徐雨晴,周波濤,於　琍,石　英,徐　影

中國氣象局國家氣候中心,北京　100081

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,具有調(diào)節(jié)氣候、吸收二氧化碳、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、保護(hù)生物多樣性等重要生態(tài)功能和提供物質(zhì)產(chǎn)品功能,對維持生態(tài)系統(tǒng)平衡、維系經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境都具有重要的作用。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅為人類的生產(chǎn)生活提供必需的生態(tài)產(chǎn)品,而且為生命系統(tǒng)提供必需的自然條件和效用。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要體現(xiàn)在3個方面：生產(chǎn)功能,即提供人類所需的實物；生態(tài)服務(wù)功能,即森林的多種生態(tài)效益；社會文化功能,即森林的社會效益[1]。

工業(yè)革命以來,全球正經(jīng)歷著以氣候變暖為突出標(biāo)志的氣候變化,這對全球和區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會均產(chǎn)生了深刻影響；同時,人類對自然資源不合理的開發(fā)利用,致使生態(tài)環(huán)境破壞,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可能造成嚴(yán)重?fù)p害,導(dǎo)致其服務(wù)價值大幅下降,從而引起世界各國的普遍關(guān)注。計算生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值,并將其納入國民經(jīng)濟核算體系,能有效降低對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的損害,有利于人類自身的可持續(xù)發(fā)展[2],因而許多專家、學(xué)者,政府部門以及國際組織都很重視并相應(yīng)開展了大量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相關(guān)的評估和研究工作,取得顯著成果。

早在20世紀(jì)50年代,國外就開始了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估和研究工作,并試圖將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)效益的價值評估納入國民經(jīng)濟核算體系[3- 4]。早期對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究,主要偏向于計算其直接經(jīng)濟價值、森林游憩價值等。20世紀(jì)90年代起出現(xiàn)大量更深入的探索,取得突破性進(jìn)展,最具有代表性的如Costanza等[3]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值的研究,其中將森林生態(tài)系統(tǒng)劃分為熱帶森林和北方森林兩類,以17種服務(wù)功能指標(biāo)、按10種生物群系估算出全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年總價值為(16—54)萬億美元。近幾年,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的相關(guān)研究更多地傾向于對全球不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)文化價值評估[5]、基于土地利用[6- 7]及景觀格局[8]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化估算、對全球水域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的估算及調(diào)查[9-10],對于全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值及其變化估算也仍在持續(xù)[11],對于影響因子的研究也非常普遍,包括土地利用的變化[6- 7]、城市技術(shù)變化的影響[12]等,其中以土地利用變化的影響研究最多。對于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值而言,主要研究內(nèi)容包括對特定區(qū)域或國家的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算及相關(guān)分析,如REDD+機會成本分析[13]、社會價值應(yīng)用分析[14],以及驅(qū)動森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的因素探討[15],等等。

我國關(guān)于生態(tài)服務(wù)功能及價值的研究起始于20世紀(jì)80年代初。對森林價值和計量的研究開始也比較晚,直至1988年初,國務(wù)院發(fā)展研究中心才首次提出開展資源核算并將其納入國民經(jīng)濟核算體系中,之后對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能系統(tǒng)性地評估工作才真正開始。2000年以后,關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究成為生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的一大熱點,研究成果大量涌現(xiàn),既有針對自然林的研究,也有針對城市森林、森林公園、自然保護(hù)區(qū)等的研究；既有針對全國的大尺度研究,也有針對縣市甚至更小尺度的研究。在全國尺度上,較早的評估工作有：侯元兆等[16]采用2種方法對中國森林資源進(jìn)行了經(jīng)濟價值評估,得出其每年總價值分別為13.7萬億元和11.1萬億元；蔣延玲等[17]對我國38種主要森林類型生態(tài)系統(tǒng)公益價值作了評價,得出其總價值約為117.401億美元。隨后,一批學(xué)者(趙景柱等[18]、趙同謙等[19]、靳芳等[20]、余新曉等[21]、魯紹偉[22]等)采用全國森林資源清查數(shù)據(jù),根據(jù)各自選取的指標(biāo)對中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了核算。2008年,《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范(LY/T 1721—2008)》標(biāo)準(zhǔn)[23]發(fā)布,此后,利用該規(guī)范在全國、省、市級以及自然保護(hù)區(qū)等尺度上對我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了大量的價值評估工作。近幾年,我國的相關(guān)工作以不同地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在近幾十年的時空分布及其對土地利用變化、土地退化、生態(tài)恢復(fù)等的響應(yīng)關(guān)系研究居多[24-26]。其中,對于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)評估主要集中在部分省市(如建陽市[27]),以及特定的區(qū)域(如喀納斯保護(hù)區(qū)[28]、秦嶺[29])。這些研究對于加深森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估起到了積極的促進(jìn)作用,也對引起人們關(guān)注森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)效益具有重要的引導(dǎo)意義。

