生態(tài)系統(tǒng)服務及其價值評估

生態(tài)系統(tǒng)服務評估

生態(tài)系統(tǒng)服務是指生態(tài)系統(tǒng)提供的用以維持和實現(xiàn)人類生存與發(fā)展的環(huán)境條件和過程,是人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的惠益,是人類賴以生存和發(fā)展的基礎。生態(tài)系統(tǒng)服務包括?4?個維度:支持服務、供給服務、調節(jié)服務和文化服務。生態(tài)功能指生態(tài)系統(tǒng)各組分(如物質庫)的大小及其過程(如物質循環(huán)、能量流動)的速率,包括初級生產力、碳固持、水源涵養(yǎng)、防風固沙、生物多樣性維持等,其核心內涵是生態(tài)系統(tǒng)的支持服務和調節(jié)服務。生產功能是指生態(tài)系統(tǒng)為人類提供各種消費產品和資源(供給服務),包括家畜產品、牧草產品、食用和藥用植物等。

為準確評估我國草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量現(xiàn)狀和變化,中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機制和潛力”(以下簡稱“碳專項”)設立了“中國草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳現(xiàn)狀、變化和機制”研究課題(2011—2015?年)(以下簡稱“草地課題”)。該課題在全國不同草地類型共設置了?4?207?個調查樣地,采用統(tǒng)一的調查、取樣和測試方法,通過數(shù)據集成分析并結合遙感和模型手段,估算了我國草地初級生產力、植被和土壤的固碳現(xiàn)狀與潛力。本文中,全國草地的初級生產力、植被和土壤碳儲量及固碳速率采用了作者主持的碳專項草地課題的部分研究結果。同時,參考其他相關研究的結果,估算了草地生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、防風固沙和生物多樣性維持服務。

初級生產力。全國天然草地植被地上生物量為?5.43?億噸,地下生物量為?48.36?億噸,其中內蒙古、新疆、青海、西藏、四川、甘肅、黑龍江、吉林、遼寧、河北、山西和陜西?13?個省份地上和地下生物量分別占全國總地上、地下生物量的?68.13%?和?83.8%?；谥脖簧a力實測數(shù)據,估算出的我國草地植被凈初級生產力(NPP)為?1.474×10⁹?t?·?a^-1,平均為?4.99?t?·?hm^-2?·?a^-1,但不同草地類型之間?NPP?的差異非常大。

碳固持。中國草地總碳儲量為?28.95?Pg?C,其中植被碳庫儲量為?1.82?Pg?C,土壤有機碳庫儲量為?27.13?Pg?C。從空間分布來看,我國草地碳密度和碳儲量均呈現(xiàn)從西北向東南逐漸降低的趨勢(圖?2)。其中,內蒙古、新疆、青海和西藏?4?個省份草地分布面積最廣,草地碳儲量最大,分別為?6.80、6.13、5.68?和?5.40?Pg?C,合計占我國草地總碳儲量的?60%。其次是四川、黑龍江、云南和甘肅,碳儲量分別為2.97、2.28、1.70?和?1.46?Pg?C,貢獻了全國草地碳儲量的?21%。其他?23?個省份由于草地分布面積較小或總碳密度相對較低等原因,草地碳儲量僅占全國草地碳儲量的?19%。與森林不同,草地植被碳的絕大部分被儲存在地下根系中,根系碳儲量占草地植被碳儲量的?92%。土壤碳庫作為草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量最主要的組成部分,其碳密度為植被碳密度的?19?倍。我國草地植被平均固碳速率為?250?t?C?·?hm^-2?·?a^-1,年固碳量為?1?215?Tg?C。這與遙感模型反演結果基本一致——基于?1981—2013?年遙感植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據和?CASA?模型反演估算我國草地植被年固碳量為?1?160?Tg?C。從草地類型上,高寒草地植被年固碳量為?734?Tg?C,溫性草地為?182?Tg?C,暖性和熱性草叢/灌草叢為?56?Tg?C,隱域性草甸類草地等為?233?Tg?C。各省份中,草地面積大的省份其年凈固碳量也高,其中西藏、青海、四川、內蒙古和新疆分別占全國草地年固碳量的?34%、20%、12%、9%?和?9%。

