周 洋， 周 強(qiáng)， 李 玫

(1.成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都610106； 2.成都大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610106)

四川省森林生態(tài)系統(tǒng)間接價(jià)值動(dòng)態(tài)分析

周 洋1， 周 強(qiáng)2， 李 玫1

(1.成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，四川 成都610106； 2.成都大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610106)

依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范(LY/T 1721— 2008)》，采用四川省第7次森林資源清查資料及社會(huì)公共數(shù)據(jù)，以2009年為基準(zhǔn)年，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)2010—2025年四川省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析。結(jié)果表明，到2025年，涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境總價(jià)值達(dá)到2 062.05×1010元，闊葉林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值增長(zhǎng)速度較快，針葉林次之，竹林的增長(zhǎng)速度最小。

森林生態(tài)系統(tǒng)；四川；價(jià)值；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值估算是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，正確評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值，能為森林資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供參考依據(jù)，促進(jìn)森林生態(tài)系統(tǒng)朝著健康方向發(fā)展。COSTANZA等[1]首次對(duì)全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值進(jìn)行了估算。此后國(guó)外許多學(xué)者[2-6]先后從不同的角度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估。侯元兆等[7]首次對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源、凈化空氣與保持水土3項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，得到其服務(wù)價(jià)值為林木產(chǎn)品價(jià)值的13倍。歐陽(yáng)志云等[8]運(yùn)用生態(tài)經(jīng)濟(jì)的方法，從涵養(yǎng)水源、有機(jī)物質(zhì)的生產(chǎn)、維持大氣平衡、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存、水土保持等方面對(duì)中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值進(jìn)行了估算。王兵等[9]對(duì)遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了物質(zhì)量和價(jià)值量的評(píng)估。肖強(qiáng)等[10]利用市場(chǎng)價(jià)值法和生產(chǎn)成本法定量評(píng)價(jià)了重慶市2006年和2011年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，此研究?jī)H對(duì)森林服務(wù)功能進(jìn)行了2個(gè)時(shí)期的評(píng)價(jià)，并沒(méi)有反映出服務(wù)功能價(jià)值動(dòng)態(tài)變化。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者相繼借鑒國(guó)外的理論與研究方法，對(duì)中國(guó)各省的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行評(píng)估并取得了一定的研究成果[11-16]。但是估算森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，大多評(píng)價(jià)僅限于靜態(tài), 動(dòng)態(tài)評(píng)估研究還是空白，難以實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)管理。所以本研究在數(shù)據(jù)可獲取的前提下，采用國(guó)家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》( LY/T1721—2008)，以2009年為基準(zhǔn)年，對(duì)四川省2010—2025年各林型生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值以及森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)，并通過(guò)可行的情景方案設(shè)計(jì)，使得森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值得以提高。正確客觀的動(dòng)態(tài)評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值對(duì)于提高人們的森林保護(hù)意識(shí)有積極的意義，也為四川省林業(yè)可持續(xù)發(fā)展政策的制定與生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

四川省地處中國(guó)西南部，位于東經(jīng)97°21′～108°33′和北緯26°03′～34°19′，地處長(zhǎng)江上游，東西長(zhǎng)1 075 km，南北寬921 km，地貌類型復(fù)雜多樣，主要是平原、丘陵、山地和高原四大類型，以山地為主要特色。研究區(qū)氣候類型多，有利于農(nóng)、林、牧綜合發(fā)展。森林植被生長(zhǎng)茂盛,是適合培育森林的地區(qū)。2009年，四川省林業(yè)用地面積2.39×107hm2,占全省用地面積的49.1%，其中有林地面積1.49×107hm2。森林覆蓋率為30.79%，全省活立木蓄量1.7×109m3，有代表性的植被類型有針葉林、闊葉林和竹林。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所用數(shù)據(jù)為四川省第7次和第8次森林資源清查數(shù)據(jù)，四川省林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，四川省統(tǒng)計(jì)年鑒，森林生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)定位觀測(cè)數(shù)據(jù)，社會(huì)公共數(shù)據(jù)以及公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 系統(tǒng)建模 森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)大而且復(fù)雜的巨系統(tǒng)，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值分析涉及到森林類型、服務(wù)種類等多種因素，這些因素構(gòu)成了復(fù)雜的系統(tǒng)，各因素之間相互影響，相互作用。應(yīng)采用科學(xué)的手段進(jìn)行整體性的系統(tǒng)研究。本研究采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[17-18]的觀點(diǎn)，對(duì)四川省森林生態(tài)的服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。運(yùn)用模擬軟件Vensim,根據(jù)森林面積、森林類型、各項(xiàng)服務(wù)功能等進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。對(duì)四川省2010—2025年闊葉針、針葉林、竹林以及森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析。時(shí)間步長(zhǎng)為1a。該模型能模擬系統(tǒng)隨時(shí)間變化的過(guò)程。

