吳 強(qiáng) ，張合平

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

中國亞熱帶4種森林服務(wù)功能價(jià)值與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究

吳 強(qiáng)1，2，張合平1，2

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.南方林業(yè)生態(tài)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004）

探索森林生態(tài)服務(wù)、生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)經(jīng)營的協(xié)同關(guān)系與耦合機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)以生態(tài)補(bǔ)償帶動(dòng)精準(zhǔn)扶貧，將生態(tài)環(huán)境退化與經(jīng)濟(jì)貧困惡化的困局兼而治之。運(yùn)用森林外業(yè)調(diào)查、內(nèi)業(yè)實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)南方紅壤丘陵山地4種森林類型進(jìn)行研究，測(cè)算結(jié)果表明：闊葉純林在水源涵養(yǎng)和固土保肥功能方面優(yōu)于針闊混交林和針葉純林；針葉純林的土壤碳儲(chǔ)量最高；針闊混交林的植被固碳、生物多樣性和綜合效益均優(yōu)于其他三種森林類型。提出成本法和效益法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的思路，并測(cè)算出4種森林的成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)分布區(qū)間為638.25～679.50元/hm2，成本法能夠反映社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的變化，但無法體現(xiàn)林分質(zhì)量和經(jīng)營水平等要素的差異，難以實(shí)現(xiàn)激勵(lì)相容；效益法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的分布范圍是1 806.45～2 508.00元/hm2，能夠動(dòng)態(tài)響應(yīng)自然地理、生物物理等時(shí)空異質(zhì)性要素的變化，更有效率。

森林生態(tài)服務(wù)、功能價(jià)值、生態(tài)補(bǔ)償、補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、南方紅壤丘陵山地

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體[1]，森林生態(tài)服務(wù)評(píng)價(jià)與補(bǔ)償已成為生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科交叉前沿問題[2]，對(duì)環(huán)境物品估值的思路主要有2種：需求側(cè)和供給側(cè)，環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)派作為經(jīng)濟(jì)學(xué)的分支，主要通過計(jì)量需求側(cè)消費(fèi)者的偏好和支付意愿來完成[3]，其核心是外部性和稀缺資源配置理論[4]，支付意愿法具有邏輯嚴(yán)密、一致性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但與生態(tài)狀況及服務(wù)功能的聯(lián)系較弱[5]，可能導(dǎo)致林農(nóng)減少環(huán)境物品供給的行為[6]，與生態(tài)建設(shè)目標(biāo)相違。生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)派主要基于供給側(cè)考慮，首先運(yùn)用生物物理模型計(jì)量生態(tài)服務(wù)物理量，然后運(yùn)用替代價(jià)值法等估值技術(shù)將物理量轉(zhuǎn)化為貨幣量。有學(xué)者使用樹冠攔截率、土壤孔隙度、地表徑流率等參數(shù)和模型來估算林地持水量[7]；然后以水庫建設(shè)為替代標(biāo)的估算水保持價(jià)值，以飲用水為替代計(jì)算水凈化價(jià)值。有學(xué)者首先測(cè)算林地避免流失的水土物理量，然后運(yùn)用重置成本法或避免成本法估算森林保育土壤的價(jià)值[2]。這種思路與生態(tài)服務(wù)功能聯(lián)系更加緊密，有利于直接指導(dǎo)森林經(jīng)營決策，但由于缺乏消費(fèi)偏好基礎(chǔ)，可能脫離實(shí)際支付意愿和能力，難以應(yīng)用于補(bǔ)償政策制定。評(píng)價(jià)方法的選擇依賴于研究目標(biāo)，基于生態(tài)系統(tǒng)管理與可持續(xù)政策導(dǎo)向評(píng)估方法應(yīng)結(jié)合社會(huì)和生物物理因素[5-8]，有學(xué)者將貨幣量測(cè)算作為支持決策的必要工具[9-11]，有研究人員僅評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)的生物物理量（例如，碳匯）[12-13]。La note等認(rèn)為，基于個(gè)人偏好的經(jīng)濟(jì)學(xué)方法適合于評(píng)價(jià)社會(huì)化服務(wù)（例如，文化服務(wù)），而生態(tài)化服務(wù)（例如，調(diào)節(jié)服務(wù)）應(yīng)建立在生態(tài)功能量化基礎(chǔ)之上[5]?，F(xiàn)有森林服務(wù)功能價(jià)值文獻(xiàn)主要集中于省域、區(qū)域等大尺度層面，林班、小班尺度的研究仍十分匱乏，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、生態(tài)效益與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的作用機(jī)制研究不足，服務(wù)價(jià)值的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法選擇也應(yīng)進(jìn)一步探索，從而為建立精準(zhǔn)的和激勵(lì)相容的補(bǔ)償機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

