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(xué)測繪與地理信息學(xué)院,甘肅 蘭州 730070;2.甘肅省草原技術(shù)推廣總站,甘肅 蘭州 730046;3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值巨大,科學(xué)估算將會使人們更加意識到保護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性[1-3]。通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的估算,可將生態(tài)保護的目標(biāo)整合到經(jīng)濟社會決策之中[4]。自1990年至今,我國學(xué)者積極開展了對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在概念[5]、功能分類體系[6-7]、不同生態(tài)系統(tǒng)類型[8-13]、評價指標(biāo)[14-17]、評估方式[18]、研究現(xiàn)狀[19-20]等方面的學(xué)習(xí)和探索。謝高地等[21]通過意愿調(diào)查法,并針對中國國情,結(jié)合Costanza 和國內(nèi)眾多學(xué)者成果,調(diào)整了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型的劃分,制定了中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子。之后,各地關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究快速展開[22-23]。
當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算主要有基于單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)品價格法和基于單位面積價值當(dāng)量因子法。完全基于單位生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品價格法對數(shù)據(jù)要求較高,計算復(fù)雜,只有在數(shù)據(jù)量較充實的情況下才能應(yīng)用?;趩挝幻娣e價值當(dāng)量因子法設(shè)定單位生態(tài)系統(tǒng)為提供生態(tài)服務(wù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)功能單元,相對較為簡單,易于廣泛應(yīng)用,結(jié)果也便于比較,可作為一種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值快速估算的方法。天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與其類型關(guān)系密切,我國草原類型多樣,區(qū)域草原平均生物量不同,因而,不同區(qū)域各類草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值差異較大。利用區(qū)域不同類草原生物量和主要糧食單產(chǎn)、單價訂正草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價,使得草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算更加準(zhǔn)確。
甘肅省是中國六大牧區(qū)之一,地處內(nèi)蒙古高原、黃土高原和青藏高原的交匯地帶,地理環(huán)境復(fù)雜,自然資源豐富[5]。天然草原是甘肅面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng),草叢、草原、草甸、荒漠俱全[24],不僅是重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地,也是全省乃至全國重要的生態(tài)屏障。在生態(tài)文明背景下,草原的功能定位發(fā)生了重大變化,草原生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能越來越受到關(guān)注,開展保護甘肅草原生態(tài)環(huán)境的研究與實踐工作,加強草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究,對草原生態(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。已有對天??h[25]、甘南州[26]、瑪曲縣[27]草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值定量評估研究。
本研究基于單位面積價值當(dāng)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子進行訂正,修正了甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能當(dāng)量價值,計算了甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能價值,明確了甘肅草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值遠(yuǎn)大于其提供的生物量價值,以期為甘肅制定生態(tài)保護規(guī)劃與管理制度以及草原保護政策提供可靠參考和依據(jù),促進人地和諧和可持續(xù)發(fā)展。
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(nèi)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(guān)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(qū)牧草生長季節(jié)短,枯草期長[5]。甘肅省深居內(nèi)陸,具有明顯的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。氣候類型十分復(fù)雜,大致由隴南的北亞熱帶與暖溫帶濕潤區(qū)逐漸向隴中暖溫帶半濕潤與溫帶半干旱區(qū),河西溫帶、暖溫帶干旱區(qū)及祁連山地高寒半干旱、半濕潤區(qū),甘南高寒濕潤區(qū)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]。
甘肅省主要糧食作物的播種面積、單產(chǎn)、單價選擇與草原普查數(shù)據(jù)同期的2016年數(shù)據(jù)(表1),取自《甘肅發(fā)展年鑒2017》和《中國糧食年鑒2017》。根據(jù)甘肅省2013 – 2016年草原普查基礎(chǔ)數(shù)據(jù),和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of major food crops in Gansu Province
表2 甘肅省天然草原基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 2 Basic data of natural grasslands in Gansu Province
生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子定義為1 hm2全國平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的價值,經(jīng)過綜合比較分析,一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的價值等于當(dāng)年全國糧食單產(chǎn)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(chǔ)數(shù)據(jù)(表1),計算出甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量因子的價值為2 359.43 元。
式中:M為甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)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(chǎn)量;利用公式(2)結(jié)合謝高地等[21]制訂的中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量計算出甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價(表3)。
表3 甘肅省天然草原單位面積生態(tài)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價;M為甘肅省一個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能當(dāng)量因子的價值;di為不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值當(dāng)量因子;i=1, 2, 3, …, 9,分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。
利用公式(3)和甘肅省不同草原類生物量數(shù)據(jù)(表2)計算甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。
式中:Pij為甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價;i= 1, 2, 3,…, 9,分別代表食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值。
