董崢嶸，馬海龍，周連生，楊福俊*，于寶勒，東明，張磊

（1.四子王旗林業(yè)和草原局公益林管理站，四子王旗 011800；2.呼和浩特市林木種苗站，呼和浩特 010030；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)和草原監(jiān)測規(guī)劃院，呼和浩特 010020）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的各種惠益[1]。森林除了直接產(chǎn)出豐富林產(chǎn)品外，更具有固炭釋氧、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、改良土壤、減少污染、美化環(huán)境等多種服務(wù)功能[2]。生態(tài)服務(wù)功能的價值評估是將生態(tài)服務(wù)功能進行貨幣化的過程，對國家級公益林進行生態(tài)服務(wù)功能價值評估，能以更直觀的方式體現(xiàn)公益林為當?shù)鼐用褚约爸苓厖^(qū)域帶來的各種益處。公益林生態(tài)服務(wù)功能價值評估，對提高公眾環(huán)境保護意識、助力傳統(tǒng)國民經(jīng)濟核算體系走向環(huán)境與經(jīng)濟一體化核算體系、減少資源的過度消耗與生態(tài)破壞、促進森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，都能起到相當?shù)淖饔?。隨著社會對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能認識的深入與相關(guān)研究與應(yīng)用的不斷發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也已成為公益林效益評價指標體系中重要的組成部分。

公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估，還可以為生態(tài)補償制度的設(shè)計與利益分配的公平性提供基礎(chǔ)。生態(tài)補償也已成為保護生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要經(jīng)濟手段之一[3]，通過政策制度保護，使生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)提供上述的服務(wù)功能，是開展生態(tài)補償?shù)淖罱K目的，因此，在生態(tài)補償制度設(shè)計時，應(yīng)以生態(tài)系統(tǒng)提供的服務(wù)功能作為其科學(xué)基礎(chǔ)[2]。

內(nèi)蒙古西部地區(qū)自然條件相對惡劣，氣候干旱，風(fēng)沙大、降水少、植被覆蓋度低，荒漠化與水土流失情況較重，屬于生態(tài)狀況脆弱地區(qū)。在這些地區(qū)，國家級公益林在維護國家生態(tài)安全、國防安全，改善區(qū)域生態(tài)狀況，保障人居環(huán)境質(zhì)量方面起著至關(guān)重要的作用。國家級公益林以灌木林地為主，其國家級公益林資源結(jié)構(gòu)，在內(nèi)蒙古西部地區(qū)具有一定典型性。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市四子王旗，該旗位于大青山北麓，烏蘭察布草原西北部，地理坐標為北緯40°20′～42°40′，東經(jīng)110°20′～113°00′，總面積25 513 km2該區(qū)域地處中溫帶，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量110～350 mm，且分布不均，年際變幅大，年蒸發(fā)量2 300～2 400 mm。年平均氣溫1～6 ℃，年平均風(fēng)速3.6 m/s，年平均無霜期為78～142 d。該區(qū)域植被特征從南向北可分為山地半干旱草原植被類型、丘陵半干旱草原植被類型、高原干旱荒漠草原植被類型、草甸植被類型等。

1.2 國家級公益林概況

四子王旗國家級公益林均被列入中央財政森林生態(tài)效益補償范圍，其面積為164 146.67 hm2，占全旗林地面積的16.06 %，占全旗土地面積的6.43%。研究區(qū)國家級公益林主要群落類型有檸條灌木林、楊樹人工林、榆樹人工林、落葉松人工林，另有紅砂、駝絨藜、白刺等天然灌木林。檸條灌木林面積占比在85%以上，人工檸條主要分布于研究區(qū)南部，天然檸條灌木林主要分布于中部與北部；楊樹人工林、榆樹人工林、落葉松人工林面積占比僅2.73%，且分布集中。詳見表1。

表1 四子王旗國家級重點公益林面積統(tǒng)計表

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)與樣品采集

本研究采用樣地調(diào)查與國家級公益林落界成果數(shù)據(jù)、森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查（二類調(diào)查）數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，從典型樣地與相關(guān)數(shù)據(jù)庫中提取所需的參數(shù)，測算四子王旗國家級公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量與價值量。

根據(jù)研究區(qū)國家級公益林資源分布特點，以起源、優(yōu)勢樹種為主要因子，采用典型抽樣法選取并布設(shè)調(diào)查樣地，規(guī)格為60 m×10 m。共布設(shè)樣地33塊，其中人工喬木林樣地12塊，優(yōu)勢樹種為楊樹、榆樹、落葉松；人工灌木林地樣地15塊，優(yōu)勢樹種為檸條；天然灌木林地樣地6塊，優(yōu)勢樹種為檸條、紅砂。在樣地內(nèi)，沿對角線設(shè)置3個5 m×5 m的灌木樣方，每個灌木樣方中各設(shè)置一個1 m×1 m的草本樣方，用于灌木生物量與灌木、草本生物多樣性調(diào)查。

