徐　瑤,陳　濤

1 西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院, 南充　637000 2 四川科技職工大學(xué), 成都　601101

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藏北草地退化與生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值損失評(píng)估
——以申扎縣為例

徐瑤1,*,陳濤2

1 西華師范大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院, 南充637000 2 四川科技職工大學(xué), 成都601101

藏北草地是我國(guó)重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和生態(tài)安全屏障?；谶b感和GIS技術(shù),利用1990、2000、2010年3期不同時(shí)相的TM、ETM+和CEBERS遙感影像,對(duì)申扎縣草地資源退化狀況進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè),并采用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)估模型對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)8個(gè)方面的服務(wù)功能價(jià)值損失進(jìn)行了評(píng)估測(cè)算。結(jié)果表明： 1990—2010年,申扎縣草地退化面積增加了47.40×104hm2,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失高達(dá)5.20×108元;其中1990—2000年,草地退化較嚴(yán)重,該時(shí)段也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失較多的時(shí)期;2000—2010年,草地退化趨勢(shì)變緩。藏北草地提供生物量?jī)r(jià)值僅約占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的7.0%,草地生態(tài)服務(wù)功能遠(yuǎn)大于其提供的生物量?jī)r(jià)值,因此必須從生態(tài)服務(wù)功能的的理念出發(fā)去經(jīng)營(yíng)草地,從而實(shí)現(xiàn)草地的可持續(xù)發(fā)展。

藏北草地;生態(tài)系統(tǒng);遙感影像;服務(wù)功能;損失評(píng)估

草地生態(tài)系統(tǒng)是維持自然生態(tài)系統(tǒng)格局、保護(hù)生態(tài)安全、發(fā)展畜牧業(yè)生產(chǎn)和傳承草原文化的基礎(chǔ)[1]。草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能劃分為提供產(chǎn)品功能、調(diào)節(jié)功能、文化功能和生命支持功能4大類[2- 6]。隨著人類對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能不可替代性的深入認(rèn)識(shí)[7],通過(guò)定量評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值[8- 16],特別是潛在的調(diào)節(jié)功能和生命支持功能價(jià)值[17],對(duì)于有效地發(fā)揮草地資源的經(jīng)濟(jì)效益,制定科學(xué)合理的區(qū)域生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)開發(fā)決策,保護(hù)和恢復(fù)草地資源效用具有重要意義。

藏北草地是我國(guó)重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和生態(tài)安全屏障。由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)草地資源存在粗放經(jīng)營(yíng)、不合理利用以及管理混亂等問題,使得草地資源過(guò)度放牧、亂開濫墾等現(xiàn)象普遍,草地退化、沙化、鹽堿化面積日益擴(kuò)大,草地植被破壞嚴(yán)重,水土流失加劇,草原鼠蟲害嚴(yán)重,草地、草原自然災(zāi)害頻繁、生產(chǎn)力不斷下降等日益突出的環(huán)境問題,不僅直接威脅到當(dāng)?shù)氐男竽翗I(yè)生產(chǎn)和我國(guó)的生態(tài)屏障安全,而且嚴(yán)重影響著藏北草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[18]。開展保護(hù)藏北草地生態(tài)環(huán)境的研究與實(shí)踐工作,加強(qiáng)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究,對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

由于西藏高原區(qū)域大都道路稀少、交通不便,且環(huán)境、氣候惡劣,若按照常規(guī)的野外實(shí)地采樣調(diào)查方法對(duì)草地退化進(jìn)行監(jiān)測(cè)及研究很難開展,且成本昂貴,耗時(shí)耗力,時(shí)效性差,不能滿足現(xiàn)勢(shì)調(diào)查研究。遙感技術(shù)以其快速、宏觀、豐富的信息,成本低廉等特點(diǎn)已被引入青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)研究中[19- 21]。20世紀(jì)80年代興起的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué),是通過(guò)分析人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)與資源、生態(tài)環(huán)境之間的矛盾運(yùn)動(dòng),來(lái)揭示生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律性的學(xué)科。可持續(xù)發(fā)展的定量化評(píng)估模型,如能值分析法[22-24]、生態(tài)足跡法[25-27]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估[1,28-30]等方法已被廣泛用于草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究中。本文以生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ),以遙感和GIS為技術(shù)支撐,以藏北高原草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,利用1990、2000、2010年3期不同時(shí)相的TM、ETM+和CEBERS遙感影像,以人口密度較高、經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的具有較強(qiáng)代表性的申扎縣為例,對(duì)研究區(qū)草地覆蓋信息進(jìn)行解譯,監(jiān)測(cè)藏北高原草地退化狀況,并結(jié)合多種生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)估模型測(cè)算申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失,研究結(jié)果對(duì)藏北申扎縣草地退化的綜合治理和草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的參考意義。

