天然林資源保護工程對長白山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

李國偉，趙 偉,3，魏亞偉，方向民，高 波，代力民

1 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林與土壤生態(tài)國家重點實驗室, 沈陽 110016 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100085 3 大連軟件和服務(wù)外包發(fā)展研究院, 大連 116000 4 吉林森工集團三岔子林業(yè)局, 白山 134700

天然林資源保護工程對長白山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響

李國偉1,2，趙 偉1,2,3，魏亞偉1,2，方向民1,2，高 波4，代力民1,*

1 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林與土壤生態(tài)國家重點實驗室, 沈陽 110016 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100085 3 大連軟件和服務(wù)外包發(fā)展研究院, 大連 116000 4 吉林森工集團三岔子林業(yè)局, 白山 134700

森林生態(tài)系統(tǒng)具有多種服務(wù)功能，對生態(tài)安全、生物資源和生存環(huán)境的保護、實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。依據(jù)國家林業(yè)局發(fā)布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008)，對涵養(yǎng)水源功能、保育土壤功能、固碳釋氧功能、積累營養(yǎng)物質(zhì)功能、凈化大氣功能5個方面進行評價，量化揭示天然林資源保護工程實施對長白山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量及其價值的影響。結(jié)果表明：從1998年開始試點，到2010年一期正式結(jié)束，森林生態(tài)系統(tǒng)各項服務(wù)功能的物質(zhì)量和價值量均呈現(xiàn)增加趨勢。在涵養(yǎng)水源功能方面，調(diào)節(jié)水量增加了657.28×104m3，累計增加價值為113.45 億元；在保育土壤功能方面，固土量增加了4.6×104t，土壤中減少的氮流失0.02×104t，減少的磷流失0.01×104t，減少鉀流失0.01×104t，累計增加價值為2.92 億元；在固碳釋氧功能方面，固碳量增加了0.64×104t，釋氧量增加了0.36×104t，累計增加價值為0.11 億元；在積累營養(yǎng)物質(zhì)功能方面，固氮量、固磷量、固鉀量均增加0.01×104t，累計增加價值0.3 億元；在凈化大氣功能方面，吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滯塵量分別增加24.71×104kg、0.64×104kg、1.08×104kg、1962.76×104kg，累計增加價值5.09 億元。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值總量增加了121.87 億元，平均每年增加約10 億元，超過工程每年各項投資之和。價值量增加額度依次為：1)涵養(yǎng)水源功能；2)固碳釋氧功能；3)保育土壤功能；4)凈化大氣功能；5)積累營養(yǎng)物質(zhì)功能。這些增加量只有一部分為工程區(qū)當?shù)乩?，其余都貢獻到全國乃至全球。因此，及時制定和啟動生態(tài)補償?shù)纫幌盗姓吆痛胧?，將對更好的實施天然林資源保護工程、實現(xiàn)林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

天然林資源保護工程；長白山林區(qū)；森林生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能價值；評價

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是森林生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，對維持地球的生命支持系統(tǒng)，維持生命物質(zhì)的生物地化循環(huán)與水循環(huán)，維持生物物種與遺傳多樣性，維持大氣化學(xué)的平衡與穩(wěn)定具有重要作用[1]。隨著國際上對森林生態(tài)系統(tǒng)的研究越來越重視，不同學(xué)者從森林生態(tài)系統(tǒng)過程、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能維持及提高、生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟價值等多個方面開展了大量研究[2- 4]。近年來，我國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究取得了較快進展[5]。許多學(xué)者在借鑒國外理論與方法的基礎(chǔ)上，探索和嘗試不同方法對國家級尺度、省級尺度、區(qū)域尺度、流域尺度的不同類型森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其價值評估的研究[6- 13]。但是，由于評估指標體系多樣、評估方法不統(tǒng)一、評估地點不同、評估結(jié)果之間差異較大，難以彼此之間進行比較。同時，這些研究大多集中在對某一個時間點的特定區(qū)域的森林，而從時間跨度上對國家巨額投資支持的林業(yè)工程的研究更少。為此，本文以天然林資源保護工程(以下簡稱天保工程)為切入點，以長白山典型林業(yè)局為研究對象，評估天然林保護工程一期實施10年來對林區(qū)帶來的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化，旨在為天保工程更好的實施提供參考。

