三江源草原生态系统生态服务价值的能值评价

李琳，林慧龙，高雅

(草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)



三江源草原生态系统生态服务价值的能值评价

李琳，林慧龙*，高雅

(草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

三江源地区处于青藏高原腹地，考虑三江源地区草地生态系统的特殊性、复杂性、敏感性，及其所蕴含的巨大的生态服务价值，全面的评价该地区的生态服务价值对于维护该地区生态环境健康和未来该地区经济社会的可持续发展具有重要意义。本研究以草地综合顺序分类法为理论基础，以能值分析法为主要计算方法，选择合适的6项评估指标，对2001-2010年三江源区草原生态系统生态服务价值进行逐项评估。研究结果表明，在过去的10年中，三江源区草原生态系统生态服务价值总量从1375亿元/年上升到1780亿元/年，年际变化较大；从趋势上，以2006年为分界点，2006年后的年份，其生态服务价值总量基本保持上升趋势，且普遍高于2006年前的年份。对不同草原类型进行生态服务价值评价可以看出,多雨冻原高山草甸类生态服务价值占全部草原类型生态服务价值的比例最大，10年中皆超过99.5%，这主要与该草地类型所占的面积比例有关；各类型草地生态服务价值占总价值的比例年际变化不大；在6项指标中，释放O2与固定CO2的价值所占总价值比例最大，两者之和约占全部价值量的90%，而直接的草产量价值仅占全部价值量的1%左右，远远低于其他生态服务项目的价值。

草地综合顺序分类法(CSCS)； 能值分析法；三江源；草原生态系统

生态系统服务对人类开发和利用自然资源具有重要影响，对生态系统服务价值进行概括分类，准确的认识生态系统价值在人类社会经济发展中的作用，对合理利用自然资源和保护生态系统具有重要意义。草地资源是我国陆地上面积最大的生态系统类型，总面积达3.9×108hm2，占世界草地面积的13%，约占全国国土面积的41%[1-2]。草地生态系统是独特的生态系统类型，又是全球碳循环中最复杂、受人类影响最大的部分[3]。在广大牧区，人类以草原资源为主要生计支持，随着人类对于草原利用方式的变迁和开发程度的加剧，其产生的结果进一步严重影响和威胁着地区生态安全，最终制约地区经济的可持续发展。在一些牧区，由于过度放牧和不合理的经营模式，草地退化面积有增无减，生态系统严重破坏，由此引发的区域生态问题越来越突出。究其原因，在于盲目追求经济价值，掠夺性的开垦草原，而忽视了草原所蕴涵的更加巨大的生态价值。一味单纯追求GDP，将环境成本扣除在资源投入之外，是导致草原生态环境不断恶化的根本原因。如果可以将经济发展中的环境贡献因子综合考虑到地区发展的生产总值中，不仅能够表现出草原生态系统在地区经济发展中的重要价值，而且有助于进一步了解我国草业产品和草原生态产品的现状，明确内涵与产品定位，为后期生态补偿机制的完善奠定基础。

生态系统生态服务价值评价一直以来都是国内外研究的热点，到目前已经涉及到了生态系统的各种尺度，也包含了几乎所有的生态服务类型。鉴于生态系统本身的复杂性和多样性，其价值评估方法也非常丰富，主要有：市场定价法、机会成本法、享乐定价法、旅行费用法、重置成本法等，每种评估方法都有其特定的使用范围，并没有一种方法可以完全满足生态系统生态服务全部评估项目的要求。将国内外已有的研究进行比较分析可以看出，国内的研究主要存在以下问题：(1)深受国外研究者研究思路和计算方法的影响，往往直接套用国外学者的成果，止步于对国外研究方法细枝末节的修订和校正，方法论创新非常欠缺；(2)研究者在评估草原生态系统服务价值时，通常会忽视不同类型草原内部存在的不一致性，习惯直接利用生态系统服务价值当量表，此方法虽然为评估提供了便利，其准确性却值得怀疑。

本研究基于这两点不足，通过将科学的草原分类方法与国际上流行的能值分析方法相结合，找到适合各类型草原，并且易于推广的草原生态系统生态服务价值评估方法，在进行方法论创新探索的基础上，力求以客观量化的形式表现草原生态系统的巨大生态服务价值。

