劉博,張宇清,吳斌,吳秀芹,秦樹高,張舉濤

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,寧夏鹽池毛烏素沙地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站,100083,北京)

生態(tài)系統(tǒng)作為一個復(fù)雜、動態(tài)的功能單元,為人類社會提供了多種服務(wù),包括供給服務(wù)(如食物和水)、調(diào)節(jié)服務(wù)(如調(diào)控洪澇、干旱、土地退化)、文化服務(wù)(如休閑娛樂)和支持服務(wù)(如土壤形成和養(yǎng)分循環(huán))[1]。近幾十年,隨著人類對生態(tài)系統(tǒng)的干擾逐漸增強(qiáng),生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力日益衰退。部分地區(qū)相關(guān)知識和經(jīng)驗的缺失,導(dǎo)致這種情況進(jìn)一步惡化。特別是對于生存在干旱區(qū)的人們來說,生態(tài)系統(tǒng)的退化所帶來的危害往往更加直接。只有在正確評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)上,做出科學(xué)合理的環(huán)境決策才能扭轉(zhuǎn)這種趨勢,從而達(dá)到保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的目的[1]。

生態(tài)系統(tǒng)價值評估發(fā)軔于20世紀(jì)60年代末[2]至90年代中期,國際上對相關(guān)評估理論和方法進(jìn)行了大量探索,為不同時空尺度的生態(tài)系統(tǒng)價值評估提供了豐富的案例。生物多樣性保護(hù)作為生態(tài)系統(tǒng)的支持性基礎(chǔ)功能,其理論基礎(chǔ)和價值計量方法也基本上采用了與生態(tài)系統(tǒng)其他服務(wù)功能相同的方法體系[3-6]。

2001年6月,由聯(lián)合國啟動的千年生態(tài)系統(tǒng)評估(Millennium Ecosystem Assessment,MA),標(biāo)志著生態(tài)學(xué)已經(jīng)發(fā)展到深入研究生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的相互關(guān)系、全面為社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)為主要表征的新階段[7]。同時,針對特定生態(tài)系統(tǒng)和特定區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能評估也涌現(xiàn)了大量案例[8-10]。20世紀(jì)90年代,隨著國外相關(guān)理論和方法的引進(jìn),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究工作取得了快速發(fā)展,國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的專家對其內(nèi)涵和評估方法做了大量工作[11-14],并對包括草地、農(nóng)田、保護(hù)區(qū)等多種生態(tài)系統(tǒng)類型的評估做了補(bǔ)充性研究[15-22]。

生態(tài)系統(tǒng)價值評估在成為生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究熱點的同時,也引發(fā)了大量的爭議和激烈的討論,主要包括:1)對生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)利用、生產(chǎn)和破壞,生態(tài)系統(tǒng)自身的生物量積累以及自我修復(fù)共同形成了復(fù)雜的系統(tǒng)運行方式。用一維的貨幣價值度量其價值是否合理[23]。2)傳統(tǒng)的基于市場的成本效益分析方法在評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時,由于缺乏詳細(xì)的費用數(shù)據(jù),并不能準(zhǔn)確評估生態(tài)系統(tǒng)所體現(xiàn)的服務(wù)價值[24-25]。3)生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)類型的概念并沒有完全明晰[26]。

20世紀(jì)80年代由美國著名生態(tài)學(xué)家、系統(tǒng)生態(tài)學(xué)之父H.T.Odum創(chuàng)立的能值分析理論認(rèn)為,產(chǎn)品或勞務(wù)在形成過程中變化的實質(zhì),是不同類別能量之間轉(zhuǎn)換、流動和存儲的過程。以太陽能值作為基本單位,其單位為太陽能焦耳(solar emjoules,簡寫為sej),通過相對應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)對不同類別、不同能級的能量進(jìn)行數(shù)量關(guān)系的換算,可以實現(xiàn)用能值流反映產(chǎn)品或勞務(wù)的貢獻(xiàn)大小[27]。該理論能夠定量分析自然和人類在生產(chǎn)和服務(wù)方面的貢獻(xiàn),通過建立實質(zhì)性、定量化的框架來促進(jìn)生態(tài)環(huán)境管理的可持續(xù)性發(fā)展[28]。近些年絕大多數(shù)的能值理論研究案例主要集中于小尺度的濕地、農(nóng)田、城市及森林生態(tài)系統(tǒng)[29-32],而對于荒漠生態(tài)系統(tǒng),特別是大尺度的荒漠生態(tài)系統(tǒng)研究不足。筆者嘗試基于能值理論對我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)價值進(jìn)行評估,探索大尺度下特定區(qū)域物種保護(hù)功能的評估方法,以期為我國荒漠地區(qū)生物多樣性的保護(hù)及生態(tài)補(bǔ)償政策的制訂提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

