黄河青海流域生态系统服务价值评估方法研究及时空变化分析

马元希 于德永 王欣烨 陈治荣 陈克龙

（1.青海师范大学，青海省人民政府—北京师范大学高原科学与可持续发展研究院，青海西宁 810008；2.青海省国土空间规划研究院，青海西宁 810008；3.青藏高原地表过程与生态保护教育部重点实验室，青海省自然地理与环境过程重点实验室，青海西宁 810008）

引 言

生态系统服务的概念最早以“环境服务”（Helliwell，1969） 的形式萌发于20世纪60年代，其后又被一些学者以“自然服务”提出（Westman，1977）。1982年Ehrlich等学者将此确定为“生态系统服务”。对于生态系统服务的定义，Daily（1997）等学者提出生态系统形成并维持人类赖以生存和发展的环境条件和效用。Costanza等将生态系统服务定义为人类直接或者间接从生态系统中得到的利益，并对全球生态系统服务进行了价值化分析（Costanza et al.，1997；Costanza et al.，1998）。联合国新千年生态系统评估项目（Millennium Ecosystem Assessment，MEA）将生态系统服务定义为人类从自然生态系统中获得的惠益（MEA，2001；MEA，2005），并在《生态系统与人类福利：评估框架》一书中提出生态系统服务包括支持服务、供给服务、调节服务和文化服务，并指出生态系统服务与人类福祉具有密切关系，同时是区域可持续发展的重要保障。MEA提出的生态系统服务研究框架体系受到广泛认可和接受，自此国际上有关生态系统服务价值评估的研究广泛开展。自20世纪90年代开始，欧阳志云等（1999）、陈仲新等（2000）、赵景柱（2000）、谢高地（2010）、袁周炎妍（2019）等学者开展了大量工作，研究尺度涉及全国、区域、流域等不同层次空间，取得了丰硕的成果。

黄河青海流域是我国北方重要的生态安全屏障，纵贯祁连山、青海湖、三江源等生态安全功能区，蕴涵着巨大的生态服务价值。本文以黄河青海流域为视角，基于联合国新千年生态系统评估项目（MEA）关于生态系统服务的分类体系以及研究区的生态环境特点，将生态系统服务分为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务，最后累加成三江源地区生态系统服务价值总量。本研究可为制定黄河源头地区生态价值核算价值体系、建立流域生态补偿机制、生态文明绩效评价考核等方面提供借鉴及参考。

一、研究区概况

黄河青海流域面积为15.31万平方公里，行政区面积为27.78万平方公里，行政区面积占青海省国土总面积的39.88%，主要涉及西宁市，海东市，海北藏族自治州（以下简称海北州），海南藏族自治州（以下简称海南州），黄南藏族自治州（以下简称黄南州），果洛藏族自治州（以下简称果洛州）全部区域及海西蒙古族藏族自治州（以下简称海西州），玉树藏族自治州（以下简称玉树州）部分区域（见表1、图1）。2020年末，流域内人口数量为514.42万人，占全省总人口的86.84%，地区生产总值为3005.92亿元，占全省生产总值的78.45%。该区域是青海省落实生态保护和高质量发展的核心地区。

表1 黄河流域行政区域一览表

图1 黄河青海流域行政区划示意图

二、生态系统服务价值评估

（一）研究思路

当前，我国学者对生态系统服务研究工作基本可以分为三类：1）基于 Costanza等人（1997）的研究所确定的不同生态系统类型单位面积价值推算相应类型生态系统服务价值；2）根据中国生态系统的质量状况对Costanza等人确定的不同生态系统类型单位面积价值进行校正（即校正后的价值当量），使之更符合中国的实际情况；3）基于生态系统模型测量生态系统服务的物质量，在此基础上利用价值化方法量化全国或青海省的生态系统服务价值。第1）、2）类研究确定了生态系统服务定量价值化方法，具有时代进步性，但由于是静态的生态系统服务研究，难以精确刻画生态系统质量的时空异质性及其动态变化特征，因此具有主观性和局限性；第3）类研究可以克服第1）、2）类研究存在的不足，成为当前的主流研究方法，但生态系统模型的准确参数化和验证成为生态系统服务测量工作的关键。本研究针对上述存在的问题，以黄河青海流域为研究对象，基于生态服务价值与地理空间、经济发展与生态环境保护耦合关系，建立覆盖社会经济、自然生态、生产生活的评价指标体系，采用遥感对地观测数据、GIS地理信息数据、站点观测数据、统计数据等，针对不同生态服务类型采用不同的生态价值定量测度方法，开展生态系统服务价值方法及时空特征研究，以期能够克服现有相关研究存在的问题。