1　材料与方法

1.1研究区概况

三江源地区是长江、黄河、澜沧江的发源地,地处青藏高原的腹地, 位于东经89°24′-102°23′, 北纬31°39′-36°16′，总面积35.7×104km2，其中素有“江河源”之称, 是我国江河中下游地区和东南亚国家生态环境安全和区域可持续发展的生态屏障。其行政区域涉及玉树、果洛、海南、黄南4个藏族自治州的16个县和格尔木市的唐古拉乡。

三江源地区自然地理环境独特，地形复杂多样，属于典型的高原大陆性气候，特征表现为冷热两季交替、干旱两季分明、年温差小、日温差大、日照时间长、辐射强烈。降水量高度集中，雨热同期。三江源地区在中国的生物多样性保护、水资源供给等方面都具备极为重要的生态地位，鉴于当地生态系统的敏感性，微小的外界环境变化将可能对本地区的草原生态系统产生极为严重的影响，这也突出表现了对三江源地区的生态系统服务价值进行全面评估的迫切性和重要性。

1.2方法及数据来源

本研究的气象数据为2001-2010年各气象站测得的积温与降水量，来源于中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)。这部分数据主要用于借助遥感GIS技术，以草地综合顺序分类法为基础，结合国际地圈生物圈计划(IGBP)土地覆盖类型叠置分析，获取研究区2001-2010年的草地类型图,分析和统计每种草地类型的面积与分布特征；然后根据草地类型在综合顺序分类法中的具体位置，利用分类指数模型，计算近十年来研究区不同草地类型的净初级生产力(NPP)值，以此作为本研究的重要基础数据。明确草原生态系统生态服务价值的基本构成，依据著名生态学家Odum[4]的能路语言，以能值转化率及能值货币比率为媒介对目标区草原生态系统生态服务价值进行估算,各种生态系统服务价值的能值转换率数据主要来源于前人的相关研究成果。

1.3NPP计算模型

本研究在计算三江源地区各类型草地的净初级生产力时，采用Lin等[5-8]基于综合植被模型推导过程建立的分类指数模型(CIM)，该模型将分类系统与NPP模拟相结合。其优势在于，根据某种草地类型在综合顺序分类法中的具体位置，即可以确定它对应的NPP大小。

1.4生态系统服务价值的能值计算方法

Costanza等[9]曾将生态系统服务分为17大类，其中包括可再生的服务，不包括不可再生的化石燃料和矿物质以及大气，该分类方法基本涵盖了生态系统服务所包含的产品及服务的全部内容，对后来学者的研究影响深远。Costanza之后的研究在评价生态系统服务价值时，大多针对不同生态系统的特点，对Costanza的指标体系进行展开。本研究在确立评估指标时，考虑了以往相关研究的侧重，同时兼顾能值分析法的特征，选取了认可度高且利于使用能值方法进行评估的以下6项指标，而扣除了不易于使用能值方法进行评估的项目，如：草原的旅游休憩价值和保护生物多样性价值等。具体评估指标体系及计算公式如下：

1)活生物量价值。

式中,Q表示该种草地类型的干草产量(t)，本研究中采用442.5 kg/hm2[10]；E1表示能值转化因子(16.74 kJ/g)；C=1；TrQ表示草地生物量的能值转换率(TrQ=2.76×107sej/kJ)[11]，R表示当年的能值货币比率(本文采用2002年标准，即R=5×1011sej/元[12])。

2)固定CO2与释放O2价值。

VC=1.2×NPP×PC

式中，VC表示当年该种草地类型单位面积固定CO2的价值；NPP表示当年该种草地类型单位面积的净第一生产力，PC表示选择的单位面积的成本价格(我国平均造林成本240.03元/m3)。

VO2=1.6×NPP×PO2

式中，VO2表示当年该种草地类型单位面积的释放O2的价值；NPP表示当年该种草地类型单位面积的净第一生产力，PO2表示选择的单位面积的成本价格(我国平均造林成本240.03 元/m3)。

