濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局研究

黃龍生,王 兵,牛 香,*,宋慶豐

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所,國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100091 2 北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心,北京 102206

生態(tài)系統(tǒng)功能涉及生態(tài)系統(tǒng)的生境、生物或系統(tǒng)性質(zhì)或過(guò)程,而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能則代表人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)功能中獲得的好處[1- 2]。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,森林在為社會(huì)和地球的生命支持系統(tǒng)提供多樣化(如生物多樣性、固碳、水和木材)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和產(chǎn)品等方面起著不可替代的作用[3- 5]。因此,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有助于人類福祉,是全球總經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要組成部分。

隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的不斷深入,人們?nèi)找姘l(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的重要性,且評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[6- 8]。自Costanza等[1]聯(lián)合世界上13位科學(xué)家率先評(píng)估了全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值而引起學(xué)術(shù)界巨大反響以后,國(guó)外學(xué)者相繼在不同尺度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)展開研究。2005年,千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(MA)工作組就全球以及33個(gè)區(qū)域等尺度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)與人類福祉的關(guān)系進(jìn)行了研究[9]。隨后的幾年中,人們則更多的是關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間異質(zhì)性以及與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)性[10- 12]。我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值研究萌芽于20世紀(jì)80年代[13],該階段研究主要圍繞的是森林資源價(jià)值核算及綜合效益評(píng)價(jià)等[14- 15]。進(jìn)入90年代以后，相關(guān)學(xué)者對(duì)森林環(huán)境資源進(jìn)行了定義和分類，并對(duì)其進(jìn)行價(jià)值評(píng)價(jià)，認(rèn)為要建立完善的森林環(huán)境資源實(shí)物量及價(jià)值量核算方法體系，進(jìn)而納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系之中[16]。隨后,受到Costanza 等論文的啟發(fā),我國(guó)學(xué)者逐步引入生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的概念、理論及研究方法,并對(duì)我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值展開探索性研究[17- 21]。進(jìn)入21世紀(jì)后,在我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在理論及方法上得到廣泛的認(rèn)知并應(yīng)用到不同尺度不同類型的生態(tài)服務(wù)功能研究,同時(shí)一些評(píng)估模型也逐漸應(yīng)用到對(duì)應(yīng)的研究領(lǐng)域,并且將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)理論與方法同其他研究方向進(jìn)行融合的思想也慢慢得到實(shí)踐[22- 24,13]。

濟(jì)南市北部為黃河沖擊平原,南部背靠泰山北麓,中部主要為城市生活區(qū),其森林資源主要由平原生態(tài)防護(hù)林、山區(qū)水源涵養(yǎng)林和城市森林所構(gòu)成。開展?jié)鲜猩稚鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局研究,對(duì)濟(jì)南市平原森林、山地森林及城市森林的生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)和生態(tài)安全評(píng)估,明確不同區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的強(qiáng)弱分布,探索濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局分布特征具有重大現(xiàn)實(shí)意義。因此,本文以濟(jì)南市森林植被為研究對(duì)象,依托濟(jì)南市周邊的森林生態(tài)站,依據(jù)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/T1721—2008)(國(guó)家林業(yè)局,2008)(以下簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)開展?jié)鲜猩稚鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究。以期為科學(xué)開展生態(tài)環(huán)境保護(hù)及制定相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策提供重要科學(xué)依據(jù),從而促進(jìn)濟(jì)南市乃至山東省生態(tài)環(huán)境的改善和可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市地處山東省西北部(E116°11′—117°44′,N36°2′—37°31′),地勢(shì)南高北低,由南向北依次為南部低山丘陵區(qū)、中部山前平原區(qū)、北部黃河沖擊平原區(qū)。該區(qū)海拔最高988.8米,位于長(zhǎng)清區(qū)摩天嶺。受膠東丘陵以及魯中南山地丘陵阻擋,海洋性氣候不明顯,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候,年平均氣溫14.1℃,無(wú)霜期在190—235 d之間,年日照時(shí)數(shù)2490—2730 h,多年平均降水量在585—800 mm,降雨集中在6—9月。土壤發(fā)育受生物和氣候條件影響,地帶性規(guī)律明顯,主要以棕壤、褐土、潮土、風(fēng)沙土等為主。濟(jì)南市森林植被以人工林占絕大多數(shù),天然林分布較少,森林面積約24.46萬(wàn)hm2。主要樹種有側(cè)柏(Platycladusorientalis(L.) Franco)、落葉松(Larixgmelinii(Rupr.)Kuzen.)、油松(PinustabuliformisCarrière)、麻櫟(QuercusacutissimaCarruth.)、白楊(Populusalba)、黑楊(Populusnigra)、刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、泡桐(Paulownia)等[25]。

