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生态系统服务功能是指生态系统及其生态过程所形成与维持的人类赖以生存的环境条件和效用,是指通过生态系统的功能直接或间接得到的产品和服务。这种由自然资本的能流、物流、信息流构成的生态系统服务功能和非自然资本结合在一起产生了人类福利(Daily,1997)。
近年来,生态系统服务功能研究已逐渐成为国际上生态学研究的前沿领域。但是目前人们多将生态系统提供给人类的服务功能看成是静止的、一次性的,而实际上服务功能的产生和维持取决于一定的生态过程,所以服务功能的实现也是一个动态的和逐渐形成的过程。由于这种动态过程与植物生长密不可分,因此如果以植物生长阶段为时间单元对生态系统服务功能进行动态研究,会较好的揭示服务功能与植物生长周期之间的关系,并进一步发现服务功能形成的内在规律。
本论文以青藏高原草地生态系统为例,以服务功能及其价值的动态过程为切入点,根据生态系统服务功能理论,利用样地实验和RS/GIS技术,对青藏高原区草地生态系统各项服务功能及其价值的动态过程进行有效分析和评价,并以直接的货币形式反映出青藏高原主要草地类型服务功能的大小。通过实验和模型计算分析,得出以下结论:
■土壤保持功能。(1)风蚀率变化特征:随着风速的增大,三个样品的土壤侵蚀率均呈现增大趋势,但不同处理下侵蚀率的增幅不同;(2)土壤养分变化特征:风蚀前后土壤有机质和养分含量显著下降,其中速效K2O的养分含量下降最大;(3)单位面积土壤保持价值:高寒草原化草甸最高,其次为高寒草甸,高寒草原单位面积土壤保持价值最低。
■土壤水分保持功能。(1)水分保持功能及其价值贡献率:高寒草原类、高寒草甸类,高寒荒漠类、高寒草甸草原类和温性山地草甸类;(2)动态特征:在一年中呈现出较强的阶段性变化过程,年度内均现呈出波动变化趋势,在生长季内呈现出弱“N”型变化规律。且非生长季的土壤水分保持量及其价值明显高于生长季;(3)地域分布特征:青藏高原草地生态系统提供的土壤水分保持功能及其经济价值呈现出明显的地域分布规律,自西北至东南逐渐降低,其中三江源地区为高值区。
■气候调节功能。(1)气候变化特征:温度的上升幅度在1980-1990年期间较大,而在1990-2000年间相对较慢。而降水的增长幅度正好相反,1990-2000年的增长是1980-1990年的4.7倍;(2)土地利用变化特征:1980-2000年间青藏高原地区草地面积呈现先下降后上升的趋势,截止2000年草地面积变化净值为负值,草地-未利用土地是近20年来土地利用类型转移的主要方式;(3)1980-1990年间,主要土地利用转移方式为草地—未利用土地时,草地面积下降,而此时期温度上升幅度较快;而1990-2000年间,主要土地利用转移方式为未利用土地—草地时,草地面积上升,而此时期降水上升幅度较快。由于目前在气候调节功能方面缺乏定量计算方法,所以本研究暂时无法给出土地利用方式转变和气候变化之间确切的定量关系。但是由于土地利用方式的转变与气候变化的变化趋势存在一定的一致性,所以我们推测,土地利用的变化,可能会是引起微气候变化的原因之一,这也有待于在今后的研究工作中进一步进行验证。
■服务功能综合评价。(1)生态服务及其价值的动态特征:生物量提供功能、蓄积碳和释放氧功能、土壤养分保持功能、土壤水分保持功能在生长季内呈现出一定的波动变化趋势。(2)总体服务功能及其价值构成特征:生长季内总价值为9,481,767×106元,其中所占比重最高的是防风固沙功能,其次是土壤水分保持功能,剩余依次为碳蓄积和氧释放功能,提供生物量功能,维持生物多样性价值,养分保持。同时,不同草地类型提供的服务功能价值大小有较大差别,所占比重按照高地排序为:高寒草原类,高寒草甸类,高寒荒漠类,高寒草甸草原类和温性山地草甸类;(3)空间分布特征:研究区内草地生态系统提供的服务功能呈现出自西北至东南逐渐降低的地域分布规律。其中,位于青海省境内的三江源地区提供的服务功能总价值最高。
由实验和模型的计算结果可以看出,青藏高原草地生态系统为人类提供的服务功能巨大,尤其反映在生态屏障作用方面,例如土壤保持、土壤水分保持和气候调节功能。此外,由于青藏高原自身特点所致,各种草地类型的主要服务功能在生长季内均呈现出一定的动态变化规律。
同时,本论文通过系统分析,以定量化结果显示:在整个青藏高原研究区中,三江源地区草地生态系统提供的生态系统服务功能价值最高,其贡献率占到研究区总值的50%左右,其生态意义可见一斑。因此,保护和建设好三江源草地生态系统将是一项宏大的工程,不仅惠及三江流域和青藏高原地区,更关系到整个中下游地区社会经济乃至全国的可持续发展。
应当说,本文将时间尺度和空间尺度相结合,研究生态系统服务功能的动态性,较好的反映了区域上植物生长对服务功能的贡献大小,并揭示了服务功能与植物生长周期之间的关系,这在很大程度上弥补了目前研究中只注重空间尺度而缺乏时间尺度的缺陷。