湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)效益評估

黃繼紅　黃志霖　艾訓(xùn)儒　姚蘭　郭仲軍　路興慧

摘 要： 本文采用涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護(hù)等9個功能指標(biāo)，對湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進(jìn)行評估。結(jié)果表明：湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為336.66億元·年-1。其中，固碳釋氧、涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護(hù)3項功能價值量最大，分別占該地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的34.94%，30.45%和29.00%；闊葉林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量最大，占該地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值的37.54%。固碳釋氧、涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護(hù)等功能都發(fā)揮著重要的作用，闊葉林在湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)中具有突出的功能。

關(guān)鍵詞： 天保工程；生態(tài)效益；森林生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；可持續(xù)發(fā)展；三峽地區(qū)；湖北省

中圖分類號：S718.56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-3020（2015）02-0001-05

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1， 2]，是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和基本條件[3]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅為人類提供各種商品，同時在維持生命支持系統(tǒng)和環(huán)境動態(tài)平衡方面起著不可替代的重要作用[4]。天然林生態(tài)系統(tǒng)是森林生態(tài)系統(tǒng)最重要的組成部分，是中國森林生態(tài)系統(tǒng)的典型代表，蘊(yùn)藏著最豐富的珍稀物種和珍貴的野生動植物基因資源，具有其他生態(tài)系統(tǒng)無法比擬的獨特結(jié)構(gòu)和功能。天然林生態(tài)系統(tǒng)在涵養(yǎng)水源、保護(hù)土壤、固碳釋氧、保育生物多樣性和防風(fēng)固沙等方面均發(fā)揮著極為重要的作用[5]。天然林保護(hù)工程是我國重點實施的六大林業(yè)工程之一，該工程實施旨在遏制生態(tài)環(huán)境惡化，保護(hù)生物多樣性，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6，7]。工程一期建設(shè)已取得明顯的效果[8]，但其生態(tài)效益價值一直缺乏有效的科學(xué)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。因此，評估天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值目前尤為迫切，將為天保工程二期實施方案的調(diào)整和制定合理的生態(tài)效益補(bǔ)償政策提供科學(xué)依據(jù)。

最新研究表明，三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量為4 314.11億元[9]，關(guān)于該地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量的研究尚未見報道。本文以2003年森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范，采用文獻(xiàn)查證和實證研究相結(jié)合的方法，對湖北省三峽地區(qū)4個縣的天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進(jìn)行評估。一方面為該地區(qū)天然林保護(hù)工程實施效果的評估提供科學(xué)數(shù)據(jù)，另一方面也為三峽工程實施對天然林生態(tài)系統(tǒng)的影響提供有效的評估手段。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

湖北省三峽地區(qū)跨越興山縣、夷陵區(qū)、秭歸縣和巴東縣，平均海拔700～800 m，多年平均氣溫16.8～18.0 ℃，年降水量1 000 mm～1 200 mm。該地分布著亞熱帶、暖溫帶、溫帶及寒溫帶各種維管束植物3 800種以上，僅森林樹種就有1 300多種，以殼斗科、樟科、山茶科、木蘭科、冬青科、樺木科、金縷梅科、松科和杉科為主。組成亞熱帶落葉闊葉林、落葉闊葉—常綠闊葉混交林、常綠闊葉林以及亞熱帶針葉林、溫帶針葉林等森林類型。植被以常綠闊葉林為主，屬過渡性常綠闊葉林帶，直接連接典型常綠闊葉林北亞帶。此外，該地是湖北省天然森林主要集中分布地之一[10]。

1.2 評估方法和數(shù)據(jù)來源

本文采用LY/T 1721-2008森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范[11]，對湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)效益進(jìn)行評估。依據(jù)規(guī)范選取符合天然林生態(tài)系統(tǒng)的6項功能，9個指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)效益的計算。數(shù)據(jù)和參數(shù)來源包括以下3方面：①湖北省三峽地區(qū)2003年森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)；②中國森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站長期觀測數(shù)據(jù)（主要來源于公開發(fā)表的學(xué)術(shù)研究論文及網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)）；③LY/T 1721-2008森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范[11]中提供的中國權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的社會公共數(shù)據(jù)。

