喀納斯自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估

白志強(qiáng)，王文棟，李 緩，劉 端，郭仲軍，劉 華*

(1.新疆林科院 森林生態(tài)研究所，新疆 烏魯木齊 830000；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036)

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)在能流、物流的生態(tài)過程的外部顯示，是人類生命支持系統(tǒng)的核心[1]，并保障了人類生存的自然環(huán)境條件與效用[2-9]。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要體現(xiàn)在系統(tǒng)中的水、土、氣、生的循環(huán)中具備的能力[10]。隨著人類文明的進(jìn)步以及對(duì)自然認(rèn)知的深入，不同尺度上森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估也逐步成為社會(huì)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[4,11-16]，而對(duì)新疆喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估還處于一個(gè)探索階段。依據(jù) LY /T 1721-2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[17]，從7個(gè)方面評(píng)估其生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化，為更好地保護(hù)森林資源及保護(hù)區(qū)建設(shè)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

喀納斯自然保護(hù)區(qū)位于新疆阿勒泰地區(qū)布爾津縣西北部(86°54-87°54′E，48°35′-49°11′N)，屬溫帶高寒氣候區(qū)。年日照時(shí)數(shù)2 157.4 h；年平均氣溫-0.2℃，≥10℃的年活動(dòng)積溫1 595.4℃，無霜期80～100 d，年均日照時(shí)數(shù)2 157.4 h，年均降水量1 065.4 mm，年均蒸發(fā)量1 097 mm。植被與土壤的垂直地帶性明顯。該區(qū)域也是中國(guó)唯一的歐洲西伯利亞植物區(qū)系，并保存以泰加林為代表的天然森林生態(tài)系統(tǒng)，已知的維管束植物有83科298屬798種。喬木優(yōu)勢(shì)樹種有西伯利亞落葉松(Larixsibirica)、西伯利亞云杉(Piceaobovata)和西伯利亞紅松(Pinussibirica)，伴生樹種有西伯利亞冷杉(Abiessibirica)、疣枝樺(Betulapendula)、山楊(Populustremula)等。灌木優(yōu)勢(shì)種有忍冬(Loniceracearulea)、薔薇(Rosaspinosissima)、栒子(Cotoneasteruniflorus)、繡線菊(Spiraeachamaedryfolia)等。草本植物常見的有密穗薹草(Carexpolyphylla)，林地早熟禾(Poanemoralis)，白喉烏頭(Aconitumleucostomum)、柳蘭(Chamaenerionangustifolium)等[18-19]。

1.2 研究方法

以新疆阿爾泰山生態(tài)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)地樣地調(diào)查數(shù)據(jù)、森林資源清查數(shù)據(jù)、社會(huì)公共數(shù)據(jù)等為主要數(shù)據(jù)源。根據(jù)LY/T 1721-2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[17]中提供的評(píng)估指標(biāo)及其方法，從物質(zhì)量和價(jià)值量?jī)蓚€(gè)方面[3]，對(duì)喀納斯自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的7項(xiàng)服務(wù)功能及其價(jià)值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 喀納斯自然保護(hù)區(qū)森林資源動(dòng)態(tài)變化

森林面積與森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值之間具有正相關(guān)性。天保工程實(shí)施以來，喀納斯自然保護(hù)區(qū)的森林資源量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。2009-2014年間，其森林面積增長(zhǎng)了4 994.06 hm2，其中，喬木林面積增長(zhǎng)了26.36 hm2，灌木林面積增長(zhǎng)了4 967.70 hm2，增長(zhǎng)率分別為0.07%和28.06%。

2.2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的動(dòng)態(tài)變化

2.2.1 水源涵養(yǎng)功能 2009-2014年間，喀納斯保護(hù)區(qū)森林涵養(yǎng)水源量增加了1 106.83萬t，其價(jià)值增加了12 641.15萬元，增長(zhǎng)率為9.74%，對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率達(dá)到了44.06%；其中凈化水質(zhì)的價(jià)值占調(diào)節(jié)水量的31.19%。從森林類型來看，灌木林在5 a間的調(diào)節(jié)水量增加了1 070.54萬t，其價(jià)值增量為12 226.70萬元，對(duì)涵養(yǎng)水源價(jià)值增量貢獻(xiàn)率為96.72%(表1)。

