王希義,彭淑貞,徐海量,凌紅波,岳俊生

1 泰山學(xué)院,泰安 271000 2 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所, 烏魯木齊 830011

森林是陸地生物光合產(chǎn)量的主體,具有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)與生命周期[1],在維護(hù)全球氣候系統(tǒng)、減緩溫室效應(yīng)、調(diào)節(jié)碳平衡、保護(hù)生物多樣性等方面具有重要作用[2]。森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一,反映了系統(tǒng)中個體、種群或群落生物質(zhì)數(shù)量的多少,是森林環(huán)境質(zhì)量的綜合體現(xiàn)[3-4],也是評估生態(tài)服務(wù)價值的重要參數(shù)[5]。森林不僅可以為人類的生存和發(fā)展提供林副產(chǎn)品和木材等物質(zhì)資源,而且還具有調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、固土保肥等生態(tài)功能。因此,估測森林生物量并評估其生態(tài)服務(wù)價值有助于提高人們的環(huán)保意識,對于森林資源合理利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

20世紀(jì)50年代,美國、德國、蘇聯(lián)等國家的相關(guān)學(xué)者開始對森林的生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行研究[6-7]。20世紀(jì)60年代,國外一些專家開始采用能值分析法對森林服務(wù)價值進(jìn)行估算,對評估方法進(jìn)行了完善[8-9]。20世紀(jì)90年代,國外針對森林生態(tài)服務(wù)價值的研究方法得到了進(jìn)一步發(fā)展,主要包括市場價值法、旅行費用法和意愿調(diào)查法等[10-12]。進(jìn)入21世紀(jì)以后,隨著3S技術(shù)的廣泛應(yīng)用,適合大尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估模型逐漸增多,評估的準(zhǔn)確性也逐漸升高。我國一些學(xué)者在20世紀(jì)80年代開始針對森林的生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行研究,研究對象主要包括城市森林、流域森林、山區(qū)森林等[13-16]。這些研究大都采用國外的研究方法,即基于森林的面積數(shù)據(jù),將服務(wù)功能分成若干方面進(jìn)行評估。然而,在不同區(qū)域,森林內(nèi)部植株的分布密度、高矮特征、樹干粗細(xì)程度均有所不同,這導(dǎo)致不同區(qū)域單位面積內(nèi)森林生物量的差異較大。一般而言,生物量越大,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能越強(qiáng)[17]。因此,僅采用森林面積數(shù)據(jù)對其生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行評估并不嚴(yán)謹(jǐn),需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)森林的單位面積生物量進(jìn)行評估。但是,目前依據(jù)森林生物量對生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行評估的研究比較少見。

胡楊是塔里木河下游的植被建群種,對于區(qū)域內(nèi)環(huán)境狀況和植被恢復(fù)程度具有最直接的指示作用[18]。目前,針對塔里木河下游胡楊的研究主要集中在胡楊變化與生態(tài)輸水的關(guān)系、胡楊生態(tài)分布與胡楊生理特征等方面[19-21],而利用生物量評估生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值的研究未見報道。研究胡楊生態(tài)服務(wù)價值,將生態(tài)系統(tǒng)資本貨幣化,對國家資產(chǎn)的核算及區(qū)域“綠色GDP”核算都具有重要意義。本文考慮到胡楊生態(tài)特征,首先構(gòu)建了胡楊生物量評估模型；其次,利用樹木年輪方法對不同年份胡楊的生物量進(jìn)行了模擬；之后,依據(jù)生態(tài)服務(wù)價值訂正公式,對不同年份胡楊的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行了評估。本研究可以使人們恰當(dāng)認(rèn)識胡楊在生活和生產(chǎn)中的作用,也為今后開展植被生態(tài)服務(wù)價值評估工作提供一些基礎(chǔ)的研究數(shù)據(jù)和方法,對生態(tài)輸水的效益評估具有重要科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

塔里木河流域地處亞歐大陸腹地,是中國典型的干旱荒漠區(qū)。塔里木河下游是指從大西海子水庫至尾閭湖臺特瑪湖,總長度為363 km(圖1)。區(qū)域內(nèi)屬溫帶荒漠干旱氣候,年降水量20—50 mm,而潛在蒸發(fā)量高達(dá)2500—3000 mm[22]。由于受到地下水以及河水的補(bǔ)給,河漫灘以及河道兩側(cè)低階地內(nèi)形成了大面積的喬灌草帶,并且隨著與河道距離的增加,呈現(xiàn)出有規(guī)律的分布[23]。

