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        中國(guó)平原林業(yè)工程的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值研究

        2011-06-07 03:50:14李志沛張宇清朱清科馮靖宇陳作州
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2011年13期
        關(guān)鍵詞:土壤侵蝕平原林業(yè)

        李志沛,張宇清,朱清科,鄭 慧,馮靖宇,陳作州

        (北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院,水土保持與荒漠化防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083)

        生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了賴以生存和發(fā)展的多種產(chǎn)品以及維持人類生命的支持系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1-6]。近年來(lái),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究已經(jīng)取得了令人矚目的進(jìn)展[7-19]。特別是森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,在全球生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮舉足輕重的作用,其服務(wù)功能的價(jià)值評(píng)估是研究的一個(gè)熱點(diǎn),但很少有人關(guān)注農(nóng)田林網(wǎng)、農(nóng)林間作、四旁植樹(shù)等平原林業(yè)的生態(tài)服務(wù)功能。

        隨著全球環(huán)境意識(shí)、生態(tài)意識(shí)的增強(qiáng),林業(yè)的社會(huì)地位大大提高。特別是在平原地區(qū),林業(yè)不僅承擔(dān)著國(guó)土生態(tài)安全,還承擔(dān)著糧食安全,林產(chǎn)品供給等多重職能。平原林業(yè)是我國(guó)林業(yè)建設(shè)事業(yè)的一個(gè)重要組成部分。它在改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),增加森林資源和林副產(chǎn)品,促進(jìn)農(nóng)業(yè)全面發(fā)展,提高群眾生活水平方面有著重要的作用[20]。建國(guó)以來(lái),我國(guó)政府一直十分重視平原區(qū)林業(yè)建設(shè),經(jīng)過(guò)50年以上的不斷完善,現(xiàn)已基本形成以農(nóng)田防護(hù)林為主體,輔以農(nóng)林(果)間作、成片造林,帶、網(wǎng)、片、點(diǎn)相結(jié)合多樹(shù)種、多林種、多層次、多模式和多功能的農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng),不僅發(fā)揮林業(yè)本身的直接經(jīng)濟(jì)效益,而且通過(guò)調(diào)節(jié)局地小氣候,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要生態(tài)保障[23]。本研究以平原林業(yè)為研究對(duì)象,探討其生態(tài)服務(wù)功能及其經(jīng)濟(jì)價(jià)值,為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值研究提供了一些基礎(chǔ)理論的補(bǔ)充,同時(shí)也科學(xué)地評(píng)價(jià)平原林業(yè)建設(shè)所取得的成就,對(duì)平原地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)科學(xué)發(fā)展,具有十分重要的戰(zhàn)略指導(dǎo)意義。

        1 研究區(qū)概況

        我國(guó)平原地域遼闊,主要分布在東北、華北、長(zhǎng)江中下游、珠江三角洲等地區(qū),包括26個(gè)?。ㄊ?、自治區(qū)),186個(gè)市,共958個(gè)平原縣、半平原縣和部分平原縣。研究區(qū)內(nèi)耕地面積4 937.2萬(wàn)hm2,總?cè)丝?0 709萬(wàn)人,全區(qū)林業(yè)總產(chǎn)值3 324.2億元,農(nóng)民人均純收入3 687元。平原地區(qū)的水肥等自然條件相對(duì)較好,是全國(guó)重要的糧、棉、油生產(chǎn)基地,同時(shí)也是我國(guó)重要的木材生產(chǎn)基地。通過(guò)幾十年的努力,平原地區(qū)森林覆蓋率由1987年的7.3%提高到現(xiàn)在的15.7%[21]。特別是以林業(yè)重點(diǎn)工程為帶動(dòng),以農(nóng)田防護(hù)林體系為主體,以村鎮(zhèn)綠化(含城鎮(zhèn))為基礎(chǔ),結(jié)合通道綠化、河流干渠綠化,使廣大平原地區(qū)造林面積迅速增加,造林質(zhì)量明顯提高,生態(tài)環(huán)境明顯改善。

        2 研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

        本研究數(shù)據(jù)主要來(lái)自《全國(guó)平原林業(yè)功效調(diào)查》項(xiàng)目,實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為全國(guó)26個(gè)省,177個(gè)市,868個(gè)縣;還有一些前人研究成果。同時(shí),參考《全國(guó)平原綠化工程建設(shè)規(guī)劃》,將26個(gè)?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū))分為六個(gè)大區(qū),詳見(jiàn)表1。

