基于当量因子法的甘肃省草原生态系统服务价值评估

潘冬荣，闫浩文，韩天虎，孙 斌，姜佳昌，柳小妮，李 霞，王红霞

（1.兰州交通大学测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省草原技术推广总站，甘肃 兰州 730046；3.甘肃农业大学草业学院，甘肃 兰州 730070）

生态系统服务价值巨大，科学估算将会使人们更加意识到保护生态系统服务功能的重要性[1-3]。通过生态系统服务功能价值的估算，可将生态保护的目标整合到经济社会决策之中[4]。自1990年至今，我国学者积极开展了对生态系统服务在概念[5]、功能分类体系[6-7]、不同生态系统类型[8-13]、评价指标[14-17]、评估方式[18]、研究现状[19-20]等方面的学习和探索。谢高地等[21]通过意愿调查法，并针对中国国情，结合Costanza 和国内众多学者成果，调整了生态系统服务类型的划分，制定了中国生态系统服务价值当量因子。之后，各地关于生态系统服务价值的研究快速展开[22-23]。

当前生态系统服务价值估算主要有基于单位生态系统服务产品价格法和基于单位面积价值当量因子法。完全基于单位生态系统产品价格法对数据要求较高，计算复杂，只有在数据量较充实的情况下才能应用。基于单位面积价值当量因子法设定单位生态系统为提供生态服务产品的标准功能单元，相对较为简单，易于广泛应用，结果也便于比较，可作为一种生态系统服务价值快速估算的方法。天然草原生态系统服务价值与其类型关系密切，我国草原类型多样，区域草原平均生物量不同，因而，不同区域各类草原生态系统服务价值差异较大。利用区域不同类草原生物量和主要粮食单产、单价订正草原生态系统服务功能基准单价，使得草原生态系统服务价值估算更加准确。

甘肃省是中国六大牧区之一，地处内蒙古高原、黄土高原和青藏高原的交汇地带，地理环境复杂，自然资源丰富[5]。天然草原是甘肃面积最大的陆地生态系统，草丛、草原、草甸、荒漠俱全[24]，不仅是重要的畜牧业生产基地，也是全省乃至全国重要的生态屏障。在生态文明背景下，草原的功能定位发生了重大变化，草原生态生态系统服务功能越来越受到关注，开展保护甘肃草原生态环境的研究与实践工作，加强草原生态系统服务功能的研究，对草原生态系统的恢复与重建、改善生态环境具有重要意义。已有对天祝县[25]、甘南州[26]、玛曲县[27]草原生态系统服务价值的定量评估，然而大多停留在定性描述阶段，尚缺乏甘肃省空间大尺度的草原生态系统服务价值定量评估研究。

本研究基于单位面积价值当量因子法，利用甘肃省各类草原生物量对谢高地等[21]提出的中国生态系统服务价值当量因子进行订正，修正了甘肃省草原生态系统服务功能当量价值，计算了甘肃省草原生态服务功能价值，明确了甘肃草原生态系统服务价值远大于其提供的生物量价值，以期为甘肃制定生态保护规划与管理制度以及草原保护政策提供可靠参考和依据，促进人地和谐和可持续发展。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘肃省地处我国西北部，位于黄河上游，介于92°13′ – 108°46′ E，32°11′ – 42°57′ N，东接陕西，南邻四川，西连青海、新疆，北靠内蒙古、宁夏并与蒙古人民共和国接壤[24]。地形狭长，东西蜿蜒1 600 km，全省面积45.37 × 104hm2，占中国总面积的4.72%。天然草原主要分布在甘南草原、祁连山地、西秦岭、马山、岷山、哈思山、关山等地，这些地方海拔一般在2 400～4 200 m，气候高寒阴湿，特别是海拔3 000 m以上的地区牧草生长季节短，枯草期长[5]。甘肃省深居内陆，具有明显的温带大陆性季风气候。气候类型十分复杂，大致由陇南的北亚热带与暖温带湿润区逐渐向陇中暖温带半湿润与温带半干旱区，河西温带、暖温带干旱区及祁连山地高寒半干旱、半湿润区，甘南高寒湿润区过渡。年均温0～16 ℃，温差较大；年均降水量差异较大，在36.6～734.9 mm，从东南向西北递减，降水集中在6月 – 8月[28]。

1.2 数据来源

甘肃省主要粮食作物的播种面积、单产、单价选择与草原普查数据同期的2016年数据(表1)，取自《甘肃发展年鉴2017》和《中国粮食年鉴2017》。根据甘肃省2013 – 2016年草原普查基础数据，和农业行业标准NY/T 2997−2016《草地分类》，甘肃省天然草原划分为8 种类型，总面积为2 567.68 ×104hm−2，平均生物量为1 657.84 kg·hm2(表2)。