（二）评价指标体系

生态系统测量类型包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务，其中供给服务包括9项指标，调节服务包括10项指标，文化服务包括7项指标，支持服务包括2项指标，共计28项指标（见表2），生态系统服务物质量主要根据青海省统计年鉴、生物物理模型测算，在生态系统物质量计算的基础上，采用市场价值、影子工程法和机会成本法等方法分别计算生态系统供给服务、调节服务和文化服务的价值，最后累加成青海省生态系统服务价值总量。

表2 黄河青海流域生态系统服务测量指标及计算方法

续表：

（三）技术路线

本文基于遥感对地观测数据、GIS地理信息数据、站点观测数据、统计数据等，综合集成生态系统服务定量测量方法，分别模拟和核算青海省各土地利用/覆盖类型（草地、乔木、灌木、耕地、湿地、城镇用地、冰川/永久积雪、裸土裸岩、沙漠、戈壁、盐碱地等）的生态系统服务物质量及货币价值量，主要包括供给服务（粮食、牲畜产品、渔业、林木产品、生物医药、淡水供给、清洁能源等），支持服务（生境质量、净第一性生产力等），调节服务（大气质量调节、空气净化、土壤水蚀控制、土壤风蚀控制、洪峰调节、水文调节、水质净化等）和文化服务（美学价值、教育价值、文化遗产价值、消遣娱乐、康养价值、宗教与精神、科研服务等），建立2000—2020年各类生态系统服务物质量及价值量账户，并在在县级行政区尺度上揭示黄河青海流域生态系统服务时空演变特征。

（四）数据获取与处理

获取的数据主要包括遥感对地观测数据、站点观测数据、野外调查数据、社会经济数据及基础地理信息数据等。遥感数据的处理主要采用数字图像处理技术。GIS地理信息数据主要包括DEM数据、地貌类型图、行政区划、道路、水利、植被区划等，主要采用GIS空间分析等方法进行处理应用。站点观测数据主要包括气象数据、水文数据和环境监测数据等，主要来自于国家气象、水利和环保部门，气象数据主要采用空间插值进行处理，其它站点数据进行归档整理，未来气候情景数据采用气象站点数据统计降尺度，满足本研究对气候变化情景数据的精度要求。

（五）生态系统服务价值测量方法

5.1 供给服务测量方法

1.农林牧渔业价值测量方法

自然生态系统向外界提供各类经济产品，满足人们的日常需求。本项目选择了农业产品、林业产品、牧业产品和渔业产品四类作为流域经济产品供给服务的研究内容，通过查阅青海省统计局出版的2001—2020年青海省统计年鉴中的相关数据对经济产品价值进行核算。

2.水资源量与价值测量方法

本文水资源供给、水文调节、洪峰调节、水电势能、水资源的域外溢出量等水相关生态系统服务主要由社区陆面过程模式（Community Land Model，CLM）计算。CLM陆地过程模式主要包括生物地球物理过程、生物地球化学过程、水文过程、人类活动过程、生态系统过程等关键过程的模拟（见图 2）。