        表1 全國(guó)平原地區(qū)省(市、自治區(qū))分區(qū)

        2.2 我國(guó)平原林業(yè)工程的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值核算方法

        近年來(lái),國(guó)際上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究十分重視,生態(tài)學(xué)家、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家及相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家共同合作,從生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程、生態(tài)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值等多個(gè)方面開(kāi)展綜合研究,不斷充實(shí)與豐富生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的內(nèi)涵,探索其評(píng)價(jià)技術(shù)及生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的評(píng)估方法。

        2.2.1 評(píng)估指標(biāo)選擇 在充分考慮平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)背景特征的基礎(chǔ)上,通過(guò)認(rèn)真分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)評(píng)估指標(biāo)體系,采用頻度分析法結(jié)合專家咨詢法,篩選指標(biāo)和構(gòu)建適合的平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見(jiàn)表2),主要從林產(chǎn)品、保育土壤、固碳制氧、凈化空氣、防風(fēng)固沙、森林游憩6個(gè)方面9個(gè)指標(biāo)對(duì)平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行估算。由于生物多樣性等服務(wù)功能缺少相關(guān)數(shù)據(jù),難以找到合適的評(píng)估方法及指標(biāo)體系,在此暫不列入研究范圍。

        表2 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估指標(biāo)體系

        2.2.2 提供林產(chǎn)品功能 林產(chǎn)品價(jià)值屬于直接價(jià)值,可采用市場(chǎng)價(jià)值法來(lái)評(píng)估其價(jià)值:

        式中:E1——平原林業(yè)生產(chǎn)木材的價(jià)值(元);Si——第i省份的林業(yè)用地面積(hm2);Vi——第i省份單位面積木材蓄積量的年增長(zhǎng)量(m3/a);P——木材市場(chǎng)平均價(jià)格;f——出材率(取65%)。

        2.2.3 保育土壤功能 平原區(qū)由于植被的存在,特別是林木,減少了地表土壤侵蝕及肥力損失。林木憑借龐大的樹(shù)冠、強(qiáng)壯且成網(wǎng)絡(luò)的根系,截留大氣降水,減少或免遭雨滴對(duì)土壤表層的直接沖擊,有效地固持土體,降低了地表徑流對(duì)土壤的沖蝕,使土壤流失量大大降低。

        本研究先通過(guò)土壤侵蝕模型,分別估算研究區(qū)現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量和潛在土壤侵蝕量,從而得到土壤保持量;在參考《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)的基礎(chǔ)上,確定六個(gè)分區(qū)的現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕模數(shù)和潛在土壤侵蝕模數(shù),然后計(jì)算出平原林業(yè)工程覆蓋區(qū)的現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量、潛在侵蝕量、減少的土壤侵蝕量;再通過(guò)機(jī)會(huì)成本和替代工程法從減少養(yǎng)分流失(保護(hù)土壤肥力)、減輕泥沙淤積災(zāi)害兩個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)平原林業(yè)工程保育土壤的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

        式中:Ai——第i省份的土壤保持量[t/(hm2·a)];Ap——潛在土壤侵蝕量[t/(hm2·a)];Ar——現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕量[t/(hm2·a)]。

        (1)減少養(yǎng)分流失的價(jià)值:水土流失帶走了土壤中的養(yǎng)分,主要是N、P、K等。根據(jù)以下模型可計(jì)算保護(hù)土壤養(yǎng)分的價(jià)值量:

        式中:E2——植被保持土壤養(yǎng)分價(jià)值量;Ai——第i省份的土壤保持物質(zhì)量(t/a);Cij——第i省份的土壤中N、P、K的含量;Pj——含N、P、K的標(biāo)準(zhǔn)化肥的市場(chǎng)價(jià)格;Bj——N、P、K在標(biāo)準(zhǔn)化肥中的含量。

