程 暢，趙麗婭，渠清博，江利平，陳 濤　(湖北大學資源環(huán)境學院，湖北武漢 430062)

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神農架森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值估算

程 暢，趙麗婭*，渠清博，江利平，陳 濤(湖北大學資源環(huán)境學院，湖北武漢 430062)

摘要依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》，基于神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測的數(shù)據(jù)，并參考已有的研究文獻，定量評估了神農架森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境以及生物多樣性保護六大服務功能的價值量。結果表明：神農架森林生態(tài)系統(tǒng)六大服務功能總價值每年可達671.63億元，其中保育土壤353.15億元，涵養(yǎng)水源174.59億元，固碳釋氧60.62億元，生物多樣性保護72.79億元，凈化大氣環(huán)境7.44億元，積累營養(yǎng)物質3.04億元。各植被類型的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值分別為闊葉林365.30億元/a，針闊混交林206.29億元/a，針葉林100.04億元/a。研究結果將為神農架森林生態(tài)系統(tǒng)保護與發(fā)展提供科學依據(jù)。

關鍵詞神農架；森林生態(tài)系統(tǒng)；服務功能；價值評估

Assessment on Eco-service Functions of Forest Ecosystem in Shennongjia

CHENG Chang, ZHAO Li-ya*, QU Qing-bo et al(School of Resources and Environmental Science, Hubei University, Wuhan, Hubei 430062)

Abstract Based on the Forest Ecosystem Services Assessment Standards issued by the state administration of forestry and the field scientific observation data, the ecosystem service values of each type of forest have been assessed quantitatively in Shennongjia. The results show that the total annual value of the ecosystem service function is 67.163 billion yuan(RMB), of which 35.315 billion yuan for soil conservation, 17.459 billion yuan for water conservation, 6.062 billion yuan for carbon fixation and oxygen released, 7.279 billion yuan for species conservation, 0.744 billion yuan for air purification and 0.304 billion yuan for nutrient accumulation. The value of ecosystem services in various vegetation types are broad-leaved forest: 36.530 billion yuan; theropencedrymion: 20.629 billion yuan; coniferous forests: 10.002 billion yuan. The results will provide basic data for constructing the ecosystem of forest in Shennongjia.

Key words Shennongjia; Forest ecosystem; Service function; Value assessment

森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。它能為人類提供食品、醫(yī)藥和其他工農業(yè)生產(chǎn)的原料，更重要的是支撐與維持地球的生命系統(tǒng)，維持生命物質的生物地化循環(huán)與水文循環(huán)，維持生物物種與遺傳多樣性、凈化環(huán)境，維持大氣化學的平衡與穩(wěn)定[1-2]。印度加爾各答農業(yè)大學的德斯教授，曾對1棵樹算了2筆不同的帳，他認為1棵正常生長50年的樹，按照通常習慣的木材價格算，最多值300余美元，但是如果按照這棵樹的綜合價值計算，就遠遠不止這些了。據(jù)粗略測算，這棵生長50年的樹每年可以生產(chǎn)出價值31 250美元的氧氣和價值2 500美元的蛋白質，同時，可以防止大氣污染(價值62 500美元)，涵養(yǎng)水源、促進水分再循環(huán)(價值37 500美元)，防止土壤侵蝕、增加土壤肥力(價值31 250美元)，還可以為鳥類及其他動物提供棲息環(huán)境(價值31 250美元)，將這些綜合價值計算在一起，這棵樹的價值就是近20萬美元[3]。長期以來，對森林生態(tài)系統(tǒng)的不合理開發(fā)和利用，使得森林結構失調、林分質量下降、森林綜合效能下降、生態(tài)環(huán)境惡化，已成為全球環(huán)境問題的核心，制約著全球可持續(xù)發(fā)展的進一步提升。

筆者在對神農架森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能分析總結的基礎上，依據(jù)國家林業(yè)局2008年頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》，基于神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測數(shù)據(jù)和社會公共數(shù)據(jù)，對神農架森林生態(tài)系統(tǒng)的主要服務功能進行了價值量評估。

1研究區(qū)概況

1.1自然概況號稱“華中屋脊”的神農架位于湖北省西部邊陲，大巴山東段，處于渝、鄂交界處，地跨109°56′～110°58′ E，31°15′～31°57′ N，國土面積約3 253 km2。其地處北亞熱帶與溫帶的過渡區(qū)，氣候呈溫涼多雨，年均氣溫11.0～12.2 ℃，年均降雨量1 100 mm。獨特的地理位置和優(yōu)越的立體氣候環(huán)境，使其孕育著豐富的植物資源。神農架森林堪稱“綠色寶庫”，是植物多樣性的理想基地，中國植物資源和種質資源的“貯藏庫”，古老孑遺植物的“避難所”，孕育和產(chǎn)生新品種的“搖籃”，華中最大的天然植物園。