2.2.2 系統(tǒng)模型流程圖 本研究將四川省森林分為針葉林、闊葉林、竹林3部分進(jìn)行仿真。由于系統(tǒng)圖比較龐大，以針葉林為例，本研究給出了針葉林各林齡面積變化系統(tǒng)圖以及生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)功能隨幼齡林面積變化系統(tǒng)圖。受人為和自然因素的影響,森林面積是動(dòng)態(tài)變化的，有林地經(jīng)過(guò)采伐或自然災(zāi)害可變?yōu)榛纳交牡兀纳交牡亟?jīng)過(guò)造林變成有林地,各林齡森林面積也處在不斷變化中。建模過(guò)程中一共選取了5個(gè)狀態(tài)變量，180個(gè)輔助變量，45個(gè)常量，對(duì)四川省2010—2025年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析。最后，從森林?jǐn)?shù)量與質(zhì)量出發(fā)設(shè)計(jì)出可行的情景方案，并對(duì)該方案下四川省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行仿真預(yù)測(cè)。建立的仿真模型如圖1-a,圖1-b。

2.3 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值

根據(jù)每項(xiàng)服務(wù)功能的物質(zhì)量和單位價(jià)值量來(lái)計(jì)算四川省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值。計(jì)算公式如下：

E=∑Ei=wi×ei

(1)

式中：E為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值，單位億元·a-1；Ei為第i項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值，i=1，2，3，4，5，分別為涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境；wi為第i項(xiàng)服務(wù)功能的物質(zhì)量；ei為第i項(xiàng)的單位價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐年總價(jià)值

對(duì)建立的模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證與參數(shù)調(diào)整，其結(jié)果與第7次和第8次森林資源清查的變化趨勢(shì)一致，模型有效。以2009年為基準(zhǔn)年，模擬出2010—2025年針葉林、闊葉林及竹林的森林涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境各項(xiàng)的服務(wù)價(jià)值以及四川省森林各服務(wù)功能總價(jià)值的變化情況(圖2)。由圖2可知，2010—2025年四川省森林生態(tài)系統(tǒng)總服務(wù)價(jià)值是逐年增加的，從2010年的3 933.3×109元上升到2025年的2 062.05×1010元。涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。服務(wù)功能價(jià)值最大的是保育土壤，價(jià)值最小的是積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

a:不同齡組森林面積變化關(guān)系;b:幼齡林面積變化的動(dòng)力學(xué)關(guān)系

a:The change of forest area in different age groups;b:Dynamics of young forest area

圖1四川省森林生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值系統(tǒng)仿真圖:以幼齡林為例(針葉林部分)
Fig.1ThesystematicflowchartofforestecosystemservicefunctionandvauleinSichuan:withyoungforestasanexampleof(coniferousforestpart)

3.2 各林型生態(tài)服務(wù)功能逐年總價(jià)值

針葉林、闊葉林及竹林的森林涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境各項(xiàng)的服務(wù)價(jià)值如圖3-圖5所示，由圖3-圖5可知，2010—2025年，3種林型未來(lái)服務(wù)功能價(jià)值變化不一，主要是因?yàn)?種林型本身的面積變化不同。由于闊葉林面積大，使得闊葉林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值的增加幅度較快，其次是針葉林，最小是竹林。針葉林及竹林各項(xiàng)服務(wù)價(jià)值是逐年增加的，其中闊葉林的固碳釋氧價(jià)值是先增加后減小，主要是因?yàn)?010年闊葉林中齡林比重比較大，隨著時(shí)間的推移，慢慢步入成熟林，因而固碳釋氧能力下降，導(dǎo)致了固碳釋氧價(jià)值的先增加后減小。2014年固碳釋氧價(jià)值降低到450×109元。