表1 甘肃省主要粮食作物基础数据Table 1 Basic data of major food crops in Gansu Province

表2 甘肃省天然草原基础数据Table 2 Basic data of natural grasslands in Gansu Province

1.3 研究方法

生态系统服务价值当量因子定义为1 hm2全国平均产量的农田每年自然粮食产量的价值，经过综合比较分析，一个生态系统服务价值当量因子的价值等于当年全国粮食单产市场价值的1/7[21]。本研究利用公式(1) 和甘肃省主要粮食作物基础数据(表1)，计算出甘肃省一个生态系统服务价值当量因子的价值为2 359.43 元。

式中：M为甘肃省一个生态系统服务价值当量因子的价值；m为甘肃省主要粮食的平均单价；n为甘肃省2016年1 hm2粮食的平均产量；利用公式(2)结合谢高地等[21]制订的中国草地生态系统服务价值当量计算出甘肃省草原生态系统服务功能基准单价(表3)。

表3 甘肃省天然草原单位面积生态服务价值Table 3 Ecosystem service value per unit area of natural grasslands in Gansu Province CNY·hm−2

式中：Pi为甘肃省草原生态系统服务功能基准单价；M为甘肃省一个生态系统服务功能当量因子的价值；di为不同生态系统服务功能价值当量因子；i=1, 2, 3, …, 9，分别代表食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观9 个生态系统服务功能。

利用公式(3)和甘肃省不同草原类生物量数据(表2)计算甘肃省天然草原单位面积生态系统服务功能价值。

式中：Pij为甘肃省天然草原单位面积生态系统服务价值；bj为j类草原的生物量；B为全省草原单位面积平均生物量；Pi为甘肃省草原生态系统服务功能基准单价；i= 1, 2, 3,…, 9，分别代表食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观9 个生态系统服务功能；j= 1, 2, 3,…, 8，分别代表温性草原、高寒草原、温性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草丛、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 个甘肃天然草原类。

利用公式(4)和草原面积计算出甘肃省不同草原类生态系统总服务价值。

式中：Tij为甘肃省不同草原类生态系统总服务价值；Pij为甘肃省天然草原单位面积生态系统服务价值；Aj为甘肃省不同草原类面积；i= 1, 2, 3,…, 9，分别代表食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观9 个生态系统服务功能；j= 1, 2,3,…, 8，分别代表温性草原、高寒草原、温性荒漠、高寒荒漠、暖性灌草丛、低地草甸、山地草甸和高寒草甸8 个甘肃天然草原类。

2 结果

2.1 草原生态系统服务功能基准单价

甘肃省天然草原提供的食物生产、原材料生产、气体调节、气候调节、水文调节、废物处理、保持土壤、维持生物多样性和提供美学景观的生态系统服务功能基准单价分别为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。在各项价值中，食物生产和原材料生产的价值最低，其总和为1 863.96 元·hm−2，尚不及提供美学景观的价值。保持土壤的价值最高，分别为食物生产和原材料生产价值的5.2 倍和6.2 倍；维持生物多样性的价值为食物生产和原材料生产价值的4.3 倍和5.2 倍；其他功能的价值均在食物生产和原材料生产价值的3.1 倍和3.7 倍以上。

2.2 不同草原类单位面积生态系统服务价值

甘肃省各草原类的生物量不同，其生态系统服务价值也不同(表3)。其中，暖性灌草丛单位面积生态服务价值最高，为84 418.28 元·hm−2；温性荒漠单位面积生态服务价值最低，为10 120.21 元·hm−2。单位面积生态服务价值排序为暖性灌草丛 > 山地草甸 > 高寒草甸 > 低地草甸 > 温性草原 > 高寒草原 >高寒荒漠 > 温性荒漠(图1)。

2.3 草原生态系统服务总价值

结合甘肃省不同类草原面积，计算出全省各类草原生态系统服务价值(表4)。甘肃省天然草原生态服务功能总价值7 069.73 × 108元，为全省畜牧业总产值(数据来自《甘肃发展年鉴2017》) 395.57 ×108元的23 倍，约等于甘肃省2016年国民生产总值(gross domestic product, GDP)，可见，甘肃省天然草原生态系统服务价值极大。

表4 甘肃省天然草原生态系统服务总价值Table 4 Total ecosystem service value of natural grasslands in Gansu Province× 108 CNY