氣候變化已對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會產(chǎn)生了不利影響,未來氣候變暖將持續(xù),將給經(jīng)濟社會發(fā)展帶來越來越顯著的影響,并成為人類經(jīng)濟社會發(fā)展的風(fēng)險。在當(dāng)今全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境日益惡化、自然資源日趨短缺的大背景下,氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響達(dá)到了何種程度？未來會怎樣？在全國范圍地域差異如何？等等,這些都還未能明確回答。在氣候變化背景下,動態(tài)、定量的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估,對于回答這些科學(xué)問題,并對于認(rèn)識把握氣候規(guī)律、科學(xué)應(yīng)對氣候變化,以及對未來生態(tài)系統(tǒng)的管理對策制定均具有重要意義。然而,目前國內(nèi)外與氣候變化相關(guān)的研究工作,特別是對未來的預(yù)估研究都還相當(dāng)缺乏。國外也僅限于近年對全球[30]及部分地區(qū)(如西非[31])氣候、土地利用變化、管理模式的未來可能影響等有限的研究探討。國內(nèi)近十幾年也只是偶有未來全國范圍[32]及部分區(qū)域(如白河流域[33])森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)變化及其對氣候變化的響應(yīng)研究。鑒于此,本研究以基于動態(tài)變化的氣候因子變量及生態(tài)、環(huán)境因子等參數(shù)采用CEVSA模型模擬出的NPP為基礎(chǔ),依據(jù)Costanza等[3]、 謝高地等[34]提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相關(guān)的計算方法,分析并展示了未來(2021—2050年)(相對于基準(zhǔn)期(1971—2000年))我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空動態(tài)變化格局,揭示出森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)多功能效益發(fā)揮的規(guī)模與幅度以及氣候變化的可能影響。由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮受限于生態(tài)系統(tǒng)的承載力閾值[35],本研究通過基于氣候條件及生態(tài)因子的動態(tài)模擬,以及進(jìn)一步的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分析,將有助于界定森林生態(tài)系統(tǒng)的承載力閾值。以期本研究能為未來科學(xué)應(yīng)對氣候變化、改善森林生態(tài)系統(tǒng)管理、加強生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù),為將來的綜合經(jīng)濟核算提供參考。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1　數(shù)據(jù)來源及處理

CEVSA模型是一個基于生理生態(tài)過程模擬植物-土壤-大氣系統(tǒng)能量交換和水碳氮耦合循環(huán)的生物地球化學(xué)循環(huán)模型[36]。本文采用CEVSA模型,以每10天平均的氣溫、降水、云量、相對濕度4個氣候因子,逐年大氣二氧化碳濃度作為輸入變量,以氮沉降、植被C/N、土壤質(zhì)地等因子作為輸入?yún)?shù),以遙感土地利用類型為基礎(chǔ),結(jié)合CEVSA模型的輸入植被參數(shù)劃分植被類型,計算得出我國逐年凈初級生產(chǎn)力(NPP)。氣候數(shù)據(jù)為使用區(qū)域氣候模式RegCM4.4在國家氣候中心的全球模式BCC_CSM1.1驅(qū)動下進(jìn)行的水平分辨率為50km×50km的模擬結(jié)果。為了消除模式數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差,本研究首先將模擬結(jié)果進(jìn)行了誤差訂正,隨后采用澳大利亞ANUSPLIN3.1樣條函數(shù)插值法內(nèi)插至0.1°×0.1°(經(jīng)緯度)。首先,將1971—2000年多年平均氣候數(shù)據(jù)輸入CEVSA模型進(jìn)行模擬直至其達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)平衡態(tài),以消除初始輸入對模型模擬的影響。然后,用1961—2100年逐旬氣候數(shù)據(jù)對NPP進(jìn)行動態(tài)模擬。

RCPs是一種以未定濃度為特征的較常用氣候變化情景,在IPCC第五次評估報告中使用,相對于SRES排放情景而言增加了應(yīng)對氣候變化的各種政策對未來排放的影響。限于資料可獲得性,未能找到RCP2.6的驅(qū)動場,故本文選取中低排放(RCP4.5)和高排放(RCP8.5)兩個典型濃度路徑作為未來排放預(yù)估情景,對應(yīng)的是2100年總輻射強迫相對于1750年達(dá)到4.5W/m2和8.5W/m2。本研究中,1961—2100年的年均NPP數(shù)據(jù)中,1961—2005年為歷史模擬數(shù)據(jù),2006—2100年為RCPs預(yù)估數(shù)據(jù)。鑒于目前國內(nèi)外對未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究中預(yù)估時段一般截至2050年[30- 31]或2040年[33],故本研究對未來的預(yù)估時段選取為2021—2050年,選取預(yù)估研究中常用的1971—2000年作為基準(zhǔn)期。

