生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評價研究

曹元帥 鄭云峰* 尹準生 何 晨

(1. 國家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院, 杭州 310019；2. 江西省林業(yè)科技推廣和宣傳教育中心, 南昌 330038)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對水土保持、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候、保護生物多樣性、維護碳平衡等方面起著重要的作用，是人類長期以來賴以生存和發(fā)展的資源與環(huán)境保障，對經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義[1?3]。公益林是以發(fā)揮森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為目的，為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、保證國土生態(tài)安全和維護地方社會穩(wěn)定提供良好的生態(tài)環(huán)境保障?？陀^、科學(xué)地評估公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對及時了解和評價公益林建設(shè)成效，體現(xiàn)公益林在生態(tài)保護、興林富民、鄉(xiāng)村振興中的作用具有重要意義[4?6]。

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估研究始于20世紀初。到了70年代，森林生態(tài)功能測定技術(shù)和替換方法有了突破，使這項研究在世界范圍內(nèi)取得較快發(fā)展。1978年，日本林野廳利用數(shù)量化理論多變量解析方法對全國7種類型的森林生態(tài)效益進行了經(jīng)濟價值的評估[7]。Costanza 等[8]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值進行了估算。Daily[9]探討了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的定義及其價值特性，以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與生物多樣性的關(guān)系。Konarska 等[10]使用不同分辨率的土地覆蓋影像數(shù)據(jù)核算了美國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。

20世紀80年代，我國一些學(xué)者開始對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其評價理論、方法和實踐應(yīng)用進行探索。1982年，張嘉賓[11]利用影子工程法、替代費用法對云南省四個縣森林生態(tài)系統(tǒng)的保護土壤和涵養(yǎng)水源的價值進行了分析。1995年，侯元兆等[12]打破既有的森林資源核算體系，首次從林分、林地和森林環(huán)境資源三方面核算森林資源的價值，是我國全面評估生態(tài)服務(wù)功能的先行者。歐陽志云[13]初步研究了以森林和草地為主的中國陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。蔣延玲等[14]根據(jù)全國第三次森林清查報告對我國 38 種主要森林生態(tài)系統(tǒng)的公益價值進行評估。魯紹偉[7]利用全國第四次、第五次、第六次森林資源清查資料對我國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行動態(tài)分析與仿真預(yù)測。崔亞琴等[15]對2016 年山西省11個地市主要植被類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行評估。薛冰等[16]利用遙感數(shù)據(jù)與GIS空間統(tǒng)計分析方法，分析了貴州省2015年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值及空間分布特征。

近年來，我國越來越多?。ㄊ校┘白匀槐Ｗo地開展了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價工作，對其森林生態(tài)效益的物質(zhì)量、價值量及生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值（gross ecosystem product，GEP）進行了核算，這對我們認識森林生態(tài)系統(tǒng)在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的地位及作用提供了科學(xué)的依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐。本研究以開化縣公益林為對象，對其在涵養(yǎng)水源、固土保肥、固碳釋氧、積累營養(yǎng)、凈化大氣、生物多樣性保護6個方面提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)實物量和價值量進行評估。

1 研究區(qū)概況

開化縣位于浙江省西部、衢州市西北部，浙皖贛三省交界處，是錢塘江的發(fā)源地。地理坐標為28°54′30″N~29°29′59″N，118°1′15″E~118°37′50″E?？h境周長297.73 km，南北長66 km，東西寬59.2 km，縣域總面積2 236.61 km2。東和東北與杭州市的淳安縣接壤，東南和常山縣相連，西南同江西省玉山縣、德興市毗鄰，西和西北與江西省婺源縣相接，北與安徽省休寧縣相依，素有“歙饒屏障”之稱。開化縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤。年平均氣溫16.4 ℃，年平均降水量1 830.8 mm，無霜期252天。

