馬宇丹，王 濤，韓新輝*，楊改河，馮永忠，任廣鑫，王曉嬌

(1.西北農(nóng)林科技大學 農(nóng)學院，陜西 楊陵 712100；2.陜西省循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術研究中心，陜西 楊陵 712100)

生態(tài)系統(tǒng)服務功能指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的所有惠益[1]?？茖W評估生態(tài)系統(tǒng)的服務功能及價值是近些年生態(tài)學和生態(tài)經(jīng)濟學研究的熱點[2]。國內(nèi)外學者對生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估的理論和方法做了大量研究[3-4]。早在1978年，日本林野廳利用數(shù)量化理論多變量解析方法對其國內(nèi)類型的森林生態(tài)價值進行了評估[5-6]。R.Costanza[7]等對全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行了估算。2011年，英國科學家對25項生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值進行了評估[8]。20世紀90年代開始，國內(nèi)學者也開始對森林生態(tài)服務功能及價值評估進行了大量研究。歐陽志云[9]等將陸地生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為有機物質(zhì)生產(chǎn)、維持大氣CO2與O2的平衡、營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)與貯存、水土保持、涵養(yǎng)水源、對環(huán)境污染的凈化作用共6個方面功能，并運用影子工程、替代工程等方法將其轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟價值。謝高地[10]等將中國草地生態(tài)系統(tǒng)服務功能分為廢物處理、食物生產(chǎn)、水供應等17個方面并運用影子工程、機會成本等方法將其轉(zhuǎn)換為價值。賴亞飛[11]將退耕還林工程的生態(tài)效益分為保護水資源、固碳制氧、生物多樣性保護等6個方面，并運用影子工程、替代工程等方法核算了吳起縣退耕還林工程生態(tài)價值。總之，國內(nèi)不同學者進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估時，所選取的指標體系和方法不盡相同，故彼此之間往往難以進行比較。國家林業(yè)局頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》(LY/T1721-2008)[12]，使得我國生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估指標體系和評價方法在國家層面上得到了統(tǒng)一。

小流域綜合治理是指為了充分發(fā)揮流域內(nèi)自然資源的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，以小流域為單元，在全面規(guī)劃的基礎上，合理安排農(nóng)、林、牧等各業(yè)用地，因地制宜地布設綜合治理措施，治理和開發(fā)相結(jié)合，對流域水土等自然資源進行保護、改良與合理利用[13]。小流域綜合治理是改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，充分發(fā)揮區(qū)域自然資源綜合效益的重要途徑，而不同區(qū)域由于自然資源、社會條件差異以及綜合治理側(cè)重點的不同，治理效果也不盡相同[14]。在小流域綜合治理和退耕還林工程的實施下，陜北黃土丘陵區(qū)小流域農(nóng)林草景觀配置格局發(fā)生了巨大的變化，鄧健[15]等根據(jù)實地調(diào)研和對黃土丘陵區(qū)小流域綜合治理相關資料的研究將黃土丘陵區(qū)小流域農(nóng)林草景觀配置模式分為“林草模式”、“林草+耕地模式”、“林草+果園模式”和“林草+糧果兼作模式”4種，并通過層次分析法構(gòu)建了評價模型對4種農(nóng)林景觀配置模式下的小流域綜合效益進行了評價，結(jié)果顯示小流域綜合治理后產(chǎn)生了良好的生態(tài)效益[15]。前期研究對具體生態(tài)恢復效應和功能都有了深刻的認識，但對其功能效應的價值化研究還比較薄弱。因此，本研究選擇該區(qū)域的4種不同農(nóng)林草配置模式主導的典型小流域為對象，依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》對其進行生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評估研究，旨在闡述不同配置模式的小流域的各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的差異，以期為區(qū)域生態(tài)恢復鞏固和可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地點分別為陜西省延安市吳起縣金佛坪(36°49′-36°50′N，108°12′-108°13′E)、延安市安塞縣五里灣(36°51′-36°53′N，109°19′-109°21′)、延安市寶塔區(qū)廟咀溝(36°37′-36°40′N，109°21′-109°23′E)以及榆林市米脂縣高西溝(37°51′-37°52′N，110°09′-110°12′E)4個小流域，基本概況見表1、圖1。

表1 小流域概況Table 1 Overview of the watersheds

圖1 研究區(qū)域分布Fig.1 Watersheds distribution in Shaanxi

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源于課題組于2013-2016年對研究區(qū)域做的植被調(diào)查、室外測定、室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)，以及參閱2013-2016年研究區(qū)林業(yè)局森林資源清查資料、水土流失公報、社會統(tǒng)計年鑒以及前人相關研究文獻等[16]，以2014年基礎數(shù)據(jù)作為評估數(shù)據(jù)進行物質(zhì)量計算。物質(zhì)量向價值量轉(zhuǎn)換過程中用到的價值參數(shù)參照我國權威機構(gòu)公布的社會公共數(shù)據(jù)和類似研究中用到的價值參數(shù)。