1.2　生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值核算方法

在研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的方法中,由Costanza等[3]和謝高地等[34]研究的方法模型近年來得到了國內(nèi)學(xué)者的廣泛應(yīng)用。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算,謝高地等人在Costanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價方法的基礎(chǔ)上,研究提出了適合中國實際情況的9 項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和相應(yīng)的修正算法。所以本文以Costanza等[3]提出的“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法”(公式1)和謝高地等[34]提出的“我國平均狀態(tài)下的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單價表”中森林各服務(wù)項目情況(表1)等研究成果為基礎(chǔ),對1971—2000年歷史時期及未來2021—2050年RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行逐年計算,計算公式如下：

ESV=∑Pj×Aj

(1)

式中：ESV為我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總價值；Pj為單位面積上土地利用類型j的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值；Aj為研究區(qū)內(nèi)土地利用類型j的面積。本文中j=1,表示土地利用類型只有森林一種,下同。由于人類活動導(dǎo)致的土地利用變化等對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值具有顯著的影響[6- 7,24],本研究為了揭示氣候變化的可能影響,因而假定森林面積不變。

表1　我國森林單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值單價/(元/hm2)

表1僅提供了一個全國平均狀態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價值的單價,而生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能大小與該生態(tài)系統(tǒng)的生物量有密切關(guān)系,一般而言,生物量越大,生態(tài)服務(wù)功能越強。因此,假定生態(tài)服務(wù)功能強度與生物量成線性關(guān)系,提出生態(tài)服務(wù)價值的生物量因子按下述公式來進(jìn)一步修訂生態(tài)服務(wù)價值的單價[34]：

Pij=(bj/B)pij

(2)

式中：Pij為訂正后的單位面積第j類生態(tài)系統(tǒng)(這里指森林生態(tài)系統(tǒng))第i種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值量,i=1,2,…,9,分別代表氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)、廢物處理、生物多樣性保護(hù)、食物生產(chǎn)、原材料生產(chǎn)、娛樂文化共9項； B為我國一級森林生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積平均生物量,為77.4Mg/hm2[37]；pij為表1中第j類生態(tài)系統(tǒng)第i種服務(wù)功能的全國平均價值量；bj為第j類生態(tài)系統(tǒng)的生物量,推算公式為：bj=17·NPP/0.5,NPP單位為gC/m2。bj推算過程如下：

目前,我國已有特定地區(qū)分物種或分森林類型的生物量與NPP相關(guān)關(guān)系的模擬研究,而未有針對長時間序列全國尺度兩者關(guān)系模擬的報道。因此,這里bj為通過綜合分析我國已有相關(guān)文獻(xiàn)將NPP進(jìn)行換算的生物量。這里參考的文獻(xiàn)主要有方精云等[38]、Whittaker等[39]、馮宗煒等[40]、劉世榮等[41]、李高飛等[42],此5項研究中生物量與生產(chǎn)力的比值分別為6.04、24.59、27.52、14.74、11.93,取其平均值17。生物量與碳之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)在不同樹種之間存在差異,國際上通常以0.5作為生物量與碳之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)[43]。本文中NPP單位為gC/m2,換算成干物質(zhì)量時,以0.5作為轉(zhuǎn)換系數(shù)(除以0.5)。

2　結(jié)果分析

2.1　中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值年際變化

基準(zhǔn)期(197—2000年)及未來(2021—2050年)RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值均呈增加趨勢,基準(zhǔn)期與RCP4.5情景下增速相近,但均低于RCP8.5情景下的增速。而且,RCP8.5情景下的線性方程R2最大,達(dá)0.94(圖1)。基準(zhǔn)期、未來RCP4.5及RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值平均值分別為12.80(4.55—20.72)萬億元、 14.81(5.26—23.97)萬億元、15.13(5.38—24.49)萬億元,RCP4.5及RCP8.5情景比基準(zhǔn)期分別增加2.0萬億元、2.3萬億元。

圖1　基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值年際變化Fig.1　Variation of forestry ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in China