1.2.1 涵養(yǎng)水源價值

涵養(yǎng)水源包括調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)兩個指標(biāo)。

調(diào)節(jié)水量價值采用公式：

U調(diào)=10C庫A（P-E-C）（1）

式中U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量價值，元·a1；C庫為水庫建設(shè)單位庫容造價，元·m3；P為降水量，mm·a1；E為林分蒸散量，mm·a1；C為地表徑流量，mm·a1；A為林分面積，hm2。C庫取6.11元·m3[11]；A根據(jù)二類森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)按林分類型統(tǒng)計得到；P和E分別根據(jù)worldclim數(shù)據(jù)源和Atlas of the Biosphere數(shù)據(jù)源按林分類型進(jìn)行空間分析獲得；C根據(jù)相關(guān)研究取值[12]。

年凈化水質(zhì)價值公式為：

U水質(zhì)=10KA（P-E-C）（2）

式中K為水的凈化費用，取2.09元·t1[11]。

1.2.2 保育土壤價值

保育土壤包括固定土壤和保持土壤肥力兩個指標(biāo)。

林分固定土壤價值公式為：

U固土=AC土（X2-X1）/ρ（3）

式中U固土為林分年固土價值，元·a1；X1為林地土壤侵蝕模數(shù)，t·hm2·a1；X2為無林地土壤侵蝕模數(shù)，t·hm2·a1；C±為挖取和運輸單位體積土方所需費用，元·m3；ρ為土壤容重，t·m3。X1、X2分別取11.25和30.00 t·hm2·a1[13]；C±按12.6元·m3計算[14]；ρ值根據(jù)林分類型不同而不同[12]。

林分保持土壤肥力公式為：

U肥=A（X2-X1）（NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3）（4）

式中U肥為林分年保肥價值，元·a1；N為林分土壤含氮量，%；P為林分土壤含磷量，%；K為林分土壤含鉀量，%；M為林分土壤有機(jī)質(zhì)含量，%；R1為磷酸二胺化肥含氮量，%；R2為磷酸二胺化肥含磷量，%；R3為氯化鉀化肥含鉀量，%；C1為磷酸二胺化肥價格，元·t1；C2為氯化鉀化肥價格，元·t1；C3為有機(jī)質(zhì)價格，元·t1。N、P、K不同林分類型不同[15]；M根據(jù)林分類型取值不同[12，15]；R1、R2和R3的值分別為14.00%、15.01%和50.00%[11]；C1、C2和C3分別為2 400，2 200和320元·t1[11]。

1.2.3 固碳釋氧價值

固碳價值采用公式：

U碳=AC碳（1.63R碳B年+F土壤碳）（5）

式中U碳為植被年固碳價值，元·a1；B年為林分凈生產(chǎn)力，t·hm2·a1；F土壤碳為單位面積林分土壤年固碳量，t·hm2·a1；C碳為固碳價格，元·t1；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%。B年參照已發(fā)表數(shù)據(jù)[16]，喬木和灌木的生物量和碳儲量之間利用0.5的轉(zhuǎn)換系數(shù)[17]；F土壤碳參考鄰近地區(qū)同類林分類型的土壤碳儲量值[18]；C碳為1 200元·t1[11]。

釋氧價值計算公式：

U氧=1.19C氧AB年（6）

式中U氧為林分年釋氧價值，元·a1；C氧為氧氣價格，取1 000元·a1[11]。

1.2.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)價值

積累營養(yǎng)物質(zhì)價值采用公式為：

U營養(yǎng)=AB年（N營養(yǎng)C1/R1+P營養(yǎng)C1/R2+K營養(yǎng)C2/R3）（7）

式中U營養(yǎng)為林分年營養(yǎng)物質(zhì)積累價值，元·a1；N營養(yǎng)為林木含氮量，%；P營養(yǎng)為林木含磷量，%；K營養(yǎng)為林木含鉀量，%。N營養(yǎng)、P營養(yǎng)和K營養(yǎng)分別參考鄰近地區(qū)相關(guān)研究發(fā)表的數(shù)據(jù)整理[19]。

1.2.5 凈化大氣環(huán)境價值

該研究主要選取提供負(fù)離子價值為指標(biāo)反映森林凈化大氣環(huán)境的功能。采用公式：

U負(fù)離子=5.256×1015×AHK負(fù)離子（Q負(fù)離子-600）/L（8）

式中U負(fù)離子為林分年提供負(fù)離子價值，元·a1；K負(fù)離子為負(fù)離子生產(chǎn)費用，元·個1；Q負(fù)離子為林分負(fù)離子濃度，個·cm3；L為負(fù)離子壽命，min；H為林分高度，m。K負(fù)離子為5.82元·1018·個1；Q負(fù)離子根據(jù)相關(guān)研究成果整理[20]；L為10 min[21]；H為二類森林資源數(shù)據(jù)統(tǒng)計各類林分高度的均值。

