新疆經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤功能及價(jià)值評(píng)估

黃秀艷，師慶東*，張毓?jié)?，?健，許紫峻

森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)改善和維護(hù)生態(tài)環(huán)境起著決定性作用，同時(shí)還能提供人類生存所必需的重要資源［1］。隨著新疆農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，經(jīng)濟(jì)林種植面積在逐年擴(kuò)大，而經(jīng)濟(jì)林作為森林生態(tài)系統(tǒng)的一部分，其社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益有目共睹，但當(dāng)前對(duì)其生態(tài)效益研究較少。土壤和水是人類生存的重要自然資源，是社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，由于人們?cè)谏a(chǎn)和生活中過度開發(fā)利用，并對(duì)土地資源實(shí)行不合理經(jīng)營(yíng)，造成了嚴(yán)重的水土流失。經(jīng)濟(jì)林土壤蓄水功能是防止水土流失的有效途徑之一［2］，研究經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能并揭示其過程機(jī)理以及生態(tài)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)化模式，對(duì)防止土壤侵蝕，建立新疆森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究網(wǎng)絡(luò)具有不可替代的理論和實(shí)踐意義。

隨著水土流失情況日益加劇和環(huán)境惡化，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)尤其是森林生態(tài)系統(tǒng)在保育土壤方面的研究逐漸受到人們的關(guān)注。肖寒［3］等研究了海南島生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與土壤保持空間分布特征;魯紹偉［4］等對(duì)中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)土壤的價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià);針對(duì)滇中高原山地4種人工群落，孟廣濤［5］等對(duì)其徑流量和土壤侵蝕開展了研究;王金葉［6］等、金銘［7］等在森林土壤水文效應(yīng)方面進(jìn)行了相關(guān)研究;賀山峰［8］等從土壤理化性質(zhì)方面對(duì)科爾沁沙地小葉錦雞兒群落的保育土壤功能進(jìn)行了研究。經(jīng)濟(jì)林保育土壤方面的研究一開始都包含在森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能內(nèi)［9-14］，但有關(guān)經(jīng)濟(jì)林保育土壤服務(wù)功能的研究尚不多見［15-16］，針對(duì)新疆干旱條件下，不同經(jīng)濟(jì)林種、不同產(chǎn)期的保育土壤服務(wù)功能研究也還未見報(bào)道。

本研究參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T 1721－2008)中保育土壤功能價(jià)值評(píng)估方法，基于野外采樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和新疆林果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)理論——市場(chǎng)價(jià)值法中的環(huán)境效益評(píng)估法定量計(jì)算新疆不同區(qū)域、不同經(jīng)濟(jì)林林種和不同林齡的保育土壤功能量及其價(jià)值量。為全面了解新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能，深入了解新疆經(jīng)濟(jì)林保肥固土作用，全面評(píng)估新疆經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

2014年全疆經(jīng)濟(jì)林面積為7.62×105hm2。巴州、阿克蘇、喀什、克州及和田地區(qū)為南疆，烏魯木齊、昌吉、阿勒泰、博州、塔城、克拉瑪依及伊犁州為北疆，吐魯番及哈密地區(qū)為東疆。其中:南疆經(jīng)濟(jì)林面積為 7.22×105hm2，占總面積的 94.8%;北疆經(jīng)濟(jì)林面積為 2.57×104hm2，占總面積的 3.4%;東疆經(jīng)濟(jì)林面積為 1.39×104hm2，占總面積的1.8%(表 1)。本研究將全疆蘋果、核桃、棗樹、梨樹、杏樹、巴旦木和其他喬木經(jīng)濟(jì)林(李樹、桃樹等)按產(chǎn)期劃分為產(chǎn)前期、初產(chǎn)期、盛產(chǎn)期及衰產(chǎn)期，分別對(duì)這4個(gè)時(shí)期的固土、保肥功能及其價(jià)值量進(jìn)行計(jì)算。

圖1 新疆經(jīng)濟(jì)林分區(qū)Fig.1 The partition of non-timber product forests in Xinjiang

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源:1)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，依照中國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LY/T 1688－2007)干旱半干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測(cè)指標(biāo)，分別在昌吉、佳木試驗(yàn)站、農(nóng)科院輪臺(tái)國(guó)家資源圃、喀什、庫(kù)爾勒、阿克蘇、哈密等地選取長(zhǎng)勢(shì)良好、樹種豐富的果園設(shè)置樣地22個(gè)，選擇7種經(jīng)濟(jì)林林種不同生長(zhǎng)時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)木，進(jìn)行觀測(cè)、采樣，共采集土壤樣品140份，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室理化測(cè)試，獲得相關(guān)參數(shù);2)新疆2014年二類森林資源連清數(shù)據(jù)及林業(yè)2014年林果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);3)價(jià)格參數(shù)選用國(guó)家權(quán)威部門公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)，價(jià)值量的估算是依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T 1721－2008)。

