生态系统净第一性生产总价值变化趋势初探

摘 要:叶尔羌河流域灌区是我国灌溉面积超过40×104hm2的第四特大灌区,是塔里木河四大源流之一,地处内陆干旱区,生态环境脆弱。本文利用遥感数据,分析叶尔羌河流域平原区1990年、2000年和2005年三个时期土地利用状况,据此对平原区的生态系统第一性生产总量进行评估和分析认为:平原区净第一性生产总值从1990年到2005年逐年上升,2005年相对于1990年增加了206.16%。2005年人工景观对系统总价值的贡献已占76.34%,为实现流域可持续发展,灌区应进一步提高水资源利用效率、控制耕地增长,为平原区流域水土资源调配和开发提供参考。

关键词:生态系统;遥感;节水;净第一性生产力;价值估算

1 叶尔羌河流域区域概况

1.1 地理位置及流域面积

叶尔羌河流域位于新疆塔里木盆地西南边缘,流域范围介于74°28′-80°54′,北纬34°50′-40°31′之间,发源于哈喇昆仑山乔戈里峰,在阿瓦提县与阿克苏河汇合后注入塔里木河,河流全长1179km,国内部分流域总面积10.81万km2。

1.2 自然条件

叶尔羌河流域海拔由山区的8000-6000m下降到平原区的1500-1050m,流域主要水系有叶尔羌河、提孜那甫河、柯克亚河及乌鲁克河四条河流。

流域光热资源丰富,进入平原区地表水资源量75.71×104m3、地下水资源量35.92×104m3,其中天然补给量0.81×104m3、转化补给量35.11×104m3。

平原区的植被有人工植被和自然植被,土壤类型有灌淤土、潮土、草甸土、沼泽土、棕漠土、盐土和风沙土等。

1.3 土地利用情况

根据遥感影像资料,2005年全流域未利用地占40.01%、草地29.18%、耕地21.70%,详见表1。

2 净第一性生产力和生产总量推算

2.1 净第一性生产力推算方法

为了合理确定流域平原区生态系统净第一性生产力(NPP),根据相似生态系统净第一性生产力研究成果,选择合适值作为该流域平原区景观生态的净第一性生产力。灌木林地、疏林地的净第一性生产力根据其与有林地消耗水量推算。

即:NPP灌木林地=(ET灌木林地/ ET有林地)×NPP有林地

NPP疏林地=(ET疏林地/ ET有林地)×NPP有林地

采用类似方法计算中覆盖度草地净第一性生产力。

该流域平原区除农田景观生态的净第一性生产力变化较大外,其他变化较小,可以认为是定值。农田景观生态的净第一性生产力根据农作物产量增长率和起始年净第一性生产力计算。

即:NPP第t年=(Q第t年/ Q起始年)×NPP起始年

其中:NPP第t年:第t年农田景观生态的净第一性生产力;

Q第t年/ Q起始年:第t年相对起始年农作物产量增长率;

NPP起始年:起始年农田景观生态的净第一性生产力。

为了统一标准,将地上植物净第一性生产力换算成植物净第一性生产力,换算系数取0.5。

计算式为:NPP=2×Y

其中:NPP:植物净第一性生产力;

Y:地上植物净第一性生产力。

2.2 净第一性生产总量估算方法

净第一性生产总量(GP)按下式计算:

GP=A×NPP

其中:GP:净第一性生产总量;

A:景观生态占地面积;

NPP:净第一性生产力。

2.3 估算结果

根据上述计算方法推算出叶尔羌河平原区各景观生态系统的净第一性生产力(NPP)和净第一性生产总量(GP),详见表2。

3 净第一性生产总价值估算

3.1 估算方法

生态系统净第一性生产总量是反应生态系统有机物质生产功能的重要指标,净第一性生产总价值(V)=GP*单位质量有机物质的价值(元/g)。

单位质量有机物质的价值计算用换算的标准煤价格替代单位有机物质的价值:1g碳相当于1.474g的标煤。按1995年的标准煤的价格479元/t,1990年到2002年标准煤的价格按4%增长率增长、2002年到2005年按年8%的增长率增长计算,1990年、2000年和2005年标准煤的价格分别为394、630和794元/t。

1g碳的价值:P=Ps×1.474×10-6

式中:P为1g碳的价值;

Ps为标煤的价格。

由此计算1990年、2000年和2005年1g碳的价值分别为5.8032×104元/g、9.2911×104元/g、11.7041×104元/g。

生态系统净第一性生产总价值:V=GP×P

式中:V为生态系统净第一性生产总价值;

P为1g碳的价值;

GP为净第一性生产总量。

3.2 净第一性生产总价值估算结果

根据上述计算方法,估算出该流域平原区净第一性生产总价值,其结果详见表3。

4 净第一性生产总价值估算结果分析

4.1 人工与自然景观生态第一性生产价值对比分析

平原区人工景观对生态第一性生产总价值贡献大于自然生态,说明人工景观生态系统在平原区已处于优势地位,平原区第一性生产逐渐趋于单一,系统抗干扰能力减弱。见图1。

4.2 自然景观价值对比分析

从1990年到2005年,人工景观生态空间扩大,自然景观生态中各景观生态的第一性生产总价值均呈现不同程度的减少,由1990年的13.44%下降到2005年的7.1%,减少近50%,见表4,见图2。

4.3 平原区GP产量及GP价值变化分析

从1990年到2005年,平原区净第一性生产力、净第一性生产力总量和净第一性生产总价值均逐渐上升。相对1990年,2002年生态系统有机碳增加了31.55%、2005年增加了51.80%;相对1990年,2002年生态系统总价值增加了110.62%、2005年增加了206.1%。GP产量及GP价值变化趋势见图3和图4。

4.4 水资源利用效率分析

平原区水资源量75×108m3,1990年、2000年和2005年单位总价值用地表水1.54m3/元、0.73m3/元、0.50m3/元;产生单位有机碳耗用地表水895.27m3/t、680.53m3/t、589.75m3/t。单位净第一性生产力耗水量逐年降低,生态系统水资源利用效率提高。水资源是影响该河流域平原区生态系统第一生产力提高的最大限制因素,混合生态系统比单纯自然生态系统效率高,但不稳定,需要不断向该系统输入能量和物质,即输入如农业机械、化肥、农药、种子、人力等,以维持高位平衡。为实现该流域可持续发展,灌区应进一步提高水资源利用效率、控制耕地面积增长。

参考文献

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作者简介:宋宪宗(1965-),男,山东人,高级工程师,从事环境评价、环境工程和水土保持工作。