本文刊載於《中國科學院院刊》2020年第6期
專題：荒漠化治理與可持續發展>>
程磊磊1* 卻曉娥1 楊 柳1姚雪玲1 盧 琦1,2*
1 中國林業科學研究院荒漠化研究所
2 中國林業科學研究院沙漠林業實驗中心
荒漠生態系統是陸地生態系統的重要組成部分。我國荒漠生態系統主要分布在西北乾旱半乾旱地區，是西北地區的代表性生態系統。該地區生態環境最為脆弱，貧困人口最為集中，而且是沙塵暴的塵源區和主要發生地。
荒漠生態系統具有獨特的結構和功能 ，在防風固沙、水文調控、土壤保育及生物多樣性保育等方面提供著重要的生態服務，同時在固碳和生物地球化學循環方面也發揮著不可替代的作用。這些生態服務不僅為生活在荒漠地區的人們提供著基本的賴以生存和發展的物質基礎，也為實現社會穩定、經濟發展和區域乃至全球的生態安全提供重要保障。
在當前人口數量持續增加、食物需求不斷增長與極端氣候事件頻發的複雜背景下，開展荒漠生態系統功能評估與服務價值核算具有重要意義：既有助於增進人們對荒漠生態系統與人類福祉之間關係的認知，也有助於定量評價荒漠生態系統的提質增效成果，從而為荒漠生態系統服務的使用者和管理者進行決策提供科學依據，以全面提升荒漠生態系統管理水平，實現荒漠地區的可持續發展。
生態系統服務是指人們從生態系統獲取的各種惠益。1997 年 Costanza 等首次評估了全球生態系統服務的價值，同年 Daily從社會對生態系統的依賴角度闡述了生態系統服務，這些研究激發了學者們對生態系統服務研究的濃厚興趣。
2005 年聯合國《千年生態系統評估報告》構建了生態系統評估的基本框架，把生態系統服務劃分為供給服務、調節服務、支持服務與文化服務 4 大類。此後生態系統服務研究迅速成為生態學、經濟學等領域的研究熱點。國內外學者在不同尺度上評估了森林、溼地、草地等陸地生態系統的服務價值。但是，這些研究很少從全國、區域或全球尺度上評估荒漠生態系統的功能與服務。Costanza 等於 2014 年再次估算全球生態系統服務價值時，也未能把荒漠生態系統包括在內。
中國林業科學研究院荒漠化研究所及其合作者近幾年的相關研究填補了生態系統服務研究在荒漠生態系統領域上的空白，初步構建了荒漠生態系統功能與服務評估體系，利用第四次全國荒漠化和沙化監測數據（2005—2009 年）及荒漠生態站長期連續觀測數據，核算了 2009 年全國荒漠生態系統功能實物量與服務價值量。
本文將在這些研究的基礎上，參照國家林業行業標準《荒漠生態系統服務評估規範》，利用第五次全國荒漠化和沙化監測數據（2010—2014 年），更新全國荒漠生態系統功能評估與服務價值核算結果，定量評價 2009—2014 年我國荒漠生態系統功能提升與服務增效成果，並從省級地區水平上剖析荒漠生態系統提質增效與經濟增長的權衡關係，以期為荒漠生態系統質量的整體改善和生態產品供給能力的全面增強提供對策建議。
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荒漠生態系統及其服務
荒漠生態系統是乾旱半乾旱地區的代表性生態系統類型。荒漠生態系統（desert ecosystem）是指由旱生、超旱生的小喬木、灌木、半灌木和小半灌木及與其相適應的動物和微生物等構成的群落，與其生境共同形成物質循環和能量流動的動態系統。通常可將荒漠生態系統大致分為沙漠、沙地和戈壁 3 種類型。
據初步估算，我國荒漠生態系統面積約為 165萬平方千米，佔到全國國土總面積的 17%，涵蓋八大沙漠、四大沙地與廣袤戈壁，主要分布在新疆、內蒙古、甘肅、西藏等 12 省份（圖 1）。荒漠生態系統的典型特點是降水稀少、氣候乾燥、風大沙多、溫差大、植被稀疏，而這些特點決定了荒漠生態系統具有不同於森林、溼地等生態系統的獨特結構和功能。
圖 1 荒漠生態系統中國分布示意圖
（1）塔克拉瑪幹沙漠；（2）古爾班通古特沙漠；（3）巴丹吉林沙漠；（4）騰格里沙漠；（5）烏蘭布和沙漠；（6）庫姆塔格沙漠；（7）柴達木盆地沙漠；（8）庫布齊沙漠；（9）毛烏素沙地；（10）渾善達克沙地；（11）科爾沁沙地；（12）呼倫貝爾沙地
荒漠生態系統服務（desert ecosystem services）是指人們從荒漠生態系統獲得的各種惠益，主要包括防風固沙、土壤保育、水文調控、固碳、生物多樣性保育、景觀遊憩等 6 類。