式中:Tij為甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值;Pij為甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀9 個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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。
甘肅省天然草原提供的食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、廢物處理、保持土壤、維持生物多樣性和提供美學(xué)景觀的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)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(chǎn)和原材料生產(chǎn)的價值最低,其總和為1 863.96 元·hm?2,尚不及提供美學(xué)景觀的價值。保持土壤的價值最高,分別為食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)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(chǎn)和原材料生產(chǎn)價值的4.3 倍和5.2 倍;其他功能的價值均在食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價值的3.1 倍和3.7 倍以上。
甘肅省各草原類的生物量不同,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值也不同(表3)。其中,暖性灌草叢單位面積生態(tài)服務(wù)價值最高,為84 418.28 元·hm?2;溫性荒漠單位面積生態(tài)服務(wù)價值最低,為10 120.21 元·hm?2。單位面積生態(tài)服務(wù)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)。
結(jié)合甘肅省不同類草原面積,計算出全省各類草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(表4)。甘肅省天然草原生態(tài)服務(wù)功能總價值7 069.73 × 108元,為全省畜牧業(yè)總產(chǎn)值(數(shù)據(jù)來自《甘肅發(fā)展年鑒2017》) 395.57 ×108元的23 倍,約等于甘肅省2016年國民生產(chǎn)總值(gross domestic product, GDP),可見,甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值極大。
表4 甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)(包括食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn))價值為478.59 × 108元,僅占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的6.77%;調(diào)節(jié)服務(wù)(包括氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)和水文調(diào)節(jié)) 價值為3 574.24 × 108元,占總價值的50.55%;支持服務(wù)(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(wù)(提供美學(xué)景觀)價值為527.05 × 108元,占總價值的7.46%。
不同草原類對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的貢獻率不同(圖2),高寒草甸生態(tài)服務(wù)價值最高,為1 733.27 ×108元,貢獻率為24.52%;高寒荒漠生態(tài)服務(wù)價值最低,為58.51 × 108元,貢獻率為0.83%。各草原類型生態(tài)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值貢獻率Figure 2 Contribution rates of the ecosystem service values of different grassland types in Gansu Province
準(zhǔn)確地估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的巨大價值,將會使人們意識到保護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性[29]。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算一直是生態(tài)學(xué)研究的難點[30],目前仍沒有一套生態(tài)學(xué)家和經(jīng)濟學(xué)家公認(rèn)的統(tǒng)一方法。單位面積價值當(dāng)量因子法因參數(shù)簡單易于獲得、結(jié)果便于比較而被廣泛應(yīng)用。本研究利用甘肅省各草原類的草產(chǎn)量數(shù)據(jù)對謝高地等[21]的中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量進行訂正,計算了甘肅省各草原類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,估算出甘肅省草原生態(tài)服務(wù)價值為7 069.73 × 108元,這說明甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能價值巨大,各級各部門應(yīng)該重視甘肅草原生態(tài)狀況,大力保護草原生態(tài)安全。
本研究計算的甘肅草原生態(tài)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為38.10 × 1012元,2010年中國GDP 為40.12 × 1012元,GDP 和生態(tài) 系統(tǒng)服務(wù)價值接近1 ? 1,這與本研究結(jié)果相近。
甘肅省不同類型草原中,暖性灌草叢單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(wù)單價都較高;高寒草甸和溫性草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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?jīng)觥c陽地區(qū)有分布,面積較小。因此,高寒草甸和溫性草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值高于暖性灌草叢。說明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)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(tài)系統(tǒng)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(jié)果表明,甘肅省溫性荒漠單位面積生態(tài)系統(tǒng)約為暖性灌草叢的1/8,但其分布面積大,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值為暖性灌草叢的2.8 倍,對甘肅省生態(tài)安全的作用也不可忽視。張學(xué)斌等[33]研究發(fā)現(xiàn),張掖市的單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值以水文調(diào)節(jié)最高,而本研究發(fā)現(xiàn)甘肅省的草原單項生態(tài)服務(wù)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(yǎng)作用最強。
對草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行貨幣化評估是提高認(rèn)識草原生態(tài)系統(tǒng)重要性的一種有效途徑,當(dāng)前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估的主要因素,本研究僅用當(dāng)量因子法估算了甘肅省草原生態(tài)服務(wù)價值,在后續(xù)研究中,需利用3S 技術(shù)做強、做細(xì)生態(tài)監(jiān)測,獲取動態(tài)、定量、實時和實地監(jiān)測信息,利用多種方法準(zhǔn)確、全面地評估甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能、服務(wù)價值和生態(tài)恢復(fù)工程的生態(tài)效益及有效性,為甘肅省草原生態(tài)安全保護政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。
甘肅省溫性荒漠單位面積生態(tài)服務(wù)價值最低,但其分布廣泛,生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價值較高;甘肅省草原生態(tài)服務(wù)總價值是其2016年畜牧業(yè)總產(chǎn)值的23 倍,約等于其2016年GDP;甘肅省高寒草甸生態(tài)服務(wù)總價值最高,高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值最低。