全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
基于能值理论的生态资本价值
--以阜康市天山北坡中段森林区生态系统为例
李海涛1,2,许学工1,2,肖笃宁3
(1.北京大学资源环境地理系,北京 100871;2.教育部地表过程重点实验室 北京大学,北京 100871;
3.中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110015)
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(90102004);中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX3-SW-326)
收稿日期:2004-04-08;修订日期:2005-01-06
作者简介:李海涛(1971～),河南人,硕士,主要从事资源可持续开发与管理研究。E-mail:lihaitaolee@sina.com
致谢:新疆生态地理研究所李彦研究员在实地考察中给予了大力协作,北京大学王宏红教授和 Howard大学的 Lunique博士给予很大的帮助,特
此致谢!
Foundationitem:NationalScienceKeyFoundation(No.90102004),KnowledgeInnovationItemofCAS(No.KZCX2-405)
Receiveddate:2004-04-08;Accepteddate:2005-01-06
Biography:LIHai-Tao,Master,mainlyengagedinsustainabilityexploitationandmanagementofresources.E-mail:lihaitaolee@sina.com
摘要:能值理论是美国生态学家 H.T.Odum依据系统生态学的基本原理和方法提出的,它通过对生态系统能量-价值过程的分
析,为生态经济学的研究提供了新的理论和方法。以能值理论为基础,以位于阜康市的天山中段北坡森林区生态系统为研究对
象,对系统生态资本的能值流量、资本存量进行了初步的研究,同时,对生态系统服务价值和系统的生态安全也进行了延伸研
究。研究结果表明,这里每年的能值流量达 6.36×1020sej,相当于货币流 2.61亿美元;其中输入能流 2.01×1020sej,占系统总能
流的 31.58%;系统滞留能流 1.85×1020sej,占 29.01%;输出能流 2.51×1020sej,占 39.41%。这说明生态系统对能量具有放大
作用,进入生态系统的能量虽然在量上没有变化,但却发生了质的变化,低质的能量变成了高质的能量,而且生态系统越复杂,
这种转换效率越高。生态资本存量达 9.97亿美元,主要存在于土壤中,占资本总量的 90.69%,其次是淡水。这说明水、土是生
态系统之本,植被之价值不在于其本身,而在于其保持水土的功能。在延伸研究中,生态系统服务价值为 1.19亿美元,其中涵养
水源 4780万美元,占总价值量的 40.25%,保持土壤 5580万美元,占 46.99%。研究还表明目前研究区生态系统处于较为安全
的状态,但面临的挑战很大。
关键词:能值;生态资本价值;资本能流;资本存量;服务功能价值;生态安全
文章编号:1000-0933(2005)06-1383-08 中图分类号:Q149,S718 文献标识码:A
Studyonthevalueofecologicalcapitalbasedontheemerytheory:Acasestudy
ontheforestecosysteminthemiddlepartofthenorthslopeoftheTianshan
Mountain
LIHai-Tao1,2,XUXue-Gong1,2,XIAODu-Ning3 (1.Dept.ofResource,EnvironmentandGeography,SchoolofEnvironmental
Science,PekingUniversity,Beijing100871,China;2.LaboratoryforEarthSurfaceProcesses(LASP),PekingUniversity,Beijing100871,China;
3.InstituteofAppliedEcology,CSC,Shenyang110015,China).ActaEcologicaSinica,2005,25(6):1383～1390.
Abstract:TheemergytheorywasfoundedbyH.T.Odum,anAmericanecologist.Theemergytheoryisbasedonthetheory
andmethodsoftheSystemEcology.Thetheoryholdsthatthemaintenanceandevolutionofanecosystemdependsonenergy.