1.2.6 生物多樣性保護(hù)價值

由于動物物種名錄及分布數(shù)據(jù)積累不足，本文主要計算了植物多樣性的保護(hù)效益。采用引入物種瀕危指數(shù)和特有種指數(shù)的Shannon-Wiener指數(shù)法[22]計算，公式為：

U總=（1+∑xm=1Em×0.1+∑yn=1Bn×0.1）S生A（9）

式中U總為林分年物種保育價值，元·a1；Em為評估林分（或區(qū)域）內(nèi)物種m的瀕危等級；Bn為評估林分（或區(qū)域）內(nèi)物種n的特有種等級；x為計算瀕危指數(shù)物種數(shù)量；y為計算特有種指數(shù)物種數(shù)量；S生為單位面積物種多樣性保育價值量，元·hm2·a1。本計算中主要采用湖北省興山、宜昌、秭歸和巴山4個縣的植物物種名錄進(jìn)行計算（植物物種分布數(shù)據(jù)庫依據(jù)中國數(shù)字植物標(biāo)本館（http：//www.cvh.org.cn/cms/）、中國特有植物名錄[23]以及中國野生瀕危保護(hù)植物名錄[24]整理）。

1.2.7 湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值

湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為上述9指標(biāo)之和，公式為：

U=∑9i=1Ui（10）

式中：U為湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值，元·a1；Ui為湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各指標(biāo)年價值，元·a1。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量

湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為336.66億元。各功能項及指標(biāo)的價值分別見表1。固碳釋氧價值量最大（117.63億元·a1），占總價值的34.94%；涵養(yǎng)水源價值次之（102.52億元·a1），占總價值量的30.45%；生物多樣性保護(hù)價值97.62億元·a1，占總價值的29.00%；積累營養(yǎng)物質(zhì)價值10.22億元·a1，占總價值的3.04%；保育土壤價值8.47億元·a1，占總價值的2.51%；凈化大氣環(huán)境價值量最小（0.20億元·a1），僅占總價值的0.06%。

2.2 不同縣域天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量

湖北省三峽地區(qū)各縣天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量位于32.71～117.64億元·a1之間見表2，其依據(jù)價值量大小排序為巴東縣>宜昌縣>秭歸縣>興山縣。單位面積天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量的排列順序為巴東縣>秭歸縣>宜昌縣>興山縣。

2.3 不同林分類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量

湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)中28種林分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量及其比例見表3。各林分類型價值量位于0.00～97.11億元·a1之間，依據(jù)價值量對各林分類型從小到大排序結(jié)果見表3。

湖北省三峽地區(qū)4個縣天然林林分類型歸為闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌木林、竹林和經(jīng)濟(jì)林五類，各林分類型服務(wù)價值總量分別為37.54，35.39，16.51，10.26，0.28億元·a1和0.03億元·a1。各縣不同林分類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量見圖1。宜昌和巴東兩縣闊葉林服務(wù)價值量最大，針葉林次之；興山和秭歸兩縣針葉林服務(wù)價值量最大，闊葉林次之。宜昌、秭歸和巴東三縣灌木林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量都排第三位，僅次于針葉林或闊葉林之后，針闊混交林服務(wù)價值量位于灌木林之后；興山縣針闊混交林服務(wù)價值量高于灌木林價值量。竹林和經(jīng)濟(jì)林生態(tài)服務(wù)價值量最小，其中興山和秭歸縣沒有經(jīng)濟(jì)林分布，其服務(wù)價值為零。

3 結(jié)論與討論

本文基于2003年森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，采用國家林業(yè)局發(fā)布的LY/T 1721-2008評估規(guī)范和原理，計算出湖北省三峽地區(qū)天然林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值為336.66億元。其中固碳釋氧價值量最高，說明湖北省三峽地區(qū)的天然植被在碳存儲功能上發(fā)揮了重要作用。其次，該地區(qū)在涵養(yǎng)水源和生物多樣性保育方面價值也很突出。由此可見，該地區(qū)保護(hù)工程的實施重點應(yīng)保護(hù)好原有的天然植被，同時，應(yīng)進(jìn)一步明確各優(yōu)勢林分類型的主要生態(tài)功能，在此基礎(chǔ)上合理配置樹種，開展補(bǔ)植造林工作，強(qiáng)化不同區(qū)域不同林分類型的主要生態(tài)功能，提高森林植被的整體生態(tài)效益。減輕水土流失、泥沙淤積對水利工程的危害和威脅，從而有利于充分發(fā)揮三峽水利樞紐工程設(shè)施的長期效能。

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（責(zé)任編輯：鄭京津）