拉萨河谷山地灌丛草地生态系统服务价值评价——以拉萨达孜县为例

赵海珍,李文华,马爱进,黄瑞玲

（1.环境保护部环境工程评估中心,北京 100012；2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101；3.中国标准化研究院,北京 100088；4.成安县综合职业技术学校,河北 邯郸 056700）

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1]。生态系统服务功能的评价是联合国千年生态系统评估（MA）的主要内容之一,对于全球生态系统的管理和可持续发展生态学的研究具有重要意义[2]。

青藏高原是一个具有全球意义的脆弱生态系统,平均海拔4 000 m以上,地形复杂、气候极端而多变、自然灾害频繁、土壤贫瘠、植物生长缓慢,生态系统一旦遭受破坏,极难恢复；但是,作为世界上最大的“水塔”、高原生物多样性的维持基地、最具地域和民族特色的旅游胜地、世界文化的重要组成部分,它为人类提供着极大的生态产品和服务。青藏高原是我国天然高寒草地分布面积最大的一个区域,天然高寒草地面积达1.28×108hm2,目前,谢高地等[3]、闵庆文等[3]、于格等[5-6]、俞文政等[7]已对青藏高原草地生态系统服务功能进行了研究,但这些研究主要集中于大尺度——青藏高原,给出了高原草地生态系统服务功能的一般性结论,但无法明确描述一些典型地区（如拉萨河谷地区）的具体情况。拉萨河谷分布于青藏高原的藏中地区,与年楚河、雅鲁藏布江构成了“一江两河”农业发展区。拉萨地区牧草地净面积为138.65万hm2,是土地利用类型中面积最大、分布最广的一类,山地灌丛草地是其中一个重要的草地类型,多分布在河谷两侧较干燥和温暖的山地与宽谷地带。

因此,本研究选择典型的河谷区拉萨市达孜县——极具代表性的山地灌丛草地生态系统,以野外试验数据为基础,在一个较小尺度上对其生产产品、固定 CO2、释放 O2、涵养水分、维持营养循环等生态系统服务功能的价值进行评价,旨为拉萨河谷地区山地灌丛草地生态系统服务功能的评估及其科学管理提供一定的科学依据。

1 研究区域概况

达孜县位于藏南谷地、拉萨河下游南岸,29°29′～30°02′N,91°15′～ 91°41′E 。境内平均海拔4 500 m,年均温约为7.5℃,日照充足,年均日照时数为3 065 h,年均降水量450 mm左右,90%以上集中6-9月,属于高原季风温带半干旱气候。土壤为洪冲积母质,质地偏沙,主要土壤类型有高山寒漠土、高山草甸土、亚高山草甸土、草原土、山地灌丛草地土等。在植物区系中属于泛北极植物区青藏高原植物亚区藏南山地灌草草原区,植物种类较多,主要有砂生槐（Sophora moorcrof tiana）、矮嵩草（Kobresia humilis）、固沙草（Orinus thoroldii）、白草（Pennisetum f laccidum）、毛瓣棘豆（Oxytropis sericopetala）、扭盔马先蒿（Pedicularis dayidii）、西藏中麻黄（Ephedra intermedia）、酸模叶橐吾（Ligularia lapathif olia）等。

2 研究方法

2.1 生物量的测定2002年6-9月、2003年7-8月,6次测定；山坡中上部,选取3块代表性样地；随机设置3个样方,面积为50 cm×50 cm。将样方内的植物齐地面剪下,把样地根系达到的最大深度的土壤挖出,用水冲洗、浮选,收集所有根系并阴干。地上部分（绿色和立枯）和地下部分（根）于80℃下烘干至恒质量,用电子天平（0.01 g）称量。

2.2 土壤样品的采集与测定选择3块代表性样地,随机取样,去除植被,挖土壤垂直剖面（长、宽均为1 m）,土壤剖面深度挖至母质层,自上而下,分层描述取样,每层3个重复,记录土壤各层的厚度。土壤物理性质采用常规方法测定[8]。土壤机械组成采用SALD3001激光粒径分析仪测定；土壤容重、孔隙度、饱和含水率、渗透系数采用环刀法；自然含水率采用土钻法。

2.3 植物养分的测定植物样品的采集均于花期（8:00～10:00）进行,采集方法依据中国生态网络的标准[9]。所采集的样品先在105℃烘干15 min,然后在65℃烘干至恒质量。