我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其各功能構(gòu)成項貢獻(xiàn)率(圖2),在基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下依次是：土壤形成與保護(hù)(2.285億元、2.643億元、2.700億元；17.8%)>氣體調(diào)節(jié)(2.050億元、2.372億元、2.423億元；16.0%)>生物多樣性保護(hù)(1.910億元、2.209億元、2.257億元；14.9%)>水源涵養(yǎng)(1.875億元、2.169億元、2.216億元；14.6%)>氣候調(diào)節(jié)(1.582億元、1.830億元、1.869億元；12.4%)>原材料生產(chǎn)(1.523億元、1.762億元、1.800億元；11.9%)>廢物處理(7674萬元、8878萬元、9071萬元；6.0%)>娛樂文化(7498萬元、8674萬元、8862萬元；5.9%)>食物生產(chǎn)(586萬元、678萬元、692萬元；0.5%),即物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出價值占12.4%(原材料生產(chǎn)+食物生產(chǎn)),非物質(zhì)價值占87.6%。從總體變化趨勢來看,除了貢獻(xiàn)率低的食物生產(chǎn)、廢物處理及娛樂文化的年際變化不明顯外,其余各構(gòu)成項均呈增加趨勢(圖3),但增加幅度均小于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值。

圖2　基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值各功能構(gòu)成項貢獻(xiàn)率Fig.2　The contribution rates to service value for individual forest ecosystem function from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in China

圖3　基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值各功能構(gòu)成項年際變化Fig.3　Changing trend of service value for individual forest ecosystem function from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in China

2.2　中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布

2.2.1總價值及其變化

在基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下,我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布情況基本相同,均表現(xiàn)出在西部及東北低,特別是新疆、東北北部、四川及其鄰近的西藏東南部等地區(qū)最低(<3.3億元/a)；在南部高,特別是華南地區(qū)最高(>9.3億元/a)。RCP4.5及RCP8.5情景下,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在低值區(qū)域相對于基準(zhǔn)期分布面積有所減少；在高值區(qū)域最高價值有所增加,分布面積也明顯增加(圖4)。

圖4　基準(zhǔn)期及RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年均總價值Fig.4　Spatial distribution of the annual total forest ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in China

相對于基準(zhǔn)期,RCP4.5和RCP8.5兩種情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化幅度均表現(xiàn)出相似的空間分布。除了在新疆中部、內(nèi)蒙古西部、甘肅西北部、西藏東南部以及我國東北和南方部分森林邊緣地區(qū),森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值表現(xiàn)為減少外(RCP4.5和RCP8.5情景下年均最大減幅分別達(dá)1.42億元和3.63億元),在其他地區(qū)均增加?？傮w而言,增加幅度在東部大于西部,南部大于北部,華南增加幅度最大,RCP4.5和RCP8.5情景下年均最大增幅分別達(dá)1.87億元和2.13億元(圖5)。

圖5　RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)年均總價值變化幅度(相對于基準(zhǔn)期)Fig.5　Spatial distribution of the annual variation amplitude for the total forest ecosystem service value under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

分析未來RCP4.5與RCP8.5兩種情景下(相對于基準(zhǔn)期)我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化比例可知,RCP4.5情景下減幅比例分布范圍與圖5一致,減幅比例最大達(dá)-100%；增幅比例普遍<30%,>45%的增幅比例主要分布在東北北端,最大增幅比例達(dá)75.5%。RCP8.5情景下減幅比例分布范圍與圖5一致,減幅比例最大達(dá)-176.0%；增幅比例普遍<30%,>45%的增幅比例主要分布在東北北端,最大增幅比例達(dá)71.8%,但相對于RCP4.5情景,>45%的增幅比例分布范圍明顯更小,而15%—30%增幅比例的分布范圍相對增加(圖6)。

圖6　RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值變化比例(相對于基準(zhǔn)期)Fig.6　Spatial distribution of the variation percentage for the total forest ecosystem service value under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

2.2.2主要構(gòu)成價值及其變化

土壤形成與保護(hù)是我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)各項功能指標(biāo)中的最主要構(gòu)成項,其價值在全國范圍的分布模式(圖7)與總價值(圖4)類似,但數(shù)值量級有差異。

圖7　基準(zhǔn)期及RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值主要構(gòu)成項(土壤形成與保護(hù))的空間分布Fig.7　Spatial distribution of the main composition (soil formation and protection) of forest ecosystem service value from 1971 to 2000 as a baseline period and from 2021 to 2050 under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios in China

土壤形成與保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化比例在全國范圍的分布模式(圖8)與總價值變化比例(圖6)類似,但變化幅度稍有區(qū)別。

圖8　RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值土壤形成與保護(hù)功能構(gòu)成的變化比例(相對于基準(zhǔn)期)Fig.8　Spatial distribution of the variation percentage for the main composition (soil formation and protection) of forest ecosystem service value under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios, relative to the baseline period, in China

就變化比例而言,RCP4.5和RCP8.5情景下土壤形成與保護(hù)(16.2%和18.4%)比總價值(15.6%和14.9%)平均變化比例大,其最高減幅比例明顯更小,最高增幅比例更大。RCP4.5情景下,土壤形成與保護(hù)功能價值的變化比例及其分布范圍與總價值基本一致；RCP8.5情景下,土壤形成與保護(hù)功能價值減幅分布范圍明顯更小,增幅分布范圍有所增大,且大部分地區(qū)增幅比例增大(圖8)。

