吳 強(qiáng),PENG Yuanying,馬恒運(yùn),張合平,劉奕汝

1 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 鄭州 450046 2 College of Arts and Science, Lewis University, Romeoville, IL 60446, USA 3 中南林業(yè)科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長沙 410004 4 廣東現(xiàn)代勞動管理服務(wù)中心,廣州 510000

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指森林生態(tài)系統(tǒng)形成和所維持的人類賴以生存和發(fā)展的環(huán)境條件與效用。近年來,雖然森林生態(tài)保護(hù)措施在不同國家和地區(qū)均有開展,但森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化問題仍未解決,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)保護(hù)是人類共同面臨的全球性問題,建立森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償制度被認(rèn)為是一種有效的政策手段。因此,許多國家都建立了森林生態(tài)保護(hù)制度,我國中央及地方政府陸續(xù)建立森林生態(tài)效益補(bǔ)償基金,試圖通過制度設(shè)計激勵林農(nóng)加強(qiáng)森林生態(tài)保護(hù),從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的雙贏局面。但是,由于森林生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值長期脫鉤,林農(nóng)保護(hù)生態(tài)收益長期偏低,甚至無法彌補(bǔ)造林和管護(hù)成本,部分地區(qū)存在因生態(tài)保護(hù)返貧現(xiàn)象[1]。因此,準(zhǔn)確計量評價森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,探索建立森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)掛鉤的激勵約束機(jī)制,對于完善森林生態(tài)補(bǔ)償制度具有十分重要的意義。

20世紀(jì)50年代以來,國際上陸續(xù)開始對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行研究[2],早期主要偏向于計算直接經(jīng)濟(jì)價值、森林游憩價值,后來逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷ι止嫘軆r值的評價,并發(fā)展出能值法、替代價值法、意愿調(diào)查法、市場法等,由于基本概念界定、評價指標(biāo)體系、評估方法均很不完善,評價結(jié)果爭議較大,很難應(yīng)用。1997年,Costanza等在《Nature》雜志發(fā)表《全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本的價值》一文,系統(tǒng)提出了生態(tài)系統(tǒng)價值的評估方案,對后續(xù)研究帶來深遠(yuǎn)影響[3]。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著千年生態(tài)系統(tǒng)評估和UK NEA (UK National Ecosystem Assessment)等項(xiàng)目的啟動,全球數(shù)千名自然、經(jīng)濟(jì)及社會科學(xué)家投入到生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評價工作當(dāng)中。隨著3S技術(shù)的廣泛應(yīng)用,國際上陸續(xù)開發(fā)出多種適合于大尺度評估森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)模型,包括CITI green[4]、InVEST[5]、SoIVES[6]等逐漸被應(yīng)用于評估當(dāng)中,這些模型能夠幫助開展景觀尺度下的可持續(xù)評估,但評價結(jié)果的可視性與可操作性略差。國內(nèi)早期對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的系統(tǒng)性研究主要集中于較大尺度上,有學(xué)者[7-8]采用全國森林資源清查數(shù)據(jù),對國家尺度的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行測算。后續(xù)研究逐漸側(cè)重于區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究,王兵等[9]評估了遼寧省14個地市主要植被類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,劉永杰等[10]對神農(nóng)架自然保護(hù)區(qū)森林的林產(chǎn)品、涵養(yǎng)水源、土壤保持等8項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評估,徐雨晴等[11]采用CEVSA模型計算的NPP及Costanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算方法,研究了氣候變化背景下中國未來森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的時空特征。

森林生態(tài)補(bǔ)償?shù)难芯砍晒饕杏诟拍罱缍?、模式?gòu)建、標(biāo)準(zhǔn)確定和效率評估等[12]。Wunder等[13]提出的生態(tài)補(bǔ)償概念在國際上占主導(dǎo)地位,他們主要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)權(quán)界定、土地利用和自愿交易。按照這種理解,理想的生態(tài)補(bǔ)償項(xiàng)目應(yīng)該把生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整合到市場中,即盡力實(shí)施科斯定理[14]。但是,由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的外部性特征明顯,產(chǎn)權(quán)界定難度大,交易成本高,科斯思路的實(shí)施依賴于完善的外部市場環(huán)境。另外一種思路是通過政府征稅或補(bǔ)貼的手段調(diào)節(jié)利益相關(guān)者的收益,從而激勵林農(nóng)提供森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),即庇古手段。事實(shí)上,無論是科斯思路還是庇古手段,森林生態(tài)補(bǔ)償均需以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的準(zhǔn)確計量評價為前提。從研究側(cè)重點(diǎn)來看,發(fā)達(dá)國家注重森林生態(tài)補(bǔ)償?shù)某杀九c效益、公平與效率、補(bǔ)償效應(yīng)等方面的研究[15-16],注重發(fā)揮市場機(jī)制作用。Diswandi[17]考察了West Lombok地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)支付項(xiàng)目的減貧效果,發(fā)現(xiàn)短期內(nèi)效果并不明顯。發(fā)展中國家側(cè)重于采用庇古手段,國內(nèi)森林生態(tài)補(bǔ)償研究的核心問題是補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定[18-19],但如何建立生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值與補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系,理論界尚未取得令人滿意的答案。有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)以森林生態(tài)建設(shè)與保護(hù)成本作為最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)結(jié)合生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平確定[20]。

經(jīng)過研究人員和社會各界長期努力,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估已經(jīng)取得長足進(jìn)展,但仍存在一些明顯的缺陷。第一,缺乏對小尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究,無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)生態(tài)補(bǔ)償?，F(xiàn)有研究成果主要集中于國家、地市縣等大尺度方面,林班、小班尺度的研究十分匱乏,大尺度的評估結(jié)果無法滿足森林精準(zhǔn)補(bǔ)償政策的需要。第二,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估缺乏對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程和功能的深入研究,評估過程缺乏可靠的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。第三,缺乏對價格信息的披露和調(diào)整。有一些研究沒有披露研究方案設(shè)計的相關(guān)信息,例如,森林規(guī)模大小、估值年份與價格信息,但這些信息對于準(zhǔn)確估值卻相當(dāng)重要。有些研究以不同年份的價格為基礎(chǔ),評估不同類型的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)并加總,計算的總價值經(jīng)濟(jì)學(xué)意義不明確。第四,缺乏對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和生態(tài)補(bǔ)償有效耦合的深入研究。