表1 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林涵養(yǎng)水源量及其價(jià)值的變化

2.2.2 土壤保育功能 2009年和2014年喀納斯保護(hù)區(qū)的森林固土量分別為34.07萬t和37.18萬t，增長(zhǎng)率為9.13%；保肥量由2009年的5.87萬t增加到了2014年的6.41萬t。2009年，森林固土價(jià)值和保肥價(jià)值分別為613.07萬元和10 309.48萬元，故其保育土壤的價(jià)值達(dá)到了10 922.55萬元，占價(jià)值總量的2.79%；2014年的固土與保肥價(jià)值分別為676.58萬元和11 250.31萬元，其保育土壤價(jià)值為11 926.89萬元，占價(jià)值總量的2.84%?？傮w上，2014年的森林保育土壤功能價(jià)值較2019年的增加了1 004.34萬元，增長(zhǎng)了9.20%，對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率為3.50%。就森林類型而言，灌木林的保育土壤功能量及價(jià)值量變化最大，其增量分別為3.62萬t、997.31萬元，對(duì)保育土壤增量貢獻(xiàn)率為99.30%(表2)。

2.2.3 固碳釋氧功能 喀納斯保護(hù)區(qū)的森林固碳量在2009年為9.41萬t，到2014年，增加到9.77萬t，增長(zhǎng)率3.84%。森林釋氧量由2009年的18.86萬t增加到2014年的19.27萬t，增長(zhǎng)率為2.17%。2009年，喀納斯保護(hù)區(qū)森林固碳和釋氧的價(jià)值分別為11 292.96萬元和24 500.65萬元；故其固碳釋氧功能價(jià)值為35 793.61萬元，占價(jià)值總量的9.16%；2014年，森林固碳和釋氧價(jià)值分別為11 726.07萬億元和25 032.99萬元，固碳釋氧總價(jià)值為36 759.06萬元，占價(jià)值總量的8.76%。5 a間，森林固碳釋氧功能價(jià)值增加965.44萬元，增長(zhǎng)2.70%，對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率為3.36%。就森林類型而言，灌木林的固碳釋氧功能量及價(jià)值量變化最大，增加量分別為0.77萬t、963.96萬元，對(duì)固碳釋氧增量貢獻(xiàn)率為99.84%(表3)。

表2 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林保育土壤功能量及價(jià)值量的變化

表3 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林固碳釋氧功能量及價(jià)值量的變化

2.2.4 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累功能 2009年和2014年，喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量分別為0.868 2萬t和0.872 2萬t，增長(zhǎng)率為0.46%?？{斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值2009年為14 103.81萬元，占價(jià)值總量3.61%；2014年為14 159.24萬元，占價(jià)值總量的3.37%。因此，森林生態(tài)系統(tǒng)5年的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累價(jià)值增加量為55.43萬元，增長(zhǎng)率為0.46%，對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率僅為0.19%。其中，灌木林積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值較針葉林、闊葉林為大，變化率為25.30%，對(duì)積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增量貢獻(xiàn)率為73.73%(表4)。

2.2.5 環(huán)境凈化功能 2009年和2014年，喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)提供負(fù)氧離子分別為7.31×1015億個(gè)和7.35×1015億個(gè)；吸收污染物分別為11.31 t和11.47 t，增長(zhǎng)率為1.45%；滯塵量分別達(dá)到110.17萬t和10.27萬t。因此，該系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境價(jià)值在2009年為25 858.25萬億元，占價(jià)值總量6.62%；2014年為25 882.59萬元，占價(jià)值總量6.17%。5 a間的功能價(jià)值增加了24.34萬元，增長(zhǎng)0.09%，對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率為0.08%。就森林類型而言，針葉林和闊葉林凈化大氣功能量與價(jià)值量變化微小(表5)。