荒漠生態(tài)系統(tǒng)是指分布在干旱區(qū)的以耐旱植物為主要生產(chǎn)者的陸地生態(tài)系統(tǒng)[33]。根據(jù)MA[34]的評估,目前旱區(qū)面積占到全球陸地面積41%,涵蓋人口數(shù)達(dá)20多億。我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)范圍主要包括賀蘭山以西內(nèi)蒙古和寧夏、新疆、西藏、青海、甘肅的大部分區(qū)域,同時在遼寧、吉林、黑龍江、陜西、山西、河北也有分布?？紤]到邊界完整性及評估結(jié)果應(yīng)用的可操作性,該研究對研究區(qū)域范圍進(jìn)行了調(diào)整,見圖1。

荒漠生態(tài)系統(tǒng)由于被顯著的大陸性氣候所籠罩,降水稀少,氣溫變化劇烈。復(fù)雜的自然環(huán)境孕育了豐富多樣的動植物資源,相對其他生態(tài)系統(tǒng)其生物具有獨特性。盡管植物資源的豐富度不高,但分布有古老物種,甚至有白堊紀(jì)的殘遺種類。而生態(tài)條件的極端性又形成了這一地區(qū)植物的生理獨特性,特有屬有革苞菊屬(Tugarinowia sp.)、四合木屬(Tetraena sp.)、綿刺屬(Potaninia sp.)等。多數(shù)植物能適應(yīng)大陸性極端干旱氣候和高含鹽量土壤,為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)提供了大量的薪柴、藥物、基因等資源,如甘草(Radix glycyrrhizae)、鎖陽 (Herba cynomorii)、黃芪(Astragalus membranaceus)、冬蟲夏草(Cordyceps sinensis)等。當(dāng)?shù)貏游镏饕载S富的嚙齒類和爬行類為主,其種類多,數(shù)量大,給當(dāng)?shù)刂脖辉斐蓢?yán)重破壞,如藏鼠兔(Ochtona thibetana)、五趾跳鼠(Allactaga sibirica)、沙鼠(Gerbillinae sp.)。豐富獨特的有蹄類物種對嚙齒類物種起到了一定的控制作用,包括藏野驢(Equus kiang)、藏羚羊(Pantholopshodgsonii)、野駱駝(Camelus bactrianus)、野牦牛(Bos grunniens)等。

圖1 研究區(qū)范圍Fig.1 Study area map_

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所用的動物物種數(shù)據(jù)來源于中國物種信息服務(wù)數(shù)據(jù)庫[35]。在劃定荒漠生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)按照縣域行政單位統(tǒng)計物種數(shù)據(jù),縣域單元共有411個縣(市),涉及到12個省(自治區(qū))。將動物物種按照鳥綱(Aves)、兩棲綱(Amphibia)、哺乳綱(Mammalia)、爬行綱(Reptilia)分別統(tǒng)計,考慮到民眾對于珍稀瀕危物種的直觀理解,以及所用數(shù)據(jù)庫在建庫過程中對獸類的側(cè)重,瀕危物種只統(tǒng)計了哺乳綱中極危、瀕危、易危、近危4個級別的物種數(shù)。由于部分?jǐn)?shù)據(jù)難以獲得,魚類、昆蟲類等未計入統(tǒng)計。

2.2 能值價值計算

應(yīng)用H.T.Odum[36]的理論進(jìn)行估算,需要先計算出2012年我國能值貨幣比率。所用的有關(guān)中國經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源的原始數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒—2013》[37]和相關(guān)文獻(xiàn)資料[38],所有統(tǒng)計資料均不包括香港和澳門特別行政區(qū)及臺灣省。計算得出2012年中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析評估表(表1)。

2012年我國GNP為51萬6 000億元,能值總量為2.64×1025sej,則我國2012年能值貨幣比率等于能值總量與GNP的比值,為5.12×1011sej/元。能值貨幣價值根據(jù)下面公式計算:

式中:Ed為能值貨幣比率,sej/元;E′d為能值貨幣價值,元;為平均能值,sej;S1為全球陸地面積,取1.49億km2;S2為縣域單位面積,km2;k為該縣域面積上的物種數(shù);n為縣域單位數(shù)。