However,whentheenergytransfersfromlowerlevelstohigherones,therewilbeagreatlossintheprocess.So,forming1J
higherqualityenergywilneedalargeamountoflowerqualityenergy.Inotherwords,differentformsofenergyhavedifferent
attributions.Bydealingwiththeenergy-value-processofecosystem,thetheoryprovidesuswithanew approachtothe
economicecology.Thispaperattemptstodevelopanew methodtostudythefunctionandvalueofecologicalcapitalby
focusingontheforestecosystem inthemiddlepartofthenorthernslopeoftheTianshanMountaininFukang,Xinjiang
AutonomousRegionbasedontheEmergyTheory.Thispaperdealswithfouraspectsofecologicalcapital:emergyflows
===================================================================
,
ecologicalcapitaldeposit,ecosystemservicevalue,andecologicalsafety.Emergyflowsarenewquantitiesofecologicalcapital
everyyear.Ecologicalcapitaldepositisthetotalcapitalquantityofanecosystem.Ecosystemservicevalueincludesnotonly
emergyflows,butalsosomedummyemergyflows.Ecologicalsafetyisrelatedtotheinputandoutputofsystememergy.If
energyinputintoecosystemwasmorethanitsoutput,theecosystemwouldbesafe;ontheotherhand,ifemergyinputinto
ecosystemislessthantheoutput,theecosystemwouldbeunsafe.Althoughthequantityoftheenergywhichpassesthrough
thesystemdoesnotchange,thequalitymaybeenhanced.Inotherwords,duetotheprocessesintheecosystem,lowerquality
energymaybecomehigherqualityone.Folowingtheimprovementofthecomplexityoftheecosystem,thistranslationratiois
higherandhigher.Thisstudyshowsthattheemergyflowsofthestudyregionareabout6.36×1020sej/a,oraboutUSJ
261000000.Thecapitaldepositreachesabout2KL3×1022sej,oraboutUSJMMN000000,whichismainlyinsoilwhich
accountingforaboutM1O ofthetotal.Thesecondiswater.Thisshowsthatthesoilandwaterholdingarethemainfunction
oftheecosystem.TherearestiltwoproblemsinvolvedPQ1Rthevalueoftheforestecosystemservices,andQ2Rthesafetyof
theecosystem.ThevalueoftheforestecosystemservicesreachesaboutUSJ1LS000000.Themainiswaterholding,USJ
LNT00000,whichaccountsforL0K2SO ofthetotal,andsoilconservation,USJSST00000,whichaccountsforL6KMMO of
thetotal.Thisstudyalsoshowsthattheecosystem issafeatpresent,butitmaybethreatenedwhenfacedwithtourism
exploitation.
UVWXYZ[\Pemergy;theecologicalcapitalvalue;emergyflows;ecologicalcapitaldeposit;ecosystemservicevalue;ecological
safety
物品的价值是由形成物品的消耗决定的]对于某种物品而言,不论是商品还是生态系统,对其投入越多,其价值也就越大]
