宋慶豐，王雪松，王曉燕，牛香?

(1.中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，100091，北京；2.遼寧省森林經營研究所，118002，遼寧丹東；3.北京林業(yè)大學水土保持學院，100083，北京)

基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數的應用
——以遼寧省退耕還林工程為例

宋慶豐1，王雪松2，王曉燕3，牛香1?

(1.中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所，100091，北京；2.遼寧省森林經營研究所，118002，遼寧丹東；3.北京林業(yè)大學水土保持學院，100083，北京)

為了對同一生態(tài)單元同一目標林分類型中沒有生態(tài)監(jiān)測數據的林分進行準確的生態(tài)服務功能評估，以遼寧省退耕還林工程為例，基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數對其生態(tài)服務功能進行評估。結果表明：2013年，遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值量為491.94億元，在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護6個生態(tài)系統(tǒng)服務功能中，涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量占退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值量的比例最大，分別為26.84%和26.30%。研究結果可為《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》的修訂和區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的精確核算提供參考。

森林生態(tài)功能修正系數； 評估； 退耕還林； 遼寧

森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)及其生態(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[1-4]，主要包括森林在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩等方面提供的生態(tài)服務功能[3]。人類當前面臨的多種生態(tài)問題的本質是由于生態(tài)系統(tǒng)服務功能受到破壞與退化的后果[4]；然而，直到20世紀70年代，生態(tài)系統(tǒng)服務功能才被作為科學問題正式提出并開展研究[5]。80年代，隨著生態(tài)經濟學的發(fā)展，人們開始對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的間接價值進行評價[4]。1997年，R.Costanza等[6]發(fā)表在《Nature》上的文章有力地推動了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評價研究。2001年，聯(lián)合國啟動的《千年生態(tài)系統(tǒng)評估》計劃，旨在通過對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的評估，將生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復目標整合到經濟社會決策中。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估及其價值核算已成為當前生態(tài)學與生態(tài)經濟學的前沿領域和全球熱點領域[7]。

全球范圍內，諸多學者或組織對不同生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估方法進行了探索[7]，且在不同的時空尺度開展了生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評估研究[8-13]，建立了生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價理論框架；然而，評估方法的不同使得評估結果存在較大差異，且不具可比性。這對在國家層面上通過生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估將生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復目標整合到經濟社會決策中十分不利。2008年，中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[3]的實施，在全國范圍內將森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的評估方法予以統(tǒng)一，使不同地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的評估結果具備可比性，為森林生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復目標在經濟社會決策中的整合提供了數據支撐和依據。

目前，我國的森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估主要基于資源清查數據(樹種、面積、蓄積量)以及生態(tài)站的長期觀測數據。從生態(tài)站測得的生態(tài)參數均為點數據，只能代表同一生態(tài)單元下具有相同結構和功能的同一林分類型。而同一生態(tài)單元下同一林分類型不同林分結構或功能同樣存在較大差異，如何利用監(jiān)測站的實測數據得到同一生態(tài)單元同一目標林分類型的其他評估林分數據是森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能得以準確評估的關鍵。筆者以此為切入點，以遼寧省退耕還林工程為例，研究基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數(簡稱CFEF)的應用，以期為同類研究提供參考。

1 遼寧省退耕還林工程概況

自2001年遼寧省實施國家退耕還林工程以來，工程區(qū)由試點階段的3市4縣(彰武縣、北票縣、凌源縣、建昌縣)發(fā)展到15市74縣，工程覆蓋1 115個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、1萬1 517個自然村，涉及65萬9 592戶農民。

截至2013年末，遼寧省累計完成退耕還林工程建設任務113.57萬hm2，其中：退耕地還林面積占全部退耕還林工程不同植被恢復類型總面積的約21.72%，宜林荒山荒地造林面積占62.66%，封山育林面積占15.61%； 生態(tài)林占全部退耕還林工程不同林種類型總面積的72.11%，經濟林占22.81%，灌木林占5.08%，其中生態(tài)林以楊樹(PopulusL.)、落葉松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabulaeformis)和刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)為主要退耕樹種，經濟林以杏樹(ArmeniacavulgarisLam.)為主要退耕樹種，占經濟林總面積的63.81%。

2 研究方法

2.1 評估指標體系及公式

參考中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[3]的評估指標及其計算公式，對涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護6項生態(tài)服務功能中涉及調節(jié)水量、固土、保肥、固碳、釋氧、林木營養(yǎng)物質積累、滯塵、吸附污染物、提供空氣負離子和物種保育等方面的17項指標的物質量和價值量進行評估。其中，物質量評估主要是從物質量的角度對退耕還林工程提供的各項服務進行定量評估，價值量評估是指從貨幣價值量的角度對退耕還林工程提供的服務進行定量評估。