        地表層土壤中全N、P、K平均含量是0.046%、0.136%、2.238%。土壤侵蝕造成的N、P、K大量損失,其價(jià)值可通過(guò)增加使用化肥的費(fèi)用來(lái)代替N、P、K損失的價(jià)值,即用替代市場(chǎng)法來(lái)計(jì)算減少養(yǎng)分流失的價(jià)值。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查,磷酸二銨和氯化鉀的市場(chǎng)價(jià)分別為2 200元/t和1 400元/t,其中,N、P、K在化肥中的含量分別為:28/132,31/132,39/75。

        (2)森林減少泥沙淤積價(jià)值測(cè)算:

        式中:E3——植被防止泥沙淤積價(jià)值量(元/年);Ai——第i省份土壤保持物質(zhì)量(t/a);C——水庫(kù)工程費(fèi)用(元/m3);ρ——土壤容重(t/m3)。

        根據(jù)資料,1 m3庫(kù)容需投入成本費(fèi)5.714元,土壤容重ρ取1.3 t/m3。

        2.2.4 固碳制氧功能 本研究應(yīng)用基于蓄積量法、生物量法的生物清單法,來(lái)推算林木的生物量。然后用林木的平均碳密度與生物量相乘可以得到林木的碳儲(chǔ)量,再根據(jù)碳元素在二氧化碳分子質(zhì)量中的比例,就可以得到林木二氧化碳固定量。但需要說(shuō)明的是本文中碳儲(chǔ)量?jī)H指林木的活生物量,并未包括枯死木、下木層、草本層、枯枝落葉層以及森林土壤層等的碳庫(kù)。計(jì)算公式如下:

        式中:C是林木固定CO2量;Vi為某省的平原林業(yè)的林木年均蓄積量;Di是樹(shù)干密度;Ri是樹(shù)干生物量占喬木層生物量的比例;ρCi是樹(shù)木的含碳率;PC是森林固定CO2的成本價(jià)值;E4是固碳價(jià)值(萬(wàn)元/a)。

        R值選取了王效科研究的結(jié)果作為本研究的樹(shù)干生物量占喬木層生物量比例,R值為0.518 3[25]。在過(guò)去大量研究中,研究者大多采用平均含碳率0.5[26-27],也有采用平均含碳率0.45[28-29],本研究結(jié)合實(shí)際情況,最終選取含碳率0.5。樹(shù)干木材密度選取0.45 t/m3[30-31]。

        根據(jù)光合作用反應(yīng)方程式可知,植物每生產(chǎn)1 g干物質(zhì)需要1.62 g CO2,釋放1.2 g O2。然后通過(guò)下式評(píng)價(jià):

        式中,E5是制氧價(jià)值(萬(wàn)元/a);PO森林釋放O2的成本價(jià)值。

        參照文獻(xiàn)[24],制氧成本用工業(yè)生產(chǎn)氧氣的價(jià)格400元/t進(jìn)行估算;固定CO2成本采用碳稅法計(jì)算,使用瑞典的碳稅率150美元/t,將其轉(zhuǎn)化成固定CO2率,即固定CO2成本為40.91美元/t來(lái)進(jìn)行估算[19]。

        2.2.5 凈化空氣功能 凈化空氣的研究主要集中在滯塵和有害氣體的吸收上,有害氣體以SO2為主。常用公式:

        式中,E6、E7——凈化SO2和滯塵價(jià)值(萬(wàn)元/年);Qs、Qd——吸收SO2和滯塵能力[t/(hm2·a);Si——第i省份林業(yè)用地面積(hm2);Cs、Cd——凈化SO2和削減粉塵成本(元/t)。

        根據(jù)“中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告”,不同林種對(duì)SO2的吸收能力在88.65~215.60 kg/(hm2·a),因此本文吸收SO2能力取152.125 kg/(hm2·a),減少SO2的成本為600元/t。據(jù)研究[22],不同林種滯塵能力為10.20~33.2 t/(hm2·a),因此本文滯塵能力取21.7 t/(hm2·a),削減粉塵的成本為170元/t。

        2.2.6 防風(fēng)固沙功能 可用平原地區(qū)受保護(hù)農(nóng)作物的增產(chǎn)量折算成防風(fēng)固沙的服務(wù)功能的價(jià)值。

        式中,E8——防風(fēng)固沙服務(wù)功能價(jià)值量(元/a);Qi——第i省份農(nóng)作物的產(chǎn)量;P——農(nóng)作物單價(jià);f——有防護(hù)林保護(hù)農(nóng)作物增產(chǎn)率。參考大量國(guó)內(nèi)研究資料,適中地取農(nóng)作物增產(chǎn)率為15%。