1　研究區(qū)概況

申扎縣地處西藏中部,那曲地區(qū)西南部,屬南羌塘大湖盆地帶,位于岡底斯山和色林錯(cuò)之間。該地區(qū)山勢(shì)平緩,草原開闊,南部和北部偏高,中部偏低,西部高,東部低,以山地為主,大部分山峰較平緩,相對(duì)高差在300—500m之間,平均海拔4750m,最高海拔6444m(甲崗山),終年積雪,最低海拔4561m(錯(cuò)鄂錯(cuò));總體屬大湖盆地帶及中高山地貌,部分為高山地貌。申扎縣屬高原亞寒帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū),空氣稀薄,氣候寒冷干燥,年平均八級(jí)以上大風(fēng)超過(guò)104.3d,年平均氣溫在0℃以下,每年7—8月份最高氣溫為10℃,1月最低氣溫為-40℃,年日照時(shí)數(shù)為2915.3h,年霜期為279.1d,年降水量298.6mm,年均降雪日數(shù)37.8d。

申扎縣紫花針茅(StiPaPurPurea)為主的草地發(fā)育良好,它廣泛分布在海拔4900m以下排水良好的山坡、丘陵、河湖階地和湖成平原,組成大面積的草原群落。在改則—色林錯(cuò)寬谷以及南部構(gòu)造湖盆4600m以下的覆沙地上,則分布有較大面積的固沙草及百草。在山坡坡麓和湖濱石礫質(zhì)較強(qiáng)的地段,還分布有藏沙蒿(ArtemisiawellbyHemsl et Pears)和羽柱針茅。在海拔較高的山地陰坡,由小蒿草(Kobresiapygmaea)、羊茅(FestucaovinaLinn.)等組成的高山草甸或高山草原化草甸植被比較發(fā)育。海拔5300m以上的高山,已是由風(fēng)毛菊 (Saussureajaponica(Thunb.) DC)、紅景天(RhodiolaroseaL.)、繁縷(Stellariamedia(L.) Cyr)等屬植物組成的高山冰緣植被。區(qū)內(nèi)隱域性植被發(fā)育較好,除河灘湖濱濕地發(fā)育有一定面積的藏北蒿草(KobresialittledaleiC. B. Clarke)、扁穗草(BrylkiniaSchmidt)等組成的沼澤草甸和沼澤外,在改則-色林錯(cuò)寬谷覆沙地上,有三角草(ChlorophytumlaxumR. Br)、鵝觀草(RoegneriakamojiOhwi)、賴草(Leymussecalinus(Georgi) Tzvel)等組成的河漫灘草甸群落也占相當(dāng)大的面積。本區(qū)域草原廣闊,水源較充足,是西藏傳統(tǒng)的牧區(qū)之一。由于長(zhǎng)期過(guò)度放牧,有些較好的草場(chǎng)已經(jīng)明顯退化,如色林錯(cuò)北部的紫花針茅草場(chǎng)開始出現(xiàn)較多的狼毒(StellerachamaejasmeLinn)、有毒黃芪(Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bunge)、青海刺參(MorinakokonoricaHao)等毒害草類。

2　草地退化信息獲取方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取經(jīng)濟(jì)密度大,人口活動(dòng)頻繁的申扎縣作為典型樣區(qū)。由于部分遙感數(shù)據(jù)獲取困難,工作區(qū)采用不同時(shí)相不同分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)。其中：1990年的遙感數(shù)據(jù)由1989、1990、1991年和1992年的TM影像組成,2000年的遙感數(shù)據(jù)由1999年和2000年的ETM+影像組成,2010年的遙感數(shù)據(jù)由CBERS數(shù)據(jù)組成。從政府相關(guān)部門獲取申扎縣1∶10萬(wàn)地形圖、申扎縣行政區(qū)劃圖、申扎縣土地利用圖和申扎縣1∶400萬(wàn)土壤分類圖等數(shù)據(jù)來(lái)輔助研究。

