我國灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估

王慶慧　李婧賢　彭羽　藍文娟

摘要：我國灌叢生態(tài)系統(tǒng)資源豐富，總面積達5 365萬hm2，主要分布在西南和西北部地區(qū)，向東南沿海呈下降趨勢。四川、內蒙古、新疆和西藏4省灌叢面積最大，達466萬hm2以上，而天津、江蘇和山東灌叢面積最小，均在 6.6萬hm2 以下。灌叢是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，但是其生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估尚不多見。灌叢生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能主要包括有機質儲存、涵養(yǎng)水源、保持水土、固碳釋氧、凈化空氣和美學觀賞等。根據(jù)影子工程法、成本替代法、市場價值法、碳密度法以及灌叢面積，分別計算各個功能的價值，并計算出各?。▍^(qū)）灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值。估算出我國2009、2015年灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值分別為48 479.18億、50 872.38億元，其中涵養(yǎng)水源功能的生態(tài)價值最高，為34 080.25億、37 009.99億元。與2009年相比，2015年灌叢總面積減小，但服務價值上升。

關鍵詞：灌叢生態(tài)系統(tǒng);生態(tài)服務功能;價值評估;時空特征

中圖分類號： S181? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）04-0233-04

自20世紀60年代生態(tài)系統(tǒng)服務的概念提出以來，生態(tài)系統(tǒng)服務價值成為越來越多的生態(tài)學家關注的焦點[1-2]。在我國人均生態(tài)資產(chǎn)稀缺的現(xiàn)狀下，定量化評價生態(tài)系統(tǒng)服務價值非常迫切[3]。灌叢是介于森林和草地之間的生態(tài)系統(tǒng)類型，群落平均高度低于5 m，蓋度大于30%，植被層郁閉，建群種以簇生灌木為主[4]。灌叢具有十分廣泛的生態(tài)適應范圍，常見于中國西部地區(qū)、山地和干旱地區(qū)[5]。目前國內對于灌叢植被定位模糊，常被劃分到森林或草地生態(tài)系統(tǒng)中研究，缺乏針對灌叢生態(tài)系統(tǒng)的調查數(shù)據(jù)。但灌叢分布廣泛，生物資源豐富，是一種極為重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在固定二氧化碳和群落演替中的地位不可替代，并且對區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護和能源替代方面也有巨大作用。灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務即灌叢生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)過程為人類提供其賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[6-7]。王偉民等根據(jù)不同服務功能對中國西部地區(qū)灌叢生態(tài)系統(tǒng)進行了價值評估，計算出其價值約為 9 386億元/年[4];2010年趙海珍等運用替代工程法、市場價值法等多種方法對西藏拉薩河谷灌叢草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值的評價結果為265.03萬元/年[8];2011年王兵等基于森林系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)定量評估了灌木林的物質量和價值量，得出我國灌木林服務功能價值為17 953.56億元/年[5]。我國灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的時空分布特征還沒有研究。因此，本研究通過對2009、2015年2個年份的灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值進行定量、客觀的評估，分析灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值的時空變化，有助于人們深入理解灌叢生態(tài)服務的巨大潛力，為中國生態(tài)補償政策和自然資產(chǎn)評估提供參考。