3)涵养水源价值。

式中，W表示土壤中的含水量；G表示吉布斯自由能(4.94 J/g)；Trw表示研究区土壤中水的能值转化率(4000 sej/J)[11]；R同上。其中，W=平均降水量×产流降水量所占比例×与裸地比较的截留系数，参考相关研究，本研究中，取产流降水量占平均降水量的40%[13]与裸地比的节流系数取0.2[14]。

4)保持土壤价值。

式中,Vm表示该种草地类型土壤保持肥力的价值；QS表示减少的土壤侵蚀模数，依据已有研究，三江源区高、中、低覆盖度草地的单位面积的土壤保持量分别为48.74,44.22,36.31 t/(hm2·a)[15]，因此本研究中取三者平均值43.09 t/(hm2·a)作为研究区内草原生态系统单位面积的土壤保持模数；OM表示减少的侵蚀土壤中碱解氮、速效磷、速效钾的总量，研究区土壤中碱解氮、速效磷、速效钾的含量分别为154.6 mg/kg、12 mg/kg、232.4 mg/kg[16]，其换算为硫酸铵、过磷酸钙和氯化钾的系数分别为4.762,3.373 和1.667[17];C、R、E1同上；Trs表示氮肥、磷肥与钾肥的能值转换率(3.8×109sej/g、3.9×109sej/g、1.1×109sej/g)[4]。

5)废弃物的降解价值。

式中，Vf表示该种草地类型每年废弃物降解的价值，Zi表示草原的载畜量，理论载畜量可利用已知的总年产草量、50%的牧草利用率及1个羊单位日食草量为1.5 kg来计算[18]；W表示1个羊单位1年粪便中排除的N、P的质量(1年内羊个体排出的N、P 分别为6.2 kg和1.2 kg)[19]，ni表示碱解氮和速效磷转化为硫酸铵和过磷酸钙的系数,分别为4.762和3.373，Tr表示氮肥和磷肥的能值转换率，R表示能值货币比率。

2　结果与分析

2.1研究区各草地类型的面积及分布

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ分别表示物质生产、固碳、释氧、涵养水源、保持土壤、废弃物降解6项草原生态系统的生态服务价值，①、②、③、④、⑤分别表示多雨冻原高山草甸、山地草甸、山地草甸草原类、草甸草原类及冻原高山草甸5种草原类型。

以任继周等[20]提出的草原气候-土地-植被综合顺序分类法(CSCS)为主，结合IGBP土地覆盖数据和植被类型图，去掉非草地部分，得出研究区内近十年来的草地类型图。图1为2010年三江源地区的草地类型图，可以看出，研究区内主要的草地类型有多雨冻原高山草甸、山地草甸、山地草甸草原类、草甸草原类及冻原高山草甸这五种草原类型。从分布位置来看，山地草甸类、山地草甸草原类、草甸草原类主要分布于三江源地区的东北部，有很少面积的冻原、高山草甸类分布在三江源西北部的边界地区，其余地区都分布着占三江源地区面积最大的多雨冻原高山草甸类。

图1　2010年三江源区草地类型分布Fig.1　The grassland type distribution map of the Three Rivers Source Region in 2010

草地面积占整个研究区面积的85%左右，面积最大的草地类型是多雨冻原高山草甸类，其面积超过研究区总草地面积的99%，其余类型还包含山地草甸类、山地草甸草原类、草甸草原类与冻原高山草甸类等，这几种草地类型的面积都比较小，且各年份草地类型组成比例变动不大(表1)。

表1　2001-2010年三江源区各类型草地面积统计表Table 1　The statistical table of grassland area of the Three Rivers Source Region in 2001-2010　m2

2.2三江源草原生态系统生态服务价值评估结果

图2　三江源草原生态系统生态服务价值总量年际变动Fig.2　Annual variation of ecosystem service value of grassland ecosystem in Three Rivers Source Region

2.2.1生态服务价值总量的年际变化2001-2010年三江源草原生态系生态服务价值总量为1375亿元至1780亿元，10年平均值约为1525亿元。其中，2009年达到最大值1764.23亿元，2001年的价值量最低，为1360.20亿元。前5年中，以2005年的总价值为最高，但2006年随即出现明显下跌现象。从整体趋势上来看，这10年中生态服务价值总量年际间变动较大，但自2006年之后，整体价值要高于2006年之前，且基本呈现上升趋势(图2)。