PES（Payment Ecosystem Services）項(xiàng)目使用經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的方式來管理生態(tài)系統(tǒng)[14-15]，受到學(xué)界廣泛關(guān)注[16]，這種機(jī)制能夠創(chuàng)造一個(gè)環(huán)境服務(wù)市場(chǎng)，提供一個(gè)相對(duì)合理的服務(wù)價(jià)格，向環(huán)境服務(wù)提供者支付相應(yīng)的補(bǔ)償，從而內(nèi)化自然資源的正外部性[17-19]。補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)作為生態(tài)補(bǔ)償?shù)暮诵膯栴}，與森林生態(tài)價(jià)值的關(guān)系十分密切[20]，有學(xué)者指出補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合森林建設(shè)成本和森林生態(tài)效益[21]；有學(xué)者指出森林生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)不低于生態(tài)服務(wù)提供者的機(jī)會(huì)成本[22]；還有學(xué)者認(rèn)為，PES項(xiàng)目的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于服務(wù)提供者的機(jī)會(huì)成本，否則就是無效率的[22-23]；Wunscher等指出，結(jié)合服務(wù)功能價(jià)值、參與成本等來確定補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)更有效率，缺乏空間異質(zhì)性的補(bǔ)償機(jī)制可能導(dǎo)致效率損失[14]。定性描述文獻(xiàn)較為常見，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)量化分析則明顯不足；補(bǔ)償效率分析缺乏一般性研究范式和框架，對(duì)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的效率分析顯得空泛。有學(xué)者指出，由于PES項(xiàng)目效益的不確定性、生態(tài)過程的復(fù)雜性等原因，效率難以測(cè)量和評(píng)估[17]。當(dāng)前，我國森林生態(tài)效益補(bǔ)償制度存在范圍偏小、標(biāo)準(zhǔn)偏低與“一刀切”并存，保護(hù)者和受益者良性互動(dòng)的體制機(jī)制尚不完善，有必要加強(qiáng)森林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究和效率評(píng)價(jià)方面的研究，從而森林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。

以南方紅壤丘陵山地生態(tài)脆弱區(qū)青羊湖林場(chǎng)幾種森林為研究對(duì)象，以小班為研究尺度，應(yīng)用生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究方法，計(jì)量幾種森林服務(wù)功能的物理量和價(jià)值量，闡明補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)對(duì)服務(wù)價(jià)值、參與成本等多因素的響應(yīng)機(jī)制，測(cè)算其合理的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，為建立激勵(lì)相容補(bǔ)償機(jī)制，提高森林生態(tài)補(bǔ)償效率，健全以政府購買服務(wù)為主的公益林管護(hù)機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究樣地與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

湖南省青羊湖國有林場(chǎng)位于寧鄉(xiāng)縣西部、湘江一級(jí)支流-溈水上游、大型水利工程-黃材水庫庫區(qū)兩岸、全國兩型社會(huì)改革試驗(yàn)區(qū)長株潭城市群的中心，是全國三大大堤工程之一。全場(chǎng)土地總面積為1 129.10 hm2，林地面積為1 123.50 hm2，林地國有屬權(quán)占93.56%，集體屬權(quán)占5.95%。林場(chǎng)地處雪峰山余脈，地勢(shì)西高東低，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡的大陸性季風(fēng)濕潤氣候，全年平均氣溫15～16℃，年均日照時(shí)數(shù)1 400～1 800 h，無霜期為259～273 d，年平均降雨1 438.8～1 614.4 mm。林場(chǎng)成土母巖主要為板頁巖，土壤以山地黃紅壤、山地黃棕壤為主，土層厚度在30～100 cm之間，腐殖質(zhì)層厚度18～28 cm，pH值為4.20～5.05。建群樹種主要有馬尾松、杉木、南酸棗等，以人工林純林為主，林場(chǎng)全場(chǎng)活立木總蓄積61 601 m3。2002年以來，青羊湖林場(chǎng)全部面積被劃為生態(tài)公益林，同時(shí)林場(chǎng)位于溈山風(fēng)景名勝區(qū)范圍，全場(chǎng)停止主伐，主要靠生態(tài)公益林補(bǔ)償費(fèi)、縣財(cái)政的稅改費(fèi)和少量的撫育間伐收入維持生計(jì)，林場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和職工生活處于貧困落后狀態(tài)。2011年以來，作為國有林場(chǎng)改革試點(diǎn)林場(chǎng)，國家投入有所增加，職工生活有了基本保障，但仍低于全省平均水平。

