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(cè)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(jià)值巨大，科學(xué)估算將會(huì)使人們更加意識(shí)到保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要性[1-3]。通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的估算，可將生態(tài)保護(hù)的目標(biāo)整合到經(jīng)濟(jì)社會(huì)決策之中[4]。自1990年至今，我國(guó)學(xué)者積極開(kāi)展了對(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo)[14-17]、評(píng)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(guò)意愿調(diào)查法，并針對(duì)中國(guó)國(guó)情，結(jié)合Costanza 和國(guó)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(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子。之后，各地關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究快速展開(kāi)[22-23]。

當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算主要有基于單位生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)品價(jià)格法和基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法。完全基于單位生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)格法對(duì)數(shù)據(jù)要求較高，計(jì)算復(fù)雜，只有在數(shù)據(jù)量較充實(shí)的情況下才能應(yīng)用?；趩挝幻娣e價(jià)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(duì)較為簡(jiǎn)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(jià)值快速估算的方法。天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與其類型關(guān)系密切，我國(guó)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(jià)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(jià)訂正草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價(jià)，使得草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算更加準(zhǔn)確。

甘肅省是中國(guó)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(guó)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(lái)越受到關(guān)注，開(kāi)展保護(hù)甘肅草原生態(tài)環(huán)境的研究與實(shí)踐工作，加強(qiáng)草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究，對(duì)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(duì)天?？h[25]、甘南州[26]、瑪曲縣[27]草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的定量評(píng)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(jià)值定量評(píng)估研究。

本研究基于單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法，利用甘肅省各類草原生物量對(duì)謝高地等[21]提出的中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)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?jī)r(jià)值，計(jì)算了甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，明確了甘肅草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值遠(yuǎn)大于其提供的生物量?jī)r(jià)值，以期為甘肅制定生態(tài)保護(hù)規(guī)劃與管理制度以及草原保護(hù)政策提供可靠參考和依據(jù)，促進(jìn)人地和諧和可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處我國(guó)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?jī)?nèi)蒙古、寧夏并與蒙古人民共和國(guó)接壤[24]。地形狹長(zhǎng)，東西蜿蜒1 600 km，全省面積45.37 × 104hm2，占中國(guó)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(zhǎng)季節(jié)短，枯草期長(zhǎng)[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(rùn)區(qū)逐漸向隴中暖溫帶半濕潤(rùn)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(rùn)區(qū)，甘南高寒濕潤(rùn)區(qū)過(guò)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]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

甘肅省主要糧食作物的播種面積、單產(chǎn)、單價(jià)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(guó)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

1.3 研究方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子定義為1 hm2全國(guó)平均產(chǎn)量的農(nóng)田每年自然糧食產(chǎn)量的價(jià)值，經(jīng)過(guò)綜合比較分析，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值等于當(dāng)年全國(guó)糧食單產(chǎn)市場(chǎng)價(jià)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(jì)算出甘肅省一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值為2 359.43 元。

式中：M為甘肅省一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子的價(jià)值；m為甘肅省主要糧食的平均單價(jià)；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(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量計(jì)算出甘肅省草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價(jià)(表3)。

表3 甘肅省天然草原單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)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(jià)；M為甘肅省一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能當(dāng)量因子的價(jià)值；di為不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)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(gè)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(jì)算甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)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(jià)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(jià)；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(gè)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(gè)甘肅天然草原類。

利用公式(4)和草原面積計(jì)算出甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值。

式中：Tij為甘肅省不同草原類生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值；Pij為甘肅省天然草原單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(gè)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(gè)甘肅天然草原類。

2 結(jié)果

2.1 草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基準(zhǔn)單價(jià)

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(jià)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(xiàng)價(jià)值中，食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)的價(jià)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(jià)值。保持土壤的價(jià)值最高，分別為食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價(jià)值的5.2 倍和6.2 倍；維持生物多樣性的價(jià)值為食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價(jià)值的4.3 倍和5.2 倍；其他功能的價(jià)值均在食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)價(jià)值的3.1 倍和3.7 倍以上。

2.2 不同草原類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值

甘肅省各草原類的生物量不同，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值也不同(表3)。其中，暖性灌草叢單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)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(jià)值最低，為10 120.21 元·hm?2。單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值排序?yàn)榕怨嗖輩?> 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)。