馬尾松是我國亞熱帶地區(qū)特有的鄉(xiāng)土樹種和南方荒山造林先鋒樹種,是我國分布最廣、面積最大、用途廣泛的針葉樹種。馬尾松林是我國東南部濕潤亞熱帶地區(qū)分布最廣,資源最大的森林群落,也是這一地帶典型代表群系之一[21]。本研究以小班為研究尺度,在改進(jìn)現(xiàn)有森林評估規(guī)范的基礎(chǔ)上,計量評價馬尾松林固碳、水源涵養(yǎng)、固土保肥、生物多樣性等4種主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),深入探討森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)補(bǔ)償?shù)倪壿嬯P(guān)系,并嘗試設(shè)計馬尾松林生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系。以期能夠?yàn)槲磥黹_展精準(zhǔn)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估提供科學(xué)依據(jù),為我國森林生態(tài)補(bǔ)償制度和政策設(shè)計提供理論參考。

1 森林生態(tài)補(bǔ)償邏輯論證

圖1 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償?shù)倪壿嫽A(chǔ)Fig.1 Logical basis of forest ecosystem services compensation

圖2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供求曲線 Fig.2 Supply and demand curves in forest ecosystem servicesP：價格,price；Pmax：最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),maximum compensation standard；Pmid：中間補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),middle compensation standard；Pmin：最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn),minimum compensation standard；Q：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量,quantities of ecosystem services；Q0：補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量,quantities of ecosystem services for no compensation；Qmin：補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為Pmin時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量,quantities of ecosystem services for Pmin；Qmid：補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為Pmid時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量,quantities of ecosystem services for Pmid；Qmax：補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為Pmax時生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)數(shù)量,quantities of ecosystem services for Pmax；S：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給曲線,supply curve of ecosystem services；D：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求曲線,demand curve of ecosystem services;閾值帶I、閾值帶II、閾值帶III、閾值帶VI依次表示生態(tài)系統(tǒng)的崩潰、不可逆、可逆和可持續(xù)四種狀態(tài)

林地利用方式直接影響林場收益、森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和社會福利。如圖1,保護(hù)森林能夠?yàn)樯鐣峁┧春B(yǎng)、固土保肥等調(diào)節(jié)服務(wù),但減少了林場潛在的供給服務(wù)的收益(伐木等),林場僅能從森林保護(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(農(nóng)田或牧場等)獲得的報酬[22]；森林采伐為林場帶來直接經(jīng)濟(jì)效益,但導(dǎo)致水源涵養(yǎng)、固土保肥、固碳和生物多樣性等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的衰退或喪失,導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)使用者福利減少。在缺乏生態(tài)補(bǔ)償?shù)膱鼍爸?林場沒有森林保護(hù)的經(jīng)濟(jì)激勵,森林過度采伐或林地用途改變導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平下降。

構(gòu)建森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制,能夠促進(jìn)森林生態(tài)補(bǔ)償制度激勵相容。設(shè)定4種情景(4個閾值帶),并對利益相關(guān)者選擇行為、森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給、補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。如圖2,生態(tài)閾值代表了生態(tài)過程或參數(shù)發(fā)生突變的一個點(diǎn),此突變點(diǎn)響應(yīng)于一個驅(qū)動力的相對較小的變化[23]。D表示馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求曲線,S表示馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給曲線,閾值帶I中森林生態(tài)系統(tǒng)將發(fā)生不可逆的退化甚至崩潰,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需雙方均無法承受系統(tǒng)崩潰帶來的損失,供需雙方對價格不敏感,需求曲線和供給曲線較為陡峭；森林生態(tài)系統(tǒng)處于閾值帶II時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,森林生態(tài)系統(tǒng)處于可持續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài),使用者對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)敏感度下降,而林場用于提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的林地也是相對有限的,此時需求曲線和供給曲線較為陡峭。

以政府補(bǔ)償為場景,假定林場的受償意愿和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)使用者的支付意愿均介于最低補(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,林場將改變林地用途,服務(wù)數(shù)量Q0低于生態(tài)閾值Qmin,在短期,林場福利水平不變,使用者和社會總福利水平減少；在長期,生態(tài)環(huán)境惡化導(dǎo)致林場總收入減少,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供者和使用者的福利均減少,導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的公地悲劇。森林最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Pmin是林地利用機(jī)會成本與護(hù)林收益之間的差額(成本法),此時森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給數(shù)量為Qmin,林場的福利水平與改變林地用途時無差異,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)使用者和社會總福利水平相較于無補(bǔ)償時有改進(jìn)；最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Pmax(價值法)是林場改變林地用途造成使用者福利的損失,此時森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給數(shù)量為Qmax,使用者福利水平與改變林地用途場景無差異,林場和社會總福利水平增加,相較于無補(bǔ)償狀態(tài),森林生態(tài)補(bǔ)償制度有利于社會福利的總體改進(jìn)。以上分析表明,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)使用者能夠接受的范圍內(nèi),開展生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償能夠提高林場保護(hù)生態(tài)的積極性,促進(jìn)森林生態(tài)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 研究地概況

2.1.1 地理位置

本研究在廣西壯族自治區(qū)(20°54′—26°24′ N, 104°28′—112°04′ E)和湖南省(24°40′—30°04′ N, 108°50′—114°15′ E)開展,如圖3。廣西陸地面積236275 km2,占全國總面積的2.46%,森林面積1430萬hm2,森林覆蓋率60.17%。湖南省林業(yè)用地面積1299.80 萬hm2,占全省國土總面積的61.40%；森林覆蓋率59.57%,活立木總蓄積量5.05 億m3。