開化縣地處浙江西部中山、低山丘陵區(qū)，金衢盆地外緣，素有“九山半水半分田”之稱，境內(nèi)森林覆蓋率達80.9%。開化縣2001年列被為國家森林生態(tài)效益補助資金試點，公益林建設(shè)經(jīng)過2001年區(qū)劃界定和不斷完善，至2019年全縣公益林建設(shè)規(guī)模達到92 484.50 hm2，占縣域總面積的41.3%，占林業(yè)用地面積的48.3%。其中：國家級公益林面積58 370.3 hm2，省級公益林面積34 114.2 hm2。依據(jù)開化縣2019年森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)，公益林各森林類型面積統(tǒng)計見表1。

表 1 開化縣公益林森林類型統(tǒng)計Table 1 Forest types of public welfare forests in Kaihua County

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

以開化縣2019年度監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)浙江省林業(yè)廳《浙江省生態(tài)公益林監(jiān)測實施辦法（試行）》的規(guī)定，建立公益林縣級監(jiān)測體系。共設(shè)立357個固定監(jiān)測樣地（20 m×20 m），每個樣地中沿對角線設(shè)置3個2 m×2 m 的小樣方進行下木（灌木）和草本調(diào)查。對樣地內(nèi)的胸徑＞5 cm的喬木進行每木檢尺，測量并記錄樹種、胸徑、樹高、枝下高。對小樣方內(nèi)的下木調(diào)查并記錄名稱、株數(shù)、平均地徑、平均高度以及蓋度；草本調(diào)查并記錄名稱、株數(shù)或叢數(shù)、平均高度以及蓋度。

根據(jù)上述調(diào)查方法獲得相應(yīng)樣地的調(diào)查數(shù)據(jù)，計算并統(tǒng)計樣地相關(guān)調(diào)查因子指標，見表2。

表 2 樣地基本信息統(tǒng)計Table 2 Basic information statistics of sample plots

2.2 生物量模型

森林生物量是森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)劣和功能高低的最直接表現(xiàn)，是森林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的綜合體現(xiàn)，而且生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標的計算需生物量數(shù)據(jù)，因此本研究對公益林生物量進行測算。應(yīng)寶根等[17]、袁位高等[18]在浙江省省級以上公益林范圍內(nèi)，分不同森林植被類型設(shè)置樣地，實測各樹種（組）生物量，建立了松類、杉類、硬闊Ⅰ、硬闊Ⅱ、軟闊、毛竹、雜竹、下木（灌木）單株立木（竹）生物量模型和草本生物量模型。本研究主要采用其構(gòu)建的單株立木模型、單株下木（灌木）模型、單株毛竹模型和草本生物量模型進行測算。

將公益林小班和樣地分8個類型：松木林、杉木林、闊葉林、針葉混交林、闊葉混交林、針闊混交林、竹林、灌木林，計算每種類型樣地的單位面積的平均生物量，再通過小班數(shù)據(jù)將與樣地類型相對應(yīng)的單位面積生物量擴大到每個小班面上，以此統(tǒng)計全縣公益林各林分類型生物量。

本研究計算林分年生產(chǎn)力時，除灌木林外，只考慮林分喬木層生產(chǎn)力。由于缺少復(fù)位樣地數(shù)據(jù)，本研究中林分單位面積凈生產(chǎn)力采用浙江省森林資源監(jiān)測中心提供的各林分類型平均單位面積凈生產(chǎn)力數(shù)據(jù)。

2.3 評估指標與方法

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標和方法主要依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》（LY/T 1721?2008）[19]以及相關(guān)研究數(shù)據(jù)和文獻資料等[20?26]。從開化縣公益林的水源涵養(yǎng)、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護等6個方面，對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行評價。由物質(zhì)量向價值量轉(zhuǎn)換時，利用開化縣最新的公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為基本參數(shù)，采用等效替代法和權(quán)重當(dāng)量平衡法，對森林生態(tài)效益價值量的計算進行適當(dāng)修正，以獲得各項功能價值量的現(xiàn)價，以提高評估結(jié)果的準確性與合理性。