1 研究區(qū)概述

中國地處北半球，橫跨北溫帶和熱帶，大部分處于北溫帶，南北跨度大，氣候復雜多變，物種豐富。灌叢生態(tài)系統(tǒng)適應性和抗逆性極強，耐干旱，耐鹽堿，存活度高，類型多樣，能生長于森林植被難以發(fā)育的環(huán)境條件中，常見于中國山地和干旱地區(qū)[6]。目前我國灌叢面積達5 365萬hm2，占全國森林總面積的21.9%，占國土面積的5.57%[5]（第七次全國森林資源清查結果）。原生灌叢生態(tài)系統(tǒng)多高海拔地區(qū)，其余則多為次生灌叢植被。在中國北部地區(qū)有較大面積的灌叢生態(tài)系統(tǒng)，如新疆天山地區(qū)、青海、西藏和內蒙古等地;在西南地區(qū)的云貴高原也有較多分布。根據(jù)其群落和地理特征，中國灌叢可分為以下5類：常綠針葉灌叢、常綠革葉灌叢、落葉闊葉灌叢、常綠闊葉灌叢和灌草叢。在我國熱帶地區(qū)主要分布灌叢植被類型為常綠硬葉闊葉灌叢及矮林，而在亞熱帶地區(qū)則為落葉闊葉灌叢，矮林和草甸相結合，不同溫度帶灌叢植被類型差異很大，其中溫帶和亞熱帶落葉灌叢、矮林分布面積最廣，接近灌叢總面積的50%[6]。

2 研究數(shù)據(jù)及評估方法

本研究灌叢生態(tài)系統(tǒng)面積來源于各?。ㄊ小^(qū)）政府2010、2016年公布的統(tǒng)計公報，是對2009、2015年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的總結。中國灌叢生態(tài)系統(tǒng)面積廣泛，生物量巨大，生態(tài)效益顯著。本研究對其生態(tài)服務功能進行分類并分別計算各個功能的價值。

2.1 提供有機物質價值

灌叢植被通過光合作用將大氣中的CO2固定為供自身生長發(fā)育繁殖的有機質，是植被進行能量轉化的重要功能。本研究以總碳量代替有機質含量，通過碳與標煤熱值間的比例關系，利用能量替代法計算其價值。由2007年全國各省份碳密度[4]估算2009、2015年灌叢植被的總碳量，碳熱值為32.79 kJ/g，標煤熱值為29.27 kJ/g。有機質價值評估公式如下：

P有機質=HC÷H煤×P標煤×TC。

式中：P有機質為有機質總價值;HC為碳熱值;H煤為標煤熱值;P標煤為標煤價格;TC為總碳量。

2.2 水源涵養(yǎng)價值

涵養(yǎng)水源是灌叢生態(tài)系統(tǒng)的重要服務功能，主要為攔截和儲藏降水。灌叢生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的能力約為 2 500 t/hm2[9]。本研究用影子價格法估算灌叢涵養(yǎng)水源的價值，水的影子為全國生態(tài)環(huán)境用水的平均影子價格[10]。評估公式如下：

P水=C蓄水·A·P影子。

式中：P水為涵養(yǎng)水源的價值;C蓄水為平均1 hm2灌叢蓄水能力;A為灌叢面積;P影子為水的影子價格。

2.3 保持水土價值

與森林、草地生態(tài)系統(tǒng)一樣，灌叢發(fā)達的根系和枝葉有利于土壤固持，能夠存儲氮（N）、磷（P）、鉀（K）等參與物質循環(huán)的營養(yǎng)物質;能夠防止泥沙流失。N、P、K等營養(yǎng)物質的儲存價值計算采取等效替代法，即按照灌叢植被N、P、K的含量換算成化肥價值進行估算。根據(jù)植物種群營養(yǎng)元素分配表[11-12]，估算出灌叢植被每固定1 g碳（C）所固定的N、P、K含量分別為0.044 78、0.015 33、0.013 57 g。由氮肥、磷肥、鉀肥的市場價格估算營養(yǎng)物質價值。灌叢生態(tài)系統(tǒng)防止泥沙流失的效益為32元/hm2[13-15]。灌叢保持水土價值的評估公式如下：

P肥=∑ni=1（Ti·Pi肥），i表示N、P、K

P泥沙=Q·S

式中：P肥為有營養(yǎng)物質價值;Ti表示N、P、K的總量;Pi肥表示對應化肥的單價;P泥沙為防止泥沙流失的價值;Q為1 hm2灌叢防止泥沙流失的效益;S為灌叢面積。因此，灌叢保持水土的總價值用P保持水土表示，P保持水土=P肥+P泥沙。