1.3 研究方法

綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，對(duì)全疆不同區(qū)域的巴旦木、核桃、棗、梨、蘋果、杏等6種經(jīng)濟(jì)林林種按產(chǎn)前期、初產(chǎn)期、盛產(chǎn)期和衰產(chǎn)期4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值研究，并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定量分析和評(píng)估各樹種各生長(zhǎng)期的保育土壤、功能的價(jià)值量。其實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集方法如下:首先在所設(shè)置的樣地中采用“S”形布點(diǎn)法設(shè)置3～5個(gè)采樣點(diǎn)，使用環(huán)刀采集土壤容重樣品，然后使用土鉆按0～20、20～40、40～60 cm 3個(gè)梯度采集土壤樣品并測(cè)定土壤容重、氮磷鉀含量、土有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)。保育土壤物質(zhì)量及價(jià)值量計(jì)算公式如下:

式中，G固土為林分年固土量(t·a－1);X1為林地土壤侵蝕模數(shù)(t·hm－2·a－1);X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)(t·hm－2·a－1);GN為減少的氮流失量(t·a－1);GP為減少的磷流失量(t·a－1);GK為減少的鉀流失量(t·a－1);A為林分面積(hm2);N為土壤含氮量(%);P為土壤含磷量(%);K為土壤含鉀量(%)。

固土保肥價(jià)值量計(jì)算公式:

式中，U固土為林分年固土價(jià)值(元·a－1);X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)(t·hm－2·a－1);ρ為林地土壤容重(t·m－3);U肥為林分年保肥價(jià)值(元·a－1);X1為林地土壤侵蝕模數(shù)(t·hm－2·a－1);M 為林分土壤有機(jī)質(zhì)含量(%);R1為磷酸二銨化肥含氮量，取值14.0%;R2為磷酸二銨化肥含磷量，取值15.01%;R3為氯化鉀化肥含鉀量，取值50%;C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用，取值20.97元·m－3;C1為磷酸二銨化肥價(jià)格，取值3 254.25元·t－1;C2為氯化鉀化肥價(jià)格，取值 2 983.07元·t－1;C3為有機(jī)質(zhì)價(jià)格，取值 433.90 元·t－1。

2 結(jié)果與分析

2.1 新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能量評(píng)估

根據(jù)公式(1)～(4)對(duì)7種經(jīng)濟(jì)林木的林分固土功能和保肥功能分別進(jìn)行測(cè)定(表1、表2)。新疆經(jīng)濟(jì)林固土功能量為 1.54×107t·a－1，保肥功能量為 8.23×105t·a－1。從不同林種來(lái)說(shuō)，7 種類型經(jīng)濟(jì)林固土功能量以核桃最高，為 4.93×106t·a－1，占總固土功能量32.05%，最低為其他喬木是3.7×105t·a－1，占總固土功能量2.42%，各類型經(jīng)濟(jì)林種固土功能量依次排序?yàn)?核桃＞棗＞杏＞巴旦木＞梨＞蘋果＞其他喬木經(jīng)濟(jì)林。7種類型經(jīng)濟(jì)林木保肥功能量以棗最高，為 3.14×105t·a－1，占總保肥功能量 38.2%，最低為其他喬木是 1.86×104t·a－1，占總保肥功能量2.3%，各類型經(jīng)濟(jì)林種保肥功能量依次排序?yàn)?棗＞核桃＞杏＞巴旦木＞梨＞蘋果＞其他喬木經(jīng)濟(jì)林。

表1 新疆經(jīng)濟(jì)林固土功能評(píng)估Table 1 The soil fixation capacity of non-timber product forests in Xinjiang (t·a－1)

從不同區(qū)域來(lái)說(shuō)，南疆固土功能量為1.49×107t·a－1，占總固土功能量 97.2%，北疆為 2.41×105t·a－1，占總固土功能量 1.6%，東疆為 1.86×105t·a－1，占總固土功能量1.2%。南疆保肥功能量為7.99×105t·a－1，占總保肥功能量97.1%，北疆為 1.24×104t·a－1，占總保肥功能量 1.5%，東疆為 1.17×104t·a－1，占總保肥功能量 1.4%。

