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A primary study on Chinese terrestrial ecosystem services and their ecological-economic values

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



全 文 :6。7-6,弓
第 19卷第 5期
1 999年 9月
生 态 学 报
ACTA ECoLoGICA SINICA
VOl 19,No.5
se pI ,1999
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 -
欧阳志云 ,王效牵 苗 鸿
一 一 ’—— _ —~
(中国科学院生态环境研究中心 ,北京 100080)
义f Y/
c卫,7 .
摘要:生态系坑服务功能主要表理为提供保存生暂进化所需要的丰富的材种与遗传资源,太阳能 ,二氧化硪的固定,有机
质的合成 ,区域气候调节 ,维持水及营养物质的循环,土壤的形成与保护,持染物的吸收与 降解及创造物种赖 生存与繁
育的条件,维持整十大气化学组分的平衡与稳定,以及 由于丰富的生物多掸性所形成的自然景观及其具有的美学 .文化.
科学.教育的价值 .生态系统的这些功能虽不表现为直接的生产与消费竹值 ,但它们是 生物资源直接竹值产生与形成的
环境。可 说,正是生态系统的服务功能,才使人类的生态环境条件得以雄持 和稳定。
从生态系统的服务功能着手 ,首先研究中国陆地生态系统在有机物质的生产 、CO 的固定、0 的释放.重要污染物质
降解,以及在涵养水源 保护土壤中的生态功能作 用,然后再运用影子竹格,替代工程或损益分析等方法探讨 了中国生态
系统的间接经济价值 .研究表明我国陆地生态系统具有巨大 的生态经济敏益,对维持我国社会经济的可持续发展具有不
可替代的作用
~liJ 圭查墨垫 苎垫堂;圭查丝 雌 f{丑 a:最
A primary。study On Chinese terrestrial ecosystem services and their
ecological—economic values
OUYANG Zhi Yun W ANG Xiao—Ke M IAO Hong (m drch Cent~ 五 五 一 州 Sci一
㈨ Chine~Academy Sde~es,B~fing 100080,China)
Abstract:Ecosystem services are the conditions and processing through which the natural ecosystems and
the species,that make them up,sustain and fulfill the human life.They not only supply to the human being
with the production of ecosystem goods,but also perform the fundamental life—support services,which im
dude the purification of air and water.detoxification and decomp~skion of wastes,regulation of climate,re—
generation of soil fertility,and production and n~intenance of biodiversity·mitigation of floods and
droughts.The Chinese ec osystem servces and their indirect economic values were estimated based 0n eco—
logical function analysis.The study showed that the indirect economic values in RM B ot"organic matter
prod uction.CO2 fixation,O 2 release,nutrient recycle,soil protection,water holding capacity and environ
mental purlficationwere1,57x10 Yuan/a,2.84× 10 Yuan/a.2.84× 10”Yuan/a,3.24×10“Yuan/a.
5.69×10t2Yuan/a.2,71×10“Yuan/a。4.90x10,2Yuan/a,respectively.
Key words{ecosystem services~ecological economic value
文章编号 :1000—0933(1090)05—0607一o7 中圈分类号:Q140 文献标识码 }A
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 。它不仅包括各类生态系统为人类所提供的食物,医药及其他工农业生产的原料,更重要的是支撑与
维持了地球的生命支持系统 ,维持生命物质的生物地化循环与水文循环.维持生物物种与遗传多样性,
基金项目:中国科学院重大项 目B(KZ951一B1—208)资助
本文得到王如松研究员与赵景柱研究员的指导 ,在此一井致谢
收稿日期:1908—12-24;修订 日期 :1999—03—25