图2 CLM陆面过程模式结构

3.电能潜力及价值测量方法

（1）水电势能服务量及价值测量方法

1）水电势能服务量测量方法

由水的势能产生的最大水电能作为水电服务。本项目参考唐小平等（2016）采用水资源量和水位差（高程）计算水力资源理论蕴藏量，计算公式为：

在上式中，N为水力资源理论蕴藏量（千瓦），Q为水资源量（立方米）；H为上下断面水位差（米），g表示重力加速度，取值为9.81。

2）水电势能服务价值测量方法

在公式中，V为水力资源理论发电价值（元/年），N为水力资源理论蕴藏量（千瓦时），P为全国上网电价。

（2）太阳能发电服务量及价值测量方法

太阳能发电潜力的分析将以对黄河青海流域的太阳能资源模拟为基础，采用空间分析和空间统计方法，通过计算年等效利用小时数、理论装机量、理论发电量，量化光伏发电潜力。

1）年等效太阳能利用小时数

年等效太阳能利用小时数因为考虑了系统能量损耗等，因此作为一项资源潜力的指标更为合适。年等效利用小时数表示太阳能电站发电量按照额定功率满发所计算的小时数，本项目按照固定式斜面太阳能进行评估，斜面倾角取当地最佳倾角，计算公式为：

G为最佳斜面总辐射年总量，r为太阳能电站系统效率，与电池效率、逆变器效率、辐射损耗等因素有关，一般介于0.7～0.9之间。

2）太阳能理论装机量

表示在考虑地形地貌对太阳能装机的约束后，一定区域太阳能电站的可装机量，公式为：

式中，P0为不考虑任何约束条件，理想状况单位面积的太阳能装机量，根据实际工程经验，一般在40～50MW/km2。RS为土地利用率或装机折减系数，代表单位面积可用于太阳能开发的土地比例，由地形和下垫面决定，取值在0～1之间，主要考虑因素如下：

a.坡度大于 10°且坡向为北（315°＜坡向＜45°）的区域不可开发；

b.坡度＞30°区域不可开发；

c.坡度和下垫面不同，其土地利用系数不同。

3）青海省太阳能发电服务量测量方法

太阳能发电潜力，即理论发电量，表示在单位面积下，考虑太阳能开发的地形地貌约束条件，基于年等效利用小时数和理论装机量得到的一年的总发电量，计算公式：

4）黄河青海流域太阳能发电服务价值测量方法

根据国家能源局发布的《全国电力价格情况监管通报》中规定的光伏发电平均上网电价计算青海省太阳能发电服务量。

（3）风能发电服务量及价值测量方法

1）平均风速

风速是单位时间内空气在水平方向上所移动的距离。在近地层中，风速随高度有显著的变化，可以用下式表示：

式中，V 是高度为 H（m）时的风速，m/s；V0是高度为H0（m）时的风速，m/s；n是风速随高度变化系数。此公式称为指数公式。n值的变化与地面的糙度、大气的稳定度有关，其值在1/2~1/8之间，在开阔、平坦、稳定度正常的地区为l/7。中国气象部门通过在全国各地测风塔或电视塔测量各种高度下得出n的平均值约为0.16-0.20。风速记录以青海省内观测站的数据为准，经处理得到10m高度处的年尺度平均风速。

2）风能发电服务量测量方法

空气运动产生的动能称为风能，在单位时间内流过垂直于风速截面A（m2）的风能，即风功率为：

式中，W为风能，单位为W；ρ为空气密度，单位是kg/m3；v为风速，单位是m/s。上式是常用的风功率公式，而风力工程上，又习惯称之为风能公式。

为了衡量一个地方风能的大小，评价一个地区的风能潜力，风能密度是最方便和有价值的量。风能密度是空气在单位时间内垂直流过单位截面积产生的风能。风能密度的一般表达式为：

在本项目中采用2000—2020年青海省气象站累年年平均气压、累年年平均气温，根据空气密度计算公式得到平均空气密度，从而进一步计算风能密度。通常也可以用某一段时间内的平均风能密度来说明该地的风能资源潜力。平均风能密度采用直接计算得到,将18年来每天24小时逐时测到的风速数据按间距分成各等级风速，v1（3m/s），v2（4m/s），v3（5m/s）……vi（i+2m/s），然后将各等级风速在该年（月）出现的累积小时数n，n2，n3...，ni分别乘以相应各风速下的风能密度年总时数N，即：

可求出平均风能密度，即风能发电潜力。

3）黄河青海流域风能发电服务价值测量方法

根据国家能源局发布《全国电力价格情况监管通报》中规定的风电机组平均上网电价，根据2000—2020年青海省各州（市）风能发电潜力，可以得到2000—2020年黄河青海流域各行政区风能发电潜力价值。