3　討論

1971—2000年我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為12.80(4.55—20.72)萬億元,本結(jié)果跟侯元兆等[16]采用2種方法得出的年總價值13.7萬億元和11.1萬億元、王兵等[44]給出的2009年為10.01萬億元、謝高地等[45]給出的2010年為17.5萬億元的結(jié)果相近,但比其他前人根據(jù)不同方法計算的總價值偏高,如：蔣延玲等[17]給出1984—1988年中國38種主要森林生態(tài)系統(tǒng)效益的總價值為117.401億美元；趙同謙等[19]給出2000年生態(tài)經(jīng)濟總價值為1.406萬億元；陳仲新等[46]為1.543萬億元；靳芳等[20]為3.06萬億元；魯紹偉[22]給出1993、1998、2003年分別為2.141萬億元、3.643萬億元、4.120萬億元。據(jù)推測,這主要源于評估方法以及所選擇指標(biāo)的不一致。在之前的相關(guān)評估研究中,由于評估指標(biāo)體系多樣、評估方法有別、評估公式不統(tǒng)一,評估結(jié)果差異較大,難以彼此之間進(jìn)行比較[19,47-48]。因此,制定客觀、科學(xué)、與時俱進(jìn)且能被公認(rèn)、廣泛接受的方法和指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)非常迫切和必要。

本研究預(yù)估的2021—2050年我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在RCP4.5及RCP8.5情景下分別為14.81(5.26—23.97)萬億元、15.13(5.38—24.49)萬億元,比基準(zhǔn)期明顯上升。這表明,雖然本研究是對中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在未來的初步估算,評估過程中存在一些不確定性,但可明確一點,在未來氣候變暖的背景下,無論是中低排放還是高排放情景下,中國森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值總體而言將增加。

本研究也能清晰地反映出我國森林態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布格局：西部及東北低；南部高,特別是華南地區(qū)最高。這與我國為數(shù)不多的王兵等[44]的空間分布研究結(jié)果基本一致。此外,本研究給出,未來RCP4.5和RCP8.5情景下增幅在東部大于西部,南部大于北部；增幅比例高的地區(qū)主要分布在我國東北北端。減幅主要出現(xiàn)在新疆中部、內(nèi)蒙古西部、甘肅西北部、西藏東南部以及我國東北和南方部分森林邊緣地區(qū)。可見,未來排放情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值在大部分地區(qū)都將升高。在少數(shù)地區(qū),特別是常綠和落葉針葉林分布的地區(qū)及部分森林邊緣,由于氣候變化的影響及森林片段的邊緣化效應(yīng),森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值將下降,表明這些地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮將超出其承載力閾值,生態(tài)環(huán)境狀況將不利于當(dāng)前類型的森林生存,因而應(yīng)該加強對該區(qū)域的保護(hù)和建設(shè)。

從各項森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能所產(chǎn)生的價值來看,除了食物生產(chǎn)、廢物處理及娛樂文化外,其他各項的貢獻(xiàn)率基本都在11%—18%之間。相對而言,土壤形成與保護(hù)(17.8%)>氣體調(diào)節(jié)(16.0%)>生物多樣性保護(hù)(14.9%)>水源涵養(yǎng)(14.6%)>氣候調(diào)節(jié)(12.4%)>原材料生產(chǎn)(11.9%)。這種貢獻(xiàn)率分布與前人的結(jié)論[17,19-20,49-50]近似,即我國森林的價值不僅表現(xiàn)在為人類提供原材料(11.9%)、食物(0.5%)等直接的經(jīng)濟價值,更為重要的是它所提供的潛在生態(tài)價值遠(yuǎn)高于森林本身的實物價值,即非物質(zhì)價值比物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出價值更高。因此,在對森林開發(fā)利用過程中,不能只注重眼前森林的物質(zhì)產(chǎn)品利益,而更應(yīng)該注重它為人類生態(tài)環(huán)境所創(chuàng)造的非物質(zhì)價值,要優(yōu)先考慮長久效益,這對經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。值得注意的是,之所以物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出價值貢獻(xiàn)率低,特別是食物生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率最低(0.5%),究其原因,主要溯源于評估方法的確定。本文的估算方法主要依據(jù)Costanz等的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算公式,以及參照謝高地等在Costanz等的基礎(chǔ)上根據(jù)問卷調(diào)查提出的中國單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量,這種確定方法可能仍然具有一定的局限性和不完善性。首先,Costanza等是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的個人償付意愿進(jìn)行計量,即采用的是費用支出法。在評估過程中,雖然他對資源環(huán)境進(jìn)行了大的分類,但并沒有考慮一些特殊的生態(tài)系統(tǒng)在價值構(gòu)成上的特殊性[28],如自然保護(hù)區(qū)、經(jīng)濟林等區(qū)域。其次,謝高地等的問卷調(diào)查中,被調(diào)查對象都是從事生態(tài)學(xué)研究的專家學(xué)者,他們對生態(tài)服務(wù)的效用有足夠深刻的理解,而且都生活于北京等生態(tài)環(huán)境問題特別突出的特大城市,給出的生態(tài)服務(wù)價值單價很可能偏高[51],因而物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出價值單價相對偏低。