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净化环境t维持大气化学 的平衡与稳定[I。⋯ 。人们逐步认识到,生态服务功能是人类生存与现代文明的基
础 +科学技术能影响生态服务功能 ,但不能替代 自然生态系统服务功能 。由于人类对生态系统的服务功能
及其重要性的不 了解 ,导致了生态环境的破坏,从而对生态 系统 服务功能造成了明显损害 ]。随着对可持
续发展机制研究的探入 ,人们发现维持与保育生态服务功能是实现可持续发展的基础 。分析与评价生态系
统服务功能的间接价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前精课题 。 ]。
本项研究是在我国大量生态学基础研究的基础上,综合运用生态学及经济学方法,探讨了大区域生态
服务功能的内涵与评价方法 ,分析与评价了我国生态 系统对水源涵养 ,水土保持 ,土壤 肥力的更新与维持 ,
营养物的循环,二氧化碳的固定等的作用及其间接经济价值 。以期为可持续发展的政策与生态环境保护提
供参考
1 生态系统服务功能内涵及其生态经济价值评估方法
生态系统服务功能可以概略地分 为两大类 ,一类是生态系统产品,如为人类提供食物、工业原材料、药
品等可以商品化的功能{第二类是支撑与维持人类赣以生存的环境,如分析与评价了我国生态系统对气候
谓节 、水源涵养、水土保持、土壤肥力的更新与维持、营养物的循环、二氧化碳的固定等难以商 品化的功能 ,
从而表现为问接价值。
生态服务功能的间接价值虽不表现在国家的核算体制上,但它们的价值可能大大超过直接价值 。而且
直接价值常常源于问接价值
1 1 生态系统服务功能内涵
从宏观生态学角度 ,生态服务功能的间接价值可 以包括以下几个方面:
①太阳能的固定 植物通过光合作用固定太阳能 ,使光能通过绿色植物进入食物链 ,为所有物种包括
人类提供生命维持物质 。
②谓节气候 生态系统对大气候及局部气候均有谓节作用,包括对温度、降水和气流的影响。从而可
以缓冲极端气候对人类的不利影响。
③涵养水源及稳定水文 在集水区内发育 良好的植被具有谓节径流的作用 植物根系探入土壤 ,使土
壤对雨水更具有渗透性。有植被地段 比裸地的径流较为缓慢和均匀 一般在森林覆盖地 区雨季可减弱洪
水 ,干季在河流中仍有流水 。
④保护土壤 凡有发育 良好植被的地段,由于植被和枯枝落叶层的覆 盖,可以减少雨水对土壤 的直接
冲击,保护土壤减少侵蚀t保持土地生产力;并能保护海岸和河岸,防止湖泊、河流和水库的淤积。
⑤贮存必须的营养元素,促进元素循环 生物从土壤、大气、降水中获得必需的营养元素,构成生物
体 生态系统的所有生物体 内都贮存着各种营养元素,并通过元素循环 ,促使生物与非生物环境之 间的元
素变换 ,维持生态过程。
@维持进化过程 生态系统的功能包括传粉、基 因流、异花授精的繁殖功能 及生物之问、生物与环
境之间的相互作用,对于维持进化过程和环境效益有重要意义
⑦对污染物质吸收和分解作用及指示作用 某些生物对污染物质有抗性 ,它们能吸收和分解污染物,
另一些生物对有机废物、农药 以及空气和水的污染物 有降解作用 。有些生物对污染物敏感 ,因而对环境污
染具有指示意艾
@维护地球生命系统的稳定与平衡 从全球生态看,人类生存的台适环境——大气的组分,地球表面
的温度t地表沉积层的氧化还原 电势 ,以及 pH值都是由生物生长和代谢所积极地控制 ,目前这种适合于人
类生活的环境条件 t在地球的早期并不存在,只是在古生代及其 以后地球上 生物大量出现和逐渐发展 ,在
生物与大气地理环境的相互作用过程中所逐渐形成的 例如,现在地球大气中氧的含量为 21 ,供给人们
自由呼吸 t这 归功于植物的光 合作用 ,如果没有植物的光合作用,大 气中的氧含量会 由于氧化反应而逐渐
下降,并最终消耗殆尽。
⑤提供自然环境的娱乐、姜学、社会文化科学、教育、精神和文化的价值。
1.2 生态服务功能间接价值评估方法
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由于受基础研究及资料不足的限制 ,在评估 中国生态服务功能的间接价值 时,主要从生态系统的服务