根據(jù)地質(zhì)地貌、氣候特征、土壤類型和馬尾松林空間分布等要素,以緯度為梯度在湖南、廣西兩地7個緯度梯度上各選取1個研究地,依次分布于桂西南(22°55′—22°56′ N, 108°19′—108°20′E)、桂中東(23°43′—23°45′N, 111°25′—111°26′E)、桂北(24°22′—24°23′N, 109°28′—109°29′E)、桂東北(25°51′—25°52′N, 111°03′—111°04′E)、湘南(26°25′—26°27′N,112°28′—112°29′E)、湘東(27°26′—27°27′N, 113°19′—113°20′E)和湘中(28°09′—28°10′N, 112°03′—112°05′E),共7個研究地。

圖3 研究區(qū)域Fig.3 Geographical locations of study sites

2.1.2 樣地設(shè)置

為充分反映林分結(jié)構(gòu)規(guī)律并保證調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確度,在各研究地不同林型中各設(shè)9個400 m2的樣方,并設(shè)置3塊空白對照樣地,共84個樣方。根據(jù)植物群落的地理分布、外貌、結(jié)構(gòu)及生態(tài)環(huán)境特征,將馬尾松林分為9種植物群落類型。標(biāo)準(zhǔn)地基本情況見表1。按照植物種類組成及其優(yōu)勢度的差異性,可將9種植物群落分為馬尾松純林和馬尾松混交林,其中群落I、III、V、VI和VIII為馬尾松純林,群落II、IV、VII、IX為馬尾松混交林。群落I、II、IV和IX采取間伐后補(bǔ)植的經(jīng)營方式,其他群落為皆伐后種植。群落I至IV分布于南亞熱帶,群落V至X分布于中亞熱帶。群落X為無林地(對照)。

群落I：馬尾松-三叉苦-鐵芒萁群落(AssPinusmassoniana-Evodialepta-Dicranopterislinearis)位于桂西南研究地,林分密度(DBH>1 cm)1796 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為937 株/hm2,10—20 cm的為412 株/hm2,20—30 cm的為303 株/hm2,30—40 cm以上的為100 株/hm2,40—50 cm以上的為44 株/hm2。馬尾松的密度為756 株/hm2,占林分密度的42.09%,胸高斷面積為34.31 m2/hm2,占胸高斷面積總量的93.89%,重要值為80.68。群落II:馬尾松+石櫟-石櫟-海金沙群落(Ass.Pinusmassoniana+Lithocarpusglaber-Lithocarpusglaber-Lygodiumjaponicum)位于桂西南研究地,林分密度(DBH>1 cm)3083 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為2379 株/hm2,10—20 cm的為355 株/hm2,20—30 cm的為222 株/hm2,30—40 cm的為119 株/hm2,40—50 cm的為8 株/hm2。馬尾松的密度為261 株/hm2,占林分密度的8.46%,胸高斷面積18.51 m2/hm2,占胸高斷面積總量的63.19%,重要值為55.80。亞優(yōu)種石櫟密度1650 株/hm2,平均胸徑4.55 cm,胸高斷面積6.64 m2/hm2占胸高斷面積總量的22.67%,重要值43.58。

群落Ⅲ: 馬尾松-九節(jié)-莠竹群落(Ass.Pinusmassoniana-Psychotriarubra-Microstegiumnodosum)位于桂中東研究地,林分密度(DBH>1 cm)2490 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為1367 株/hm2,10—20 cm的為998 株/hm2,20—30 cm的為125 株/hm2。馬尾松的密度為1316 株/hm2,占林分密度的52.64%,胸高斷面積23.65 m2/hm2,占胸高斷面積總量的93.51%,重要值78.37。

群落IV:馬尾松+石櫟-九節(jié)-狗脊群落(Ass.Pinusmassoniana+Lithocarpusglaber-Psychotriarubra-Woodwardiajaponica)位于桂北研究地,林分密度(DBH>1 cm)1970 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為1320 株/hm2,10—20 cm的為320 株/hm2,20—30 cm的為165 株/hm2,30—40 cm的為135 株/hm2,40—50 cm的為30 株/hm2。馬尾松的密度為305 株/hm2,占林分密度的15.48%,胸高斷面積45.99 m2/hm2,占胸高斷面積總量的80.33%,重要值為62.82。石櫟密度為510 株/hm2,占林分密度的25.89%,胸高斷面積9.27 m2/hm2,占胸高斷面積總量的19.95%,重要值49.69。

群落V:馬尾松-米碎花-鐵芒萁群落(Ass.Pinusmassoniana-Euryachinensis-Dicranopterislinearis)位于桂東北研究地,林分密度(DBH>1 cm)1460 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為665 株/hm2,10—20 cm的為575 株/hm2,20—30 cm的為190 株/hm2,30—40 cm的為30 株/hm2。馬尾松密度為1405 株/hm2,占林分密度的96.23%,胸高斷面積22.01 m2/hm2,占胸高斷面積總量的99.14%,重要值為95.74。

表1 標(biāo)準(zhǔn)地概況

群落I：馬尾松-三叉苦-鐵芒萁群落,Communities ofPinusmassoniana-Evodialepta-Dicranopterislinearis；群落II：馬尾松+石櫟-石櫟-海金沙群落,Communities ofPinusmassoniana+Lithocarpusglaber-Lithocarpusglaber-Lygodiumjaponicum；群落Ⅲ：馬尾松-九節(jié)-莠竹群落,Communities ofPinusmassoniana-Psychotriarubra-Microstegiumnodosum；群落IV：馬尾松+石櫟-九節(jié)-狗脊群落,Communities ofPinusmassoniana+Lithocarpusglaber-Psychotriarubra-Woodwardiajaponica；群落V：馬尾松-米碎花-鐵芒萁群落,Communities ofPinusmassoniana-Euryachinensis-Dicranopterislinearis；群落VI：馬尾松-鹽膚木-斑茅群落,Communities ofPinusmassoniana-Rhuschinensis-Saccharumarundinaceum；群落VII：馬尾松+樟樹-山茶-狗脊群落,Communities ofPinusmassoniana+Cinnamomumcamphora-Camelliajaponica-Woodwardiajaponica；群落VIII：馬尾松-山莓-淡竹葉,Communities ofPinusmassoniana-Rubuscorchorifolius-Lophatherumgracile；群落IX：馬尾松+青岡-大青-鱗毛蕨,Communities ofPinusmassoniana+Cyclobalanopsisglauca-Clerodendrumcyrtophyllum-Dryopterissieboldii;DBH: Diameter at breast height

