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生态系统服务功能评价研究开始于20世纪70年代,到80年代之后融合了生态经济学,逐步对生物多样性、环境净化和土壤保持等服务功能的经济价值进行研究[1].其中最典型的是Costanza等人[2]在Nature上发表的关于生态系统服务和自然资本的经济价值成果,引起了学术界极大的反响. Costanza和Daily等[3-5]的研究极大的推动了生态系统服务功能经济价值评价,使得这一领域逐渐成为科学家和学者关注的焦点.我国在这方面起步较晚,但欧阳志云、谢高地等[6-14]在这方面做出了突出贡献.主要研究集中在典型生态系统的服务功能的分析和经济评估,如森林、草地和水体等,缺少对湖泊生态系统的服务功能和经济价值的关注,泸沽湖是典型的湖泊生态系统,是我国西南地区重要的候鸟迁徙通道和栖息地,在维持生物多样性、水生态安全方面具有重要作用,相关研究相当缺乏[15].
泸沽湖作为我国第三大高原深水湖泊,多年水质基本维持在Ⅰ类标准,处于贫营养状态.但随着近年来旅游人数的逐渐增多,泸沽湖流域生态服务功能及水质压力等生态环境压力进一步加大.为实现泸沽湖自然资源的合理开发和科学管理,对泸沽湖流域生态功能服务进行量化评估,客观分析其资源价值具有理论和现实意义,也可为地方政府科学合理开发泸沽湖流域资源提供数据支撑和科学判断.
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泸沽湖流域位于云南省西北部的宁蒗县和四川省西南部的盐源县的交界处.地理坐标为东经100°44′-100°51′,北纬27°39′-27°45′之间.该湖流域面积247.71 km2,其中宁蒗部分为107 km2(43.2%),水面面积57.18 km2,其中宁蒗部分为30.3 km2(53%).泸沽湖是一个外流的淡水湖,属雅砻江水系,湖面海拔2 692.2 m.泸沽湖地区属低纬高原季风气候区,具有暖温带山地季风气候的特点,光照充足,降水适中.
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本研究的数据主要来源为MOD13Q1,由EOS/Terra卫星提供.按照通常的做法,首先对数据进行预处理,然后进行相应的投影转换并获取相应的有效数据分析.时间序列数据由美国NASA LP DAAC工作组提供. 2000-2013年的降水和温度数据由当地的气象站及在中国气象网站下载得来.所用社会经济数据来自丽江市环保局、泸沽湖管理处等部门及相关参考文献.
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在总结前人研究的基础上,根据千年评估提出的生态系统服务功能分类方法,并结合研究区独有的自然和文化特征,构建泸沽湖流域生态系统服务价值评估指标体系,该指标体系包含产品提供功能、调节功能、支持功能和文化功能4大方面共12个指标(表 1).
2.1. 数据来源
2.2. 指标体系
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泸沽湖流域的产品有多种,本研究主要计算农业、渔业及林业产品的价值,从2000-2013年,泸沽湖流域产品提供价值由9.82×106元增加至25.3×106元,不同产品的价值计算如下.
1) 农业、渔业
从当地管理部门提供的统计资料获取农产品及渔业产量,按照市场价值法[16]计算得到2000年泸沽湖流域内的农业、渔业产值达5.42×106元,2005年达6.47×106元,2010年达10.9×106元,2013年达14.1×106元.
2) 林业
根据泸沽湖流域的统计资料得出泸沽湖流域2000-2013年每年新增活立木蓄积总量.进而利用市场价值法估算各年份的木材价值,即2000年为4.4×106元,2005年为5.6×106元,2010年为7.8×106元,2013年为11.2×106元.
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通过计算泸沽湖流域森林生态系统各年份的碳储量(表 3),而后利用造林成本法计算各年份的碳固定总价值[17].得到泸沽湖流域2000年泸沽湖流域的碳积累为6.21×106元,2005年泸沽湖流域碳累积的总价值为7.49×106元,2010年泸沽湖流域碳累积的总价值为8.06×106元,2013年泸沽湖流域的碳积累为13.16×106元.
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根据产水量模型计算泸沽湖流域调节径流量,调节径流量为潜在产水量(潜在产水量假设为该植被生态系统转换为裸地时候的产水量)和实际产水量差值,基于此计算得出,泸沽湖调节径流量分别为:2000年14.1×106 m3,2005年15.0×106 m3,2010年18.98×106 m3,2013年20.7×106 m3,2000-2013年提高了6.6×106 m3.
利用替代成本法[18],取单位库容造价6.11元/m3进行估算(2005年可比价),2000年泸沽湖流域水资源生态系统涵养水源价值为86.15×106元,2005年涵养水源价值为91.65×106元,2010年涵养水源价值为115.85×106元,2013年涵养水源价值为126.48×106元,2000-2013年增加了40.33×106元.
