放牧对草地生态经济价值的影响—以新疆阿尔泰山两河源自然保护区为例

王楚含，徐海量，徐福军，白玉锋，苑塏烨，赵新风

（1.新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐840052；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐830011；3.新疆阿尔泰山两河源自然保护区管理局，新疆 阿勒泰836500）

草地是我国陆地上面积最大的生态系统，占全国土地面积的41%［1-2］，其类型组分、生态过程的形成及生态作用等功能具有与其他生态系统不同的特点，他是以土壤-草地-牲畜-牧民为一体的复合生态系统［3］。草地生态系统不仅维持着自然生态系统格局，起着保护生态安全的屏障作用［4-5］，最重要的是与人们的生产生活息息相关。草地生态系统不仅为人类提供具有市场价值的肉类、奶类、毛皮、药材等直接生态服务价值，还提供维持大气成分、保持水土、涵养水源、处理废弃物等间接生态服务价值，且草地的间接经济价值远大于直接经济价值［4］。

放牧是草地利用的主要方式之一，但要保持适当的放牧强度来维持草地生态系统的稳定和发展。适度放牧可促进植被生长、改善草地环境、提高草地和牲畜的生产能力，也可以改良草地的物理性质和化学组成，提高土壤质量、增强土壤水土保持功效，增加生态整体的服务价值［6-9］。而过度放牧则会导致草地生态系统出现土地沙漠化、生物群落失调和草地资源严重退化等一系列生态服务价值损失的问题，为草地畜牧业的可持续发展带来严重的隐患［10-14］。

自1997年Costanza等［15］对全球主要17类生态系统服务的价值进行评估后，草地学专家也掀起了对草地生态系统服务价值估算的热潮，如Richad和Wui等［16］对不同草地类型的生态系统价值进行评估并提出了评估方法和案例；Turner等［17］对湿地（包括草地）的价值进行评估并分析了价值日趋减少的原因等。我国学者也做了很多有关草地生态服务价值的研究，如赵同谦等［18］将生态系统划分为4大类并由13个功能指标构建了评价指标体系；谢高地等［19］将生态系统划分为18类并提出区域草地功能价值的计算；刘兴元等［20］对全国草地的经济价值进行了评估。可以看出国内外许多草地生态服务价值的研究均是在Costanza的基础上，以不同方法进行分析，很少涉及草地上最重要的经济活动-放牧，因此本文探讨不同放牧情况下草地生态服务价值的变化趋势，从而阐述适度放牧的重要性。

阿尔泰山两河源自然保护区是额尔齐斯河与乌伦古河的发源地，具有极其重要的水源涵养意义［21］。当地以传统的畜牧业生产为主，主要利用高山草原作为夏季牧场，牲畜数量、放牧周期以及草场的生产力，与生物多样性和恢复力之间在很大程度上保持着平衡，但近年来放牧方式的改变，放牧数量和自然灾害的增加都造成牧草减产，使该区域放牧压力增大，一些地方出现明显过度放牧，造成自然资源退化的现象［22］。库尔木图作为两河源自然保护区内的一部分，也是重要的水源涵养地，该区域生态服务功能的健康程度不仅维持着当地牧民的基础生活和生产，同时也维持着该地区生态系统的平衡，因此本研究围绕以下两个科学问题进行探讨：1）草地生态系统服务价值的构成。2）不同放牧强度下草地生态系统服务价值如何变化。该研究对保护区可持续管理具有重要意义。

1 研究区概况

新疆阿尔泰山两河源自然保护区于2001年由新疆自治区人民政府批准建立［23］，目的是为保护发源于阿尔泰山东南部的额尔齐斯河和乌伦古河源头生态系统。保护区总面积68.08万hm2，其中湿地面积约8.4万hm2，并有年径流量超过1×108m3的大河5条，是重要的水源涵养地。保护区内分布着各种动植物1 160多种，国家重点保护的珍稀动植物多达上百种，其中不乏有新疆和阿尔泰山特有物种，是重要的动植物栖息地和丰富的基因库［24］。保护区的温性高山草原作为阿勒泰牧民最重要的夏季牧场，放牧天数达130多天，是当地畜牧业发展的基础；因此阿尔泰山两河源自然保护区生态系统的稳定是阿勒泰地区极其重要的生态屏障。

