中國平原林業(yè)工程的生態(tài)服務(wù)功能價值研究

李志沛，張宇清，朱清科，鄭 慧，馮靖宇，陳作州

（北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，北京 100083）

生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了賴以生存和發(fā)展的多種產(chǎn)品以及維持人類生命的支持系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1-6]。近年來，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究已經(jīng)取得了令人矚目的進展[7-19]。特別是森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮舉足輕重的作用，其服務(wù)功能的價值評估是研究的一個熱點，但很少有人關(guān)注農(nóng)田林網(wǎng)、農(nóng)林間作、四旁植樹等平原林業(yè)的生態(tài)服務(wù)功能。

隨著全球環(huán)境意識、生態(tài)意識的增強，林業(yè)的社會地位大大提高。特別是在平原地區(qū)，林業(yè)不僅承擔(dān)著國土生態(tài)安全，還承擔(dān)著糧食安全，林產(chǎn)品供給等多重職能。平原林業(yè)是我國林業(yè)建設(shè)事業(yè)的一個重要組成部分。它在改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，增加森林資源和林副產(chǎn)品，促進農(nóng)業(yè)全面發(fā)展，提高群眾生活水平方面有著重要的作用[20]。建國以來，我國政府一直十分重視平原區(qū)林業(yè)建設(shè)，經(jīng)過50年以上的不斷完善，現(xiàn)已基本形成以農(nóng)田防護林為主體，輔以農(nóng)林（果）間作、成片造林，帶、網(wǎng)、片、點相結(jié)合多樹種、多林種、多層次、多模式和多功能的農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)，不僅發(fā)揮林業(yè)本身的直接經(jīng)濟效益，而且通過調(diào)節(jié)局地小氣候，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了重要生態(tài)保障[23]。本研究以平原林業(yè)為研究對象，探討其生態(tài)服務(wù)功能及其經(jīng)濟價值，為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值研究提供了一些基礎(chǔ)理論的補充，同時也科學(xué)地評價平原林業(yè)建設(shè)所取得的成就，對平原地區(qū)經(jīng)濟社會科學(xué)發(fā)展，具有十分重要的戰(zhàn)略指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

我國平原地域遼闊，主要分布在東北、華北、長江中下游、珠江三角洲等地區(qū)，包括26個?。ㄊ?、自治區(qū)），186個市，共958個平原縣、半平原縣和部分平原縣。研究區(qū)內(nèi)耕地面積4 937.2萬hm2，總?cè)丝?0 709萬人，全區(qū)林業(yè)總產(chǎn)值3 324.2億元，農(nóng)民人均純收入3 687元。平原地區(qū)的水肥等自然條件相對較好，是全國重要的糧、棉、油生產(chǎn)基地，同時也是我國重要的木材生產(chǎn)基地。通過幾十年的努力，平原地區(qū)森林覆蓋率由1987年的7.3%提高到現(xiàn)在的15.7%[21]。特別是以林業(yè)重點工程為帶動，以農(nóng)田防護林體系為主體，以村鎮(zhèn)綠化（含城鎮(zhèn)）為基礎(chǔ)，結(jié)合通道綠化、河流干渠綠化，使廣大平原地區(qū)造林面積迅速增加，造林質(zhì)量明顯提高，生態(tài)環(huán)境明顯改善。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)主要來自《全國平原林業(yè)功效調(diào)查》項目，實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)為全國26個省，177個市，868個縣；還有一些前人研究成果。同時，參考《全國平原綠化工程建設(shè)規(guī)劃》，將26個省（直轄市、自治區(qū)）分為六個大區(qū)，詳見表1。

表1 全國平原地區(qū)?。ㄊ?、自治區(qū)）分區(qū)

2.2 我國平原林業(yè)工程的生態(tài)服務(wù)功能價值核算方法

近年來，國際上對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究十分重視，生態(tài)學(xué)家、生態(tài)經(jīng)濟學(xué)家及相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家共同合作，從生態(tài)系統(tǒng)過程、生態(tài)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟價值等多個方面開展綜合研究，不斷充實與豐富生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的內(nèi)涵，探索其評價技術(shù)及生態(tài)經(jīng)濟價值的評估方法。

2.2.1 評估指標選擇 在充分考慮平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)背景特征的基礎(chǔ)上，通過認真分析國內(nèi)外相關(guān)評估指標體系，采用頻度分析法結(jié)合專家咨詢法，篩選指標和構(gòu)建適合的平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價指標體系（見表2），主要從林產(chǎn)品、保育土壤、固碳制氧、凈化空氣、防風(fēng)固沙、森林游憩6個方面9個指標對平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行估算。由于生物多樣性等服務(wù)功能缺少相關(guān)數(shù)據(jù)，難以找到合適的評估方法及指標體系，在此暫不列入研究范圍。

表2 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估指標體系

2.2.2 提供林產(chǎn)品功能 林產(chǎn)品價值屬于直接價值，可采用市場價值法來評估其價值：

式中：E1——平原林業(yè)生產(chǎn)木材的價值（元）；Si——第i省份的林業(yè)用地面積（hm2）；Vi——第i省份單位面積木材蓄積量的年增長量（m3/a）；P——木材市場平均價格；f——出材率（取65%）。

