五台山地区草地生态系统服务价值估算

　　刘秀丽1,张勃2，任媛3，吴攀升1,李玫1,贾艳青1,罗正明1

　　(1.忻州师范学院地理系，忻州034000;2.西北师范大学地理与环境科学学院，兰州730000;3.山西财经大学经济学院，太原030000)
 

　　【提要】：五台山地区草地资源丰富，草地生态系统不仅对当地提供重要的生态、生活功能，而且对整个华 北地区生态系统的格局和稳定都起到重要作用。文中以五台山地区为研究对象，对其草地生态系统服务功能 进行价值估算。结果表明：五台山地区草地生态系统服务总价值为114.62亿元，其中供给功能价值为34.64 亿元（占30.22%),支持功能价值为55. 86亿元（占48.73%),调节功能价值为20. 26亿元（占17. 68%),文化 服务功能价值为3.86亿元（占3.37% ),草地生态系统单位面积价值量为4.33元/ (m2a);按价值量大小各 服务功能类型依次为：提供食物产品 > 固碳释氣 > 营养物质保持 > 涵养水源 > 生物多样性保护 > 休憩娱乐>废弃物降解 >环境净化> 土壤保持。该研究结果对于人们加强对五台山地区草地生态系统重要性的认识，为 本区制定合理的区域生态保护、资源开发对策有重要意义。
 

　　【关键词】：生态系统服务；草地;价值估算；五台山地区 
 

　　草地生态系统对维持全球生态系统的平衡、稳定起着重要作用a_3。目前生态系统服务的相关研究 是全球的一个研究热点。国内外关于草地生态系统服务功能的研究大多是基于大尺度区域下的草地生态 系统服务价值评估，而缺乏对小尺度区域的研究。实际上，由于生态系统的整体性和系统性，小尺度下生 态系统的过程和变化往往对整个生态系统造成显著性的影响，但却容易被忽略，因此研究小尺度区域下的 生态系统服务价值评估更具有实际意义®。
 

　　五台山地区处于我国沿海向内陆、高原向山地、暖温带向中温带、半湿润向半干旱、暖温带落叶阔叶林 区域向温带草原区域过渡的特殊生态环境连接带,拥有丰富的生物资源，是我国重要的草地自然保护区， 生态系统敏感性极强,草地生态系统不仅对当地提供重要的生态、生活功能，而且对整个华北地区生态系 统的格局和稳定都起到重要作用。但近年来五台山地区草地生态系统因为过度放牧退化严重。目前针对 本区的研究大多集中在佛教文化上,对其草地生态系统服务价值的相关研究开展较少B—7]。因此，文中以 五台山地区为研究对象,对其草地生态系统服务价值进行估算,对当地草地资源的保护有重要意义，同时 为五台山地区的生态补偿奠定核算基础，为制定区域生态保护政策提供科技支撑°8。
 

　　1材料与研究方法

　　1.1研究区概况

　　五台山地区位于山西省东北部，112。45' -113°56'E, 38。9' -39°23'N之间，包括五台县、繁峙县、代 县、原平市、山阴县、应县、浑源县、灵丘县、广灵县共9县，面积19119km2 (图1)。植物资源丰富，拥有华 北地区面积最大的亚高山草甸。草地总面积为1468.75km2,草地类型主要有其灌木的白羊草、大针茅（山 地草甸草原亚类）、隐子草、杂类草（平原丘陵草原亚类）、无芒隐子草、蓍状亚菊（平原丘陵荒漠草原亚 类）、牛枝子、冷蒿（平原丘陵荒漠草原亚类）、短花针茅、禾草（平原丘陵荒漠草原亚类）等。
 

　　1.2数据来源

　　图1五台山地区位置示意图 Figure 1 Location of Wutai Mountains area

　　采用TM遥感影像解译出五台山地区各生态类型面积及其空间分布。评估中所用到的经济数据主要 来源于《山西省统计年鉴》(2013),物质量评估参数主要参考其他研究中的相关数据和成果。
 

　　1.3研究方法

　　目前，国际上大多数学者采用 costanza 等人°9或谢高地等人M的研究方法和成果,但实践表明，该方 法对于小尺度区域下的评估误差较大。文中采用千年生态系统评估（MA) 的研究,将草地生态系统服 务分为四类:供给服务、支持服务、调节服务和文化服务°^13。结合生态经济学的方法，先估算提供的物 质量,再估算五台山地区草地生态系统服务的价值量（表1)。因部分数据难以获取,文中未对全部指标进行核算。
 

