(tǒng)土壤保持功能及其價值［J］.生態(tài)學報，2003，23（11）：2367-2378.

［13］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008：10-280.

［14］宋永昌.植被生態(tài)學［M］.上海：華東師范大學出版社，2001：50-150.

Evaluation on the impact of non-grazing on the services of typical steppe ecosystems

XU Qing1，XU Zhong-qi1，WANG Ying-shun2
（1.Agricultural University of Hebei，Baoding 071000，China；2.The State Meteorological Observation Station of Xilinhot Department of Meteorology of Xilinguole League，Xilinhot 026000，China）

In order to understand the impact of non-grazing on the services of typical steppe ecosystems quantitatively，the services of typical steppes under grazing and non-grazing with different periods（2 years，7years and 17years）were evaluated.The result showed that non-grazing could raise the valuation of the services of typical steppe ecosystems，such as production，carbon sequestration，oxygen release，nutrient circle.The evaluation of production of typical steppes increased as the period of non-grazing increased，and that of the typical steppes with 17years of non-grazing was highest.The evaluation of others，such as carbon sequestration，oxygen release，nutrient circle，is highest for typical steppes with 2 years of non-grazing.Non-grazing could improve services of typical steppe ecosystems，but non-grazing for a long time is not conducive to the improvement and maintenance of services of typical steppe ecosystems.

non-grazing；typical steppes；ecosystem services；evaluation

XU Zhong-qi E-mail：xzq7110＠163.com

S812.2

A

1001-0629（2012）03-0364-06

2011-09-25 接受日期：2011-10-31

國家自然科學基金重點項目（30230090）

許晴（1972-），女，廣東饒平人，助理實驗師，學士，研究方向為動物營養(yǎng)。E-mail：xuq7205＠sohu.com

許中旗 E-mail：xzq7110＠163.com