圖1 塔里木河下游各斷面分布Fig.1 Distribution of each section in the lower reaches of the Tarim River

塔里木河下游地區(qū)喬木主要為胡楊(Populuseuphratica),灌木包括檉柳(Tamarixchinensis)、黑刺(Lyciumruthenicum)、鈴鐺刺(Halimodendronhalodendron)等,草本主要有蘆葦(Phragmitescommunis)、鹿角草(Glossogynetenuifolia)、駱駝刺(Alhagisparsif)、花花柴(Kareliniacaspica)、鹽生草(Halogetonglomeratus)等。自2000年開展生態(tài)輸水以來,塔里木河下游地區(qū)受到大量下泄水的補(bǔ)給,大面積死亡或瀕臨死亡的植被又出現(xiàn)復(fù)蘇,植被蓋度和物種多樣性有所回升。胡楊大都沿河道分布,隨著離河道距離的增加,胡楊分布密度呈遞減趨勢,即單位面積內(nèi)胡楊的數(shù)量呈降低趨勢[24-25]。對于整個塔里木河下游地區(qū)而言,胸徑為16—36 cm的胡楊林木株數(shù)所占比例最大,占到70%以上[26]。在距離河道0—20 m的范圍內(nèi),幼齡胡楊所占比重較多,比例達(dá)到13.24%；隨著離河道距離的增加,幼齡胡楊所占比例逐漸下降,過熟林和衰老林所占比例逐漸增多；在離河道400 m之外,過熟林和衰老林所占比例達(dá)到90%以上[27-28]。

2 資料來源與研究方法

2.1 野外監(jiān)測與數(shù)據(jù)提取

在本研究中,選取塔里木河下游的英蘇、喀爾達(dá)依、阿拉干、依干不及麻4個典型斷面上的胡楊為研究對象。在2000年,生態(tài)輸水工程開始實施,本研究的課題組人員也開始對4個斷面的胡楊進(jìn)行監(jiān)測。在2000年,對于每一個監(jiān)測斷面,首先布設(shè)一條監(jiān)測樣帶,樣帶長2000 m,寬100 m；其次,將樣帶平均分成20個100 m×100 m的大樣方。

2.1.1 胡楊生態(tài)特征提取

在2000年,首先對各個樣地內(nèi)的胡楊進(jìn)行編號,然后對胡楊的生態(tài)因子進(jìn)行測量,包括胸徑、樹高、冠幅、長勢等因子。之后,在每一年的7—8月份,課題組人員均針對胡楊的生態(tài)特征進(jìn)行監(jiān)測。

2.1.2 樹木年輪獲取

在2016年,針對每一個100 m×100 m的大樣方,運用“十字交叉法”對樣方內(nèi)胸徑 >5 cm的所有胡楊進(jìn)行鉆芯取樣,取樣位置在測量胸徑處(離地面1.3 m)。4條樣帶內(nèi)一共80個100 m×100 m的大樣方,在這些樣方內(nèi),胸徑>5 cm的胡楊一共469棵,其中英蘇斷面141株,喀爾達(dá)依67株,阿拉干112株,依干不及麻149株。每棵胡楊以“十字交叉法”獲取鉆芯,鉆芯方向分別為南北和東西向,每棵樹取樣芯2個。鉆芯至樹干髓心處即可,并裝于自制的紙筒軟管中,記錄所取樣芯的胡楊胸徑、樣芯質(zhì)量等信息,共獲取樣芯938個。

2.2 研究方法

對于每一棵胡楊,在計算胡楊地上生物量之前,首先將胡楊地上部分分為樹冠與樹干兩個部分,然后計算這兩個部分的生物量。

2.2.1 胡楊樹冠生物量模型

董道瑞等[29]基于50株胡楊的平均冠幅、冠幅面積、樹冠周長、枝下高、胸徑、樹高、枯枝比等分別作為自變量與樹冠生物量進(jìn)行了相關(guān)分析,得出冠幅面積的相關(guān)性最高,并以冠幅面積為自變量建立了樹冠生物量估測模型,并且估測精度較高。因此,本文利用此模型對胡楊的樹冠生物量進(jìn)行估測。樹冠生物量估測模型：