2 研究方法

2.1 采样点设置与数据采集

阿尔泰山两河源自然保护区作为温性高山草原，植被生长状况受到阿尔泰山温度和降水等因素的影响，使得草地生物量在7-8月达到最大值，因此在7-8月的时间尺度上对库尔木图区域内的草地进行布点取样。2015年7月中旬沿库尔木图草原中心河流两侧各布设7大样区，每个样区相距约1Km左右，每个样区内随机设置6个1m×1m的小样方，共42个样方。植被调查以样方为单位，记录每个样方内的物种数（N）、物种类型（n）、冠幅大小（Cw）等，对样方内每个物种随机测定10～20株植被高度（H），最后将每个样方内植被齐地面收割称其鲜重，并带回实验室在80℃下烘24h，称其干重。

2.2 未放牧草地生态服务价值估算

本研究针对库尔木图山地草地生态系统特点，以Costanza等［15］人的研究为基础，结合谢高地等人［19］对草地生态系统不同功能服务价值构成比例的研究成果，对库尔木图未放牧条件下草地生态服务价值进行估算。具体步骤如下：

（1）利用牧草单产和阿勒泰地区2015年牧草市场批发价，得出库尔木图草地单位面积牧草生产的价值：

式中，W1为单位面积牧草生产价值（元·hm-2）；Y为单位面积牧产草量（kg·hm-2）；P1为牧草市场价（元·kg-1）。

（2）结合谢高地等人的研究成果，即牧草生产价值在草地生态系统中所占比例，得出库尔木图草地生态系统单位服务总价值：

式中，W为草地生态服务单位总价值（元·hm-2）；W1为单位面积牧草生产价值（元·hm-2）；θ1为牧草生产在草地生态服务价值中所占的比例（%）。

（3）根据各类服务功能在单位总价值中所占的比例，以及草地生态服务单位总价值得出各类服务功能的单位服务价值。

式中，Wi为i类功能的单位面积服务价值（元·hm-2）；W为草地生态服务单位总价值（元·hm-2）；θi为i类功能在草地生态服务价值中所占的比例（%）。

2.3 草地理论载畜量计算

本研究按照草地牧草产量（即地上生物量）估测草地载畜量：

式中Z为理论载畜量（羊单位）；Y为单位面积产草量（kg·hm-2）；β为牧草可利用率（%）；I为羊单位日采食干牧草质量（1.83kg）；d为实际放牧天数；S为草地面积（hm2）。该区域放牧以羊为主，将其他牲畜以标准成年羊为折算单位进行折算。

2.4 不同放牧强度下草地生态系统服务功能价值计算

在计算不同放牧强度下草地的生态服务价值时，本文提出基本假设：无过度放牧前提下（即不放牧或适度放牧），由于牧草没有被食用或部分牧草被食用，所以草地生态系统的牧草生产价值（W1）在这两种情况下会发生变化，其他各项服务功能价值（W2，W3…Wn）在这两种情况下变化很小，忽略不计。但在过度放牧情况下，牧草全部被食用，而其他各项服务功能的价值会因为过度放牧导致草地退化，从而使服务价值降低。具体计算过程如下：

（1）未放牧时

如果不放牧，草地生态系统中牧草生产的价值（W1）以割草后出售的市场价值确定，即：牧草生产的价值W1=牧草的直接价值或市场价值。

（2）适度放牧时

如果少量或适度放牧，牧草生产的价值（W1）则体现在被羊食用和出售两部分，用公式表达为：牧草生产的价值W1= 牧草转化为羊价值+剩余牧草价值。因此，草地生态系统各项服务功能总价值可表示如下公式：

其中，W总表示研究区草地生态系统服务功能的价值，Wn表示第n项草地生态系统服务功能的价值，S为研究区面积（hm2）。

（3）过度放牧时

如果草地处于过度放牧，考虑到随着放牧数量的增加，牧草满足羊食用需求会随之降低，草地生态系统中牧草生产的价值（W1）可表达为：W1= 牧草生产价值全部转化为羊价值。

但此种情况下，羊价值会随着羊吃饱程度（α）下降而降低，因此W1也随之发生变化。羊吃饱程度（α）可由此公式计算得出：

α=草地产草量/羊理论所需产草量；

同时，在过度放牧情况下，随草地退化，草地生态系统的其他服务功能价值如涵养水源、生态旅游等功能都随草地退化程度不同而变化。本文主要参照谭红妍［25］、郑淑华［26］等研究的结果，采用草地退化后草地可利用价值的系数（γ）来反映草地生物量、盖度、多样性等草地退化程度。因此，过度放牧条件下草地生态系统服务功能的价值可表达为：

3 结果与分析

草地生态系统的服务价值已经被广泛认可，但是计算结果略有不同，根据Costanza等［15］人的研究，本文从未放牧、适度放牧和过度放牧3方面来分析草地生态服务价值构成及变化。