群落VI:馬尾松-鹽膚木-斑茅群落(Ass.Pinusmassoniana-Rhuschinensis-Saccharumarundinaceum)位于湘南研究地,林分密度(DBH>1 cm)1565 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為311 株/hm2,10—20 cm的為1111 株/hm2,20—30 cm的為138 株/hm2,30—40 cm的為5 株/hm2。馬尾松密度為1487 株/hm2,占林分密度的95.02%,胸高斷面積24.04 m2/hm2,占胸高斷面積總量的95.43%,重要值為97.65。

群落VII:馬尾松+樟樹-山茶-狗脊群落(Ass.Pinusmassoniana+Cinnamomumcamphora-Camelliajaponica-Woodwardiajaponica)位于湘東研究地,林分密度(DBH>1 cm)584 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為108 株/hm2,10—20 cm的為277 株/hm2,20—30 cm的為127 株/hm2,30—40 cm的為67 株/hm2,40—50 cm的為5 株/hm2。馬尾松密度為305 株/hm2,占林分密度的52.22%,胸高斷面積13.05 m2/hm2,占胸高斷面積總量的78.95%,重要值為72.43。樟樹密度100 株/hm2,占林分密度的17.12%,胸高斷面積2.39 m2/hm2,占胸高斷面積總量的14.46%,重要值為42.68。

群落VIII:馬尾松-山莓-淡竹葉(Ass.Pinusmassoniana-Rubuscorchorifolius-Lophatherumgracile)位于湘中研究地,林分密度(DBH>1 cm)1120 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為42 株/hm2,10—20 cm的為895 株/hm2,20—30 cm的為168 株/hm2,30—40 cm的為15 株/hm2。馬尾松的密度為1070 株/hm2,占林分密度的95.53%,胸高斷面積22.55 m2/hm2,占胸高斷面積總量的97.41%,重要值為97.24。群落IX:馬尾松+青岡-大青-鱗毛蕨(Ass.Pinusmassoniana+Cyclobalanopsisglauca-Clerodendrumcyrtophyllum-Dryopterissieboldii)位于湘中研究地,林分密度(DBH>1 cm)1042 株/hm2,其中胸徑(DBH)在1—10 cm的為301 株/hm2,10—20 cm的為383 株/hm2,20—30 cm的為308 株/hm2,30—40 cm的為50 株/hm2。馬尾松密度536 株/hm2,占林分密度的51.44%,胸高斷面積16.76 m2/hm2,占胸高斷面積總量的58.27%,重要值56.31。青岡密度229 株/hm2,占林分密度的21.98%,胸高斷面積8.89 m2/hm2,占胸高斷面積總量的30.91%,重要值為44.35。群落X：芒萁-淡竹葉(Dicranopterisdichotoma-Lophatherumgracile)位于湘南研究地,群落X為無林地,無喬木層和灌木層,草本層郁閉度65%。

2.2 方法設(shè)計

固碳釋氧、水源涵養(yǎng)、固土保肥和生物多樣性是森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要類型[24],為避免重復(fù)計算,釋氧服務(wù)和生物多樣性服務(wù)不加入總服務(wù)價值[12]。參考林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008),對4種主要森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行計量評價。由于《評估規(guī)范》中的替代標(biāo)的物價格較為陳舊且年份不一致,引入工業(yè)生產(chǎn)者出廠價格指數(shù),將價格水平統(tǒng)一調(diào)整至2017年。固碳價值通常采用碳交易價格、碳稅法、固碳項(xiàng)目成本等3種方法計算,鑒于碳交易價格波動較為劇烈,采用國際上通過的碳匯價格(12.5 ＄/t)評價固碳價值[25],匯率換算后碳價格為85.39×103元/kg。目前,森林采伐受到政策約束,結(jié)合廣西地區(qū)、湖南省的森林采伐限額,將33.3%的采伐強(qiáng)度作為測算機(jī)會成本的基線。

2.2.1 馬尾松林期望價值的測算

傳統(tǒng)Faustmann模型在計算林地收益期望值時,從林木的成本和收入出發(fā),通過計算木材產(chǎn)品的凈收益現(xiàn)值,進(jìn)而計算林地期望值和最優(yōu)輪伐期[26],如公式(1)。

(1)

式中,LEV為林地期望值(元/hm2),NPVw為木材凈收益現(xiàn)值(元/hm2),RhT為木材砍伐最終收益(元/hm2),a為成本或收益發(fā)生的年限(年),RSa為第a年間伐的收益(元/hm2),i為貼現(xiàn)率(%),K為經(jīng)營森林的成本(元/hm2)。

為研究林場最優(yōu)森林經(jīng)營決策,以Faustmann模型為基礎(chǔ),將補(bǔ)償收益作為一個內(nèi)生變量納入模型,構(gòu)建木材—補(bǔ)償聯(lián)合經(jīng)營決策模型,如公式(2)。馬尾松林經(jīng)營成本、投入品及產(chǎn)出品價格來自于調(diào)查整理[27-28]。

(2)

式中,Pf為木材價格(元/m3)；χ為出材率,取值84%；V(t)為第t年林分的立木材積(m3),CPu為第u個林分的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)水平(元 hm-2a-1),i為貼現(xiàn)率,取值3%。按照中等立地條件估算經(jīng)濟(jì)成本[29],湖南省馬尾松林的初始營林成本為13885 元/hm2,每年管護(hù)費(fèi)用為1050 元/hm2,采伐運(yùn)輸成本為60 元/m3；廣西地區(qū)馬尾松林的初始營林成本為11419 元/hm2,每年管護(hù)費(fèi)用為900 元/hm2,采伐運(yùn)輸成本為55 元/m3。

2.2.2 馬尾松林立木材積量計算

以通用性二元立木材積方程(公式(3))計算馬尾松等針葉樹種的材積量[30],以標(biāo)準(zhǔn)木為樣本進(jìn)行檢驗(yàn),預(yù)估精度為91.27%。

Vc=c0Dc1-c2(D+aH)Hc3+c4(D+bH)

(3)

