歐陽芳, 呂 飛, 門興元, 趙紫華, 曾菊平, 肖云麗, 戈 峰,*

1 中國科學院動物研究所， 農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室, 北京 100101 2 山東農(nóng)業(yè)科學院， 植物保護研究所, 濟南 250100 3 江西農(nóng)業(yè)大學， 林學院, 南昌 330045 4 山東省植?？傉? 濟南 250100

中國農(nóng)業(yè)昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值估算

歐陽芳1, 呂 飛1, 門興元2, 趙紫華1, 曾菊平3, 肖云麗4, 戈 峰1,*

1 中國科學院動物研究所， 農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室, 北京 100101 2 山東農(nóng)業(yè)科學院， 植物保護研究所, 濟南 250100 3 江西農(nóng)業(yè)大學， 林學院, 南昌 330045 4 山東省植?？傉? 濟南 250100

昆蟲是生物多樣性最豐富的物種類群，其在維持生態(tài)系統(tǒng)功能，維系并保持著自然界的生態(tài)平衡，滿足人類需求中的具有重要作用。討論了昆蟲生態(tài)服務價值的定量估算方法，基于2007年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算了我國農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中昆蟲傳粉功能、天敵昆蟲控害功能和分解作用的服務價值。結果表明，昆蟲在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳粉服務價值為6790.30×108元，占其當年農(nóng)作物生產(chǎn)總經(jīng)濟價值的54.05%；天敵昆蟲的控害服務價值為2621.00×108元，占其當年重要作物總經(jīng)濟價值的9.09%；分解昆蟲(甲蟲)對牧場牛羊排泄物的分解作用的價值遠超過90.84×108元。由此估計出了我國2007年農(nóng)業(yè)昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務總價值超過9502.14×108元，相當于當年國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP的3.7%。顯示昆蟲所產(chǎn)生的生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值，與我國森林或草地生態(tài)系統(tǒng)的直接和間接服務價值處于同一數(shù)量級，同樣具有巨大的經(jīng)濟價值。為保護與利用昆蟲生物多樣性，發(fā)揮其生態(tài)服務功能奠定了基礎。

昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務; 價值評估; 傳粉作用; 生物控害功能; 分解作用

生態(tài)系統(tǒng)服務是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種直接與間接收益[1]，也是自然生態(tài)系統(tǒng)及其組成物種得以維持和滿足人類生命的環(huán)境條件和過程[2]。自從2001年聯(lián)合國組織啟動千年生態(tài)系統(tǒng)評估計劃以來，國內(nèi)外對生態(tài)系統(tǒng)及其服務功能的研究得到更為快速的發(fā)展與廣泛的拓展[3- 4]。以2012年7月在美國俄勒岡(Oregon) 州的波特蘭(Portland) 召開的第五屆生態(tài)系統(tǒng)服務伙伴年會(5th Annual Ecosystem Services Partnership Conference)為標志，預示著生態(tài)系統(tǒng)服務時代的來臨。

昆蟲是生物多樣性最豐富的物種類群，其在維持生態(tài)系統(tǒng)功能，維系并保持著自然界的生態(tài)平衡，滿足人類需求中的具有重要作用[5]。昆蟲生態(tài)服務作為生態(tài)系統(tǒng)服務的重要組成部分，是指昆蟲類群在生態(tài)系統(tǒng)過程中發(fā)揮的功能作用，以及為人類提供的各種收益，包括有形收益的產(chǎn)品和無形收益的服務[6]。它主要包括昆蟲的供給服務、調(diào)節(jié)服務、文化服務和支持服務4種服務類型，體現(xiàn)在直接使用價值、間接使用價值、條件價值和存在價值4個方面[7- 10]。顯然，開展昆蟲生態(tài)服務的價值評估，是保護與利用昆蟲生物多樣性的基礎[11]，有利于增強人類對昆蟲生態(tài)系統(tǒng)服務及其與人類福祉關系的認識。然而目前對昆蟲生態(tài)服務價值的定量評估研究較少。

昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務，是指昆蟲類群的覓食、取食和筑巢等行為參與調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)(如對動植物殘體或排泄物的分解作用)，能量流動(如天敵昆蟲捕食或寄生害蟲的生物控制作用)和信息傳遞(如蜜蜂采蜜行為傳遞遺傳信息，傳播攜帶生殖細胞的花粉和種子)等過程中，給人類的生活和生產(chǎn)帶來利益。它主要包括天敵控害服務、傳粉服務、傳播種子服務和分解服務。本文根據(jù)昆蟲生態(tài)服務概念和類型[6]，以昆蟲的生態(tài)調(diào)節(jié)服務為例，進一步探討了昆蟲生態(tài)服務價值的評估方法，并基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值的評估方法重點分析我國2007年農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中昆蟲傳粉功能、天敵昆蟲控害功能和分解作用的服務價值。

1 昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值的評估方法1.1 昆蟲傳粉服務價值

昆蟲在有花植物(被子植物)上取食或者采集花蜜過程中，同時將植物雄蕊花藥或小孢子囊中散出后的成熟花粉，傳送到同一朵或者不同朵花的雌蕊柱頭或胚珠上，雄配子借花粉管與雌配子體結合，使植物受精并結實。昆蟲取食采蜜行為同時也是傳播植物花粉或傳遞植物遺傳信息的過程。昆蟲傳粉包括野生昆蟲授粉與馴養(yǎng)昆蟲授粉。Morse和Calderone采用了昆蟲傳粉依賴性方法估算了蜜蜂授粉在美國1989年和2000年對農(nóng)業(yè)的價值[11]。其昆蟲傳粉服務功能價值評估方法如下：

1.2 生物控害服務價值

生物控害服務價值體現(xiàn)在天敵昆蟲降低有害生物對農(nóng)作物產(chǎn)量的損失。對生物控害服務價值Vbc的估算，首先估算出在沒有生物控制條件下害蟲對作物造成的損失量NCi和在目前生物控制條件下害蟲造成的損失量CCi，然后將兩者的差值乘以作物產(chǎn)品的價格水平PCi，最后再乘以害蟲被天敵昆蟲控制的比例Pi。計算公式如下：

式中,Vbc為天敵昆蟲生物控制害蟲的服務價值，NCi為在沒有生物控制條件下害蟲對第i種作物造成的產(chǎn)量損失，CCi為在目前生物控制條件下害蟲對第i種作物造成的產(chǎn)量損失，PCi為第i種作物的價格水平，Pi為害蟲被天敵昆蟲生物控制的比例。

1.3 昆蟲分解作用價值

甲蟲的分解作用減少了動物排泄物對草料或飼料污染、氮素揮發(fā)以及寄生病和寄生蟲的危害。參照Losey和Vaughan所估算分解甲蟲屎殼郎對美國2003年牛產(chǎn)品畜牧業(yè)的價值貢獻的挽回損失法[12]，將甲蟲對排泄物的分解作用中減少氮素揮發(fā)、寄生病和寄生蟲危害的價值參考公式參考如下：

式中，Cp為產(chǎn)生的排泄物能夠被分解甲蟲處理的牛數(shù)量，Ct為每年牛的總數(shù)量，Pr為牧場或草地放養(yǎng)的數(shù)量比例，Pnt為未經(jīng)殺蟲劑處理的牛數(shù)量比例，Vrf為減少飼料污染的價值，Vc為單位重量牛的價值，Lnb為每頭動物未經(jīng)分解甲蟲活動的損失，Lb為每頭動物在現(xiàn)有分解甲蟲活動水平的損失。

2 結果與分析

2.1 昆蟲傳粉服務價值

根據(jù)上述Morse和Calderone方法，計算了2007年野生昆蟲與馴養(yǎng)昆蟲的傳粉功能給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的服務價值見表1，結果表明：在2007年野生昆蟲對我國10種水果，11種蔬菜和4種大田作物傳粉服務功能的經(jīng)濟價值分別是為377.47、734.59和171.26 億元，總和為1283.32 億元。馴養(yǎng)昆蟲對我國10種水果，11種蔬菜和4種大田作物傳粉服務功能的經(jīng)濟價值分別是為2745.67、2289.14和472.18 億元，總和為5506.98 億元。根據(jù)統(tǒng)計年鑒，2007年三類農(nóng)作物總經(jīng)濟價值為12562.70 億元。因此，昆蟲的傳粉功能的總經(jīng)濟價值為6790.30 億元，占當年農(nóng)作物總經(jīng)濟價值54.05%。應該指出的是，本內(nèi)容僅估算了昆蟲對25種農(nóng)作物傳粉功能的經(jīng)濟價值。由于我國植物資源非常豐富，農(nóng)作物及經(jīng)濟作物種類繁多，產(chǎn)量和產(chǎn)值大。因此，傳粉昆蟲對我國農(nóng)作物的傳粉經(jīng)濟價值遠遠大于這個估計值。