本研究選取了6個能直觀反映森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值且數(shù)據(jù)可獲取的評估指標（A1~A6），具體包含8個實物量指標（B1~B8）和13個價值量指標（C1~C10），見表3。

表 3 開化縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標Table 3 Evaluation indexes of ecosystem service function of public welfare forest in Kaihua County

本研究中森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能采用分布式測算方法進行評估，過程如下：

根據(jù)小班數(shù)據(jù)，首先將開化縣所有公益林按優(yōu)勢樹種劃分為松木組、杉木組、硬闊Ⅰ組、硬闊Ⅱ組、軟闊組、針葉混交組、闊葉混交組、針闊混交組、竹林、灌木林等10個一級測算單元。

每個一級測算單元又按齡組劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5個二級測算單元，其中竹林和灌木林不設(shè)二級測算單元。最終確定42個生態(tài)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估單元及面積。

以上單元數(shù)據(jù)累加的結(jié)果即為開化縣公益林森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能測算結(jié)果。結(jié)果分析時，合并多個測算單元進行分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 公益林生物量

開化縣2018年生態(tài)公益林總生物量為1 038.40萬t，單位面積生物量為114.19 t/hm2。其中：喬木林群落生物量994.95萬t，占95.82%；竹林群落生物量22.81萬t，占2.20%；灌木林群落生物量20.64萬t，占1.99%。喬木林按優(yōu)勢樹種分為松木林69.54萬t，杉木林367.22萬t，闊葉林250.57萬t，針葉混交林106.58萬t，闊葉混交林77.89萬t，針闊混交林123.15萬t。不同喬木林類型單位面積生物量大小為闊葉林132.47 t/hm2為最大，針葉混交林110.28 t/hm2為最小，見表4。

表 4 開化縣公益林不同森林類型群落生物量Table 4 Community biomass of different types of public welfare forests in Kaihua County

喬木林群落生物量按齡組分為幼齡林403.395 9萬t，占40.54%；中齡林329.946 6萬t，占33.16%；近熟林142.317 2萬t，占14.30%；成熟林102.644 6萬t，占10.32%；過熟林16.650 6萬t，占1.67%。單位面積生物量排序為過熟林＞成熟林＞近熟林＞幼齡林＞中齡林，全縣公益林喬木林單位面積平均生物量約為120.916 8 t/hm2，喬木層單位面積生物量為102.737 8 t/hm2，見表5。

表 5 喬木林群落生物量按齡組劃分Table 5 Arbor forest community biomass divided by age group

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與效益

3.2.1 涵養(yǎng)水源

開化縣2018年生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源量23 381.51萬t，涵養(yǎng)水源年價值246 441.11萬元，其中年調(diào)節(jié)水量價值197 339.94萬元、凈化水質(zhì)價值49 101.17萬元。單位面積涵養(yǎng)水源價值以針闊混交林最大，其次為杉木林，灌木林最小，見表6。

表 6 開化縣公益林不同森林類型涵養(yǎng)水源效益統(tǒng)計Table 6 Water conservation benefits of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.2 固土保肥

2018年，開化縣生態(tài)公益林年固土量280.42萬m3，年保肥量134 995.71 t。固土保肥年價值58 954.96萬元，其中固土價值17 666.46萬元、保肥價值41 288.50萬元。單位面積固土保肥價值最大的是闊葉混交林（0.76萬元/hm2），最小的是松木林（0.55萬元/hm2），見表7。

3.2.3 固碳釋氧

2018年，開化縣生態(tài)公益林固碳量24.44萬t，相當(dāng)于吸收二氧化碳89.61萬t，釋放氧氣65.42萬t，發(fā)揮固碳釋氧效益共116 295.66萬元，其中固碳價值31 304.99萬元、釋氧價值84 990.67萬元。單位面積固碳釋氧效益由大到小依次為竹林、闊葉混交林、闊葉林、針闊混交林、松木林、針葉混交林、杉木林、灌木林，見表8。

