基于分布式測(cè)算方法的福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估

牛香，王兵

(1.北京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，100083，北京;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所，100091，北京)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是人類發(fā)展不可缺少的自然資源。在各種生態(tài)系統(tǒng)類型中，森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類的影響最直接，且意義重大。研究森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其生態(tài)價(jià)值，對(duì)于保護(hù)森林具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估成為生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，也取得了許多研究成果。R.Costanza 等［1－2］對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的深入研究奠定了基礎(chǔ)。2001 年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署組織不同國(guó)家的科學(xué)家啟動(dòng)了聯(lián)合國(guó)千年評(píng)估，歷時(shí)4 年，這是一次以面向決策者為目標(biāo)的全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)研究［3］。近些年來(lái)，已經(jīng)有8 個(gè)國(guó)家在國(guó)家尺度上進(jìn)行了服務(wù)功能測(cè)算評(píng)估。日本林野廳對(duì)其國(guó)土森林公益機(jī)能經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行了3 次評(píng)價(jià)［4］，英國(guó)科學(xué)家從支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、文化服務(wù)等4 方面對(duì)英國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估［5］，并且撰寫(xiě)了一系列的評(píng)估報(bào)告。墨西哥、美國(guó)、地中海、加拿大等國(guó)家對(duì)其本國(guó)的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了研究［6－9］，也有學(xué)者對(duì)生態(tài)效益與科學(xué)政策制定的相關(guān)關(guān)系等方面進(jìn)行研究［10－12］。國(guó)內(nèi)的學(xué)者在借鑒國(guó)外研究理論的基礎(chǔ)上，采用不同的方法和指標(biāo)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了評(píng)估。為了使研究結(jié)果具有可比性，2008 年，國(guó)家林業(yè)局頒布了中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)［13］，其中的價(jià)格參數(shù)采用國(guó)內(nèi)外權(quán)威部門(mén)公布的數(shù)據(jù)，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實(shí)施推動(dòng)了我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的發(fā)展?；凇兑?guī)范》，還有一些研究對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)科學(xué)補(bǔ)償及林業(yè)政策的制訂提供了重要依據(jù)［14－16］。福建省是我國(guó)4 大林區(qū)之一，森林覆蓋率達(dá)63.1%，居全國(guó)第一，素有南方“綠色寶庫(kù)”之稱。由于當(dāng)前評(píng)估指標(biāo)體系多樣，評(píng)估方法有別，評(píng)估公式不統(tǒng)一，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果之間相差較大，難以進(jìn)行比較。筆者利用分布式測(cè)算方法，對(duì)2007 年福建省不同地級(jí)市、不同林分類型、不同齡組森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，旨在為福建省森林生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)管理及保護(hù)提供本底資料和量化指標(biāo)，為福建省可持續(xù)發(fā)展政策的制定與合理的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省地處祖國(guó)東南部、東海之濱，陸域介于E 115°50'～120°40'，N 23°33'～28°20'之間，由南寧市、福州市等9 個(gè)市組成。屬于暖熱濕潤(rùn)的亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均降雨量1 504.2 mm，年均氣溫19.7 ℃。全省較大的河流有閩江、九龍江、汀江、晉江、賽江和木蘭溪，即“五江一溪”。由于地理?xiàng)l件優(yōu)越，生態(tài)景觀復(fù)雜多樣，蘊(yùn)藏著豐富的野生動(dòng)植物資源，是我國(guó)生物多樣性最為豐富的省份之一。竹(Bamboo)林面積居全國(guó)首位，約占全國(guó)竹林面積的1/5，建甌、順昌、武夷山、沙縣、永安、尤溪六縣(市)進(jìn)入全國(guó)“竹子之鄉(xiāng)”行列。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系與計(jì)算公式

參照國(guó)家林業(yè)局2008 年發(fā)布并實(shí)施的《規(guī)范》中的評(píng)估方法和評(píng)估公式(表1)，對(duì)福建省森林涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護(hù)、森林游憩和森林防護(hù)等8項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估。