2.2.2各类型草原生态系统的生态服务价值及年际变化从表2中可以看出，研究区内，多雨冻原高山草甸的生态服务价值最高，10年中超过全部草原生态服务价值总量的99.5%，这与该类型草原生态系统在三江源区所占面积最大相符合；其次，依次为山地草甸类、草甸草原类、冻原高山草甸类，山地草甸草原的生态服务价值所占比例最低。从年际变化看，每种草地类型生态服务价值所占的总价值比例，年际变动不大，呈基本稳定趋势，这与每种草地类型面积年际变动稳定相吻合。

2.2.3三江源草原生态服务价值项目的评估及其年际变化由三江源各类型草地的干草产量和NPP的统计结果，可以得出研究区总生物量价值与各项价值指标的年际变动(表3)。从相对值来看，在2001-2010年，三江源草原生态系统各项生态服务价值中，CO2的释放与固定所占的价值量最大，在比例上分别达到了总值的52%与35%左右；排在第三位的为保持土壤价值，占到总价值的6%左右，而储水、向环境提供有机质和直接生物量价值则排在后三位，而直接由草原生态系统提供的干草价值仅占草原生态系生态服务价值总量的不到1%，远远低于其所提供的其他生态服务价值。

表2　2001-2010年三江源各类型草原生态 服务价值占总价值的百分数Table 2　The percentage of the total value of ecological service value of the grassland ecosystem in the Three Rivers Source Region from 2001 to 2010　%

①:多雨冻原高山草甸Frigid perhumid rain tundra, alpine meadow. ②:山地草甸Cold temperate-humid montane meadow. ③:山地草甸草原类Cold temperate-subhumid montane meadow. ④:草甸草原类Cool temperate-subhumid meadow steppe. ⑤:冻原高山草甸类Figid-humid tundra, alpine meadow.

表3　三江源不同生态服务评估项目价值 占总价值的比例及其年际变动Table 3　The proportion of the total value of different ecological service in the Three Rivers Source and its annual variation　%

Ⅰ：物质生产Biomass. Ⅱ：固碳Carbon fixation. Ⅲ：释氧Release oxygen. Ⅳ：涵养水源Water storage. Ⅴ：保持土壤Soil conservation. Ⅵ：废弃物降解Waste degradation.

图3　三江源草原生态系统不同生态服务价值的年际变动Fig.3　The interannual change of different ecological value in the Three Rivers Source Region from 2001 to 2010

从绝对值来看(图3)，释放O2与固定CO2这两项评估指标其年际变化呈现波浪式起伏变动，2006至2009年呈现上升趋势，2010年有所降低，这两项的生态价值占总价值的比例较高，从而也导致了各类型草原生态系统生态服务价值总量呈现与之相似的变化趋势；其他几项评估指标一直处于较低状态，并且指标内部年际变动相对稳定。

3　讨论

目前专门针对三江源草原生态系统生态服务价值评估的研究并不多，并且由于评估方法运用和评估指标筛选的差异性，致使该地区草地生态系统生态服务价值的研究结果不尽相同。陈春阳等[19]利用联合国千年生态系统评估的分类体系，运用直接市场法、替代工程法等，得出2000年三江源地区草地生态系统服务价值大约在562.6亿元，但其在关于控制侵蚀及储水等价值方面，采用的是直接的比例代入方法，存在不准确性；刘敏超等[21]利用谢高地的分类和评估方法，得到三江源区各生态系统生态服务价值总值为3377.1亿元/年，其中草地所占比例为21%，即草地生态系统的生态服务价值为700亿元/年左右；辛玉春等[22]利用生态服务价值当量表和最新的草地调查数据对青海天然草地生态系统服务功能价值进行评估显示，青海天然草地的生态服务功能总价值为4068.03亿元/年。赖敏等[23]采用物质量与价值量相结合的方法对生态工程实施前后三江源草地生态系统服务价值进行对比，显示2000，2005和2008年的价值分别为884.97，1302.06和1299.49亿元，与本研究结果比较接近。此外，在变化趋势上，2005年的草地生态服务价值达到10年中的一个小高峰，且2008年较2005年又有小幅度回落，也与本研究基本一致。从数据结果来看，本研究结论中三江源草原生态系统2001-2010年的生态服务价值均值约为1500亿元/年左右，处于相关研究结果的中间位置，准确性相对较高，而研究者所采用的不同的评价方法及评估指标也都对研究结果的一致性有较大影响。