表 7 開化縣公益林不同森林類型固土保肥效益統(tǒng)計Table 7 Benefits of soil fixation and fertilizer preservation of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)

2018年開化縣生態(tài)公益林積累營養(yǎng)物質(zhì)9 032.48 t，其中積累氮量1 460.08 t，積累磷量2 386.12 t，積累鉀量5 186.28 t，發(fā)揮積累營養(yǎng)物質(zhì)生態(tài)效益共11 595.38萬元。單位面積積累營養(yǎng)物質(zhì)效益以闊葉林和闊葉混交林較大，竹林最小，見表9。

3.2.5 凈化大氣環(huán)境

2018年，開化縣生態(tài)公益林吸收二氧化硫量9 570.59 t，滯塵量176.78萬t，發(fā)揮凈化大氣環(huán)境生態(tài)效益共42 429.96萬元，其中吸收二氧化硫價值1 770.56萬元，滯塵價值40 659.40萬元。單位面積凈化大氣環(huán)境效益大小為：針葉混交林＞松木林＞杉木林＞闊葉混交林＞針闊混交林＞闊葉林＞竹林＞灌木林，見表10。

表 8 開化縣公益林不同森林類型固碳釋氧效益統(tǒng)計Table 8 Benefits of carbon fixation and oxygen release of different types of public welfare forests in Kaihua County

表 9 開化縣公益林不同森林類型積累營養(yǎng)物質(zhì)效益統(tǒng)計Table 9 Benefits of nutrient accumulation of different types of public welfare forests in Kaihua County

表 10 開化縣公益林不同森林類型凈化大氣環(huán)境效益統(tǒng)計Table 10 Benefits of air purification of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.6 生物多樣性保護

經(jīng)測算，開化縣生態(tài)公益林生物多樣性保護年價值量86 608.80萬元。其中，松木林多樣性指數(shù)2.35，價值量5 366.93萬元；杉木林多樣性指數(shù)2.30，價值量30 177.70萬元；闊葉林多樣性指數(shù)2.31，價值量18 915.10萬元；針葉混交林多樣性指數(shù)2.05，價值量9 664.10萬元；闊葉混交林多樣性指數(shù)2.36，價值量6 997.80萬元；針闊混交多樣性指數(shù)2.38，價值量11 162.60萬元；竹林多樣性指數(shù)1.64，價值量1 651.57萬元；灌木林多樣性指數(shù)1.93，價值量2 673.00萬元，見表11。

表 11 開化縣公益林不同森林類型生物多樣性保護效益統(tǒng)計Table 11 Benefits of biodiversity conservation of different types of public welfare forests in Kaihua County

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本次研究建立起了開化縣公益林監(jiān)測體系，評估了公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。為更好地掌握公益林數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其動態(tài)變化情況，開化縣應(yīng)定期開展公益林監(jiān)測，及時了解公益林建設(shè)情況，為公益林建設(shè)管理提供決策依據(jù)。

4.1.1 公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值

2018年開化縣公益林總生物量為1 038.401 7萬t，單位面積生物量為114.193 7 t/hm2，表明公益林森林質(zhì)量整體處于較高水平，積累了巨大的蓄積量和碳儲量。2018年公益林產(chǎn)生森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為56.23億元，單位面積價值量為7.46萬元/hm2。其中，涵養(yǎng)水源效益價值最大（24.64億元，占43.82%），其次為固碳釋氧價值（11.63億元，占20.68%），其次為生物多樣性保護價值（8.66億元，占15.41%）、固土保肥價值（5.90億元，占10.49%）、凈化大氣價值（4.24億元，占7.54%）、積累營養(yǎng)物質(zhì)價值（1.16億元，占2.06%）。

4.1.2 不同森林類型生物量

開化縣2018年重點公益林總生物量為1 038.40萬t，單位面積生物量為114.19 t/hm2。杉木林生物量最大，為367.22萬t；其次為闊葉林250.57萬t；竹林和灌木林生物量較小，灌木林生物量僅為20.64萬t。這主要與不同森林類型面積大小有關(guān)。

