劉瓊閣 彭道黎 施鵬程 黃國勝 王雪軍

(省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室(北京林業(yè)大學(xué))，北京，100083) (國家林業(yè)局調(diào)查設(shè)計規(guī)劃院)

責(zé)任編輯:王廣建。

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體。森林生態(tài)系統(tǒng)在運行過程中為人類生存的環(huán)境提供必要的條件并發(fā)揮重要作用［1］。森林具備涵養(yǎng)水源、凈化空氣和水質(zhì)、減少水土流失、預(yù)防洪澇災(zāi)害的發(fā)生、固碳釋氧、保護生物多樣性和森林游憩、文化美學(xué)等多種功能，對保護人類居住環(huán)境和健康具有重要作用。如果能以具體的貨幣價值表示抽象的森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價值，將能使我們更直觀的明確森林在社會經(jīng)濟環(huán)境中的重要性，更好的為保護環(huán)境和森林經(jīng)營管理提供重要依據(jù)。

國際上對生態(tài)服務(wù)功能的研究已有半個多世紀(jì)。20 世紀(jì)70年代，日本開始探索森林經(jīng)濟價值評價的方法;90年代末，Costanza 等［2］劃分不同的項目估計全球生物圈的生態(tài)服務(wù)總價值，也是全球開展相關(guān)研究工作的起點。中國于20 世紀(jì)80年代初開始進行森林資源價值核算研究工作?；贑ostanza 等人的劃分標(biāo)準(zhǔn)逐漸形成具有中國特色的森林生態(tài)服務(wù)功能價值評價體系，并形成林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大體上研究可分為大尺度和中小尺度［3］。大尺度主要是利用不同的計算方法和數(shù)據(jù)對全國森林生態(tài)服務(wù)功能價值進行研究［4－9］;中小尺度主要是研究特定區(qū)域(例如:省、保護區(qū)、流域等)的森林生態(tài)服務(wù)功能價值［10－14］。以往開展的研究主要應(yīng)用森林調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2009年，姚鴻文等［15］首次以一類調(diào)查固定樣地為單位，分實物量和價值量，應(yīng)用抽樣技術(shù)理論對浙江省的森林生態(tài)七個方面的服務(wù)功能進行了評估，有一定的理論借鑒。

三峽庫區(qū)是國家開展三峽工程以后形成的特殊的區(qū)域，對長江流域的生態(tài)安全起著重要作用。本研究主要以三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)為對象，利用全國第八次森林資源清查數(shù)據(jù)，查閱大量的文獻與書籍，結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估的研究理論與方法，選擇評估方法。在評估方法中加入生態(tài)指數(shù)作為調(diào)整因子，從水源涵養(yǎng)、固土保肥、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣、生物多樣性保護和森林旅游等7 個方面，選擇10 個實物量和13個價值量指標(biāo)，對三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能進行評估，同時，在主要指標(biāo)上與第七次清查期間進行動態(tài)變化分析。

1 研究區(qū)概況

長江三峽庫區(qū)位居?xùn)|經(jīng)105°50'～111°40'、北緯28°31'～31°44'，包括湖北省西部四縣、重慶市22個區(qū)縣，全長660 km，總面積5.8 萬km2［16］。三峽庫區(qū)是分割我國西南高山和東部低山丘陵的過渡地帶，北面有大巴山，南面有云貴高原，中間有巫山阻斷，形成了典型的濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候［17］，四時有序，雨量充沛，年降水量1 000～1 500 mm，溫暖濕潤，年氣溫14.0～18.8 ℃。三峽庫區(qū)屬亞熱帶常綠、落葉和針闊混交林區(qū)［18］，植被類型豐富，其中:針葉林面積最大，馬尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)和柏木(Cupressus funebris)能達到森林面積的50%以上。

研究區(qū)第七次和第八次森林資源連續(xù)清查固定樣地為3 254 個，其中:第八次清查有林地1 134 個，包括喬木林地981 個、經(jīng)濟林119 個、竹林34 個，疏林地53 個，灌木林地392 個，其他林地176 個，非林地1 498 個。兩次清查期間森林資源變化情況(見表1)。

表1 三峽庫區(qū)森林資源動態(tài)變化

2 森林生態(tài)服務(wù)功能評估方法

2.1 生態(tài)功能指數(shù)