这种投入即包括自然投入,也包括社会投入]对于社会投入,人们有很准确的计量方法,但对于自然投入,人们却很难从价值方
面进行客观的定量分析]20世纪 T0年代,美国生态学家 .^T._dum提出的能值理论为生态系统价值的客观定量研究提供了
一条新的思路]
‘ 问题的提出
资本是在一个时间点上存在的物资或信息的存量a1b]生态资本就是生态系统资源的物质c能量和信息的储存]产业资本的
作用是能够带来剩余价值,生态资本的作用是能够为社会和自然环境提供服务]从这个层面上来讲,生态资本和产业资本在本
质上是一致的]这是因为任何一种资本形式,不论是产业资本,还是信息资本c技术资本c人力资本或生态资本,其资本存量形式
或自主地或与其它资本存量的服务一起产生一种服务流,这种服务流可用于转化物质或物质的空间配置以增进人类的福利a1b]
生态系统是人类社会赖以生存和发展的物质基础]它既为人类社会提供各种物质形态的产品,也提供各种无形的产品和服
务]这些有形的或无形的产品或服务,有的可以在市场上表现出其价值,但更多的,尤其是无形的产品和服务价值,不能通过市
场的形式来表现]正是由于这一原因,其价值往往被忽视,导致生态资源开发和利用上的短期行为,使生态环境遭到不可逆转的
破坏]
但生态系统价值量的定量分析是一项困难的工作,尽管前人进行了不少尝试,取得了卓有成效的进展,但仍然不尽完善]目
前对生态系统价值进行定量的方法,包括市场价值法c意愿调查法和价值补偿法等都存在这样的问题P它们都受人为因素的影
响]市场价格受供求关系的影响;支付意愿受审美观点和经济发展水平的制约;价值补偿对象选择的不同,其价值量也会相差很
多]正是由于这些原因,在计算生态系统服务功能价值时,由于采取不同的替代方法,其价值量往往相差很大]为了协调人类与
生态系统之间的关系,需要一种方法来对生态系统进行较为客观的定量评价,这种方法要尽量不受人为因素的影响]
d 能值的基本概念和原理
能值是从生态系统食物链和热力学原理中引申出来的重要概念]它是衡量不同类型能量能质的尺度,与系统的能量等级密
切相关]生态系统是一种自组织的能量等级系统,能量在食物链中传递c转化的每一过程中,根据热力学第二定律,均有许多能
量耗散流失]因此,随着能量从低等级的太阳能转化为较高质量的绿色植物的潜能,再传递c转化为更高质量c更为密集的各级
消费者的能量,在能量数量的递减的同时,伴随着能质和能级的提高]能值理论就是在不同的能量等级之间建立联系]基于这样
的基本原理,美国生态学家 .^T._dum提出了能值QemergyR的概念P能值实质上是一种包被能Qembodiedenergy,emergy一词
即由此而来R,即e一种流动或储存的能量所包含另一种类别能量的数量fa2,3b]这样,不同质的能量之间就存在一个转换关系
能值转换率]为了使用的方便,在实际应用中,常以太阳能值QSolaremerygR来衡量某一能量的能值,即e任何流动或存储的能
量所包含的太阳能之量a2bf,单位是太阳能焦耳Qsolaemjoules,sejR]以此为基础,能值理论形成了自己的一套基本概念Q表 1R]
g 研究区概况
LT31 生 态 学 报 2S卷
天山山系对新疆生态安全具有至关重要的作用。天山山脉的北坡由于来自于北冰洋的冷湿气流、西风环流和天山山地的共
同作用,降水较为充沛,景观类型多种多样,成为北疆干旱区主要的水源涵养地。本研究主要以位于阜康市境内的天山中段北坡
森林区生态系统为研究对象。这里所指森林生态系统不仅包括各种林地,还包括位于林区的水体、林间草甸和林区周围与林地
相连的草地。该研究区主要包括水磨河、三工河、甘河子、白杨河、西沟河和黄山河流域的上游,海拔 1500～2700m,上部高寒草
甸可延伸到海拔 3600m。研究区总面积 105745hm2,其中林地面积 16140hm2(有林地 9610hm2、疏林地 4419hm2、灌木林地
2111hm2),山地草甸面积 89360hm2(高寒草甸 49733hm2、亚高山森林草甸 39627hm2),水面面积 245hm2。这里的河流虽然流程
短,但由于上下游相对高差悬殊,自河源到河口尾湖依次分布着高山冰雪带、亚高山冰缘草甸带、中山森林带、低山半荒漠带-
荒漠带、平原荒漠、绿洲及沙漠等,自然带图谱完整。尤其是三工河流域,不仅有著名的天山天池,而且有天山最高峰博格达峰。
这里高山、冰川、湖泊相映成趣,已成为我国著名的旅游名胜之一,并且被列入国际"人与生物圈"(MAB)研究计划。这里海拔较
高,气候湿冷,年均温 2.1℃,年降水量 530mm,太阳年辐射量 5.56×109J/(m2·a)①;土壤以灰褐色森林土、草甸土为主,有机质
含量高。
表 1 能值分析的基本概念[2,3]
Table1 Basicconceptsofemergyanalysis[2,3]
术语 Glossary 定义 Definitions
能值 Emergy 产品形成所需要直接和间接投入的有效能总量(emj)
太阳能值 SolarEmergy 产品形成所需直接和间接应用的太阳能总量(sej)
太阳能值转换率 SolarTransformratio 单位能量(物质)所含的太阳能值之量(sej/J,sej/g)
能值货币比率 Emergy/USj ratio 单位货币相当的能值量;由一个国家年能值利用总量除以当年 Gkl而得(sej/USj)
能值m货币价值 Emnolaroalpe 能值相当的市场货币价值,即以能值来衡量财富的价值或称宏观经济价值(USj)