2 研究方法

2.1 森林資源數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究森林資源數(shù)據(jù)來(lái)自2015年濟(jì)南市林業(yè)局發(fā)布的森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)。根據(jù)濟(jì)南市周邊的泰山和黃河三角洲森林生態(tài)站長(zhǎng)期、連續(xù)及定位觀測(cè)數(shù)據(jù)集和第八次山東省森林資源生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估,將濟(jì)南市按照其行政區(qū)劃分為：歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、天橋區(qū)、歷城區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)、章丘市、平陰縣、濟(jì)陽(yáng)縣和商河縣等10個(gè)區(qū)/縣,每個(gè)區(qū)/縣按照森林資源統(tǒng)計(jì)結(jié)果,劃分為柏類(側(cè)柏)、落葉松、松類(油松、黑松)、櫟類(麻櫟)、刺槐、白楊、黑楊、泡桐、落葉松、其他軟闊類、經(jīng)濟(jì)林和灌木12個(gè)林種。以各林種為基本測(cè)算單元,分別測(cè)算出各區(qū)/縣的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,進(jìn)而統(tǒng)計(jì)出整個(gè)濟(jì)南市的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。

2.2 指標(biāo)選取及測(cè)算公式

本研究依據(jù)《規(guī)范》,從森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)、森林游憩及生物多樣性保護(hù)等8項(xiàng)功能開展測(cè)算研究。其中,生物多樣性保護(hù)功能的評(píng)估計(jì)算在依據(jù)《規(guī)范》中Shannon指數(shù)法基礎(chǔ)上,引入瀕危指數(shù)體系、特有種指數(shù)體系和古樹年齡指數(shù)體系[26- 28]進(jìn)行修正,進(jìn)而重新參照《森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測(cè)與評(píng)估規(guī)范》(TY/T2241—2014)進(jìn)行計(jì)算。指標(biāo)體系及相關(guān)計(jì)算公式詳情參照[23,29- 33]。此外,本研究還對(duì)濟(jì)南市森林游憩功能進(jìn)行了核算研究,采用林業(yè)旅游與休閑產(chǎn)值替代法進(jìn)行核算。

2.3 物質(zhì)量向價(jià)值量轉(zhuǎn)化的社會(huì)公共數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中物質(zhì)量換算價(jià)值量時(shí)運(yùn)用的社會(huì)公共數(shù)據(jù)主要由我國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)所發(fā)布,并參照濟(jì)南市物價(jià)局官網(wǎng),以及中國(guó)森林資源核算研究和全國(guó)第八次森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的參數(shù)。主要數(shù)據(jù)如下：

1)水庫(kù)庫(kù)容投資參照中華人民共和國(guó)審計(jì)署2013年第23號(hào)公告中三峽工程總投資,取值為6.89元/m3；水的凈化費(fèi)用參照濟(jì)南市自來(lái)水現(xiàn)價(jià),取值為4.20元/t。

2)挖取土方費(fèi)用參照濟(jì)南市《人工定額濟(jì)建標(biāo)字[2015]1號(hào)文》及《中華人民共和國(guó)水利部建筑工程預(yù)算定額》,取值為46.20元/m3。

3)磷酸二胺含N量、磷酸二胺含P量、氯化鉀含K量參照化肥產(chǎn)品說(shuō)明,分別取16%、48%和55%。

4)磷酸二胺化肥及氯化鉀化肥價(jià)格參照濟(jì)南市市物價(jià)局官網(wǎng),分別取值3160元/t和2730元/t；有機(jī)質(zhì)價(jià)格參照中國(guó)供應(yīng)商網(wǎng)取值800元/t。

