生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價(jià)值評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)提供的用以維持和實(shí)現(xiàn)人類(lèi)生存與發(fā)展的環(huán)境條件和過(guò)程,是人類(lèi)從生態(tài)系統(tǒng)獲得的惠益,是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括?4?個(gè)維度:支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)。生態(tài)功能指生態(tài)系統(tǒng)各組分(如物質(zhì)庫(kù))的大小及其過(guò)程(如物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng))的速率,包括初級(jí)生產(chǎn)力、碳固持、水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、生物多樣性維持等,其核心內(nèi)涵是生態(tài)系統(tǒng)的支持服務(wù)和調(diào)節(jié)服務(wù)。生產(chǎn)功能是指生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供各種消費(fèi)產(chǎn)品和資源(供給服務(wù)),包括家畜產(chǎn)品、牧草產(chǎn)品、食用和藥用植物等。

為準(zhǔn)確評(píng)估我國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀和變化,中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀、速率、機(jī)制和潛力”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“碳專(zhuān)項(xiàng)”)設(shè)立了“中國(guó)草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳現(xiàn)狀、變化和機(jī)制”研究課題(2011—2015?年)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“草地課題”)。該課題在全國(guó)不同草地類(lèi)型共設(shè)置了?4?207?個(gè)調(diào)查樣地,采用統(tǒng)一的調(diào)查、取樣和測(cè)試方法,通過(guò)數(shù)據(jù)集成分析并結(jié)合遙感和模型手段,估算了我國(guó)草地初級(jí)生產(chǎn)力、植被和土壤的固碳現(xiàn)狀與潛力。本文中,全國(guó)草地的初級(jí)生產(chǎn)力、植被和土壤碳儲(chǔ)量及固碳速率采用了作者主持的碳專(zhuān)項(xiàng)草地課題的部分研究結(jié)果。同時(shí),參考其他相關(guān)研究的結(jié)果,估算了草地生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙和生物多樣性維持服務(wù)。

初級(jí)生產(chǎn)力。全國(guó)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(nèi)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(gè)省份地上和地下生物量分別占全國(guó)總地上、地下生物量的?68.13%?和?83.8%。基于植被生產(chǎn)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),估算出的我國(guó)草地植被凈初級(jí)生產(chǎn)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(lèi)型之間?NPP?的差異非常大。

碳固持。中國(guó)草地總碳儲(chǔ)量為?28.95?Pg?C,其中植被碳庫(kù)儲(chǔ)量為?1.82?Pg?C,土壤有機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量為?27.13?Pg?C。從空間分布來(lái)看,我國(guó)草地碳密度和碳儲(chǔ)量均呈現(xiàn)從西北向東南逐漸降低的趨勢(shì)(圖?2)。其中,內(nèi)蒙古、新疆、青海和西藏?4?個(gè)省份草地分布面積最廣,草地碳儲(chǔ)量最大,分別為?6.80、6.13、5.68?和?5.40?Pg?C,合計(jì)占我國(guó)草地總碳儲(chǔ)量的?60%。其次是四川、黑龍江、云南和甘肅,碳儲(chǔ)量分別為2.97、2.28、1.70?和?1.46?Pg?C,貢獻(xiàn)了全國(guó)草地碳儲(chǔ)量的?21%。其他?23?個(gè)省份由于草地分布面積較小或總碳密度相對(duì)較低等原因,草地碳儲(chǔ)量?jī)H占全國(guó)草地碳儲(chǔ)量的?19%。與森林不同,草地植被碳的絕大部分被儲(chǔ)存在地下根系中,根系碳儲(chǔ)量占草地植被碳儲(chǔ)量的?92%。土壤碳庫(kù)作為草地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量最主要的組成部分,其碳密度為植被碳密度的?19?倍。我國(guó)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(jié)果基本一致——基于?1981—2013?年遙感植被指數(shù)(NDVI)數(shù)據(jù)和?CASA?模型反演估算我國(guó)草地植被年固碳量為?1?160?Tg?C。從草地類(lèi)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(lèi)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(nèi)蒙古和新疆分別占全國(guó)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(jù),采用降水貯存量法估算的中國(guó)草地?1980—2000?年平均水源涵養(yǎng)量為?1.1617×10¹¹?m³?·?a^-1,其中我國(guó)北方草地為?3.747×10¹⁰?m³?·?a^-1。2000—2010?年中國(guó)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(wù)的空間異質(zhì)性較大,主要集中在青藏高原和內(nèi)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(nèi)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(fēng)固沙。防風(fēng)固沙是干旱與半干旱草地提供的重要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),其物質(zhì)量可以通過(guò)風(fēng)蝕模型,如修正的風(fēng)蝕方程模型(RWEQ)和土壤流失方程(RUSLE),進(jìn)行估算。相關(guān)研究對(duì)我國(guó)北方草地部分區(qū)域開(kāi)展了防風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)固沙量為?7.298×10⁶—4.120×10⁷?t?·?a^-1;江凌等對(duì)內(nèi)蒙古草地的防風(fēng)固沙量估算值為5.758×10⁹ t?·?a^-1。