式中,Vc為針葉樹立木材積量(m3),D為立木胸徑(cm),H為立木高度(m),ci(i=0,…,5)為模型參數(shù)。

石櫟等闊葉樹的材積量[31]計算采用公式(4)：

Vb=C0(A+B×D0)c1{C2[1-EXP(-C3(A+B×D0))]c4}c5

(4)

式中,Vb為闊葉樹立木材積量(m3),D0為立木地徑(cm),A、B、Ci(i=0,…,5)為模型參數(shù)。

馬尾松材積量隨時間變化的函數(shù)關(guān)系可表達(dá)為公式(5)：

Qs(t)=αe(5.7207-6.8307/(t-2))(t>2)

(5)

式中,Qs(t)為第t年馬尾松材積量(m3/hm2)；α為調(diào)整系數(shù),通過立木材積量Vc求得；t表示時間(a)。

2.2.3 馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償算法

(1)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)展階段系數(shù)算法

皮爾(R. Pearl) 生長曲線是描述生物生長與時間關(guān)系的模型,能夠模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動態(tài)變化,模型可表示為公式(6)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平處于較低階段時,人們對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的關(guān)注度低；當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平從溫飽階段過渡到小康階段后,人們對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和休閑娛樂的需求會急劇提高,而后逐漸過渡到飽和[32]。根據(jù)恩格爾系數(shù)可將經(jīng)濟(jì)發(fā)展劃分為5個階段：極富(<20%)、富裕(20%—30%)、小康(30%—50%)、溫飽(50%—60%)、貧困(>60%)。

(6)

式中,l為生長特性參數(shù),L為l的最大值,t為生長時間(年),a、b為常數(shù),e為自然對數(shù)的底。為估算發(fā)展階段系數(shù),令t=t′-3,a、b、L為1,則公式(6)可變換為公式(7)：

(7)

式中,l為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的發(fā)展階段系數(shù)；t′為恩格爾系數(shù)的倒數(shù),當(dāng)t′較小時,社會處于低級發(fā)展階段,當(dāng)t′較大時,社會處于高級發(fā)展階段。

(2)馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償算法

隨著森林的伐除,森林冠層的水文功能完全喪失,采伐及集材、運(yùn)材使跡地受到壓實(shí)和破壞,林地土壤的蓄水、滲水能力大大削弱,坡面的產(chǎn)流過程暴漲暴落,引起河流洪水量增加,枯水徑流量減少,土壤侵蝕加劇,河流泥沙含量倍增[33]。假定皆伐(一次采伐100%)使森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值衰減至0,且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)隨林分面積線性變化。將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)展階段系數(shù)引入馬尾松林補(bǔ)償模型,則馬尾松林生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的最小值(成本法)和最大值(價值法)的算法分別為公式(8)和公式(9)：

CSimin=OCi+BCo

(8)

CSimax=l×ESVi+BCo

(9)

式中,CSimin為第i個林分的最低補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(元 hm-2a-1),OCi為林場在基線場景下未改變土地用途潛在減少的收益(元 hm-2a-1),BCo為基線場景下的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(取150元 hm-2a-1),CSimax為第i個林分的最高補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(元 hm-2a-1),ESVi為第i個林分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值相對基線的增量(元 hm-2a-1),l為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值發(fā)展階段系數(shù),當(dāng)l×ESVi小于OCi時,則適時調(diào)整l。

3 結(jié)果與分析

3.1 馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計量評價

如表2所示,馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為10335.86—16358.06 元 hm-2a-1,均值為13469.86 元 hm-2a-1。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從大到小依次為：群落IX(16358.06 元 hm-2a-1)>群落IV(15777.87 元 hm-2a-1)>群落VIII(15568.74 元 hm-2a-1)> 群落VII(14009.77 元 hm-2a-1)>群落II(13714.70 元 hm-2a-1)>群落V(12310.99 元 hm-2a-1)>群落VI(11924.37 元 hm-2a-1)>群落III(11228.37 元 hm-2a-1)>群落I(10335.86 元 hm-2a-1)。

馬尾松林年固碳價值為165.93—521.03 元 hm-2a-1,均值為344.53 元 hm-2a-1；水源涵養(yǎng)價值為5024.47—11788.30 元 hm-2a-1,均值為7851.93 元 hm-2a-1；固土保肥價值為3597.84—6405.04 元 hm-2a-1,均值為5273.42 元 hm-2a-1；生物多樣性價值為107.14—1346.15 元 hm-2a-1,均值為648.13 元 hm-2a-1。

表2 馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值/(元 hm-2 a-1)

總服務(wù)價值是由各分項(xiàng)服務(wù)價值扣除無林地后加總得到

從地帶性植被來看,南亞熱帶馬尾松林固碳價值(432.77 元 hm-2a-1)比中亞熱帶高57.98%,水源涵養(yǎng)價值(6531.77 元 hm-2a-1)比中亞熱帶低26.67%,固土保肥價值(5799.66 元 hm-2a-1)比中亞熱帶高19.52%,生物多樣性價值(349.03 元 hm-2a-1)比中亞熱帶低60.67%,總服務(wù)價值(12764.19 元 hm-2a-1)比中亞熱帶低9.05%。馬尾松林土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、孔性特征、酸堿性及養(yǎng)分特征是多種因素共同作用的結(jié)果。光譜成分、光照強(qiáng)度和日照時間會對植物產(chǎn)生重要的生態(tài)作用,影響其生長發(fā)育、生理代謝和形態(tài)結(jié)構(gòu)等,從而使植物產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量發(fā)生變化。南亞熱帶的太陽輻射量更豐富,≥10℃年積溫(6966.5℃)比中亞熱帶(5623.64℃)高23.88%,年均氣溫(21.10℃)比中亞熱帶(17.44℃)高20.99%,馬尾松林生理生化反應(yīng)和生長發(fā)育速度更快,生物產(chǎn)量和質(zhì)量更高,植物凋落物聚集量大；而在0—35℃溫度范圍內(nèi),提高溫度能促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的分解,加速土壤微生物的生物周轉(zhuǎn)速度,因此,緯度低的馬尾松林凋落物分解更迅速,歸還土壤的灰分元素和氮磷鉀營養(yǎng)元素更豐富,南亞熱帶馬尾松林的固土保肥價值高于中亞熱帶。