2.2 數(shù)據(jù)及來(lái)源

所采用數(shù)據(jù)主要有3 個(gè)來(lái)源:國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站長(zhǎng)期積累的依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1606—2003《森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)指標(biāo)體系》開(kāi)展的長(zhǎng)期、連續(xù)、定位觀測(cè)研究數(shù)據(jù)集;福建省林業(yè)廳提供的2007 年森林資源2類調(diào)查數(shù)據(jù);我國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)，如磷酸二銨2 400 元/t、氯化鉀2 200 元/t 的價(jià)格，氧氣價(jià)格采用中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部網(wǎng)站的氧氣平均價(jià)格1 000 元/t［13］等。

2.3 測(cè)算方法

采用分布式測(cè)算方法對(duì)福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估(圖1)。具體測(cè)算過(guò)程如下:1)首先將福建省按行政區(qū)劃分為福州市、廈門(mén)市、莆田市、三明市、泉州市、漳州市、南平市、龍巖市、寧德市9 個(gè)一級(jí)測(cè)算單元(市);2)每個(gè)一級(jí)測(cè)算單元又按優(yōu)勢(shì)樹(shù)種林分類型(在計(jì)算過(guò)程中將經(jīng)濟(jì)林、竹林、灌木林按照林分類型對(duì)待)劃分成杉木組、馬尾松組、闊葉樹(shù)組、木麻黃組、桉樹(shù)組、經(jīng)濟(jì)林、竹林、灌木林8 個(gè)二級(jí)測(cè)算單元;3)每個(gè)二級(jí)測(cè)算單元再按齡組劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成過(guò)熟林4 個(gè)三級(jí)測(cè)算單元;4)結(jié)合不同立地條件的對(duì)比觀測(cè)，最終確定288 個(gè)相對(duì)均質(zhì)化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估單元;5)數(shù)據(jù)尺度的轉(zhuǎn)換，基于生態(tài)系統(tǒng)尺度的定位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用遙感反演、過(guò)程機(jī)制模型(IBIS－集成生物圈模型)等技術(shù)手段，進(jìn)行由點(diǎn)到面的數(shù)據(jù)尺度轉(zhuǎn)換，將點(diǎn)上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至面上測(cè)算數(shù)據(jù)，即可得到各生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估單元的測(cè)算數(shù)據(jù);6)以上均質(zhì)化的單元數(shù)據(jù)累加的結(jié)果即為福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算結(jié)果。

表1 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估指標(biāo)及公式Tab.1 Evaluation indicator formula for assessing forest ecosystem services

3 結(jié)果與分析

3.1 福建省各項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算結(jié)果

2007 年福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量和價(jià)值量測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表2?？梢钥闯?，各指標(biāo)的物質(zhì)量測(cè)算結(jié)果主要有以下一些特點(diǎn)。

圖1 福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估分布式測(cè)算方法流程圖Fig.1 Distributed evaluation method of forest ecosystem services in Fujian Province

表2 2007 年福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算結(jié)果Tab.2 Evaluation of forest ecosystem services in 2007 in Fujian Province

1)福建省森林涵養(yǎng)水源物質(zhì)量為339.79 億m3。根據(jù)2007 年福建省林業(yè)年鑒資料［17］，福建省境內(nèi)較大的河流主要有閩江和九龍江，多年平均徑流量分別為561 億、137 億m3，涵養(yǎng)水源物質(zhì)量相當(dāng)于閩江年均徑流量的60.57%，是九龍江年均徑流量的2.48 倍?？梢?jiàn)福建省森林對(duì)全省水資源保護(hù)和有效利用起到了蓄水池的作用。

2)保育土壤功能中，固土量最大，其次為保持土壤肥力的能力。

3)固碳制氧功能中，福建省森林生態(tài)系統(tǒng)年固碳量2 978.52 萬(wàn)t(折算成吸收二氧化碳量1 億921.24 萬(wàn)t)，制氧量6 472.64 萬(wàn)t。根據(jù)鐘小劍等［18］的研究結(jié)果，一次能源利用的二氧化碳排放分解，每使用1 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤會(huì)排放出2.493 kg 二氧化碳，結(jié)合福建省2007 年統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)［19］，2007 年福建省能源總消費(fèi)量7 574.20 萬(wàn)t，可計(jì)算出2007年全省二氧化碳排放量為1 億8 882.48 萬(wàn)t(折算成碳量為5 149.77 萬(wàn)t)，可知，福建省森林年固定的碳量約為福建省年排放量的57.84%。