5.2 调节服务测量方法

1.大气质量调节服务量及价值测量方法

（1）生态系统碳汇及价值测量方法

通过将通量观测与陆面过程模式（CLM）相结合，构建生态系统碳动态模拟系统，综合利用两者的优点，降低模拟结果不确定性，模拟得到的净生态系统碳交换量（NEE=RECO-GPP，即净生态系统生产力=呼吸消耗的碳-总生产力，正值则为碳源，负值则为碳汇），采用国家林业局《退耕还林工程生态效益监测国家报告》中的碳汇价格计算黄河青海流域各年度碳汇价值。

（2）释放氧气量及价值

绿色植物利用太阳光能，同化二氧化碳（CO2）和水（H2O）制造有机物质并释放氧气的过程，称为光合作用。光合作用所产生的有机物主要是碳水化合物，并释放出能量。光合作用的反应方程式为：

NPP=GPP-植物自养呼吸

NEP=NPP-异养呼吸

其中，NPP为植被净初级生产力指数，NEP为植被净生态系统生产力指数，根据光合作用方程式，碳固定与氧气释放质量比为1∶2.667，本文根据上面计算的碳汇（NEE）量折算各类生态系统氧气释放量。国家林业局《退耕还林工程生态效益监测报告》中制造氧气价格为1000元/吨，根据居民消费价格指数贴现率转换为2020年的氧气制造价格。

（3）清洁能源发电潜力减排价值

黄河青海流域清洁能源发电一方面具有巨大经济效益，另一方面相对火力发电具有重要的二氧化碳减排价值，具有重要的环境效益。相关研究表明每节约1度（千瓦时）电，就相应节约了0.328千克标准煤，同时减少污染排放0.997千克二氧化碳。因此根据2000—2020年黄河青海流域风能发电潜力物质量可以得到2000—2020年风能发电碳减排潜力物质量。根据中央财经大学绿色金融国际研究院发布的2018年试点碳市场2018年度成交均价为23.445元/吨，经过计算可以得到2000—2020年流域太阳能和风能发电碳减排潜力价值。

2.水文调节服务量及价值测量方法

（1）CLM模型计算水文调节服务

水文调节服务计算方法为蒸散发量、土壤液态水量、土壤固态水量三者之和。蒸散发量、土壤液态水量、土壤固态水量均由CLM模型直接输出。

（2）水文调节服务价值化方法

在公式中，V为水文调节服务价值（元/年），Q为水文调节服务量（立方米），P为防洪成本（元/立方米），参考唐小平等（2016）得到以2020年为基准的水库防洪成本为0.858元/立方米。

3.洪峰调节服务量及价值测量方法

（1）CLM模型计算洪峰调节服务

洪峰调节服务采用CLM模型输出的地下径流来表征，其含义为瞬时渗入地下的降雨量形成的径流。

（2）洪峰调节服务价值化方法

本项目采用防洪成本计算洪峰调节服务。在公式中，V为洪峰调节服务价值（元/年），Q为洪峰调节服务量（立方米），P为防洪成本（元/立方米），设定为0.858元/立方米。

4.水质净化服务量及价值测量方法

（1）InVEST模型水质净化

InVEST 模型（Sharp et al.，2016）以径流中养分污染物的清除能力来估算植被和土壤对水质净化的贡献，除了陆地植被过滤（如产流过程）外，模型不涉及化学或生物交互作用。该评估模型使用水处理成本和折现率等数据，以确定由自然系统的水质净化贡献的价值。具体采用的计算公式如下：

公式中，ALVx是像素x的调整负荷值；polx是像素x的输出系数；HSSx是像素x的计算方法的水文敏感度评分：

λx是像素x流量指标，如下计算公式，而λW是感兴趣的流域径流指数：

retainedx是持留量，thresh为目标污染物的年准许负荷（thresh_p为磷年准许总负荷，thresh_n为氮年准许总负荷），contrib是景观的像素数，之后像素值在小流域尺度上相加或平均作为小流域尺度在生物物理过程的生态系统服务输出。