表1 2007年農(nóng)業(yè)昆蟲對我國農(nóng)作物的傳粉價值估算Table 1 The value of crop production resulting from pollination by insects in china at 2007

2.2 生物控害服務價值

根據(jù)生物控害服務價值評估方法，計算了2007年天敵昆蟲的控害功能給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的服務價值(表2)，結果表明：天敵昆蟲對我國水稻、小麥、玉米、大豆、棉花、油菜、花生、水果和蔬菜重要作物的控害服務價值分別為285.83、158.99、217.39、47.32、43.18、35.18、99.49、758.48和975.14 億元，其控害服務功能的總經(jīng)濟價值為2621.00 億元，占以上重要作物當年總經(jīng)濟價值(28829.10 億元)的9.09%。

表2 2007年我國天敵昆蟲控制害蟲價值估算Table 2 The value of control agricultural pests by native beneficial insect in china at 2007

2.3 昆蟲分解作用價值

以2007年為例，得出了表3中分解昆蟲(甲蟲)的分解作用給我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的服務價值。結果表明：甲蟲對我國牧場上牛排泄物的分解作物而減少飼料污染和氮素揮發(fā)的服務價值分別為9.81 億元和14.14 億元；羊排泄物的分解作物而減少飼料污染和氮素揮發(fā)的服務價值分別為28.76 億元和38.13 億元。由此，2007年分解昆蟲對牛羊排泄物分解作用而減少飼料污染和氮素揮發(fā)的總服務價值為90.84 億元。由于我國畜牧業(yè)資源豐富，產(chǎn)量和產(chǎn)值同樣大，顯然分解昆蟲對我國畜牧業(yè)經(jīng)濟價值遠超過這個估計值。

3 討論

3.1 經(jīng)濟價值

昆蟲作為生物圈中重要組成部分，其生態(tài)調(diào)節(jié)服務在維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能和穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。本研究根據(jù)2007年數(shù)據(jù)的初步評價結果表明，昆蟲在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中傳粉服務價值為6790.30×108元，占其農(nóng)作物總經(jīng)濟價值54.05%；天敵昆蟲的控害服務價值為2621.00×108元，占其重要作物總經(jīng)濟價值的9.09%；分解昆蟲對牧場牛羊排泄物的分解作用的價值遠超過90.84×108元。綜上所述，昆蟲在我國2007年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中初步估算的經(jīng)濟價值超過9502.14×108元，相當于當年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP(257306×108元)的3.7%，具有巨大的經(jīng)濟價值。

據(jù)報道，構成我國草地生態(tài)系統(tǒng)間接價值(侵蝕控制、截留降水、土壤C累積、廢棄物降解、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和生境提供)的6類服務功能的總價值為8803.01×108元/a[13]；中國草地提供給社會的直接價值約為1952.98×108元/a[13]；森林生態(tài)系統(tǒng)10類生態(tài)系統(tǒng)服務功能中直接價值和間接價值分別為2519.45×108元和11540.60×108元[14]。由此可見，昆蟲的生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值與這幾類主要生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務價值處于同一數(shù)量級。

表3 2007年甲蟲對牛、羊排泄物分解作用價值估算Table 3 Total of economic losses averted annually as a result of accelerated burial of livestock feces by dung beetle

3.2 昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)凈服務價值

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有些昆蟲物種直接取食或間接危害農(nóng)作物，減少作物產(chǎn)量和降低農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，一般被作為有害生物進行防治[15]。目前人們越來越重視昆蟲在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和其他生態(tài)系統(tǒng)中所具備的生態(tài)服務功能及其經(jīng)濟價值。從而在同一研究區(qū)域內(nèi)，有些昆蟲對作物生產(chǎn)造成危害和經(jīng)濟損失，有些昆蟲可以為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)減少害蟲的危害而提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)，以及增加傳粉作用而提高產(chǎn)量，提高作物的經(jīng)濟價值。這種在同一研究區(qū)域內(nèi)昆蟲的生態(tài)調(diào)節(jié)服務功能價值與有害昆蟲的危害損失經(jīng)濟價值的差值，稱為昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)凈服務價值。根據(jù)2007年年鑒，我國當年由于害蟲引起的經(jīng)濟損失為2140.56×108元，而我國2007年農(nóng)業(yè)昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務總價值超過9502.14×108元，因此2007年我國農(nóng)業(yè)昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)凈服務價值為7361.58×108元。