2.4 固碳釋氧價值

灌叢主要通過光合作用固定二氧化碳、釋放氧氣實現(xiàn)，以維持大氣組分平衡[15]。對固碳價值的評估，目前通用的方法為碳稅法，碳稅是對排放二氧化碳所征收的稅，希望通過征稅來削減二氧化碳排放來減緩溫室效應。我國2009年碳稅為20元/t，2015年為50元/t[16]。由光合作用方程式可推算出，每固定1 g碳須吸收二氧化碳3.67 g、釋放氧氣1.37 g。釋氧價值的評估有造林成本和替代價值2種方法，造林成本為353.93元/t，工業(yè)制氧為400元/t，本研究采用工業(yè)制氧的價格進行計算。估算公式如下：

P固碳=TCO2·MC

P釋氧=TO2·VO2

式中：P固碳為固定CO2價值;TCO2為固定CO2的總量;MC為對應年份的碳稅;P釋氧為釋氧價值;TO2為釋放氧氣的總量;VO2為工業(yè)制氧的單價。因此，固碳釋氧的總價值POC=P固碳+P釋氧。

2.5 凈化空氣價值

灌叢凈化空氣中污染物的功能主要體現(xiàn)在2個方面：一是灌叢植被通過呼吸作用和吸附作用，凈化空氣中的有毒物質，包括二氧化硫（SO2）、氯（Cl2）和氮氧化物等，本研究以凈化SO2功能為主;二是灌叢枝葉能有效防風固沙，起到滯塵作用[17]。采取替代價值法進行估算。平均1 hm2灌叢凈化SO2 4.5 t[4]，工業(yè)用氧化鈣除SO2需要0.875 g氧化鈣，1 g SO2;灌叢滯塵效益為409.76元/hm2[18]。評估公式如下：

P除硫=TSO2·PSO2·S

P滯塵=Z·S

式中：P除硫為凈化空氣中SO2的價值;TSO2為灌叢單位面積凈化SO2的量;PSO2為凈化SO2的單價;P滯塵為灌叢面積;Z為滯塵價值;A為滯塵效益，為面積。因此，凈化空氣的總價值為 PA=P除硫+P滯塵

2.6 總價值估算

灌叢尚有牲畜飼料、防風固沙等其他服務價值，但是容易產(chǎn)生重疊和交互效應[19]，因此本研究估算的灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值為以上5種生態(tài)服務功能價值的總和，即

P總=P有機質+P水+P保持水土+POC+PA。

式中：P總為灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務總價值。公式中的子項不設權重，均已包含在各服務功能計算的子類型中。

3 結果與分析

3.1 灌叢面積時空分布特征

我國灌叢植被主要分布在西南和西北部地區(qū)，向東南沿海呈下降趨勢。四川、內蒙古、新疆和西藏4?。▍^(qū)）灌叢面積最大，達466萬hm2以上，而天津、江蘇和山東灌叢面積最小，均在6.6萬hm2以下。比較2009、2015年各?。ㄊ?、區(qū)）灌叢面積數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各個?。ㄊ?、區(qū)）灌叢生態(tài)系統(tǒng)均有不同程度的退化，其中江蘇省灌叢退化最為嚴重，比例達2.6%，西藏自治區(qū)退化比例最小，為0.592%，但西藏自治區(qū)灌叢面積最大，為596萬hm2，退化面積也有12.8萬hm2，相當于江蘇省灌叢面積的6倍多。