4)凈化大氣環(huán)境功能中，吸收污染物(包括吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物等)量為135.56 萬(wàn)t。根據(jù)2007 年福建省環(huán)境狀況公報(bào)［20］，全省2007 年廢氣中二氧化硫排放量為44.57 萬(wàn)t，煙塵排放量為11.81 萬(wàn)t，工業(yè)粉塵排放量為18.70萬(wàn)t，福建省森林吸收的二氧化硫量是工業(yè)排放廢氣中二氧化硫的2.89 倍，滯塵量(滯塵能力)是福建省工業(yè)排放的粉塵和煙塵的876.30 倍。

從表2 可以看出，各指標(biāo)的價(jià)值量測(cè)算結(jié)果主要有以下一些特點(diǎn)。

1)福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值為7 012.73 億元/a，相當(dāng)于福建省GDP 總量9 207 億元的76.17%?？芍＝ㄊ∩炙峁┑臐撛谏鷳B(tài)價(jià)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了單純的實(shí)物生產(chǎn)價(jià)值，提醒人們?cè)谏值拈_(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，要充分考慮森林的各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值，既要保護(hù)好現(xiàn)有森林，又要達(dá)到持續(xù)利用。

2)各項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值量及其所占比例由大到小分別為涵養(yǎng)水源2 786.48 億元/a，占39.73%，生物多樣性保護(hù)1 927.74 億元/a，占27.49%，固碳制氧1 004.69 億元/a，占14.33%，凈化大氣環(huán)境419.32 億元/a，占5.98%，保育土壤497.28 億元/a，占7.09%，森林游憩299.86 億元/a，占4.28%，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)73.94 億元/a，占1.05%，森林防護(hù)3.42 億元/a，占0.05%。其中涵養(yǎng)水源、生物多樣性保護(hù)和固碳制氧的價(jià)值量共占福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值的81.55%。

從表2 還可以看出:福建省9 個(gè)市中，南平市8項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量最高，為1 688.06 億元，其次為三明市，價(jià)值量為1 263.51 億元，排在第3 位的是龍巖市，價(jià)值量為1 219.18 億元，價(jià)值量最低的是廈門(mén)市，為55.32 億元。各市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的排序由大到小為南平市、三明市、龍巖市、寧德市、漳州市、福州市、泉州市、莆田市、廈門(mén)市。可知，各市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量大小與各市森林面積、經(jīng)營(yíng)管理、氣候狀況、森林質(zhì)量等有關(guān)，其中價(jià)值量與森林面積的關(guān)系為

式中:X1為各市森林面積占總面積的比例，%;Y1為各市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值占總價(jià)值的比例，%。

福建省的森林主要集中在南平市和三明市，約占福建省總面積的43.98%，故這2 個(gè)市的服務(wù)功能價(jià)值所占的比例也較大，約占41.49%;而在東南部的廈門(mén)市，其森林面積還不足福建省森林總面積的1%，因此，其服務(wù)功能價(jià)值所占的比例也較小。

3.2 福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量空間分布格局

福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量空間分布格局見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯黜?xiàng)功能按照大小可劃分為4 個(gè)等級(jí)，其中福建省西北部的南平市和三明市占有的比例較大，均處于第1、第2 等級(jí)，而東南部的廈門(mén)市和莆田市各項(xiàng)功能所占比例較小，均處于最后一個(gè)等級(jí)。造成這樣的結(jié)果與其森林資源總量和質(zhì)量、各市的氣候、土壤、植被、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素有關(guān)。福建省森林資源在地理分布上極不均衡，地勢(shì)由北往南、從西往東逐漸減少，這與人口分布呈逆反狀態(tài)。福建省的南平、三明、龍巖3 市人口僅占全省的29.6%，森林蓄積量卻占83.2%，其余地(市)人口占全省70.4%，森林蓄積量?jī)H占16.8%。由此可知，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的大小與森林資源面積和蓄積量呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。

3.3 福建省不同林分類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值

福建省不同林分類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量見(jiàn)表3?？梢钥闯?，福建省主要植被類型中，除森林防護(hù)和森林游憩功能外，其余6 項(xiàng)功能合計(jì)價(jià)值量介于15.33 億～2 025.90 億元/a 之間，其中，提供服務(wù)價(jià)值最大的是馬尾松，為2 025.90 億元/a，其次為闊葉樹(shù)，提供服務(wù)功能價(jià)值最小的是木麻黃，僅為15.34 億元/a。各林分類型服務(wù)功能價(jià)值量由大到小的順序?yàn)轳R尾松、闊葉林、杉木、竹林、經(jīng)濟(jì)林、灌木林、桉樹(shù)、木麻黃。這與樹(shù)種自身的特性有關(guān)外，還與森林面積有一定的相關(guān)性，相關(guān)性表現(xiàn)為