水源涵養(yǎng)。基于土地覆被、降水、NDVI?等數(shù)據,采用降水貯存量法估算的中國草地?1980—2000?年平均水源涵養(yǎng)量為?1.1617×10¹¹?m³?·?a^-1,其中我國北方草地為?3.747×10¹⁰?m³?·?a^-1。2000—2010?年中國草地平均年水源涵養(yǎng)量為?1.1838×10¹¹?m³?·?a^-1,其中北方草地為?4.093×10¹⁰?m³?·?a^-1 。北方草地水源涵養(yǎng)服務的空間異質性較大,主要集中在青藏高原和內蒙古高原中東部區(qū)域,其中西藏草地?1990—2010?年平均水源涵養(yǎng)量為?2.749×10¹⁰?m³?·?a^-1 ;內蒙古錫林河流域草地(9?786?km²)水源涵養(yǎng)量為?4×10⁷?m³?·?a^-1。

防風固沙。防風固沙是干旱與半干旱草地提供的重要生態(tài)系統(tǒng)服務,其物質量可以通過風蝕模型,如修正的風蝕方程模型(RWEQ)和土壤流失方程(RUSLE),進行估算。相關研究對我國北方草地部分區(qū)域開展了防風固沙量的估算。例如,孫建等?利用修正的通用土壤流失方程估算?1984—2013?年青藏高原草地防風固沙量為?2.72×10⁷?t?·?a^-1;孫文義等估算黃土高原草地?1990—2010?年防風固沙量為?7.7×10⁹?t?·?a^-1;王洋洋等利用?RWEQ?模型估算的寧夏草地?2000—2015?年防風固沙量為?7.298×10⁶—4.120×10⁷?t?·?a^-1;江凌等對內蒙古草地的防風固沙量估算值為5.758×10⁹ t?·?a^-1。

生物多樣性維持。據不完全統(tǒng)計,全國草地植物共計?254?科、4?000?多屬、9?700?多種。其中,有毒植物?52?科、138?屬、316?種。另外,我國草原區(qū)繁衍的野生動物達?2?000?多種,其中國家一級保護動物?14?種、二級保護動物?30?多種。豐富的生物多樣性資源構成了我國野生動植物資源基因庫,特別是耐旱、耐寒、耐鹽和藥用植物最重要的基因庫。目前,受長期過度放牧、開墾、氣候變化、環(huán)境污染以及生物入侵等因素的影響,我國草地生物多樣性明顯降低,進而引起草地生態(tài)功能下降和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的降低。

生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估

生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估是制定區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)經濟核算和生態(tài)補償決策,開展生態(tài)功能區(qū)劃,保護和恢復自然生態(tài)系統(tǒng)的重要依據和基礎。自?1997?年?Costanza?等首次對全球主要生態(tài)系統(tǒng)類型開展服務價值評估以來,國內外研究學者對草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值開展了大量相關研究工作。我國全國草地生態(tài)價值核算可信度較高范圍為?0.87?萬億—7.5?萬億元人民幣。

依據相關文獻值進行估算,我國平均單位面積草地生態(tài)服務價值為?1?920.5—4?475.8?元/hm^-2。按北方草地面積約?3×10⁸?hm²?換算,北方草地生態(tài)服務價值為?5?764.5?億—13?452.0?億元人民幣。不同區(qū)域和草地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務價值相差懸殊。其中,沼澤類草地生態(tài)系統(tǒng)服務價值最高,其次為暖性灌草叢、暖性草叢、低地草甸、溫性草甸草原、溫性草原、高寒草甸、高寒草原等,而高寒荒漠價值最低。從區(qū)域上看,內蒙古東部的呼倫貝爾、科爾沁和錫林郭勒草原,新疆西北部及青藏高原東部、東北部等地區(qū)的單位面積服務價值較高,而內蒙古中西部和青藏高原西部地區(qū)單位面積服務價值較低。