2.2.3 保育土壤功能 平原區(qū)由于植被的存在，特別是林木，減少了地表土壤侵蝕及肥力損失。林木憑借龐大的樹冠、強壯且成網(wǎng)絡(luò)的根系，截留大氣降水，減少或免遭雨滴對土壤表層的直接沖擊，有效地固持土體，降低了地表徑流對土壤的沖蝕，使土壤流失量大大降低。

本研究先通過土壤侵蝕模型，分別估算研究區(qū)現(xiàn)實土壤侵蝕量和潛在土壤侵蝕量，從而得到土壤保持量；在參考《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190-2007）的基礎(chǔ)上，確定六個分區(qū)的現(xiàn)實土壤侵蝕模數(shù)和潛在土壤侵蝕模數(shù)，然后計算出平原林業(yè)工程覆蓋區(qū)的現(xiàn)實土壤侵蝕量、潛在侵蝕量、減少的土壤侵蝕量；再通過機會成本和替代工程法從減少養(yǎng)分流失（保護土壤肥力）、減輕泥沙淤積災(zāi)害兩個方面來評價平原林業(yè)工程保育土壤的經(jīng)濟價值。

式中：Ai——第i省份的土壤保持量[t/（hm2·a）]；Ap——潛在土壤侵蝕量[t/（hm2·a）]；Ar——現(xiàn)實土壤侵蝕量[t/（hm2·a）]。

（1）減少養(yǎng)分流失的價值：水土流失帶走了土壤中的養(yǎng)分，主要是N、P、K等。根據(jù)以下模型可計算保護土壤養(yǎng)分的價值量：

式中：E2——植被保持土壤養(yǎng)分價值量；Ai——第i省份的土壤保持物質(zhì)量（t/a）；Cij——第i省份的土壤中N、P、K的含量；Pj——含N、P、K的標準化肥的市場價格；Bj——N、P、K在標準化肥中的含量。

地表層土壤中全N、P、K平均含量是0.046%、0.136%、2.238%。土壤侵蝕造成的N、P、K大量損失，其價值可通過增加使用化肥的費用來代替N、P、K損失的價值，即用替代市場法來計算減少養(yǎng)分流失的價值。根據(jù)市場調(diào)查，磷酸二銨和氯化鉀的市場價分別為2 200元/t和1 400元/t，其中，N、P、K在化肥中的含量分別為：28/132，31/132，39/75。

（2）森林減少泥沙淤積價值測算：

式中：E3——植被防止泥沙淤積價值量（元/年）；Ai——第i省份土壤保持物質(zhì)量（t/a）；C——水庫工程費用（元/m3）；ρ——土壤容重（t/m3）。

根據(jù)資料，1 m3庫容需投入成本費5.714元，土壤容重ρ取1.3 t/m3。

2.2.4 固碳制氧功能 本研究應(yīng)用基于蓄積量法、生物量法的生物清單法，來推算林木的生物量。然后用林木的平均碳密度與生物量相乘可以得到林木的碳儲量，再根據(jù)碳元素在二氧化碳分子質(zhì)量中的比例，就可以得到林木二氧化碳固定量。但需要說明的是本文中碳儲量僅指林木的活生物量，并未包括枯死木、下木層、草本層、枯枝落葉層以及森林土壤層等的碳庫。計算公式如下：

式中：C是林木固定CO2量；Vi為某省的平原林業(yè)的林木年均蓄積量；Di是樹干密度；Ri是樹干生物量占喬木層生物量的比例；ρCi是樹木的含碳率；PC是森林固定CO2的成本價值；E4是固碳價值（萬元/a）。

R值選取了王效科研究的結(jié)果作為本研究的樹干生物量占喬木層生物量比例，R值為0.518 3[25]。在過去大量研究中，研究者大多采用平均含碳率0.5[26-27]，也有采用平均含碳率0.45[28-29]，本研究結(jié)合實際情況，最終選取含碳率0.5。樹干木材密度選取0.45 t/m3[30-31]。

根據(jù)光合作用反應(yīng)方程式可知，植物每生產(chǎn)1 g干物質(zhì)需要1.62 g CO2，釋放1.2 g O2。然后通過下式評價：

式中，E5是制氧價值（萬元/a）；PO森林釋放O2的成本價值。

參照文獻[24]，制氧成本用工業(yè)生產(chǎn)氧氣的價格400元/t進行估算；固定CO2成本采用碳稅法計算，使用瑞典的碳稅率150美元/t，將其轉(zhuǎn)化成固定CO2率，即固定CO2成本為40.91美元/t來進行估算[19]。

2.2.5 凈化空氣功能 凈化空氣的研究主要集中在滯塵和有害氣體的吸收上，有害氣體以SO2為主。常用公式：

式中，E6、E7——凈化SO2和滯塵價值（萬元/年）；Qs、Qd——吸收SO2和滯塵能力[t/（hm2·a）；Si——第i省份林業(yè)用地面積（hm2）；Cs、Cd——凈化SO2和削減粉塵成本（元/t）。