在研究區(qū)域內(nèi),隨著緯度的降低,氣候濕熱程度增強(qiáng),有機(jī)質(zhì)分解強(qiáng)烈,風(fēng)化產(chǎn)物和成土產(chǎn)物的分解和淋溶程度增加,富鋁化程度升高,土壤酸性程度有所增大。同時,隨著緯度的降低,土壤腐殖質(zhì)的胡敏酸含量、相對分子質(zhì)量和芳構(gòu)化程度降低,活性胡敏酸增加,腐殖質(zhì)組成中富里酸增加,酸性有所增強(qiáng)。土壤pH值從中亞熱帶(紅壤)向南亞熱帶(磚紅壤性紅壤)總體上呈下降趨勢。按照土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的等電凝聚說,土壤腐殖酸的電性受土壤pH值的影響,并影響土壤微團(tuán)粒的相互凝聚,進(jìn)而影響土壤孔隙狀況。而紅壤的酸性不及磚紅壤性紅壤,土壤微生物活動能力更強(qiáng),促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解,更有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成。同時,紅壤區(qū)碳酸鹽巖占比低,土層發(fā)育更為充分,土壤孔隙度大。因此,南亞熱帶馬尾松林土壤水源涵養(yǎng)價值比中亞熱帶小。

在研究區(qū)域內(nèi),隨著緯度的增加,喬木層更新能力趨于下降,物種數(shù)量減少,緯度每增加1 °,喬木層物種數(shù)量減少1.04種,顯著(R2=0.561,P<0.05)；灌木層能獲得相對充足的光照和生長發(fā)育空間,物種數(shù)量趨于增加,緯度每增加1 °,灌木層物種數(shù)量增加0.01種,但不顯著(P>0.05)；草本層受到喬木層、灌木層的雙重影響,物種數(shù)量總體趨于減少,緯度每增加1 °,草本層物種數(shù)量減少0.22種,但不顯著(P>0.05)。緯度低的馬尾松林喬木層更新能力較強(qiáng),喬木層物種多樣性高,林下植被層的光照不足,發(fā)育空間相對有限,物種多樣性較低。緯度高的馬尾松林喬木層更新能力有限,喬木層結(jié)構(gòu)單一,物種多樣性水平較低；林下植被層能夠獲得較為充足的生長空間,群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜,物種多樣性高。綜合來看,南亞熱帶馬尾松林植物群落的物種多樣性價值低于中亞熱帶。

植被類型和經(jīng)營方式顯著影響馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。在研究區(qū)域內(nèi),混交林固碳價值(359.20 元 hm-2a-1)比純林高7.94%,水源涵養(yǎng)價值(8989.59 元 hm-2a-1)比純林高29.50%,固土保肥價值(5616.37 元 hm-2a-1)比純林高12.35%,生物多樣性價值(693.68 元 hm-2a-1)比純林高13.40%,總服務(wù)價值(14965.17 元 hm-2a-1)比純林高21.93%。營造混交林或間伐補(bǔ)植有助于復(fù)層林的形成,有利于提高林分空間利用效率,殼斗科的石櫟、青岡,樟科的樟樹等常綠闊葉樹的凋落物產(chǎn)量大,C/N、C/P較低,能夠促進(jìn)凋落物層的分解速率,有利于土壤表層團(tuán)聚體的形成,促進(jìn)土壤毛管孔隙的形成,提高有機(jī)質(zhì)、全N、全P、全K土壤養(yǎng)分含量。間伐補(bǔ)植的馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(14046.62 元 hm-2a-1)比皆伐后營造的林分高7.98%。

3.2 馬尾松林補(bǔ)償對比與分析

以公式(8)為基礎(chǔ)計算9個群落的成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。如圖4所示,隨著采伐強(qiáng)度的增加,9個馬尾松林群落的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)不斷下降。采伐強(qiáng)度為16.7%時,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(均值)為0.58×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.14×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為24.04%。采伐強(qiáng)度為20%時,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.37×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.08×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為20.31%。采伐強(qiáng)度為25%時,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.36×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.07×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為19.34%。33.3%的采伐強(qiáng)度是基線值,9個群落補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)均為0.15×103元 hm-2a-1。采伐強(qiáng)度超過33.3%為違法超額采伐,采伐強(qiáng)度為50%時,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為-0.44×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.30×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為68.38%。采伐強(qiáng)度為100%時,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為-1.31×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.45×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為34.19%。

圖4 不同群落的成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Fig.4 Compensation standard calculated by a cost method in different Masson pine forests群落I：馬尾松-三叉苦-鐵芒萁群落,Communities of Pinus massoniana-Evodia lepta-Dicranopteris linearis；群落II：馬尾松+石櫟-石櫟-海金沙群落,Communities of Pinus massoniana+Lithocarpus glaber-Lithocarpus glaber-Lygodium japonicum；群落Ⅲ：馬尾松-九節(jié)-莠竹群落,Communities of Pinus massoniana-Psychotria rubra-Microstegium nodosum；群落IV：馬尾松+石櫟-九節(jié)-狗脊群落,Communities of Pinus massoniana+Lithocarpus glaber-Psychotria rubra-Woodwardia japonica；群落V：馬尾松-米碎花-鐵芒萁群落,Communities of Pinus massoniana-Eurya chinensis-Dicranopteris linearis；群落VI：馬尾松-鹽膚木-斑茅群落,Communities of Pinus massoniana-Rhus chinensis-Saccharum arundinaceum；群落VII：馬尾松+樟樹-山茶-狗脊群落,Communities of Pinus massoniana+Cinnamomum camphora-Camellia japonica-Woodwardia japonica；群落VIII：馬尾松-山莓-淡竹葉,Communities of Pinus massoniana-Rubus corchorifolius-Lophatherum gracile；群落IX：馬尾松+青岡-大青-鱗毛蕨,Communities of Pinus massoniana+Cyclobalanopsis glauca-Clerodendrum cyrtophyllum-Dryopteris sieboldii