森林生態(tài)功能受立地條件、環(huán)境因子、植被總覆蓋度、郁閉度和蓄積量等因素的影響，森林生態(tài)功能指數(shù)能很好的反應(yīng)森林的生態(tài)服務(wù)功能，在一類清查技術(shù)規(guī)程中，生態(tài)功能指數(shù)數(shù)值越大，表明森林生態(tài)功能越好，所以本文在對三峽庫區(qū)以樣地為基本單元進行生態(tài)服務(wù)功能評估時，用生態(tài)功能指數(shù)進行調(diào)整［15］，即K 值。在對涵養(yǎng)水源、固土保肥和凈化大氣的各項指標(biāo)進行計算時，用K 值調(diào)整，能區(qū)分各樣地之間的差異性。

將三峽庫區(qū)樣地類型按照地類特征劃分為喬木林、竹林、經(jīng)濟林、疏林地、灌木林地、國家特別規(guī)定灌木林地，分別求算樣地的K 值，作為指標(biāo)計算的調(diào)整系數(shù)。其中，固碳釋氧功能是利用兩次清查樣地樹木的數(shù)據(jù)，按照構(gòu)建的生物量方程和含碳系數(shù)求得的真實數(shù)據(jù);營養(yǎng)物質(zhì)積累主要考慮的是樹木對N、P、K 的吸收，以年生產(chǎn)量為主，生態(tài)因素的影響不大;生物多樣性保護和森林旅游都采用的是資源清查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，沒有涉及到樣地信息，故這些項目沒有用K 值調(diào)整。

2.2 水源涵養(yǎng)

森林與水源有著非常密切的關(guān)系，森林的蓄水也主要來自于降水，森林能增加降雨、截留以提高土壤入滲、減緩蒸發(fā)、減少地表徑流、調(diào)節(jié)和凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)水溫變化和其他功能［21］。參考王鵬程［22］對三峽庫區(qū)涵養(yǎng)水源的研究成果，獲得不同林型的涵養(yǎng)水源量，價值量計算采用調(diào)節(jié)水量價值法，等于用水庫攔蓄1 m3的建造成本，凈化水質(zhì)價值參考平均居民用水價格。

式中:G調(diào)為樣地j 的調(diào)節(jié)水量，K 為調(diào)整系數(shù)，A 樣地面積，H1為樣地的林冠層截留量，H2為枯落物層吸持水量，H3為土壤層入滲量，U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量價值量，U凈化水質(zhì)為林分年凈化水質(zhì)價值，C庫為建設(shè)水庫單位庫容的投資成本，C凈為參考平均居民用水價格，G調(diào)為調(diào)節(jié)水量。

2.3 固土保肥

森林的固土保肥功能主要體現(xiàn)在可以有效地削弱降水對表土的沖擊和侵蝕，保持水土流失，固土保肥效益包括減少土壤損失效益和保護土壤肥力效益兩部分［23］。具體計算公式參考評估規(guī)范［24］，增加K 值作為調(diào)整，其中，土壤侵蝕模數(shù)參考湖南省生態(tài)服務(wù)功能相關(guān)研究成果［25］。土壤養(yǎng)分含量參考三峽庫區(qū)森林土壤理化性質(zhì)的研究成果［16］。

式中:Gj為樣地j 的年固土量，Vj為樣地j 的固土價值，K 為調(diào)整系數(shù)，A 為樣地面積，di為樣地類型i 平均土壤侵蝕模數(shù)，d0為無林地的土壤平均侵蝕模數(shù)，β 為土壤密度，M0為挖取和攔截1 m3的泥沙的費用。

式中:GYj、GNj、GPj、GKj分別為樣地j 的保肥量，ωY、ωN、ωP、ωK分別為土壤中有機質(zhì)、氮、磷、鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Uj為樣地j 保肥價值總量，M1、M2、M3分別為磷酸二銨、氯化鉀和有機質(zhì)的價格。

2.4 固碳釋氧

森林通過植被、土壤來固定碳和釋放氧氣，光合作用每制造1 t 干物質(zhì)，可固定1.63 t CO2放出1.19 t O2，樣地固碳量是根據(jù)一類清查樣木單木的生物量乘上碳系數(shù)求算，根據(jù)第七次和第八次清查數(shù)據(jù)獲得年固碳量，然后計算吸收CO2和釋放O2實物量。價值量估算參考評估規(guī)范［24］。

式中:GCO2j為樣地j 的年吸收CO2量，GO2j為樣地j 的年釋放O2量，cj為樣地j年固碳量，VCO2j為樣地j 的固碳價值，VO2j為樣地j 的釋氧價值，P碳、P氧分別為固碳和釋氧的價格。

2.5 積累營養(yǎng)物質(zhì)