1.2 樣地設(shè)置

林場(chǎng)現(xiàn)有植被類型主要為次生林和人工林，運(yùn)用分層抽樣法選擇4種典型林分結(jié)構(gòu)公益林，即撫育馬尾松純林與未撫育馬尾松純林（針葉林）、南酸棗純林（闊葉純林）、馬尾松×南酸棗混交林（針闊混交林），每種類型5塊樣地，共計(jì)20塊樣地。馬尾松林作為林場(chǎng)主要森林類型之一，于1995年人工飛播而形成，2010年7月對(duì)部分林分進(jìn)行撫育疏伐。撫育馬尾松林群落高度12 m，喬木層主要樹種有馬尾松、杉木、青岡，灌木層主要植物有山莓、大青等，草本層主要植物有狗脊蕨、淡竹葉、鱗毛蕨等。未撫育馬尾松林群落高度12米，喬木層主要樹種有馬尾松、杉木，灌木層主要物種有鹽膚木、檵木、山莓等；草本層主要植物包括淡竹葉、狗脊蕨、苔草等。南酸棗群落喬木層主要樹種有南酸棗、青岡、楓香等；灌木層主要物種有山茶、槲櫟等；草本層主要植物包括狗脊蕨、芒萁、苔草等。馬尾松-南酸棗混交林是在飛播馬尾松林的基礎(chǔ)上，人工植被與自然植被同時(shí)恢復(fù)而成，喬木層主要樹種有馬尾松、南酸棗、楓香等；灌木層主要植物有油茶、大青、海桐等；草本層主要植物有芒萁、淡竹葉、鱗毛蕨等。

表1 樣地基本特征Table 1 Basic characteristics of samples

1.3 研究指標(biāo)與方法

1.3.1 實(shí)物量計(jì)量與價(jià)值量評(píng)價(jià)

以森林涵養(yǎng)水源、固碳功能、保育土壤和生物多樣性等4種服務(wù)功能為研究指標(biāo)，生物物理量計(jì)量方面，涵養(yǎng)水源包括土壤和凋落物的調(diào)節(jié)水量功能、土壤凈化水質(zhì)功能；土壤容重和孔隙度分別利用環(huán)刀法和烘干法測(cè)定；凋落物層含水量的測(cè)定采用稱重法和烘干法測(cè)得；固碳功能包括植被固碳和土壤固碳兩個(gè)方面，對(duì)樣地喬木樹種進(jìn)行每木檢尺，實(shí)測(cè)株數(shù)、胸徑、樹高等數(shù)據(jù)，調(diào)查灌木和草本的種類、蓋度、高度及生長狀況，喬木層、灌木層采用生物量方程法[24-27]測(cè)算，草本碳儲(chǔ)量采取收獲法測(cè)算。固土保肥包括固土功能和保肥功能，土壤pH值采用電位法測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀氧化法，土壤全氮、全磷和全鉀含量分別用半微量凱氏法、酸溶-鋁銻抗比色法和酸溶-火焰光度計(jì)法分別測(cè)定。

價(jià)值量評(píng)價(jià)選擇市場(chǎng)法、替代成本法和避免成本法，盡管后兩種方法由于未考慮需求端而飽受批評(píng)[28-29]，但仍然是評(píng)價(jià)調(diào)節(jié)服務(wù)和支持服務(wù)最重要和常用的方法[30-31]。估算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)奶娲鷺?biāo)的，有學(xué)者[32-33]提出應(yīng)用替代成本法的約束條件：（1）替代標(biāo)的與生態(tài)服務(wù)在功能上等同，（2）滿足最小成本原則，（3）使用者對(duì)替代標(biāo)的具有投資意愿。以上條件難以同時(shí)滿足，當(dāng)缺乏合適替代標(biāo)的或不具有成本優(yōu)勢(shì)時(shí)，選擇避免成本法或修復(fù)成本法。參考《森林評(píng)估規(guī)范》（LY/T1721-2008）中水庫建設(shè)投資、水凈化、挖取土方費(fèi)用等價(jià)格參數(shù)[34]。