3.1 草地生态系统服务功能价值及构成

以Costanza等［15］人的研究为基础，结合谢高地［19］、王兴元［20］、欧阳志云［27］等前人研究成果中的优良指标，选择如下8项符合库尔木图草地类型和服务功能特点的指标：牧草生产（W1）、水土保持（W2）、营养物质循环和废弃物处理（W3）、涵养水源（W4）、净化空气（W5）、生物控制（W6）、生态旅游与文化（W7）和动栖息地（W8），这8项草地生态系统的主要服务功能如表1所示。研究区草地生态系统的各项服务功能价值构成，采用谢高地等［19］人2001年计算的草地生态系统单位面积服务价值的基本思路，但没有直接用谢高地等人计算出的草地生态系统中各项服务功能价值，主要是考虑到经过15年，物价水平出现了明显差异。

表1 研究区草地生态服务功能及其价值构成Table 1 The service function and composition of grassland ecosystem in study areas

3.2 草地功能退化与放牧强度的关系

假设以该地区2015年理论载畜量为是否超载的临界值，放牧率是理论载畜量的120%，140%，160%，180%和200%6个不同放牧强度下，研究随着放牧强度的增加，草地生态服务价值变化分析如下。

分析草地过牧与草地退化的关系，根据谭红妍［26］、郑淑华［27］等建立的不同过牧强度下，草地生物量、盖度、多样性等的退化程度，可以得出放牧强度与草地退化率之间的关系，如图1所示。草地退化率与过牧强度呈显著负相关关系，即放牧强度越大，草地退化越严重，草地利用价值越低。

在理论载畜量下，羊吃饱程度（α）=1，库尔木图草地产草量为44 412 217.89kg，即此时的产草量是正好羊够吃饱的临界值。如α≧1，表示牧草可以满足羊吃饱的程度，如α＜1，表示额定牧草产量不能够满足羊吃饱的程度。表2数据显示，在过度放牧下，α值均小于1，而且随着放牧强度的增加，α快速下降，说明放牧强度越大，羊能吃饱的程度越低。

图1 草地退化率随放牧强度变化趋势Fig.1 The relationship of grassland degradation rate and grazing intensity

表2 过度放牧强度下羊吃饱程度系数Table 2 The coefficient of the sheep fed degree under different grazing rates

3.3 不同放牧强度下草地生态系统服务价值变化

3.3.1 未放牧下草地生态系统服务功能价值 采用谢高地、Costanza等人对草地生态服务价值及其构成比例的研究结果，结合研究区2015年草地产草量，利用公式（1、2、3）得到研究区草地生态系统各项服务价值，如表3所示。可以看出，研究区草地生态系统功能中营养物质循环、废弃物处理（W3）的单位面积服务功能价值最高，达916.83元·hm-2，栖息地服务功能价值最小，为31.16元·hm-2。研究区草地生态系统8项服务功能总价值为2 884.93元·hm-2，研究区2015年草地面积为32 139hm2，得到2015年库尔木图在未放牧条件下，草地生态系统服务功能总价值为0.93亿元。

表3 研究区2015年草地生态系统各项服务功能价值Table 3 The value and composition of grassland ecosystem service in 2015

3.3.2 适度放牧下草地生态服务价值变化 2015年库尔木图草地各类放牧牲畜以标准成年羊（40 kg/羊单位）折算后，其实际载畜量为120 434.5羊单位；结合库尔木图放牧草地面积，牧民实际放牧天数，根据公式（4）得到库尔木图草地理论载畜量为121 344.86羊单位。比较库尔木图草地实际载畜量和理论载畜量，发现在不考虑其他干扰条件下，该研究区放牧数量属于未超载范围，即当前研究区处于未过度放牧状态；在未过牧情况下，根据公式（5）得到库尔木图2015年草地生态服务总价值为1.48亿元。

3.3.3 过牧下草地生态系统服务功能价值变化将不同放牧强度下草地的生态服务价值，与放牧强度=1时（即理论载畜量）草地的生态服务价值进行比较，通过数据统计得到不同放牧强度与草地生态服务价值变化的关系图（图2）。图2（a）中，随着放牧强度从0增加到1，草地生态服务价值变化率以指数函数形式上升，拟合两者曲线为：

对该指数函数求导可以看出，该函数有最小值（X=0时）。说明当放牧强度在0～1之间时，草地生态服务价值随着放牧强度的增加而增加。

图2（b）中，随着放牧强度从1增加到1.8，草地生态服务价值变化率以对数函数形式下降，拟合两者曲线为：

对该对数函数求导得出，该函数有最大值（X=1时）。说明当放牧强度在1～1.8之间时，草地生态服务价值随着放牧强度的增加而呈现快速下降趋势。

由图2可知，草地生态服务价值变化率在放牧强度为1时最高，此点所对应的也是理论载畜量时草地的最大生态服务价值。在未过牧情况下，草地生态服务价值随放牧强度的增加而增加；在过牧情况下，草地生态服务价值随放牧强度的增加而减少；未放牧情况下的草地生态服务价值小于放牧情况。