鑒于森林生態(tài)系統(tǒng)功能貢獻(xiàn)的巨大服務(wù)價值,因此很有必要將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究或評估工作納入社會經(jīng)濟以及環(huán)境保護(hù)的決策體系中。如果僅以經(jīng)濟指標(biāo)作為決策依據(jù),很容易引起決策的失誤,并造成對生態(tài)環(huán)境的破壞,降低生態(tài)效益。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟價值評估的各種方法都具有一定的優(yōu)點和不足。由于資料的限制,本研究呈現(xiàn)的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是全國的平均狀況,并未將森林進(jìn)行類型劃分,因而未能體現(xiàn)出不同空間位置不同森林類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,即忽略了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的植被空間異質(zhì)性及其機制分析。此外,單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值不僅取決于生物量,而且很可能受不同空間位置的其他條件如地理環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與過程差異等的影響。

4　結(jié)論

(1)基準(zhǔn)期(197—2000年)及未來(2021—2050年)RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值均呈增加趨勢,年平均值分別為12.80(4.55—20.72)萬億元、14.81(5.26—23.97)萬億元、15.13(5.38—24.49)萬億元,RCP4.5及RCP8.5情景比基準(zhǔn)期分別增加2.0萬億元、2.3萬億元。

(2)基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布均表現(xiàn)為西部及東北低,特別是新疆、東北北部、四川及其鄰近的西藏東南部等地區(qū)最低(<3.3億元/a)；南部高,特別是華南地區(qū)最高(>9.3億元/a)。

RCP4.5和RCP8.5情景下,未來森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值除了在少數(shù)地區(qū)(新疆中部、內(nèi)蒙古西部、甘肅西北部、西藏東南部以及我國東北和南方部分森林邊緣地區(qū))表現(xiàn)為減少外(最大減幅分別達(dá)1.42億元和3.63億元),在其他地區(qū)均增加,且增幅在東部大于西部,南部大于北部,華南增幅最大,最大增幅分別達(dá)1.87億元和2.13億元。高增幅比例(>45%)主要分布在我國東北北端。

(3)我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其各功能構(gòu)成項貢獻(xiàn)率,在基準(zhǔn)期及未來RCP4.5和RCP8.5情景下依次是：土壤形成與保護(hù)(2.285億元、2.643億元、2.700億元；17.8%)>氣體調(diào)節(jié)(2.050億元、2.372億元、2.423億元；16.0%)>生物多樣性保護(hù)(1.910億元、2.209億元、2.257億元；14.9%)>水源涵養(yǎng)(1.875億元、2.169億元、2.216億元；14.6%)>氣候調(diào)節(jié)(1.582億元、1.830億元、1.869億元；12.4%)>原材料生產(chǎn)(1.523億元、1.762億元、1.800億元；11.9%)>廢物處理(7674萬元、8878萬元、9071萬元；6.0%)>娛樂文化(7498萬元、8674萬元、8862萬元；5.9%)>食物生產(chǎn)(586萬元、678萬元、692萬元；0.5%),即物質(zhì)產(chǎn)品產(chǎn)出(原材料生產(chǎn)+食物生產(chǎn))價值占12.4%,非物質(zhì)價值占87.6%。

(4)土壤形成與保護(hù)是我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要功能構(gòu)成項,其價值及其變化比例在全國范圍的分布模式與總價值類似,但變化幅度稍有區(qū)別。RCP4.5和RCP8.5情景下土土壤形成與保護(hù)(16.2%和18.4%)比總價值(15.6%和14.9%)平均變化比例大。

該研究表明,我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為人類創(chuàng)造了巨大的生態(tài)效益,特別是非物質(zhì)產(chǎn)品利益,有利于人類自身的可持續(xù)發(fā)展,因而要重視對森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和建設(shè),尤其要高度關(guān)注未來將超過生態(tài)系統(tǒng)承載力閾值而導(dǎo)致總價值下降的部分針葉林分布地區(qū),如新疆中部、內(nèi)蒙古西部、甘肅西北部、西藏東南部以及我國東北和南方部分森林邊緣地區(qū)。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]陳仁利, 余雪標(biāo), 黃金城, 陳磊夫. 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值評估. 熱帶林業(yè), 2006, 34(2): 15- 18.