生物多樣性維持。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國(guó)草地植物共計(jì)?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(guó)草原區(qū)繁衍的野生動(dòng)物達(dá)?2?000?多種,其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物?14?種、二級(jí)保護(hù)動(dòng)物?30?多種。豐富的生物多樣性資源構(gòu)成了我國(guó)野生動(dòng)植物資源基因庫(kù),特別是耐旱、耐寒、耐鹽和藥用植物最重要的基因庫(kù)。目前,受長(zhǎng)期過(guò)度放牧、開(kāi)墾、氣候變化、環(huán)境污染以及生物入侵等因素的影響,我國(guó)草地生物多樣性明顯降低,進(jìn)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(wù)價(jià)值評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估是制定區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)核算和生態(tài)補(bǔ)償決策,開(kāi)展生態(tài)功能區(qū)劃,保護(hù)和恢復(fù)自然生態(tài)系統(tǒng)的重要依據(jù)和基礎(chǔ)。自?1997?年?Costanza?等首次對(duì)全球主要生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型開(kāi)展服務(wù)價(jià)值評(píng)估以來(lái),國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值開(kāi)展了大量相關(guān)研究工作。我國(guó)全國(guó)草地生態(tài)價(jià)值核算可信度較高范圍為?0.87?萬(wàn)億—7.5?萬(wàn)億元人民幣。

依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)值進(jìn)行估算,我國(guó)平均單位面積草地生態(tài)服務(wù)價(jià)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(wù)價(jià)值為?5?764.5?億—13?452.0?億元人民幣。不同區(qū)域和草地類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相差懸殊。其中,沼澤類(lèi)草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)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(jià)值最低。從區(qū)域上看,內(nèi)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(wù)價(jià)值較高,而內(nèi)蒙古中西部和青藏高原西部地區(qū)單位面積服務(wù)價(jià)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(jù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型、生態(tài)環(huán)境敏感性、生態(tài)系統(tǒng)受脅迫過(guò)程與效應(yīng),以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過(guò)程和服務(wù)等特征的空間分異規(guī)律而進(jìn)行的地理空間分區(qū)。1976?年,美國(guó)生態(tài)學(xué)家?Bailey?首次從生態(tài)系統(tǒng)角度提出并編制美國(guó)生態(tài)區(qū)劃方案。此后,國(guó)內(nèi)外生態(tài)學(xué)家和國(guó)際組織對(duì)生態(tài)區(qū)劃原則、指標(biāo)體系、分區(qū)方法等進(jìn)行了細(xì)化和完善。我國(guó)生態(tài)區(qū)劃起步相對(duì)較晚,最具代表性的是傅伯杰等開(kāi)展的中國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃。2008?年,環(huán)境保護(hù)部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》,將全國(guó)劃分為?3?類(lèi)?31?個(gè)生態(tài)功能一級(jí)區(qū),9?類(lèi)?67?個(gè)生態(tài)功能二級(jí)區(qū),以及?208?個(gè)生態(tài)功能三級(jí)區(qū)。該區(qū)劃明確了保障國(guó)家生態(tài)安全的重要區(qū)域,為我國(guó)自然資源合理管理和可持續(xù)利用、經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)、健康發(fā)展提供了科學(xué)指導(dǎo)。2012?年,謝高地等在基于已有三級(jí)生態(tài)區(qū)劃方案,以中國(guó)縣域尺度為最小區(qū)劃單元,將中國(guó)分成?33?個(gè)水源涵養(yǎng)功能區(qū)、57?個(gè)水土保持功能區(qū)、19?個(gè)防風(fēng)固沙功能區(qū)、11?個(gè)沿海防護(hù)功能區(qū)、62?個(gè)產(chǎn)品提供功能區(qū)和?86?個(gè)生物多樣性保護(hù)功能區(qū)。賈慎修等在?20?世紀(jì)?80—90?年代開(kāi)展的全國(guó)首次草原普查的基礎(chǔ)上,結(jié)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(guó)首個(gè)草地資源區(qū)劃。該區(qū)劃將全國(guó)草地分為?7?個(gè)區(qū)、29?個(gè)亞區(qū)、74?個(gè)小區(qū)。然而,該區(qū)劃以自然區(qū)劃為主,未考慮人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和服務(wù)的影響。

當(dāng)前,面向生態(tài)文明、“美麗中國(guó)”建設(shè)和統(tǒng)籌山水林田湖草一體化保護(hù)和修復(fù)的國(guó)家重大戰(zhàn)略需求,亟待構(gòu)建我國(guó)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(wù)和生態(tài)承載力,科學(xué)指導(dǎo)和合理配置草地的生態(tài)功能和生產(chǎn)功能,進(jìn)而為制定區(qū)域國(guó)土空間規(guī)劃,科學(xué)布局北方草地重要生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程,統(tǒng)籌推進(jìn)生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工作提供重要的科技支撐。

我國(guó)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(jù)。主導(dǎo)性原則。以草地類(lèi)型區(qū)域分異為基礎(chǔ),氣候、地貌等因素差異服從主要草地類(lèi)型的分異,同時(shí)兼顧不同草地類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),且非主導(dǎo)功能服從主導(dǎo)功能。生態(tài)優(yōu)先和綠色發(fā)展相結(jié)合原則。堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、因地制宜的原則,兼顧草地生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、草地利用強(qiáng)度、畜牧業(yè)布局和發(fā)展方向及草地經(jīng)營(yíng)管理、培育技術(shù)、自然保護(hù)地和國(guó)家公園等,合理配置生態(tài)功能和生產(chǎn)功能。分級(jí)區(qū)劃原則。照顧行政區(qū)界,特別是縣域的完整性。

我國(guó)北方草地生態(tài)功能區(qū)劃方法。以草地類(lèi)型、中國(guó)草地資源區(qū)劃和生態(tài)服務(wù)功能區(qū)劃為基礎(chǔ),綜合考慮氣候濕潤(rùn)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(wù)(包括初級(jí)生產(chǎn)力、碳固持、水源涵養(yǎng)、防風(fēng)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(píng)價(jià),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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