3.2 灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值

根據(jù)表1、表2的計算結果可知，2009年灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值為48 479.18億元，2015上升至50 872.38億元，與2009年相比，2015年灌叢面積減少12.78萬hm2，但生態(tài)服務總價值增加2 393.20億元。自西北向東南灌叢面積和其服務價值均呈下降趨勢;而在不同年份，盡管各?。ㄊ?、區(qū)）灌叢面積都有退化，但在河北、陜西、湖北、江西、四川、重慶、河南和福建等?。ㄊ?、區(qū)）服務價值量都上升了1個等級，其余?。ㄊ?、區(qū)）的灌叢服務價值均略有上升。在2009、2015年2年中內蒙古、新疆、西藏和四川地區(qū)灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值較大，均在3 600億以上;而吉林、江蘇、山東、天津地區(qū)灌叢服務功能價值較小，均在200億元以下。

由表3可知，在5種生態(tài)服務功能中，涵養(yǎng)水源功能的生態(tài)價值最高，分別為34 080.25億、37 009.99億元（2009、2015年），占到總價值的70%以上;而保持水土的價值最小，不到總價值的2%。2009—2015年全國各?。ㄊ小^(qū)）灌叢面積普遍有不同程度退化，直接導致植被固碳量減少，提供有機質的價值大幅降低。但是灌叢涵養(yǎng)水源的價值增加了近 3 000億;其余服務價值略有波動，但相差不大。

4 討論與結論

本研究結合灌叢面積及碳密度等數(shù)據(jù)對我國灌叢生態(tài)系統(tǒng)的服務價值進行了評估。對生產(chǎn)有機質、涵養(yǎng)水源、保持水土、固碳釋氧和凈化空氣等不同價值利用不同計算公式評估，增加估算的可信度。2009—2015年6年時間內灌叢面積減少12.78萬hm2，2009年灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值為 48 479.18億元，2015上升至50 872.38億元，占當年GDP的7.4%，其中涵養(yǎng)水源功能的生態(tài)價值最高，分別為 34 080.25億、37 009.99億元。2010年謝高地等對我國生態(tài)系統(tǒng)服務價值進行整體評估，其價值量為38.10萬億元，草地（包括草原、草甸和灌草叢）價值為80 619.6億元[1]。與其計算結果相比較，本研究的評估結果有較高可信度。

在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)的灌叢植被差異較大，熱帶地區(qū)主要為常綠硬葉闊葉灌叢;亞熱帶和溫帶地區(qū)主要為落葉灌叢和高山落葉灌叢;在亞熱帶的高山地帶還分布有一些常綠革質葉灌叢[6]。不同的植被類型也導致了不同地區(qū)灌叢生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力有很大差異，即碳儲量不同，從熱帶、亞熱帶過渡到溫帶及高寒地區(qū)時，盡管灌叢面積明顯增大但是植被由闊葉灌叢變?yōu)槁淙~灌叢，單位面積碳儲量下降[20]。因此在本研究的估算中，不同?。ㄊ?、區(qū)）單位面積灌叢生態(tài)服務價值不同主要是由于碳密度不同，使得計算的碳儲量，N、P、K固定量，二氧化碳固定量和釋放氧氣量不同所導致。而不同植被類型涵養(yǎng)水源、凈化空氣的能力不同，本研究采取了統(tǒng)一指標計算，因此估算值和實際值之間存在一定差異。根據(jù)本研究計算結果可知，2009年1 萬hm2灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值分布范圍在10.5億～13.35億元之間，而2015年則在11.1億～22.35億元 之間。且在我國熱帶和亞熱帶地區(qū)，每1 萬hm2灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務價值普遍高于12億元，而西北部地區(qū)則多低于12億元，主要原因是在熱帶和亞熱帶地區(qū)灌叢植被的碳密度偏高。本研究在灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值估算過程中，灌叢生態(tài)系統(tǒng)還有很多不易量化的服務價值如美學價值、對霧霾等的凈化價值等并未計算在內，因此其真實價值應該高于本研究估算的價值，須要未來進一步深入研究。我國灌叢生態(tài)系統(tǒng)價值巨大，對我國整個陸地生態(tài)系統(tǒng)有著極為重要的意義，須要采取及時有效的保護措施，發(fā)揮灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能，保障我國的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]謝高地，張彩霞，張昌順，等. 中國生態(tài)系統(tǒng)服務的價值[J]. 資源科學，2015，37（9）：1740-1746.