表1五台山地区草地生态系统服务价值分类

Table 1 Classification of grassland ecosystem services in Wutai Mountains area

分类 评价指标

提供食物产品

供给服务

提供药材t

生态旅游t

支持服务 营养物质保持

生物多样性保护

固碳释氧

涵养水源

调节服务 土壤保持

环境净化

废弃物降解

文化服务 休憩娱乐

注:*为未进行核算的指标。
 

　　1.3.1提供食物产品

　　五台山地区草地生态系统提供的食物产 品主要为肉、蛋、奶。采用市场价值法估算其 价值。公式如下：Vp=；SPixVi (1)

　　式中:Vp为提供食物产品价值（元/a) ； Vi为第1种产品的产量（t) ；P;为第1种产品的市场价格（元/ kg) ;i表示提供的产品类别。
 

　　1.3.2营养物质保持

　　主要计算参与到草地生态系统养分循环的主要元素N和P。包括两部分：生物体内营养物质保持的 价值和土壤库内营养物质保持的价值。采用影子价格法进行价值评估,计算公式如下：

　　Vn = NPP X ( Cn XPn +Cp XPp) (2)

　　式中:Vn是生物体内营养物质保持的价值（元/a) ; NPP为草地净初级生产力（t/a) ； Cn和Cp分别为 草地生物质中含N和P的百分比（%) ;Pn、Pp分别是N、P的市场价格（元/t)。

　　Vs=Mx (SnXPn+SpXPp) (3)

　　M = A xH x p (4)

　　式中：Vs是土壤库中营养物质保持的价值（元/a) ; M为研究区草地土壤库总量（g) ; Sn和Sp分别为 草地土壤库中含N和P的百分比（％) ; A为研究区草地面积（m2) ；H为草地的计算深度（m) ; p为草地的 土壤容重（g/cm3);其他同上。

　　Ve=Vn+Vs (5)

　　式中:Ve是营养物质保持总价值（元/a);其他同上。
 

　　1.3.3生物多样性保护

　　采用替代市场法对草地生态系统的生物多样性保护功能进行价值估算,计算公式如下：

　　Vv = (Pw+Pp) XA (6)

　　式中:Vv为草地生态系统保护生物多样性的价值（元/a)； Pw为草地破坏造成的生物多样性损失值 (元/a) ；Pp为保护草地的支付意愿（元/a)；其他同上。

 

　　1.3.4固碳释氧

　　包括两部分：固碳的价值和释氧的价值。

　　固碳的价值公式:Vc =PC x (1.62xNPP + Rc xA) (7)

　　释氧的价值公式:Vo =1.2 xP0 xNPP (8)

　　固碳释氧的总价值:Vq=Vc+V。 （9)

　　式中:V。是固碳的价值（元/a) ； V。是释氧的价值（元/a) ； Vq是固碳释氧总价值（元/a) ；R。为草地土 壤固碳速率（t/(hm2 • a)) ; P。（元/t)为市场固定CO2的价格;P。（元/t)为市场制造02价格;其他同上。 1.3.5涵养水源采用水平衡法计算涵养水源量,采用市场价值法计算涵养水源的价值量。公式如下：Vw = ORxAxT (1。）式中:Vw为涵养水源量的价值（元/a) ； 6为径流系数（% )； R为平均降水量（mm) ； T为水价（元/ m3);其他同上。
 

　　1.3.6 土壤保持

　　采用机会成本法进行土壤保持的价值估算。首先计算土壤保持的物质量,计算公式如下：

　　Th=Ax (Sp -sr) (11)

　　式中:叭是土壤保持物质量（t) ；Sp是草地潜在土壤侵蚀模数（t/m2) ;Sr是草地现实土壤侵蚀模数（t/ m2);其他同上。

　　保持土壤养分价值:Va =Th xs(Ci xPi) (12)

　　式中：Va是保持土壤养分价值（元/a) ; i表示土壤中不同养分；Ci是土壤中第i类养分含量（％) ； Pi 是第1类养分的市场价格（元/t)。

　　减少土地废弃的价值:Vb=PxTh/(p xH) (13)

　　式中：Vb是减少土地废弃价值（元/a) ; P为土地年平均收入（元/hm2 ) ; p为草地的土壤容重（g/cm3); H为草地深度（m)。

　　总的土壤保持价值:Vs=Va+Vb (14)

　　式中：Vs为土壤保持总价值;其他同上。
 

　　1.3.7环境净化

　　采用市场价值法进行环境净化的价值估算,计算公式如下：

　　Ve=《Ax (Ui xPi) (15)

　　式中:Ve为环境净化总价值（元/a) ; A为研究区草地面积（m2 ) ； Ui为对第i种污染物的净化效率 (kg/m2) ; Pi为第i种污染物净化的市场价格（元/kg)。
 

　　1.3.8废弃物降解

　　主要估算废弃物降解所产生的经济价值,采用替代成本法。公式如下：

　　Vws=PwsxG (16)