1 研究區(qū)概況

圖1 1998年和2010年有林地面積、蓄積變化圖 Fig.1 Changes of forest area and forest growing stock in 1998, 2000

研究區(qū)位于長白山林區(qū)西南麓之間的吉林省三岔子林業(yè)局，經(jīng)營面積223438 hm2，森林覆蓋率92.9%，具有典型的長白山植被類型特征，是長白山重點國有林區(qū)之一。從1998年天保工程開始試點，到2010年一期正式結(jié)束。研究區(qū)森林資源得到了有效保護和恢復(fù)，面積和蓄積呈現(xiàn)增加趨勢。有林地面積從201367 hm2增加到207484 hm2蓄積從23173683 m3增加到24744445 m3。由于工程要求全面停止天然林資源商品性采伐，將采伐對象轉(zhuǎn)向人工林，所以人工林的面積和蓄積呈現(xiàn)下降趨勢，而天然林資源的面積和蓄積大幅上升(圖1)，林分質(zhì)量逐漸提高，近成熟林、過熟林比例增大(圖2)。

圖2 1998年和2010年天然林林齡結(jié)構(gòu)變化圖Fig.2 Changes of natural forest′s forest age in 1998 and 2000

2 研究方法

本文按照2008年國家林業(yè)局頒布《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008)，分析和評價研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的物質(zhì)量及價值量[14]，包括涵養(yǎng)水源功能、保育土壤功能、固碳釋氧功能、積累營養(yǎng)物質(zhì)功能和凈化大氣環(huán)境功能。

2.1 涵養(yǎng)水源功能

涵養(yǎng)水源功能是森林通過對降水的截留、吸收和下滲，對降水進行再分配，減少無效水，增加有效水。主要通過調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)兩個指標進行評價，其中凈化水量采用年調(diào)節(jié)水量公式。

(1)年調(diào)節(jié)水量指標

年調(diào)節(jié)水量公式為：

G調(diào)=10A(P-E-C)

(1)

年調(diào)節(jié)水量價值公式為：

U調(diào)=10C庫A(P-E-C)

(2)

(2)凈化水質(zhì)指標

年調(diào)節(jié)水量的公式為：

G調(diào)=10A(P-E-C)

(1)

年凈化水質(zhì)價值：

U水質(zhì)=10K水A(P-E-C)

(3)

式中,G調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量(m3/a)；U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量價值(元/a)；C庫為水庫庫容造價(元/m3)；U水質(zhì)為林分年凈化水質(zhì)價值(元/a)；K水為水的凈化費用(元/t)；P為林外降水量(mm/a)；E為林分蒸散量(mm/a)；C為地表徑流量(mm/a)；A為林分面積(hm2)；10為降水量轉(zhuǎn)化為t/hm的單位換算系數(shù)；

2.2 保育土壤功能

保育土壤功能是森林中凋落物層層截留降水，減少或降低水滴對土壤表層的直接沖擊，有效地固持土體，降低地表徑流對土壤的沖蝕，使土壤流失量大大降低。同時，森林的生長發(fā)育及其代謝產(chǎn)物不斷對土壤長生物理及化學(xué)影響，參與土壤內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換與物質(zhì)循環(huán)，提高土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)的功能。主要通過森林固土和森林保肥兩個指標進行評價。

(1)固土指標

林分年固土量公式為：

G固土=A(X2-X1)

(4)

年固土價值公式為：

U固土=AC土(X2-X1)/ρ

(5)

(2)保肥指標

年保肥量公式為：

GN=AN(X2-X1)

(6)

GP=AP(X2-X1)

(7)

GK=AK(X2-X1)

(8)

年保肥價值公式為：

U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R2+MC3)

(9)

式中,G固土為林分固土量(t/a)；U固土為林分固土量價值(元/a)；U肥為林分年保肥價值(元/a)；GN為森林固持土壤而減少的氮流失量(t/a)；GP為森林固持土壤而減少的磷流失量(t/a)；GK為森林固持土壤而減少的鉀流失量(t/a)；X1為有林地土壤侵蝕模數(shù)(t hm-2a-1)；X2為無林地土壤侵蝕模數(shù)(t hm-2a-1)；A為林分面積(hm2)；ρ為林地土壤容重(t/m3)；N為土壤含氮量(%)；P為土壤含磷量(%)；K為土壤含鉀量(%)；R1為磷酸二銨化肥含氮量(%)；R2為磷酸二銨化肥含磷量(%)；R3為氯化鉀化肥含鉀量(%)；C1為磷酸二銨化肥價格(元/t)；C2為氯化鉀化肥價格(元/t)；C3為有機質(zhì)價格(元/t)。