S= 0.016A2+2.291A+11.084

(1)

式中,A為胡楊冠幅面積,S為樹冠生物量。

基于每一年胡楊冠幅面積的監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)合此模型,即可得出每一年胡楊的樹冠生物量。

2.2.2 胡楊樹干體積模型

圖2 胡楊樹干圓錐體示意圖Fig.2 Schematic diagram of the trunk cone of P. euphratica

在本研究中,采用微積分的方法,計算樹干的體積。本文假設(shè)在樹干上,樹輪半徑隨著樹干高度均勻變化。首先將胡楊樹干視為一個圓錐體,計算該圓錐體的體積(圖2)。

基于圖2,取積分變量為x,x∈[0,H]。在[0,H]上任取一個小區(qū)間[x,x+dx],以dx為底的窄邊梯形繞x軸旋轉(zhuǎn)而成的薄片可近似看作此圓錐體,其體積為：

(2)

則圓錐體的體積為：

(3)

由此即可以計算出樹干圓錐體的體積。結(jié)合樹干密度,即得出胡楊樹干生物量。胡楊的樹干密度取748.43 kg/m3[29]。

樹冠生物量與樹干生物量之和即為胡楊地上總生物量。

2.2.3 不同年份胡楊生物量

首先,選定一株胡楊,基于每一年測量的胡楊冠幅面積,利用公式(1)即可得出每一年胡楊樹冠生物量；其次,將鉆取的樣芯帶回實驗室經(jīng)粘貼、編號、固定、打磨等預(yù)處理后,進(jìn)行交叉定年[30],利用樹木年輪分析儀(LINTAB TM-6,精度0.01 mm)讀取徑向生長量的值,并借助圖表法和COFECHA軟件進(jìn)行交叉定年的校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)訂正,由此可以得出每一年胸徑處的樹木年輪增加寬度,基于2016年胡楊的胸徑,可得2000—2015年各個年份胡楊的胸徑值,然后借助公式(2—3)中的各個參數(shù)并結(jié)合胡楊樹干密度,可以得出每一年胡楊的樹干生物量；最后,每一年胡楊樹冠與樹干生物量之和即為該年度胡楊總生物量。

2.2.4 生態(tài)服務(wù)價值估算方法

本研究利用謝高地等[31]的研究方法,對胡楊的生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行評估。謝高地等參照Constaza等提出的方法,依據(jù)生物量特征進(jìn)行訂正,逐項估計各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,最后得出森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值。在本研究中,也依據(jù)胡楊的生物量特征進(jìn)行訂正,得出胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值計算公式：

P= (b/B)Pi

(4)

式中,P為胡楊的生態(tài)服務(wù)價值,b為胡楊單位面積生物量,B為我國一級生態(tài)系統(tǒng)類型—森林單位面積平均生物量,Pi為我國森林生態(tài)服務(wù)價值基準(zhǔn)單位。

2.2.5 胡楊林面積的提取

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為塔里木河下游的Landsat-TM影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù),成像時間為2000年、2010年與2016年的7—9月份,圖像分辨率為30 m,每景覆蓋范圍為185 km×185 km,影像主要采用2、3、4三個波段合成。首先,利用Erdas軟件對3期遙感影像進(jìn)行幾何校正與配準(zhǔn),在ArcGIS 10軟件支持下利用ArcInfo模塊分別對塔里木河下游的3期遙感影像進(jìn)行目視判讀和數(shù)字化工作；其次,通過實地考察進(jìn)行校準(zhǔn),對流域的解譯結(jié)果進(jìn)行修正,通過精度檢驗,使3期數(shù)據(jù)精度均在80%以上以符合研究的需求；第三,根據(jù)國家決策以及本次調(diào)查需要,將調(diào)查區(qū)的土地利用方式進(jìn)行分類。最后,本研究對胡楊林地的面積進(jìn)行了提取。