防風固沙是荒漠生態系統提供的最為重要的服務。荒漠植被看似稀疏，卻能夠顯著地降低風沙流動，從而減少生產與生活方面的風沙損害。荒漠生態系統的土壤保育主要表現在 2 個方面：
1.沙塵搬運後形成有利於生物生存和發展的土壤，即土壤形成；
2.荒漠植被在固定土壤的同時，保留了土壤中的氮、磷和有機質等營養物質，減少土壤養分損失。水文調控是指通過荒漠植被和土壤等影響水分分配、消耗和水平衡等水文過程，主要體現在淡水提供、水源涵養和氣候調節 3 個方面。
水汽在荒漠生態系統的地表、土壤空隙、植物枝葉和動物體表上遇冷凝結成水，是荒漠地區淺層淡水的主要來源；荒漠生態系統面積巨大，土壤滲透性好，能把大氣降水和地表徑流加工成潔淨的水源，匯聚成儲量豐富的地下水庫。
廣袤荒漠上的植物通過光合作用固碳，並再分配形成總量可觀的植被碳庫和土壤碳庫。我國荒漠生態系統地域寬廣，擁有獨特且多樣的物種和基因資源，為許多珍稀物種提供了生存與繁衍的場所；形成了沙漠胡楊林、鳴沙山、月亮湖、魔鬼城、海市蜃樓等獨特的自然景觀，還存留了敦煌莫高窟、樓蘭遺址、高昌古城等人文歷史景觀，吸引人們觀光旅遊、休閒度假、科學考察、探險等。這些生態服務都直接或間接地增加了人們的福祉。
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我國荒漠生態系統服務價值變化
本文將基於國家林業行業標準《荒漠生態系統服務評估規範》（LY/T2006-2012），採用盧琦評估荒漠生態系統功能與服務的實物參數與價值參數，利用第五次全國荒漠化與沙化監測數據（2010—2014 年），初步核算 2014 年我國荒漠生態系統在防風固沙、土壤保育、水文調控、固碳、生物多樣性保育、景觀遊憩等方面的生態服務價值，並且採用國內生產總值（GDP）減縮指數對生態服務價值進行調整，以剔除價格因素的影響，使 2009 年與 2014 年兩次價值評估結果具有可比性。
我國荒漠生態系統主要分布在 12 個省份，具體分別是新疆、內蒙古、甘肅、西藏、青海、寧夏、陝西、河北、山西、遼寧、吉林和黑龍江。本文採用自下而上的核算方法，首先估算各地區荒漠生態系統服務的實物量與價值，然後匯總得到全國荒漠生態系統服務評估結果。全國及各地區 GDP、人均 GDP 等經濟數據來源於歷年《中國統計年鑑》。
2014 年全國荒漠生態系統產生的生態服務價值為 42278.58 億元人民幣，約佔當年全國 GDP 的 6.6%。
從生態服務類型來看，防風固沙是荒漠生態系統提供的最為重要的生態服務，其價值佔到總價值的 40.1%，全年固沙量達到 391億噸；其次是水文調控，佔到總價值的 24.2%，在淡水提供、水源涵養和氣候調節方面的價值共為 10236.04 億元人民幣；土壤保育和固碳的價值相當，分別佔到 18.1% 和 17.0%，全年約形成新土 151億立方米，保育 1.45億噸土壤有機質、1370萬噸土壤氮和 1560萬噸土壤磷，全年植被固碳 7.18億噸、土壤固碳 3000萬噸；生物多樣性和景觀遊憩價值相對很低，兩者之和不到總價值的 1%（表 1）。
表1 2014年中國荒漠生態系統服務價值（單位：億元人民幣）
從地區來看，我國荒漠生態系統大部分位於內蒙古和新疆，分別提供了 34.4% 和 29.7% 的生態服務價值；其次是甘肅和西藏，提供的生態服務價值分別佔到總價值的 12.6% 和 12.4%；其餘 8 個省份提供的生態服務價值不到總價值的 11%。
荒漠生態系統服務價值的變化受價格因素的影響很大。2009—2014 年，全國荒漠生態系統服務價值從 30840.43 億元人民幣（2009 年價格）增加到 42278.58 億元人民幣（2014 年價格），增加了 11438.16 億元人民幣；但是，其中有 10450.34 億元人民幣（表 2 第 6 行）是由於價格水平上漲了 32.8% 造成的。剔除價格上漲的影響後，按照 2009 年價格水平來換算，2014 年全國荒漠生態系統價值為 31828.24 億元人民幣（表 2 第 4 行），5 年間實際上僅增加了 987.81 億元人民幣（表 2 第 5 行）或 3.2%，這部分增加是源於荒漠生態系統生態服務的實物量增加。
表 2 2009—2014年中國荒漠生態系統服務價值變化（單位：億元人民幣）