全氮测定采用开氏法；全磷、全钾测定采用干法溶样,ICP等离子测定采用发射光谱法[9]。全株的元素含量是根据植物体各部分的元素含量和生物量计算得出的。

2.4 产品价值根据山地灌丛草地生态系统地上部分的净初级生产力、面积、市场价格等资料,利用市场价值法评价其物质生产功能的价值。以牧草市场价格1 000元/t来估算山地灌丛草地生态系统的产品服务价值。

2.5 固定CO2的价值利用山地灌丛草地生态系统的净初级生产量数据,根据光合作用方程式,生态系统每生产1.00 g植物干物质能固定1.63 g CO2,使用造林成本法（1990年不变价260.90元/t）和碳税法（150美元/t,以1美元折合8.28元人民币计算）[10]估算农田生态系统固定的CO2价值。

2.6 释放O2的价值根据光合作用方程式,生态系统每生产1.00 g植物干物质能释放1.20 g O2,利用山地灌丛草地生态系统的净初级生产量数据,使用造林成本法（1990年不变价352.93元/t）和工业制氧法（制氧工业成本 0.40元/kg）[10]估算山地灌丛草地生态系统释放O2的价值。

2.7 涵养水分的价值考虑土壤对水分的涵养,利用土壤非毛管静态蓄水量法[11]计算山地灌丛草地生态系统土壤水分涵养量,采用替代工程法,以水库的蓄水成本（1990年不变价0.67元/t）[10]来定量评价山地灌丛草地生态系统涵养水分的价值。

2.8 营养循环的价值利用各营养元素在各植物体内的含量、播种面积、净初级生产力等数据,计算植物体内N、P、K的积累量；利用影子价格法（我国化肥的平均价格为2 549元/t,1990年不变价）[10]将山地灌丛草地生态系统养分的持留量价值化。

3 结果与分析

3.1 产品的服务价值拉萨地区牧草地净面积为138.65万hm2,是土地利用类型中面积最大、分布最广的一类。山地灌丛草地是其中一个重要的草地类型,多分布在河谷两侧较干燥和温暖的山地与宽谷地带,其面积为392 hm2。山地灌丛草地的年生产量主要体现于其地上部分的生物量。因此,主要计算山地灌丛草地地上部分的价值。达孜县山地灌丛草地生态系统的净初级生产力为116.33 g/（m2·a）,计算可得其每年的产品服务价值为45.60万元。

3.2 固定CO2的量及其价值干物质积累量（干物质质量）反映了灌丛草地的同化能力,山地灌丛草地生态系统固定CO2量为4 089.02 t/a。按造林成本法和碳税法,其固定CO2的价值分别为29.09和138.51万元/a,以二者的平均值作为其固定CO2的价值,则山地灌丛草地生态系统固定CO2的经济价值为83.80万元/a。

3.3 释放O2的量及其价值植物可以通过光合作用释放O2,山地灌丛草地生态系统释放O2量为3 010.32 t/a。按造林成本法和工业制氧法,其年释放O2的价值分别为 106.24万元和120.41万元,取两者的平均值作为其释放O2的价值,则山地灌丛草地生态系统每年释放O2的价值为113.33万元。

3.4 涵养水源的经济价值非毛管孔隙的静态蓄水量是衡量生态系统水源涵养功能的一个十分重要的指标。根据测定的各层土壤的非毛管孔隙度,计算得到达孜县山地灌丛草地生态系统土壤每年的总蓄水量为196 313.60 t,其生态经济价值为13.16万元（表1）。

表1 山地灌丛草地生态系统涵养水分的经济价值

3.5 营养循环的经济价值生物库养分持留法是用生态系统养分持留量的多少来表示生态系统维持营养物质循环功能的强弱,考虑了植物本身的吸收能力。达孜县山地灌丛草地生态系统的净初级生产量2 508.60 t/a,全氮、全磷、全钾含量分别为 0.860 6%、0.072 6%、0.495 9%,养分总含量1.429 1%,养分持留总量为35.85 t/a,其营养循环的生态经济价值为9.14万元/a。

3.6 山地灌丛草地生态系统服务功能的构成与总价值达孜县山地灌丛草地生态系统单位面积服务功能的总价值为265.03万元,其中以O2释放功能的经济价值为最高113.33万元,占总价值的42.76%（表2）。