2.3 固碳釋氧功能

固碳釋氧功能是通過森林植被、土壤動物和微生物固定碳素、釋放氧氣。為此，根據(jù)光合作用化學(xué)反應(yīng)公式，森林植被每積累1.0 g干物質(zhì)，可以吸收1.63 g CO2，釋放1.19 g O2。主要通過森林固碳和釋氧兩個指標進行評價。

(1)固碳指標

植被和土壤年固碳量公式為：

G碳=A(1.63R碳B年+F土壤碳)

(10)

年固碳價值計算公式為：

U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)

(11)

(2)釋氧指標

年釋氧量的計算公式為：

G氧=1.19AB年

(12)

年釋氧價值采用以下公式計算：

U氧=1.19C氧AB年

(13)

式中,G碳為年固碳量(t/a)；B年為林分凈生產(chǎn)力(t hm-2a-1)；F土壤碳為單位面積林分土壤年固碳量(t hm-2a-1)；R碳為CO2中碳含量，為27.27%；A為林分面積(hm2)；U碳為林分年固碳價值(元/aFQB)；C碳為固碳價格(元/t)；G氧為林分年釋氧量(t/a)；U氧為林分年釋氧價值(元/aFQB)；C氧為氧氣價格(元/t)。

2.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)功能

積累營養(yǎng)物質(zhì)功能是森林植被在其生長過程中不斷地從周圍環(huán)境中吸收氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，并儲存在體內(nèi)各器官，這些營養(yǎng)元素一部分通過生物地球化學(xué)循環(huán)以枯枝落葉形式歸還土壤，一部分以樹干淋洗和地表徑流等形式流入江河湖泊，一部分以林產(chǎn)品形式輸出生態(tài)系統(tǒng)，再以不同形式釋放到周圍環(huán)境中[15]。為此，選用林木營養(yǎng)積累指標反映森林積累營養(yǎng)物質(zhì)功能。

(1)林木營養(yǎng)年積累量

G氮=AN營養(yǎng)B年

(14)

G磷=AP營養(yǎng)B年

(15)

G鉀=AK營養(yǎng)B年

(16)

(2)林木營養(yǎng)年積累價值

U營養(yǎng)=AB年(N營養(yǎng)C1/R1+P營養(yǎng)C1/R2+K營養(yǎng)C2/R3)

(17)

式中,G氮為林分固氮量(t/a)；G磷為林分固磷量(t/a)；G鉀為林分固鉀量(t/a)；N營養(yǎng)為林分氮元素含量(%)；P營養(yǎng)為林分磷元素含量(%)；K營養(yǎng)為林分鉀元素含量(%)；B年為林分凈生產(chǎn)力(t hm-2a-1)；A為林分面積(hm2)；U營養(yǎng)為林分營養(yǎng)物質(zhì)年積累價值(元/aFQB)；R1為磷酸二銨化肥含氮量(%)；R2為磷酸二銨化肥含磷量(%)；R3為氯化鉀化肥含鉀量(%)；C1為磷酸二銨化肥價格(元/t)；C2為氯化鉀化肥價格(元/t)。

2.5 凈化大氣環(huán)境功能

凈化大氣環(huán)境功能就是森林生態(tài)系統(tǒng)通過吸收、過濾、阻隔、分解等過程將大氣中的有毒物質(zhì)講解和凈化，從而起到凈化大氣的作用。為此，選取吸收二氧化硫(SO2)、氟化物、氮氧化物和滯塵4個指標評價森林凈化大氣環(huán)境能力。

(1)吸收二氧化硫

年吸收二氧化硫量公式為：

G二氧化硫=Q二氧化硫A

(18)

年吸收二氧化硫價值公式為：

U二氧化硫=K二氧化硫Q二氧化硫A

(19)