2.2遙感影像預(yù)處理

對(duì)不同時(shí)期的遙感影像預(yù)處理主要包括圖像幾何精校正、圖像拼接與裁剪、最佳波段選擇與組合3個(gè)方面。以1∶25萬(wàn)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)為參照地圖對(duì)1990年TM影像進(jìn)行幾何精校正,然后以1990年TM校正影像為參考影像,對(duì)其他年份的各景影像進(jìn)行幾何精校正,圖像配準(zhǔn)的空間誤差要求小于1個(gè)像元。由于工作區(qū)涉及多景遙感影像或一景遙感圖像的一部分,因此要對(duì)遙感圖像進(jìn)行鑲嵌拼接和裁剪處理。根據(jù)波段的“相關(guān)性最小,所含信息量最大”的原則,通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)獲取本文中遙感圖像的最優(yōu)波段組合,ETM+、TM和CBERS數(shù)據(jù)均采用4、3、2波段進(jìn)行RGB彩色合成。在這種合成影像上,植被由于在近紅外波段的光譜反射遠(yuǎn)高于它在可見光波段的光譜反射,呈現(xiàn)出不同程度的品紅到深紅,易于識(shí)別。

2.3植被覆蓋度提取

根據(jù)混合像元法模型,一個(gè)像元的NDVI值可以表達(dá)為由綠色植被所貢獻(xiàn)的信息NDVIveg,與由無(wú)植被覆蓋部分所貢獻(xiàn)的信息NDVInon這兩部分組成,植被覆蓋度f(wàn)c的計(jì)算公式為:

fc=(NDVI-NDVInon)/(NDVIveg-NDVInon)

(1)

式中,NDVIveg為完全被植被所覆蓋像元的NDVI值,NDVInon則代表完全裸土或無(wú)植被覆蓋區(qū)域的NDVI值。本文對(duì)NDVIveg和NDVInon進(jìn)行取值時(shí),參考區(qū)域內(nèi)的土地利用圖和土壤圖,給定研究區(qū)域內(nèi)NDVI的最大值和最小值。

2.4草地退化等級(jí)劃分

依據(jù)《天然草地退化、沙化、鹽澤化的分級(jí)指標(biāo)》(GB19377),并根據(jù)遙感影像判讀原理和特點(diǎn)所制定的草地退化遙感分類系統(tǒng)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),以草地覆蓋度為主因子將草地退化等級(jí)分為4個(gè)等級(jí)：無(wú)明顯退化(覆蓋度>85%),輕度退化(覆蓋度為60%—84%),中度退化(覆蓋度為26%—59%),重度退化(覆蓋度<25%)。

3　草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估模型

3.1生物量?jī)r(jià)值估算模型

草地產(chǎn)品是指植物性產(chǎn)品和動(dòng)物性產(chǎn)品等,本文主要計(jì)算牧草價(jià)值,采用市場(chǎng)價(jià)值法來(lái)評(píng)估其價(jià)值：

Fi=Si×Yi×P

(2)

式中，F(xiàn)i為草地生物量?jī)r(jià)值(元); Si為第i類草地的面積;Yi為第i類草地的單產(chǎn);P為牧草的價(jià)值(元/kg),本文取市場(chǎng)價(jià)格為400元/t。

3.2碳蓄積和氧釋放價(jià)值估算模型

草地生態(tài)系統(tǒng)CO2固定價(jià)值可用市場(chǎng)價(jià)值法(碳稅法)和生產(chǎn)成本法(造林成本)兩種方法計(jì)算。前者使用瑞典碳稅率,即150美元/tC,折為1245元/tC,后者使用中國(guó)造林成本240.03元/m3,折合260.9元/tC(1990年不變價(jià))[31]。本文依據(jù)前述兩種計(jì)算方法分別計(jì)算,取兩個(gè)結(jié)果的平均值作為申扎縣草地固定CO2的價(jià)值。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)值法,其估算公式為：

FCO2=∑SiCO2×PCO2

(3)

式中：FCO2為草地固碳總價(jià)值(元);SiCO2為各類草地固碳量(t);PiCO2為單位固碳量?jī)r(jià)值(元/t)。

草地釋氧總價(jià)值采用工業(yè)制氧影子價(jià)格法計(jì)算,用等量的工業(yè)氧的生產(chǎn)價(jià)格代替森林釋放氧氣的功能價(jià)值,本文采用中國(guó)造林成本 352.93 元/tO2和氧氣工業(yè)成本 0.4 元/kgO2兩種標(biāo)準(zhǔn)平均值來(lái)評(píng)價(jià)草地生態(tài)系統(tǒng)釋放 O2的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,計(jì)算公式為：

FO2=∑SiO2×PO2

(4)

式中，F(xiàn)O2為草地釋氧總價(jià)值(元);SiO2為各類草地釋氧量(t);PO2為單位釋氧量?jī)r(jià)值(元/t),采用造林成本法和工業(yè)制氧影子價(jià)格法的平均值。