生物進(jìn)化中,能值會不斷地輸入到各種不同分類單位的儲藏基因信息中,Ager估計在地球歷史的長河中,15億生物種的形成經(jīng)過了20億年的進(jìn)化,平均每個種的太陽能值,用地球年總值能量9.44×1024sej/a計算得到,為1.26×1025sej[39]。

根據(jù)每個縣域單位的面積S2和全球陸地面積S1的比值乘以物種形成過程中的平均能值(1.26×1025sej),即為該物種在該縣域單位上所擁有的能值數(shù)量,能值數(shù)量比我國能值貨幣比率(5.12×1011sej/元)得到該物種在縣域單位面積的能值貨幣價值,與物種種數(shù)相乘得到該縣域單位能值貨幣總價值。

2.3 受威脅物種的特殊價值計算

作為最有影響力的古典政治經(jīng)濟(jì)學(xué)家之一,李嘉圖[40]認(rèn)為商品的價值來源包括其稀缺性和交換商品時所需的勞動量。稀缺性作為適用于社會產(chǎn)品的價值評價指標(biāo),也應(yīng)當(dāng)適用于野生動物的價值評估。如在戰(zhàn)利品狩獵中,獵手狩獵野生動物付出的相關(guān)費用與野生動物的稀有程度有關(guān),隨著野生動物的數(shù)量上升,其邊際效用是遞減的[41];但在確定受威脅物種的稀缺性價值時,目前國際上較為通用的旅行費用支出法(Travel Cost Method,TCM)并不能夠?qū)⑦@一部分特殊價值獨立核算,歐美國家盛行的狩獵運動在我國并沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,無法利用其各項費用進(jìn)行核算。筆者從物種瀕危等級與稀缺性價值相結(jié)合的新角度,參考被廣泛接受的全球受威脅物種的分級標(biāo)準(zhǔn)體系《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標(biāo)準(zhǔn)》引入瀕危指數(shù),提出基于能值價值法核算物種由于稀缺性得到的價值增值(即稀缺性價值)的新方法。

2.3.1 瀕危指數(shù)的確定 《中國物種紅色名錄》[42]所參考的《IUCN物種紅色名錄瀕危等級和標(biāo)準(zhǔn)》是目前國際上應(yīng)用較為廣泛,影響較為深遠(yuǎn)的物種瀕危標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)對極危、瀕危、易危的量化標(biāo)準(zhǔn)A-1規(guī)定如下:過去10年或者3個世代內(nèi),種群數(shù)至少減少的比例;但此標(biāo)準(zhǔn)對近危等級的受威脅物種并未做出量化標(biāo)準(zhǔn),本研究按照前3個等級20%遞減的規(guī)律,將近危等級的受威脅物種的種群數(shù)減少比例確定為30%,并將該比例作為瀕危指數(shù)(表2)。

2.3.2 稀缺性價值計算 縣域單位的物種稀缺性價值

式中:Vi為校正前i物種能值價值,元;k為瀕危指數(shù);n為縣域單位物種數(shù)。

表1 2012年中國環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析評估表Tab.1 Emergy evaluation for Chinese environmental and economic system in 2012

表2 受威脅物種瀕危指數(shù)分級表Tab.2 Classification of endangered species index

對所有縣域單位的稀缺性價值求和即可得到荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種稀缺性價值。

3 結(jié)果與分析

3.1 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)價值

對研究區(qū)411個縣域單位進(jìn)行價值合并,并加入稀缺性價值,得到荒漠生態(tài)系統(tǒng)鳥類、兩棲類、哺乳類、爬行類的物種保護(hù)價值。

根據(jù)各項價值核算結(jié)果,我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)價值為35萬1 000億元,其中針對哺乳動物的保護(hù)價值占總價值的52.41%,鳥類占到了總價值的42.04%,二者所占比例接近。兩棲類和爬行類所占比例較小,分別為0.75%和4.80%(圖2)。根據(jù)式(2)計算得到的荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種稀缺性價值為3萬6 400億元,相當(dāng)于2012年我國國民生產(chǎn)總值的7.05%。這部分價值是由受威脅物種數(shù)量的稀缺性和種群規(guī)模的衰減所造成的價值的增加,反映了我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)瀕危動物的現(xiàn)存狀況。

圖2 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)各物種類別價值比例Fig.2 Proportion of the species value of desert areas in China

3.2 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)分省(自治區(qū))動物物種多樣性保護(hù)價值