q 生态资本价值能值分析
q.1 生态系统能流分析
① 康市党史地方志编纂委员会编.阜康县志.新疆人们出版社,2001
生态系统能流包括输入能流和输出能流。研究区的能量输入包括太阳辐射、降水(包括雨水势能和雨水化学能)和深层地热
等可更新能源。同时还包括企业投资和政府预算。能量输出主要包括生态系统的第一性生产、土壤的形成和流失以及旅游业收
入等(图 1)。
图 1 阜康市山地森林区生态系统能量系统分析
rig.1 Energysystemanalysisofforestesosysteminrptang,uinjiangAptonomopsvegion
q.1.1 输入能流 系统输入能流是生态系统得以维持和发展的原始驱动力,包括自然能流和人工能流。这些能流不仅能促进
生态系统组分的新陈代谢,其中一部分还能滞留在系统中,使系统进一步向有序化方向发展。但输入能流并非都是有益的,其中
也有干扰能流,如不正当的开发活动、自然输入能流的异常波动(如洪水、大风、泥石流等自然灾害)。本研究区的输入能流中,自
然能流主要包括太阳辐射、雨水势能、雨水化学能和地热能;人工能流主要包括森林养护和旅游开发投入。
58316期 李海涛 等w基于能值理论的生态资本价值
4.1.2 输出能流 能流的输出是系统新陈代谢的诱导因素,为输入能流提供发挥作用的空间,是系统得以稳定的必要条件。输
出能流一般包括系统的物质产出(如有机物的收获)和组分流失(如土壤流失)。但如果在系统中输入相应的干扰能流,会增加能
流的输出(如森林采伐、农业生产、旅游开发和自然灾害)。本研究区的输出能流主要考虑两种:土壤流失和旅游收入。
4.1.3 滞留能流 滞留能流是指输入能流进入系统后,转化为系统组分的一部分,停留在系统中的输入流。滞留能流是系统向
有序化方向发展的物质基础。能流在系统中的滞留一般是通过有机物的生长和土壤的形成来实现的。
4.1.4 能流分析 计算表明(表 2),这里每年的能值流动量为 6.36×1020sej,其中输入能流 2.01×1020sej/a,输出能流 4.35×
1020sej/a。但是在输出能流中,并非所有的能流都离开了系统,还有一部分滞留在系统之中,以维持系统的稳定并向有序化方向
表 2 阜康市山地森林区生态系统能流分析
Table2 EnergyflowanalysisofforestecosysteminFukang,XinjiangAutonomousRegion
编号和项目
Number&Item
能量流
Energyflows
(Jorg)
能值转换率
Transformratio
(sej/J,sej/g)
太阳能值
SolarEmergy
(sej)
能值货币价值
EmdolarValue
(USi)
所占比重
jrokortion
(l)
输入能流 mlowsinkut
(1)太阳辐射 Solarenergy 6.nn×1015 1 6.nn×101n 2.n2×105 1.0n
(2)雨水势能 jotentialenergyofrain 3.30×1015 n.no×103 2.o3×101o 1.20×105 4.61
(3)雨水化学能 pqemiralenergyofrain 1.11×1015 1.54×104 1.s1×101o s.01×105 2.6o
(4)地热能 Terrestrialqeat 1.40×1015 6.06×103 n.4n×101o 3.4n×105 1.33
(5)旅游投入 Tourismintestment 1.2s×1020 5.21×105 1o.on
(6)森林养护 morestkrotertion 1.20×101o 4.o2×105 1.no
小计 Subtotal(1) 2.01×1020 n.23×106 31.5n
滞留能流 mlowsdekosit
(s)土壤形成 Soilform 3.30×1010 1.s0×10o 5.61×101o 2.30×106 n.n2
(n)山地草甸 ueadowinmountainousregion 2.ss×1015 2.61×104 s.23×101o 2.o6×106 11.36
(o)活立木 Stumkage 6.4s×1014 3.4o×104 2.26×101o o.26×105 3.55
(10)其他林分 vtqersertionsoftrees 1.10×1015 3.05×104 3.36×101o 1.3n×106 5.2n
小计 Subtotal(2) 1.n5×1020 s.5s×106 2o.01
输出能 mlowsoutkut
(11)土壤流失 Soilloss 2.00×1014 s.40×104 1.4n×101o 6.0s×105 2.33
(12)旅游收入 Tourisminrome 2.36×1020 o.6s×106 3s.0n
小计 Subtotal(3) 2.51×1020 1.03×10s 3o.41
总计 Total 6.36×1020 2.61×10s 100
(1)太阳辐射w面积×辐射率w105s45qm2×5.56×10oJ/(m2xa)w6.nn×101nJ/a
(2)雨水势能w(面积)×(降水量)×(1y蒸发率)×(水密度)×(重力加速度)×(落差)
w(105s45qm2×104m2/qm2)(0.53m/a)(0.4)(103zg/m3)(o.nm/s2)(1500m)w3.30×1015J/a
(3)雨水化学能w(面积)×(降水量)×(1y蒸发率)×(吉布斯自由能)
