隴東子午嶺林區(qū)森林涵養(yǎng)水源生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值估算

葛 云

（國家林業(yè)局西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，西安 710048）

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、生產(chǎn)力最高、現(xiàn)存量最大的生態(tài)系統(tǒng)，不僅為人類提了供豐富的林產(chǎn)品，還在維持全球環(huán)境中發(fā)揮著重要作用。涵養(yǎng)水源是森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之一，在某些區(qū)域格局特征上，其價(jià)值占據(jù)主導(dǎo)地位［1］，主要表現(xiàn)在三方面：

①增加有效水量，森林巨大的滲透能力和蓄水能力，增加地表有效水量。②凈化水質(zhì)，森林阻擋降雨直接沖刷土壤表面，減少水中泥沙含量，同時(shí)，森林的滲透能力起到過濾作用，有效提高水體純潔度，減少營養(yǎng)元素進(jìn)入水體，具有凈化水質(zhì)的功能。③調(diào)節(jié)徑流，森林巨大的吸收、滲透降水能力，平衡地表徑流豐枯流量，相當(dāng)一個(gè)巨大的“綠色水庫”，具有調(diào)節(jié)徑流、防洪抗旱功能。子午嶺林區(qū)是黃土高原面積最大，植被最好的水源涵養(yǎng)林區(qū)和綠色屏障，在維護(hù)區(qū)域乃至整個(gè)國土生態(tài)安全方面發(fā)揮著重要作用。為了給子午嶺林區(qū)森林資源管理和建設(shè)以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償提供科學(xué)依據(jù)的指導(dǎo)。我們對隴東子午嶺林區(qū)森森涵養(yǎng)水源生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值進(jìn)行了估算。

1 研究區(qū)域概況

甘肅省子午嶺林區(qū)位于慶陽市東部，地處東經(jīng)107°59′～108°43′與北緯35°18′～36°39′之間，其東、南、北三面與陜西省為鄰，西界與甘肅華池縣和正寧縣接壤，其構(gòu)圖近似一耳輪廓，總面積511 933.3hm2，是整個(gè)子午嶺龐大綿長山脈的中段，又恰是涇河和洛河兩大水系的分水嶺。地質(zhì)構(gòu)造屬華北陸臺大地構(gòu)造單元，經(jīng)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)隆升成梁，受第四紀(jì)黃土堆積，奠定了現(xiàn)在的地質(zhì)構(gòu)造。長期受水蝕、切割，呈黃土丘陵山地溝壑地貌特征，地形起伏緩和，梁、峁頂部渾圓平緩，溝坡上斜下陡。主嶺海拔1 500～1 600m，南、中、北段高差不大，南部調(diào)令關(guān)海拔1 756m，為子午嶺在甘肅境內(nèi)制高點(diǎn)；一般地區(qū)海拔1 200～1 500m，最低處合水的葫蘆河谷底海拔1 100m。子午嶺林區(qū)可以劃分為四個(gè)土壤類型：灰褐色森林土、黑壚土、黃綿土和草甸土。其中，灰褐色森林土在林區(qū)分布最廣。子午嶺林區(qū)北部屬隴中北部北溫帶半干旱區(qū)，林區(qū)中、南部屬隴中南部北溫帶半濕潤區(qū)。年日照時(shí)數(shù)2 250～2 311h，太陽輻射量123～132kcal／m2；年平均氣溫7.4～8.5 ℃，極端最高氣溫36.7 ℃，極端最低氣溫－22.7 ℃；≥10 ℃的持續(xù)日數(shù)155～160d，年積溫2 670 ℃；≥15℃的持續(xù)日數(shù)僅100d左右，年積溫1 905～2 150 ℃；年無霜期110～150d，年累計(jì)積溫3 284～3 430 ℃。年平均降水量在500～620 mm 之間，南多北少，年平均相對濕度63%～68%。子午嶺林區(qū)大小河流共15條，分屬于黃河二級支流涇河和洛河兩大水系，其中嶺西以涇河流域的馬蓮河為主要河流，嶺東以北洛河流域的葫蘆河為主。這些河川因發(fā)源于林區(qū)，水源補(bǔ)給相對穩(wěn)定，流水常年不斷。嶺西側(cè)的馬蓮河，年徑流量4.66億m3，徑流深23.4mm；嶺東側(cè)的葫蘆河，年徑流量1.17億m3，徑流深24.7 mm。森林大部分是屢經(jīng)破壞后而形成的天然次生林，天然森林植被以落葉闊葉林為主，人工林以油松為主的針葉林居多（見表1）。

表1 子午嶺森林資源統(tǒng)計(jì)

2 研究方法

2.1 森林涵養(yǎng)水源總量估算

2.1.1 分類統(tǒng)計(jì)法 根據(jù)各林分林冠截留量、枯落物持水量和土壤儲水量等，分類統(tǒng)計(jì)，確定森林年水源涵養(yǎng)量數(shù)值的大小。蓄水能力法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：L 為森林水源涵養(yǎng)量（t·a－1）；Pi為各類林分單位面積持水量（t·a－1·hm－2）；Si為各類林分面積（hm2）。