生態(tài)功能區(qū)劃原則與方法

生態(tài)功能區(qū)劃是根據區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類型、生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)系統(tǒng)受脅迫過程與效應,以及生態(tài)系統(tǒng)結構、過程和服務等特征的空間分異規(guī)律而進行的地理空間分區(qū)。1976?年,美國生態(tài)學家?Bailey?首次從生態(tài)系統(tǒng)角度提出并編制美國生態(tài)區(qū)劃方案。此后,國內外生態(tài)學家和國際組織對生態(tài)區(qū)劃原則、指標體系、分區(qū)方法等進行了細化和完善。我國生態(tài)區(qū)劃起步相對較晚,最具代表性的是傅伯杰等開展的中國生態(tài)功能區(qū)劃。2008?年,環(huán)境保護部和中國科學院聯(lián)合發(fā)布《全國生態(tài)功能區(qū)劃》,將全國劃分為?3?類?31?個生態(tài)功能一級區(qū),9?類?67?個生態(tài)功能二級區(qū),以及?208?個生態(tài)功能三級區(qū)。該區(qū)劃明確了保障國家生態(tài)安全的重要區(qū)域,為我國自然資源合理管理和可持續(xù)利用、經濟社會與生態(tài)保護協(xié)調、健康發(fā)展提供了科學指導。2012?年,謝高地等在基于已有三級生態(tài)區(qū)劃方案,以中國縣域尺度為最小區(qū)劃單元,將中國分成?33?個水源涵養(yǎng)功能區(qū)、57?個水土保持功能區(qū)、19?個防風固沙功能區(qū)、11?個沿海防護功能區(qū)、62?個產品提供功能區(qū)和?86?個生物多樣性保護功能區(qū)。賈慎修等在?20?世紀?80—90?年代開展的全國首次草原普查的基礎上,結合地貌、土壤、植被等生態(tài)因素,以草地資源空間分異規(guī)律為原則,提出了我國首個草地資源區(qū)劃。該區(qū)劃將全國草地分為?7?個區(qū)、29?個亞區(qū)、74?個小區(qū)。然而,該區(qū)劃以自然區(qū)劃為主,未考慮人類活動和氣候變化對草地生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和服務的影響。

當前,面向生態(tài)文明、“美麗中國”建設和統(tǒng)籌山水林田湖草一體化保護和修復的國家重大戰(zhàn)略需求,亟待構建我國草地特別是北方草地的主體功能區(qū)劃;綜合考慮草地生態(tài)服務和生態(tài)承載力,科學指導和合理配置草地的生態(tài)功能和生產功能,進而為制定區(qū)域國土空間規(guī)劃,科學布局北方草地重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復重大工程,統(tǒng)籌推進生態(tài)保護和修復工作提供重要的科技支撐。

我國北方草地生態(tài)功能區(qū)劃原則。生態(tài)要素區(qū)域分異原則。以氣候、地形、土壤、植被等自然要素的地域分異規(guī)律為依據。主導性原則。以草地類型區(qū)域分異為基礎,氣候、地貌等因素差異服從主要草地類型的分異,同時兼顧不同草地類型的生態(tài)系統(tǒng)服務,且非主導功能服從主導功能。生態(tài)優(yōu)先和綠色發(fā)展相結合原則。堅持生態(tài)優(yōu)先、因地制宜的原則,兼顧草地生產和社會經濟條件、草地利用強度、畜牧業(yè)布局和發(fā)展方向及草地經營管理、培育技術、自然保護地和國家公園等,合理配置生態(tài)功能和生產功能。分級區(qū)劃原則。照顧行政區(qū)界,特別是縣域的完整性。

我國北方草地生態(tài)功能區(qū)劃方法。以草地類型、中國草地資源區(qū)劃和生態(tài)服務功能區(qū)劃為基礎,綜合考慮氣候濕潤度、地形、土壤、植被覆蓋度等重要生態(tài)參數(shù),生態(tài)系統(tǒng)服務(包括初級生產力、碳固持、水源涵養(yǎng)、防風固沙、生物多樣性維持等),以及土地沙化、鹽漬化等生態(tài)敏感性評價,兼顧縣界完整性確定分區(qū)方案和各分區(qū)之間的界線(圖?3)。

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