功能着手 ,首先研究 中国陆地生态系统在有机物质 的生产、CO 的固定、O 的释放 、重要污染物质降解,以
及在涵养水源、保护土壤 中的生态功能作用 ,然后再运 用市场价值法 ,替代市场法 ,防护费用法 ,恢复费用
法等方法评估其经济价值 。
2 中罾陆地生态系统服务功能 及其间接价值
2.1 有机物质的生产
利用太阳能 ,将无机化台物,如 CO:、H:O等合成有机物质是 生态系统一个十分重要的功能,它支撑着
整个生命系统 .是所有消费者 (包括人)及还原者的食物基础 第一性生产力及生物量是反映有机物质生产
的两个重要指标 。据综合分析,中国陆地 生态系统第一性 生产力为 6.711×10 t/a,总生物量为 1.2841×
10 t,其 中森林 的第一性 生产 力为 1.2680×10 t.总生物量 为 9.0677×1O t(表 1),分别 为总生产 力的
l8.9O ,总生物量为 7O.61 ]
生态系统有机物质的生产一小部分 ,通常约 l0 为人类所利用.成为人类所赖以生存的食物或生活必
需品,而表现为直接使 用价值 ,其余大部分未被 人类直接利用.这部分却支撑着整个 生物界 .为所有的动
物、异养微生物提供食物和生活的场所 ,其经济价值实际上是无法估计 的。在这里根据中国生物多样性 直
接价值评估结果的 9倍加以推算 ,那么,中国陆地生态系统有机质生产的阿接价值为 1.57×10”元
2.2 维持大气 CO z与 O。的平衡
生态系统通过光合作用和呼吸作用与大气交换 CO 和 O ,从而对维持大气中 CO 和 O 的动态平衡
起着不可替代的作用。
在评估生态系统对 固定 CO:与释放 O:的作用时,以中国陆地生态系统有机物质生产 为基础 .根据光
合作用和呼吸作用的反应方程式推算每形成 lg干物质 ,需要 1.62g CO ,释放 O:1. 。
2.2.1 CO。的固定及其价值 以中国赌地生态系统有机物质生产为基础 ,根据光台作用和呼吸作用的反
应方程式,估算得到中国陆地生态系统每年固定 CO 的总量为 1.09×1o t,其中草地生态系统为 2.05×
101%,占总 CO。固定量的 57.76 (表 1),中国陆地生态系统 CO2的贮存总量为 2.O8×10 t。其中森林 生态
系统达 1.47×10 t.占总 CO{储存量的 70.6l
由于目前尚缺乏公认的评估生态系统 固定 CO 经济价值的方法 ,本研究尝试 比较运 用造林成本及碳
税两种方法,评估中国陆地生态系统源于固定 CO 的间接经济价值 结果表明 ,按造林成本法计算,我国陆
地生态系统每年固定 CO z的总经济价值为 7 73×10“元(表 1)。用碳税法评估,中国陆地生态系统每年固
定 CO 的总经济价值为 3.691×10”元
2.2 2 O:的释放及其价值 根据光合作用和 呼吸作用的反应方程.估算中国陆地生态系统每年释放 O
的总量为 8.05×10。t(表 1)。分另 运 用造林成本法与工业制 氧影子价格法估计其经济价值 ,结果表明,按造
林成本法计算,我国陆地生态系统每年释放 O 的间接经挤价值为 2 84×10”t元(表 1)。若按工业制氧影
子价格法估计 .那么中国陆地生态系统每年释放 0 的间接经济价值为 3.38~1012元 。
2 3 营养物质的循环与贮存
生态系统中的营养物质通过复杂的食物 网而循环再 生.并成为全球 生物地化循环不可或缺的环节 ,在
评估中国生态系统在营养物质的循环中的作用时.仍以中国陆地生态系统的生物量与生产力为基础 ,估算
其重要营养物质氮、磷、钾在生态系统中的年吸收量与总储量。结果表明,中国陆地生态系统每年新吸收的
氟总量为 76.78×10 t,磷 1 69×10Bt,钾 48.68×10 t,氮、磷、钾 3种营养元素的总储存量分别为86 84×
10 t、8.52×10 t及 49.D9×10 t(表 1)。
据有关统计 资料,在 1985~1990年 同,我国化肥平均价格为 2549元/t l}l。若 以此价格估计其间接经
济价值,则我国陆地生态系统每年在固定氮、磷、钾等营养物质的循环中的作用创造间接经济价值 3.24×
10”元 。
2 4 水土保持
生态系统保护土壤主要通过减少表土损失量 ,保护土壤肥力 ,减轻泥沙淤积灾害 ,减少风沙等灾害的