2.1.2 水量平衡法 森林涵養(yǎng)水源總量按森林地帶降水量和森林地帶蒸散量計(jì)算。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：L 為森林水源涵養(yǎng)量（t·a－1）；P 為森林區(qū)域降水總量（t·a－1）；E 為森林區(qū)域蒸散量（t·a－1）［2］。

2.1.3 年徑流量法 如果假設(shè)森林與其他類型土地每年的蒸散耗水量都相同，那么，森林區(qū)域的水源涵養(yǎng)量可以根據(jù)年徑流量乘以森林覆蓋率得到，或者根據(jù)年徑流量乘以森林面積來獲得。年徑流量法數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：L 為森林水源涵養(yǎng)量（t·a－1）；R 為森林區(qū)域年徑流量（t·a－1·hm－2）；S 為森林區(qū)域面積（hm2）［2］。

2.2 森林涵養(yǎng)水源的價(jià)值估算

采用替代工程法計(jì)算即以生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞后人工新建一個(gè)工程來代替原來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，所消耗的費(fèi)用，估算森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值數(shù)學(xué)表達(dá)為：

式中：V 為生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值；G 為替代工程的造價(jià)；Xi為替代工程中i項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用。

3 研究結(jié)果

3.1 子午嶺林地涵養(yǎng)水源分類統(tǒng)計(jì)法估算量

3.1.1 樹冠裁留量

（1）年降水總量：由年均降水量與森林面積相乘之后，所得子午嶺林區(qū)年降水量為20.27×108t

（2）樹冠截留量：有關(guān)研究表明，溫帶山地針葉林降水林冠截留率為23.92%，溫帶落葉闊葉林為17.85%，灌木林為3.92%，根據(jù)林分區(qū)域年降水量與林冠截留率相乘計(jì)算出子午嶺林冠截留總量為3.399×108t·a－1。

（3）枯落物層蓄水量：根據(jù)有關(guān)資料，林地枯落物層質(zhì)量（干重）為針葉林2.96t·hm－2、闊葉林6.79t·hm－2、灌木林7.45t·hm－2，枯落物針葉林、闊葉林、灌木林吸水倍數(shù)分別為2.2、3.8和3.9，其枯枝落葉層蓄水量為0.085×108t·a－1。

（4）土層蓄水量：森林土壤層蓄水能力的大小取決于土壤孔隙度，尤其是非毛管孔隙度［3］，以土壤非毛細(xì)管孔隙作為計(jì)量土壤蓄水量的基準(zhǔn)較為合適［3］。子午嶺森林土壤的厚度為0.6m，森林土壤的非毛管孔隙度11.28%，按照公式：森林土壤的蓄水能力（t·a－1）＝森林土壤非毛管孔隙度×104×0.6（m）×森林面積（hm2），可得出子午嶺森林土壤的蓄水量為2.449×108t·a－1。

（5）森林總蓄水量：林冠截留量、枯落物蓄水量、土層蓄水量之和為5.933×108t·a－1。

表2 子午嶺森林各層年蓄水量

3.2 子午嶺森林水源涵養(yǎng)平衡法估算量

3.2.1 子午嶺森林區(qū)域的年蒸散量 由于我國對森林的蒸散量缺少系統(tǒng)、深人和全面的研究，本研究將綜合國外的研究成果和國內(nèi)已有的研究成果，推算出子午嶺森林區(qū)域的蒸散量。根據(jù)美國學(xué)者對各類森林蒸散量的研究和總結(jié)，各類森林的平均蒸散量與自由水面的蒸散量相似，占總降水量的65%。根據(jù)我國水文的多年觀測，我國年降水總量為61 889.0×108m3，年總蒸散量為34 773.8×108m3，占年總降水量56%。由于森林植被的蒸散量比其他土地（如耕地、草地、荒山、荒地）蒸散量大，因此，中國森林區(qū)域的年蒸散量占降水量的比例應(yīng)該大于56%。根據(jù)我國學(xué)者對森林蒸散量已有的研究，我國森林區(qū)域的年蒸散量占年總降水量的30%～80%［2］。

3.2.2 子午嶺森林區(qū)域的年水源涵養(yǎng)量 由于森林區(qū)域沒有超滲徑流，或者超滲流量小到可以忽略不計(jì)的程度，因此，子午嶺森林區(qū)域的年降水量減去以蒸散為主的年消耗量后，余下的即是森林的年水源涵養(yǎng)量［2］。按針葉林的年平均蒸散量占年平均降雨量的72%，闊葉林的為65%估算，應(yīng)用（2）式計(jì)算，則子午嶺森林每年的水源涵養(yǎng)量為6.385×108t（見表3）。

表3 子午嶺森林的年水源涵養(yǎng)量

3.3 子午嶺森林水源涵養(yǎng)徑流量估算量

假設(shè)森林與其他類型土地每年的蒸散耗水量都相同，那么，森林區(qū)域的水源涵養(yǎng)量可以根據(jù)年降水量（×108t·a－1）乘以森林覆蓋率得到，或者根據(jù)年徑流量（mm·a－1）乘以森林面積來獲得［2］。因此，慶陽市的年總徑流量為14.5×108m3，其中子午嶺林區(qū)的年徑流總量為5.83×108m3，再乘以子午嶺森林總面積361 900.1hm2，應(yīng)用（3）式，得出子午嶺森林每公頃的年徑流量為1 610.9t·a－1·hm－2，相當(dāng)于161.1 mm 的年降水量（見表4）。