1.3.2 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

構(gòu)建土地利用方式、生態(tài)服務(wù)和生態(tài)補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)，能夠有效解決生態(tài)補(bǔ)償?shù)募?lì)相容問題。土地利用方式直接影響林農(nóng)收益、森林生態(tài)服務(wù)和社會(huì)福利，如圖1中，森林保護(hù)為社會(huì)提供生態(tài)服務(wù)，但減少了林農(nóng)潛在的供給服務(wù)效益（例如，伐木等），林農(nóng)僅能從森林保護(hù)中獲得微乎其微的收益，這些收益遠(yuǎn)低于改變土地用途（例如，農(nóng)田或牧場(chǎng)）獲得的報(bào)酬[22]；森林砍伐為林農(nóng)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，但導(dǎo)致調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和生物多樣性衰退或喪失，導(dǎo)致服務(wù)使用者福利的減少或喪失。在缺乏生態(tài)補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)景中，森林保護(hù)與林農(nóng)、森林砍伐與服務(wù)使用者之間均存在激勵(lì)不相容。

圖1 生態(tài)服務(wù)補(bǔ)償邏輯框架（改編自Pagiola and Platais,2007）Fig.1 Logic framework of ecological service compensation

圖2中，生態(tài)閾值代表了生態(tài)過程或參數(shù)發(fā)生突變的一個(gè)點(diǎn)，此突變點(diǎn)響應(yīng)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)力的相對(duì)較小的變化[35]。D表示森林服務(wù)需求曲線，S表示森林服務(wù)供給曲線，閾值帶I中生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生不可逆的退化甚至崩潰，服務(wù)供需雙方均無法承受系統(tǒng)崩潰帶來的損失，供需雙方對(duì)價(jià)格不敏感，需求曲線和供給曲線較為陡峭；生態(tài)系統(tǒng)處于閾值帶II時(shí)需要排除干擾因子才能使生態(tài)系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，處于閾值帶III時(shí)具有自我適應(yīng)與調(diào)節(jié)能力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)供給曲線與需求曲線相比較閾值帶I較為平緩；在閾值帶IV中，生態(tài)系統(tǒng)處于可持續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)，服務(wù)使用者對(duì)服務(wù)數(shù)量敏感度下降，服務(wù)提供者用于提供服務(wù)的土地也是相對(duì)有限的，此時(shí)需求曲線和供給曲線較為陡峭。

以政府補(bǔ)償模式為假設(shè)場(chǎng)景，假定服務(wù)提供者的受償意愿和服務(wù)使用者的支付意愿介于最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)之間。如圖2，當(dāng)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)P等于0時(shí)，服務(wù)提供者將改變土地用途，服務(wù)數(shù)量Q0低于生態(tài)閾值Qmin，在短期，服務(wù)提供者福利水平不變，服務(wù)使用者和社會(huì)總福利水平減少；在長期，生態(tài)環(huán)境惡化導(dǎo)致服務(wù)提供者總收入減少，服務(wù)提供者和使用者福利均減少，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的公地悲劇。按照Pagiola和Platais的觀點(diǎn)[19]，森林最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Pmin是土地利用機(jī)會(huì)成本與護(hù)林收益之間的差額，此時(shí)森林生態(tài)服務(wù)供給數(shù)量為Qmin，森林服務(wù)提供者的福利水平與改變土地用途時(shí)無差異,服務(wù)使用者和社會(huì)總福利水平相較于無補(bǔ)償時(shí)有改進(jìn)；最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Pmax是林農(nóng)改變土地用途造成服務(wù)使用者福利的損失，此時(shí)森林生態(tài)服務(wù)供給數(shù)量為Qmax，服務(wù)使用者福利水平與改變土地用途場(chǎng)景無差異，森林服務(wù)提供者和社會(huì)總福利水平增加，相較于無補(bǔ)償狀態(tài)，森林生態(tài)補(bǔ)償制度有利于社會(huì)福利的總體改進(jìn)。

2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能與價(jià)值

2.1 服務(wù)功能實(shí)物量計(jì)量

2.1.1 涵養(yǎng)水源功能

土壤容重和孔隙狀況是土壤最重要的物理性質(zhì)，它們是土體構(gòu)造虛實(shí)松緊的反映，影響土壤通氣性、透水性和根系的伸展[36]。4種森林類型土壤容重均隨土壤深度增加而增大，從小到大排名依次為南酸棗純林(III)＞未撫育馬尾松林(II)＞撫育馬尾松林(I)＞針闊混交林(IV)；毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度整體上隨土壤深度增加而遞減，總孔隙度方面以毛管孔隙度為主，非毛管孔隙度占據(jù)比例較?。桓髁址?～30 cm土壤儲(chǔ)水功能隨土壤深度增加而遞減，數(shù)值分布范圍為1 545.55 t/hm2至1 790.80 t/hm2，南酸棗闊葉純林最大，其次是針闊混交林，再次是未撫育馬尾松林，最后是撫育馬尾松林。