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寰 l 中墨生态系境有机质生产、同定 CO2、释敏 O 与曹莽鞠循环的闻接价值
Tablel 1 Inm t value of 0r0^ n|cmatter production,C fixation
.01 ret~ seand nutrient~ ycteofChtn~e Ecosys一
回平均造林成本 24o·03元,立方米[】5].折合 260 9元/t c,@借用瑞典政府提议的碳税为 0.15美元/kg CEt3~,@平
均造林成本 0.03元 /mn ],折音 35置93元^ o2;@工业氧的观价 0 4元/ E ]。
④【)rga11jcITt~tter production;@BiomassI@Productivity;④COifixationI@The qt~andty of CO2 storage;@The quan—
tity 0f CO2fixed;t。The valueof CO storage~@Rebrestatioa cost;@C~bontax;@The Ya】ue ofCO2右xed;@R㈣fore t—
tion~o8t;@CarbontBxI@02 release;@The quartity ofO2 re]aease;@The value ofO2 re]eBseI@Refor~tati0㈣ t;⑩
Market price;@Nutrient recycleI@N storage~@Nxatlon~@P storagel@P fixation;@K storage;@K fixation
4个相互联系的生态过程来实现其经济价值 。
在估算过程中,首先采用无林地 的土壤侵蚀量来估算森林 、草地 每年减少的土壤侵蚀量,然后再评价
森林 、草地对表土损失 、肥力损失和减轻泥沙淤积灾害三方面的价值。
2.4.1 森林与草地每年减少土壤侵蚀的总量
①潜在土壤侵蚀量 潜在土壤侵蚀量是指无任何植被衰盖的情况下,土壤的最大侵蚀量。不同类型土
壤下的有林地和无林地的土壤侵蚀量大不相同,应对我国的主要土壤类型进行系统的侵蚀量对比研究,
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估算潜在的土壤侵蚀量 。目前 ,我国在这方面的研究工作还较少 ,根据我国土壤侵蚀 的研究成果,无林地的
土壤中等程度的侵蚀深度为 1 5~35 mm,a,侵蚀模数为 15O~350m /hm。·a 本研究分别 侵蚀模数的低
限 192t/hm ·a,高限 447.7t/hm ·a和平均值 319.8t/hm ·a来估计 (表 2)。
② 森林、草地覆盖 区年土壤 侵蚀 量
不同植被下的土壤侵蚀量有很大差别
(表 3)。根据该侵蚀模数+估算出年均土
壤侵蚀总量为 8.44×10 t+仅为我国每年
实 际 土 壤 侵 蚀 总 量 约 5.0×109t的
18.9 。
③森林 、草地 每年减 少 的土 壤侵蚀
量 根据 上面 所估算 的森林、草地 区潜
在土 壤侵 蚀量 和实 际 土壤侵 蚀量 的对
比,可得到每年我国森林 、草地 最低 减少
土 壤损失 9.94×10‘tt最高减少 2.35×
10“t+平均减少 1.88×10”t。
2.4.2 中国森林、草地减少的土壤侵蚀
的损失估计 土壤侵蚀 的后果包括 :可
耕 地 面积的减少;土 壤肥力(营养物 质)
的损失f泥沙对江河湖泊的淤积等方面 。
① 森林、草地 每年 减少 土地 损失面
积及 其间接价值 根据土壤侵蚀量和土
壤耕作层的平均厚度来推算土地面积减
少量 。以我国耕作土壤的平均厚度 0.5m
作为森林、草地 的土层厚度,若 我国森
林 、草地 每年 减 少 土壤 侵 蚀 的最 低量
9.94×10 t计算 ,则 每年可能损 失面积
衰 2 中国囊林草地每年潜在土壤侵蚀量
Table 2 The pot伽n s棚 erosion in Chinese forest and gra.~lend
森林 Forest 草地 Grassland
侵蚀模数 — — — — 总潜在土
E
m
r
od
os io
1e
a 积
P