2017 年8 月進行生物多樣性調(diào)查；喬木層調(diào)查因子包括樹種、起源、林齡、胸徑、樹高；灌木調(diào)查因子包括種名（或優(yōu)勢種）、平均高、蓋度、冠幅、株數(shù)；草本調(diào)查種名、株（叢）數(shù)、平均高、蓋度。2018 年8月采集土壤樣品，進行土壤理化指標分析；土壤采用土壤剖面法進行分層采集環(huán)刀樣品與土壤分析樣品。土壤容重測定采用環(huán)刀法；土壤有機質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法[4]；全N 采用高氯酸—硫酸消化，開氏定氮儀法；全P 采用高氯酸—硫酸消化，分光光度計法[4]；全K 采用氫氟酸—高氯酸熔融，原子吸收儀法[5]。2019 年8 月進行生物量調(diào)查。喬木林生物量采用生物量拓展因子法與含碳率法，灌木生物量測定采用收獲法。灌木采樣時首先根據(jù)灌木樣方調(diào)查結(jié)果，分別確定不同灌木樹種、等級的樣株3～5株，在樣方外圍進行取樣，分別干、枝、葉、果、根稱重，取樣并帶回實驗室烘干。

2.2 計算方法

2.2.1 生物量與固碳釋氧功能計算方法

喬木生物量計算方法，采用樣地調(diào)查結(jié)合二類調(diào)查數(shù)據(jù)的方式，根據(jù)各優(yōu)勢樹種（組）面積與材積，利用基本木材密度（D）和生物量擴展因子（BEF）將林木樹干材積轉(zhuǎn)化為林木地上生物量。利用林木生物量含碳率將林木生物量轉(zhuǎn)化為碳含量[6]。

式中：Bi=樹種i的生物量；t d.m.；Ci=樹種i的生物質(zhì)碳儲量；t C；Vi=樹種i的蓄積；m3；Di=樹種i的基本木材密度（帶皮）；t d.m·m-3；BEFi=樹種i的生物量擴展因子，用于將樹干材積轉(zhuǎn)化為林木地上生物量；無量綱；CFi=樹種i的含碳率；t C(t.d.m.)-1；i=1,2,3……樹種。

灌木層生物量計算方法，根據(jù)調(diào)查樣方灌木株（叢）數(shù)、樣品鮮重、標準灌木鮮重數(shù)據(jù)，根據(jù)下式計算灌木單位面積生物量。

式中：Mshrub—樣方灌木生物量（干重），kg；pshrub—灌木干鮮比；Mstandard_wet—每株平均標準灌木鮮重，g；N—樣方灌木總株數(shù)；Mshrub_sum—單位面積灌木生物量，t·hm-2；Nplot—樣方數(shù)；Splot—樣方面積，m2。

植被碳庫計算公式如下：

式中，Ci為第i類固碳量（t），Mi為第i類生物量（t），F(xiàn)i為第i類含碳率。

采用碳稅法對森林固碳價值進行估算[7]。依據(jù)計算出的植被碳儲量推算植被釋氧量，釋氧價格采用國家權(quán)威部門公布的氧氣商品價格進行估算。

2.2.2 其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能計算

采用水量平衡法計算森林涵養(yǎng)水源的能力及對其涵養(yǎng)水源價值進行評估[8]，森林涵養(yǎng)水源價值核算采用影子工程法[7]。生態(tài)系統(tǒng)土壤保持量由潛在土壤侵蝕量與現(xiàn)實土壤侵蝕量進行估算[9-11]，森林固土功能價值量評價采用機會成本法[7]，根據(jù)森林固土量與研究區(qū)測定的土壤有機質(zhì)、全N、全P、全K含量，折算成磷酸二銨和氯化鉀的價值來體現(xiàn)保肥價值[7]。采用面積—吸收能力法計算降解SO2、NOX與滯塵能力，價值量采用吸收量乘以治理價格進行估算[7]。物種保育價值采用單位面積年物種損失的機會成本估算[7]。

3 結(jié)果與分析

3.1 公益林固碳釋氧功能

森林的固碳釋氧功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)通過森林植被、土壤動物和微生物固定碳素、釋放氧氣的功能。森林生態(tài)系統(tǒng)具有強大的碳吸收能力，與大氣進行CO2與O2的交換，減少大氣中的CO2，提高大氣中的O2含量，這不僅減輕了溫室效應(yīng)，而且有效地維持了大氣中CO2和O2的動態(tài)平衡，為人類提供了適宜的生存環(huán)境。經(jīng)測算，四子王旗國家級重點公益林有林地與灌木林地生物量分別為38 331.47 t 和959 978.64 t，國家級重點公益林植物固碳量為99.83 萬噸，植物固碳功能的經(jīng)濟價值為91 986.29 萬元。國家級重點公益林釋氧量為196.21 萬噸，釋放O2的經(jīng)濟價值為196 204.74 萬元。

四子王旗公益林固碳釋氧功能的總經(jīng)濟價值為288 191.03 萬元。由于此次研究中未包含森林年凈生長量調(diào)查，所以，該計算結(jié)果為公益林固碳釋氧存量價值。詳見表2。