2.2 評估方法及計算公式

本研究根據(jù)前人對黃土丘陵區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算時所選取的指標結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況，并在考慮評估參數(shù)的可獲得性和可靠性的基礎上以文獻[12]為依據(jù)，選取了涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣功能、生物多樣性保護共6個方面共11個指標進行小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估，具體指標及計算公式見表2。

表2 小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估指標及計算公式[17]Table 2 Ecosystem service value evaluation index system and formula of watershed

注：式中水庫庫容造價取8.44元·t-1，城市居民用水價格取3.07元·t-1，磷酸二銨價格取3 300元·t-1，氯化鉀價格取2 800元·t-1，有機質(zhì)價格取800元·t-1，固碳價格取1 281元·t-1，氧氣價格取1 299.07元·t-1，二氧化硫排污費取1 850元·t-1，氮氧化物排污費取970元·t-1，粉塵排污費取230元·t-1，負離子價格為9.46元·1018個-1[15]。

3 結(jié)果與分析

3.1 涵養(yǎng)水源功能

由式(1)、(2)得出4個小流域年調(diào)節(jié)水量價值、年凈化水質(zhì)價值、年涵養(yǎng)水源價值及單位面積小流域年涵養(yǎng)水源價值(表3)。由表3可知，4個小流域年涵養(yǎng)水源價值為廟咀溝(504.7萬元)>五里灣(394.1萬元)>高西溝(272.8萬元)>金佛坪(219.8萬元)；單位面積小流域年涵養(yǎng)水源價值為廟咀溝(6 936.2元·hm-2)>五里灣(6 699.5元·hm-2)>金佛坪(6 308.4元·hm-2)>高西溝(5 818.7元·hm-2)。

3.2 保育土壤功能

由式(3)、(4)得出4個小流域年保育土壤價值、單位面積小流域年保育土壤價值(表4)，年保育土壤價值依次為廟咀溝(3 558.4萬元)>五里灣(2 730.5萬元)>金佛坪(1 827.9萬元)>高西溝(1 818.9萬元)；單位面積小流域年保育土壤價值為金佛坪(52 460.6元·hm-2)>廟咀溝(48 903.5元·hm-2)>五里灣(46 418.9元·hm-2)>高西溝(元·hm-2)。

表3 小流域涵養(yǎng)水源功能Table 3 Water storage function of the watersheds 萬m3，萬元，元·hm-2

表4 小流域保育土壤功能Table 4 Soil conservation function of the watersheds

3.3 固碳釋氧功能

由式(5)、(6)得出4個小流域年固碳釋氧價值、單位面積小流域年固碳釋氧價值(表5)，年固碳釋氧價值依次為廟咀溝(549.1萬元)>五里灣(467.0萬元)>高西溝(362.8萬元)>金佛坪(280.4萬元)；單位面積小流域年固碳釋氧價值為：金佛坪(8 048.6元·hm-2)>五里灣(7 938.3元·hm-2)>高西溝(7 737.3元·hm-2)>廟咀溝(7 546.3元·hm-2)。

3.4 林木積累營養(yǎng)物質(zhì)功能

由式(7)得出4個小流域年林木積累營養(yǎng)價值、單位面積小流域年林木積累營養(yǎng)價值(表6)。由表6可知，4個小流域年林木積累營養(yǎng)物質(zhì)價值為廟咀溝(180.4萬元)>五里灣(152.8萬元)>高西溝(120.4萬元)>金佛坪(91.5萬元)；單位面積小流域年林木積累營養(yǎng)物質(zhì)價值為金佛坪(2 625.7元·hm-2)>五里灣(2 598.4元·hm-2)>高西溝(2 567.4元·hm-2)>廟咀溝(2478.8元·hm-2)。

表5 小流域固碳釋氧功能Table 5 Carbon fixation and O2 release function of the watersheds

3.5 凈化大氣功能

由式(8)、(9)、(10)計算得出4個小流域年凈化大氣功能價值、單位面積小流域年凈化大氣功能價值(表7)，由表7可知，4個小流域年凈化大氣功能價值為廟咀溝(27.4萬元)>五里灣(21.5萬元)>金佛坪(17.4萬元)>高西溝(15.9萬元)；單位面積小流域年凈化大氣功能價值為金佛坪(498.4元·hm-2)>廟咀溝(376.7元·hm-2)>五里灣(364.7元·hm-2)>高西溝(339.0元·hm-2)。

表6 小流域林木積累營養(yǎng)物質(zhì)功能Table 6 Nutrient accumulation functions of the watersheds t，萬元，元·hm-2