3.3營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值估算模型

根據(jù)各草地主要營(yíng)養(yǎng)成分含量計(jì)算各類草地固定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)實(shí)物量,再根據(jù)歐陽(yáng)志云的計(jì)算方法估算草地在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)中含有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值總量。其計(jì)算公式為：

Fyi=∑(Si×Yi×Vi×C)

(5)

式中，F(xiàn)yi為不同類型的草地滯留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總價(jià)值(元);Si為第i類草地的面積(hm2);Yi為第i類草地的單產(chǎn)(t/hm2);Vi為單位重量牧草的第i種營(yíng)養(yǎng)元素含量(t);C為我國(guó)化肥的平均價(jià)格(元/t)。在估算草地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)價(jià)值時(shí)仍以生產(chǎn)力為基礎(chǔ),根據(jù)歐陽(yáng)志云計(jì)算的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的間接價(jià)值可推算生態(tài)系統(tǒng)每固定1g碳,可積累0.025426g氮,0.0020 g磷和0.01012g鉀,按1990年不變價(jià),我國(guó)化肥(折純量)平均價(jià)格為2549元/t[32]。

3.4環(huán)境污染的凈化價(jià)值估算模型

草地對(duì)SO2具有凈化作用,運(yùn)用替代市場(chǎng)法,計(jì)算其對(duì)環(huán)境凈化作用的價(jià)值。據(jù)測(cè)定每kg干草葉每天可吸收SO2為1×10-3kg,每年牧草生長(zhǎng)期以150d計(jì)算,每削減1t SO2的投資為600元,據(jù)此可以計(jì)算草地吸收SO2的價(jià)值。據(jù)有關(guān)測(cè)定,草地每年的滯降塵量為1.2kg/hm2,削減粉塵的成本為0.17元/kg,滯塵功能價(jià)值的計(jì)算公式如下：

Fs=Qi×Si×W

(6)

式中，F(xiàn)s為草地降塵功能價(jià)值(元);Qi為單位面積吸納粉塵的量,Si為草地面積,W為削減粉塵的費(fèi)用。

3.5土壤保持功能價(jià)值估算模型

本文采用USLE模型進(jìn)行土壤侵蝕量的計(jì)算,包括潛在土壤侵蝕量和現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量,兩者之差即為土壤保持量。根據(jù)計(jì)算得到的土壤保持量,分別計(jì)算草地生態(tài)系統(tǒng)保持土壤肥力、減少土地廢棄和減少泥沙淤積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.5.1土壤保持量

采用通用的土壤侵蝕方程(USLE)來(lái)估算土壤保持量：

(7)

式中，Ac為土壤保持量(t/a),Ap為潛在土壤侵蝕量,Ar為現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量,R為降水侵蝕指標(biāo),K為土壤可蝕性因子,LS為坡度坡長(zhǎng)因子,C為地表植被覆蓋因子,P為土壤保持措施因子。

(1)降雨侵蝕力的計(jì)算由于申扎縣降雨主要發(fā)生在5—9月,根據(jù)實(shí)際情況采用多年5—9月平均降雨資料,由周伏建建立的年R值修正方程計(jì)算[33]。

(8)

(2)K值的估算土壤可蝕性指土壤對(duì)侵蝕剝蝕和搬運(yùn)的易損性和敏感性。其計(jì)算過(guò)程相當(dāng)繁瑣。本文在申扎縣不同生態(tài)系統(tǒng)土壤質(zhì)地和有機(jī)質(zhì)含量基礎(chǔ)上,根據(jù)相關(guān)學(xué)者提供的K值表,可以得到該區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)的K值。

(3)坡度坡長(zhǎng)因子的計(jì)算在USLE中,地形因子(LS)是在相同條件下,每單位面積坡面流失與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)(坡長(zhǎng)22.13m,坡度9%)流失之比值。其計(jì)算方法是在地形圖上分別提取等高線和高程點(diǎn),通過(guò)GIS軟件生成數(shù)字高程模型(DEM),利用ArcGIS Spatial Analysis模塊對(duì)DEM提取坡長(zhǎng)、坡度等信息,并根據(jù)周建勤等的公式計(jì)算坡長(zhǎng)、坡度因子：

(9)

式中,L為坡長(zhǎng);S為百分比坡度。

(4)植被覆蓋因子(C)與土壤保持措施因子(P)的計(jì)算地面植被覆蓋狀況反映植被對(duì)土壤侵蝕的影響,根據(jù)蔡崇法等(2001)的研究成果,植被覆蓋因子(C)和植被覆蓋度(Vc)的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系：

C=0.6508-0.3436×logVc

(10)