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根据土壤流失方程[19-20],运用GIS软件计算出泸沽湖流域2000-2013年的土壤侵蚀量,进而统计出泸沽湖流域2000年土壤保持量为5.47×106t,2005年土壤保持量为6.23×106t,2010年土壤保持量为7.48×106t,2013年土壤保持量为7.83×106t.利用替代成本法,以尿素2500元/吨,过磷酸钙600元/吨,氯化钾1800元/吨为计算单价标准进行计算,得出2000年泸沽湖流域生态系统土壤肥力保持价格为58.67×106元,2005年泸沽湖流域生态系统土壤肥力保持价格为62.7×106元,2010年增至83.12×106元,2013年泸沽湖流域生态系统土壤肥力保持价格为87.92×106元.如果进行有效的泸沽湖流域植被恢复和管理,生态系统土壤保持能力将会得到明显增强.
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用空调降温来换算泸沽湖流域水资源生态系统的吸热降温效果进而利用气候价值公式进行计算[21]:1 kJ=2.778×10-4 kW/h,则蒸腾吸热为1.98×1013kW·h/a.如果按0.5元/(kW·h),夏季长达约60 d(侯温22 ℃以上),空调每天连续工作6 h,空调效率为2.8.那么2000年泸沽湖流域水资源蒸腾耗水量10.23×106T/a,蒸腾吸热1.67×1016 kJ/a,2000年泸沽湖流域水资源生态系统降温的经济效益为55.72×106元;2005年泸沽湖流域水资源蒸腾耗水量10.65×106T/a,蒸腾吸热1.70×1016 kJ/a,则蒸腾吸热为1.86×1013 kW/hm2,所以2005年泸沽湖流域生态系统降温的年经济效益为57.35×106元;2010泸沽湖流域水资源蒸腾耗水量12.2×106T/a,蒸腾吸热1.11×106 kJ/a,2010年泸沽湖流域水资源生态系统降温的经济效益为62.34×106元;2013泸沽湖流域水资源蒸腾耗水量13.1×106T/a,蒸腾吸热1.21×106 kJ/a,2013年泸沽湖流域水资源生态系统降温的经济效益为63.42×106元,.从2000年至2013年,泸沽湖流域生态系统气候调节价值由55.72×106元增加至63.42×106元,净增加了7.7×106元.
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泸沽湖常年水面面积为30.3 km2,水位年变化幅度为0.7~1.0 m,折合动态储量21.2×106~30.3×106 m3,平均25.6×106 m3.泸沽湖流域沼泽地面积3.29 km2,取洪水期最大淹没深度1.0 m计算,沼泽地调蓄洪水量为3.29×106 m3.因此,泸沽湖流域调蓄洪水的总动态储量为28.89×106 m3,采用替代工程法,按水库建造成本0.67元/m3并换算成2005年可比价进行计算,则泸沽湖流域2005年调蓄洪水功能的总价值为62.40×106元.同理计算2000年为49.2×106元,2010年为72.5 ×106元,2013年为79.1×106元.
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依据以往研究成果[22]1 hm2松林每年可吸附尘埃36 t,杉林30 t,栎类林67.5 t;一般针叶林的年滞尘能力为33.20 t/hm2,阔叶林为10.11 t/hm2.泸沽湖流域森林生态系统潜在的SO2持留量和滞尘量分别为1 674.9 t/a和559.3 t/a,按SO2的投资及处理成本为600元/t每年除尘运行成本为170元/t每年(中国生物多样性国情研究报告编写组,1997)并换算成2005年可比价进行计算(折算成2005年可比价为:二氧化硫的投资及处理成本为1 263元t/a.除尘运行成本为358元t/a),泸沽湖流域2005年森林生态系统潜在的持留SO2和滞尘的价值量分别为2.12×106元和2×105元,合计为2.32×106元.同理可计算2000年为1.24×106元,2010年为3.27×106元,2013年为3.89×106元.
湖泊水质净化,目前缺乏湖泊去污功能与效益的系统研究,该文拟通过研究湖泊的氮磷去除效能反映湖泊水体净化功能和价值.参考洱海单位面积除N,P的能力[25],计算得到泸沽湖潜在N,P净化能力为N 105.3 t/a,P 22.55 t/a,按照生活污水处理成本并折算成2005年可比价计算湖泊的氮磷净化功能价值(N,1.6元/Kg;P,2.6元/kg),则得到泸沽湖2005年氮磷水质净化的总价值为2.25×105元.同理可计算2000年为1.92×105元,2010年为3.23×105元,2013年为3.78×105元.