2.2 數據來源

1) 資源數據來自于2013年的遼寧省退耕還林工程資源清查數據集。

2) 評估公式中的生態(tài)參數來自于退耕還林生態(tài)效益專項監(jiān)測站及中國森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究網絡(CFERN)所屬森林生態(tài)站開展的長期定位監(jiān)測數據集。

3) 價值量評估公式中的價格參數參考LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》[3]，并用貼現率進行修正。

2.3 貼現率

在生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量評估中，由物質量轉價值量時，部分價格參數并非評估年價格參數，需要使用貼現率(Discount Rate)將非評估年價格參數逐年貼現，換算為評估年份(2013年)價格參數，以得到各項生態(tài)服務功能價值量的現價。計算公式為

d=(1+tn+1)(1+tn+2)…(1+tm)。

式中：d為貼現率；t為存貸款均衡利率，%；n為價格參數可獲得年份；m為評估年年份。

存貸款均衡利率的大小主要根據金融市場利率來決定。

t=(Dr+Lr)/2。

式中：Dr為銀行的平均存款利率，%；Lr為銀行的平均貸款利率，%。

2.4 森林生態(tài)功能修正系數

“修正”作為一種狀態(tài)，表明系統(tǒng)各要素之間具有相對“融洽”的關系。當用現有的野外實測值不能代表同一生態(tài)單元同一目標林分類型的其他評估林分時，引入森林生態(tài)功能修正系數對其進行修正。生態(tài)系統(tǒng)的服務功能大小與該生態(tài)系統(tǒng)的生物量有密切關系[13-16]，一般來說，生物量越大，生態(tài)服務功能越強[13]。森林生態(tài)功能修正系數定義為

式中：CFEF為森林生態(tài)功能修正系數；Be為評估林分的生物量，kg/m3；Bo為實測林分的生物量，kg/m3；CVB為蓄積量與生物量的轉換因子，CVB=a+b/x，其中a、b為常數，x為蓄積量，m3[17]；V為評估林分的蓄積量，m3。

通過實測手段獲取實測林分的生物量。評估林分的生物量在本次退耕還林工程資源連續(xù)清查中沒有完全統(tǒng)計，但其蓄積量已被統(tǒng)計；因此，通過評估林分蓄積量和生物量轉換因子(表1)[17]，測算評估林分的生物量。

表1 IPCC推薦使用的蓄積量和生物量轉換因子(CVB)

3 結果與分析

3.1 退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估

3.1.1 物質量 根據評估遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能的方法，計算得出遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能物質量，其中涵養(yǎng)水源量11.47億m3/a，固土量3 330.18萬t/a，能夠減少土壤中氮、磷、鉀和有機質損失量分別為7.99萬、4.11萬、62.55萬和1.68萬t/a，固碳總量211.79萬t/a，釋氧量504.36萬t/a，林木積累氮、磷、鉀量分別為5.67萬、0.27萬和1.04萬t/a，提供負離子量為6.265×1024個/a，吸收污染物量為1億1 789.30萬kg/a，滯塵量為143.08億kg/a。

3.1.2 價值量 通過計算出遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值量為491.94億元/a。其中，涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護所占比例分別為26.84%、17.89%、18.83%、2.96%、7.18%和26.30%。涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護功能的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量所占比例最高，而凈化大氣環(huán)境和林木積累營養(yǎng)物質的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量所占比例最小。

3.2 不同林種退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量評估

3.2.1 總價值量 遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量計算結果見表2?？芍?生態(tài)林各項評估指標的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量均顯著高于經濟林和灌木林，其中又以灌木林各項評估指標的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量表現為最小。其中，生態(tài)林總價值量為372.90億元/a，分別是經濟林和灌木林的3.8和17.8倍。

表2 遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量

遼寧省退耕還林生態(tài)林面積占該省退耕還林工程總面積的72.11%，經濟林占22.81%，灌木林占5.08%。通過與3種林種類型生態(tài)服務功能價值量占總價值量比例(生態(tài)林占75.80%，經濟林占19.94%，灌木林占4.26%)進行比較可知，遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量的差異主要由其退耕還林的面積差異所決定，不同林種類型的單位面積價值量差異不顯著(此處所說的單位面積價值量是6項生態(tài)服務功能價值量的平均值)，這是由于不同林種類型表現出的生態(tài)服務功能側重點不同。