(2)吸收氟化物

年吸收氟化物量公式為：

G氟化物=Q氟化物A

(20)

年吸收氟化物價值：

U氟化物=K氟化物Q氟化物A

(21)

(3)吸收氮氧化物

年吸收氮氧化物量公式為：

G氮氧化物=Q氮氧物A

(22)

年吸收氮氧化物價值公式為：

U氮氧化物=K氮氧化物Q氮氧化物A

(23)

(4)滯塵指標

年滯塵量公式為：

G滯塵=Q滯塵A

(24)

年滯塵價值公式為：

U滯塵=K滯塵Q滯塵A

(25)

式中,G二氧化硫為林分年吸收二氧化硫量(t/a);Q二氧化硫為單位面積林分吸收二氧化硫量(kg hm-2a-1);U二氧化硫為林分年吸收二氧化硫價值(元/aFQB);K二氧化硫為二氧化硫的治理費用(元/kg);G氟化物為林分年吸收氟化物量(t/a);Q氟化物為單位面積林分吸收氟化物量(kg hm-2a-1);U氟化物為林分年吸收氟化物價值(元/aFQB);K氟化物為氟化物的治理費用(元/kg);G氮氧化物為林分年吸收氮氧化物量(t/a);Q氮氧物為單位面積林分吸收氮氧化物量(kg hm-2a-1);U氮氧化物為林分年吸收氮氧化物價值(元/aFQB);K氮氧化物為氮氧化物的治理費用(元/kg);G滯塵為林分年滯塵量(t/a);Q滯塵為單位面積林分年滯塵量(kg hm-2a-1);U滯塵為林分年滯塵價值(元/aFQB);K滯塵為降塵清理費用(元/kg);A為林分面積(hm2)。

2.6 森林生態(tài)服務(wù)功能總價值

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為各個功能指標之和，具體公式為：

(26)

式中,U為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能年總價值(元/aFQB);Ui為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各分項年價值(元/aFQB)。

3 參數(shù)與結(jié)果

3.1 涵養(yǎng)水源功能

研究區(qū)年平均降水年平均降水量為767 mm，由于長白山森林生態(tài)系統(tǒng)多年平均耗散水量占多年平均降水量的35%，徑流系數(shù)為65%，地下徑流量高達86%，直接徑流量僅占14%[16]，可以得出蒸散量和地表徑流量分別為268.45 mm、69.797 mm。根據(jù)公式(1)，得出1998年和2010年，森林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量分別為88302.11×104m3，88959.39×104m3，增加了657.28×104m3，年均增加量達到50.56×104m3。

根據(jù)1993—1999年，《中國水利年鑒》平均水庫庫容造價2.17元 t/m3，2010年價格指數(shù)6.064，得出建設(shè)單位庫容投資為2.17×6.064=13.16 元/t[17]。水的凈化費用(居民用水價格)：1998年全國各大中城市的居民平均用水價格平均值為0.86 元/t[18]，2010年全國大中城市的居民用水終端價格平均值為2.6 元/t。根據(jù)公式(2)、(3)，得出1998年和2010年，調(diào)節(jié)水量價值和凈化水質(zhì)價值分別為26.75 億元、140.20 億元，增長了4.24倍。

3.2 保育土壤功能

有林地與無林地土壤侵蝕模數(shù)差值30 t hm-2a-1，ρ=1.03 t/m3[19]。根據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》，人工挖土方每100 m3需42個工時[17]。1998年，每個人工每天30 元計算，獲得挖取單位面積土方費用為12.60 元/m3。2010年，當前每個人工每天100元計算，獲得挖取單位面積土方費用為42 元/m3。根據(jù)公式(4)、(5)計算，得到1998年和2010年，固土量分別為617.85×104t、622.45×104t，增加了4.6×104t，固土價值分別為0.76 億元、2.54 億元，增加了1.78 億元。