式中,Vc為植被覆蓋度,Vc≥78.3% 時(shí),不產(chǎn)生土壤流失,C=0;當(dāng)Vc= 0時(shí),C=1。申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)大部分沒有采取水土保持措施,其P值取1.00。

3.5.2保持土壤肥力價(jià)值估算模型

水土流失造成土壤肥力損失、破壞可耕地面積、淤塞河道、水庫(kù)等。草地保土功能價(jià)值可以由市場(chǎng)價(jià)值法、恢復(fù)費(fèi)用法、機(jī)會(huì)成本法和影子工程法等方法來(lái)估算。首先根據(jù)土壤保持量計(jì)算所保持N、P、K的數(shù)量,再運(yùn)用影子價(jià)格法,由硫酸氨、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀的市場(chǎng)價(jià)格估算保持土壤肥力的價(jià)值,計(jì)算公式為：

M=∑Q×Ci×Di×Pi

(11)

3.5.3減少土地廢棄價(jià)值估算模型

草地退化造成土地廢棄的價(jià)值可以用土地廢棄的機(jī)會(huì)成本替代。本文根據(jù)土壤保持量和土壤表土平均厚度來(lái)推算因土壤侵蝕而造成的廢棄土地面積,再運(yùn)用土地的機(jī)會(huì)成本法,估算減少土地廢棄的價(jià)值：

(12)

式中,Ef為減少土地廢棄的價(jià)值(元/a);Aa為土壤保持量(t/a);ρ為土壤容重;h為土層厚度;西藏草地土壤的土層厚度平均為40cm,土壤容重為1.32g/cm2[34];Ps為申扎縣牧業(yè)生產(chǎn)的年均收益。

3.5.4泥沙淤積價(jià)值估算模型

歐陽(yáng)志云等按照我國(guó)泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律,估計(jì)每年全國(guó)土壤侵蝕流失的泥沙有24%淤積在水庫(kù)、江河和湖泊中,造成了水庫(kù)、江河、湖泊蓄水量減少。因而可以用建設(shè)水庫(kù)的成本來(lái)替代減輕泥沙淤積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值：

(13)

式中,Ey為減輕泥沙淤積的價(jià)值(元/a);Ac為土壤保持量(t/a);ρ為土壤容重;PK為單位庫(kù)容水庫(kù)的工程費(fèi)用。

3.6涵養(yǎng)水源價(jià)值估算模型

草地具有截留降水的生態(tài)功能,而且比空曠裸地有較高的滲透性和保水能力。草地涵養(yǎng)水源價(jià)值為年涵養(yǎng)水量乘以水價(jià),水價(jià)可用中國(guó)水庫(kù)建設(shè)的影子工程價(jià)格替代。茂密的植被1年中截流的水流為年降水量的25%— 30%,本文中截流系數(shù)按最低值25%計(jì)算,中國(guó)水庫(kù)建設(shè)成本為0.167元/m3,計(jì)算公式為：

F(h)=∑Ti×Si×P×0.25

(14)

式中,F(h)為草地涵養(yǎng)水源價(jià)值;Ti為i種類型草地單位面積降雨量;Si為第i類草地的面積,P為水庫(kù)建設(shè)成本。

3.7防風(fēng)固沙效益價(jià)值估算模型

高寒地區(qū)的草地生態(tài)系統(tǒng)具有十分脆弱、難以恢復(fù)的特點(diǎn),一旦破壞將直接面臨著沙漠化的危險(xiǎn),所以在草地生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮它的固沙作用。草地一旦破壞,再進(jìn)行沙漠化治理將付出昂貴的代價(jià),據(jù)資料報(bào)道我國(guó)沙化治理的費(fèi)用為2624.67元/hm2。所以采用機(jī)會(huì)成本法,用治理沙化草地的費(fèi)用來(lái)替代草原固沙的生態(tài)效益較為合理。

3.8維持生物多樣性價(jià)值估算模型

申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)是生物多樣性的寶庫(kù),是大量高寒野生動(dòng)植物和微生物的棲息地,是生物多樣性的重要載體之一。草地維持生物多樣性價(jià)值的估算至今仍然是個(gè)難題。本文采用已有成果參照法來(lái)估算草地維持生物多樣性的價(jià)值。根據(jù)謝高地等人的研究成果[11],青藏高原草地維持生物多樣性價(jià)值為528.9044元/hm2。據(jù)此可計(jì)算出申扎縣草地維持生物多樣性的價(jià)值。