        2.2.7 森林游憩功能 森林游憩功能(E9)參考《全國(guó)平原林業(yè)功效調(diào)查》,用森林旅游收入來(lái)估算森林旅游生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值。

        2.2.8 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值為以上6大功能中的9個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)價(jià)值之和。

        式中:E為平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值(萬(wàn)元/a;Ei為第i項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值(萬(wàn)元/a)。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值總量

        根據(jù)以上評(píng)價(jià)方法,得出平原林業(yè)6類生態(tài)服務(wù)功能的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值3 157.98億 元/a(詳見(jiàn)表3)。

        由表3可看出,在各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值中,按其貢獻(xiàn)大小順序依次為:凈化空氣>保育土壤>固碳制氧>防風(fēng)固沙>提供木材>森林游憩;其中凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的貢獻(xiàn)最大,分別是948.41億元、903.15億元和556.88億元,占平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值的30.03%、28.60%和17.63%(圖1);另外,提供木材的價(jià)值是306.77億元,占總價(jià)值的9.71%。由此可知,平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不僅為社會(huì)提供直接林產(chǎn)品,還具有巨大的生態(tài)和社會(huì)價(jià)值,而且這種價(jià)值對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于林副產(chǎn)品價(jià)值。因此,在自然條件優(yōu)越的平原區(qū)的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中,不能只注重眼前的直接經(jīng)濟(jì)利益而忽視了其他方面的效益,應(yīng)全面考慮林業(yè)建設(shè)的綜合效益,使其發(fā)揮最大的作用。

        表3 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)價(jià) (億元/a)

        圖1 我國(guó)平原林業(yè)各項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能的貢獻(xiàn)

        3.2 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值的區(qū)域分布

        我國(guó)平原分布廣闊,各地自然條件不盡相同,經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r不同,林木生長(zhǎng)狀況差異很大,因此各地的單位面積上生態(tài)服務(wù)價(jià)值量大小不一。我國(guó)平原地區(qū),單位面積上提供的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值平均為12 587.38元/(hm2·a),西南地區(qū)高達(dá)18 534.46元/(hm2·a),華北地區(qū)最低,為10 963.77元/(hm2·a)(圖2)。

        圖2 全國(guó)六大分區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值量

        4 結(jié)論與討論

        由于平原地區(qū)開(kāi)發(fā)歷史長(zhǎng),森林資源稀少,生態(tài)環(huán)境十分脆弱,特別是干熱風(fēng)、低溫凍害、風(fēng)蝕沙化等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生,因此平原林業(yè)要在注重生態(tài)功能的基礎(chǔ)上,注重全面發(fā)揮多種功能,即生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益兼顧。

        在平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能中,提供木材的價(jià)值占總價(jià)值的9.71%,而凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能都遠(yuǎn)大于這個(gè)值,由此可見(jiàn),發(fā)展平原林業(yè)的價(jià)值不僅僅表現(xiàn)在為人類的生產(chǎn)和生活提供原材料,更重要的是一些間接的生態(tài)服務(wù)價(jià)值,如保育土壤、固碳制氧、防風(fēng)固沙、凈化空氣等方面。為此,各級(jí)政府部門在制定各項(xiàng)政策時(shí),應(yīng)考慮各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值,合理利用與經(jīng)營(yíng)森林資源,最終達(dá)到森林可持續(xù)利用的目的。我國(guó)平原分布廣闊,單位面積上提供的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值在10 963.77~18 534.46元/(hm2·a),因此本研究對(duì)平原林業(yè)的分類經(jīng)營(yíng)、分區(qū)施策具有一定的指導(dǎo)意義。

        由于受科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)量方法、研究手段和地方數(shù)據(jù)收集的限制,目前無(wú)法對(duì)平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能所有功能進(jìn)行十分確切的評(píng)價(jià),有一些功能價(jià)值未在本研究中體現(xiàn),如降低噪音、生物多樣性保護(hù)和文化等,因此本文平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值估算量低于實(shí)際價(jià)值量。雖然對(duì)平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)只是部分的,但這些初步探索依然在很大程度上反映平原林業(yè)在維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用,也為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)的科學(xué)研究提供了有益的補(bǔ)充。

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