圖2 2010—2025年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值Fig.2 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in Sichuan

圖3 2010—2025年針葉林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值Fig.3 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in coniferous forest

圖4 2010—2025年闊葉林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值Fig.4 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in broad-leaved forest

3.3 提高森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的方法

遵循四川省林業(yè)的總體規(guī)劃，從森林?jǐn)?shù)量與質(zhì)量出發(fā)設(shè)計(jì)出可行的情景方案一，即從2015年起，植樹(shù)造林，且每年增加10%的幼齡林面積。經(jīng)模擬，如圖6所示，到2025年，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值達(dá)到2 127.1×1010元。涵養(yǎng)水源價(jià)值增加5.2%。保育土壤價(jià)值增加3.9%，固碳釋氧價(jià)值增加1.9%，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值增加7.1%，凈化大氣環(huán)境價(jià)值增加1.8%。該方案可以一定程度地提高森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，此結(jié)果為四川省林業(yè)規(guī)劃提供了合理依據(jù)。

圖5 2010—2025年竹林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值Fig.5 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in bamboo forest

圖6 方案—2010—2025年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值Fig.6 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 of scenario 1

4 結(jié)論與討論

(1)四川省森林生態(tài)系統(tǒng)提供的水源涵養(yǎng)、保育土壤、固碳制氧、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累以及凈化大氣環(huán)境各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值以及總價(jià)值正在逐年增加。

(2)運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，建立森林面積、森林類型、各項(xiàng)服務(wù)功能等相關(guān)數(shù)學(xué)模型。以2009年為基準(zhǔn)年，模擬出2010—2025年四川省森林生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值。

(3)3種林型未來(lái)服務(wù)功能價(jià)值變化不一，主要是因?yàn)?種林型本身的面積變化不同。由于闊葉林面積大，使得闊葉林各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值的增加幅度較快，其次是針葉林，最小是竹林。

(4)從森林的數(shù)量與質(zhì)量出發(fā)，設(shè)定了可行的情景方案，在此方案下，到2025年，四川省生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值可達(dá)到2 127.1×1010元。

本研究運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的方法得到了2010—2025年四川省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值，并針對(duì)實(shí)際狀況，設(shè)定了提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的措施，使得森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值得以提高。但結(jié)果只給出每年的價(jià)值數(shù)量，缺乏對(duì)結(jié)果的空間展示。下一步應(yīng)該著重放在對(duì)結(jié)果進(jìn)行空間特性及可視化等方面的研究，這樣可進(jìn)一步明確區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)重要性差異及其空間分布特征, 確定優(yōu)先保護(hù)的地區(qū)和區(qū)域。

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DynamicanalysisofforestecosystemservicesvaluesinSichuanProvince

ZHOU Yang1， ZHOU Qiang2， LI Mei1

(1.School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106， China； 2.School of Information Science and Engineering， Chengdu University, Chengdu 610106， China)

According to theSpecificationsforAssessmentofForestEcosystemServicesinChina(LY/T 1721—2008)， and based on the seven forest resource investigation data of Sichuan Province and social public data， using the method of system dynamics, a dynamic analysis was made on the forest ecosystem services values in Sichuan Province in the year of 2010—2025 with 2009 as the base year.The results show that the total value of water conservation, soil conservation, carbon fixed and oxygen released, forest nutrition storage and air environmental purification has reached 2 062.05×1010yuan in the year of 2025.The total value of the services increased year by year. The service values of broad-leafed forests increased faster, next name the coniferous forests, and bamboo forest came the last.

forest ecosystem; Sichuan; value; system dynamics

2016-05-02

中國(guó)科學(xué)院山地表生過(guò)程與生態(tài)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(20141062)

周 洋(1982-)，女，遼寧鐵嶺人，講師，博士，主要從事環(huán)境生態(tài)水文學(xué)方面的研究。

1000-2340(2017)04-0503-05

X171.3

A

(責(zé)任編輯：朱秀英)