圖2 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)服務(wù)供求曲線Fig.2 Compensation standard and curve of supply and demand of ecological service

森林凋落物持水能力是森林水源涵養(yǎng)功能的重要組成部分，凋落物蓄積量主要取決于凋落物的輸入量、分解速率和累計(jì)年限，而森林樹種組成不同，水熱條件不同，均對(duì)凋落物蓄積量和分解速率產(chǎn)生顯著影響。4種林地類型凋落物蓄積量變動(dòng)范圍為6.7～9.9 t/hm2，大小依次為撫育馬尾松林(I)＞未撫育馬尾松林(II)＞南酸棗純林(III)＞針闊混交林(IV)。撫育間伐使得林分凋落物輸入量增多，其未分解和已分解的枯落物厚度、蓄積量、最大持水量、調(diào)節(jié)水量價(jià)值均大于未撫育針葉純林，兩者枯落物最大持水率相近，撫育馬尾松純林最大儲(chǔ)水量較高。凋落物持水能力是整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)凋落物層的水文能力的重要指標(biāo)[37]。馬尾松林更新速度快，林分凋落物輸入量多于針闊混交林和闊葉林，其枯落物、蓄積量和最大持水率均等指標(biāo)明顯高于針闊混交林和闊葉林。不同林分最大儲(chǔ)水量依次為撫育馬尾松純林(I)＞未撫育馬尾松純林(II)＞ 南酸棗純林(III)＞ 針闊混交林(IV)，其主要原因是不同林分凋落物蓄積量和最大持水率不同所致。

表2 不同林分水源涵養(yǎng)功能Table 2 Water conservation function of different forest stands

表3 不同林分林下枯落物的厚度和儲(chǔ)水特性Table 3 Thickness and water features of forest litter

2.1.2 保育土壤功能

4種林分0～30 cm土壤全N含量分布范圍0.27%～0.64%，闊葉純林土壤全N含量顯著（p＜0.01）高于其他三種森林類型，這與闊葉樹凋落物（尤其是落葉）中的氮素含量高于馬尾松凋落物的有關(guān)[38]，其他三種森林則無顯著差異；全K含量方面，未撫育馬尾松林和南酸棗純林均顯著（P＜0.05）高于其他兩種森林類型，排序?yàn)槟纤釛椉兞?III)＞ 未撫育馬尾松純林(II)＞ 針闊混交林(IV)＞ 撫育馬尾松純林(I)；4種森林全P含量則無顯著差異（P＞0.05）。凋落物是森林土壤有機(jī)質(zhì)的主要來源，4種森林表層土壤有機(jī)質(zhì)含量均高于深層土壤[39]，0～30 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量呈遞減趨勢(shì)，這與森林地被層凋落物分解所形成的有機(jī)物首先進(jìn)入土壤表層有關(guān)。

表4 不同林分保育土壤功能Table 4 Soil conservation function of different forest stands

2.1.3 固碳釋氧功能

喬木層和植被層碳儲(chǔ)量的排序?yàn)獒橀熁旖涣?IV)＞ 南酸棗純林(III)＞ 未撫育馬尾松純林(II)＞ 撫育馬尾松純林(I)；喬木層占據(jù)植被層總碳儲(chǔ)量比例分布區(qū)間為56.38%～76.60%；灌木層占植被層總碳儲(chǔ)量比例分布區(qū)間為22.97%～42.99%；草本層占植被層總碳儲(chǔ)量比例分布區(qū)間為0.42%～2.01%。表明喬木層和灌木層是植被層總碳儲(chǔ)量的主要構(gòu)成部分，針葉純林改造為針闊混交林有利于植被層碳儲(chǔ)量的增加。土壤總碳儲(chǔ)量大小依次為未撫育馬尾松純林(II)＞ 撫育馬尾松純林(I)＞ 針闊混交林(IV)＞ 南酸棗純林(III)，凋落物作為森林土壤碳儲(chǔ)量的主要來源首先進(jìn)入土壤表層，土壤碳儲(chǔ)量整體上隨土層深度遞增而遞減，針葉純林高于針闊混交林和闊葉純林，可能原因是針葉林更新速率快，凋落物量高于闊葉純林和混交林，將闊葉純林改造為混交林有利于土壤碳儲(chǔ)量增加。

