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都江堰市陆地生态系统服务功能及其生态经济价值研究初报

2023-09-04 来源:易榕旅网
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广东农业科学2008年第8期

都江堰市陆地生态系统服务功能及其

生态经济价值研究初报

肖况1,吴光2

(1.都江堰市环境保护局,四川都江堰611830;2.西南交通大学环境科学与工程学院,四川成都610031)

摘要:根据陆地生态系统的特征和服务功能的内涵,采用物质量和价值量相结合的评价方法,以市场价值法、影子工程法、机会成本法等手段定量评估了都江堰市陆地生态系统服务功能的经济价值。评估结果表明:都江堰市陆地生态系统服务功能总价值为173831.6万元,其中物质生产价值为7130万元、涵养水源价值为29252.3万元、保土保肥价值为23固碳释氧价值为60952.2万元、净化环境价值为53098.4万元。398.7万元、

关键词:陆地生态系统;服务功能;经济价值;都江堰市中图分类号:X826

文献标识码:A

文章编号:1004-874X(2008)08-0126-05

Apilotstudyofservicefunctionofterrestrialecosystemand

itseco-economicvalue-exemplifiedbyDujiangyancity

XIAOKuang1,WUGuang2

(1.EnvironmentProtectAdministrationofDujiangyan,Dujiangyan611830,China;2.CollegeofEnvironmental

SciencesandEngineering,SouthWestJiaoTongUniverity,Chengdu610031,China)

Abstract:Accordingtothecharacteristicofterrestrialecosystemandtheconnotationofitsservicefunction,thisarticleappliedanevaluationmethodcombinedwithsubstancequantityandvaluequantitybyusingthemarketvaluemethod,shadowengineeringtechniqueandtheopportunitycostanalysistoquantificationallyevaluatetheeconomicvalueoftheservicefunctionoftheterrestrialecosysteminDujiangyancity.ItshowedthattheeconomicvalueoftheservicefunctionoftheterrestrialecosysteminDujiangyancitywasRMB1738316000,includingtheproductivevalueofRMB71300000,conservationwatersourcevalueofRMB292523000,soilandfertilizationconservationRMB233987000,carbonfixationoxygenmakingRMB609522000,environmentaldepurationvalueofRMB530984000.

Keywords:servicefunctionofterrestrialecosystem;servicefunction;economicvalue;Dujiangyancity

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅给人类提供生存所必需的食物以及医药和其他工农业生产的原料,而且还维持了地球的生命支持系统、生命物质的生物地化循环和水文循环、生物物种与遗传多样性、大气化学的平衡与稳定以及净化环境[1]。然而,生态系统效益却没有完全纳入商业市场,或没有适当的可与经济效益和生产资本相比较的价格(费用)的数量表示,因此其重要性常被忽略。本研究采用市场价值法、影子工程法、机会成本法等多种手段,根据都江堰市的生态系统特征,对该地区陆地生态系统(森林

收稿日期:2008-04-21

作者简介:肖况(1983-),助理工程师

通讯作者:吴光(1958-),男,博士,教授,E-mail:gwu@home.

生态系统、草地生态系统和耕地生态系统)的涵养水源、水土保持、净化环境、固碳制氧等主要生态系统服务功能进行估算,以期为今后更好地进行生态环境评价提供参考。

1研究区概况

都江堰市地处四川盆地西北部龙门山构造带的中南段(E103°,N30°),25′42″ ̄103°47′00″44′54″ ̄31°22′09″跨成都平原与龙门山地区两个不同的自然地理区域,属华夏构造体系,大地构造分别属于扬子准地台和青藏地糟区。都江堰市属四川盆地中亚热带湿润季风气候区,年平均无霜期为268.8d,年平均气温为15.2℃;年平均降雨量为1225.4mm,降雨量随地势增高而逐渐增加,幅度在1100~1800mm之间;年平均日照时数为1024.2h,属全国日照低值区。

swjtu.edu.cn

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境内的都江堰-青城山是国家级风景名胜区,2000年11月被列入世界文化遗产名录;占地2667hm2的龙池国家级森林公园,拥有数10种国家珍稀濒危树种和10多种国家重点保护珍稀动物,被誉为“野生珍稀动植物基因库”。整个研究区占地面积约12.075万草地面积4909hm2、hm2,其中林地面积69755hm2、