3.2.2 單位面積價值量 剔除不同林種類型退耕還林面積對其生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量的影響后，不同林種類型各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估指標的單位面積價值量見表3?？梢钥闯?，3個林種類型各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能的單位面積價值量之和表現為生態(tài)林>經濟林>灌木林，分別為4.55億、3.79億和3.63億元/(hm2·a)。其中，單位面積生態(tài)林涵養(yǎng)水源價值量低于經濟林和灌木林，保育土壤價值量略低于灌木林，其他生態(tài)服務功能價值量均顯著高于經濟林和灌木林。

單位面積經濟林涵養(yǎng)水源價值量之所以高于生態(tài)林和灌木林，是由于經濟林多分布于立地條件較好的地段，土壤性狀優(yōu)于生態(tài)林和灌木林分布的地段，有利于水分的入滲。另一方面，遼寧省退耕還林工程中人工林的面積比例達到了85%，退耕還林工程中的生態(tài)林多為人工林，林分結構相對簡單，林內地被物相對較少，不利于水分的截留和入滲。

表3 遼寧省不同林種類型退耕還林工程單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量

有研究[18-20]發(fā)現，土壤侵蝕量與地被覆蓋度有關，覆蓋度越大，土壤侵蝕量越小。根據退耕還林工程驗收標準，灌木林的蓋度達到0.3、喬木林達到0.2方可稱為森林[21]；因此，灌木林的保育土壤價值量高于生態(tài)林和經濟林，而降雨對地表的濺蝕也是引起土壤侵蝕的原因之一。低矮、密集的灌木林可以有效降低降雨對土壤濺蝕導致的土壤和養(yǎng)分的流失。張曉明等[18]通過對不同植被坡面侵蝕產沙的研究發(fā)現，刺槐、油松林的產沙量是灌木林的5倍。

4 結論與討論

1) 2013年，退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值量為491.94億元，占該地區(qū)當年GDP總量(2萬7 077.70億元)的1.8%。在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護6項生態(tài)系統(tǒng)服務功能中，涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護的生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值量占退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值量的比例最大，分別為26.84%和26.30%。

2)退耕還林面積是其生態(tài)系統(tǒng)服務功能的主要影響因子，但單位面積林分的生物學和生態(tài)學特性也在一定程度上對其生態(tài)系統(tǒng)服務功能產生影響。

影響森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的生態(tài)參數較多，海量的實測生態(tài)參數是確保區(qū)域或全國范圍內森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估結果真實性的基礎，監(jiān)測點越多，獲取的生態(tài)參數越詳細，森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的評估結果也越接近于真實值。鑒于當前森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估的迫切性及生態(tài)監(jiān)測站點的限制性，本文僅就主要的且在區(qū)域及全國范圍內易于獲取的生物量因子作為修正因子，通過對監(jiān)測林分的生態(tài)參數進行修訂，得到同一生態(tài)單元同一目標林分類型其他無監(jiān)測數據的評估林分生態(tài)參數，最終使評估區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估結果更接近于真實值。未來，隨著森林生態(tài)站及各專項監(jiān)測站的逐步增加和完善，根據各生態(tài)參數在生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估中的重要性、普遍性和易獲取性，更多的生態(tài)參數將會作為修正因子被引入。森林生態(tài)功能修正系數考慮的生態(tài)參數越多，其評估結果也越接近森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的真實值。然而，修正因子的引入和逐漸增加也只能是令其評估結果越來越接近于森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能的真實值，卻永遠無法達到其真實值；因為在區(qū)域和全國范圍內對所有評估林分的生態(tài)參數進行監(jiān)測顯然是不現實的。

長期以來，森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估一直是學術界研究的熱點，“生態(tài)GDP”概念的提出[22]，使得森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值評估從學術界逐步進入官方決策視野。為了將森林生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復目標整合在經濟社會決策中，越來越多的生態(tài)服務功能評估被政府部門所開展。本文通過生物量對森林生態(tài)功能系數的修訂，將使得森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估結果更符合實際情況，同時，可為《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》的進一步修訂和“生態(tài)GDP”的準確核算提供參考。

[1] Daily G C. Natures Services: Societal dependence on natural ecosystems [M]. Washington D C: Island Press, 1997:1-3

[2] 歐陽志云,王如松, 趙景柱.生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其生態(tài)經濟價值評價[J].應用生態(tài)學報,1999,10(5):635-640

[3] 森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范：LY/T 1721—2008[S] .北京: 中國標準出版社,2008:3-13

[4] 傅伯杰, 周國逸, 白永飛,等. 中國主要陸地生態(tài)系統(tǒng)服務功能與生態(tài)安全[J].地球科學進展,2009,24(6):571-576

[5] Study of Critical Environmental Problems. Man’s impact on the global environment: recommendations for action by study of critical environmental problems[M]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology Press, 1970：319