撫育間伐對(duì)林地光熱條件、土壤水分和肥力等理化性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生直接的影響[38]，撫育馬尾松林喬木層碳儲(chǔ)量均值比未撫育馬尾松林高23.54%；林下植被碳儲(chǔ)量均值比未撫育馬尾松林低45.41%；撫育馬尾松林土壤層碳儲(chǔ)量均值比未撫育馬尾松林低36.13%，撫育間伐調(diào)整了林分結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了保留木的生長空間[38]，有利于提高馬尾松林喬木層碳貯量；木材及采伐剩余物的移除減少了枯落物在林地的蓄積，從而影響到土壤碳的輸入，很可能是間伐降低土壤碳貯量的主要原因[40]。

表5 不同林分植被層碳儲(chǔ)量Table 5 Vegetation layer carbon storage of different forest stands (t/hm2)

表6 不同林分土壤碳儲(chǔ)量Table 6 Soil carbon storage in different stands (t/hm2)

2.1.4 生物多樣性功能

從不同群落類型來看，植被層的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)按大小依次為針闊混交林＞闊葉純林＞針葉純林，三項(xiàng)指標(biāo)具有一致性，反應(yīng)物種優(yōu)勢(shì)集中度的Simpson指數(shù)大小依次是針葉純林＞闊葉純林＞針闊混交林，喬木層與植被層相關(guān)指數(shù)基本保持一致，不同群落類型的灌木層和草本層則沒有呈現(xiàn)明顯規(guī)律，表明將闊葉純林和針葉純林改造為針闊混交林能夠改善森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性水平。

表7 生物多樣性指數(shù)ⅠTable 7 Diversity index of different stands Ⅰ

表8 生物多樣性指數(shù)ⅡTable 8 Diversity index of different stands Ⅱ

從不同經(jīng)營措施和群落層次來看，撫育馬尾松林喬木層的物種多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)均大于未撫育馬尾松林，喬木層Simpson優(yōu)勢(shì)集中度指數(shù)小于對(duì)照樣地；草本層生物多樣性指數(shù)與喬木層的規(guī)律基本一致；灌木層生物多樣性指數(shù)與喬木層相反。撫育有助于改善森林生態(tài)系統(tǒng)物種豐富度Margalef指數(shù)的增加，而反映生物多樣性水平的Shannon-Wiener指數(shù)有所下降，與其他學(xué)者[38]的研究結(jié)論具有一致性。

2.2 服務(wù)功能價(jià)值量評(píng)價(jià)

以森林服務(wù)功能的生物物理量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用替代成本法和Shannon-Wiener指數(shù)法，測(cè)算森林服務(wù)功能價(jià)值。森林服務(wù)功能總價(jià)值排名按大小依次為針闊混交林(IV)＞南酸棗純林(III)＞未撫育馬尾松純林(II)＞ 撫育馬尾松純林(I)；按大小順序，4種森林的水源涵養(yǎng)價(jià)值依次為南酸棗純林(III)＞針闊混交林(IV)＞ 未撫育馬尾松純林(II)＞ 撫育馬尾松純林(I)；固土保肥價(jià)值依次為南酸棗純林(III)＞未撫育馬尾松純林(II)＞針闊混交林(IV)＞撫育馬尾松純林(I)；林分固碳和生物多樣性價(jià)值依次為針闊混交林(IV)＞南酸棗純林(III)＞ 未撫育馬尾松純林(II)＞撫育馬尾松純林(I)；土壤有機(jī)碳依次為未撫育馬尾松純林(II)＞撫育馬尾松純林(I)＞ 針闊混交林(IV)＞ 南酸棗純林(III)。森林類型和經(jīng)營措施等因素直接影響森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程，進(jìn)而作用于服務(wù)功能價(jià)值，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間具有此消彼長的權(quán)衡和協(xié)同關(guān)系[41]，撫育間伐在某種程度上增加林農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益，但降低了森林生態(tài)效益，可以結(jié)合實(shí)際需要對(duì)森林進(jìn)行改造，提高森林生態(tài)系統(tǒng)的某項(xiàng)或綜合效益。

表9 森林服務(wù)功能的價(jià)值量評(píng)價(jià)Table 9 Forest service function value (yuan/hm2)

3 森林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

3.1 經(jīng)營成本

經(jīng)營成本是公益林在生產(chǎn)經(jīng)營過程中的所有經(jīng)濟(jì)資源投入的總和，主要包括造林成本、管理成本、護(hù)林成本和地租4個(gè)方面，以20年為經(jīng)營周期計(jì)算，并假定撫育間伐收入等于撫育成本，則湖南省青羊湖林場(chǎng)4種類型森林各項(xiàng)經(jīng)營成本如表10所示[42]。

表10 青羊湖林場(chǎng)4種森林經(jīng)營成本Table 10 Four forest management costs of Qingyanghu farm (yuan/hm2)