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根据生境质量计算公式[23],用Invest生物多样性模型模拟了不同年份的生境质量空间分布.基于Natural Breaks将生境质量划分为10个等级.其中高等级面积分别为2000年77.2 km2,2005年79.1 km2,2010年79.8 km2,2013年85.8 km2,生境质量在研究期间有所提高.参照Costanza、肖强等、赵同谦等[3, 11, 24]的成果对生物多样性维持功能价值进行计算,得出2000年生物多样性服务功能的生态价值为39.21 ×106元,2005年为45.77×106元,2010年价值为63.49×106元,2013年的价值为69.21×106元,2000-2013年生态效益增加了30×106元.
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根据地方部门提供的资料显示2013年泸沽湖流域接待市外游客19万人,根据旅游局的相关资料,泸沽湖市入境游客的消费构成为:交通23 %、购物15.2 %,住宿32.6 %,门票9.8 %,餐饮15.5 %,娱乐7.1 %.依据投入产出公式计算得到泸沽湖流域入境游客部分的旅行成本为556.7元/人,总旅行费用为106×106元.同理,可以算得2000年旅行总费用为89×106元,2005年旅行总费用为122×106元,2010年旅行总费用为236×106元.
自2000-2013年期间,文化旅游总价值同比增长了17×106元.通过对比分析两时期的景观旅游价值变化状况,得知泸沽湖市辖区景观旅游价值在2000-2010年期间增长显著,受泸沽湖区域修路的影响,2013年旅游人数比2010年减少近一半,这也是泸沽湖流域的旅游价值骤然减少的最主要原因.
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总体来看,从2000-2013年泸沽湖流域总的生态系统服务价值分别是3.95亿元、4.64亿元、6.64亿元、5.75亿元,呈现上升趋势.从具体的生态系统服务类型来看,2000年提供产品价值为0.098亿元(占2.48%),调节价值2.57亿元(占65.09%),支持功能价值0.39亿元(占9.92%),文化功能价值为0.89亿元(占22.51%);2005年提供产品价值为0.12亿元(占2.6%),调节价值2.84亿元(占61.24%),支持功能价值0.46亿元(占9.86%),文化功能价值为1.22亿元(占26.29%);2010年提供产品价值为0.187亿元(占2.82%),调节功能价值为3.45亿元(占比52.05%),支持功能0.64亿元(占9.57%),文化功能2.36亿元(占35.56%);2013年提供产品价值为0.253亿元(占4.4%),调节功能价值为3.74亿元(占比65.12%),支持功能0.69亿元(占12.04%),文化功能1.06亿元(占18.44%),但受泸沽湖地区修路的影响,泸沽湖流域(云南段)在2013年旅游人数比2010年减少将近一半,由此带来的旅游价值也呈现减少趋势,受旅游价值影响,泸沽湖流域总的生态系统服务价值在2010-2013年呈现下降趋势.在所有生态系统服务功能中,调节功能所占比重最大,泸沽湖流域服务功能价值从大到小顺序依次调节功能、文化功能、支持功能、产品提供.
3.1. 产品提供
3.2. 碳固定
3.3. 水源涵养
3.4. 土壤保持
3.5. 气候调节
3.6. 调蓄洪水
3.7. 净化环境
3.8. 生物多样性保护
3.9. 文化旅游
3.10. 生态系统服务功能综合效益分析
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本研究参照千年生态系统评估框架建立了泸沽湖流域生态系统服务功能价值评价指标体系,在计算了各个生态系统服务功能的基础上,利用市场价值法、造林成本法、影子工程法等方法对其进行了生态系统服务价值计算和分析,并得出如下结论:
1) 泸沽湖流域生态系统具有重大的生态系统服务价值,2000-2013年泸沽湖流域生态系统服务价值分别为3.95亿元、4.64亿元、6.64亿元、5.75亿元,呈增加的趋势.但受泸沽湖地区修路及旅游人数限制的影响,2013年旅游价值骤减是造成总生态系统服务功能价值降低的主要原因.
2) 泸沽湖流域生态系统服务功能价值构成以气候调节、土壤保持、水源涵养、景观旅游、洪水调蓄和生物多样性等间接价值为主,产品提供功能仅占总价值的2.48%~4.4%,而调节功能是产品提供功能价值的14~26倍.
3) 总体上泸沽湖流域生态系统的景观旅游功能、调节功能已经成为该流域生态系统服务功能的主体,这充分说明了泸沽湖流域自然生态系统对于维系区域生态安全的重要性,而且随着泸沽湖基础设施的完善及知名度的上升,景观旅游价值必定带来飞速发展,由此而带来的生态环境问题也将威胁着泸沽湖流域的生态安全,因此,应该在维护泸沽湖流域生态系统安全的前提下,进行合理规划和开发.