表4 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量及其價(jià)值的變化

表5 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林凈化大氣功能量及價(jià)值量的變化

注：污染物包括二氧化硫、氟化物、氮氧化物、鉛、鎘、銅、鋅、汞。

2.2.6 生物多樣性保護(hù)功能 采用Shannon-Wiener指數(shù)評(píng)估森林生物多樣性的保護(hù)價(jià)值?？{斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護(hù)價(jià)值從2009年的50 480.69萬元，增加到了2014年的54 481.71萬元，價(jià)值也由總量的12.91%增加到12.99%。就森林類型而言，針葉林和闊葉林生物多樣性保護(hù)價(jià)值量變化較小，灌木林的變化較大，其變化量為3 974.16萬元，變化率為28.06%，對(duì)森林生物多樣性保護(hù)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率為99.33%(表6)。

2.2.7 森林游憩功能 喀納斯保護(hù)區(qū)森林游憩價(jià)值由2009年的12.4億元，增加到2014年的13.4億元，價(jià)值也由總量的31.72%增加到31.79%(表6)。

2.3 服務(wù)功能價(jià)值的總量變化特征

2009年，喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值為390 880.67萬元，到2014年，該價(jià)值增長(zhǎng)了7.34%，達(dá)到了419 572.41萬元。年均增加5 738.35萬元，年均增長(zhǎng)率為1.47%。不同的服務(wù)功能價(jià)值由大到小的順序均為WC>FR>BC>CO>PA>AN>SC。其中，涵養(yǎng)水源、森林游憩及生物多樣性保護(hù)3項(xiàng)價(jià)值總量分別為304 202.44萬元、330 844.6萬元，比重分別達(dá)到77.82%、78.85%，在系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值中占有主體地位。針葉林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值所占的比例約占總服務(wù)價(jià)值2/3，灌木林價(jià)值所占的價(jià)值比例僅為5%左右；從服務(wù)功能價(jià)值的變化角度來看，針葉林的服務(wù)功能價(jià)值在2009-2014年的變化率較小，僅為0.5%；而闊葉林價(jià)值有所減小，5 a間價(jià)值降低率為2.78%；森林服務(wù)價(jià)值變化最大的為灌木林，2014年的價(jià)值增加率達(dá)到27.98%(表6)。

表6 喀納斯保護(hù)區(qū)2009-2014年森林生態(tài)服務(wù)各功能價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化

3 討論

自然保護(hù)區(qū)保護(hù)了天然植被及其組成的生態(tài)系統(tǒng)。森林生態(tài)系統(tǒng)具有重要的作用，其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值排序?yàn)閃C>FR>BC>CO>PA>AN>SC；價(jià)值總量變化率大小排序?yàn)閃C>SC>FR>BC>CO>AN>PA；對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)閃C>FR>BC>SC>CO>AN>PA。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要體現(xiàn)在涵養(yǎng)水源上，森林游憩服務(wù)價(jià)值隨著林木生長(zhǎng)量和森林質(zhì)量的提高而逐年增加。

就森林類型而言，7 項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值排序?yàn)镃F>BF>SS；價(jià)值總量變化率大小排序及對(duì)價(jià)值增量貢獻(xiàn)率大小排序均為灌木林>針葉林>闊葉林。數(shù)量化分析結(jié)果表明，灌木林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值雖然較針葉林、闊葉林小，但其在5 a間的價(jià)值增加率最高，在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值及綠色GDP中占據(jù)著重要的作用。

森林生態(tài)系統(tǒng)面積的增長(zhǎng)和森林環(huán)境的改善是喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。在各森林類型中，灌木林面積的增加較為顯著，在維系和促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮著巨大作用。建議繼續(xù)抓好天然林保護(hù)、野生動(dòng)植物保護(hù)及自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等林業(yè)重點(diǎn)生態(tài)工程，提高森林經(jīng)營(yíng)水平，進(jìn)一步鞏固和提升喀納斯保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

本次評(píng)估采用了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范(LY/T 1721-2008)，在阿爾泰山森林生態(tài)監(jiān)測(cè)站長(zhǎng)期所試驗(yàn)觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，相對(duì)而言有著較為充分的數(shù)據(jù)支持，基本上能夠反映森林生態(tài)系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)，增加了研究結(jié)果的可信度。目前為止，有關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估還處于一個(gè)探索階段，新疆喀納斯保護(hù)區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估方面的研究尚少。本文的研究，希望能有助于人們對(duì)森林生態(tài)價(jià)值的了解，為區(qū)域森林生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供參考，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學(xué)指導(dǎo)性依據(jù)。