自然解決方案背景下的遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主導(dǎo)功能評估

許庭毓, 牛 香, 王 兵, 宋慶豐

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所， 北京 100091; 2.國家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室， 北京 100091; 3.江西大崗山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站, 江西 分宜 336606)

伴隨著氣候變化的日益加劇以及人類對土地的不合理利用，陸地生態(tài)系統(tǒng)受到了嚴(yán)重的影響，威脅到糧食、水和能源安全，并擴展到對人類健康和福祉的壓力上[1-3]。面對氣候變化和日益加劇的環(huán)境、經(jīng)濟和社會壓力，可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為世界各國面臨的戰(zhàn)略問題[4]。通過整體性的方法，從生態(tài)系統(tǒng)中尋找解決方案不僅可以有效應(yīng)對各項挑戰(zhàn)，而且具有時間和成本效益[5-6]。在此背景下，“基于自然的解決方案”(nature-based solutions，NbS)應(yīng)運而生。NbS的概念由世界銀行于 2008年首次正式提出[7]，然后經(jīng)由 IUCN在 2009年聯(lián)合國氣候變化框架公約中引入并定義，經(jīng)過歐盟、世界銀行、IUCN等組織以及全世界的學(xué)者從不同角度詮釋其含義并展開研究[8-12]，基于自然的解決方案是采取行動保護(hù)、可持續(xù)管理和恢復(fù)自然和改良的生態(tài)系統(tǒng)，有效地適應(yīng)社會挑戰(zhàn)，提供人類福祉和生物多樣性利益[13]，2020年由IUCN正式發(fā)布全球標(biāo)準(zhǔn)，旨在為全球的用戶設(shè)定框架，以解決一個或多個社會挑戰(zhàn)。標(biāo)準(zhǔn)中提及的社會挑戰(zhàn)包括氣候變化的緩解和適應(yīng)，災(zāi)害風(fēng)險的降低，經(jīng)濟和社會發(fā)展，人類健康，食物生產(chǎn)，用水安全，環(huán)境退化和生物多樣性的損失等[14]。森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，為人類提供了多種多樣的服務(wù)，如供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù)等，對于人類福祉具有重大貢獻(xiàn)，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對于幫助人類應(yīng)對氣候變化背景下的危機，推動可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程具有重要意義[15-17]。NbS的理念與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的核心理念不謀而合，即以人為本，提升人類福祉[18]。并且森林生態(tài)系統(tǒng)的4大主導(dǎo)功能：綠色水庫、綠色碳庫、凈化環(huán)境氧吧庫和生物多樣性基因庫可以有效的應(yīng)對NbS標(biāo)準(zhǔn)中提及的社會挑戰(zhàn)。找到與生態(tài)系統(tǒng)合作的方法，而不是僅僅依靠傳統(tǒng)的工程解決方案，可以有效的幫助人類應(yīng)對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，并極大的節(jié)約成本[19]。NbS標(biāo)準(zhǔn)中提出，基于證據(jù)的自然價值評估工具以及有關(guān)NbS對市場和工作的貢獻(xiàn)的想法，可以鼓勵NbS的創(chuàng)造性融資，從而增加了NbS長期成功的可能性[14]。本文采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(GB/T38582-2020)中的評估指標(biāo)及公式[20]，以遼寧省為例，基于森林資源2類調(diào)查數(shù)據(jù)、森林生態(tài)站提供的生態(tài)連清數(shù)據(jù)以及社會公共數(shù)據(jù)，對森林生態(tài)系統(tǒng)的4個主導(dǎo)功能：綠色水庫(涵養(yǎng)水源)、綠色碳庫(固碳釋氧)、凈化環(huán)境氧吧庫(凈化大氣環(huán)境功能)和生物多樣性基因庫(生物多樣性保育功能)進(jìn)行評估，并闡述其在應(yīng)對社會挑戰(zhàn)過程中發(fā)揮的重要作用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于38° 43′— 43° 26′N, 118° 53′—125°46′E之間，地處中國東北地區(qū)南部，東部緊鄰鴨綠江，與朝鮮民主主義共和國相望，南鄰黃海和渤海，西北與內(nèi)蒙古自治區(qū)接壤，西南與河北省毗鄰，北部和東北部與吉林省相鄰。遼寧省地勢由東西向中，由北向南傾斜，根據(jù)地形地貌將遼寧省劃分為3個大區(qū)，即遼東山區(qū)、遼西北地區(qū)、遼中南平原沿海地區(qū)。遼寧省大部分屬暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，全省2020年平均氣溫為9.6 ℃，降水量為710 mm[21]，由東向西遞減，土壤主要是兩個地帶性土壤分布區(qū)，即東部的棕壤區(qū)和西部的褐土區(qū)。截至2017年，遼寧省共有森林面積5.98×106hm2，蓄積量為3.28×108m3，主要優(yōu)勢樹種有紅松(Pinuskoraiensis)、落葉松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabuliformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、云杉(Piceaasperata)、冷杉(Abiesfabri)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、刺槐(Robiniapseudoacacia)等。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