1.2森林資源概況神農架森林面積約289 200 hm2，素有“原始森林”之稱，是世界生物多樣性較為豐富的地區(qū)之一，擁有全球中緯度地區(qū)唯一保存完好的亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)。林區(qū)植被呈明顯的垂直分布：常綠闊葉林帶—常綠落葉闊葉混交林帶—落葉闊葉林帶—針闊混交林帶—亞高山針葉林帶，是表現(xiàn)中國中部山地植被較清晰和完整的地區(qū)。

神農架地區(qū)林地面積260 745 hm2，其中，針葉林總面積約37 140 hm2；針葉、落葉闊葉混交林面積92 562 hm2；闊葉林總面積131 043 hm2，占林區(qū)有林地面積的50%。常綠闊葉林主要分布在海拔1 600 m以下的低山和中山下部的河谷地帶，面積約27 578 hm2，占闊葉林面積21%；常綠、落葉闊葉混交林面積為17 247 hm2，占闊葉林面積的13%；落葉闊葉林面積約86 218 hm2，占闊葉林面積的66%[4]。

據(jù)2009年神農架森林二類清查結果表明，林業(yè)用地面積312 549.15 hm2，占土地總面積的96.5%。其中，森林面積289 180.67 hm2，占92.5%；灌木林地面積20 730.51 hm2，占6.6%；疏林地面積6.51 hm2，未成林地826.18 hm2。森林覆蓋率90.4%(圖1)。

2研究方法

參照國家林業(yè)局2008年頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》，基于神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測數(shù)據(jù)和社會公共數(shù)據(jù)，對森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護6個方面的服務功能進行價值量評估。

2.1評估公式該文主要依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[5]中的森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量的評估公式對神農架森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值進行了評估，評估主要包括涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護共六大類別13個指標因子。

2.2評估數(shù)據(jù)及來源

2.2.1森林資源數(shù)據(jù)。參照田自強等[4]對神農架植物群落物種多樣性的研究結果及神農架2009年森林資源二類清查數(shù)據(jù)，單位實物量的價格參數(shù)參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》的社會公共數(shù)據(jù)[5]。

2.2.2森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能參數(shù)。

2.2.2.1涵養(yǎng)水源功能評估。根據(jù)神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測的數(shù)據(jù)，亞高山針葉林的年均降水量為800～2 500 mm，平均溫度為10 ℃。常綠落葉闊葉混交林的年均降水量為1 306～1 722 mm，年均氣溫為10.6 ℃[6]。該研究中針葉林及闊葉林的年均降水量分別取其監(jiān)測結果的平均值，并根據(jù)年均降水量及溫度，運用TURC公式，計算得各林分年蒸散量為：針葉林567.2 mm/a，闊葉林581.6 mm/a[7-9]。依據(jù)神農架年均降水量為1 170.2 mm/a，年均氣溫為11.0～12.2 ℃及TURC公式，求得針闊混交林年蒸散量為585.1 mm/a[10]。各林分地表徑流量為：針葉林28.05 mm/a，闊葉林7.50 mm/a，針闊混交林17.78 mm/a[11]。

2.2.2.2保育土壤功能評估。根據(jù)我國土壤侵蝕的研究成果，無林地土壤中等程度的侵蝕深度為15～35 mm/a，侵蝕模數(shù)為150.00～350.00 m3/(hm2·a)，該研究取土壤侵蝕模數(shù)的平均值319.80 t/(hm2·a)。有林地的土壤侵蝕模數(shù)分別為針葉林7.80 t/(hm2·a)，闊葉林0.50 t/(hm2·a)，針闊混交林4.15 t/(hm2·a)。確定神農架林地土壤容重為針葉林1.14 t/m3，闊葉林1.08 t/m3，針闊混交林1.10 t/m3[12]。根據(jù)神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測的數(shù)據(jù)，確定各林分土壤的平均有機質含量、含氮量、含鉀量、含磷量(表1)。

