内蒙古阴山北麓风蚀沙化区农业生态系统服务功能价值评估

内蒙古阴山北麓风蚀沙化区农业生态系统服务功能价值评估

1农业生态系统服务功能的弱化生态系统服务功能的研究和评价是近年来生态领域的研究热点。对自然生态系统服务功能的概念和经济价值进行了系统的研究和揭示。然而，关于与人类栖息地相关的农业生态系统服务功能的价值评估很少有研究。农业发展已经有几千年的历史,农业生产覆盖全球25%～30%的土地面积,为人类的生存与发展提供了坚实的物质基础和食物保障。长期以来,由于人类对生态系统服务功能认识的局限性,农业生产一直是以耗散环境的服务价值来获得产品服务功能最大输出的非持续型方式发展,这种发展方式导致了农业生态系统的一系列环境危机,使其系统服务功能不断地弱化甚至丧失。如何对农业生态系统服务功能进行全面的评价,如何恢复与提高农业生态系统服务功能,如何保育与维持农业生态系统服务功能的持续发展,是农业生态系统特别是脆弱地区农业生态系统实现可持续发展关键所在。2研究区域和方法2.1气候、气象条件研究区位于阴山山地向蒙古高原的过渡地带,是典型的农牧交错区。地跨东经107°12′～117°30′,北纬40°31′～43°28′,包括四子王旗、察右中旗、察右后旗、商都县、化德县5个旗县,总面积41730km2。本区属典型温带半干旱大陆性季风气候,干旱少雨、风大沙多,年均气温1.5～3.7℃,年降雨量200～400mm,主要集中在7～9月,年均风速4～6m·s-1,全年8级以上大风日数20～80天,沙尘暴日数5～10天,植被主要是干草原植被类型。森林覆盖率仅为4%。研究区处于伏沙带,土壤可分为砂质栗钙土和棕钙土,土质粗疏,风蚀沙化严重,区内沿北方农牧交错带已形成一条长300km,宽50km的严重风蚀沙化带,带内60%的耕地沙化、46%草场退化,农业系统生产力十分低下。2.2评估方法2.2.1农业净产值vp广义的大农业生态系统,包括农林牧子系统,产品包括农产品、林产品和畜产品。根据欧阳志云等研究,可利用农业净产值(总产值-中间消耗)来表示不同生态系统在一定时期内给人类提供的农业产品的服务价值。计算公式如下:Vp=Vn=Vg-Vc式中,Vp为农业生态系统的产品服务价值;Vn为农业净产值(元·a-1);Vg为农业总产值(元·a-1);Vc为农业生产的中间消耗(元·a-1)。2.2.2涵养水源价值采用差值法来计算各种植被下系统的水源涵养价值,即有植被的土壤持水量减去裸地土壤持水量,采用替代工程法计算得出各种植被条件下的涵养水源价值。公式如下:Vw=(Wi-W0)·Pw·Si式中,Vw为生态系统涵养水源的价值(元·a-1);Wi为某种植被条件下土壤的水分含量;W0为裸地土壤水分含量;Pw为水价(元)(水价可用影子工程价格代替,即以全国水库建设投资测算的每建设1m3库容需投入成本费为0.67元);Si为植被分布面积。2.2.3土壤保持价值阴山北麓地区土壤流失以风蚀为主,水蚀微弱,风蚀量是水蚀量的10倍,为简化计算本文在计算水土保持价值时只采用风蚀数据。各子系统的土壤保持量以潜在土壤保持量和现实土壤保持量的差值来表示,潜在土壤侵蚀量以裸地风蚀量为准。再运用市场价值法、机会成本法和影子工程法计算因土壤风蚀而导致的营养物质流失,土地废弃所造成的损失,即土壤保持价值。计算公式如下:Vs=Ef+EsEf=∑Ac·Ci·Pi(i=有机质、N、P、K)Es=Ac·B/(0.6×15×666.7×ρ)式中,Vs为总的土壤保持价值;Ef为土壤肥力保持价值;Ac为土壤保持量(×103kg·a-1);Ci为土壤中的有机质、氮、磷、钾的纯含量;Pi为有机质、氮、磷、钾的价格(有机质以0.0513元·kg-1;中国平均化肥价格为2.549元·kg-1);Es为减少废弃地价值;Ac为土壤保持量(×103kg·a-1);B为林业年均收益(元·hm-2)1501.4;ρ为土壤容重(1.5×103～1.7×103?kg·m-3);0.6为土层平均厚度(m)2.2.4农业生态系统释放氧释放的计算利用各类植被的净初级生产力数据,计算得到各植被类型的净初级生产量,根据光合作用方程式,生态系统每生产1.00g植物干物质能固定1.63gCO2而推算出各生态系统固定CO2的量,再换算成纯碳量。然后采用造林成本法(中国造林成本260.90元·1000kg-1C,1990年不变价)和碳税法(瑞典碳税率150·t-1C)估算各生态系统固定CO2的价值。另据光合作用方程式知生态系统每生产1.00g植物干物质能释放1.20gO2,从而推算出阴山北麓地区农业生态系统释放氧气的量。再使用造林成本法(中国造林成本0.35293元·kg-1O2)和制氧工业成本(0.40元·kg-1)法估算出各类生态系统释放O2的价值。2.2.5总养分循环效率采用土壤库养分持留法,根据各种植被类型分布面积及土壤容重,计算土壤总量,再根据土壤表层含有的有机质、氮、磷、钾的平均值,得到总的养分含量,以有机质平均价格0.513元·kg-1,中国化肥的平均价格2.549元·kg-1(1990年不变价)计算出土壤在养分循环中的价值。