w(105s45qm2×104m2/qm2)(0.53m/a)(0.4)(4.o4×106J/m3)w1.11×1015J/a
(4)地热能w面积×地热传到率w105s45qm2×1.32×106J/m2w1.40×1015J/a
(n)山地草甸w(鲜草单产)×(面积)×(1y含水率)×(燃烧热)
w{(4125zg/qm2)(4os33qm2)|(5633zg/qm2)(3o62sqm2)}(0.4)(103g/zg)16.s4zJ/gw2.ss×1015J/a
(o)活立木w(活立木储量)×(生长率)×(密度)×(燃烧热)
w(1620144m3)(3.snl)(526zg/m3)(103g/zg)20.0ozJ/gw6.4s×1014J/a
(10)其他林分w(林木附属物储量)×(生长率)×(1y含水率)×(燃烧热)
w{(o610qm2)(110.o4t/qm2)|(6530qm2)(110.o4t/qm2)(0.3)}(s.nl)(0.6)(106g/t)1n.42zJ/gw1.10×1015J/a
(11)土壤流失w(单位面积土壤侵蚀量)×(面积)×(有机质含量)×(土壤有机质热值)
w{(o610qm2)(2t/(qm2xa))(5.3ol)|(6530qm2)(2t/(qm2xa))(1.62l)|(4os33qm2)(2t/(qm2xa))(5.02l)|
(3o62sqm2)(2t/(qm2xa))(3.2ol)}(106g/t)22.60zJ/gw2.00×1014J/a
~(n)中森林草甸面积 4os33qm2,产草量 4125zg/qm2,高寒草甸面积 3o62sqm2,产草量 5633zg/qm2,水分含量 60l,燃烧热 16.s4zJ/g
Tqeareaofsubalkinemeadowis4os33qm2,andoutkutis4125zg/qm2;Tqeareaofalkinemeadowis3o62sqm2,andoutkutis5633zg/qm2;
waterpontentis60l,andburningeffirienryis16.s4zJ/g;(o)中有林地活立木储量 134542om3,年净生长率 3.snl,干材密度 0.526g/rm3(湿
材密度 0.s5g/rm3,含水分 30l),燃烧热 20.0ozJ/g Woodis134542om3,andgrowis3.snl earqyear;Densityis526zg/m3,andburning
effirienryis20.0ozJ/g;(10)中其它林分包括枝、根、叶、果和林间凋落物,其中有林地储量达为 110.o4t/qm2{2,4,5},疏林地(包括灌木林地)单位
面积的蓄积量为有林地的 30l,年生长率 s.nl,水分含量 40l,燃烧热 1n.42zJ/g{6} vutkutoftreesotqersertions,forestis110.o4t/qm2,
andSkarseforestis30l offorest;Tqegrowoftreeiss.nl earqyear,waterpontentis40l,andburningeffirienryis1n.42zJ/g;(11)中土
壤平均侵蚀量为2t/(qm2xa){s},土壤有机质含量:有林地5.3ol,疏林地(包括灌木林地)1.62l,高寒草甸5.02l,亚高山森林草甸3.2ol;土
壤有机质热值 22.60zJ/g{n} Erodedsoilis2t/qm2xa;vrganirmaterialinsoil:forestis5.3ol,Skarseforestis1.62l,alkinemeadowis
5.02l,subalkinemeadowis3.2ol,andburningeffirienryis22.60zJ/g
6n31 生 态 学 报 25卷
发展。这些能流包括土壤的形成和有机物积累。由于土壤的形成,在土壤中滞留的能流为 5.61×1019sej/a。有机物积累主要是
指森林的第一性生产。山地草甸植被由于每年的更新,积累的有机物主要以有机质的形式进入到土壤之中,这里可以不予计算。
通过森林的生长,滞留在生态系统中的能流为 5.62×1019sej/a。扣除系统滞留能流,则系统实际输出能流 3.24×1020sej/a,输入
输出比为 1:1.61。
通过分析,还可以发现以能值为单位,系统能流并不守恒,滞留和输出能流远大于输入能流。这说明生态系统对输入的能量
具有改善作用,使低质的能量变成了高质的能量,虽然以能量为单位系统是守恒的,但是以能值为单位进行分析就会发现系统
能量已经发生了质的变化。生态系统是一个具有生产能力的系统。按照资本运作的一般原理,资本在生产过程中能够实现增值。
生态系统能值流的这种不守恒正是生态系统生产能力的反映。在生态系统中,随着生态系统复杂性的增加,系统改善输入能量
的效率也会随之而增加。用经济学的原理来说,生态系统复杂性的增加,就是对生态资本劳动生产率的提高和产业链的延长。所
以生态系统的投入产出比就会有相应的增加。
从价值角度来看,按照新疆的能值货币比率 2.44×1013sej/US5697计算,这里每年能流的能值货币价值为 2610万美元。从
人类活动对自然生态系统的影响程度来看,每年的自然能流为 2.62×1020sej,占系统总能值流的 41.189人类的社会经济活动