表1　各林分土壤的容重及養(yǎng)分含量

2.2.2.3固碳釋氧功能評估。參照李高飛等[13]對中國不同氣候帶各類型森林的生物量和凈第一性生產(chǎn)力的研究，估算神農架各林分的凈生產(chǎn)力為針葉林7.20 t/(hm2·a)，闊葉林16.81 t/(hm2·a)，針闊混交林8.99 t/(hm2·a)，同時確定單位面積林分土壤年固碳量為針葉林0.672 7 t/(hm2·a)，闊葉林1.647 0 t/(hm2·a)，針闊混交林0.737 1 t/(hm2·a)[14]。

2.2.2.4積累營養(yǎng)物質功能評估。依據(jù)趙同謙[15]對中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其價值評價中對不同氣候帶主要森林生態(tài)系統(tǒng)類型植物體營養(yǎng)元素含量的匯總結果，確定神農架主要植被類型林木營養(yǎng)元素含量：針葉林的林木含氮量為4.20 mg/g、含磷量為0.75 mg/g、含鉀量為2.13 mg/g；闊葉林的林木含氮量為4.56 mg/g、含磷量為0.32 mg/g、含鉀量為2.21 mg/g；針闊混交林的林木含氮、磷、鉀量取溫帶針葉林與亞熱帶落葉闊葉林的平均值，即林木含氮量為4.31 mg/g、含磷量為0.39 mg/g、含鉀量為2.16 mg/g[15](表2)。

表2　各林分林木養(yǎng)分含量 　mg/g

2.2.2.5凈化大氣環(huán)境功能評估。根據(jù)神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測的數(shù)據(jù)，估算各林分的平均高度為針葉林20 m、闊葉林10 m、針闊混交林15 m。參照李英升等[16-19]對上海城市森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣功能價值的研究，得出神農架各林分負離子濃度為針葉林1 501個/cm3，闊葉林1 161個/cm3，針闊混交林1 331個/cm3[16-19]，負離子壽命取10 min。

由《中國生物多樣性國情研究報告》的相關資料可得，闊葉林、杉類林、松林、柏類林吸收SO2分別為88.65、117.60、117.60、411.60 kg/(hm2·a)，針葉林平均為215.60 kg/(hm2·a)，針闊混交林取針葉林與闊葉林的平均值為152.13 kg/(hm2·a)。針葉林的滯塵能力為33 200 kg/(hm2·a)，闊葉林的滯塵能力為10 110 kg/(hm2·a)，針闊混交林取針葉林與闊葉林的平均值為21 655 kg/(hm2·a)[20]。針葉林、闊葉林吸收氟化物分別為0.50、4.65 kg/(hm2·a)，針闊混交林取針葉林與闊葉林的平均值為2.58 kg/(hm2·a)。森林吸收氮氧化物為6.00 kg/(hm2·a)[21]。

2.2.2.6生物多樣性保護功能評估。根據(jù)神農架森林生態(tài)系統(tǒng)長期連續(xù)定位觀測的數(shù)據(jù)，參照王兵等[22]對中國森林物種多樣性保育的Shannon-Wiener指數(shù)(H′)的研究結果，估算針葉林Shannon-Wiener等級為Ⅵ級，1

3結果與分析

3.1涵養(yǎng)水源森林涵養(yǎng)水源的價值主要表現(xiàn)在調節(jié)水量價值和凈化水質價值。由表3可知，神農架森林主要植被類型每年調節(jié)水量的價值為130.09億元，凈化水質的價值為44.50億元，涵養(yǎng)水源的總價值為174.59億元。從各植被類型的價值量來看，闊葉林每年調節(jié)水量價值與凈化水質價

值均最大，分別為74.06億元、25.33億元，總涵養(yǎng)水源價值為99.39億元/a。

表3　神農架森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值

3.2保育土壤森林保育土壤的價值主要表現(xiàn)在固土價值和保肥價值兩方面。神農架森林主要植被類型每年固土價值為9.51億元，保肥價值為343.64億元，保育土壤的總價值為353.15億元/a(表4)。

表4　神農架森林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤價值

3.3固碳釋氧森林固碳釋氧的價值主要表現(xiàn)在固碳價值和釋氧價值。神農架森林主要植被類型年固碳價值為21.33億元，年釋氧價值為39.29億元，固碳釋氧總價值為60.62億元/a(表5)。

表5　神農架森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧價值

3.4積累營養(yǎng)物質經(jīng)計算，神農架森林主要植被類型年積累營養(yǎng)物質的總價值為3.04億元。其中闊葉林年積累營養(yǎng)物質的價值最大，為2.05億元，針闊混交林次之，最后為針葉林。