森林生態(tài)系統(tǒng)積累營養(yǎng)物質(zhì)主要是每年從空氣或土壤中吸收營養(yǎng)物質(zhì)(N、P、K)。參考評估規(guī)范［24］。其中，各林分類型林木化學(xué)成分參考江西省研究成果［26］，磷酸二銨和氯化鉀化肥的含氮、磷、鉀的比例，分別是:14%、15%、50%。磷酸二銨和氯化鉀的價格參考2012年農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站公布的平均價格(磷酸二銨2 600 元·t－1，氯化鉀2 200 元·t－1)。計算公式如下:

式中:GNj、GPj、GKj分別表示樣地j 的固氮量、固磷量、固鉀量(t·a－1);Nij、Pij、Kij為樣地j 優(yōu)勢樹種i 的氮、磷、鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，A 為樣地面積，Bj為樣地j 的年生產(chǎn)量，Vj樣地j 積累營養(yǎng)物質(zhì)價值總量，M1、M2分別為磷酸二銨和氯化鉀的價格。

2.6 凈化大氣環(huán)境

森林生態(tài)系統(tǒng)在凈化大氣環(huán)境方面能吸收有毒氣體，阻滯塵埃、吸收重金屬、降低噪音、制造負(fù)氧離子等［21］。國內(nèi)外研究凈化大氣環(huán)境功能評估時，選用指標(biāo)存在一定的差異［27－29］。本研究從森林吸收SO2、氮氧化物、氟化物和滯塵方面，采用吸收能力法進行估算，其中，吸收SO2、氮氧化物和氟化物參考其他相似區(qū)域的研究成果［30－31］，滯塵能力采用《中國生物多樣性國情研究報告》中公布的數(shù)據(jù)［32］，價值量計算參考評估規(guī)范推薦值［24］。

式中:G二氧化硫j、G氟化物j、G氮氧化物j、G滯塵j分別為樣地j 的吸收各種污染物的量，K 為調(diào)整系數(shù)，A 為樣地面積，G二氧化硫i、G氟化物i、G氮氧化物i、G滯塵i分別為樣地類型i的平均吸收能力。

2.7 生物多樣性保護

中國的森林物種多樣性和豐富性賦予了生物多樣性保護功能的評估重要的現(xiàn)實意義［33］。根據(jù)樣地調(diào)查資料，把全區(qū)森林類型劃成五種:針葉林、針闊混交林、闊葉林、竹林、灌木林。依照三峽庫區(qū)有關(guān)Shannon－Wiener 指數(shù)的研究成果［34］，確定不同森林類型的指數(shù)，依據(jù)前人研究不同的指數(shù)等級并對應(yīng)其相應(yīng)的損失價值(見表2)，以此計算每個森林類型的物種保育價值，計算公式如下:U =∑S·A。式中:U 為林分年保護生物多樣性價值，S 為物種單位面積每年損失的價值，A 為林分面積。

表2 Shannon－Wiener 指數(shù)等級劃分及其價值量

2.8 森林旅游

森林旅游價值是一種無形的價值形態(tài)，屬于“市場公共商品”，很難定量的評估其價值，國內(nèi)外的專家學(xué)者針對不同地區(qū)，嘗試采用了不同的評估方法。本文采用費用支出法，計算公式為:

式中:UT為年旅游價值，T 為人均停留時間，P 為人均旅游花費，N 為年游客總?cè)藬?shù)。

查閱旅游部門相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，三峽庫區(qū)2012年接待游客量為5 567.74 萬人，一次人均旅游消費達到332.60 元，平均停留時間為2.26 天。計算得到三峽庫區(qū)每年旅游收入為418.51 億元。

3 森林生態(tài)服務(wù)功能評估結(jié)果

根據(jù)對第八次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)，對三峽庫區(qū)生態(tài)服務(wù)功能進行評價，得出三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能總效益為4 314.108 4 億元(見表3～4)。

從三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能實物量和價值量匯總表可以看到，喬木林占據(jù)很大的比重，根據(jù)評估結(jié)果得到喬木林分起源、齡組和林型統(tǒng)計結(jié)果(見表5)。從表5可知，生態(tài)服務(wù)功能的大小依次為:天然林＞人工林，幼齡林＞中齡林＞近熟林＞成熟林＞過熟林，針葉林＞闊葉林＞針闊混交林。這說明三峽庫區(qū)天然林結(jié)構(gòu)復(fù)雜穩(wěn)定，在生態(tài)服務(wù)功能上發(fā)揮著重要作用;幼齡林和中齡林的生態(tài)功能較大，主要原因是因為三峽庫區(qū)幼齡林和中齡林的面積較大，應(yīng)根據(jù)其發(fā)育狀態(tài)加強撫育管理;第八次清查三峽庫區(qū)針葉林面積1 128 900 hm2，占到喬木林面積的60%，故針葉林的價值比重最大。