表2 四子王旗國家級重點公益林固碳釋氧功能物質(zhì)量與價值量

3.2 公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能

經(jīng)測算，四子王旗國家級重點公益林在支持、調(diào)節(jié)、供給等三個方面所發(fā)揮的服務(wù)功能價值量為159 873.35萬元/a。支持服務(wù)功能包括固土保肥功能，四子王旗國家級重點公益林年固土量為20.92萬噸，年保肥量為8.26 萬噸，固土保肥價值量為27 629.78萬元，占總服務(wù)功能價值量的17.28%；調(diào)節(jié)服務(wù)功能包括涵養(yǎng)水源、凈化大氣環(huán)境、森林防護等功能，四子王旗國家級重點公益林年調(diào)節(jié)水量為8 203.98 萬立方米，凈化水質(zhì)量8 203.98 萬立方米，涵養(yǎng)水源總價值量為28 221.68 萬元，占17.65%；公益林每年在凈化大氣環(huán)境方面所發(fā)揮的價值為16 939.91萬元，占總價值的10.60%；研究區(qū)國家級重點公益林每年防風(fēng)固沙面積4.42萬公頃，每年在森林防護方面所發(fā)揮的價值為8 957.98 萬元；供給服務(wù)功能包括生物多樣性保護功能，四子王旗國家級公益林，在物種保育方面所發(fā)揮的價值達到了78 124.00 萬元，占總價值量的48.87 %。詳見表3。

表3 四子王旗國家級重點公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量與價值量

3.3 分析

國家級公益林區(qū)各森林類型固碳釋氧功能差異明顯，其中，喬木林的單位面積固碳量與釋氧量最高，明顯高于其他林型，而單位面積楊樹純林的固碳釋氧功能最弱。森林植被固碳釋氧功能的好壞與植被生物量之間有直接關(guān)系，研究區(qū)喬木林單位面積生物量高于灌木林，但由于研究區(qū)氣候干旱，土壤水分條件較差等原因，導(dǎo)致當?shù)毓媪謪^(qū)喬木林質(zhì)量不高，所起到的生態(tài)功能有限；作為主導(dǎo)四子王旗國家級重點公益林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的主要部分，灌木林生物量占公益林總生物量的96.16 %，在固碳釋氧方面發(fā)揮著主要功能。在研究中發(fā)現(xiàn)，其中，人工灌木林單位面積生物量高于天然灌木林，天然紅砂灌木層生產(chǎn)力較低，蓋度在30%～40%間時僅為天然檸條的1/3，人工建設(shè)的公益林發(fā)揮的固碳釋氧功能相當可觀。

森林生態(tài)系統(tǒng)在生物多樣性維護方面起到非常重要的作用，生物多樣性與生態(tài)服務(wù)功能之間的關(guān)系復(fù)雜[3]。根據(jù)樣地調(diào)查結(jié)果可知，研究區(qū)不同森林類型香農(nóng)指數(shù)差別較大，喬木林中，人工楊樹林香農(nóng)指數(shù)小于1，人工榆樹林與人工落葉松林香農(nóng)指數(shù)大于1；灌木林中，人工灌木林香農(nóng)指數(shù)大于1，天然灌木林小于1?？傮w來說，研究區(qū)國家級公益林區(qū)植被香農(nóng)指數(shù)大部分在1～1.5 之間，相對較低。盡管如此，研究區(qū)國家級公益林所具有的物種保育價值也達到了78 124.00 萬元，并占總價值的將近一半。森林涵養(yǎng)水源的能力與森林的面積與區(qū)域降水量、蒸發(fā)量有很大的關(guān)系，研究區(qū)年平均降水量較少，森林年蒸散量大，氣候條件制約了公益林涵養(yǎng)水源的能力與其發(fā)揮的價值，研究區(qū)喬木林比重很低，所以，限制了喬木林分調(diào)節(jié)水量的能力與價值。

對四子王旗所在的區(qū)位而言，防風(fēng)固沙功能是非常重要的區(qū)域需求，通過價值評估可知，其每年防護面積達到4.42萬公頃，年滯塵量達到112.92萬噸，每年可以固定土壤20.92萬噸。

通過森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估過程可以看出，森林的面積與質(zhì)量直接關(guān)系到服務(wù)功能的質(zhì)量與價值，因此，通過公益林補償機制的實施，對公益林資源進行保護與合理的營造能有效地提高森林的面積以及質(zhì)量，進而提高公益林的生態(tài)服務(wù)價值。

4 結(jié)論

總體來說，研究區(qū)國家級公益林的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量是相當可觀的，但由于地理環(huán)境與植被特征等因素影響，研究區(qū)單位面積服務(wù)功能價值仍處于較低水平，尤其針對以灌木群落為主的干旱半干旱區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)而言，碳儲量與固碳釋氧、涵養(yǎng)水源等能力均相對較弱。灌木作為干旱、半干旱區(qū)重要的森林資源組成部分，通過合理的保護措施，提高其質(zhì)量無疑對提高干旱、半干旱地區(qū)的森林生態(tài)功能的更好發(fā)揮具有重要意義。國家級公益林的區(qū)劃界定與建設(shè)以及生態(tài)效益補償機制的實施對處于生態(tài)區(qū)位極為脆弱地區(qū)森林資源的保護發(fā)揮著重要作用。