3 結(jié)果與分析

3.1 單位面積胡楊生物量

3.1.1 胡楊地上生態(tài)特征

在本研究中,首先依據(jù)2016年胡楊生態(tài)特征調(diào)查結(jié)果,得出各個監(jiān)測斷面胡楊的生態(tài)因子(表1)。

表1 胡楊地上因子統(tǒng)計

由表1可知,胡楊胸徑的最小值和最大值都出現(xiàn)在英蘇斷面。胡楊的胸徑反映出了樹齡的大小[32],因此英蘇斷面的胡楊樹齡寬度最大。另外,胡楊單株生物量最小值和最大值均出現(xiàn)在英蘇斷面,這表明在英蘇斷面胡楊齡級跨度大,胡楊幼苗、幼齡樹、中齡樹、老齡樹的數(shù)量均較多。依干不及麻斷面胡楊胸徑平均值最低,高度平均值也顯著低于其他3個斷面,胡楊單株平均生物量也顯著低于其他斷面,表明依干不及麻斷面的胡楊長勢較差。

3.1.2 各斷面不同離河道距離生物量特征

這是一種古老、珍稀而又奇特的樹種，經(jīng)林業(yè)人員普查，祁連縣境內(nèi)“最年長”的龍鱗大白楊已經(jīng)有400歲了，而樹齡超過200年的則有190多株。龍鱗大白楊是抗旱的能手，也是冠形優(yōu)美的觀賞樹種，而且只生長在我國哦！

胡楊生物量隨著離河道距離的變化特征反映出生物量隨著水分條件的變化規(guī)律。在塔里木河下游地區(qū),隨著離河道距離的增加,水分條件逐漸變差,如地下水埋深降低、土壤含水量減少等。胡楊生物量隨著離河道距離增加的變化特征如圖3所示。

圖3 各斷面不同與河距離上胡楊單位面積生物量分布特征Fig.3 The distribution characteristics of P. euphratica biomass per unit area in different distances from river on each section

由圖3可知,隨著離河道距離的增加,胡楊生物量呈現(xiàn)降低趨勢。在離河道700 m以內(nèi),胡楊的生物量較多,占到總生物量的90%以上；在離河道700 m以外,胡楊的生物量很少。這是因為隨著離河道距離的增加,河水漫溢作用減弱,地下水埋深降低,胡楊的生長受到抑制,導(dǎo)致生長衰敗,生物量減少。在英蘇斷面,胡楊地上生物量主要分布在距離河道300 m和1400—2000 m范圍內(nèi)。在離河岸300 m范圍內(nèi),胡楊密度大,長勢茂盛,冠幅大且沒有枯枝,地上生物量大；在1400 m之外,胡楊密度小而長勢極度衰退,活枝少,出現(xiàn)頂枯和腐芯現(xiàn)象,瀕臨死亡。在喀爾達(dá)依斷面,胡楊生物量在離河900 m附近有一個小的高峰,阿拉干斷面在500—700 m處的胡楊生物量也相對較高。這種現(xiàn)象也許與樣帶的設(shè)置方式或是微地形有關(guān),具體原因需要進(jìn)一步探討。

3.1.3 各斷面胡楊單位面積生物量

由于樣帶設(shè)置的隨機(jī)性,加上胡楊分布的隨機(jī)性,導(dǎo)致并非所有的大樣方內(nèi)都有胡楊分布。例如在阿拉干斷面所設(shè)置的樣帶內(nèi),離河道1100 m以內(nèi)有胡楊,1100 m之外沒有胡楊；但是在樣帶之外,離河道1100 m以外依然有胡楊分布,直至到2000 m以外的區(qū)域都有胡楊。因此本研究中,計算樣帶內(nèi)年胡楊平均生物量(表2)依然使用整條樣帶的面積,而非僅有胡楊分布區(qū)域的面積。

表2 各監(jiān)測樣帶內(nèi)胡楊單位面積生物量

表2中得出了各監(jiān)測斷面內(nèi)胡楊單位面積平均生物量。英蘇斷面的胡楊平均生物量最高,這是因為英蘇斷面離放水源-大西海子水庫最近,地下水埋深較高,土壤水含量也較大,可以較好的滿足胡楊的生長需求,因此胡楊長勢好、數(shù)量多。阿拉干斷面胡楊平均生物量也較高,這是因為阿拉干斷面位于其文闊爾河與老塔里木河兩條河流的交匯處,水源也相對充足,胡楊數(shù)量多,長勢也較好。喀爾達(dá)依和依干不及麻斷面上河水流量少,地下水埋深低,土壤含水量也較少,胡楊的生長受到抑制,數(shù)量少,長勢差。