[2]張志強, 徐中民, 王建, 程國棟. 黑河流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值. 冰川凍土, 2001, 23(4): 360- 366.

[3]Costanza R, D′Arge R, de Groot R, Farber S, Grasso M, Hannon B, Limburg K, Naeem S, O′Neill R V, Paruelo J, Raskin R G, Sutton P, van den Belt M. The value of the world′s ecosystem services and natural capital. Nature, 1997, 387(6630): 253- 260.

[4]Daily G C, S?derqvist T, Aniyar S, Arrow K, Dasgupta P, Ehrlich P R, Folke C, Jansson A, Jansson B O, Kautsky N, Levin S, Lubchenco J, M?ler K G, Simpson D, Starrett D, Tilman D, Walker B. The value of nature and the nature of value. Science, 2000, 289(5478): 395- 396.

[5]Kaltenborn B P, Linnell J D C, Baggethun E G, Lindhjem H, Thomassen J, Chan K M. Ecosystem services and cultural values as building blocks for ′the good life′. A case study in the community of R?st, Lofoten Islands, Norway. Ecological Economics, 2017, 140: 166- 176.

[6]Kim J E. The value of ecosystem services based on land use in Shinangun, Jeonnam, Korea. Korean Journal of Ecology and Environment, 2014, 47(3): 202- 213.

[7]Kindu M, Schneider T, Teketay D, Knoke T. Changes of ecosystem service values in response to land use/land cover dynamics in Munessa-Shashemene landscape of the Ethiopian highlands. Science of the Total Environment, 2016, 547: 137- 147.

[8]Estoque R C, Murayama Y. Quantifying landscape pattern and ecosystem service value changes in four rapidly urbanizing hill stations of Southeast Asia. Landscape Ecology, 2016, 31(7): 1481- 1507.

[9]Reynaud A, Lanzanova D. A global meta-analysis of the value of ecosystem services provided by lakes. Ecological Economics, 2017, 137: 184- 194.

[10]Chaikaew P, Hodges A W, Grunwald S. Estimating the value of ecosystem services in a mixed-use watershed: a choice experiment approach. Ecosystem Services, 2017, 23: 228- 237.

[11]Costanza R, de Groot R, Sutton P, van der Ploeg S, Anderson S J, Kubiszewski I, Farber S, Turner R K. Changes in the global value of ecosystem services. Global Environmental Change, 2014, 26: 152- 158.

[13]Tilahun M, Damnyag L, Anglaaere L C N. The ankasa forest conservation area of Ghana: ecosystem service values and on-site REDD+opportunity cost. Forest Policy and Economics, 2016, 73: 168- 176.

[14]Sherrouse B C, Semmens D J, Clement J M. An application of Social Values for Ecosystem Services (SolVES) to three national forests in Colorado and Wyoming. Ecological Indicators, 2014, 36: 68- 79.

[15]Fujii H, Sato M, Managi S. Decomposition analysis of forest ecosystem services values. Sustainability, 2017, 9(5): 687, doi: 10.3390/su9050687.

[16]侯元兆, 王琦. 中國森林資源核算研究. 世界林業(yè)研究, 1995, 8(3): 51- 56.

[17]蔣延玲, 周廣勝. 中國主要森林生態(tài)系統(tǒng)公益的評估. 植物生態(tài)學(xué)報, 1999, 23(5): 426- 432.

[18]趙景柱, 徐亞駿, 肖寒, 趙同謙, 段光明. 基于可持續(xù)發(fā)展綜合國力的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評價研究——13個國家生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的測算. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2003, 23(1): 121- 127.

[19]趙同謙, 歐陽志云, 鄭華, 王效科, 苗鴻. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值評價. 自然資源學(xué)報, 2004, 19(4): 480- 491.

[20]靳芳, 魯紹偉, 余新曉, 饒良懿, 牛建植, 謝媛媛, 張振明. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值評價. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2005, 16(8): 1531- 1536.

[21]余新曉, 魯紹偉, 靳芳, 陳麗華, 饒良懿, 陸貴巧. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估. 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(8): 2096- 2102.

[22]魯紹偉. 中國森林生態(tài)服務(wù)功能動態(tài)分析與仿真預(yù)測. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2006.

[23]國家林業(yè)局. 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范(LLY/T1721—2008). 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.

[24]Peng W F, Zhou J M, Fan S Y, Yang C J. Effects of the land use change on ecosystem service value in Chengdu, western China from 1978 to 2010. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 2016, 44(2): 197- 206.

[25]Yan F Q, Zhang S W, Liu X T, Chen D, Chen J, Bu K, Yang J C, Chang L P. The effects of spatiotemporal changes in land degradation on ecosystem services values in Sanjiang Plain, China. Remote Sensing, 2016, 8(11): 917, doi: 10.3390/rs8110917.