（2）水质净化服务价值化方案

本项目采用替代成本法对黄河青海流域的水质净化服务价值进行核算，该价值是指由于存在水质净化服务而导致减少了氮磷排放所节约的成本。价值核算包括水质净化的总价值、氮持留价值和磷持留价值三部分。

公式中，QN和QP分别表示持留的氮和磷的量（吨），aN和aP分别表示氮和磷的去除单价，参考赵欣胜等（2016）、文一惠等（2018）关于去除氮磷沉积物的价格，再根据价格指数换算至2020年价格，分别为3.99万元/吨和83.84万元/吨。

5.土壤水蚀控制服务量及价值测量方法

（1）CSLE模型

本项目采用CSLE模型计算土壤水蚀控制服务。该模型的表达式为：

公式中，A为单位面积土壤流失量（t/ha）；R为降雨侵蚀力因子（MJ·mm/（h·ha·y））；K为土壤可侵蚀因子（t·ha·h/（ha·MJ·mm·y））；L为坡长因子；S为坡度因子；B为生物措施因子；E为工程措施因子；T为耕作措施因子。土壤水蚀控制的土壤保持量是潜在土壤流失量与实际土壤流失量的差值。

（2）土壤水蚀控制服务价值化方案

土壤水蚀控制服务价值核算包括固土价值、保肥价值和减淤价值三部分。

固土价值采用土地机会成本价值核算。土壤水蚀控制服务限制了土壤流失，使得各个土地利用类型能产生相应的效益，固土价值就是计算保持的土壤产生的效益。

公式中，Vg代表土壤水蚀控制服务的固土价值（元/ha）；B 代表固土面积（m2），通过土壤保持量（t/ha）、土壤容重（g/cm3）和土壤厚度（m）计算得到，土壤容重数据来自中国科学院寒区旱区科学数据中心，土壤厚度参考国家林业局（2012）的实测数据：林地0.57米、草地0.55米、农田0.78米、湿地0.48米、荒漠0.43米；P代表各个土地利用类型的收益（元/ha），本研究参考唐小平等（2016）计算固土价值时使用的各类土地利用类型的收益，再根据价格指数换算至2020年价格。

保肥价值采用市场价格核算。氮、磷、钾和有机质是土壤中主要的营养物质，保肥价值就是计算土壤水蚀控制服务下土壤保持量中营养物质的价值。

公式中，Vb代表土壤水蚀控制服务的保肥价值（元/ha）；V分别为氮、磷、钾和有机质价值（元）；Q分别代表土壤保持量中氮、磷、钾和有机质的含量（t/ha）；P分别代表氮、磷、钾和有机质的价格，本项目参考中国化肥网上尿素、过磷酸钙、钾肥和有机质的价格进行计算，分别为2599.9元/吨、986.57 元/吨、3598.07 元/吨和 57.22 元/吨。

减淤价值采用替代成本法核算。当没有水蚀控制服务时，泥沙将进入江河、湖泊和水库，泥沙沉积就会影响江河、湖泊和水库的蓄水能力，需要建造水库来保证水的蓄积，因此减淤价值的单价按水库建造成本进行计算。

公式中，Vj是土壤水蚀控制服务的减淤价值（元/ha）；Q 是减淤面积（m2），通过土壤保持量、土壤容重和土壤厚度计算得到；P是水库建造成本，本项目参考唐小平等（2016）计算的水库建造成本，再根据价格指数换算至2020年价格。

6.土壤风蚀控制服务量及价值测量方法

本研究采用RWEQ模型计算土壤风蚀控制服务，在像元水平上将没有植被覆盖时的风蚀量，即真实植被覆盖下的风蚀量差值作为土壤风蚀控制服务量。在RWEQ模型中，地表土壤湿润、有积雪覆盖或可蚀土壤所需的最大风速大于环境风速都不会形成土壤风蚀。基于上述原理，Bagnold（1943）在研究水平方向土壤风蚀量的基础上，得到了相应的风沙搬运公式：