表7 小流域凈化大氣功能Table 7 Air quality purification of the watersheds t，萬元，元·hm-2

3.6 生物多樣性保護功能

由式(11)得出4個小流域生物多樣性保護價值、單位面積生物多樣性保護價值(表8)，年生物多樣性保護價值依次為廟咀溝(99.7萬元)>五里灣(85.9萬元)>高西溝(61.8萬元)>金佛坪(40.5萬元)；單位面積小流域年生物多樣性保護價值為五里灣(1 459.9元·hm-2)>廟咀溝(1 370.5元·hm-2)>高西溝(1 319.0元·hm-2)>金佛坪(1 161.2元·hm-2)。

3.7 小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能總值及其構(gòu)成

將以上6項價值相加即可得出4個小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值以及各服務功能價值所占比例(表9)。由表9可知4個小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值由高到低分別是廟咀溝(4 919.6萬元·a-1)>五里灣(3 851.7萬元·a-1)>高西溝(2 652.7萬元·a-1)>金佛坪(2 477.5萬元·a-1)；單位面積小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值由高到低分別為金佛坪(71 102.9元·hm-2·a-1)>廟咀溝(67 612.1元·hm-2·a-1)>五里灣(65 476.6元·hm-2·a-1)>高西溝(56 570.0元·hm-2·a-1)。6大生態(tài)系統(tǒng)服務功能占比由高到低為保育土壤價值>固碳釋氧價值>涵養(yǎng)水源價值>積累營養(yǎng)物質(zhì)價值>生物多樣性保護價值>凈化大氣價值。其中保育土壤、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源3項功能占比在90%以上。

表8 小流域生物多樣性保護功能Table 8 Biodiversity conservation of the watersheds

表9 小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能Table 9 Ecosystem service of the watersheds

4 結(jié)論與討論

4.1 小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量顯著

在黃土丘陵區(qū)小流域提供的涵養(yǎng)水源、保育土壤等6項功能中，4個小流域都是以保育土壤、固碳釋氧、涵養(yǎng)水源價值為主，這與成六三[17]在對榆林市南6縣退耕還林工程生態(tài)服務功能價值評估中得出的固土保肥、固碳制氧、涵養(yǎng)水源功能占到生態(tài)服務功能的96%以上的結(jié)論相一致，與賴亞飛[11]對吳起縣1999-2004年退耕還林工程生態(tài)效益初始總價值核算得到的保育土壤、固碳釋氧、保護水資源效益占到總生態(tài)效益價值量的80%以上的結(jié)論相接近[11]。這可能是因為黃土丘陵區(qū)水土流失嚴重，小流域綜合治理后形成的森林草地林冠層、枯枝落葉層和地下的根系層既能起到攔截和滯留地表徑流，又能增強土壤腐殖質(zhì)及水穩(wěn)性團聚體含量，從而起到固持土壤的作用大幅度降低土壤侵蝕模數(shù)，改善水土流失，大量研究表明植被覆蓋后能夠改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分，所以小流域保育土壤功能價值量顯著；地上枝葉和枯枝落葉又具有攔截降水、滯留地表徑流的作用，也會大大減少暴雨造成的土壤侵蝕并將其轉(zhuǎn)化為土壤水，同時植被地下的根系會增大土壤的孔隙度，加強土壤的蓄水能力，而植被本身又具有凈化水質(zhì)的作用，所以小流域涵養(yǎng)水源功能價值量也比較高；而小流域植被覆蓋率提高之后，不僅植物的光合作用會大量地吸收空氣中的CO2產(chǎn)生O2，而且土壤也會因為森林的生長起到固碳作用[11]，所以小流域固碳釋氧功能的價值量也非?？捎^。

4.2 林草模式下的小流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能較優(yōu)

4種不同農(nóng)林景觀配置下的小流域單位面積生態(tài)服務功能價值由高到低分別是林草模式、“林草+果園”模式、“林草+耕地”模式、“林草+糧果兼做”模式，即林草配置模式下的小流域具有較高的生態(tài)價值，這與鄧健[15]等通過層次分析法構(gòu)建的生態(tài)效益評價體系對黃土丘陵退耕小流域生態(tài)效益作出的評價結(jié)果相一致，這說明農(nóng)林景觀為林草模式的小流域確實具有較優(yōu)的生態(tài)系統(tǒng)服務功能。這可能是因為該模式治理下的小流域只有林草，恢復過程中不受人為擾動，土壤和植被易于積累養(yǎng)分，發(fā)揮保育土壤和林木積累營養(yǎng)物質(zhì)的功能。而其他模式均有一定比例的耕地和果園，作物和果樹生長不僅會消耗土壤養(yǎng)分，也會因為人為的耕作、翻地等措施影響土壤的涵養(yǎng)水源和保育土壤功能，同時在種植過程中施用化肥、噴施農(nóng)藥也會使二氧化碳釋放增多、生物多樣性被抑制等。即林草配置模式下的小流域植被恢復速度較快，植被覆蓋率、水土保持效益顯著增加，使得小流域自然資源的生態(tài)效益能夠充分發(fā)揮。

參考文獻:

[1] 范玉龍,胡楠,丁圣彥,等.陸地生態(tài)系統(tǒng)服務與生物多樣性研究進展[J].生態(tài)學報,2016,36(15):4583-4593.