耕地面积19454hm2。该区属于亚热带湿润常绿阔叶马尾松等,灌木有野蔷薇、林区,主要乔木树种有杉木、

百合等,由于未受到第四纪冰川的直接影响,保存了连香树、水青树、珙桐、雪莲等46种珍稀濒危植物,保存有完好的森林植被垂直系统和生态系统。

地、耕地等生态系统涵养水源量,Q森、Q草、Q耕分别按如下公式计算:

Q森=0.45×S×R

式中,0.45为径流系数;R为平均降雨量(mm);S为森林生态系统面积(hm2)。

(T-E)Q草=S×

式中,T为草地地区降雨量(mm);E为草地地区蒸发量(mm);S为草地生态系统面积(hm2)。

h×SQ耕=p×

1000式中,Q耕为耕地生态系统涵养水源总量(t);p为水的密度(kg/m3);h为2m土层平均持水量(mm);S为耕地生态系统面积(hm2)。

[10]

根据《土壤学》中介绍可知,都江堰市多年平均

2.1

生态系统服务功能价值估算

物质生产功能价值

物质产品是生态系统提供的最直接的服务功能。

降水量为1225.4mm,蒸发量为336mm,径流系数为0.45,2m土层平均持水量为452mm。由公式计算可得都江堰市森林涵养水源量为3.8465亿m3,草地涵养水源量为0.4316亿m3,耕地涵养水源量为0.08793亿m3。以水库蓄水成本0.67元/m3作为单位蓄水费用计算,森林、草地、耕地涵养水源价值分别为25771.5万、2891.7万、589.1万元。

由于物质产品具有明确的市场价格,可以进行市场交换,因此生态系统提供的物质生产功能价值[2]按如下公式计算:

Vi物=!Mi-Ni

式中,Vi物为i类生态系统物质产品价值(万元);Mi为

i类生态系统产品总价值(万元);Ni为i类生态系统产

品生产的中间消耗(万元);i为生态系统类型(本研究选取的生态系统类型分别为森林、草地和耕地生态系统)。

牧业和农业的产品总价值2006年都江堰市林业、

(Mi)分别为4336万、50947万和65244万元,中间消耗(Ni)分别为4218万、47780万和61399万元,计算得出都江堰市2006年森林、草地和耕地生态系统的物质生产功能价值分别为118万、3167万和3845万元。

2.3保土保肥价值

本研究的保土保肥价值采用土壤有机质持留法对

农田生态系统保持的有机质物质量进行量化,而后运用机会成本法将各生态系统土壤有机质持留量价值化,从而评价各生态系统固持土壤价值、减少泥沙滞留和淤积价值和保持土壤肥力的价值[4]。

2.3.1固持土壤价值都江堰市生态系统的固持土壤

价值按如下公式计算:

Vi1=!

Ai×Bi

(hi×1000×p)2.2涵养水源价值

涵养水源是生态系统的一个重要功能。本研究应

式中,Vi1为i类生态系统固持土壤效益(元);Ai为i类生态系统土壤年保持量(t);Bi为i类生态系统年均收益(元/hm2);hi为i类生态系统土壤表土平均厚度(m);ρ为土壤容重(t/m3)。其中Ai按如下公式计算:

(Ei-Di)Ai=!Si×

用年径流量法、水量平衡法等方法测算出森林、草地和耕地涵养水源能力,再运用影子工程法评价生态系统对涵养水源的间接经济价值[3]。生态系统的涵养水源价值按如下公式计算:

Vi水=!Qi×P

式中,Si为i类生态系统面积(hm2);Ei为i类生态系统的潜在侵蚀模数(t/hm2);Di为i类生态系统的实际侵蚀模数(t/hm2)。

根据相关研究[11],森林、草地和耕地生态系统的潜在侵蚀模数分别为200、123、63t/hm2,土壤表土平均厚度分别为0.6、0.3、0.6m,土壤容重分别为1.3、1.1、