3.2 補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

植被和土壤碳儲(chǔ)量、生物多樣性是存量概念，涵養(yǎng)水源和固土保肥屬于生態(tài)學(xué)視角的功能價(jià)值，簡便計(jì)算起見，假設(shè)每年等額變化，以20年為經(jīng)營考察期[42]，則基于效益和成本的森林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)見表11。

表11 基于效益法和成本法的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Table 11 Compensation standard based on the benefits and costs (yuan/hm2·a)

效益法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)按高低依次是針闊混交林（IV）＞闊葉純林（III）＞未撫育馬尾松林(II)＞撫育馬尾松林（I），不同森林類型補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)從1 806.45元/hm2至2 508.00元/hm2不等，最大值比最小值高出38.83%；成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)依大小依次為闊葉純林（III）＞針闊混交林（IV）＞針葉純林（I、II），4種林分補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)分布區(qū)間為638.25元/hm2至679.50元/hm2，最大值比最小值高出6.46%。

4 結(jié)論與討論

森林類型和撫育措施影響森林類型和林分結(jié)構(gòu)，進(jìn)而作用于森林生態(tài)服務(wù)功能。從水源涵養(yǎng)功能看，不同森林類型的土壤容重隨深度增加呈遞增趨勢(shì)，土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和總孔隙度隨深度增加而遞減，涵養(yǎng)水源功能按大小依次為南酸棗純林、針闊混交林、未撫育馬尾松林和撫育馬尾松林；針葉純林更新速度快，林分未分解和已分解枯落物厚度、最大持水量均高于混交林和闊葉純林，撫育馬尾松林的枯落物相關(guān)指標(biāo)明顯高于其他三種森林類型，與白晉華的研究結(jié)論一致[43]。不同森林類型的土壤全N、全P和全K含量差異不明顯，隨深度增加略有減少；針葉純林土壤有機(jī)質(zhì)含量高于闊葉純林和混交林，且隨土壤深度增加而遞減，與魏亞偉等的研究結(jié)論一致[44]。喬木層和植被層總碳儲(chǔ)量依大小為針闊混交林、闊葉純林和針葉純林；撫育間伐改變了群落的碳儲(chǔ)量格局，使得撫育馬尾松林喬木層碳儲(chǔ)量高于未撫育馬尾林，草本層碳儲(chǔ)量顯著高于其他三種類型，灌木層和植被層碳儲(chǔ)量則低于未撫育馬尾松林。4種森林類型土壤碳儲(chǔ)量均隨土壤深度而遞減，針葉純林高于混交林和闊葉純林，未撫育馬尾松林高于撫育馬尾松林。4種森林類型生物多樣性依Shannon-Wiener指數(shù)大小依次為混交林、南酸棗純林、未撫育馬尾松林和撫育馬尾松林，針葉純林喬木層多樣性指數(shù)明顯低于闊葉林和混交林，撫育措施改善喬木層和草本層生物多樣性的同時(shí)，降低了灌木層生物多樣性，其他多樣性指數(shù)與Shannon-Wiener指數(shù)具有內(nèi)在一致性。馬尾松-南酸棗混交林綜合生態(tài)效益最大，南酸棗純林次之，最后馬尾松純林，可能的原因是不同樹種之間的共生性增加了群落生物多樣性并提高了空間和養(yǎng)分利用效率，物種多樣性有利于提升群落穩(wěn)定性，并抑制森林病蟲害的發(fā)生，未撫育馬尾松林綜合生態(tài)效益高于撫育馬尾松林。

森林服務(wù)功能價(jià)值的計(jì)量評(píng)價(jià)依賴于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與方法選擇，為了規(guī)避計(jì)量過程的系統(tǒng)誤差，依托國家重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站和國家工程實(shí)驗(yàn)室科研平臺(tái)，選用高精度儀器設(shè)備，采用通用性和可靠性強(qiáng)的計(jì)量方法，外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)實(shí)驗(yàn)選擇樹木生長較為茂盛的夏季，土壤等樣品采樣后立即密封運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)。為減小隨機(jī)誤差造成的不確定度，增加樣本和實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)在的粗大誤差及時(shí)處理。仍然存在一些不可避免的因素影響計(jì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定度，一、喬木層和灌木層涉及物種繁多，生物量方程法僅對(duì)主要樹種適應(yīng)性較高，趨勢(shì)外推過程容易導(dǎo)致誤差；二、喬灌草、樹種之間含碳率有差異，含碳系數(shù)的選擇容易導(dǎo)致誤差；三、替代標(biāo)的物的選擇易導(dǎo)致較大的測(cè)量不確定度，不同標(biāo)的物的選擇也使得不同分項(xiàng)價(jià)值占總價(jià)值的比例發(fā)生變化。例如，選擇國內(nèi)碳市場(chǎng)價(jià)格與國際碳市場(chǎng)價(jià)格差異較大。