FANG Y L,HU N,DING S Y,etal.Progress in terrestrial ecosystem services and biodiversity[J].Acta Ecologica Sinica,2016,36(15):4583-4593.(in Chinese)

[2] 荊貝貝,張希金,李曉旭,等.寧波余姚市防護林帶生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估[J].西北林學院學報,2016,31(4):81-86.

JING B B,ZHANG X J,LI X X,etal.Evaluation of the ecosystem service of urban shelter forests in Yuyao,Ningbo[J].Journal of Northwest Forestry University,2016,31(4):81-86.(in Chinese)

[3] 靳芳,魯紹偉,余新曉,等.森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估問題[J].西北林學院學報,2005,20(3):18-22,43.

JIN F,LU S W,YU X X,etal.On forest ecosystem services and its evaluation in China[J].Journal of Northwest Forestry University,2005,20(3):18-22,43.(in Chinese)

[4] 孫美歐,孫虎.涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務功能評估[J].森林工程,2016,32(5):21-26.

SUN M O,SUN H.Assessment of ecological service function of forest ecosystem in Liangshui nature reserve[J].Forest Engineering,2016,32(5):21-26.(in Chinese)

[5] ZHAO B,LI B,ZHONG Y,etal.Estimation of ecological service values of wetlands in Shanghai,China[J].Chinese Geographical Science,2005,15(2):151-156.

[6] OUYANG Z Y,JIN Y,ZHAO T Q,etal.Ecosystem regulating service and their valuation of Hainan Island[J].China Journal of Resources and Ecology,2011,2(2):132-140.

[7] COSTANZA R,D'ARGE R,GROOT R D,etal.The value of the world's ecosystem services and natural capital 1[J].Ecological Economics,1997,387(1):3-15.

[8] UK NEA.National ecosystem assessment:synthesis of the key findings[M].Cambridge:UNEP-WCMC,2011:5-84.

[9] 歐陽志云,王效科,苗鴻.中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其生態(tài)經(jīng)濟價值的初步研究[J].生態(tài)學報,1999,19(5):607-613.

OUYANG Z Y,WANG X K,MIAO H.A primary study on Chinese terrestrial ecosystem services and their ecological-economic values[J].Acta Ecologica Sinica,1999,19(5):607-613.(in Chinese)

[10] 謝高地,張釔鋰,魯春霞,等.中國自然草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值[J].自然資源學報,2001,16(1):47-53.

XIE G D,ZHANG Y L,LU C X,etal.Study on valuation of rangeland ecosystem services of China[J].Journal of Natural Resources,2001,16(1):47-53.(in Chinese)

[11] 賴亞飛.吳起縣退耕還林工程效益評價及其綠色GDP核算[D].北京:北京林業(yè)大學,2007.

[12] 王兵，楊鋒偉，郭浩,等.森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范:LY/T 1721-2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[13] 徐學選,琚彤軍,鄭世清.黃土丘陵區(qū)植物道路的產(chǎn)流產(chǎn)沙試驗研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007(3):934-938.

XU X X,JU T J,ZHENG S Q.Field study on biological road erosion in Loess Hilly region[J].Journal of Agro-Environment Science,2007(3):934-938.(in Chinese)

[14] 景可,焦菊英.黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失治理模式、治理成本及效益分析——以米脂縣高西溝流域為例[J].中國水土保持科學,2009,7(4):20-25,43.

JING K,JIAO J Y.Mode,cost and benefit of soil and water conservation on the Loess Plateau:a case study in Gaoxigou watershed in Mizhi County[J].Science of Soil and Water Conservation,2009,7(4):20-25,43.(in Chinese)

[15] 鄧健.陜北黃土丘陵區(qū)典型退耕流域農(nóng)林景觀配置模式綜合評價及優(yōu)化[D].陜西楊陵:西北農(nóng)林科技大學,2017.

[16] 劉勝濤,高鵬,劉潘偉,等.泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值評估[J].生態(tài)學報,2017,37(10):3302-3310.

LIU S T,GAO P,LIU P W,etal.An ecosystem services assessment of Tai Mountain[J].Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3302-3310.(in Chinese)

[17] 成六三.陜北黃土高原退耕還林(草)工程綜合效益評價研究[D].北京:中國科學院研究生院/教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心,2011.