各项价值中，供给服务(包括食物生产和原材料生产)价值为478.59 × 108元，仅占生态系统服务总价值的6.77%；调节服务(包括气体调节、气候调节和水文调节) 价值为3 574.24 × 108元，占总价值的50.55%；支持服务(包括保持土壤和维持生物多样性)价值为2 489.85 × 108元，占总价值的35.22%；文化服务(提供美学景观)价值为527.05 × 108元，占总价值的7.46%。

2.4 不同草原类对生态系统服务价值的贡献率

不同草原类对生态系统服务价值的贡献率不同(图2)，高寒草甸生态服务价值最高，为1 733.27 ×108元，贡献率为24.52%；高寒荒漠生态服务价值最低，为58.51 × 108元，贡献率为0.83%。各草原类型生态服务价值贡献率排序为高寒草甸 > 温性草原 >温性荒漠 > 山地草甸 > 暖性灌草丛 > 低地草甸 >高寒草原 > 温性荒漠。

图2 甘肃省不同草原类生态系统服务价值贡献率Figure 2 Contribution rates of the ecosystem service values of different grassland types in Gansu Province

3 讨论

准确地估算生态系统服务功能的巨大价值，将会使人们意识到保护生态系统服务功能的重要性[29]。关于生态系统服务价值的估算一直是生态学研究的难点[30]，目前仍没有一套生态学家和经济学家公认的统一方法。单位面积价值当量因子法因参数简单易于获得、结果便于比较而被广泛应用。本研究利用甘肃省各草原类的草产量数据对谢高地等[21]的中国草地生态系统服务价值当量进行订正，计算了甘肃省各草原类单位面积生态系统服务价值，估算出甘肃省草原生态服务价值为7 069.73 × 108元，这说明甘肃省草原生态服务功能价值巨大，各级各部门应该重视甘肃草原生态状况，大力保护草原生态安全。

本研究计算的甘肃草原生态服务价值约等于甘肃省2016年GDP，谢高地等[31]估算出中国2010年生态系统服务价值为38.10 × 1012元，2010年中国GDP 为40.12 × 1012元，GDP 和生态 系统服务价值接近1 ꞉ 1，这与本研究结果相近。

甘肃省不同类型草原中，暖性灌草丛单位面积生态系统服务价值最高，这主要是因为暖性灌草丛单位面积的生物量较高，其各项服务单价都较高；高寒草甸和温性草原的生态系统服务总价值较高，主要是因为高寒草甸和温性草原分布面积较大。而暖性灌草丛仅在陇南、平凉、庆阳地区有分布，面积较小。因此，高寒草甸和温性草原的生态系统服务总价值高于暖性灌草丛。说明生态系统服务总价值是由面积和单价共同决定。

本研究估算甘肃省温性荒漠生态系统服务总价值为1 251.95 × 108元，仅是程磊磊等[32]估算的2014年甘肃省荒漠生态系统生态服务价值 (5 327.1 × 108元)的1/4，这主要是因为程磊磊定义的荒漠生态系统包含沙漠、沙地和戈壁，而本研究中的温性荒漠仅指荒漠草原。本研究结果表明，甘肃省温性荒漠单位面积生态系统约为暖性灌草丛的1/8，但其分布面积大，生态系统服务总价值为暖性灌草丛的2.8 倍，对甘肃省生态安全的作用也不可忽视。张学斌等[33]研究发现，张掖市的单项生态系统服务价值以水文调节最高，而本研究发现甘肃省的草原单项生态服务价值以土壤保持价值最高，主要是因为从全省层面来说甘肃省草原的土壤保持价值作用较大，而张掖市湿地面积较大，因此水源涵养作用最强。

对草原生态系统服务功能进行货币化评估是提高认识草原生态系统重要性的一种有效途径，当前基础数据和动态监测数据的缺失及数据的准确性是影响生态系统服务功能评估的主要因素，本研究仅用当量因子法估算了甘肃省草原生态服务价值，在后续研究中，需利用3S 技术做强、做细生态监测，获取动态、定量、实时和实地监测信息，利用多种方法准确、全面地评估甘肃省草原生态服务功能、服务价值和生态恢复工程的生态效益及有效性，为甘肃省草原生态安全保护政策的制定提供科学依据。

4 结论

甘肃省温性荒漠单位面积生态服务价值最低，但其分布广泛，生态系统总服务价值较高；甘肃省草原生态服务总价值是其2016年畜牧业总产值的23 倍，约等于其2016年GDP；甘肃省高寒草甸生态服务总价值最高，高寒荒漠生态系统服务总价值最低。