從不同生長(zhǎng)期分析，全疆經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)前期、初產(chǎn)期、盛產(chǎn)期及衰產(chǎn)期固土功能量分別為2.20×106t·a－1，6.70×106t·a－1，5.68×106t·a－1，5.24×105t·a－1;分別占總固土功能量的 14.3%，45.3%，36.9%，3.4%。而其保肥功能量分別為1.16×105t·a－1，3.76×105t·a－1，3.06×105t·a－1，2.52×104t·a－1，分別占總保肥功能量的14.1%，45.6%，37.2%，3.1%。

表2 新疆經(jīng)濟(jì)林保肥功能評(píng)估Table 2 The fertilizer conservation capacity of non-timber product forests in Xinjiang (t·a－1)

續(xù)表2

表3 新疆經(jīng)濟(jì)林單位面積固土及保肥功能Table 3 Fertilizer conservation capacity and soil fixation capacity of non-timber product forest in Xinjiang t·hm－2·a－1

全疆經(jīng)濟(jì)林不同樹種單位面積固土功能依次排序?yàn)?巴旦木＞核桃＞棗＞其他喬木＞梨＞蘋果＞杏;保肥功能則為:棗＞巴旦木＞杏＞其他喬木＞核桃＞梨＞蘋果。

2.2 新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能價(jià)值量核算

2.2.1 不同經(jīng)濟(jì)林類型單位面積保育土壤價(jià)值核算 地域不同單位面積的保育土壤價(jià)值也不同，南疆保育土壤固土及保肥價(jià)值皆高于北疆及東疆，說(shuō)明南疆經(jīng)濟(jì)林經(jīng)濟(jì)效益高于北疆及東疆(圖2、圖3)。北疆及東疆并未種植巴旦木。其次，從經(jīng)濟(jì)林類型來(lái)看，南疆單位面積固土價(jià)值依次為:巴旦木＞梨＞杏＞棗＞核桃＞蘋果;北疆則為:蘋果＞梨＞杏＞棗＞核桃;東疆為:梨＞杏＞棗＞核桃＞蘋果。南疆單位面積保肥價(jià)值排序?yàn)?梨＞棗＞杏＞巴旦木＞蘋果＞核桃;北疆及東疆為:梨＞棗＞杏＞蘋果＞核桃。造成南疆保育土壤價(jià)值大于北疆及東疆的原因可能是由于新疆遠(yuǎn)離海洋以及其獨(dú)特的三山夾兩盆的地理環(huán)境使南北東疆降水差異顯著。其他喬木經(jīng)濟(jì)林按杏樹算，故圖表中并未畫出。

圖2 新疆不同區(qū)域各樹種保育土壤單位面積固土價(jià)值Fig.2 Soil fixation value per unit area of all the tree species in different regions of Xinjiang

圖3 新疆不同區(qū)域各樹種保育土壤單位面積保肥價(jià)值Fig.3 The fertilizer conservation value on per unit area of all the tree species in different regions of Xinjiang

2.2.2 新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤價(jià)值核算 對(duì)7種經(jīng)濟(jì)林木的林分保育土壤價(jià)值量進(jìn)行測(cè)定。全疆經(jīng)濟(jì)林總保育土壤功能價(jià)值量［17］為 4.99×109元·a－1，其中固土功能價(jià)值量為 2.58×108元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量5.2%，保肥功能價(jià)值量為4.73×109元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量的94.8%。從不同林種來(lái)說(shuō)，7種類型經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能價(jià)值量以棗最高為 1.94×109元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量 38.8%，最低為蘋果是 1.32×108元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量2.7%，各類型經(jīng)濟(jì)林種保育土壤功能價(jià)值量依次排序?yàn)?棗＞核桃＞杏＞梨＞巴旦木＞其他喬木＞蘋果。從不同區(qū)域來(lái)說(shuō)，南疆保育土壤功能價(jià)值量為 4.83×109元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量 96.8%，北疆為 8.29×107元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量1.7%，東疆為 7.30×107元·a－1，占總保育土壤功能價(jià)值量1.5%。

表4 新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤總價(jià)值Table 4 Total value for soil conservation of non-timber product forests in Xinjiang (萬(wàn)元·a－1)