表4 子午嶺森林區(qū)域的年徑流量

3.4 森林涵養(yǎng)水源量價(jià)值估算

森林涵養(yǎng)水源量的定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)目前國內(nèi)外存有爭議，代表性的方法有水庫工程的蓄水成本法、供用水的價(jià)格確定法、電能生產(chǎn)成本法等。根據(jù)1993－1999年《中國水利年鑒》平均水庫庫容造價(jià)（2.17y·m－3）和2005年價(jià)格指數(shù)（2.816），得到單位庫容造價(jià)為6.110 7y·m－3［5］，即采用方法水庫工程蓄水成本法確定森林涵養(yǎng)水源的服務(wù)功能價(jià)值估算標(biāo)準(zhǔn)為6.110 7y·m－3。

4 結(jié)論與討論

4.1 森林涵養(yǎng)水源量的估算結(jié)果的比較

從估算結(jié)果來看，三種方法差異不大，對于較大區(qū)域尺度森林系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的價(jià)值估算，三種方法都可以運(yùn)用。森林區(qū)域的徑流量盡管理論上可以表示森林的涵養(yǎng)水源量，但本研究計(jì)算森林區(qū)域年徑流的依據(jù)是子午嶺林區(qū)的年經(jīng)流量，子午嶺林區(qū)包括林地、農(nóng)地和其它地類，其它地類涵養(yǎng)水源能力低于森林涵養(yǎng)水源能力，同時(shí)林業(yè)用地的其它地類涵養(yǎng)水源能力也低于森林涵養(yǎng)水源能力，這將會使計(jì)算結(jié)果減小。因此，徑流量法計(jì)算的森林年水源涵養(yǎng)量應(yīng)該小于實(shí)際的森林區(qū)域年水源涵養(yǎng)量。由于各地類蒸散量具有明顯的差異性，水量平衡法是一種比較好的估算方法，但是由于國內(nèi)對森林蒸散量缺乏系統(tǒng)、全面的基礎(chǔ)研究，本研究是綜合國外的研究成果和國內(nèi)已有的研究成果，推算出子午嶺森林區(qū)域的蒸散量，這就使估算結(jié)果缺乏有力的支持。在這3 種計(jì)算結(jié)果中，從理論上講，分類統(tǒng)計(jì)法的計(jì)算方法較為繁瑣，但是由于森林系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究成果較多，運(yùn)用的參數(shù)相對真實(shí)可信，結(jié)果應(yīng)該能比較準(zhǔn)確反映森林的年水源涵養(yǎng)量?，F(xiàn)將上述3 種計(jì)算結(jié)果一道列出（表5），以便與理論分析作比較。

表5 子午嶺森林年水源涵養(yǎng)量的3種計(jì)算結(jié)果比較

由表5可知，分類統(tǒng)計(jì)法計(jì)算的森林的水源涵養(yǎng)量（5.933×108t）正好處在水量平衡法的年蓄水量（6.385×108t）和森林區(qū)域徑流量（5.83×108t）之間，與上述理論分析完全相符，因此，本研究以分類統(tǒng)計(jì)法的計(jì)算值作為子午嶺森林年水源涵養(yǎng)總量。

4.2 子午嶺森林涵養(yǎng)水源價(jià)值

子午嶺森林每年水源涵養(yǎng)量的服務(wù)功能價(jià)值根據(jù)森林的年水源涵養(yǎng)總量和定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用（4）式，即可計(jì)算出子午嶺森林涵養(yǎng)水源量的服務(wù)功能價(jià)值為36.255×108元人民幣，每公頃森林年涵養(yǎng)水源的服務(wù)功能價(jià)值為10 017.9y·hm－2·a－1。

4.3 本研究的局限性

由于基礎(chǔ)研究和相關(guān)資料的限制，本研究僅在區(qū)域尺度上對森林涵養(yǎng)水源的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值估算進(jìn)行了初步的探討，一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)引用了國內(nèi)相似生態(tài)環(huán)境條件下的研究成果，盡管在總體的估計(jì)方面影響未必有大的影響，但在對較小景觀尺度方面的研究將需要更多的基礎(chǔ)研究的支持。

［1］ Costanza R，d’Arge R，Rudolf de Groot，et al.The value of the world’s ecosystem services and natural capital［J］.Nature，1997，387：253－260.

［2］ 江海燕，蔣春英，徐東艷，等.遼寧東部山區(qū)森林涵養(yǎng)水源的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值估算［J］.遼寧林業(yè)科技，2005（3）：28－31.

［3］ 張治軍，唐芳林，朱麗艷，等.轎子山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評估［J］.中國農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，26（11）：107－112.

［4］ 李金昌.自然資源核算初探［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

［5］ 王兵，楊鋒偉，郭浩，等.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范，LY／T1721－2008.