3.5凈化大氣環(huán)境森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境的價值主要表現(xiàn)在提供負離子的價值、吸收SO2的價值、吸收NOx的價值、吸收HF的價值和滯塵價值。神農架森林生態(tài)系統(tǒng)年提供負離子的價值為0.07億元，吸收SO2的價值為0.41億元，吸收NOX的價值為0.10億元，吸收HF的價值為0.005 93億元，滯塵價值為6.85億元。凈化大氣環(huán)境總價值為7.44億元/a(表6)。

表6　神農架森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境價值

3.6生物多樣性保護經(jīng)計算，神農架森林生態(tài)系統(tǒng)物種保育的總價值為72.79億元/a，其中針葉林為1.86億元，闊葉林為52.42億元，針闊混交林為18.51億元。該結果充分說明神農架作為擁有全球中緯度唯一保存完好的亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)的天然植物園，其生物多樣性的豐富與珍貴。

3.7森林生態(tài)系統(tǒng)服務總價值及結構由表7可知，神農架森林生態(tài)系統(tǒng)六大服務功能的總價值可達671.63億元/a，其中涵養(yǎng)水源174.59億元/a，保育土壤353.15億元/a，固碳釋氧60.62億元/a，積累營養(yǎng)物質3.04億元/a，凈化大氣環(huán)境7.44億元/a，生物多樣性保護72.79億元/a。該結果充分說明神農架森林生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的生態(tài)服務價值。

各種服務功能價值從大到小順序依次為：保育土壤、涵養(yǎng)水源、生物多樣性保護、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境、積累營養(yǎng)物質。以保育土壤方面的貢獻率最大，占到50.00%以上，其次為涵養(yǎng)水源，占26.00%，其余4個方面的貢獻率占21.41%(圖2)。

表7　神農架主要森林類型各服務功能價值量

神農架各種森林類型的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值為100.04億元～365.30億元/a，按大小順序依次為闊葉林、針闊混交林、針葉林。其中，闊葉林的生態(tài)服務價值最大，為365.30億元/a，貢獻率較高，占54.39%，其次為針闊混交林，最后為針葉林(圖3)。

從各種森林類型單位面積生態(tài)服務功能的價值量比較來看，其大小順序是闊葉林、針葉林、針闊混交林。闊葉林單位面積生態(tài)服務功能最大，為27.87萬元/(hm2·a)(圖4)。

將神農架森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量與其他地區(qū)亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量比較可得(表8)，神農架森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量是最大的，為25.76萬元/(hm2·a)。

4結論與討論

(1)神農架森林生態(tài)系統(tǒng)六大服務功能的總價值可達671.63億元。神農架森林生態(tài)服務功能總價值相當于2012年神農架全區(qū)生產(chǎn)總值(16.81億元)的40倍左右。這一差距突出反映了神農架資源富集與貧困長期交織的特殊性，也是我國部分地區(qū)生態(tài)良好與經(jīng)濟落后相伴的典型縮影。因此，為了改善目前神農架“富饒的貧困”的現(xiàn)狀，需要全社會提高對生態(tài)產(chǎn)品的認識，政府加大財政轉移支付力度，建立健全生態(tài)補償制度，充分發(fā)揮森林生態(tài)效益。

(2)從各種森林類型單位面積生態(tài)服務功能的價值量比較來看，其大小順序是闊葉林、針葉林、針闊混交林。應加強對神農架針葉林與針闊混交林群落完整性的保護，以使其生

表8　不同地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值比較

注：江西省大崗山第1組數(shù)據(jù)為九五期間統(tǒng)計，第2組數(shù)據(jù)為十五期間統(tǒng)計。

態(tài)系統(tǒng)服務價值得到更好的發(fā)揮。

(3)將神農架森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量與其他地區(qū)亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量比較可得，神農架森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積的價值量是最大的。作為世界生物多樣性較豐富的地區(qū)之一，神農架具有重要的生態(tài)地位。其巨大的生態(tài)價值和生態(tài)系統(tǒng)服務價值，在整個長江和漢江中下游地區(qū)乃至全國的水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性保護、改善生態(tài)環(huán)境、維持生態(tài)平衡和保障區(qū)域生態(tài)安全等方面發(fā)揮著不可替代的作用。

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收稿日期2015-07-10

作者簡介程暢(1988- )，男，湖北鄂州人，碩士研究生，研究方向：生態(tài)學。*通訊作者，副教授，博士，從事環(huán)境生態(tài)學方面的教學與研究。

基金項目湖北省科技廳軟科學專項(2013BDF034)；大學生實踐創(chuàng)新訓練項目(201210512031)；大學生實踐創(chuàng)業(yè)訓練項目(20120512078)。

中圖分類號S 718.5

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)33-226-04