[2]曾 杰，李江風，姚小薇. 武漢城市圈生態(tài)系統(tǒng)服務價值時空變化特征[J]. 應用生態(tài)學報，2014，25（3）：883-891.

[3]張立偉，傅伯杰. 生態(tài)系統(tǒng)服務制圖研究進展[J]. 生態(tài)學報，2014，34（2）：316-325.

[4]王偉民，祝令輝，任鴻昌. 中國西部地區(qū)灌叢生態(tài)系統(tǒng)服務功能效益評估[J]. 林業(yè)資源管理，2008（4）：124-127.

[5]王 兵，魏江生，胡 文. 中國灌木林-經(jīng)濟林-竹林的生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估[J]. 生態(tài)學報，2011，31（7）：1936-1945.

[6]謝宗強，唐志堯. 中國灌叢生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的研究[J]. 植物生態(tài)學報，2017，41（1）：1-4.

[7]畢曉政. 內蒙古西部灌木林資源資產(chǎn)價值核算研究[D]. 呼和浩特：內蒙古農(nóng)業(yè)大學，2007.

[8]趙海珍，李文華，馬愛進，等. 拉薩河谷山地灌叢草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值評價——以拉薩達孜縣為例[J]. 草業(yè)科學，2010，27（12）：27-31.

[9]周曉峰，張洪軍. 生態(tài)系統(tǒng)的服務功能[M]. 北京：科學出版社，2002.

[10]劉秀麗，鄒 璀. 全國及九大流域分類用水影子價格的計算與預測[J]. 水利水電科技進展，2014，34（4）：10-15.

[11]段飛舟，陳 玲. 草原植物種群營養(yǎng)元素生殖分配規(guī)律研究（Ⅱ）[J]. 內蒙古大學學報（自然科學版），2000，31（2）：193-197.

[12]陳 玲，阿里穆斯. 摹植物種九營養(yǎng)元素生殖分配規(guī)律研究（Ⅰ）[J]. 內蒙古大學學報（自然科學版），1997（4）：568-571.

[13]周曉峰，蔣敏元. 黑龍江省森林效益的計量、評價及補償[J]. 林業(yè)科學，1999，35（3）：97-102.

[14]張建國，楊建洲. 福建森林綜合效益計量與評價[J]. 生態(tài)經(jīng)濟，1994（6）：10-16.

[15]劉憲鋒，任志遠，林志慧. 青藏高原生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價值動態(tài)測評[J]. 地理研究，2013，32（4）：663-670.

[16]莫 丹，管東生，劉淑雯，等. 廣州城區(qū)生態(tài)安全島森林生物量、葉片滯塵和物種多樣性研究[J]. 環(huán)境科學學報，2011，31（3）：666-672.

[17]康曉虹. 我國征收碳稅的可行性研究——基于國外已有碳稅模式[J]. 經(jīng)濟論壇，2013（7）：107-109.

[18]馮朝陽，高吉喜，田美榮，等. 京西門頭溝區(qū)自然植被滯塵能力及效益研究[J]. 環(huán)境科學研究，2007，20（5）：155-159.

[19]霍建林，王曉云，漆建忠. 固沙灌叢及其飼用價值評價[J]. 水土保持通報，1994，14（7）：11-14，71.

[20]Zhang L，Yu X，Jiang M，et al. A consistent ecosystem services valuation method based on total economic value and equivalent value factors：a case study in the Sanjiang Plain，northeast China[J]. Ecological Complexity，2017，29：40-48.孟 和，郭月峰，張美麗，等. 小流域梯田土壤有機碳含量及其固碳潛力[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2019，47（4）：237-241.