森林生態(tài)服務(wù)具有顯著的尺度效應(yīng)和公共物品屬性，由于不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)不同尺度上的利益相關(guān)方來說具有不同的重要性[45]，同時(shí)森林補(bǔ)償項(xiàng)目產(chǎn)權(quán)界定困難，服務(wù)使用者和利益相關(guān)者均難以確認(rèn)，公共支付模式是國際上使用最廣泛的一種。4種森林的成本法分布區(qū)間為638.25～679.50元/hm2，與其他學(xué)者[46-47]的研究結(jié)果接近或略高，不同森林類型的補(bǔ)償水平較為接近，最大差異為6.46%。成本法直接反映森林經(jīng)營成本，體現(xiàn)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)對(duì)經(jīng)營成本和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，使服務(wù)提供者獲得社會(huì)平均收益，有利于提升林農(nóng)參與積極性，但難以體現(xiàn)生態(tài)狀況和區(qū)位的差異，林農(nóng)存在隱藏信息、虛報(bào)成本和減少森林投入的潛在動(dòng)機(jī)，使用者也難以有效監(jiān)督和觀察林農(nóng)經(jīng)營行為，導(dǎo)致激勵(lì)不相容。效益法分布范圍是1 806.45～2 508.00元/hm2，補(bǔ)償水平取決于服務(wù)功能價(jià)值大小，能體現(xiàn)土地利用方式和林分質(zhì)量的差異，反映自然地理和生物物理參數(shù)等異質(zhì)性要素對(duì)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的影響。林農(nóng)通過優(yōu)化經(jīng)營成本，改進(jìn)土地利用方式獲得最大化利潤，但補(bǔ)償水平不應(yīng)低于林農(nóng)參與機(jī)會(huì)成本，構(gòu)建以機(jī)會(huì)成本和服務(wù)功能價(jià)值為基礎(chǔ)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系，使個(gè)人與集體兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)一致化，有利于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償機(jī)制激勵(lì)相容。從效率視角來看，以成本法為基礎(chǔ)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)即是最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Pmin，此時(shí)社會(huì)總福利為AE0線左側(cè)供給曲線和需求曲線之間的面積；當(dāng)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為Pmid時(shí)，社會(huì)總體福利水平為BE1線左側(cè)供給曲線和需求曲線之間的面積；效益法為基礎(chǔ)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)即Pmax，社會(huì)總體福利水平為均衡E2點(diǎn)左側(cè)供給曲線和需求曲線之間的面積，此時(shí)社會(huì)福利達(dá)到最大，效益法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)比成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)更有利于實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利的帕累托最優(yōu)，更有效率。

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Four kinds of China subtropical forest service function value and compensation standard research

WU Qiang1,2, ZHANG Heping1,2
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Exploring the collaborative relationship and coupling mechanism between the forest ecological service, ecological compensation and ecological management, can promote to realize precision ecological compensation to the poor and conquer the dilemma of the deterioration of the ecological environment and the deterioration of the economic poverty. Four kind’s types of forest of red soil hilly region of southern China were studied by the methods of forest survey outdoor and experiment indoor. The calculative results show that the function of broad leaved forest was superior to mixed forest of coniferous and broad leaved and pure coniferous forest in water conservation and soil conservation. Mixed forest performs best in vegetation carbon sequestration, biodiversity and comprehensive benefits. Then we put forward two kinds of compensation standard which is based on cost and benefit respectively.We calculate that the compensation standard based on cost method ranges from 638.25 to 679.50 yuan per hectare. The cost method reflecting the change of social economic factors, which however can’t mirror the quality of forest stand and management level, is dif fi cult to realize incentive compatibility. The compensation standard of bene fi t method distributing from 1 806.45 to 2 508.00 yuan per hectare, which is dynamic response to spatial and temporal heterogeneity elements such as natural geography, biology, physical changes,is more ef fi cient to promote forest protection.

forest ecosystem services; function value; ecological compensation; compensation standard; southern red soil hilly mountain

S718.56

A

1673-923X(2017)07-0140-09

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.07.022

2017-03-14

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201204512）

吳 強(qiáng)，講師，博士研究生

張合平，教授；E-mail：hepzhang@sina.com.cn

吳 強(qiáng)，張合平.中國亞熱帶4種森林服務(wù)功能價(jià)值與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(7): 140-148.

[本文編校：吳 毅]