5)固碳價(jià)格,參照2013年瑞典碳稅價(jià)格,貼現(xiàn)至2015年為917.18元/t。

6)制造氧氣價(jià)格,參照中國(guó)供應(yīng)商網(wǎng),取值4826.67元/t。

7)負(fù)離子產(chǎn)生費(fèi)用,根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的適用范圍30 m2(房間高3 m)、功率為6 W、負(fù)離子濃度1000000個(gè)/ m3、使用壽命為10年、價(jià)格每個(gè)65元的KLD- 2000型負(fù)離子發(fā)生器而推斷獲得,其中負(fù)離子壽命為10分鐘；根據(jù)濟(jì)南市物價(jià)局官方網(wǎng)站濟(jì)南市電網(wǎng)銷售電價(jià),居民生活用電現(xiàn)行價(jià)格為0.5469元/kW時(shí),計(jì)算得到取值7.96元/108個(gè)。

8)二氧化硫、氟化物、氮氧化物和降塵清理費(fèi)用征收標(biāo)準(zhǔn)分別取值1.26元/kg、0.69元/kg、0.63元/kg和0.15元/kg。

9)PM2.5和PM10造成健康危害經(jīng)濟(jì)損失,根據(jù)Nowak等[34]文章中每噸PM2.5和PM10所造成的危害經(jīng)濟(jì)損失,分別取值4665.12元/kg和30.34元/kg。

10)草方格固沙成本,根據(jù)《草方格沙障固沙技術(shù)》和《沙坡頭人工植被防護(hù)林體系防風(fēng)固沙功能價(jià)值評(píng)價(jià)》取值為23.67元/t。

11)生物多樣性保護(hù)價(jià)值,根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)計(jì)算生物多樣性保護(hù)價(jià)值,即：Shannon-Wiener指數(shù)<1時(shí),S生為3000元 hm-2a-1；1≤Shannon-Wiener指數(shù)<2,S生為5000元 hm-2a-1；2≤Shannon-Wiener指數(shù)<3,S生為10000元 hm-2a-1；3≤Shannon-Wiener指數(shù)<4, S生為20000元 hm-2a-1；4≤Shannon-Wiener指數(shù)<5, S生為30000元 hm-2a-1；5≤Shannon-Wiener指數(shù)<6,S生為40000元 hm-2a-1；Shannon-Wiener指數(shù)≥6時(shí),S生為50000元 hm-2a-1。

3 結(jié)果與分析

3.1 濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量測(cè)算結(jié)果

結(jié)合相關(guān)計(jì)算公式可測(cè)算出濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量(表1)。由表1可知,濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)年涵養(yǎng)水源量為8.26億m3；年固土量為1448.57萬(wàn)t；年固碳量為76.81萬(wàn)t；年釋氧量為160.12萬(wàn)t；年林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量合計(jì)為2.08萬(wàn)t；年提供負(fù)氧離子20.87×1024個(gè),年吸收二氧化硫量為4340.61萬(wàn)kg,年吸收氟化物69.61萬(wàn)kg,年吸收氮氧化物192.97萬(wàn)kg；年吸滯TSP635.40萬(wàn)t,年滯納PM101979.27 t,年滯納PM2.5502.48 t。從物質(zhì)量的測(cè)算結(jié)果可以看出,濟(jì)南市森林在維持其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能方面效果顯著。

表1 濟(jì)南市各縣/市轄區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能物質(zhì)量評(píng)估結(jié)果