在上式中，Q（x）为距上风口x米的土壤转移量（kg·m-1）；Qmax（x）为最大转移量（kg·m-1）；地表阻碍风沙转移能力用Sr（x）表征；x（m）为观测点与上风口的距离；测量点所在地块的边长用b（x）表示。在RWEQ模型中，假设Sr（x）等于0，在此情况下令 b（x）=S（x）2/2x，S（x）为某一地块具体长度范围（一般取100m），得到：

此式为RWEQ模型的计算控制方程，设S（x）为常数，并对上式进行积分得到：

RWEQ模型开发者通过大量实测数据拟合得到s和Qmax的估算方程如下：

在上式中，气候因子、土壤糙度因子、土壤结皮因子、结合残茬因子和土壤可蚀性因子分别用WF、K’、SCF、COG 和 EF 表示。

SLC=SLC0－SLCAv

在上式中，SLC0（t·hm-2）为不考虑地表覆盖因子下潜在土壤风蚀量，SLCAv（t·hm-2）为真实土地覆盖下土壤风蚀量，两者之差为防风固沙服务。

土壤风蚀控制服务价值计算与土壤水蚀控制服务价值计算方法类似，包括固土价值和保肥价值。固土价值采用土地机会成本价值核算。保肥价值采用氮、磷、钾和有机质市场价格核算。

（六）文化服务测量方法

本文首先通过线上和线下问卷形式获取研究所需有效样本问卷，运用样本数据及SolVES模型评估文化服务相对价值。其次，通过统计年鉴及问卷获得的数据，根据经济学模型进行计算分析，量化文化服务价值。最后，得到黄河青海流域文化服务价值化结果。

1.SolVES模型

SolVES模型（Social Values for Ecosystem Services，SolVES）全称为生态系统服务社会价值模型，是由美国地质勘探局和美国科罗拉多州立大学联合开发的一款地理信息系统应用程序（Sherrouse and Semmens，2015）。 评估研究区生态系统服务社会价值时需要将该模型中的两个子模块，即社会价值模块和价值制图模块结合起来，通过邮件、访谈问卷调查的形式收集生态系统服务产品使用者对于生态系统所提供的服务或者产品态度和偏好，结合其它社会经济调查数据和研究区自然环境数据，通过运行训练模型来估算研究区的生态系统服务社会价值。

2.社会价值类型

本研究根据研究区的自然环境和历史文化环境特点，选取了9类社会价值类型指标进行研究（如表 3）。

表3 本研究选取的社会价值指标及描述

3.生态系统文化价值调查问卷

（1）数据形式：本项目调查问卷同时采用线上和线下调查形式。

（2）受访者信息：问题包含对受访者基本情况的调查、对游憩特征和游憩感受的调查、社会价值的分配及社会价值点的标注四个部分。

（3）研究点：问卷以流域内3A级以上景点或部分受访者键入的景点为研究对象。

4.文化服务价值计算

本研究利用结合调查问卷驱动SolVES模型，量化流域内3A级以上景点文化价值的空间分布，结合文化旅游收入统计数据，计算空间化的流域文化服务价值。

（七）生态系统服务总价值测量方法

1.供给服务价值=农林牧渔供给价值+生物医药价值+水资源供给价值+水电势能发电潜力价值+太阳能发电潜力价值+风能发电潜力价值；

2.调节服务价值=生态系统碳汇价值+空气净化价值+水电势能碳减排价值+太阳能发电碳减排价值+风能发电碳减排价值+土壤水蚀控制价值+土壤风蚀控制价值+洪峰调节价值+水文调节价值+水质净化价值；