[6] Constanza R, Arge R, Groot R, et al. The value of the world′s ecosystem services and natural capital [J]. Nature, 1997,387: 253-260

[7] 歐陽志云,朱春全,楊廣斌,等. 生態(tài)系統(tǒng)生產總值核算:概念、核算方法與案例研究[J].生態(tài)學報,2013,33(21):6747-6761

[8] United Nation Statistics Division. Land and Ecosystem Services [EB/OL]. [2014-09-01].http:∥unstats.un.org/unsd/envaccounting/les.Asp

[9] 王兵. 中國森林生態(tài)服務功能評估[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2010:1-2

[10] TEEB. Mainstreaming the Economics of Nature: A synthesis of the approach, conclusion and recommendations of TEEB[R]. Malta: Progress Press, 2010:2-4

[11] 國家林業(yè)局.退耕還林工程生態(tài)效益檢測國家報告[M].北京:中國林業(yè)出版社,2013:186-203

[12] 山廣茂,王兵,張紅巖,等.吉林省森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能及其效益評估[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學出版社,2013:1-2

[13] 謝高地,魯春霞,冷允法,等. 青藏高原生態(tài)資產的價值評估[J].自然資源學報,2003,18(2):189-196

[14] Feng Ling, Cheng Shengkui, Su Hua, et al. A theoretical model for assessing the sustainability of ecosystem services [J]. Ecological Economy, 2008, 4:258-265

[15] 呂錫芝.北京山區(qū)森林植被坡面水文過程的影響研究[D].北京:北京林業(yè)大學,2013:84

[16] 羅明達.瘠薄山地生態(tài)林蓄水保土功能及生態(tài)效益定量評價[D].山東泰安:山東農業(yè)大學,2011:38

[17] Fang Jingyun, Chen Anping, Peng Changhui, et al. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science, 2001, 292: 2320-2322

[18] 張曉明, 余新曉, 武思宏, 等. 黃土區(qū)森林植被對坡面徑流和侵蝕產沙的影響[J].應用生態(tài)學報,2005,19(9):1613-1617

[19] 張曉明,余新曉,武思宏,等. 黃土區(qū)森林植被對流域徑流和輸沙的影響[J].中國水土保持科學,2006，4(3):48-53

[20] 段慶斌.黃土高原森林植被對徑流與侵蝕產沙的影響研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學, 2009:32-35

[21] 國家林業(yè)局退耕辦.退耕還林工程退耕地還林階段驗收辦法[EB/OL].[2013-12-27] http:∥www.hebly.gov.cn/showarticle.php?id=15761

[22] 國家林業(yè)局. 林業(yè)局: 生態(tài)GDP：生態(tài)文明評價制度創(chuàng)新的抉擇[EB/OL].[2014-02-26] http:∥www.gov.cn/gzdt/2013-02/26/content_2340409.htm

(責任編輯：宋如華)

Application of forest ecological function correction coefficient based on biomass: a case study of conversion of cropland to forest in Liaoning Province

Song Qingfeng1, Wang Xuesong2, Wang Xiaoyan3, Niu Xiang1

(1.Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, 100091, Beijing, China; 2.Institute of Forest Management of Liaoning Province, 118002, Dandong，Liaoning，China; 3.School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China)

In order to accurately carry out the ecological service evaluation of the other forests of the same forest types in the same ecological unit that lacked ecological monitoring data, we propose the forest ecological function correction coefficient based on the biomass in this paper in order to adjust the ecological monitoring data for better application in the rest of the sites of the same forest types in the same ecological unit through the conversion of biomass. As an example, the ecological service of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was evaluated. The evaluation showed that the total ecological service value of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was 49.194 billion yuan in 2013. In six ecosystem service evaluation indicators such as water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen releasing, nutrient accumulation, atmosphere purification, and biodiversity protection, the proportions of the value of water conservation and biodiversity protection to the total value were the largest, 26.84% and 26.30%, respectively. Our study would provide reference for the revision ofSpecificationsforassessmentofforestecosystemservicesand the accurate evaluation of the forest ecosystem service at regional scale.

forest ecological function correction coefficient; evaluation; conversion of cropland to forest; Liaoning Province

2014-04-24

2015-03-26

宋慶豐(1983—)，男，博士研究生。主要研究方向：森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估。E-mail: songqingfeng@caf.ac.cn

?通信作者簡介： 牛香(1982—)，女，博士，助理研究員。主要研究方向：森林生態(tài)系統(tǒng)服務。E-mail: niuxiang@caf.ac.cn

S718.56

A

1672-3007(2015)03-0111-06

項目名稱： 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“森林生態(tài)服務功能分布式定位觀測與模型模擬”(201204101)