:旅游业和森林看护;产生的能值流为 3.<5×1020sej/a,占系统总能值流的 5=.98。这说明该地区受人类活动的影响已经很大,
甚至超过了自然因素的影响。从系统能流的构成来看,系统可更新资源的能值流:包括太阳辐射>降水>深层地热和总初级生产
等;为 1.91×1020sej/a,不可更新资源能值流:包括土壤形成>土壤流失>旅游业的投入产出和森林养护等;为 4.46×1020sej/a,
可更新不可更新资源能值流比为 1:2.34。
?.@.A 系统能流空间分析 从空间分布来看,这里的能流分布很不均匀:表 3,图 2;。首先,单位面积能流最大的是天池水体,
能值流量达到 9.29×101
表 E 阜康市山地森林区不同生态类型能流分析
FGHIJE KLGMNGIGOGIPQNQMRSTJUVPWIRXQRWWRUJQMJYRQPQMJTNOZ[\GOV,]NO^NGOV_[MRORTR[Q‘JVNRO
项目
abeCs
小计
Scdbebaf
有林地
gehesb
疏林地
Siahsejehesb
水体
kabeh
高寒草甸
lfimneCeaoep
亚高山森林草甸
Scdafimneqeaoep
:1;面积 lhea:BC2; 105<45 9610 6530 245 49<33 3962<
:2;能值流 rCehstjfeps:sej; 6.36×1020 1.60×1020 1.92×1019 2.2=×1020 9.90×1019 1.31×1020
:3;能值货币价值 rCoefahuafce:US5;2.61×10< 6.55×106 <.=<×105 9.33×106 4.06×106 5.3<×106
:4;单位面积能流 rCehstjfepsieh
ahea:sej/BC2;
6.02×1015 1.66×1016 2.94×1015 9.29×101< 1.99×1015 3.31×1015
:5;单位面积价值 rCoefahuafceieh
ahea:US5/BC2;
24< 6=2 120 3=063 =2 136
:6;能流输入输出比 mnicb/ecbicbhabme 1:1.61 1:1.2= 1:0.06 1:1.=6 1:0.29 1:0.=<
图 2 阜康市山地森林区生态系统能值货币价值空间分布:US5/
BC2;
gmsv2 SiabmafomsbhmdcbmenejrCoefahuafceejjehesbewestsbeCmn
gcxans,ymnjmanslcbeneCecszesmen:US5/BC2;
较高,基本都大于 1,即输出能值大于输入能值9而在未进行旅游
开发的地区,该比值就远小于 1。说明由于人类的开发活动使得
生态系统能流过度输出是系统退化的主要原因。而在未开发地
区,系统能流输入大于输出,系统处于能量的积累过程之中。
计算结果表明,该地区生态资本的太阳能值储存量为 2.43
×1022sej,能值货币价值为 9.9<亿 US5。从资本能值存量的构
成来看,占份额最大的是土壤有机质,占到总量的 90.698。其次
是淡水。从生态资本的构成来看,不可更新资源:这里主要是土
壤有机质;能值存量是可更新资源能值存量的 16倍之多。这说
明该地区的生态资本主要以不可更新资源为主。通过生态资本
能值流量和存量的比较,可发现生态资本能值存量是其年流量
的 101倍。与全球平均状况:600倍;相比,这里的生态资本更新
速度还是比较快的。这说明这里的生态系统处于较为活跃的状
态之中。
?.{ 生态资本存量空间分布
<=316期 李海涛 等|基于能值理论的生态资本价值
图 3 阜康市山地森林区不同生态类型生态资本存量价值比较(亿
美元)
Fig.3 Ecologicalcapitaldepositcomparisonofdifferentforest
ecosystemtypesinFukang(×108US?)
研究区生态资本存量空间上的分布@与能值流在空间上的
分布比较@差异不是很大(表 A@表 B@图 3@图 A)C单位面积价值量
最 高的是天池水体(D1DE3US?FGmH)@然后依次是有林地
(1E10AUS?FGmH)I高寒草甸(JDJ1US?FGmH)I亚高山森林草
甸(DD81US?FGmH)I和疏林地(AAA1US?FGmH)@平均 JAEDUS
?FGmHC在计算中发现@影响单位面积生态资本价值量的关键因
素是土壤C例如@土壤有机质含量高寒草甸K亚高山森林草甸K
疏林地@单位面积生态资本价值也出现了相应的排序C从总价值
量上来看@最高的是亚高山森林草甸(AL8D亿美元)@占到总价值
量的 A8LJM@然后依次是高寒草甸(3L08亿美元)I有林地(1LBB
亿美元)I疏林地(0LHJ亿美元)和水体(0L1DE亿美元)C之所以
出现这样的差异@主要与不同土地类型的面积有关C高寒草甸和
亚高山森林草甸分别占到总面积的 ADL03M和 3DLADM@所以在
生态资本存量总价值中所占的比重也比较大@分别为 A8L8JM和 30LJEMC
表 N 阜康市山地森林区生态系统生态资本存量分析
OPQRSN TUPRVWXWYZS[YRY\X[PR[P]X^PR_S]YWX^YZZY‘SW^S[YWVW^SaXUbcdPU\@eXUfXPU\Tc^YUYaYcWgS\XYU
项目
htems
能量
Energy(i)
能值转换率
jransformratioof
emergy(sekFi)
太阳能值
Solaremergy(sek)
能值货币价值
Emdolarlalue
(US?)