對于保肥指標，該林分年保肥價值以年固土量中N、P、K的數(shù)量這和成磷酸二銨化肥和氯化鉀化肥的價值來體現(xiàn)。R1R1=14%；R2=15.01%；R3R3=50.00%[17]；N=0.37%，P=0.108%，K=0.239%，M=3.7%[20]。2010年，磷酸二銨價格為3020 元/t，氯化鉀價格為：2650 元/t，草炭土價格為220 元/t，草炭土中含有機質(zhì)62.5%，折合為有機質(zhì)價格為：320 元/t。1998化肥價格均為2549 元/t[21]，草炭土價格為180 元/t，草炭土中含有機質(zhì)62.5%，折合為有機質(zhì)價格為：288 元/t。根據(jù)公式(6—8)計算，得到1998年和2010年，森林固持土壤減少的氮流失量分別為2.28×104t和2.30×104t，累計減少量為0.02×104t。減少的磷流失量分別為0.67×104t和0.68×104t，累計減少量為0.01×104t。減少的鉀流失量分別為1.48×104t和1.49×104t，累計減少量為0.01×104t。根據(jù)公式(9)，得到1998年和2010年保肥價值分別為6.71 億元和7.85 億元，增加了1.14 億元。

3.3 固碳釋氧

植被年固碳量方面，針闊混交林、暗針葉林、明亮針葉林和闊葉林年凈生產(chǎn)力分別為20.19、13.45、9.5、14.19 t hm-2a-1[22]。土壤年固碳量方面，闊葉林和針葉林年固碳量分別為1.17、0.8 t/a[23]。由于1998年，國際上沒有碳排放交易，因此，1998年和2010年的固碳價格均按照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721—2008)采用的瑞典碳稅率150 美元/t，折合人民幣為1200 元/t。同時，由于1998年制造氧氣價格無法查證，因此與2010年相同，均采用中華人民共和國衛(wèi)生部公布的2007年春季氧氣平均價格1000 元/t[17]。根據(jù)公式(10)、(11)，計算得到1998年和2010年，固碳量分別為81.76×104，82.40×104t，增加了0.64×104t。固碳價值為9.81 億元，9.89 億元，增加了0.08 億元。根據(jù)公式(12)、(13)計算得到，1998年和2010年，釋氧量分別為47.05×104t，47.41×104t，增加了0.36×104t，釋氧量價值分別為4.71 億元，4.74 億元，增加了0.03 億元。

3.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)功能

森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分積累取決于森林生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分持留量和化肥價格。其中，林分凈持留養(yǎng)分參照表1。R1、R1R2、R3、C1C1、C2C2參照保育土壤功能指標，B年參照固碳釋氧功能指標。根據(jù)公式(14—17)計算得到，1998年和2010年，林木固氮量分別為0.76×104t和0.77×104t，固磷量分別為0.07×104t和0.08×104t，固鉀量分別為0.32×104t和0.33×104t。1998—2010年固氮量、固磷量、固鉀量均增加0.01×104t。根據(jù)公式(18)計算得到，1998年和2010年，林木營養(yǎng)年積累價值分別為1.68 億元和1.98 億元，增加了0.3 億元。

表1 林分凈持留養(yǎng)分表/(kg hm-2 a-1)Table 1 Forest net retention of nutrients

數(shù)據(jù)來源：(吳鋼等，2001)[24]

3.5 凈化大氣功能

針葉樹平均吸收SO2、氟化物、氮氧化物和滯塵能力分別為:215.60，0.5，6.0，33200 kg/hm2。闊葉樹平均吸收SO2、氟化物、氮氧化物和滯塵能力分別為88.65，4.65，6.0，10110 kg/hm2[25]。1998年，SO2、氟化物、氮氧化物、降塵清理費用分別為0.2 元/kg[26]，0.04，0.04，0.04 元/kg[27]。2010年，二氧化硫、氟化物、氮氧化物、降塵清理費用分別為1.20，0.69，0.63，0.15 元/kg[28]。

根據(jù)公式(18—25)計算得出，1998年和2010年，吸收SO2量分別為2304.18×104kg和2328.89×104kg，吸收SO2價值為0.05 億元和0.28 億元，二者增量分別為24.71×104kg和0.23 億元。吸收氟化物量分別為57.10×104g、57.74×104kg，吸收氟化物價值分別為0.0002，0.0039 億元，二者增量分別為0.64×104kg和0.0037 億元。吸收氮氧化物量分別為124.49×104g、125.57×104kg，吸收氮氧化物價值分別為0.0005 、0.0078 億元，二者增量分別為1.08×104kg和0.0073 億元。滯塵量分別為438533.18×104、440495.94×104kg，滯塵價值分別為1.75 、6.61 億元，二者增量分別為1962.76×104kg和4.86 億元。