不同森林類型單位面積生物量大小為闊葉林132.472 6 t/hm2最大，其次為松木林和杉木林，灌木林單位面積生物量最小，僅有38.61噸/公頃。喬木林中則是針葉混交林和針闊混交林單位面積生物量較小。這除了與樹木生物學(xué)特性有關(guān)外，也與不同喬木林群落各自齡組結(jié)構(gòu)與關(guān)。松木林、杉木林和針葉混交林以中齡林和近熟林為主，闊葉林、闊葉混交林和針闊混交林則以中幼齡林為主。

4.1.3 不同森林類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值

從不同森林類型來看，杉木林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量高于其他林分，其次是闊葉林和針闊混交林，灌木林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量最小。這主要與各林分類型的面積大小有關(guān)系，杉木林、闊葉林面積較大，灌木林面積最小。但從單位面積價值量來看，森林生態(tài)系統(tǒng)價值量最高的是闊葉林，其次是針闊混交林，最低的是灌木林。整體上看，混交林高于純林，闊葉林高于針葉林，這與森林類型自身的特性相關(guān)。因而，在森林經(jīng)營管理中應(yīng)采用近自然經(jīng)營模式，增加闊葉樹種比例，逐漸形成異齡、復(fù)層和混交的林分結(jié)構(gòu)，使森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮最大的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。

4.2 討論

4.2.1 與同類研究比較

不同地區(qū)的公益林資源稟賦不同導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量相差較大，但仍可通過比較單位面積價值量，在一定程度上反映不同地區(qū)之間公益林質(zhì)量差異。浙江省浦江縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值為13.75億元，單位面積價值量為4.08萬元/hm2[1]；天臺縣公益林生態(tài)服務(wù)功能年總價值49.70億元，單位面積價值量為8.41萬元/hm2[21]。開化縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值和單位面積價值量均高于浦江縣，主要原因是浦江縣僅對公益林的涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、固土保肥價值進行了估算，未評估凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護價值，且三項指標單位面積價值量均低于本研究。開化縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值高于天臺縣，但單位面積價值量低于天臺縣。原因一是天臺縣公益林面積較小，不到開化縣的三分之二，而其評估指標包含了森林防護和森林旅游，比本研究多兩個指標；二是除了生物多樣性保護，其他指標單位面積價值量均高于本研究，一定程度上反映天臺縣公益林質(zhì)量好于開化縣。

4.2.2 展望

研究表明，開化縣公益林發(fā)揮了巨大的生態(tài)效益，但其森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能潛力尚未充分發(fā)揮，隨著公益林樹種結(jié)構(gòu)優(yōu)化和齡組結(jié)構(gòu)變化，公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值將進一步提高。由于技術(shù)條件有限，且缺乏針對開化縣的相關(guān)研究數(shù)據(jù)，本研究在測算各項實物量時模型參數(shù)多采用浙江省的平均值，因此對公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估可能存在一定偏差。此外，森林防護、提供負離子和森林游憩三項指標相關(guān)數(shù)據(jù)源獲取困難，本研究未對這三項指標進行評估，不能全面反映開化縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。下一步，可在開化縣開展更加詳盡、深入的研究，設(shè)置生態(tài)定位觀測站，并采用3S等技術(shù)手段加以輔助，以準確獲取公益林生態(tài)系統(tǒng)的各項指標數(shù)據(jù)，從而更科學(xué)、全面地評估開化縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值。

盡管目前開展森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估研究受技術(shù)手段、數(shù)據(jù)獲取等條件的制約，但是對森林生態(tài)系服務(wù)功能價值進行量化，有助于更準確地掌握森林生態(tài)系服務(wù)功能價值及其動態(tài)變化。依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》開展不同地區(qū)、不同時期的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估，做到評估指標與方法相統(tǒng)一，使得各研究評估結(jié)果可以相互比較，評估結(jié)果具有更好的應(yīng)用性。