ot

en

tia

l s

oiI
积 P潜
ot

ea

tia

l s

ol1

T



tal

“m [10 。) c10e hm2] “
衰 3 主要植被土壤侵蚀棰擞殛年侵蚀总量
Table 3 The soil erosion module and quantities In different forests
①Broadteaf forestI@Coalferous ores f③Shurb~@Grassland
@Total
1.,53×10 hm 。我国 目前水土流失实际发生面积约 1.5×10 hm ,每年 约损失土地 1.5×1 hm 。
采用土地 的机会成本来估计森林、草地减少的经济价值 。在 198,5~1990年期间林业、牧业生产的平均
收益分别为 263.58元/hm a与 245.∞ 元/hm ·aII ,本研究对林地采用林业生产的机会成本 ,对草地
采用牧业生产机会成本 ,估算我国森林、草地每年减少的土地废弃面积的经济价值为 3.82×109元 。
②减少土壤肥力损失的 间接 价值 土壤侵蚀带走了大量的土壤营养物质 ,主要是土 壤有机质、氮 、磷
和钾 。不同土壤中的有机质、全氮 、全磷和全钾含量大不相同。根据我 国主要森林土壤和草地土壤的有机质
和全氮、全磷和全钾含量等含量的平均值II 和我国每年 森林、草地分别减少的土壤侵 蚀量 ,对我 国森林 、草
地每年最少减少的有机质损失量以及氮、砗、钾等元素的损失量进行 估算 ,结果表明 .其损失量分别为 3.95
×10 tt6.44×10 t+1.4×10 t与 1.74×10。t。若 以我 国化肥平均价格 2549元,t估计其 间接经济价值 ,每
年减少的土壤氮砗钾损失的经济价值为 5.28×10 元。
③减少泥抄淤积的经济价值 我国每年森林、草地减少的土壤侵蚀量共计 9.94×10 t,按照我国主要
流域 的泥抄运动规律 .全 国一般土壤侵蚀流失的泥沙有 24%淤积于水库 、江河 、湖泊,这部分泥沙直接造成
了水库 、江河、湖泊蓄水量的下降.在一定程度上增加了干旱 、洪涝灾害发生的机会 。另有 33%滞留.37 入
海口 。本文仅考虑淤积于水库 、江河湖泊的 24 ,即每年减少 2.39×10 t泥沙淤积的经济价值。
④减少泥沙对江河湖泊淤积的间接价值 土壤侵蚀流失 的泥抄淤积于水库、江河、湖泊.减少了地表
有效水的蓄积 因此可根据蓄水成本计算损失的价值 。我国每年森林草地减少的泥沙,相当于 2.30×10
m 的库容 ,即我国 1991年水库总库容的 18.5 据有关研究,我国 lm 库容 的水库工程费用为 0.87元 。
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因此我国森林、草地每年减少的泥沙淤积的经济价值为 1.54×10 元
综合以上分析 ,中国以草地 、森林 为主的陆地生态系统每年减少土壤侵蚀的总经济价值为 5.69×10
元/a(表 4)
2.5 涵养水源
涵养水份是 生态 系统的一个重要功
能,本文 以森林生态系统为对象,应用水
平衡法测 算出森林涵 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 。
2.5.1 中国森林生态 系统 涵养水 源量
的估计 森林降水量等于涵 养水源 总量
和森林地带蒸散量之和 。我国森 林区域
(包括 台湾)降水量为 1.21×10”t埘。
根据 我国对森 林蒸散量 的研 究,我
衰 4 鞋国森#、草地每年冀少土壤侵蚀的总经济价值
Table 4 The total riglie of reducflon of soil er~ lon
损失类 年减少损失量
T ype 二
losses
l per ea
定竹标准 间接经济价值