根據(jù)“中國生物多樣性國情研究報告”，不同林種對SO2的吸收能力在88.65～215.60 kg/（hm2·a），因此本文吸收SO2能力取152.125 kg/（hm2·a），減少SO2的成本為600元/t。據(jù)研究[22]，不同林種滯塵能力為10.20～33.2 t/（hm2·a），因此本文滯塵能力取21.7 t/（hm2·a），削減粉塵的成本為170元/t。

2.2.6 防風(fēng)固沙功能 可用平原地區(qū)受保護農(nóng)作物的增產(chǎn)量折算成防風(fēng)固沙的服務(wù)功能的價值。

式中，E8——防風(fēng)固沙服務(wù)功能價值量（元／a）；Qi——第i省份農(nóng)作物的產(chǎn)量；P——農(nóng)作物單價；f——有防護林保護農(nóng)作物增產(chǎn)率。參考大量國內(nèi)研究資料，適中地取農(nóng)作物增產(chǎn)率為15%。

2.2.7 森林游憩功能 森林游憩功能（E9）參考《全國平原林業(yè)功效調(diào)查》，用森林旅游收入來估算森林旅游生態(tài)服務(wù)功能價值。

2.2.8 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值 平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為以上6大功能中的9個指標評價價值之和。

式中：E為平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能總價值（萬元/a；Ei為第i項服務(wù)功能價值（萬元/a）。

3 結(jié)果與分析

3.1 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價值總量

根據(jù)以上評價方法，得出平原林業(yè)6類生態(tài)服務(wù)功能的總經(jīng)濟價值3 157.98億 元／a（詳見表3）。

由表3可看出，在各項生態(tài)服務(wù)功能價值中，按其貢獻大小順序依次為：凈化空氣>保育土壤>固碳制氧>防風(fēng)固沙>提供木材>森林游憩；其中凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能對生態(tài)系統(tǒng)價值的貢獻最大，分別是948.41億元、903.15億元和556.88億元，占平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能總價值的30.03%、28.60%和17.63%（圖1）；另外，提供木材的價值是306.77億元，占總價值的9.71%。由此可知，平原林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不僅為社會提供直接林產(chǎn)品，還具有巨大的生態(tài)和社會價值，而且這種價值對當?shù)厣鐣呢暙I遠遠大于林副產(chǎn)品價值。因此，在自然條件優(yōu)越的平原區(qū)的開發(fā)利用過程中，不能只注重眼前的直接經(jīng)濟利益而忽視了其他方面的效益，應(yīng)全面考慮林業(yè)建設(shè)的綜合效益，使其發(fā)揮最大的作用。

表3 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價值評價 （億元/a）

圖1 我國平原林業(yè)各項生態(tài)服務(wù)功能的貢獻

3.2 平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價值的區(qū)域分布

我國平原分布廣闊，各地自然條件不盡相同，經(jīng)濟發(fā)展狀況不同，林木生長狀況差異很大，因此各地的單位面積上生態(tài)服務(wù)價值量大小不一。我國平原地區(qū)，單位面積上提供的生態(tài)服務(wù)功能價值平均為12 587.38元/（hm2·a），西南地區(qū)高達18 534.46元/（hm2·a），華北地區(qū)最低，為10 963.77元/（hm2·a）（圖2）。

圖2 全國六大分區(qū)單位面積生態(tài)服務(wù)價值量

4 結(jié)論與討論

由于平原地區(qū)開發(fā)歷史長，森林資源稀少，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，特別是干熱風(fēng)、低溫凍害、風(fēng)蝕沙化等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，因此平原林業(yè)要在注重生態(tài)功能的基礎(chǔ)上，注重全面發(fā)揮多種功能，即生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益兼顧。

在平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能中，提供木材的價值占總價值的9.71%，而凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能都遠大于這個值，由此可見，發(fā)展平原林業(yè)的價值不僅僅表現(xiàn)在為人類的生產(chǎn)和生活提供原材料，更重要的是一些間接的生態(tài)服務(wù)價值，如保育土壤、固碳制氧、防風(fēng)固沙、凈化空氣等方面。為此，各級政府部門在制定各項政策時，應(yīng)考慮各項服務(wù)功能價值，合理利用與經(jīng)營森林資源，最終達到森林可持續(xù)利用的目的。我國平原分布廣闊，單位面積上提供的生態(tài)服務(wù)功能價值在10 963.77～18 534.46元/（hm2·a），因此本研究對平原林業(yè)的分類經(jīng)營、分區(qū)施策具有一定的指導(dǎo)意義。

由于受科學(xué)技術(shù)水平、計量方法、研究手段和地方數(shù)據(jù)收集的限制，目前無法對平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能所有功能進行十分確切的評價，有一些功能價值未在本研究中體現(xiàn)，如降低噪音、生物多樣性保護和文化等，因此本文平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能價值估算量低于實際價值量。雖然對平原林業(yè)生態(tài)服務(wù)功能的評價只是部分的，但這些初步探索依然在很大程度上反映平原林業(yè)在維護區(qū)域生態(tài)安全、社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用，也為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價的科學(xué)研究提供了有益的補充。

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