G調(diào)：涵養(yǎng)水源,Water conservation(108m3/a)；G固土：固土物質(zhì)量,Soil fixation(104t/a)；G固N(yùn)：固氮物質(zhì)量Nitrogen fixation(102t/a)；G固P：固磷物質(zhì)量,Phosphorus fixation(102t/a)；G固K：固鉀物質(zhì)量,Kalium fixation(102t/a)；G固M：固定有機(jī)質(zhì)物質(zhì)量,Organic mattefixation(102t/a)；G固碳：森林固碳物質(zhì)量,Carbon sequestration(104t/a)；G釋氧：釋放氧氣物質(zhì)量,Oxygen release(104t/a)；GN：林木積累氮物質(zhì)量,Accumulation of nitrogen for forest(102t/a)；GP：林木積累磷物質(zhì)量,Accumulation of phosphorus for forest(102t/a)；GK：林木積累鉀物質(zhì)量,Accumulation of kalium for forest(102t/a)；G負(fù)離子：提供負(fù)離子物質(zhì)量,Negative iron supply(1021個(gè)/a)；GSO2：吸收二氧化硫物質(zhì)量,Physical of absorption of SO2(104kg/a)；GHF：吸收氟化物物質(zhì)量,Physical of absorption of HF(104kg/a)；GNOx：吸收氮氧化物物質(zhì)量, Physical of absorption of NOx(104kg/a)；GTSP：吸滯TSP物質(zhì)量, Physical of absorption of TSP(104t/a)；GPM10：滯納PM10物質(zhì)量,Physical of absorption of PM10(t/a)；GPM2.5：滯納PM2.5物質(zhì)量, Physical of absorption of PM2.5(t/a)

3.2 濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量空間格局特征

濟(jì)南市森林年涵養(yǎng)水源量在0.01—2.33億m3,年固土量在1.00—407.81萬(wàn)t,年保肥(森林固N(yùn)、P、K、M)量在2.59—1039.62×102t,年固碳量在0.19—19.81萬(wàn)t,年林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)量在0.77—60.53×102t,年提供負(fù)離子量在4.01—573.77×1021個(gè),年吸滯TSP量在0.89—204.66億kg,年滯納PM10量在2.99—642.81萬(wàn)kg,年滯納PM2.5量在0.81—161.73萬(wàn)kg。各項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量在10個(gè)區(qū)/縣的空間格局分布總體趨勢(shì)均為南部>北部>中部(圖1)。在歷城區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)和章丘市的森林生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)(涵養(yǎng)水源、固土、保肥、固碳、林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、提供負(fù)離子、吸滯TSP、滯納PM10、滯納PM2.5)功能物質(zhì)量均分別位列前三位,而在天橋區(qū)、歷下區(qū)和槐蔭區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)服務(wù)物質(zhì)量則均分別位列后三位。

3.3 濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量測(cè)算結(jié)果

由表2可知,濟(jì)南市年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值為264.41億元,其中,濟(jì)南市森林年涵養(yǎng)水源價(jià)值為90.68億元,保育土壤價(jià)值為19.64億元,固碳釋氧價(jià)值為65.01億元,林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值為3.95億元,凈化大氣環(huán)境價(jià)值為34.21億元,滯納PM10價(jià)值為0.59億元,滯納PM2.5價(jià)值為23.43億元,森林防護(hù)價(jià)值為0.61億元,生物多樣性保護(hù)價(jià)值為38.31億元,森林游憩價(jià)值為12.00億元。由測(cè)算結(jié)果可知,濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價(jià)值最高,其次為固碳釋氧價(jià)值,森林防護(hù)價(jià)值量最低。

從圖2可知,濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、生物多樣性保護(hù)和凈化大氣環(huán)境4項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值量分別占濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值量的34.29%、24.59%、14.49%和12.94%,合計(jì)占到總生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量的86.31%,體現(xiàn)了相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量從大到小排序?yàn)椋汉B(yǎng)水源>固碳釋氧>生物多樣性保護(hù)>凈化大氣環(huán)境>保育土壤>森林游憩>林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)>森林防護(hù)。

表2 濟(jì)南市各縣/市轄區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量評(píng)估結(jié)果/億元