式中,Vi水为i类生态系统的涵养水源价值(元);P为单位蓄水费用(元/m3);Qi为i类生态系统涵养水源量(m3)。

本研究的生态系统涵养水源量(Qi)包括森林、草

1281.3t/m3。

从都江堰市林业局获悉,2006年都江堰市的森林、草地和耕地的实际侵蚀模数分别为3.5、49.12、26通过计算得出该市森林、草地和耕地生态系统的t/hm2。

土壤年保持量(Ai)分别为1370.686万t、36.170万t和71.980万t;固持土壤价值(Vi1)分别为14223.1万、762.3万和183.5万元。

Vi4=!!NPPi×Si×1.63×Gi1

Vi5=!!NPPi×Si×1.19×Gi2

式中,Vi4为i类生态系统的固碳效益(元);NPPi为i类生态系统的净初级生产力(t/hm2,以干物量计算);Gi1为i类生态系统的造林成本(元/t,以产碳量计算);Si为i类生态系统面积(hm2);1.63g为生产1g干物质固定

2.3.2减少泥沙滞留和淤积价值都江堰市生态系统

的减少泥沙滞留和淤积价值按如下公式计算:

CO2量。Vi5为i类生态系统的制氧效益(元);1.19g为

生产1g干物质释放的O2量;Gi2为i类生态系统的工业制氧成本(元/t)。

其中,森林生态系统的初级净生产力(NPP森)按如下公式计算[6]:

(r2+Rn2+r×r×Rn×Rn)×NPP森=RDI×Exp

p(-\"9.87+6.25×RDI)

式中,RDI为辐射干燥度;Rn为年净辐射(mm);R为年降水量(mm)

耕地生态系统的初级净生产力(NPP耕)按如下公式计算[7]

24%×0.67Vi2=!Ai×

pi

式中,Vi2为i类生态系统减少泥沙淤积的效益(元);Ai为i类生态系统土壤年保持量(t);ρ为土壤容重;0.67为单位蓄水库容成本(元/m3);24%为流失泥沙淤积于水库、江河、湖泊的比例。

由公式计算得出都江堰市森林、草地、耕地生态系统的减少泥沙滞留和淤积价值(Vi2)分别为169.5万、

5.3万和8.9万元。2.3.3

保肥能力价值

都江堰市生态系统的保肥能力

价值按如下公式计算:

Vi3=!!Ai×Kij×Pij

NPP耕=!Bv(1-Rv)/f

式中,Vi3为i类生态系统保土效益(元);Ai为i类生态系统土壤年保持量(t);j为N、P、K指标;Kij为i类生态系统土壤中N、P、K含量(%);Pij为N、P、K的价格(元/t)。

按照地表土层N、P、K含量分别为0.150%、过磷酸0.102%、0.336%,碳酸氢铵的价格为555元/t、钙的价格为1100元/t、硫酸钾的价格为1000元/t[4]计算,得出该市的森林、草地、耕地生态系统的保肥能力价值(Vi3)分别为7284.5万、192.2万、382.5万元。

式中,Bv为v类作物的经济产量(t);Rv为v类作物的含水量(%);f为v类作物的收获指数;v为水稻、小麦、油菜籽、玉米和叶菜。

根据相关研究,森林、耕地生态系统的初级生产力分别为12.7t/hm2和7.4t/hm2,造林成本为260.9元/t,工业制氧成本为400元/t[4]。因此,通过计算可得都江堰市森林和耕地生态系统的固碳(Vi4)价值分别为

3767.9万元和2026.1万元;森林和耕地生态系统的

制氧(Vi5)价值分别为42168.3万元和294.5万元,因

此森林和耕地生态系统的固碳制氧价值为45936.2万元和2320.6万元。

2.3.4保土保肥总价值都江堰市的森林、耕地、草地

生态系统的保土保肥总价值包括固持土壤价值、减少泥沙滞留和淤积价值及保肥能力价值,研究结果表明该市森林、草地、耕地生态系统的保土保肥总价值分别为21677.1万、1146.7万和574.9万元。