圖2 福建省各市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量空間分布格局Fig.2 Spatial distribution of forest ecosystem services in different cities in Fujian Province

式中:X2為某一林分類型面積占總面積的比例，%;Y2為某一林分類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值占總價(jià)值的比例，%。

福建省馬尾松和闊葉樹(shù)所占的面積比例較大，其服務(wù)功能價(jià)值量也較大，而木麻黃所占的面積比 例較小，所以，其提供的服務(wù)功能價(jià)值量最小。

表3 福建省不同林分類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量Tab.3 Value of forest ecosystem services of different forest types in Fujian Province 億元/a

3.4 福建省不同齡組森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值

福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在不同齡組間存在一定的差異，幼齡林為1 012.87 億元/a，中齡林為1 689.10 億元/a，近熟林為963.56 億元/a，成過(guò)熟林為1 391.48 億元/a。不同齡組的面積所占比例為幼齡林19.46%，中齡林33.49%，近熟林19.47%，成過(guò)熟林27.58%。因此，服務(wù)功能價(jià)值量與不同齡組所占的面積比例有較大的相關(guān)性，服務(wù)功能價(jià)值最大的為中齡林，其次為成過(guò)熟林。

4 結(jié)論與討論

1)首次根據(jù)《規(guī)范》對(duì)福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行測(cè)算，得出福建省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值為7 012.73 億元/a。在8 項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，價(jià)值量從大到小的順序?yàn)楹B(yǎng)水源、生物多樣性保護(hù)、固碳制氧、保育土壤、凈化大氣環(huán)境、森林游憩、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、森林防護(hù)。涵養(yǎng)水源功能所起的作用最大，這與福建省的地形、水源涵養(yǎng)林的面積有關(guān)。

2)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值在福建省不同市間的排序由大到小為南平市、三明市、龍巖市、寧德市、漳州市、福州市、泉州市、莆田市、廈門(mén)市。分布在福建省西北部的南平市和三明市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量排在前列，而福建省東南部的廈門(mén)市為最小，這與森林面積和蓄積有關(guān)。

3)對(duì)于不同林分類型來(lái)說(shuō)，馬尾松和闊葉樹(shù)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量高于其他林分，木麻黃的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量最低。這與林分類型自身的特性有關(guān)，所以，在森林經(jīng)營(yíng)管理中，對(duì)不同的林分類型應(yīng)采取不同的經(jīng)營(yíng)管理措施，使其發(fā)揮最大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值。

4)對(duì)于不同齡組來(lái)說(shuō)，中齡林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量最高，近熟林提供的最小，且森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量的大小主要與其森林面積均有較顯著的相關(guān)性。

森林生態(tài)系統(tǒng)所提供的功能非常廣泛，受科學(xué)技術(shù)水平、計(jì)量方法和監(jiān)測(cè)手段的限制，目前尚無(wú)法對(duì)森林的每一項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)功能一一計(jì)量，其價(jià)值體現(xiàn)仍然是不完全的，評(píng)估測(cè)算尚需進(jìn)一步深入研究;但本研究結(jié)果依然可以清楚地說(shuō)明福建省林業(yè)在維系和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中的巨大作用。由于一些森林生態(tài)效益還無(wú)法進(jìn)入市場(chǎng)交易，為此，目前很難納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系，但不能因此忽視森林的生態(tài)效益。今后的研究重點(diǎn)是盡快將自然資源和環(huán)境因素納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系，最終為實(shí)現(xiàn)綠色GDP 提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步促進(jìn)森林生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制的建立，為福建省林業(yè)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

在數(shù)據(jù)資料的收集過(guò)程中，得到福建省林業(yè)廳謝再鐘副廳長(zhǎng)、吳奕處長(zhǎng)和福建省林業(yè)科學(xué)研究院葉功富院長(zhǎng)給予的支持和幫助，在此表示感謝。

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