U1：涵養(yǎng)水源價(jià)值,Value of water conservation；U2：保育土壤價(jià)值,Value of soil conservation；U3：固碳釋氧價(jià)值,Value of carbon fixation and oxygen released；U4：林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值,Value of nutrients accumulation；U5：凈化大氣環(huán)境價(jià)值,Value of purification of atmosphere environment；U6：滯納PM10價(jià)值,Value of absorb PM10；U7：滯納PM2.5價(jià)值,Value of absorb PM2.5；U8：森林防護(hù)價(jià)值,Value of forest protection；U9：生物多樣性保護(hù)價(jià)值,Value of biodiversity conservation；U10：森林游憩,Value of forest recreation；U總：總價(jià)值量,Total value

圖2 濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量比例Fig.2 The proportion of the value of forest ecosystem services in Jinan

3.4 濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量空間格局特征

濟(jì)南市10個(gè)區(qū)/縣年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)、森林游憩)功能價(jià)值量中(圖3),歷城區(qū)最高,為68.26億元,其次是長(zhǎng)清區(qū),為55.36億元,年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量最低的是槐蔭區(qū),為0.49億元。各區(qū)/縣年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量排序?yàn)椋簹v城區(qū)>長(zhǎng)清區(qū)>章丘市>平陰縣>商河縣>濟(jì)陽(yáng)縣>市中區(qū)>天橋區(qū)>歷下區(qū)>槐蔭區(qū)(圖3)。

從各項(xiàng)森林森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量來(lái)看,除了森林防護(hù)功能以外,其他各項(xiàng)功能價(jià)值量在濟(jì)南市10個(gè)區(qū)/縣的空間格局分布大體上均呈現(xiàn)南部>北部>中部的趨勢(shì)(圖3)。

圖3 濟(jì)南市各區(qū)/縣森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量空間分布格局Fig.3 Value of spatial distribution for forest ecosystem services in different counties in Jinan

從各區(qū)/縣森林森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量所占比例來(lái)看,位列前三位的歷城區(qū)、長(zhǎng)清區(qū)和章丘市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值占全市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量的65.95%,而位列后三位的天橋區(qū)、歷下區(qū)和槐蔭區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值僅占全市的2.20%(圖4)。

圖4 濟(jì)南市各區(qū)/縣森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量排序Fig.4 The order of the value of forest ecosystem services in Jinan

4 討論

濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間格局與濟(jì)南市各區(qū)/縣森林資源自身的屬性和所處地理位置有直接關(guān)系。其空間格局分布存在以下特征：

1)與土地利用類型有關(guān)。濟(jì)南市南部山區(qū)和東部丘陵,占全市森林總面積的約70%,集中分布在平陰縣、章丘市、歷城區(qū)和長(zhǎng)清區(qū),同時(shí)該區(qū)還是全市水源涵養(yǎng)林的主要分布區(qū),人口密度較小,且實(shí)施自然保護(hù)區(qū)和森林公園建設(shè),對(duì)森林干擾較小,利于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升,因此,森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較強(qiáng)。中部地區(qū)屬于城市繁華地帶,人口密集,社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁,長(zhǎng)期受人類活動(dòng)干擾,植被覆蓋率低,主要指市中區(qū)、天橋區(qū)、歷下區(qū)和槐蔭區(qū),故森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較弱。北部濟(jì)陽(yáng)縣和商河縣,地處黃河沿岸平原,水土保持林和經(jīng)濟(jì)林分布較多,因此,也顯示出一定的森林生態(tài)服務(wù)功能。