3.6 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值

可以看到與1998年相比，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量也都呈現(xiàn)增加趨勢，增幅達到0.45%—14.29%。根據(jù)公式(26)計算得到，研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值由1998年的52.22 億元提高到2010年的174.09 億元，增加了2.22 倍。從2010年各服務(wù)功能價值量來看，涵養(yǎng)水源功能價值達到140.20 億元，保育土壤功能價值達到10.39 億元，固碳釋氧功能達到14.63 億元，積累物質(zhì)營養(yǎng)功能達到1.98 億元，凈化大氣功能達到6.89 億元。天保工程實施前后研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量次序大小均是：涵養(yǎng)水源功能>固碳釋氧功能>保育土壤功能>凈化大氣功能>積累營養(yǎng)物質(zhì)功能(表2)。

表2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估表(億元)Table 2 Evaluation of forest ecosystem service values

4 討論與結(jié)論

(1)天保工程的實施，對于增加森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量和價值量具有重要作用。2010年，研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)價值量比1998年增加了121.87 億元，平均每年增加約10 億元。這部分價值增量，一方面是由于物質(zhì)量增加造成的，另一方面由于人工費增加、排污費增加、部分商品價值指數(shù)變動等原因造成的。由于研究區(qū)僅僅是長白山林區(qū)的典型區(qū)域之一，對于大多數(shù)都是工程區(qū)的長白山林區(qū)而言，天保工程將帶來更大物質(zhì)量和價值量增加，而森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的物質(zhì)量只有一部分為當?shù)叵碛?，其余都貢獻于全國乃至全球。也就是說，工程區(qū)為保護生態(tài)、恢復(fù)生態(tài)、發(fā)展生態(tài)付出了巨大的努力和犧牲，但其為全國乃至世界所提供的生態(tài)服務(wù)卻是無償?shù)?，這顯然是不公平的。人們只看到了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提供者與享用者之間巨大的經(jīng)濟發(fā)展差距，卻沒有或不愿看到其背后的巨大犧牲與無償占用，雖然國家通過相關(guān)政策進行了一定程度的調(diào)節(jié)，但并不能體現(xiàn)生態(tài)服務(wù)的真正價值，這對于國家、地區(qū)、林區(qū)并非長遠之計，還需要國家、地方以及各級林業(yè)主管部門制定和啟動生態(tài)補償?shù)纫幌盗姓吆痛胧Ｖ挥羞@樣，才能更好的實施天保工程，實現(xiàn)林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

(2)天保工程實施，有效地保護了長白山林區(qū)寶貴的森林資源，改善生態(tài)環(huán)境。1998—2010年，天保工程研究區(qū)森林資源凈增長量達到157.0762 萬m3，如按13年間平均72.3%的出材率和2010年平均木材售價1045.18 元計算，應(yīng)折合成118697.01 萬元。同時，工程要求大幅度調(diào)減木材產(chǎn)量，研究區(qū)累計完成調(diào)減量21.4 萬m3，按照平均蓄積產(chǎn)生的服務(wù)功能價值計算，研究區(qū)森林資源凈增加量和調(diào)減量產(chǎn)生的價值分別達到13.17 億元和1.80 億元，不僅為社會經(jīng)濟建設(shè)提供了后備資源，也對林區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生重要影響。

(3)本研究是針對林業(yè)工程實施前后，對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值進行的評估。其結(jié)果有利于更直觀的認識和了解林業(yè)工程對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響，可以為評價其他林業(yè)工程所產(chǎn)生的生態(tài)效益提供參考和借鑒。天保工程天保工程但是，受基礎(chǔ)資料的限制，無法對森林的每項生態(tài)系統(tǒng)功能計量，所以本文核算的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值低估了實際結(jié)果，其價值體現(xiàn)仍然是不完全的。同時，在評價固碳釋氧價值的過程中，由于1998年國際上沒有碳交易，更沒有固碳價格，氧氣價格也采用和2010年相同的系數(shù)值，導(dǎo)致其結(jié)果高于實際價值。但這并不影響我們的研究，從結(jié)果可以看出，天保工程的實施，對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的物質(zhì)量和價值量產(chǎn)生了巨大的影響，這對加強森林生態(tài)系統(tǒng)的保護和管理，合理開發(fā)森林資源具有重要的指導(dǎo)意義。