本文僅僅初步估算了昆蟲在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的傳粉作用、控害作用與分解作用3種生態(tài)調(diào)節(jié)服務的價值。本文所采取的昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值評估方法比較簡便和粗略，收集的數(shù)據(jù)也較為局限。因此人類從生態(tài)系統(tǒng)過程的調(diào)節(jié)作用中獲取的與昆蟲有關的各種收益價值遠遠大于本文的估算結果。同樣昆蟲的這3種生態(tài)調(diào)節(jié)服務功能在森林生態(tài)系統(tǒng)和草地生態(tài)系統(tǒng)等其他各類生態(tài)系統(tǒng)中也具備巨大的經(jīng)濟價值。

昆蟲的生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值固然巨大，但是昆蟲在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所提供的調(diào)節(jié)服務價值會隨著昆蟲物種數(shù)量和種群密度的動態(tài)和昆蟲類群空間分布的變動而發(fā)生變化。昆蟲物種數(shù)和種群密度的動態(tài)和昆蟲類群空間分布的變動受到自然環(huán)境和人類干擾的影響。自然因素特別是氣候變化如全球平均溫度增加，極端氣候的頻繁出現(xiàn)，降水的分布不均等都會影響昆蟲的物種數(shù)和密度，以及其空間分布，從而影響到昆蟲的生態(tài)服務價值大小[16]。人類干擾如農(nóng)業(yè)措施中施用殺蟲劑大量減少多種昆蟲的數(shù)量；目前中國進行大范圍的城鎮(zhèn)化，造成土地覆蓋類型或植被類型的改變，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)景觀格局的變化也都將影響昆蟲的數(shù)量動態(tài)和空間分布。最終自然因素和人類干擾都將影響昆蟲的生態(tài)服務價值。

3.3 價值評估的不確定分析

昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值評估的不確定分析是指利用不確定分析方法估算昆蟲生態(tài)服務價值的范圍，或者是服務價值的置信區(qū)間。昆蟲生態(tài)調(diào)節(jié)服務價值評估的不確定性來源于多種因素。昆蟲傳粉服務價值不確定性因素有各類作物的產(chǎn)量，各類作物的價格水平，各類作物對昆蟲傳粉的依賴程度等參數(shù)指標。這些參數(shù)指標的變化或者不確定性導致昆蟲傳粉服務價值評估的不確定性。天敵昆蟲控害服務功能的價值評估不確定性因素有各類作物的產(chǎn)量和價格，以及天敵昆蟲控制害蟲的比例。昆蟲分解服務的價值評估不確定性因素有產(chǎn)生排泄物能夠被昆蟲分解的牛羊馬等動物的數(shù)量和價格，牧場或草地放養(yǎng)的數(shù)量比例，未經(jīng)殺蟲劑處理家畜動物的比例等。

明確不確定性需要給出估算值或者指標變量估計值的置信區(qū)間，也就是一個不確定數(shù)值位于某個數(shù)值范圍內(nèi)的概率。本文僅給出昆蟲生態(tài)服務價值的估計值，由于數(shù)據(jù)來源的限制目前未給出估計值的置信區(qū)間。