Standard O evaluation Indirect vaIue
森林 Forest草地 Grassland (元/a)
~Soil}@Organic matter~@N.P,K}④Silt
国森林年蒸散量约 占全年总降水量的 30 ~80%,全国平均蒸散量为 56 口 。假设森林区域降水的 65
通过 蒸散消耗掉 ,那么大陆森林涵养水源量为 4.05×10”t。
2.5.2 中国森林涵养水源 的经济价值 森林涵养水源类似于水库蓄水,通过建立蓄水量 It水库影子工程
的费用来估算涵养水源的价值 我国每建设 lm。库窖的成本花费为 0.67元,所以涵养水源 的间接 经济价
值 为 2.71×10“元/a
2.6 生态系统对环境污染的净化作用
绿色植物净化大气的作用主要有两个方面,一是吸收二氧化碳 ,放 出氧气等 ,维持大气环境化学组成
的平衡 ;二是在植物抗性范围内能通过 吸收而减少空气中硫化物、氮化物 、卤素等有害物质的含量
2.6.1 吸收 S0 2
阔叶林对 SO2的 吸收 能力 为 88.65kg/hm ,柏 类 41].6kg/hm ,杉类 117、6kg/hm。,松 林 1]7.6kg/
hm ,平均 为 215.6kg/hm。。按 阔叶林的面积为 5.48×10 hm ,针叶林 5.弘×lO hm 计算 ,其 吸收 SO。
量分别为 4.86×10 t和 1.13×10 t,总量为 1.62×1O t。对于每削减 100t SO z的投资额为 5万元 ,运行费
为 1万元/a 如果没有森林对 SOt的吸收作用 ,消除这些 SO 的费用为 9.70×10 元
2.6.2 对降尘和飘尘有滞留过滤作用
粉尘是大气污染的重要指标之一,植物特别是树木对烟灰、粉尘有明显的阻挡、过滤和 吸附作用 森林
对有害烟尘和粉尘具有很大 的阻挡作用。研究认 为每公顷树木年阻尘量为 :云杉 32t,松树 34.4t,水青 同
68t。榆树、重阳木 、刺槐 、臭椿 、悬铃术、女贞、泡桐等都是 比较好的防尘树种
针叶林的滞尘能力 为 33.2t/hm ,闻叶林的滞尘能力为 10.1lt/hm 。阔叶林滞尘量为 5.54×10 t,针叶
林 1 73×10 t,总量为2.28×10 t。削减粉尘成本为 170元/t,潜在经济价值达 4.89×10”元。
3 讨论
生态系统维持 了地球生命支持系统,为人类刨造了赖以生存的生态环境条件 ,具有巨大的直接与间接
经济价值。本文尝试运用生态系统生态学知识与生态经济学方法初步研究了我国生态系统部分生态服务
功能 结果表明,中国陆地生态系统有机质生产间接价值为 1.57×10 元/a,固定 CO。总经济价值 为 7.73
×10”元/a,释放 o。间接经济价值 为 2、84×10”元/a,在氮 、磷 、钾等 营养物质循环贮存间接经济价值 3.24
×10”元/a,减少土壤侵蚀的间接经济价值 为 5.69×10”元/a,涵养水源的间接经济价值为 2.7l×10”元/
a 植物净化大气的潜在经济价值达 4.89×10”元 /a 从这一不完全的估计中,可以发现,生态系统具有巨大
的生态经济效益
本研 究是基于我 国长期生态学研 究成果的基础上的。由于我国国土辽阔,生态系统类型十分丰富多
样 ,其结构与功能也干差万别,作者 已注 意到本文所弓f用的参数不能精确地反映我国生态系统功能的真实
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状况 ,对我国生态系统各项服务功能及其价值的评估也只是粗略的与保守的估计 。但可 以认为即使这样一
个保守的评估也还是有助于人们对生态系统价值的了解。为生态环境保护政策的制定提供参考。
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