將411個縣域行政單位價值按照各省區(qū)分別進(jìn)行加總,得到我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)分省(自治區(qū))動物物種多樣性保護(hù)價值(圖3),發(fā)現(xiàn),我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)分省(自治區(qū))動物物種多樣性保護(hù)價值中新疆的價值最高,為21萬1 000億元,青海、西藏、內(nèi)蒙古、甘肅價值數(shù)接近,而陜西、山西、河北、吉林、黑龍江、遼寧價值較低。從圖3還可以看出,分省計算的價值大小與各個省荒漠生態(tài)系統(tǒng)的面積大小一致。陜西、山西、河北、吉林、黑龍江、遼寧的荒漠生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域面積很小,價值較低;新疆、西藏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古的荒漠生態(tài)系統(tǒng)區(qū)域面積較大,價值較高。

3.3 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)價值的單位面積空間分布

對縣域單位上的單位面積價值進(jìn)行計算并分級,將荒漠生態(tài)系統(tǒng)劃為3級類型區(qū)(圖4)。新疆阿爾泰山東南部、塔里木盆地東部、塔里木河流域南部以及青海東部為高值區(qū),單位面積保護(hù)價值較高,達(dá)到1 000萬元/km2以上,這些地區(qū)大都屬于顯著大陸性氣候,水熱狀況不均衡,日照強(qiáng)烈,復(fù)雜的自然環(huán)境造就了豐富多樣的野生動物資源;西藏北部、內(nèi)蒙古西部和中部,以及內(nèi)蒙古與東北3省西部的交接區(qū)域,為低值區(qū)和中值區(qū),為1 000萬元/km2以下,這些地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)達(dá),人類干擾相對強(qiáng)烈,野生動物的棲息地遭到破壞,物種較為貧乏?？傮w來看,價值分布趨勢從東向西,從南向北遞增。

圖3 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)分省動物物種多樣性保護(hù)價值Fig.3 Provincial value of the animal species diversity conservation of desert ecosystem in China

4 結(jié)論與討論

1)我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)價值評估結(jié)果為35萬1 000億元。計算結(jié)果中,尚未考慮魚類、昆蟲等物種,如果納入計算體系,其價值將會更高。在總保護(hù)價值中,哺乳動物保護(hù)價值占總價值的52.41%,鳥類保護(hù)價值占總價值的42.04%。單位面積價值空間分布趨勢為從東向西,從南向北遞增。新疆阿爾泰山東南部、塔里木盆地東部、塔里木河流域南部以及青海東部為高值區(qū),單位面積保護(hù)價值較高,超過1 000萬元/km2;西藏北部、內(nèi)蒙古西部和中部,以及內(nèi)蒙古與東北3省西部的交接區(qū)域為1 000萬元/km2以下。

2)物種稀缺性價值在相關(guān)研究中常常給以定性論述或被忽略,少量的定量研究的案例中其價值系數(shù)也是人為給定。本研究根據(jù)中國物種信息服務(wù)數(shù)據(jù)庫的不同等級瀕危動物物種數(shù)據(jù),結(jié)合縣域內(nèi)動物種類與分布狀況,引入瀕危指數(shù)評估出動物物種的稀缺性價值為3萬6 400億元,作為對動物物種由于其稀缺性帶來的價值增值的補(bǔ)充。其中瀕危指數(shù)參考世界自然保護(hù)聯(lián)盟(IUCN)制定的《物種紅色名錄瀕危等級和標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行劃定,具有一定科學(xué)性和合理性;然而,由于我國目前缺乏詳細(xì)的瀕危物種的數(shù)量、分布范圍、受威脅現(xiàn)狀的相關(guān)本底調(diào)查,稀缺性價值只選取了哺乳動物進(jìn)行計算,若考慮到其他類瀕危動物的稀缺性價值,其結(jié)果會更高。這有待于我國開展大規(guī)模的以縣域為單元的全國生物多樣性本底調(diào)查工作。

能值理論發(fā)展至今,盡管為生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉聯(lián)系建立了橋梁,但在其實際的應(yīng)用過程中仍然有不足之處。如何對具體研究對象進(jìn)行科學(xué)的能值綜合分析是能值理論研究的重點和難點。不同類別能量之間的能值轉(zhuǎn)換率還需要在實踐中加以計算和矯正,同時能值價值與貨幣市場在反映人類需求偏好上并不能完全取得一致,相關(guān)的科學(xué)研究都有待進(jìn)一步發(fā)展和完善。

自然保護(hù)地網(wǎng)——中國物種信息系統(tǒng)(China Species Information System)為本項研究提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖4 我國荒漠生態(tài)系統(tǒng)動物物種多樣性保護(hù)單位面積價值Fig.4 Value of animal species diversity conservation per unit area of desert ecosystem in China