另一方面，2009—2014 年全國實際 GDP 則大幅增加了 51%。由於荒漠生態系統質量提升的速度顯著慢於經濟增長的速度，荒漠生態系統服務價值佔全國 GDP 的比重從 9.1% 下降到 6.6%。
荒漠生態系統提質增效主要體現在防風固沙、水文調控和土壤保育 3 個方面。2009—2014 年荒漠生態系統服務的實際價值增加了 987.81 億元人民幣（2009 年價格）或 1202.37 億元人民幣（2014 年價格），其中 47.5% 來自防風固沙服務效益的提升，全國荒漠生態系統的年固沙量增加了 12.3億噸，特別是內蒙古 5 年間年固沙量增加了近 9億噸；有 26.4% 來自水文調控服務效益的提升；有 17.9%來自土壤保育服務效益的提升，這是土壤保育和新土壤形成兩方面生態服務權衡的結果。
具體來看，在保育土壤養分方面增加了 190.91 億元人民幣，但是在形成新土壤方面則減少了 1400 億元人民幣。此外，5 年間荒漠生態系統的固碳服務效益略有提升，全國荒漠生態系統的年固碳量增加了 6100萬，貢獻了生態服務總價值提升的 7.8%。分地區來看，荒漠生態系統服務價值的增加主要發生在甘肅、內蒙古、西藏和新疆 4 個省份。
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荒漠生態系統服務與經濟增長
荒漠生態系統是荒漠生態資產的重要組成部分 ，是一個存量概念；防風固沙、水文調控等生態服務則是由荒漠生態系統這種資產存量所提供的服務流，是一個流量概念。GDP 也是一個流量概念，其衡量了一個國家或地區在一定時期內生產的全部最終產品或服務的市場價值。兩者的不同之處在於，GDP 所衡量的產品或服務是由人造資本、社會資本、人力資本和自然資本共同創造的，並且通過各種市場進行交易；而荒漠生態系統服務則是由荒漠生態系統這種生態資產所單獨提供的，且通常難以通過市場進行交易。
將荒漠生態系統服務價值貨幣化，使其與 GDP 變得可比，前者反映了荒漠生態系統的質量與保護狀況，後者則反映了對荒漠生態系統的開發利用程度。本文使用荒漠生態系統服務價值與 GDP 的比值來衡量荒漠地區生態保護與經濟增長的發展均衡程度，為表述方便稱之為發展均衡指數。
荒漠生態系統的保護與開發利用程度存在明顯的地區性差異。
荒漠生態系統的地理範圍涉及 12 個省份，涵蓋新疆全境，內蒙古、西藏、青海、甘肅、寧夏的絕大部分，而其他 6 個省份只有小部分位於荒漠生態系統範圍內（圖 1）。2014 年全國荒漠生態系統服務價值與這 12 個省份 GDP 總和的比值為 0.27（圖 2）。
圖 2 2009 年（a）和 2014 年（b）我國12個省份荒漠生態保護與經濟增長的均衡度
氣泡大小表示荒漠生態系統服務價值與 GDP 的比值，即發展均衡指數；橫縱坐標軸交叉處的氣泡是整個荒漠生態系統的平均水平， 2009 年該比值為 0.366， 2014 年下降為0.269
分地區來看，2014 年西藏和新疆的發展均衡指數大於 1，分別為 5.69 和 1.35，表明其荒漠生態系統具有進一步開發利用的潛力；內蒙古和甘肅的發展均衡指數接近於 1，分別為 0.82 和 0.78，表明其荒漠生態系統的保護與開發利用相對均衡；青海和寧夏的發展均衡指數較低，分別為 0.38 和 0.20，表明其荒漠生態系統需要進一步加強保護與修復。其他 6 個省份的發展均衡指數都很低，主要是因為在這些省份荒漠生態系統面積只佔到其行政區劃面積的較小比重，荒漠並不是其主要的生態系統類型，需要結合森林、溼地等其他生態系統的服務價值評估來綜合評判生態保護與經濟增長的均衡程度。
荒漠生態系統提質增效與經濟增長的不均衡程度在擴大。
2009—2014 年，全國荒漠生態系統服務價值實際增加了 3.2%，年均增速僅為 0.6%，原因主要在於雖然我國荒漠化與沙化面積雙縮減、程度雙減輕 ，但是面積減少與程度減輕的幅度均較小。同時，同期荒漠生態系統涉及的 12 省份的 GDP 實際增加了 53.3%，實際 GDP 年均增速高達 8.9%，因此荒漠生態系統服務價值佔 12 省區 GDP 的比重平均從 36.6% 下降到 26.9%，各省份降幅從 19.4% 到 38.8% 不等。