3.2 單位面積胡楊生態(tài)服務(wù)價值變化

3.2.1 不同年份胡楊單位面積生物量

本研究基于樹木年輪分析法,依據(jù)胡楊生物量計算模型,得出2000、2010、2016年各監(jiān)測斷面胡楊單位面積生物量(圖4)。

圖4 各斷面不同年份胡楊單位面積生物量Fig.4 Biomass per unit area of P. euphratica in different years on each transect

由圖4可以得出,2000—2016年各個斷面胡楊單位面積平均生物量均有顯著增加。

在對塔里木河下游整個區(qū)域胡楊單位面積生物量進(jìn)行評估時,首先將4條樣帶視作一個整體,得出4條樣帶80個樣方胡楊總生物量；其次,可以計算出每一個樣方內(nèi)胡楊平均生物量。2000、2010、2016年,塔里木河下游胡楊單位面積平均生物量分別為264.63、352.80、419.37 kg/hm2。

3.2.2 胡楊生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值

胡楊是極端干旱區(qū)天然分布的唯一成林高大喬木樹種。因此,在生態(tài)服務(wù)價值評估時,本研究采取森林的生態(tài)服務(wù)價值?；诮y(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)以及文獻(xiàn)查詢資料,得出2000、2010、2016年全國森林單位面積生物量分別為77.4、80.07、81.76 t/hm2,單位面積服務(wù)價值分別為2.31×104、4.02×104、6.11×104元/hm2[33-36]。借鑒訂正公式(4),可以得出各個監(jiān)測斷面2000、2010、2016年胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值(表3)。

表3 各斷面不同年份胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值/(元/hm2)

由表3可知,隨著胡楊單位面積生物量的增加,2000—2016年各個斷面單位面積生態(tài)服務(wù)價值也呈增加趨勢。英蘇斷面單位面積生態(tài)服務(wù)價值最高,阿拉干斷面也相對較高；喀爾達(dá)依和依干不及麻胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值較低。

3.2.3 塔里木河下游胡楊單位面積服務(wù)價值變化

圖5 各年份胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值 Fig.5 Ecological service value per unit area of P. euphratica in different years

在估算塔里木河下游胡楊單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值時,首先將4個監(jiān)測斷面視為一個整體,計算出胡楊單位面積的平均生態(tài)服務(wù)價值(圖5)。

由圖5可以看出,2000—2016年,胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值明顯增加。2000年,胡楊單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值為78.96元/hm2,2010年為177.14元/hm2,到2016年增加到313.55元/hm2。

3.3 區(qū)域胡楊總服務(wù)價值變化

3.3.1 塔里木河下游植被面積變化

本研究基于遙感解譯資料,提取了塔里木河下游在2000、2010、2016年胡楊林地、灌木林地、草地面積圖(圖6)。

圖6 塔里木河下游不同年份植被分類結(jié)果Fig.6 Classification of vegetation in different years in the lower reaches of Tarim River

鑒于研究的需要,在此只選取了2000、2010、2016年胡楊林面積(圖7)。

由圖6與圖7可知,2000—2010年,塔里木河下游胡楊面積有所降低,減少了4.24%。生態(tài)輸水雖然促進(jìn)了胡楊面積的擴(kuò)大,但是2007年輸水量很少,僅為1410×104m3,2008年沒有輸水,2009年輸水量僅為1066×104m3,這導(dǎo)致胡楊的生長受到抑制,胡楊面積不斷衰退,到2010年胡楊的面積已經(jīng)低于2000年。2010—2016年,胡楊面積增加了11.58%,這是由于2010—2016年生態(tài)輸水狀況良好,總輸水量達(dá)354351×104m3,胡楊生態(tài)朝著良性的方向發(fā)展。

3.3.2 區(qū)域胡楊服務(wù)價值變化

在本研究中,基于胡楊單位面積生態(tài)服務(wù)價值以及相應(yīng)年份的胡楊面積數(shù)據(jù),得出當(dāng)年的胡楊總生態(tài)服務(wù)價值(圖8)。

圖8指出,2000—2016年,塔里木河下游胡楊總生態(tài)服務(wù)價值逐年增加,在2000年為43.24×104元,2010年為93.00×104元,到2016年達(dá)到184.27×104元。

3.3.3 胡楊生態(tài)服務(wù)功能類型

基于中國森林單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類特征[37],從服務(wù)功能類型角度出發(fā),食物生產(chǎn)和原材料生產(chǎn)是有形服務(wù),而其余的服務(wù)功能是無形的服務(wù)。本研究借鑒中國森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值當(dāng)量[37]以及訂正公式,可得2016年胡楊的有形服務(wù)價值為22.74×104元,無形服務(wù)價值為161.53×104元,胡楊的無形生態(tài)服務(wù)價值為有形生態(tài)服務(wù)價值的7.1倍(圖9)。