　　G = _^wi x ri (17)

　　式中:Vws为废弃物降解总价值（元/a) ; Pws为人工降解废弃物的价格（元/t) ; G为归还草地的粪便量 (t) ；i为牲畜种类（大牲畜和小牲畜）；w为不同种类的牲畜量（头）；r为不同种类牲畜个体粪便量（t/头）。

　　1.3.9休憩娱乐采用费用支出法评估休憩娱乐价值,公式:Vr = R x Nm ( 18)

　　式中：Vr为休憩娱乐价值（元/a) ; Nm为环境最大年可容纳游客人次数（人）;R为平均每人次游憩收益（元/人）。
 

　　2结果与分析

　　2.1提供食物产品

　　五台山地区草地生态系统主要提供肉、奶、毛等食物产品。根据2013年山西省统计年鉴,按式（1)计 算得五台山地区草地生态系统提供食物产品的总价值为34.64亿元（表2)。

　　表2 2012年五台山地区草地生态系统提供食物产品价值 Table 2 The values of foods offered by the grassland ecosystem in Wutai Mountains area

　　肉类 奶类 羊毛 合计（X 108元）

　　产量（kg) 100,02 50,597,000 1 , 838 , 000

　　单价（元/kg) 31. 87 5.2 7

　　价值量（X108元） 31. 88 2.63 0. 13 34.64
 

　　2.2营养物质保持

　　五台山地区草地生态系统NPP的取值按草地年最大生物量a4,15]计算。根据樊江文等a6—2a研究，单 位面积NPP为708.60/(m2 • a),计算五台山地区草地生态系统NPP为1. 875 X 106t/a。草地生态系统的 生物体库中N、P的比例依次为1.66和0.16%, 土壤库中N、P的比例依次为0.113和0.082% M。草地 深度取0.5m, 土壤容重取1.35g/cm3。根据2014年尿素和过磷酸钙的平均价格,按式(2) - (5)计算得生 物体内营养物质保持的价值为0.25亿元,土壤库中营养物质保持的价值为17. 12亿元,营养物质保持总 价值为17.37亿元。
 

　　2.3生物多样性保护

　　生物多样性保护价值包括机会成本和支付意愿两部分。草地生态系统单位面积机会成本取2247.14 元/hm2 M ,则五台山地区草地生态系统保护生物多样性所丧失的机会成本为5.94亿元。我国生物多样 性保护支付意愿为126.58 X108元&2 ,根据五台山地区生物多样性计算,草地保护物种比例为9. 1%,则 五台山地区草地生态系统保护生物多样性的支付意愿为1.59亿元。按式（6)计算,得五台山地区草地生 态系统保护生物多样性的价值为7. 53亿元。
 

　　2.4固碳释氧

　　草地土壤固碳速率为0.3320t/(hm2 • a),固碳价值采用造林成本法和碳税法的平均值752.9元/t,释 氧的价格采用造林成本和工业制氧的平均值330.4元/tM。按式(7) - (9)计算,五台山地区草地生态系 统固碳价值为23. 53亿元,释氧价值为7.43亿元,总价值为30.96亿元。
 

　　2.5涵养水源

　　五台山地区草地面积为2.6455 X109m2,径流系数为21. 12% ,年平均降水量为450mm。水价采用单 位库容造价5.7元/t®。按式（10)计算得五台山地区草地年涵养水源量为2.514 X108m2,则五台山地区 草地年涵养水源功能的总价值为14.33亿元。
 

　　2.6 土壤保持

　　五台山地区土壤保持量为现实和潜在土壤侵蚀模数的差值。土壤保持的养分主要为N、P,含量见上 文。减少土地废弃价值按单位面积草地收益245.5元/hm2计算°2 ,其他同上。依据式（11) - (14)得保 持土壤养分的价值为0.94亿元,减少土地废弃的价值为0.04亿元,土壤保持的总价值为0.98亿元。
 

　　2.7环境净化

　　草地生态系统主要通过吸收SO:和滞尘来净化环境21。草地吸收SO:和滞尘能力分别为21.7kg/ hm2和0.12t/hm2M。净化SO〗和粉尘的市场价格分别为0.6元/kg和0.56元/kga3。按式（15)得出净 化SO】的价值为0.03亿元,吸收粉尘的价值为1.78亿元,环境净化的总价值为1. 81亿元。
 

　　2.8废弃物降解

　　草地生态系统废弃物降解功能主要体现在牲畜排泄物的降解。大牲畜和小牲畜个体年平均排放粪便 量分别取1.96t和0.33tBa。依据2013年山西省统计年鉴，估计五台山地区草地生态系统上载有大牲畜 175284头,小牲畜7756234头,城市垃圾的处理成本取108元/t。按式（16) - (17)得,废弃物降解的价值 为 3. 14 亿元。
 