所占比例
mroportion(M)
(1)淡水 FresGnater 1LDB×101B ELEE×10B 1L1D×10H1 ALD8×10D ALDJ
(H)活立木 Stumpage 1LD1×101E 3LAJ×10A BLJD×10H0 HLAB×10D HLAB
(3)其他林分 otGersectionsoftrees 1LA1×101E 3L0B×10A AL30×10H0 1LDE×10D 1LDD
(A)山地草甸 peadoninmountainregions HLDD×101B HLE1×10A DLH3×101J HLJE×10E 0L30
(B)土壤有机质 Soilorganism HLJ8×101D DLA0×10A HLH1×10HH JL0A×108 J0LEJ
总计 jotal 3L3A×101D HLA3×10HH JLJD×108 100L00
q (1)中降水量为 B30mm@蒸发量为 E0M@每年接收的实际降水量为 HLHA×108m3r水体主(天池)面积 HABGmH@储水量 1L30×108m3r淡水
的吉布斯自由能为 ALJA×10EiFm3@蕴藏的能量为 1LDB×101Bi sainfalisB30mmrElaporationisE0Mrtaterarea(jiancGiuake)isHABGmHr
jGeamountofnateris1.30×108m3rviwwsfreeenergyisA.JA×10EiFm3rjotalenergyis1.DB×101Bir(H)中活立木蓄积量 1EH01AAm3@按表 H
计算方法@蕴藏的能量为 1LD1×101Ei toodis1EH01AAm3rEnergynGicGiscontainedinitis1.D1×101Eir(3)中林木附属物在有林地蓄积量为
110LJAtFGmH@疏林地(包括灌木林地)蓄积量为 33L3tFGmH@所蕴藏的能量为 1LA1×101Ei jGeproductofotGersectionsoftreesis110.JAtF
GmHrjGeproductofsparseforestis33.3tFGmHrEnergynGicGiscontainedinitis1.A1×101Eir(A)中山地草甸所蕴藏的能量为每年所产生的能
流@即 HLDD×101Bi EnergynGicGiscontainedinmeadonisH.DD×101Bir(B)中有林地和亚高山森林草甸土层平均厚度 30cm@疏林地和高寒草
甸土层平均厚度 HBcm@根据表 H有机质含量和热值@可以计算出其所蕴藏的能量为 HLJ8×101Di@其中有林地 3L8E×101Ei@疏林地 ELB8×101Bi@
高寒草甸 1LBB×101Di@亚高山森林草甸 JLD3×101Ei EnergynGicGiscontainedinsoilisH.J8×101DirhnnGicG@forestis3.8E×101Ei@sparse
forestisE.B8×101Bi@alpinemeadonis1.BB×101Di@andsuwalpinemeadonisJ.D3×101Ei
表 x 阜康市山地森林区生态系统生态资本存量分析
OPQRSx TUPRVWXWYZS[YRY\X[PR[P]X^PR_S]YWX^YZ_XZZS‘SU^ ZY‘SW^S[YWVW^Sa V^]SXUbcdPU\@eXUfXPU\Tc^YUYaYcWgS\XYU
项目
htem
小计
Suwtotal
有林地
Forest
疏林地
Sparseforest
水体
nater
高寒草甸
ylpinepeadon
亚高山森林草甸
Suwalpinepeadon
(1)面积 yrea(GmH) 10BDAB JE10 EB30 HAB AJD33 3JEHD
(H)淡水 FresGnater(sek) 1L1D×10H1 ELD0×101J ALBB×101J ALHJ×10H0 3LAD×10H0 HLDE×10H0
(3)活立木 Stumpage(sek) BLJD×10H0 ALJE×10H0 1L01×10H0
(A)林木附属物 yttacGmentsoftrees(sek) AL30×10H0 3LBD×10H0 DLHJ×101J
(B)山地草甸 pountainmeadon(sek) DLH3×101J 3LAE×101J 3LDD×101J
(E)土壤有机质 Soilorganism(sek) HLH1×10HH HL8E×10H1 AL88×10H0 1L1B×10HH DLH1×10H1
(D)总能值存量 jotalemergy(sek) HLA3×10HH 3LD8×10H1 DL08×10H0 ALHJ×10H0 1L1J×10HH DLBH×10H1
(8)总价值 jotalemdolarlalue(US?) JLJE×108 1LBB×108 HLJ0×10D 1LDE×10D AL8D×108 3L08×108
(J)平均 Solaremergyperarea(sekFGmH) HL30×101D 3LJ3×101D 1L08×101D 1LDB×1018 HL3J×101D 1LJ0×101D
(10)单位面积价值 Emdolarperarea
(US?FGmH)
JA18 1E10A AAA1 D1DE3 JDJ1 DD81