圖7 不同年份胡楊林面積Fig.7 The area of P. euphratica in different years

圖8 不同年份胡楊生態(tài)服務(wù)價值 Fig.8 The total ecological service value of P. euphratica in different years

圖9 胡楊有形服務(wù)價值與無形服務(wù)價值所占比例 Fig.9 Proportion of tangible service value and intangible service value of P. euphratica

4 討論

4.1 塔里木河下游胡楊生物量特征

本研究中胡楊的單株生物量是樹冠生物量與樹干生物量兩部分之和。樹冠生物量是引用董道瑞等[29]的研究成果,通過一級枝生物量估測模型計算而獲取,此種方法肯定存在誤差。但是胡楊林是國家保護(hù)公益林,如果將胡楊樹冠全部獲取稱重并不具有可適性,因此建立樹冠生物量估測模型是一條簡單易行的解決途徑。在本研究中,樹干密度也是采用董道瑞等[29]所得出的結(jié)果,而本結(jié)果是基于新疆林業(yè)科學(xué)研究院所提供的基礎(chǔ)方法(結(jié)合胸徑、高度)計算而得,結(jié)果具有一定的可信性。此外,考慮胡楊樹干的實際生長特點,胡楊的樹干并非圓柱形,而是呈圓錐形,即胡楊樹干直徑在靠近地面處最大,隨著高度的增加,樹干直徑逐漸減小[38]。在其他一些研究中,對胡楊樹干體積的計算經(jīng)常將胡楊樹干作為圓柱體,這樣誤差較大。在本研究中,按照圓錐體體積的計算方法對胡楊的樹干體積進(jìn)行估算,提高了計算結(jié)果的準(zhǔn)確度。

塔里木河下游的胡楊分布與生態(tài)輸水密切相關(guān)。在離河道近處,地下水埋深較淺,胡楊根系與地下水的接觸面積相對較大,水分較為充足,并且漫溢作用較強(qiáng),植被長勢較好,單位面積生物量較大；隨著與河距離的增加,地下水埋深加大,植物根系與地下水的接觸面積越來越小,水分條件逐漸變差,植被長勢逐漸衰弱,單位面積生物量減小[39],這正與本研究的結(jié)果相符合。在英蘇斷面,離河道300—1400 m的范圍內(nèi)沒有胡楊,這是因為胡楊在荒漠環(huán)境中呈斑塊狀分布[40]。塔里木河下游胡楊林十分衰敗,老化與退化現(xiàn)象十分嚴(yán)重[41],2016年胡楊平均生物量僅為419.37 kg/hm2,遠(yuǎn)低于我國的東部地區(qū)[42-43]。在塔里木河下游地區(qū),不僅僅分布有胡楊,還有檉柳、駱駝刺、花花柴、鹿角草等灌木和草本植物,胡楊的生長發(fā)育與這些林下植被有密切關(guān)系,如胡楊根系提水作用促進(jìn)灌草的生長,而灌草的物種多樣性維持了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[44]等,以后應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究。