[26]Zhang H, Wang Q, Li G Y, Zhang H P, Zhang J. Losses of ecosystem service values in the Taihu Lake Basin from 1979 to 2010. Frontiers of Earth Science, 2017, 11(2): 310- 320.

[27]周金明. 建陽市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)評估. 福建林業(yè)科技, 2015, 42(1): 80- 83, 99- 99.

[28]陳理軍, 姚娟. 喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)評估. 福建林業(yè)科技, 2016, 43(2): 55- 61.

[29]殷莎, 趙永華, 韓磊, 王耀斌, 蔡健. 秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空演變. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2016, 27(12): 3777- 3786.

[30]Kubiszewski I, Costanza R, Anderson S, Sutton P. The future value of ecosystem services: global scenarios and national implications. Ecosystem Services, 2017, 26: 289- 301.

[31]Heubes J, Heubach K, Schmidt M, Wittig R, Zizka G, Nuppenau E A, Hahn K. Impact of future climate and land use change on non-timber forest product provision in Benin, West Africa: linking niche-based modeling with ecosystem service values. Economic Botany, 2012, 66(4): 383- 397.

[32]張明軍, 周立華. 氣候變化對中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2004, 18(2): 40- 43.

[33]Jia G D, Yu X X, Song S M, Fan D X, Deng W P. Dynamic analysis of forest land changeover and forest ecosystem services value in North China: a case study in Chaobai River Basin. Vegetos, 2012, 25(2): 37- 43.

[34]謝高地, 魯春霞, 冷允法, 鄭度, 李雙成. 青藏高原生態(tài)資產(chǎn)的價值評估. 自然資源學(xué)報, 2003, 18(2): 189- 196.

[35]虞依娜, 彭少麟. 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的研究進(jìn)展. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010, 19(9): 2246- 2252.

[36]Cao M K, Woodward F I. Dynamic responses of terrestrial ecosystem carbon cycling to global climate change. Nature, 1998, 393(6682): 249- 252.

[37]劉國華, 傅伯杰, 方精云. 中國森林碳動態(tài)及其對全球碳平衡的貢獻(xiàn). 生態(tài)學(xué)報, 2000, 20(5): 733- 740.

[38]方精云, 劉國華, 徐嵩齡. 我國森林植被的生物量和凈生產(chǎn)量. 生態(tài)學(xué)報, 1996, 16(5): 497- 508.

[39]Whittaker R H, Likens G E. Carbon in the biota//Woodwell G M, Pecan E V, eds. Carbon and the Biosphere. Virginia: Springfield, 1973: 281- 302.

[40]馮宗煒, 王效科, 吳剛. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量和生產(chǎn)力. 北京: 科學(xué)出版社, 1999: 226- 227.

[41]劉世榮, 徐德應(yīng), 王兵. 氣候變化對中國森林生產(chǎn)力的影響Ⅰ. 中國森林現(xiàn)實生產(chǎn)力的特征及地理分布格局. 林業(yè)科學(xué)研究, 1993, 6(6): 633- 642.

[42]李高飛, 任海. 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. 熱帶地理, 2004, 24(4): 306- 310.

[43]楊洪曉, 吳波, 張金屯, 林德榮, 常順利. 森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳功能和碳儲量研究進(jìn)展. 北京師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2005, 41(2): 172- 177.

[44]王兵, 任曉旭, 胡文. 中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值評估. 林業(yè)科學(xué), 2011, 47(2): 145- 153.

[45]謝高地, 張彩霞, 張昌順, 肖玉, 魯春霞. 中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值. 資源科學(xué), 2015, 37(9): 1740- 1746.

[46]陳仲新, 張新時. 中國生態(tài)系統(tǒng)效益的價值. 科學(xué)通報, 2000, 45(1): 17- 22.

[47]余新曉, 秦永勝, 陳麗華, 劉松. 北京山地森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值初步研究. 生態(tài)學(xué)報, 2002, 22(5): 627- 630.

[48]Guo H, Wang B, Ma X Q, Zhao G D, Li S N. Evaluation of ecosystem services of Chinese pine forests in China. Science in China Series C: Life Sciences, 2008, 51(7): 662- 670.

[49]張穎, 張艷. 生態(tài)補償標(biāo)準(zhǔn)的制訂應(yīng)考慮農(nóng)戶的意愿——以江西省瑞昌市森林生態(tài)補償調(diào)查為例. 生態(tài)經(jīng)濟, 2013, (2): 106- 109.

[50]韋惠蘭, 祁應(yīng)軍. 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估與分析. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 38(2): 74- 82.

[51]謝高地, 甄霖, 魯春霞, 肖玉, 陳操. 一個基于專家知識的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值化方法. 自然資源學(xué)報, 2008, 23(5): 911- 913.