2)與氣候因素有關(guān)。在氣候因素當(dāng)中,溫度和降水能夠?qū)α帜旧L(zhǎng)造成影響,因?yàn)樗疅釛l件限制著林木的生長(zhǎng)[34]。一定范圍內(nèi),溫度越高,林木生長(zhǎng)越快,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)也就越強(qiáng)。主要原因是,溫度升高增加了植物蒸騰速率,植物體內(nèi)會(huì)積累更多營(yíng)養(yǎng)元素,進(jìn)而增加生物量；在水分充足條件下,溫度越高,植物葉片氣孔完全打開,呼吸作用增強(qiáng),為光合作用提供充足的二氧化碳[35]；溫度還通過(guò)控制葉片中淀粉的降解和運(yùn)轉(zhuǎn)、糖分和蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化,進(jìn)而起到控制光合速率的作用[36- 37]。濟(jì)南市處于中緯度地帶,屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候,多年平均氣溫在14.1℃,平均氣溫南部低山丘陵區(qū)低于北部平原區(qū),這對(duì)濟(jì)南市森林系統(tǒng)服務(wù)功能的空間分布格局產(chǎn)生一定影響。此外,降水與森林生態(tài)效益呈正相關(guān)關(guān)系,主要由于降水量作為參數(shù)被用于森林涵養(yǎng)水源的計(jì)算,與涵養(yǎng)水源生態(tài)效益呈正相關(guān)；同時(shí),降水量的大小還會(huì)影響生物量的高低,進(jìn)而影響固碳釋氧功能[38]。濟(jì)南市多年平均降水量在585—800mm之間,總的分布趨勢(shì)為南部大于北部。降水還與森林滯納顆粒物的高低有直接關(guān)系,降水量大意味著一年內(nèi)雨水對(duì)植物葉片的清洗次數(shù)增加,由此帶來(lái)森林滯塵功能的增強(qiáng)。因此,降水也會(huì)對(duì)濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局產(chǎn)生影響。

3)與林種結(jié)構(gòu)組成有關(guān)。林種結(jié)構(gòu)組成一定程度上反映了某區(qū)域在林業(yè)規(guī)劃中所承擔(dān)的林業(yè)建設(shè)任務(wù)。比如,當(dāng)某區(qū)域分布著大面積的防護(hù)林,則該區(qū)域林業(yè)建設(shè)側(cè)重防護(hù)功能。如果某區(qū)域由于地形、地貌等原因,容易發(fā)生水土流失,那么構(gòu)建的防護(hù)林體系則為水土保持林,主要起到固持水土功能；如果某一區(qū)域位于大江大河源頭,或者是重要水庫(kù)的水源地,那么構(gòu)建的防護(hù)林體系則為水源涵養(yǎng)林,主要起水源涵養(yǎng)和調(diào)洪蓄洪的功能。由濟(jì)南市森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)得出,濟(jì)南市涵養(yǎng)水源林主要分布在南部低山丘陵區(qū)的平陰縣、長(zhǎng)清區(qū)、歷城區(qū)和章丘市,這些地區(qū)恰是本市河流或水庫(kù)的水源地,分布著全市約80% 的水源涵養(yǎng)林。此外,濟(jì)南市北部平原地區(qū)的濟(jì)陽(yáng)縣、商河縣,其防風(fēng)固沙林和農(nóng)田防護(hù)林所占比例分別約為70%和75%,該區(qū)屬于黃河下游,且平原農(nóng)業(yè)活動(dòng)較強(qiáng),因此需要防風(fēng)固沙林和農(nóng)田防護(hù)林的保護(hù)。因此,由于樹種結(jié)構(gòu)組成的不同,促使?jié)鲜猩稚鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能呈現(xiàn)目前的空間格局。

4)與生態(tài)建設(shè)政策有關(guān)。濟(jì)南市在推進(jìn)國(guó)家森林城市建設(shè)過(guò)程中,結(jié)合全市實(shí)際,開展了城鎮(zhèn)綠化提升工程、南部山區(qū)營(yíng)造林工程、北部平原風(fēng)沙治理工程、水系生態(tài)綠化工程、濕地恢復(fù)與保護(hù)工程、破損山體治理工程、綠色通道工程、森林公園與自然保護(hù)區(qū)建設(shè)工程、現(xiàn)代林業(yè)示范區(qū)建設(shè)工程、林業(yè)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)工程等一系列的林業(yè)生態(tài)工程。全市林業(yè)生態(tài)工程布局日趨合理,以低山丘陵、山前平原、沿黃平原三大綠化體系形成的框架日趨完善。未來(lái),濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能將得到大幅提升,全市生態(tài)環(huán)境也將得到進(jìn)一步改善。