如圖4所示,在9個馬尾松林群落中,群落I的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)最高,為0.49×103元 hm-2a-1,群落VII的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)最低,為0.26×103元 hm-2a-1。在違法超額采伐的兩種情形中,群落I懲罰額度的絕對值最大,為-3.3×103元 hm-2a-1,這主要是群落I的生產(chǎn)力較高,生物量和材積量最大,不同采伐方式帶來的潛在收益與損失最大；群落VII的林分密度低,生物量小,群落VII的懲罰額度的絕對值最小,為-0.64×103元 hm-2a-1。從地帶性植被來看,南亞熱帶馬尾松林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(0.41×103元 hm-2a-1)高于中亞熱帶(0.33×103元 hm-2a-1),主要是低緯度地區(qū)水熱條件好,凋落物分解效率高,林下土壤養(yǎng)分充足,林分更新速度快所致。

從不同森林類型看,馬尾松純林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(0.37×103元 hm-2a-1)高于混交林(0.36×103元 hm-2a-1),主要是由于馬尾松的出材率高于闊葉樹,純林立木材積量高于混交林。從同一地帶不同森林類型看,南亞熱帶馬尾松純林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(0.42×103元 hm-2a-1)比混交林高5%,中亞熱帶馬尾松純林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(0.33×103元 hm-2a-1)比混交林高6.45%。

以公式(9)為基礎(chǔ)測算馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(價值法)。如圖5所示,采伐強(qiáng)度為16.7%時,9個群落的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)最高,平均值為1.43×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.44×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為31.11%。采伐強(qiáng)度為20%時,9個群落的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為1.17×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.35×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為30.16%。采伐強(qiáng)度為25%時,9個群落的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.79×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.22×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為28.15%。采伐強(qiáng)度為50%時,9個群落補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為-1.28×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為0.44×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為34.77%。采伐強(qiáng)度為100%時,9個群落補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為-4.61×103元 hm-2a-1,標(biāo)準(zhǔn)差為1.38×103元 hm-2a-1,變異系數(shù)為29.88%。

圖5 不同群落的價值法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Fig.5 Compensation standard calculated by a value method in different Masson pine forests

在9個群落中,群落IX的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)最高,為1.29×103元 hm-2a-1,主要是群落IX中混交的青岡、南酸棗和楓香等闊葉樹種的重要值大,且具有發(fā)達(dá)的根系,在一定程度上改善了林分土壤孔隙度,土壤水源涵養(yǎng)價值高于其他群落,同時群落IX因采伐損失的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值最大,處罰額度最大。群落III的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)最低,為0.53×103元 hm-2a-1,群落III的林下土壤類型為磚紅壤性紅壤,pH值較小,不易形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),土壤孔隙度??；同時,群落III地處經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的梧州市,發(fā)展階段系數(shù)較小,因此補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)較低。

從地帶性植被來看,中亞熱帶馬尾松林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(1.03×103元 hm-2a-1)比南亞熱帶高47.14%。從不同森林類型看,馬尾松混交林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(0.98×103元 hm-2a-1)比純林高22.50%。從同一地帶的不同森林類型看,南亞熱帶馬尾松混交林(0.82×103元 hm-2a-1)比純林高41.38%,中亞熱帶的馬尾松混交林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)(1.15×103元 hm-2a-1)比純林高21.05%。

4 結(jié)論與討論

4.1 討論

(1)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值是生態(tài)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ),本文以外部性理論為基礎(chǔ),論證了生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的分布區(qū)間及其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。許多研究將成本和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值作為生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測算的基礎(chǔ),例如,呂郁彪[34]以廣西公益林為例,對森林培育成本、生產(chǎn)成本和銷售費(fèi)用、相關(guān)稅費(fèi)進(jìn)行量化研究,并以此為依據(jù)計算得出2006年馬尾松林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為151.5—307.6 元 hm-2a-1,均值為214.4 元 hm-2a-1。廖燁[35]以森林蓄積量、人均可支配收入、林地投入、原木價格等作為自變量構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型,測算得出馬尾松林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為680.7—903.75 元 hm-2a-1。黃李煌[36]以人均可支配收入、蓄積量、原木價格、保護(hù)等級為自變量設(shè)計補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型,計算的出福建省馬尾松公益林的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為759.75 元 hm-2a-1。朱銀銀[37]以文獻(xiàn)為基礎(chǔ)測算長株潭城市群綠心地區(qū)林地水源涵養(yǎng)、固土保肥、調(diào)節(jié)氣候等服務(wù)價值,得到綠心地區(qū)公益林生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為1890 元 hm-2a-1。對比發(fā)現(xiàn),由于指標(biāo)選取、考察年度、計算方法的差異,基于成本的生態(tài)補(bǔ)償計算結(jié)果差異較大,并且沒有體現(xiàn)森林建設(shè)成效,難以有效激勵林農(nóng)。許多文獻(xiàn)中的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值計算是建立在其他文獻(xiàn)基礎(chǔ)上的,忽視了氣候、土壤、地形等異質(zhì)性因素對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響,計算結(jié)果精確度低。有學(xué)者直接將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值應(yīng)用于生態(tài)補(bǔ)償,導(dǎo)致計算結(jié)果過大,難以應(yīng)用于實(shí)際。有學(xué)者在計算過程中未提供年份信息,或者計量單位中未包含時間信息,這對生態(tài)補(bǔ)償政策卻至關(guān)重要?？傮w來看,現(xiàn)有森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計量評價仍無法滿足實(shí)際需要,精準(zhǔn)的生態(tài)補(bǔ)償需要建立在小尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值之上。然而,小尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計量存在成本高、效率低、周期長、復(fù)雜度大等不足,今后應(yīng)加強(qiáng)3S技術(shù)和實(shí)地觀測數(shù)據(jù)相結(jié)合的多元數(shù)據(jù)整合研究,對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行定量研究,提高評估的精度和效率。