3.文化服务价值=美学价值+教育价值+文化遗产价值+消遣娱乐价值+康养价值+宗教与精神服务价值+科研服务价值；

4.青海省生态系统服务价值=供给服务价值+调节服务价值+文化服务价值。

三、结果分析

（一）供给价值

从时间尺度看，黄河青海流域生态系统的供给价值总体呈现上升趋势，增长速率为74.39亿元/a，表明流域内草原、森林、湿地等主要生态系统在自然和人为因素共同作用下逐渐得到恢复，供给价值不断上升，尤其在2015年后增幅明显。具体来看，2000年至2018年，供给价值大致可分为 四 个 阶 段 ， 分 别 为 2000—2005，2005—2012，2012—2015，2015—2018年。2000 年至 2005年呈缓慢增长，供给价值从8351.65亿元增长到8855.66亿元，增长速率为100.8亿元/a。随后在2005年—2012年增长趋势放缓，供给价值稳定在8855.66~8429.29亿元区间，增长速率为-2.76亿元/a。在2012—2015年，流域的供给价值出现短暂的下滑，从2012年的8836.34亿元下降到2015年的8361.32亿元，下降幅度为-5.38%。但自2015年后，流域生态系统供给价值得到快速提升，至2018年供给价值已达到9765.09亿元，2015至2018年增长速率达到467.32亿元/a（如图3）。

图3 2000—2018年黄河青海流域生态系统供给价值折线图

从空间尺度看，流域源头及上游地区生态系统提供的供给价值明显高于流域中下游地区，如位于黄河上游的曲麻莱县、玛多县、称多县、玛沁县、达日县、兴海县，黑河源头的祁连县，布哈河、疏勒河、大通河源头的天峻县、刚察县等，供给价值均位于前列。从整个流域看，2018年生态系统供给价值共为9765.09亿元，超过500亿元的区县分别是曲麻莱县、天峻县、玛多县、称多县、共和县、刚察县，其中曲麻莱县、天峻县、玛多县更是超过了1000亿元，仅三县之和就占到整个流域供给价值的44.52%。此外，流域内有17个县供给价值低于100亿元，尤其是西宁市主城区和海东市平安区生态系统供给价值低于10亿元（如图4）。

图4 2018年黄河青海流域生态系统供给价值县级统计柱状图

（二）调节价值

从时间尺度看，流域生态系统调节价值总体呈现缓慢增长趋势，增长速率为60.88亿元/a，略低于供给价值的增长速率。流域生态系统调节价值最高点出现在2012年（6161.16亿元），最低值出现在2001年（3382.89亿元）。具体来看，整个时间序列可分为三个阶：第一阶段为2000—2006年，此阶段调节价值总体呈现先上升后下降的态势，2001年为最低点，随后逐步回升至2004年4547.01亿元，此后又逐步回落到2006年的3902.78亿元；第二阶段为2006—2012年，此阶段调节价值总体呈现快速提升态势，提升速率为376.40亿元/a，至2012年达到最高峰；第三阶段为2012—2018年，此阶段调节价值呈现大幅度回落，至2016年回落至3879.26亿元，随后又呈现上升趋势（如图5）。

图5 2000—2018年黄河青海流域生态系统调节价值折线图

从空间尺度看，2018年流域生态系统调节价值总价值为4800.58亿元，仅为供给价值的49.16%。从分布来看，三江源地区、青海湖周边、祁连山区生态系统调节价值较高，而河湟谷地生态系统调节价值较低。黄河青海流域中有18个县域生态系统调节价值超过100亿元，占县域数量的51.43%，其中前五位的分别是曲麻莱县、玛多县、共和县、天峻县、达日县，调节价值分别为750.59亿元、518.58亿元、377.95亿元、352.79亿元、247.95亿元，占调节价值总数的46.82%（如图6）。

图6 2018年黄河流域生态系统调节价值柱状图

（三）文化价值

从时间尺度看，流域文化价值呈稳步上升趋势，增长速率为36.58亿元/a，2018年文化价值是2000年的近20倍，但同时文化价值远低于供给价值和调节价值。具体来看，流域文化价值可分为四个阶段：第一阶段为2000—2005年，此阶段文化价值呈现缓慢增长趋势，增长速率为7.07亿元/a，整体价值在100亿元以内；第二阶段为2006—2010，此阶段增长速率为14.70亿元/a，增长速率加快，整体价值在100~200亿元的区间；第三阶段为2011—2015年，此阶段增长速率为33.76亿元/a，增长速率明显加快，整体价值超过300亿元；第四阶段为2015—2018年，此阶段增长速率为82.23亿元/a，增长速率显著提升，文化价值得到快速增长（如图7）。