2.3 草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值

結(jié)合甘肅省不同類草原面積，計(jì)算出全省各類草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表4)。甘肅省天然草原生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值7 069.73 × 108元，為全省畜牧業(yè)總產(chǎn)值(數(shù)據(jù)來(lái)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(guó)民生產(chǎn)總值(gross domestic product, GDP)，可見(jiàn)，甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值極大。

表4 甘肅省天然草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值Table 4 Total ecosystem service value of natural grasslands in Gansu Province× 108 CNY

各項(xiàng)價(jià)值中，供給服務(wù)(包括食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn))價(jià)值為478.59 × 108元，僅占生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)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(jià)值為3 574.24 × 108元，占總價(jià)值的50.55%；支持服務(wù)(包括保持土壤和維持生物多樣性)價(jià)值為2 489.85 × 108元，占總價(jià)值的35.22%；文化服務(wù)(提供美學(xué)景觀)價(jià)值為527.05 × 108元，占總價(jià)值的7.46%。

2.4 不同草原類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率

不同草原類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的貢獻(xiàn)率不同(圖2)，高寒草甸生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高，為1 733.27 ×108元，貢獻(xiàn)率為24.52%；高寒荒漠生態(tài)服務(wù)價(jià)值最低，為58.51 × 108元，貢獻(xiàn)率為0.83%。各草原類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值貢獻(xiàn)率排序?yàn)楦吆莸?> 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(jià)值貢獻(xiàn)率Figure 2 Contribution rates of the ecosystem service values of different grassland types in Gansu Province

3 討論

準(zhǔn)確地估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的巨大價(jià)值，將會(huì)使人們意識(shí)到保護(hù)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(jià)值的估算一直是生態(tài)學(xué)研究的難點(diǎn)[30]，目前仍沒(méi)有一套生態(tài)學(xué)家和經(jīng)濟(jì)學(xué)家公認(rèn)的統(tǒng)一方法。單位面積價(jià)值當(dāng)量因子法因參數(shù)簡(jiǎn)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(duì)謝高地等[21]的中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量進(jìn)行訂正，計(jì)算了甘肅省各草原類單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，估算出甘肅省草原生態(tài)服務(wù)價(jià)值為7 069.73 × 108元，這說(shuō)明甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值巨大，各級(jí)各部門應(yīng)該重視甘肅草原生態(tài)狀況，大力保護(hù)草原生態(tài)安全。

本研究計(jì)算的甘肅草原生態(tài)服務(wù)價(jià)值約等于甘肅省2016年GDP，謝高地等[31]估算出中國(guó)2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值為38.10 × 1012元，2010年中國(guó)GDP 為40.12 × 1012元，GDP 和生態(tài) 系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(jià)值最高，這主要是因?yàn)榕怨嗖輩矄挝幻娣e的生物量較高，其各項(xiàng)服務(wù)單價(jià)都較高；高寒草甸和溫性草原的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值較高，主要是因?yàn)楦吆莸楹蜏匦圆菰植济娣e較大。而暖性灌草叢僅在隴南、平?jīng)?、慶陽(yáng)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(jià)值高于暖性灌草叢。說(shuō)明生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值是由面積和單價(jià)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(jià)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(jià)值 (5 327.1 × 108元)的1/4，這主要是因?yàn)槌汤诶诙x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(jià)值為暖性灌草叢的2.8 倍，對(duì)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(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(xiàng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值以土壤保持價(jià)值最高，主要是因?yàn)閺娜用鎭?lái)說(shuō)甘肅省草原的土壤保持價(jià)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(qiáng)。

對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行貨幣化評(píng)估是提高認(rèn)識(shí)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(píng)估的主要因素，本研究?jī)H用當(dāng)量因子法估算了甘肅省草原生態(tài)服務(wù)價(jià)值，在后續(xù)研究中，需利用3S 技術(shù)做強(qiáng)、做細(xì)生態(tài)監(jiān)測(cè)，獲取動(dòng)態(tài)、定量、實(shí)時(shí)和實(shí)地監(jiān)測(cè)信息，利用多種方法準(zhǔn)確、全面地評(píng)估甘肅省草原生態(tài)服務(wù)功能、服務(wù)價(jià)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(hù)政策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

甘肅省溫性荒漠單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值最低，但其分布廣泛，生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值較高；甘肅省草原生態(tài)服務(wù)總價(jià)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(jià)值最高，高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值最低。