4　研究結(jié)果與分析

4.1草地退化趨勢(shì)分析

1990—2010年20年間,申扎縣草地植被覆蓋發(fā)生了很大變化,草地退化面積增加了47.40m2,較1990年增加了76.37%,其中以輕度退化和中度退化增加為主,分別增加了31.04、16.22hm2,部分地區(qū)草地已經(jīng)變成了裸地。1990年退化面積占所有草地面積的37.14%,2010年該比例提高到70.29%。無(wú)明顯退化的比例由1990年的62.86%下降為2010年的29.71%,輕度退化的比例由18.71%增至40.02%,中度退化的比例由10.97%增至22.19%,重度退化比例變化不大(表1)。

表1　1990—2010年申扎縣草地退化統(tǒng)計(jì)表

1990—2000年,申扎縣草地退化面積在不斷增加,退化程度在逐漸加重。這期間草地退化面積達(dá)到126.86×104hm2,增加了64.79×104hm2,其中輕度退化面積增加了23.59×104hm2,增加量主要來(lái)源于未退化草地;中度退化草地增加量達(dá)到34.23×104hm2;重度退化草地增加了6.98×104hm2。需要特別指出的是：從2000—2010年的遙感圖像分析,各地植被覆蓋率明顯提高,草地退化程度有所減輕,生態(tài)環(huán)境向良性方向發(fā)展,這與2000年后藏北地區(qū)氣候變暖,降水量約有增加有關(guān)。更重要的因素是：受國(guó)家休牧輪牧制度和退耕退牧還林還草政策的影響,這說(shuō)明人類正以一種積極的方式影響西藏的自然地理環(huán)境。2000—2010年,草地退化面積減少了17.39×104hm2,其中輕度退化面積增加了7.46×104hm2,中度和重度退化面積分別減少了18.01×104hm2、6.84×104hm2。申扎縣2010年輕度退化占草地總面積的40.02%,中度和重度退化的比例分別占22.19%和8.08%(圖1)。

圖1　1990、2000和2010年申扎縣草地退化圖Fig.1　Degradation of Shenza County grassland in 1990,2000 and 2010

4.2草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要包括提供生物量、調(diào)節(jié)大氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、環(huán)境凈化、水土保持、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、維持生物多樣性等八項(xiàng)服務(wù)功能。各年份草地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值構(gòu)成見表2。其中提供生物量?jī)r(jià)值屬于直接利用價(jià)值,而調(diào)節(jié)大氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、環(huán)境凈化、水土保持、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、維持生物多樣性等服務(wù)功能價(jià)值屬于間接利用價(jià)值。

表2　申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值動(dòng)態(tài)變化

從表2可以看出,1990年、2000年、2010年申扎縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值變化狀況:生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體呈下降趨勢(shì),1990年為59.02×108元,2000年為52.14×108元, 2010年為53.82×108元。從1990年到2010年20年間,申扎縣草地生態(tài)服務(wù)功能損失了5.20×108元,損失率為8.81%。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值時(shí)間序列變化看, 1990—2000年和2000—2010年兩個(gè)時(shí)間段, 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值減少量明顯不同。1990—2000年間申扎縣生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值減了6.88×108元, 這10年是草地退化嚴(yán)重的時(shí)期,也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失較多的時(shí)期。 2000—2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值增加了1.68×108元,可見后一階段生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在逐漸增加。這跟近年來(lái)藏北地區(qū)實(shí)施的一系列草地生態(tài)保護(hù)措施有關(guān)。

申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)中涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、維持生物多樣性服務(wù)功能價(jià)值較大,3個(gè)年份中這三項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值比例之和均在總價(jià)值的78%以上;維持生物多樣性價(jià)值比例占總價(jià)值的14%以上,環(huán)境凈化和土壤保持的服務(wù)功能價(jià)值較小;提供生物量服務(wù)功能價(jià)值占總服務(wù)功能價(jià)值不大：1990年為4.24×108元,占總價(jià)值的7.18%;2000年為3.95×108元,占總價(jià)值的7.56%;2010年為3.97×108元,占總價(jià)值的7.37%,說(shuō)明申扎縣草地生態(tài)服務(wù)性功能價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生產(chǎn)性功能價(jià)值。