這表明，雖然荒漠生態系統功能質量在提升、服務效益在增加，實現了生態保護與開發利用的雙增長，但是荒漠生態系統的改善仍然落後於區域經濟的快速增長。伴隨著荒漠地區經濟發展水平的提升、居民生態環境保護意識的提高，以及生態系統產品與服務變得更為稀缺，人們對荒漠生態系統服務的需求將日益增加，將願意為荒漠生態系統服務支付更高的價格。
與此同時，隨著經濟總量的擴大、經濟增速的放緩，荒漠生態系統提升的速度勢必將趕超經濟增速，從而達到荒漠生態系統提質增效與經濟增長的高度均衡發展，實現荒漠生態系統質量的整體改善和生態產品供給能力的全面增強。
4
結語
荒漠是我國乾旱半乾旱地區的典型生態系統，具有降水稀少、氣候乾燥、風大沙多、溫差大、植被稀疏的特點，在防風固沙、水文調控、土壤保育、固碳等方面提供著重要的生態服務。2009 年我國荒漠生態系統服務的總價值為 30840 億元人民幣（2009 年價格）。本文參照《荒漠生態系統服務評估規範》，利用第五次全國荒漠化和沙化監測數據（2010—2014 年），更新估算出 2014 年我國荒漠生態系統服務的總價值為 42279 億元人民幣（2014 年價格）。
從服務類型來看，防風固沙是最為重要的生態服務，其價值佔到 40%；水文調控服務也較為重要，其價值約佔 1/4。
分地區來看，內蒙古和新疆各約佔總價值的 1/3，甘肅和西藏分別佔到總值 1/8。2009—2014 年我國荒漠生態系統服務價值實際增加了 1202 億元人民幣（2014 年價格），其中接近一半由防風固沙服務效益的提升所貢獻。2009—2014 年荒漠生態系統服務價值與 GDP 的比值在涉及的 12 個省份都有所下降，降幅從 19.4% 到 38.8% 不等，表明當前荒漠生態系統功能提升與服務增效的速度慢於區域經濟增速。
因此，在發展經濟的同時需要加大荒漠生態系統的保護與修復力度，促進荒漠生態系統提質增效與經濟增長更均衡地發展，以實現荒漠地區的可持續發展。
更為深入的研究需要從理論上深入分析荒漠生態系統的功能提供各種生態服務的過程，辨識各種生態服務之間的協同-權衡關係，完善荒漠生態系統功能與服務的評估體系，優化評估方法與參數，並且利用歷次全國荒漠化和沙化監測數據及荒漠生態站長期監測數據，開展全國荒漠生態系統功能與服務的連續定量評估，準確量化評價全國荒漠生態系統的功能提升與服務增效成果。
在荒漠生態系統服務評估的基礎上，還需要針對沙地、沙漠和戈壁等主要荒漠生態系統類型，構建荒漠生態資產核算體系，把荒漠生態資產核算與國民經濟核算體系相對接，編制荒漠生態資產核算帳戶與資產負債表，從而為荒漠生態系統質量的整體改善和生態產品供給能力的全面增強提供科學決策依據。
程磊磊中國林業科學研究院荒漠化研究所副研究員。主要研究領域包括：荒漠生態系統服務與資產評估，荒漠化防治政策，以及土地退化經濟學。主持及參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金等多項課題，為科學技術部、國家林業與草原局等政府決策部門和聯合國防治荒漠化公約（UNCCD）、聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）等國際機構提供決策諮詢多次。發表論文 20 餘篇。
盧 琦中國林業科學研究院荒漠化研究所所長、沙漠林業實驗中心主任，研究員、博士生導師。長期從事荒漠化防治、乾旱區生態系統管理及相關戰略與政策等研究。主持科研課題 50多項，發表論（譯）文180 餘篇，主編或參編著（譯）作 20 餘部；獲得國家級科技獎勵 4 項、省部級科技獎勵 5 項。牽頭組織「庫姆塔格沙漠綜合科學考察」，填補了我國沙漠科考的最後空白。主要兼職：西南林業大學石漠化研究院院長、國家荒漠-草地野外生態觀測研究站聯盟共同主席，國家林業與草原局第六屆科技委常委、第一屆草原標準化技術委員會委員，全國防沙治沙標準化技術委員會秘書長等，《中國沙漠》《生態學報》《自然資源學報》《中國水土保持科學》《林業科學研究》和 Journal of Resources and Ecology 等編委。
文章源自：
程磊磊,卻曉娥,楊柳,姚雪玲,盧琦.中國荒漠生態系統：功能提升、服務增效.中國科學院院刊,2020,(6):690-698.
總監製：楊柳春
責任編輯：張帆
助理編輯、校對：PAN
排版：零度
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