2.4.2草地生态系统的固碳释氧效益草地生态系统

需要吸取大量的碳作为土壤有机质并贮存于土壤中。因此,草地生态系统的固碳释氧效益评估包括土壤碳积累、吸收CO2、释放O2等3个方面的价值评估[5]。其

2.42.4.1

固碳释氧效益价值

森林和耕地生态系统的固碳释氧效益价值

中,土壤碳积累、吸收CO2、释放O2等价值评估按如下公式计算

林和耕地生态系统在对固定CO2与释放O2的作用评估时,以中国陆地生态系统有机物质生产为基础,根据光和作用和呼吸作用的反应方程式推算每形成1g干物质,需要1.63gCO2,释放1.19gO2[5]。森林和耕地生态系统固碳释氧效益价值按如下公式计算:

V1=X1×S×P

式中,V1为土壤碳积累的价值;X1为草地单位面积土壤平均含碳密度(t/hm2);S为草地生态系统面积(hm2);P为碳汇价格(元/t)。

129

V2=X2×S×P

式中,V2为草地吸收CO2的价值;X2为草地单位面积吸收CO2量(t/hm2);S为草地生态系统面积(hm2);P为碳汇价格(元/t)。

2.5.2耕地生态系统消纳废弃物功能价值耕地生态

系统相对于森林、耕地生态系统还具有消纳废弃物功能。目前农田消纳的主要废弃物是畜禽的粪便。为了使计算更具有可比性,本研究将各种畜禽粪便统一换算成猪粪当量,用其表示农田的最大畜禽粪便消纳量。根据目前都江堰市农田生态系统的作物经济产量水平和需氮系数确定各种作物所需氮量(主要养分指标),再根据畜禽粪便的氮养分含量(假定作物所需氮养分完全由畜禽粪便所提供),估算目前生产条件下各类作物田所能消纳的最大畜禽粪便量。本研究假定土壤氮养分保持平衡,且绝大多数为非豆科作物,固氮能力有限,因而可以忽略土壤的供氮量。以有机肥价格作为农田处理废弃物的替代价格,按如下公式估算农田消纳畜禽粪便功能价值[9]:

V3=X3×S×P

式中,V3为释放O2的价值;X3为草地单位面积释放O2量(t/hm2);S为草地生态系统面积(hm2);P为工业制氧价格(元/t)。

根据谢高地等[12]的研究,草地土壤平均含碳密度为14.83kg/m2、单位面积吸收CO2量为2.04t/hm2、单位面积释放O2量为1.5t/hm2、碳汇价格为249元/t、工业制氧成本为400元/t,由公式计算得出草地生态系统土壤碳积累、吸收CO2、释放O2的价值分别为5

842.9万、6852.5万和52.5万元,草地生态系统固碳

制氧价值为12747.9万元。

2.52.5.1

净化环境功能价值净化大气的价值

森林、草地、耕地等生态系统

Sj×PVi8=!Xj×

Bj

式中,Vi8为农田消纳废弃物的效益(元);Xj为j类经济作物单位面积需氮量(t/hm2);Sj为j类经济作物种植面积(hm2);B为单位数量粪便含氮量(%);P为有机肥价格(元/t);j为经济作物类型(包括水稻、小麦、玉米、叶菜和油菜籽等)。

小麦、玉米、油菜有关研究表明,都江堰市水稻、

籽、蔬菜的施氮量分别为0.20、0.24、0.22、0.24、0.23小麦、玉米、油菜籽、蔬菜种植面积分别为t/m2;水稻、

通过吸收、吸附和阻滞等形式使人类远离污染物的侵害,对环境产生巨大的净化作用。净化大气的功能主要体现在对SO2和粉尘的吸收。其中,对SO2的吸收能力按如下公式计算:

Vi6=!qi×Si×W1

式中,Vi6为i类生态系统净化SO2效益(元);qi为i类生态系统单位面积吸纳SO2量(kg/hm2);Si为i类生态系统面积(hm2);W1为单位治理SO2排放的费用(元/kg)

在净化大气方面,对粉尘的吸收功能评价主要运用滞尘功能价值指标,该指标按如下公式计算:

15762、7519、1312、5825、5793hm2,有机肥价格

为850元/t,猪粪含氮量为3.8%[13]。为此,由公式计算可得该市耕地生态系统消纳废弃物价值为37972.6万元。

2.5.3耕地生态系统净化污水功能价值使用适量污

Vi7=!Qi×Si×W2

水进行科学灌溉一定程度上可缓解农业用水和水资源的短缺,在利用水肥资源的同时还能降解水中的有害物质,使污水得到一定程度的净化。假设当年的农田净化污水价值不变,采用影子工程法计算农田净化污水价值[9],计算公式为:

式中,Vi7为i类生态系统净化粉尘效益(元);Qi为i类生态系统单位面积吸滞粉尘的数量(t/hm2);Si为i类生态系统面积(hm2);W2为削减每吨粉尘的平均治理成本(元/t)

有关研究表明,森林、草地和耕地的单位面积每年吸纳SO2量分别为88.65、81.34、45.00kg/hm2;每年吸滞粉尘的数量分别为10.11、32.00、0.92kg/hm2,削减为此,SO2费用为600元/t,削减粉尘费用为170元/t[1]。根据公式计算可得都江堰市的森林、草地和耕地生态系统吸纳SO2价值分别为371万、24万和52.5万元,吸滞粉尘的价值分别为11988.8万、2670.5万和0.3万元。

Vi9=Vol×P

式中,Vi9为农田净化污水价值(元);Vol为农田实际年

污灌量(m3);P为处理污水的费用(目前都江堰市污水处理价格为0.6元/t)

从都江堰市农牧局获悉,2006年都江堰市农田实际年污灌量为311667t,而当年处理污水的费用为根据公式计算得出该市耕地生态系统净化污0.6元/t。

水价值为18.7万元。

2.6陆地生态系统服务功能总价值

130

本研究计算结果表明,都江堰市森林、草地、耕地生态系统服务功能的评估价值分别为105862.6万、

步探讨。

参考文献:

11648.7万、56320.3万元。根据上述结果可以得出,

都江堰市陆地生态系统服务功能总价值为173831.6万元。其中,物质生产价值为7130万元,涵养水源价值为29252.3万元,保土保肥价值为23398.7万元,固碳制氧价值为60952.2万元,净化环境价值为

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[2]薛达元,包浩生,李文华.长白山自然保护区森林生态系统

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[3]张琪.影响水价调整效果的经济分析[J].节能与环保,2004(4):24-26.

53098.4万元。

3.1

结语

都江堰市陆地生态系统服务功能的价值类型复

[4]赵同谦,欧阳志云,王效科,等.中国陆地生态系统服务功能

及其生态经济价值的初步研究[J],生态学报,1999,19(5):

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性生产力动态变化研究———以陕西榆阳区为例[J],地理科学,2007,8(4):35-40.

—以[8]马新辉,任志远.城市植被净化大气价值计量与评价——

西安市为例[J].中国生态农业学报.2004,12(2):180-182.

杂多样。本研究选取了3个生态系统5个方面的服务功能对都江堰市生态系统的价值进行估算,得出都江堰市陆地生态系统服务功能总价值为173831.6万元。在评价的几种主要服务功能中,以固碳制氧和净化环境功能的贡献率最高,由此可以看出,都江堰市陆地生态系统服务功能价值中的间接使用价值(除物质生产价值外的其他功能价值)远高于其直接使用价值(物质生产价值),即生态系统所产生的服务功能价值远远超出其产生的实物价值,因此,保护好当地的生态系统是十分重要的。

[9]杨志新,郑大玮,文化.北京郊区农田生态系统服务功能价

值的评估研究[J].自然资源学报,2005,20(4):565-569.

3.2本研究评估的森林、草地、耕地生态功能价值只

[10]山西农业大学主编.土壤学[M].北京:农业出版社,1998:307.[12]谢高地,张钇锂,鲁春霞,等.中国自然草地生态系统服务价

值[J].自然资源学报,2001,16(1):47-53.

是所有陆地生态系统服务功能价值的一部分,尚有许多类型的间接价值由于计算的复杂性和技术上的困难而难以评估,但这些间接价值同样也是不可忽视的。因此,对生态系统服务功能价值的全面评估还有待进一

[13]潘晓华,邓强辉.作物收获指数的研究进展[J].江西农业大学

学报,2007,29(1):1-5.

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第118页)

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