1990—2010年各單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值變化程度大小不同。草地退化變化導(dǎo)致了申扎縣草地生態(tài)服務(wù)功能下降,單項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值差異顯著。1990—2010年草地提供生物量的服務(wù)功能價(jià)值從4.24×108元下降到3.97×108元,20年時(shí)間損失了0.27×108元;碳蓄積和氧釋放服務(wù)功能價(jià)值損失了0.36×108元;營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)服務(wù)功能價(jià)值損失了0.33×108元;環(huán)境凈化服務(wù)功能價(jià)值損失了0.04×108元;涵養(yǎng)水源服務(wù)功能價(jià)值損失了0.18×108元;防風(fēng)固沙服務(wù)功能價(jià)值損失了3.32×108元,維持生物多樣性服務(wù)功能價(jià)值損失了0.70×108元。其中損失最大的是防風(fēng)固沙服務(wù)功能價(jià)值,占總損失量的63.85%。

5　討論

本文在RS和GIS 技術(shù)支持下獲取了草地?cái)?shù)據(jù),結(jié)合地面監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)資料,建立了草地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型,構(gòu)建碳蓄積和氧釋放、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)、凈化環(huán)境、土壤侵蝕控制、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、維持生物多樣性等服務(wù)功能為主的評(píng)估指標(biāo)體系,并綜合運(yùn)用市場(chǎng)價(jià)值法、影子價(jià)格法、機(jī)會(huì)成本法等生態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)估模型,對(duì)藏北申扎縣高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行估算,較好地反映藏北高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值及其動(dòng)態(tài)變化。

本文對(duì)申扎縣1990年單位面積草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的評(píng)估結(jié)果為3532元/hm2,2000年的評(píng)估結(jié)果為2899元/hm2,2010年評(píng)估結(jié)果為 3457元/hm2;劉興元利用遙感數(shù)據(jù)對(duì)2008 年藏北那曲地區(qū)高寒草地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的評(píng)估結(jié)果為3550 元/hm2[35];李忠魁等 利用間接市場(chǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)方法對(duì)2004年西藏草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的估算結(jié)果為1482元/hm2[34];謝高地等 基于Costanza 等 的基準(zhǔn)單價(jià),用生物量校正方法對(duì)青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的估算結(jié)果為6833 元/hm2[11]; 劉會(huì)軍等利用遙感數(shù)據(jù)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)模型對(duì)1985年青藏高原草地生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的估算結(jié)果為7300元/hm2;2000年為7800元/hm2[36]。這些評(píng)估結(jié)果存在差異的主要原因是使用的數(shù)據(jù)來(lái)源、評(píng)估年份、選擇的指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法不同造成的。

目前,有關(guān)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值定量測(cè)算方面的研究尚處于初級(jí)階段,評(píng)估指標(biāo)體系和方法模型尚需進(jìn)一步研究[37-39]。本文僅對(duì)申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)8項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了初步估算,還有很多服務(wù)功能如藏北草原生態(tài)屏障作用以及對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)輻射效應(yīng),都難以定量測(cè)算,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的定量化研究仍然需要探索。

6　結(jié)論

本文運(yùn)用遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),以1990、2000、2010年陸地衛(wèi)星遙感影像為信息源,通過(guò)提取植被指數(shù)和改進(jìn)的遙感二分像元估算模型估算了研究區(qū)不同時(shí)期的植被覆蓋度,以此監(jiān)測(cè)了申扎縣草地退化狀況。結(jié)果表明：在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi),草地退化面積在增加,其中1990—2010年,草地退化面積增加了47.40萬(wàn)hm2。 從退化面積動(dòng)態(tài)變化看,1990—2000年草地退化較為嚴(yán)重,2000—2010年,草地退化趨勢(shì)變緩。

綜合運(yùn)用市場(chǎng)價(jià)值法、影子價(jià)格法、機(jī)會(huì)成本法等生態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)估模型,對(duì)藏北申扎縣1990—2010年草地生態(tài)系統(tǒng)8個(gè)方面的服務(wù)功能價(jià)值變化進(jìn)行了估算。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,從1990年到2010年期間,申扎縣草地生態(tài)系統(tǒng)總體呈現(xiàn)退化趨勢(shì),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失高達(dá)5.20×108元。特別是1990年到2000年,是草地退化較嚴(yán)重的時(shí)期,也是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值損失較多的時(shí)期。

由于受遙感數(shù)據(jù)源、估算方法和相關(guān)數(shù)據(jù)獲取困難的影響,本文對(duì)藏北地區(qū)申扎縣草地的各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值估算是相對(duì)保守的,草地所具有的部分生命支持功能和生態(tài)輻射功能價(jià)值并未計(jì)算在內(nèi)。但即使是這樣一個(gè)對(duì)藏北申扎縣草地生態(tài)服務(wù)功能的不完全估計(jì),仍然使人們認(rèn)識(shí)到藏北地區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性,估算結(jié)果說(shuō)明藏北草地最重要的功能是水源涵養(yǎng)功能和防風(fēng)固沙功能。因此,必須改變只看到草地的實(shí)物型服務(wù)功能理念,從生態(tài)服務(wù)功能的的理念出發(fā)去經(jīng)營(yíng)草地,從而實(shí)現(xiàn)草地的可持續(xù)發(fā)展。