3.4 研究展望

通過本文的評價分析，認識到昆蟲對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的巨大服務價值。而昆蟲的生態(tài)服務價值會受到自然因素和人為干擾的影響。在全球氣候變化和景觀格局變化(土地覆蓋類型格局變化)的條件下，有益昆蟲及其生態(tài)服務功能日益受到各種因素的威脅[6]。為了維持昆蟲的生態(tài)服務價值和減少對昆蟲服務功能受到的威脅，以下內(nèi)容需要進一步研究：1)昆蟲生態(tài)服務價值評估方法的完善和評估數(shù)據(jù)的整理與收集，細化各類昆蟲生態(tài)服務價值評估方法，構建完善的價值評估體系。昆蟲生態(tài)服務價值評估離不了大量的數(shù)據(jù)支撐，需要收集歷史數(shù)據(jù)資料，同時監(jiān)測和預測生態(tài)系統(tǒng)中未來的昆蟲物種數(shù)量和種群密度等指標的變化。2)生態(tài)系統(tǒng)中昆蟲的生態(tài)服務價值與昆蟲物種種類和種群數(shù)量的關系分析。如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中農(nóng)作物生產(chǎn)中昆蟲的生態(tài)服務價值與昆蟲物種種類和種群數(shù)量的關系可能并非簡單線性相關，需要系統(tǒng)地相關分析。3)生態(tài)系統(tǒng)中昆蟲的生態(tài)服務價值-昆蟲種類數(shù)量和種群數(shù)量-自然和人類影響因子的三者相關分析?；谌咧g的相關關系，提出維持昆蟲生態(tài)服務功能的措施與對策。

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The economic value of ecological regulating services provided by agricultural insects in China

OUYANG Fang1, Lü Fei1, MEN Xingyuan2, ZHAO Zihua1，ZENG Juping3, XIAO Yunli4, GE Feng1,*

1StateKeyLaboratoryofIntegratedManagementofPestInsectsandRodents,InstituteofZoology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2InstituteofPlantProtection,ShandongAcademyofAgriculturalSciences,Jinan250100,China3CollegeofForestry，JiangxiAgricultureUniversity，Nanchang330045,China4ThePlantProtectionStationofShandongprovience,Jinan250100,China

Society has recognized the value of ecosystem services. Insects are one of the most diverse groups, playing a significant role in maintaining ecosystem function and ecological balance, and fulfilling human demands. Insect ecological services are the functional roles in ecosystem processes, benefiting humans with goods and services such as pollination, pest control and decomposition. Insect ecological services include provisioning, regulation, cultural and support services. The economic value of insect ecological services can be divided into direct-, indirect-, option- and existence values. The ecological regulating services of insects involve pollination, biological control and dung burial. Insects perform pollination services to crops, vegetables and fruits which are an important ecological service. Pollination is usually the transfer of pollen from the male sex organ to the receptive portion of the female sex organ in flowering plants. Insect pollinators are adapted to many flowering plant species and are provided with primary rewards that attract (i.e., “attract and reward”) and establish pollen vectors returning to flowers. Rewards include nectar, pollen, lipid secretions, food bodies, scents, resins, and material for nest building. Biological control is a particular type of pest control, resulting in predatory/parasitoid insects suppressing pest densities to relatively low levels. This type of ecologically based pest management infers that the “natural enemies” control the pest species. The types of natural enemies used for biological control vary depending on the type of pest. The decomposition of organic matter and the recycling of carbon are provided by beetles that bury dung. Dung beetles process a substantial amount of the animal dung that has accumulated in ecosystem. Dung beetles are medium to large-sized beetles specializing in feeding and breeding on an ephemeral and discrete food resource, consisting mainly of the dung piles produced by herbivorous warm-blooded animals. The dung beetles provide regulating services that reduce forage fouling, nitrogen volatilization, parasites and pest flies. Humans could not persist without these insect provided services. Estimating the value of ecological services provided by insects may help establish a higher priority for their conservation. This paper discusses the concept and categorization of insect ecosystem services, including an economic evaluation of those services. In 2007, insect pollination, pest control and dung burial values were estimated using agricultural production data from China. The results indicated that the insect regulating service value for pollination was 6790.30×108yuan RMB, accounting for up to 54.05% of the total value of pollinator serviced crops. The value of pest control from natural enemies was 2621.00×108yuan RMB, which was up to 9.09% of the total value of the crops serviced. The value of dung burial was 90.84×108yuan RMB. The total insect regulating service was valued at 9502.14×108yuan RMB, accounting for up to 3.7% of China′s GDP (2007). These results show the annual value of insect regulating service in an agroecosystem are similar to the economic values of grassland or forest ecosystem services in China. The accurate valuation of insect ecological services is critical to establishing and preserving the ongoing development of insect-based resources and biodiversity in China.

insect regulating services; valuation; pollination; biological control; decomposition

國家自然科學基金委項目(31200321); 環(huán)保部專項(STSN- 04- 04)

2013- 08- 24;

2014- 07- 02

10.5846/stxb201308242147

*通訊作者Corresponding author.E-mail: gef@ioz.ac.cn

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