3结果与分析3.1农业生态系统的产品服务价值根据乌盟地区2000年统计年鉴,阴山北麓5旗县农业(农、林、牧)的总产值为221807.2万元(见表1),减去中间消耗191933.1万元,得到农业净产值29874.1万元,即为农业生态系统的产品服务价值。该地区长期以来一直是“畜牧最宜”,但由于人口压力的增大,致使大面积的草地被开垦为农田,从农业生态系统内部农、林、牧子系统服务价值的比例(1.4∶0.1∶1.0)来看,服务价值主要以农牧为主,反映出该地区作为农牧交错地带的本质。3.2经济效益分析根据乌盟2000年统计年鉴及妥德宝和郑大玮等研究结果,可以计算出阴山北麓5旗县农业生态系统每年土壤保持总量为1.122×1011kg(见表2),如果利用机会成本法和市场价值法将其转化为经济价值,则每年农业生态系统土壤保持的总价值高达4570284.23万元,其中因防止土壤侵蚀而减少废弃地的价值为17587.05万元,减少肥力损失的价值为4552697.18万元。从土壤保持总量来看,由于研究区内草地面积分布最大,所以其土壤保持量最高,但从单位土壤保持量来比,则以灌木最好,草地、林地次之,农田最低,这是因为冬春无作物季节,农田地表覆盖少,而此时又是阴山北麓地区风力强劲的季节,极易形成农田土壤的风蚀沙化。3.3水资源在农业生态系统服务功能中的应用良好的植被可以涵养较多的水分,阴山北麓5旗县属典型的半干旱地区,年均降雨量仅为200～400mm,干燥指数为4～7,水分的缺乏是农业生态系统服务功能的主要限制因子,如何高效利用有限的水资源是提高农业生态系统服务功能的重要途径。根据郑大玮等测定的各种植被条件下土壤水分可以计算出,阴山北麓5旗县农业生态系统涵养水源的服务价值为42802.56万元·年-1(见表3),其中草地总的涵养水源价值最高,但从单位面积涵养水源价值来计算则以灌木最高,草地最低,从气候条件来看,本地区适宜灌草生长,但草地由于退化严重,地表覆盖度下降,涵养水源能力严重下降,林地虽有分布,但由于受立地条件的限制,大面积种植成活率低,即使成活也都成为“小老头”树,涵养水源的价值不高,因此,从涵养水源的角度来讲,本区重点应该是加强灌草建设,提高系统涵养水分能力。3.4阴山农业生态系统总碳量的计算生态系统通过吸收CO2和释放氧气可以维持大气中的C/N平衡,对于由人类“工业文明”所导致的“温室效应”和臭氧层的破坏有积极的缓冲与改善作用。根据有关文献研究可以计算出阴山北麓5旗县农业生态系统总的净初级生产量为7.2439×109kg·a-1,利用造林成本法计算农业生态系统固定CO2的价值为8.40×109kg·a-1(表4),利用碳税法计算固定CO2的价值为4.83×108元·a-1,二者平均为6.616×108元·a-1。阴山北麓农业生态系统每年释放的O2的量为8.69×109kg,利用造林成本法计算释放氧气的价值为306793.03万元·年-1,利用工业制氧法计算氧气的价值为3.477×109kg·a-1,平均价值为327251.41万元。3.5阴山北农业生态系统养分循环与贮存价值的测算物质是能量的载体,物质循环和能量流动是生态系统中两个最基本的过程,正是这两个过程把生物和非生物环境的连接成一个统一的整体,从而维持了整个系统过程的运行。依据乌兰察布盟土壤有机质,氮、磷、钾含量可以计算得出,阴山北麓农业生态系统每年维持营养物质(有机质、氮、磷、钾)循环与贮存价值的总量为41910673.91万元(见表5),单位面积的价值量为19.33元·hm-2。从总量来看,不同植被条件下,系统营养物质循环与贮存的价值为草地>农田>灌木>林地,但从单位面积价值量来看,则为林地>灌木>草地>农田。这一方面表明了草地和农田是该地区主要的土地利用方式,另一方面也体现了由于草地退化,农田沙化,系统的生态系统服务功能已经严重弱化。加强草地的恢复与建设,加大农田的投入与保护已成为阴山北麓地区农业生态系统建设的当务之急。3.6环境服务功能弱化从表6可见,在农业生态系统中,系统的环境服务价值远远大于其产品服务价值,这些环境服务功能对农业生态的维系与运转有着重要的作用,也正是这些为人类所忽视的环境服务功能奠定了生态脆弱区不稳定的农业生产基础。从各部分服务价值所占的比例来看,农业生态系统产品及产品服务价值只占极低的一部分(0.06%),这说明当地农业生产水平还处于落后的状态。在环境服务价值中,与当地农业生产和环境健康关系最密切的是水土保持价值和涵养水源价值,但由于当地农业生产的经营不善,这些服务功能在不断弱化。近几年的干旱灾害与频频发生的沙尘暴,正是这些功能不断弱化的印证。加强生态植被建设是这一地区维持与保育生态系统服务的功能的基本保证。4阴山农业生态系统服务功能价值的评估4.1阴山北麓地区农业生态系统总的服务价值为46545381.0万元,其中产品服务价值为29874.1万元(占0.06%),水土保持价值为4570284.2万元(占9.7%),涵养水源价值为42802.6万元(占0.09%),气候调节价值为393411.8万元(占0.84%),营养物质循环价值为41910673.9万元(占89.27%)。4.2通过对阴山北麓地区