8831 生 态 学 报 HB卷
图 4 阜康市山地森林区不同生态类型单位面积生态资本存量价值
比较(万美元)
Fig.4 Ecologicalcapitaldepositcomparisonofdifferentforest
ecosystemtypeinperareainFukang(×104US>)
? 讨论
运用能值理论@可以计算出生态系统的能流和生态资本存
量A再以能流和生态资本存量为基础@还可以对生态系统进行其
他方面的研究A这里对生态系统服务功能价值和生态安全的有
关问题进行一些探讨A
?BC 生态系统服务价值
生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成与维持的人
类赖以生存的自然环境条件与效用D1EA从资本的角度来考虑@生
态系统服务功能可以看作是生态资本作为资本运作时产生的利
润A所以生态系统服务功能与生态系统能流之间是有区别的A其
主要的不同之处在于生态系统能流既有输出流@又有输入流F既
有对人类有利的能流@又有对人类有害的能流(如水土流失)A而
生态系统服务都是输出能流@而且都是对人类有利的能流A另
外A生态系统服务功能价值能流还有一部分是虚拟能流@如森林的水土保持@它虚拟的是森林减少土壤侵蚀这种有害能流的输
出@而实际上这种有害能流并不存在A依据上述分析@对森林生态系统的几种主要的服务功能价值进行初步的估算A这里所涉及
到的生态系统服务功能主要包括有机物生产G涵养水源G水土保育G调节大气成分和观光旅游@计算结果列入表 HA
表 I 阜康市山地森林区生态系统服务功能价值分析
JKLMNI JONPKMQNRSTUONTSVNRUNWSRXRUNYRNVPZWNTQ[WUZS[RZ[\Q]K[^@_Z[‘ZK[^ aQUS[SYSQRbN^ZS[
项目
ctems
能量流d物质流
Energydmatter
floes(forg)
能值转换率
gransformratio
(sehdf@sehdg)
太阳能值
Solaremergy
(seh)
能值货币价值
Emdolarialue
(US>)
所占比例
jroportion
(k)
(1)有机物生产 lrganismproduction 1Bmn×10m0 oBmp×10H 4B44
(m)涵养水源 qatermaintenance 1Bpo×101o HBHH×10o 1B1p×10m1 4Bpr×10p 40Bmo
(s)保持土壤 Soiltolding 1Br4×101H pB40×104 1BsH×10m1 oBor×10p 4HBnn
(4)释放 lmlmreleasing oB0o×1010 oB11×10p mBor×101r 1B0H×10o 0B0n
(o)吸收 ulmulmavsorving HBn4×1010 sBpr×10p mBHm×101r 1B0r×10o 0B0n
(H)游憩 gourism pB0r×101n nBHp×10H rB14
总计 gotal mBp4×10m1 1B1n×10r 100B00
?Bw 生态系统安全分析
生态安全的概念有广义和狭义之分A从广义方面来说@生态安全是指在人的生活G健康G安乐G基本权利G生活保障来源G必
要资源G社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态A包括自然生态安全G经济生态安全和社会生态安全@组成
一个复合人工生态安全系统 B从狭义方面来说@生态安全是指自然和半自然生态系统的安全@即生态系统完整性和健康的整体
水平反映D1mEA从热力学原理方面来说@生态系统的安全性是由系统能量的收支情况所决定的A如果系统输入能流大于输出能
流@即系统有负熵@系统就会向有序化方向发展@生态系统处于安全状态之中F如果系统输入能流小于输出能流@则系统就会退
化@生态系统就处于不安全状态之中F如果系统输入能流等于输出能流@则系统处于临界状态A
这里存在生态安全隐患的地区主要集中在天池景区@其他地区基本还处于原始状态@生态系统受到人类活动的影响很小A
天池景区面积 1mpH1tmm@其中有林地 Hoootmm@主要为雪岭云杉F游览区面积 HHHtmm(其中水面 mpotmm)@其他为亚高山森林草
甸@面积 oo40tmmA
依据美国生态学家 xroen.y.g和意大利生态学家 Ulgiati.S提出的可持续发展指标 z{|}
z{|~ zYRzLR~
zmγd(zmR|+ zmF)
(zmF+ zmN)d(zmR|+ zmR)~ 0Bso4r
式中@zYR为能值产出率@zLR为环境负载率@zmγ(能值产出量)~pBmo×101nsehda@zmR|(为人类社会经济活动投入的可更新
资源能值)~1Bns×101rsehda@zmF(人类社会经济活动投入的不可更新资源能值)~为 sBrm×101nsehda@zmR(自然环境投入的
可更新资源能值)~HBrs×101rsehda@zmN(自然环境投入的不可更新资源值)~HB41×101rsehdaA
xroen.y.g和 Ulgiati.S认为@当 z{|<1时@系统还处于可持续发展状态之中F当 1
问题仍不能忽视A
nrs1H期 李海涛 等}基于能值理论的生态资本价值
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0931 生 态 学 报 25卷