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Dynamic monitoring of grassland degradation on the Northern Tibetan Plateau and loss assessment of its ecological service value, by using Shenza County as a case study

XU Yao1,*, CHEN Tao2

1LandandResourcesCollege,ChinaWestNormalUniversity,Nanchong637000,China2SichuanStaffUniversityofScienceandTechnology,Chengdu601101,China

The grassland on the Northern Tibetan Plateau is an important livestock production base and ecological safety barrier in China. This paper uses the grassland ecosystem in Shenza County in a case study to establish an evaluation index system in order to monitor grassland degradation using remote sensing images (TM, ETM+, and CBERS in 1990, 2000, 2010) based on the landscape ecology, natural geography, and social economy of this region. The degradation of Shenza County grassland has been investigated over the past two decades through the interpretation of grass coverage information. The value loss of eight grassland ecosystem services was evaluated using models of ecological economics. The results show that the vegetation coverage of Shenza County changed significantly from 1990 to 2010. Grassland degradation has increasingly expanded, with moderate to severe degradation accounting for the largest proportion of the degradation. In 1990, the total area of degraded grassland was 62.07 × 104hm2, with light degradation accounting for 18.71%, and moderate and severe degradation accounting for 10.97% and 7.45%, respectively. In 2000, the total area of grassland degradation covered 126.86 × 104hm2, of which light degradation accounted for 34.46%, and moderate and severe degradation accounted for 33.02% and 12.20%, respectively. In 2010, the total area of grassland degradation was 109.47 × 104hm2, with light degradation accounting for 40.02%, and moderate and severe degradation accounting for 22.19% and 8.08%, respectively.Grassland degradation was intensified in the period from 1990 to 2000, with the total degradation increasing by 64.79 × 104hm2, of which light degradation accounted for 23.58 × 104hm2, and moderately and severely degraded grassland accounted for 34.23 × 104hm2and 6.98 × 104hm2, respectively, compared to the areas recorded in 1990. From 2000 to 2010, grassland degradation decreased by 17.39 × 104hm2. Within this, lightly degraded grassland increased by 7.46 × 104hm2, while moderately degraded and heavily degraded areas decreased by 18.01 × 104hm2and 6.84 × 104hm2, respectively. The above analyses indicate that the grassland in Shenza County degraded between 1990 and 2000, and underwent gradual recovery from 2000 to 2010.The value of ecosystem services declined gradually during the period from 1990 to 2010, by 59.02 × 108Yuan in 1990, 52.14 × 108Yuan in 2000, and 53.82×108Yuan in 2010. The total value of the ecological services of the Shenza County grassland decreased by 5.20 × 108Yuan from 1990 to 2010, which included the values of the grass biomass services decreasing by 0.27 × 108Yuan, carbon storage and oxygen release decreasing by 0.36 × 108Yuan, nutrient cycle decreasing by 0.33 × 108Yuan, wind-breaking and sand fixation decreasing by 3.32 × 108Yuan, and biodiversity decreasing by 0.70 × 108Yuan. The value of water conservation, wind-breaking and sand fixation, and the biodiversity conservation account for the largest proportion, about 78% of the total value. The functional value of the ecosystem services decreased by 6.88 × 108Yuan from 1990 to 2000, and increased by 1.68 × 108Yuan from 2000 to 2010. Grassland degradation was significant, and the loss of ecosystem services peaked during the period from 1990 to 2000. The value of ecosystem services increased gradually from 2000 to 2010 because of the implementation of measures for environmental protection. However, the biomass value of the Northern Tibetan grassland accounts for only 7.00% of the ecosystem services the area provides. It is expected that grassland management carried out with attention paid to the functioning of ecosystem services will allow for sustainable development.

grassland on Northern Tibetan Plateau; ecosystem; remote sensing image; ecological service function; assessment of value loss

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40972225)

2015- 01- 29; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 11- 30

Corresponding author.E-mail: 648633501@qq.com

10.5846/stxb201501290229

徐瑤,陳濤.藏北草地退化與生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值損失評(píng)估——以申扎縣為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(16):5078- 5087.

Xu Y, Chen T.Dynamic monitoring of grassland degradation on the Northern Tibetan Plateau and loss assessment of its ecological service value, by using Shenza County as a case study.Acta Ecologica Sinica,2016,36(16):5078- 5087.