表3 三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能實物量 104t·a －1

表4 三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能價值量 億元·a －1

表5 喬木林生態(tài)服務(wù)功能分類價值量匯總比較 億元·a －1

各生態(tài)服務(wù)功能總效益由大到小的排序為:水源涵養(yǎng)效益、固碳釋氧效益、生物多樣性保護效益、凈化大氣環(huán)境效益、固土保肥效益、營養(yǎng)物質(zhì)積累效益、森林旅游。

4 森林生態(tài)服務(wù)功能動態(tài)變化

為了解三峽庫區(qū)森林生態(tài)功能的動態(tài)變化趨勢，對第七次森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)進行了評估，第七次清查三峽庫區(qū)森林面積2 297 300 hm2，森林覆蓋率39.56%，第八次清查與之相比均有所增加，八次清查三峽庫區(qū)林地面積2 656 300 hm2，森林覆蓋率45.74%。對三峽庫區(qū)森林生態(tài)功能的實物量分別從涵養(yǎng)水源、固土保肥、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣四個方面進行比較(見表6)。從表中可以看出，與上期相比各指標(biāo)均有所增加。生態(tài)服務(wù)功能每年產(chǎn)生的價值量均有所增加，尤其是在凈化大氣環(huán)境方面增幅較大。這說明隨著森林面積的提高，森林對環(huán)境的影響起著越來越重要的作用。

從涵養(yǎng)水源、固土保肥、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣和生物多樣性保護五個方面對三峽庫區(qū)森林生態(tài)功能的價值量進行比較(見表7)，從表中可知森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量呈現(xiàn)上升趨勢，這說明我國對于生態(tài)環(huán)境的投入力度越來越大，生態(tài)環(huán)境逐年改善，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也逐漸增加。

表6 森林生態(tài)功能實物量動態(tài)變化 104t·a －1

表7 森林生態(tài)功能價值量動態(tài)變化 億元·a －1

5 討論

本研究根據(jù)全國第八次森林資源清查數(shù)據(jù)和國內(nèi)外對三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能的研究成果選定評估指標(biāo)和方法對三峽庫區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能進行評估，得到三峽庫區(qū)第八次清查的森林生態(tài)服務(wù)功能總價值為4 314.108 4 億元，與第七次森林資源清查數(shù)據(jù)比較，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力均有所增加，這一研究力求能為政府和有關(guān)部門的決策提供依據(jù)，有針對性開展森林生態(tài)服務(wù)方面的發(fā)展。

本文的研究主要是針對一類清查樣地數(shù)據(jù)做一些探索性工作，重點是在評估的過程中加入了生態(tài)指數(shù)這一指標(biāo)，運用調(diào)整系數(shù)，調(diào)整樣地的生態(tài)功能實物量和價值量，進而用一類技術(shù)規(guī)程中蓄積量統(tǒng)計的方法對實物量和價值量進行評估，能夠根據(jù)調(diào)整系數(shù)調(diào)節(jié)不同樣地的差異性。本文測算的三峽庫區(qū)實物量和價值量與王鵬程［22］對三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng)功能的測定結(jié)果一致，這說明本研究的數(shù)據(jù)結(jié)果是可靠的，具有一定的參考價值。

本文以實物量和價值量的形式測算了森林生態(tài)功能，以貨幣形式使人們更好的認(rèn)識森林的價值。相對于前人的研究，本文采用的數(shù)據(jù)和評估方法更合理和可靠，但也存在一些不足:(1)在評估時，存在時間上的不一致。(2)由于研究條件和一類調(diào)查因子的限制，有些功能未得到體現(xiàn)。例如:森林在固土保肥、防止風(fēng)蝕、造地育土、保護土壤動物和微生物等方面的價值;森林凈化大氣環(huán)境功能中還有釋放負(fù)氧離子及萜烯類物質(zhì)、吸收重金屬、殺菌和降低噪音等功能。森林的這些功能都需要在以后進一步研究。

隨著森林生態(tài)功能的作用日益凸顯，其社會作用也越來越重要，建議可按照森林資源動態(tài)監(jiān)測的周期，根據(jù)樣地的清查數(shù)據(jù)，加入對森林生態(tài)功能價值的監(jiān)測和評估，對森林水源涵養(yǎng)、固土保肥、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境等主要指標(biāo)做連續(xù)動態(tài)變化監(jiān)測，建立全區(qū)森林功能價值監(jiān)測評估體系，定期向社會公布其價值，增強環(huán)保意思，同時以滿足政府和社會的需求，制定合理的森林可持續(xù)經(jīng)營方案，實現(xiàn)森林價值的有效利用。

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