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

林分保育土壤功能量為 1.62×107t·a－1，其中固土功能量為 1.54×107t·a－1，保肥功能量為 8.23×105t·a－1，固土功能量是保肥功能量的18.67倍。林分年保育土壤價(jià)值為 4.99×109元·a－1，其中固土功能價(jià)值量為 2.58×108元·a－1，保肥功能價(jià)值量為 4.73×109元·a－1，保肥功能價(jià)值量是固土功能價(jià)值量的18.32倍。說(shuō)明新疆經(jīng)濟(jì)林的保育土壤功能中的固土功能較強(qiáng)，保肥功能量雖低，但其價(jià)值量較大。

按區(qū)域和生長(zhǎng)時(shí)期來(lái)說(shuō)，南疆保育土壤功能量為 1.57×107t·a－1，占總保育土壤功能量97.2%，而北疆及東疆保育土壤功能量分別為2.53×105t·a－1和 1.98×105t·a－1。南疆保育土壤價(jià)值量為 4.83×109元·a－1，占總保育土壤價(jià)值量 96.9%，北疆及東疆保育土壤價(jià)值量分別為 8.29×107元·a－1和 7.30×107元·a－1。全疆經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)前期、初產(chǎn)期、盛產(chǎn)期及衰產(chǎn)期分別占總固土功能量的14.3%、45.3%、36.9%、3.4%，占總保肥功能量的 14.1%、45.6%、37.2%、3.1%。說(shuō)明南疆保育土壤功能量占比最大;其次，初產(chǎn)期不論是在固土能力和保肥能力上均比其他產(chǎn)期要高，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)林在初產(chǎn)期的代謝功能最強(qiáng)。

全疆單位面積固土功能為:巴旦木＞核桃＞棗＞其他喬木＞梨＞蘋果＞杏;保肥功能則為:棗＞巴旦木＞杏＞其他喬木＞核桃＞梨＞蘋果。其單位面積保育土壤價(jià)值量是梨＞棗＞杏＞其他喬木＞巴旦木＞蘋果＞核桃。且7種類型經(jīng)濟(jì)林木單位面積的固土功能量高于保肥功能量，固土價(jià)值量低于保肥價(jià)值量。

3.2 討論

南疆地區(qū)的實(shí)物量和價(jià)值量在全疆所占的比例最高，是由于新疆經(jīng)濟(jì)林的種植受地理位置、土壤質(zhì)地和氣候條件等因素的影響。其次，農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品加工是南疆的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，相當(dāng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)仍然會(huì)是南疆的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展生態(tài)、綠色、有機(jī)農(nóng)業(yè)及特色林果業(yè)，促進(jìn)一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展［18］，對(duì)南疆經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有促進(jìn)作用。南疆作為生活條件相對(duì)惡劣、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為落后的地區(qū)，經(jīng)濟(jì)林面積最大，可加強(qiáng)各級(jí)政府科技扶農(nóng)力度，提高果農(nóng)個(gè)人管理能力，提高經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)量，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)林的固土保肥功能，在保證南疆經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，確保經(jīng)濟(jì)林的生態(tài)效益，對(duì)提高南疆生活及生態(tài)環(huán)境都有至關(guān)重要的作用。

從不同類型林種來(lái)看，棗樹、梨樹及杏樹的種植范圍相對(duì)較廣，遍布南北東疆，說(shuō)明這3種樹種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，其實(shí)物量和價(jià)值量不論是從總量和單位面積量上均較高;而巴旦木只在南疆種植，說(shuō)明巴旦木更喜熱耐旱，適合在南疆生長(zhǎng)。依據(jù)南北東疆不同的地理環(huán)境及氣候等條件種植適宜名優(yōu)果種，可以增加全疆經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)量及增強(qiáng)保育土壤功能，對(duì)改善當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益都有極大的促進(jìn)作用。

本研究從不同區(qū)域、不同經(jīng)濟(jì)林林種入手，利用市場(chǎng)價(jià)值法定量分析了新疆經(jīng)濟(jì)林保育土壤功能及其價(jià)值，對(duì)了解新疆經(jīng)濟(jì)林林種分布格局，種植林種選擇以及較全面了解新疆經(jīng)濟(jì)林固土及保肥功能，為評(píng)估新疆經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力提供數(shù)據(jù)參考。生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估的意義主要在于抓住幾個(gè)有計(jì)算依據(jù)的核心服務(wù)功能，不在于對(duì)每一項(xiàng)功能價(jià)值的精確估算，評(píng)價(jià)的目的是為政府決策提供依據(jù)［19］。但由于人為因素以及監(jiān)測(cè)條件的限制，本文未能對(duì)全疆所有經(jīng)濟(jì)林樹種進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在監(jiān)測(cè)及計(jì)量中也有一定誤差。