(2)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的計算一般包括2個步驟。一是計量森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的實(shí)物量,二是評價森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值量。實(shí)物量計量包括林分生物量、土壤碳儲量、土壤物理性質(zhì)(容重、孔隙度)、土壤養(yǎng)分(有機(jī)質(zhì)和NPK含量)等。我國學(xué)者對不同地區(qū)馬尾松林生物量開展大量的研究工作[38],康冰[39]運(yùn)用生物量方程法研究廣西大青山南亞熱帶馬尾松、杉木混交林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量,結(jié)果表明植被層的碳儲量為51.91 t/hm2,林地土壤層碳儲量為123.43 t/hm2,與本研究南亞熱帶馬尾松林碳儲量(117.40—183.71 t/hm2)較為接近。賀金生發(fā)現(xiàn)[40],熱帶、亞熱帶森林的生物量隨緯度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢,但表現(xiàn)出較大的變異,與本文研究結(jié)果一致。周祎[41]運(yùn)用生物量方程測算貴州省3個生物氣候帶馬尾松生物量,單株生物量測算結(jié)果為：北帶>中帶>南帶,這一結(jié)論與本文并不一致,與作者在貴州省三個氣候帶的樣本選擇差異有關(guān),北帶大徑級馬尾松的占比依次高于中帶和南帶。王淑彬等[42]對廣西區(qū)7大森林片區(qū)的11個主要森林類型樣地土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行分析,研究了廣西區(qū)森林主要土壤養(yǎng)分的空間變異狀況及分布格局。伍倩等[43]的研究表明湘中地區(qū)馬尾松純林凋落物總儲量為5.89 t/hm2,最大儲水量13.84 t/hm2；馬尾松樟樹混交林凋落物總儲量為6.09 t/hm2,最大儲水量19.15 t/hm2。劉世榮的研究表明[33],中國亞熱帶馬尾松林-磚紅壤性紅壤的土壤容重的均值為1.25 g/cm3,總孔隙度的均值為51.03%；馬尾松林-紅壤的土壤容重的均值為1.15 g/cm3,總孔隙度的均值為58.70%,與本研究結(jié)果基本一致。于海艷等[44]根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008),研究貴州省麻江縣馬尾松林、柏木林的涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧和積累營養(yǎng)物質(zhì)等4個方面的服務(wù)價值,計算結(jié)果(15.34×104元 hm-2a-1)遠(yuǎn)大于本研究的結(jié)果(13469.86 元 hm-2a-1),本研究在計算過程中扣除了空白對照樣地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),體現(xiàn)了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的凈增量(額外性),更適宜于作為生態(tài)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)。當(dāng)前針對森林不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型開展綜合性系統(tǒng)性的研究仍然十分匱乏,本研究對于揭示馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空異質(zhì)性特征,探索生態(tài)補(bǔ)償視角的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計量評價具有重要的理論價值。同時,由于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)計量評價屬于價值判斷,在指標(biāo)選取、方法選擇及加總過程中,主觀選擇偏誤難以完全避免,需要在今后研究過程中不斷改進(jìn)。

(3)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的確定是生態(tài)補(bǔ)償制度的核心內(nèi)容。本文設(shè)計基于成本和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的森林補(bǔ)償算法并進(jìn)行測算,馬尾松林成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.15—0.58×103元 hm-2a-1,價值法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.15—1.43×103元 hm-2a-1。成本補(bǔ)償條件下,馬尾松純林補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)高于混交林,不利于南方地區(qū)的針葉純林的林分改造和森林管護(hù)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值補(bǔ)償條件下,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值正相關(guān),社會福利水平(僅考慮生態(tài)福利)總體上隨采伐強(qiáng)度減小而增加,有利于公益林生態(tài)保護(hù)的可持續(xù)。此外,為了提高森林生態(tài)補(bǔ)償?shù)木珳?zhǔn)度和效率,應(yīng)加強(qiáng)基于定位觀測、系統(tǒng)調(diào)查與遙感等多元數(shù)據(jù)的森林植被監(jiān)測與遙感反演技術(shù)研究,探索森林生態(tài)系統(tǒng)格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的時空變異特征,建立森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的集成模型,進(jìn)一步探索森林生態(tài)補(bǔ)償和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的有效耦合。

4.2 結(jié)論

(1)在研究區(qū)范圍內(nèi),緯度是馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的重要影響因素。隨著緯度的增加,馬尾松林固碳價值、固土保肥價值減小,水源涵養(yǎng)價值增大,生物多樣性價值增大。緯度每增加1 °,固碳價值減小23.54 元 hm-2a-1,不顯著(P>0.05)；固土保肥價值減小229.58 元 hm-2a-1,不顯著(P>0.05)；水源涵養(yǎng)價值增大824.69 元 hm-2a-1,顯著(P<0.05)；生物多樣性價值增大165.39 元 hm-2a-1,顯著(P<0.05)。

(2)在研究區(qū)范圍內(nèi),植被類型和經(jīng)營方式顯著影響馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值?；旖涣值母黜?xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值均大于純林,固碳價值(359.20 元 hm-2a-1)、水源涵養(yǎng)價值(8989.59 元 hm-2a-1)、固土保肥價值(5616.37 元 hm-2a-1)和總服務(wù)價值(14965.17 元 hm-2a-1)分別比純林高7.94%、29.50%、12.35%、21.93%。間伐補(bǔ)植的馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(14046.62 元 hm-2a-1)比皆伐后營造的林分高7.98%。

(3)價值法補(bǔ)償比成本法補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效率高,更好促進(jìn)森林生態(tài)建設(shè)。馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.15—1.43×103元 hm-2a-1,其大小主要受生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)單價影響,能夠促進(jìn)森林生態(tài)建設(shè)的可持續(xù)。成本法補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.15—0.58×103元 hm-2a-1,其數(shù)值由造林、管護(hù)、木材價格等決定,在一定程度上能夠彌補(bǔ)林場的損失,但與林分質(zhì)量脫鉤,難以實(shí)現(xiàn)森林保護(hù)的初衷。

研究表明,馬尾松林為人類創(chuàng)造了巨大福利,特別體現(xiàn)在水源涵養(yǎng)、固土保肥等非市場價值方面,為社會可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)安全提供重要保障。開展以森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為基礎(chǔ)的補(bǔ)償,能夠?yàn)槲覈戏降貐^(qū)的森林改造和林分質(zhì)量的提升,提供重要的制度保障