从研究方法上来看，①考虑到不同草地类型在草地生态服务价值贡献中的差异性，本文以草地综合顺序分类法为主要的理论基础，结合IGBP土地覆盖类型分类，对2001-2010年三江源区草原生态系统进行草地类型分类，从而有效地提升了评估结果的准确性。②能值分析理论的引入，实现了传统评估方法难以克服的生态系统服务价值评价中，多系统多种效益综合评估的难题，从能量的角度对草地生态系统的生态资产及功能服务进行全面评价，从而科学客观的表明草地生态系统对人类社会发展的贡献和作用。

本文将草地综合顺序分类法与能值分析理论结合，将具有丰富生态资源同时生态环境脆弱的三江源地区作为研究对象，实现对三江源地区草地生态系统功能服务价值的评价，是草地生态系统服务价值评价在方法论上的创新探索，是建立规范化系统化具有广泛推广价值的生态系统服务价值评价方法的有益探索。

本研究在进行评估时考虑了不同草地类型之间生态价值的内部差别，而且参考了不同草地覆盖下其价值可能存在的差别，但是在评估的准确性上仍有很大的提升空间。草原生态服务价值评估本身具有相当大的复杂性，因而也必然需要利用多学科的技术手段来实现。近年来，遥感技术在草原生态系生态服务价值评估中被广泛用于关键数据的收集，如：草产量、NPP、草原退化状况评估等。遥感技术的引入，对此领域的研究具有重要的意义，在多学科技术支持下，提高草原生态服务价值评估的准确性将是未来研究的重要方向。

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*Emergy analysis of the value of grassland ecosystem services in the Three Rivers Source Region

LI Lin, LIN Hui-Long*, GAO Ya

StateKeyLaboratoryofGrasslandArgo-ecosystems,CollegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China

The Three Rivers Source Region is located in the heart of the Qinghai-Tibetan Plateau and, considering the complexity and sensitivity of the area’s ecological system, it is important to comprehensively evaluate this region’s ecological services in order to be able to maintain and sustainably develop the Plateau environment. Combining sequence classification with emergy analysis, six indexes were selected to measure the 2001-2010 grassland system and to determine the value of ecosystem services in the Three Rivers Source Region. The results show that over the ten-year period the value of ecosystem services varied from 137.5 billion yuan/year to 178 billion yuan/year. From a cut-off point in 2006, the total value of ecological services rose continually. The value of ecological services varies by different grassland types. Rain tundra alpine meadow made up more than 99.5% of ecological value over the ten-year period, a result that reflects the fact that these meadows account for the largest area of all grassland types. The proportional contribution of each grassland type to the overall value of ecosystem services does not significantly change on a year-by-year basis. Of the various indicators of ecological value, the release of O2and fixed CO2hold the largest share, with the two combined accounting for some 90% of all value. The value of hay provided directly by the grassland ecosystem accounted for about 1% of the total, much lower than the contribution of other ecological services.

comprehensive and sequential classification system of rangeland(CSCS); emergy analysis; Three Rivers Source Region; grassland ecosystem

10.11686/cyxb2015387

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-09-01；改回日期：2015-11-02

国家自然科学基金项目(31172250)资助。作者简介：李琳(1991-),女，甘肃白银人，在读硕士。E-mail：1179312063@qq.com

Corresponding author. E-mail：linhuilong@lzu.edu.cn

李琳，林慧龙，高雅. 三江源草原生态系统生态服务价值的能值评价. 草业学报, 2016, 25(6): 34-41.

LI Lin, LIN Hui-Long, GAO Ya. Emergy analysis of the value of grassland ecosystem services in the Three Rivers Source Region. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 34-41.