本文采用分布式測(cè)算方法[39]對(duì)濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行測(cè)算。由于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的測(cè)算涉及內(nèi)容多樣,為了科學(xué)評(píng)估這一龐雜的系統(tǒng)工程,將研究?jī)?nèi)容劃分成多個(gè)均質(zhì)化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算單元進(jìn)行評(píng)估是行之有效的方法[40]。該方法目前在諸多森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的研究案例中得到運(yùn)用,且能夠保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[30]。濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估過(guò)程中,運(yùn)用分布式測(cè)算方法,按照行政區(qū)、優(yōu)勢(shì)樹種(組)和林齡組等三級(jí)測(cè)算單元,并結(jié)合不同立地條件,最終確定了600個(gè)相對(duì)均質(zhì)化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算單元,進(jìn)而保證了濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的科學(xué)性。將各個(gè)均質(zhì)化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測(cè)算單元相疊加,最終匯總出濟(jì)南市每個(gè)行政區(qū)域和整個(gè)濟(jì)南市的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。因此,鑒于該方法的測(cè)算原則,在本文的結(jié)果分析中以行政區(qū)域界限劃分森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評(píng)估區(qū)域,而非以自然地理單元作為區(qū)域劃分的依據(jù)。

5 結(jié)論

本研究依托森林生態(tài)定位觀測(cè)研究站,依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T1721—2008)結(jié)合濟(jì)南市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)以及國(guó)家權(quán)威部門公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù),從涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)、森林游憩等8項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能對(duì)濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局進(jìn)行研究,得出以下主要結(jié)論：

1)濟(jì)南市年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值為264.41億元,各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量從大到小排序?yàn)椋汉B(yǎng)水源>固碳釋氧>生物多樣性保護(hù)>凈化大氣環(huán)境>保育土壤>森林游憩>林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)>森林防護(hù)。表明濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以涵養(yǎng)水源、固碳釋氧和生物多樣性保護(hù)為主。

2)濟(jì)南市10個(gè)區(qū)/縣年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量中,歷城區(qū)最高,為68.26億元。各區(qū)/縣年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量排序?yàn)椋簹v城區(qū)>長(zhǎng)清區(qū)>章丘市>平陰縣>商河縣>濟(jì)陽(yáng)縣>市中區(qū)>天橋區(qū)>歷下區(qū)>槐蔭區(qū)。表明濟(jì)南市各區(qū)/縣森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局存在異質(zhì)性,森林生態(tài)服務(wù)功能較弱的區(qū)/縣應(yīng)抓住濟(jì)南市生態(tài)建設(shè)政策實(shí)施的契機(jī),努力提升自身生態(tài)服務(wù)功能,進(jìn)而使得濟(jì)南市各區(qū)/縣森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相協(xié)調(diào)。

3)除了森林防護(hù)功能以外,其他各項(xiàng)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量在濟(jì)南市10個(gè)區(qū)/縣的空間格局分布大體上均呈現(xiàn)南部>北部>中部的趨勢(shì)。

基于濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能現(xiàn)有的空間分布格局,并結(jié)合濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)所具備的林種資源,今后濟(jì)南市森林生態(tài)建設(shè)和森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能提升過(guò)程中：北部黃河沖積平原區(qū)應(yīng)擴(kuò)大適生鄉(xiāng)土樹種覆蓋面積,以增強(qiáng)水土保持和農(nóng)田防護(hù)等功能；中部山前平原區(qū)適宜種植經(jīng)濟(jì)林種,在擴(kuò)大森林覆蓋提升森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的同時(shí)也相應(yīng)增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入；中部城區(qū)及其周邊應(yīng)適當(dāng)種植滯塵功能較強(qiáng)的針葉樹種,以提升森林治污減霾和森林“氧吧”功能,從而凈化城市大氣環(huán)境,提高居民生活質(zhì)量；南部低山丘陵區(qū)在保護(hù)現(xiàn)有森林資源的同時(shí),進(jìn)一步增加本地鄉(xiāng)土樹種及灌木的覆蓋,鞏固該區(qū)森林涵養(yǎng)水源、固土保肥等功能。濟(jì)南市森林生態(tài)系統(tǒng)總體服務(wù)功能提升的建議可為該區(qū)和其他區(qū)域的生態(tài)建設(shè)工作提供參考。