图7 2000—2018年黄河青海流域生态系统文化价值折线图

从空间尺度看，2018年流域生态系统提供的文化价值达到732.32亿元，分别为供给价值和调节价值的7.50%和15.25%。从分布看，大通河流域、湟水河流域生态系统文化价值较高，而祁连山、三江源等地区的生态系统的文化价值偏低。从整个流域看，大通县生态系统文化价值最高，为268.38亿元，其他34个县（区）文化价值均低于50亿元，低于10亿元的有20个县（区），大多为 黄河源头及中段地区（如图8）。

图8 2018年黄河青海流域生态系统文化价值柱状图

（四）生态系统服务总价值

生态系统服务总价值为供给价值、调节价值、文化价值之和。从时间尺度看，流域生态系统服务总价值呈现“上升、下降、恢复”三个阶段。上升阶段为2000—2012年，此阶段生态系统服务总价值总体呈现稳步上升的态势，增长速率为401.41亿元/a，此时生态系统调节价值对增长速率贡献度较大，调节价值增长速率为314.66亿元/a，贡献度达78.39%；下降阶段为2012—2015年，此阶段生态系统服务总价值从2012年的15244.15亿元下降到2015年的12699.37亿元，生态系统服务总价值相当于跌至2002年的水平，此时下降速率达到了636.19亿元/a，其中调节价值贡献度较大，达到86.70%；第三阶段为恢复阶段，至2018年生态系统服务总价值恢复至15297.99亿元，基本恢复到2012年的水平，此时恢复速率达到649.65亿元/a，供给价值贡献度大于调节价值贡献度，分别为 54.02%、32.55%（如图 9）。

图9 2000—2018年黄河青海流域生态系统服务总价值折线图

从空间尺度看，2018年生态系统服务总价值达到15297.99亿元，三江源、祁连山、青海湖等地区生态系统服务总价值较高，黄河、湟水河中段、下段地区生态系统服务总价值较低。具体来看，曲麻莱、天峻、玛多等县生态系统服务总价值较高，均超过1500亿元，仅三县之和就占到总价值的39.14%（如图 10、图 11）。

图10 2018年黄河青海流域生态系统服务总价值柱状图

图11 2018年黄河青海流域生态系统服务价值分布图

四、研究结论

本文所采用的模型模拟与野外调查相结合的研究方法，从多尺度、多过程、多因素入手，核算黄河流域生态系统服务价值及其时空变化规律，对丰富和完善生态系统服务价值评估方法、黄河源头地区生态价值核算价值体系、建立流域生态补偿机制、生态文明绩效评价考核等方面具有重要意义。

从时间维度看，2000年以来青海省在三江源、祁连山、青海湖等地区持续实施生态环境保护工程，生态系统退化等风险得到一定程度的遏制，并加之全球气候变化和青藏高原暖湿化过程的持续影响，黄河青海流域生态系统服务价值整体呈现持续增长态势。从评估结果来看，生态系统服务价值从2000年的12032.85亿元增长到2018年的15297.99亿元，年均增长181.4亿元，表明在此期间黄河源头的青海地区生态系统服务功能得到较大程度的恢复。

从区域尺度看，生态系统服务中供给服务和调节服务是生态系统服务价值的主要功能，并且两者均呈现与经济社会相反的分布特征，即经济发达的区域生态系统的供给服务和调节服务较低，而位于三江源地区的曲麻莱县、玛多县、称多县及黑河源头的祁连县等社会经济水平较差的地区的生态系统提供的供给价值和调节价值较大。而文化价值正好相反，流域下游的大通县、互助县、乐都区等生态系统的文化价值较高，文化价值区分布与经济发展水平较为吻合，因此表明人类生产建设活动对生态系统服务价值的高低有着重要的影响。

从生态系统提供的三项基本服务看，供给服务远大于其他两项服务（供给价值＞调节价值＞文化价值），在研究的时间跨度内供给服务平均提供的生态服务价值占比超过65%。三项基本服务中生态系统提供能文化价值远低于供给价值和调节价值，但黄河源头丰富的自然地理景观所能创造的文化价值潜力巨大，文化价值尚未完全体现。从单项服务价值来看，生态系统服务价值中水资源供给、水文调节、固碳释氧等服务价值较高。