　　2.9休憩娱乐

　　五台山地区环境最大年容纳游客人次数为321.4万人,平均每人次游憩收益为600元。经咨询专家， 草地生态系统提供的休憩娱乐价值占五台山地区休憩娱乐总价值的20% ,按式（18)得出五台山地区草地 生态系统提供休憩娱乐的价值为3. 86亿元。
 

　　2.10五台山地区草地生态系统总价值及其特征

　　经计算,研究区草地生态系统服务功能的总价值为114.62亿元（表3)。其中供给功能价值为34.64 亿元（占30.22%),支持功能价值为55. 86亿元（占48. 73%),调节功能价值为20. 26亿元（占17. 68%),

评价项目 评价指标 价值 C元） 比例（%)

供给功能 提供食物产品 34.64 30.22

营养物质保持 17.37 15.15

支持功能 生物多样性保护 7.53 6. 57

固碳释氧 30.96 27.01

涵养水源 14.33 12.50

调节功能 土壤保持 0.98 0.86

环境净化 1.81 1. 58

废弃物降解 3. 14 2. 74

文化服务功能 休憩娱乐 3. 86 3. 37

合计 114.62 100.00

环境净化，1.81-

土壤保持，0.98，\

废弃物降解,

休想娱乐，3.86

提供产品，34.64

 

　　文化服务功能价值为3. 86亿元（占3. 37% )，单位面积 表3五台山地区草地生态系统服务功能价值价值量为4.33元/ (m2 • a)。从图2可以看出，在各项 Table 3 The values of the grassland ecosystem生态系统服务中，提供食物产品功能价值量最大（占30. services 0f Wutai Mwntarns area22% ),其次为固碳释氧功能（占27. 01% ), 土壤保持功 能价值量最小（占0.86%)。因此，五台山地区草地生态 系统各项服务功能并不平衡,必须从整体上、从系统的角 度去提高该地区的生态系统服务总价值。
 

　　3结论

　　(1)文中以小尺度区域-五台山地区为研究对象，

　　对其草地生态系统服务价值进行估算，对于明确小尺度 区域生态系统的经济价值及其结构构成,科学评价生态 资源效益和合理规划区域发展等方面都具有重要意义。
 

　　(2)五台山地区草地生态系统服务功 能总价值为114.62亿元。其中供给功能 价值为34. 64亿元（占30. 22%),支持功 能价值为55.86亿元（占48.73%),调节 功能价值为20.26亿元（占17.68%),文 化服务功能价值为3. 86亿元（占3.37%)。同时可得出五台山地区草地生态 系统单位面积价值量为4. 33元/ (m2 • a),既高于东部地区&3 ,也高于西北地 区[4 ,五台山地区草地生态系统有着巨大 的服务功能，然而目前五台山地区草地生 态系统退化严重，因此要注意合理的开 发、利用及保护草地资源。
 

　　(3)五台山地区草地生态系统各服务 功能价值大小顺序为：提供食物产品 > 固 碳释氧 > 营养物质保持 > 涵养水源 > 生物多样性保护 > 休憩娱乐 > 废弃物降解 > 环境净化> 土壤保持。其中，提供食物产品占有的价值最大，占 总服务功能的30.22%,而土壤保持功能仅占总价值的0. 86%。五台山地区草地生态系统各项服务功能 并不平衡,必须从整体上、从系统的角度去提高该地区的生态系统服务总价值。
 

　　4讨论

　　(1)文中是在区域尺度上进行评估，虽然仅仅是对五台山地区草地生态系统服务功能及其价值粗略 的估计,但其结果可以表示一种价值趋势，可以为五台山地区制定科学、有效的可持续发展战略提供重要 的指导性依据fc-23。
 

　　(2)文中仍存在如下不足:1)由于受到资料和数据的限制，个别指标没有进行评价。在估算过程中， 由于大多数参数来源于前任的研究结果，因此评估结果精确性有待进一步提高。2)文中只进行了研究区 草地生态系统服务功能静态的研究,对年际变化、空间差异缺乏考虑，不能反映人为活动影响下的土地利 用变化对草地生态系统服务功能的演变影响。
 

　　(3)今后应重视草地生态系统服务价值研究,积极探索人为活动影响下土地利用变化对草地生态系 统服务功能的影响及其相应的变化趋势,并把评估结果与生态补偿机制研究紧密结合,为草地生态环境的 建设和管理提供依据。

丹青论文发表http://www.dqwh.net/a/lunwenfanwen/jingjilunwenfanwen/20150401/34987.html