4.2 塔里木河下游胡楊生態(tài)服務(wù)價值評估

干旱區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值受到越來越多的學(xué)者關(guān)注。在塔里木河下游地區(qū),胡楊分布稀疏,生態(tài)服務(wù)價值也較小,2016年胡楊單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值僅為313.55元/hm2,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國森林的平均生態(tài)服務(wù)價值61130元/hm2。和田河流域也位于中國的內(nèi)陸干旱區(qū),流域內(nèi)分布有大片胡楊。楊麗雯等[45]得出,在和田河流域,胡楊林的單位面積生態(tài)服務(wù)價值約為21105元/hm2,與塔里木河下游胡楊單位面積服務(wù)價值差距很大,這主要與胡楊林單位面積株數(shù)、生長狀況有關(guān)。和田河流域單位面積內(nèi)胡楊分布較多,并且水資源比塔里木河下游豐富[46],胡楊長勢較好,這導(dǎo)致了在相似干旱區(qū)內(nèi)不同區(qū)域胡楊的平均生態(tài)服務(wù)價值差距很大。在我國的東部地區(qū),森林單位面積生態(tài)服務(wù)價值普遍較高,如九華山森林單位面積生態(tài)服務(wù)價值為18.87×104元/hm2[47],海南島尖峰嶺地區(qū)森林單位面積生態(tài)服務(wù)價值為1.49×104元/hm2[48],這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塔里木河下游地區(qū)的胡楊單位面積服務(wù)價值。因為影響森林單位面積生態(tài)服務(wù)價值的因素主要是森林質(zhì)量狀況,而森林質(zhì)量受到區(qū)域氣候條件的影響[49]。在中國的東部和南部地區(qū),受到太平洋和印度洋季風(fēng)的影響,海洋濕潤氣團(tuán)可以從東部和南部深入到較遠(yuǎn)的區(qū)域,山坡上的森林分布茂密,單位面積生態(tài)服務(wù)價值高；西北內(nèi)陸地區(qū),受海洋氣團(tuán)的影響較弱,森林分布較為稀疏,單位面積生態(tài)服務(wù)價值低。此外,在對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的過程中,每個專家所選取的指標(biāo)有所不同,造成了研究結(jié)果的差異[50-51]。因此,建立一個系統(tǒng)的、成熟的干旱區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估指標(biāo)體系具有重要意義。

4.3 塔里木河下游胡楊生態(tài)服務(wù)價值評估結(jié)果誤差分析

在野外取樣的過程中,本研究采用每木檢尺、實地測量與取樣的方式。在理論上,各項實測的數(shù)據(jù)應(yīng)該沒有什么問題,但是在實際操作的過程中,由于人為因素、儀器影響等因素,計算結(jié)果會有一定的誤差。但是與機(jī)械角規(guī)樣地實測法、樣圓實測法、角規(guī)典型選樣調(diào)查法等方法相比,這種取樣的方法精度最高[52],結(jié)果最為可信。因此,在以后的研究中應(yīng)深入分析模型誤差的范圍、來源及影響因素,提高建模過程中各個環(huán)節(jié)的精確度。本研究的立題依據(jù)是生物量與生態(tài)服務(wù)價值之間存在線性相關(guān)關(guān)系,在對生物量進(jìn)行野外實地調(diào)查的基礎(chǔ)上,運用生物量對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進(jìn)行單價訂正。然而,生物量的偏差必然會導(dǎo)致生態(tài)服務(wù)價值的差異[53]。因此,在以后的研究中,需要借鑒國內(nèi)外的研究經(jīng)驗,不斷更新測試儀器與測試技術(shù),尋求更為精確的生物量估算模式,提出適合干旱區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值評估方法。在今后的研究中,重點針對以下幾個方面開展實施：干旱區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)機(jī)制、干旱區(qū)生態(tài)服務(wù)價值評估指標(biāo)參數(shù)的合理性選取以及參數(shù)的精度研究、森林生態(tài)調(diào)節(jié)與生態(tài)變化過程之間的關(guān)系等。另外,塔里木河下游胡楊的無形服務(wù)價值為有形服務(wù)價值的7.1倍,即胡楊最為重要的是其無形服務(wù)價值,即間接經(jīng)濟(jì)價值。但是現(xiàn)有的國民經(jīng)濟(jì)核算體系以國內(nèi)生產(chǎn)總值為中心,過于注重森林的直接經(jīng)濟(jì)價值而忽視其巨大的間接經(jīng)濟(jì)價值。這不僅導(dǎo)致森林生產(chǎn)力低下、木材質(zhì)量下降以及病蟲害蔓延等嚴(yán)重后果,而且也會對整個系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生不利影響。因此,應(yīng)盡快將森林的間接經(jīng)濟(jì)價值估算納入國民經(jīng)濟(jì)核算范圍,建立綠色國民經(jīng)濟(jì)核算體系。

5 結(jié)論

生態(tài)輸水主要通過控制地下水埋深來影響胡楊的生長。胡楊主要分布在離河道0—700 m范圍內(nèi)水分條件較好的區(qū)域,離河道700 m以外胡楊分布較少。2000、2010、2016年胡楊單位面積平均生態(tài)服務(wù)價值分別為78.96、177.14、313.55元/hm2,總服務(wù)價值分別為43.24×104、93.00×104、184.27×104元,并且胡楊的無形服務(wù)價值為有形服務(wù)價值的7.1倍左右。