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Evaluation on the influence of natural forest protection program on forest ecosystem service function in changbai mountain

LI Guowei1,2, ZHAO Wei1,2,3, WEI Yawei1,2, FANG Xiangmin1,2, GAO Bo4, DAI Limin1,*

1StateKeyLaboratoryofForestandSoilEcology,InstituteofAppliedEcology,ChineseAcademyofSciences,Shenyang110016,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China3Dalianinstituteofsoftware&serviceoutsourcing,Dalian116000,China4SanchaziForestryBureauofJilinForestIndustryGroupCo.,Ltd,Baishan134700,China

The forest ecosystem has a variety of natural and social service functions. It plays an important role in ecological security, biological species protection, conservation of the living environment, and realizing the sustainable development of economy and society. Based on the “Forest Ecosystem Services Assessment Standards (LY/T1721—2008)” issued by the State Forestry Administration, this paper evaluates five key functions of forest ecosystems-water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen release, nutrient accumulation, and atmospheric environment purification. Focusing on the Changbai Mountain forest region in Northeast China, this study provides some quantitative evidence that the implemenationt of the Natural Forest Protection Program (NFPP) initiated in 1998 has had positive effects on the values and material quantities of ecosystem service functions. The results show that both material and value quantities of these functions tended to increase in the 12 years following the initiation of the program, the first phase of which was completed in 2010. With respect to water resource conservation, the amount of increment regulating water flow has been 657.28×104m3, reflecting a cumulative increase in value of 11.345 billion RMB. Regarding soil conservation, the amount of increment of soil fixation was 4.6×104t, while the amount of reduction in nitrogen loss, phosphorus loss and potassium loss has been 0.02×104t, 0.01×104t, and 0.01×104t, respectively. The cumulative increase in value of soil conservation is 0.29 billion RMB. With respect to the carbon fixation and oxygen release function, the increments of carbon fixation and oxygen release have been 0.64×104t and 0.36×104t, respectively, with a the cumulative increase in value of 11 million RMB. Regarding nutrient accumulation, the nitrogen content, solid phosphorus content, and solid potassium content each increased by 0.01×104t, with a cumulative increase in value of 30 million RMB. Finally, in regard to the atmospheric environment purification function, the absorption of sulfur dioxide, nitrogen oxides, fluorides and dust have increased by 24.71×104kg, 0.64×104kg, 1.08×104kg and 1962.76×104kg, respectively, with a cumulative increase in value of 0.51 billion RMB. On an overall basis, from 1998—2010, the gross value of all of the aforementioned forest ecosystem service functions increased by 12.19 billion RMB, which is equivalent to an average annual rise of approximately 1 billion RMB. This exceeded the total annual investments. The aggregate values of the ecosystem services over this period were ranked in the following order: 1) water conservation; 2) carbon fixation and oxygen release function; 3) soil conservation function; 4) atmospheric environment purification; 5) nutrient accumulation. While not all of the values created via implementation of the NFPP were captured by the local forest region, other value increments were experienced by the entire country and even on a global scale as well. From a national perspective, it will be important to draft and launch a series of policies and measures for ecological compensation in a timely manner, which will not only insure social justice but also enhance the potential that the ongoing implementation of the NFPP will further strengthen both resource protection and the sustainable development of China′s natural forests.

Natural Forest Protection Project; Changbai mountain forest region; forest ecosystem; ecosystem service value; evaluation

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(天然林資源保護工程固碳速率和潛力研究) (XDA05060201)

2013- 04- 24;

日期:2014- 04- 11

10.5846/stxb201304240799

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lmdai@iae.ac.cn

李國偉，趙偉，魏亞偉，方向民，高波，代力民.天然林資源保護工程對長白山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響.生態(tài)學(xué)報,2015,35(4):984- 992.

Li G W, Zhao W, Wei Y W, Fang X M, Gao B, Dai L M.Evaluation on the influence of natural forest protection program on forest ecosystem service function in changbai mountain.Acta Ecologica Sinica,2015,35(4):984- 992.