4 讨论与结论

达孜县山地灌丛草地生态系统服务功能的总价值为265.03万元,各项服务功能价值的大小排列为:释放O2价值（42.76%）＞固定CO2价值（31.62%）＞物质生产价值（17.20%）＞涵养水分价值（4.97%）＞营养循环价值（3.45%）。可以看出,其中生命支持功能的经济价值占总价值的82.80%,是物质生产价值的4.81倍。谢高地等[3]基于Costanza提出的方法,对青藏高原高寒草地生态系统服务价值进行了评估,其中暖性灌草丛单位面积的生态服务价值为5 142.49元/（hm2·a）,而山地灌丛草地单位面积的生态服务价值为6 760.97元/（hm2·a）,比基于Costanza提出方法的估算价值高1 618.48元/（hm2·a）。达孜县山地灌丛草地生态系统释放O2的经济价值为113.33万元/a,占总价值的42.76%,是该区域山地灌丛草地生态系统的主要服务功能。而西藏空气的显著特点是含氧量低,仅为平原地区的50%～70%,并且其含氧量随海拔的升高而迅速降低。因此,灌丛草地生态系统释放氧气的功能对于该区域空气含氧量的维持与提高具有一定意义。山地灌丛草地生态系统涵养水源、营养循环的功能相对较弱,二者经济价值的总和为22.3万元/a,约占总价值的8.42%,这与该区域土壤为洪冲积母质,质地偏沙、保水保肥能力差是一致的。

表2 山地灌丛草地生态系统服务功能的价值

本研究仅对拉萨市达孜县山地灌丛草地生态系统部分主要服务功能进行了评估,尚有其他一些功能如生物多样性维持、娱乐休闲等未作评估。因此,所计算的总服务价值要低于其实际价值。此外,山地灌丛草地生态系统的生态过程、生态系统结构与服务功能的关系、评价指标及评价方法还有待进一步的探讨。尽管如此,本研究对于拉萨河谷地区山地灌丛草地生态系统服务功能的评估以及其科学管理仍具有重要意义。

山地灌丛草地是拉萨河谷地区最重要的植被类型之一,主要分布在海拔3 800～4 200 m的河谷两侧较干燥和温暖的山地与宽谷地带,其地势平坦,靠近村寨,多作为四季和冷季牧场,存在严重超载现象[12]。可考虑将牧草引入传统的耕地农业,在保证农作物生产水平的基础上,为第二性生产提供优质、充足、廉价的饲料资源[13],以减缓山地灌丛草地的超载影响。因此,在以后的研究中应关注放牧等干扰活动对山地灌丛草地生态系统服务功能的影响机制、生态系统的响应特征和变化趋势以及农区草业生产模式的生态服务价值研究,以为其科学管理提供依据。

[1]Daily G C.Natures Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems[M].Washington D C:Island Press,1997.

[2]李文华,欧阳志云,赵景柱.生态系统服务功能研究[M].北京:气象出版社,2002.

[3]谢高地,鲁春霞,肖玉,等.青藏高原高寒草地生态系统服务价值评估[J].山地学报,2003,21（1）:50-55.

[4]闵庆文,谢高地,胡聃,等.青海草地生态系统服务功能的价值评估[J].资源科学,2004,26（3）:56-60.

[5]于格,鲁春霞,谢高地,等.基于RS和 GIS的青藏高原草地生态系统土壤水分保持功能及其经济价值评估——以生长季为例[J].山地学报,2006,24（4）:498-503.

[6]于格,鲁春霞,谢高地.青藏高原草地生态系统服务功能的季节动态变化[J].应用生态学报,2007（1）:49-53.

[7]俞文政,常庆瑞,寇建村.青海湖流域草地类型变化及其生态服务价值研究[J].草业科学,2005,22（9）:14-17.

[8]劳家柽.土壤农化分析手册[M].北京:农业出版社,1988.

[9]董鸣.陆地生物群落调查观测与分析[M].北京:中国标准出版社,1996.

[10]肖寒,欧阳志云,赵景柱,等.森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探——以海南岛尖峰岭热带森林为例[J].应用生态学报,2000,11（4）:481-484.

[11]周泽福,李昌哲.北京九龙山不同立地土壤蓄水量及水分有效性的研究[J].林业科学研究,1995,8（2）:182-187.

[12]赵海珍,李文华,马爱进.拉萨河谷山地灌丛草原与鸭茅栽培草地营养元素含量特征的比较研究[J].草业科学,2008,25（5）:32-35.

[13]任继周,林慧龙.农区种草是改进农业系统、保证粮食安全的重大步骤[J].草业学报,2009,18（5）:1-9.