图2 草地生态服务价值变化率Fig.2 Change rate of grassland ecosystem service value

4 讨论

实测后2015年库尔木图的放牧数量十分接近该区域草地的理论载畜量，如果结合降水量、温度和人为等因素对草地生态系统的影响和限制，此时的放牧数量可能已经超出了草地的承载力，因此放牧数量应小于草地理论载畜量才合理，这与董世魁等［28］认为草地合理放牧数量应低于生态理论载畜量的结论一致。虽然放牧行为引起草地退化是不可避免的，但对此作者认为将放牧数量控制在草地理论载畜量范围内，尽可能减少草地退化是当前阿尔泰山两河源自然保护区的首要任务。

由研究数据不难看出，如果库尔木图草地发生过牧现象，虽然羊的经济价值随着过牧率的增加而有所上升，但草地其他生态服务价值是随着过牧率的增加而下降的，放牧下草地的生态服务价值从整体效果上也随着过牧率的增加而减少，因此可以说明草地超载放牧不符合可持续发展观念。其中草地在不同强度下的退化率系数是参照谭红研［25］、郑淑华［26］不同放牧强度（不放牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧）下，取其生物量、盖度、多样性退化比例的平均值，虽然无法十分精确，但最终计算不同过牧强度下生态服务经济价值的结果具有一定的可行性，作者认为该研究不在于每个数据都很精确，仅为计算不同放牧情况下草地生态服务价值变化的趋势提供一种理论依据。

本研究表明，放牧数量小于或者大于理论载畜量时，生态服务总价值都比理论载畜量时草地的生态服务总价值小，说明在草地生态系统中科学合理的放牧可以使社会经济和生态环境达到和谐发展，过低或过高的放牧数量均会减少草地的利用价值。而放牧在未超过草地理论载畜量或小于理论载畜量下，既不会造成生态破坏又有利于增加草地的生态经济价值。该研究利用经济价值来反映生态服务的变化，旨在强调适度放牧保护草地的重要性，注重草地生态系统放牧数量的管理，实现草畜平衡，以利于提高草地的生态服务价值、保护草地生态环境和促进草地畜牧业的持续发展［29］。

本研究中适度放牧下草地生态服务经济价值是未放牧下草地生态服务价值的159%，这表明适度放牧能使草地生态系统本身的服务价值有所提高，不放牧草地生态系统服务功能价值体现不充分，Rosen等［30］也认为缺少放牧不利于草原物种丰富度的维持。目前已经有许多研究学者证明了适当数量的动物对草地的采食、践踏、排便等行为有利于促进植被叶片的生长，提高共存物种的数量、增加群落资源丰富度和复杂程度，适度放牧情况下土壤中C、N含量均高于未放牧草地，同时适度放牧还能提高牲畜平均个体的质量、产羔率、存活率等［31-35］。但也有很多学者证明过牧对草地植被、土壤、牲畜产生不良影响，造成草本植被生长受到抑制、稳定的物质平衡被打破、土壤退化等［36-38］。因此，基于该区域生态地位的特殊性和重要性，建议管理部门应以科学的研究方法为草地生态系统确定合理的放牧率，这也是维持草地生态系统平衡的重要保障和实现草地生态系统可持续发展的基本前提。

5 结论

通过以上分析，得到如下结论：

（1）研究区草地生态系统服务功能主要包括8个指标11项服务功能，其中，营养物质循环、废弃物处理的单位面积服务功能价值最高的达916.83元·hm-2，栖息地服务功能价值最小，为31.16元·hm-2。草地生态系统服务功能总价值为2 884.93元·hm-2。

（2）在未放牧条件下，2015年研究区草地生态系统服务功能总价值为0.93亿元；放牧量在未超载范围以内，生态服务价值为1.48亿元；适当放牧下草地生态服务经济价值是未放牧下的159%。

（3）在未过牧情况下，草地生态服务价值随放牧强度的增加而增加；在过牧情况下，随着放牧强度从120%，140%，160%增加到180%，草地生态系统服务功能价值分别是最大生态服务价值的0.911，0.847，0.8和0.732。说明随着放牧强度的增加，草地生态服务价值先上升，当放牧强度为1时价值最高，而后下降。