①森林資源數(shù)據(jù)來源于遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院提供的2017年遼寧省森林資源2類調(diào)查數(shù)據(jù)，包括各地市、各樹種、各林齡的資源面積和蓄積； ②森林生態(tài)數(shù)據(jù)來源于森林生態(tài)站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要包括分布在遼寧省內(nèi)的4個生態(tài)站(冰砬山森林生態(tài)站、白石砬子森林生態(tài)站、遼東半島森林生態(tài)站和遼河平原森林生態(tài)站)，還包含分布在臨近省份的與遼寧省處在同一生態(tài)區(qū)內(nèi)的森林生態(tài)站(松江源森林生態(tài)站、長白山森林生態(tài)站和長白山西坡森林生態(tài)站；內(nèi)蒙古：賽罕烏拉森林生態(tài)站、赤峰森林生態(tài)站，七老圖山森林生態(tài)站和特金罕山森林生態(tài)站；河北?。喝眽紊稚鷳B(tài)站)以及遼寧省內(nèi)建立的其他林業(yè)輔助監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)作為補充； ③價格參數(shù)來自于權(quán)威部門發(fā)布的相關(guān)參數(shù)(表1)。

表1 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)類型

1.2.2 評估方法 選取綠色水庫(涵養(yǎng)水源)、綠色碳庫(固碳釋氧)、凈化環(huán)境氧吧庫(凈化大氣環(huán)境)和生物多樣性基因庫(生物多樣性保護(hù))4大主導(dǎo)功能，參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(GB/T38582-2020)，結(jié)合遼寧省森林資源2類調(diào)查數(shù)據(jù)和周邊生態(tài)站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對進(jìn)行評估(表2)。通過Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算與分析，空間分布圖利用ArcGIS 10.4軟件制作。

表2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估模型

2 結(jié)果與分析

2.1 物質(zhì)量評估結(jié)果

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)以及規(guī)范中的公式計算得出遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)功能的物質(zhì)量結(jié)果。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林為全省社會發(fā)展提供著豐富多樣的產(chǎn)品和服務(wù)，在水土保持、維護(hù)生態(tài)安全、應(yīng)對氣候變化、凈化大氣和支撐人類生存發(fā)展等方面發(fā)揮了十分獨特而重要的作用，在推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)中居于不可或缺的地位。從受益范圍看，遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)不僅為當(dāng)?shù)厝嗣裉峁┝硕喾N生態(tài)服務(wù)，也對周邊區(qū)域乃至全球的經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。從表3中可以看出，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的空間差異明顯。盤錦市由于其森林面積較小，所以各項服務(wù)功能的物質(zhì)量均為全省最低，提供負(fù)離子功能、吸收污染氣體功能，滯納TSP，滯納PM10功能物質(zhì)量最高的地市為撫順市，其余各項功能物質(zhì)量最高的地市均為丹東市。丹東市、撫順市和本溪市由于處于遼寧省東部沿海地區(qū)，森林面積大，質(zhì)量高，各項服務(wù)功能物質(zhì)量均較高，且3市各項森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之和占到全省各項服務(wù)功能總物質(zhì)量的40%以上，而營口市、沈陽市、錦州市和盤錦市各項服務(wù)功能占比較低。

表3 遼寧省各地市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量評估結(jié)果

2.2 價值量評估結(jié)果

物質(zhì)量評價能夠比較客觀反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的過程，進(jìn)而反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的可持續(xù)性，而價值量評估可以反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總體稀缺性[22]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量評價方法主要依據(jù)等效替代原則、權(quán)重當(dāng)量平衡原則等[23]。遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)“四庫”分布見圖1。森林生態(tài)系統(tǒng)作為一種“綠色、安全、永久”水利設(shè)施，對于改善區(qū)域水資源狀況具有相當(dāng)重要的作用。遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)綠色水庫功能價值量為1.71×1011元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，占全省涵養(yǎng)水源總價值量的46.14%，建設(shè)水利設(shè)施可以實現(xiàn)蓄水、引水、跨流域調(diào)水從而達(dá)到調(diào)節(jié)水資源時空分布的目的，遼寧省2017年用于建設(shè)水利、環(huán)境和公共設(shè)施的費用為4.50×1010元[24]，該3個地級市森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值相當(dāng)于建設(shè)水利、環(huán)境和公共設(shè)施費用的1.75倍。

森林生態(tài)系統(tǒng)具有強大的碳匯能力，在地區(qū)節(jié)能減排，緩解全球氣候變化方面發(fā)揮重要的“綠色碳庫”功能。2017年遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)綠色碳庫功能價值量為8.24×1010元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，分別為1.45×1010，1.27×1010,1.07×1010元/a，占全省固碳釋氧總價值量的46.02%；最低的3個地級市為沈陽市、錦州市和盤錦市。遼寧省中部城市森林生態(tài)系統(tǒng)的“綠色碳庫”功能較弱，而該地區(qū)又是遼寧省經(jīng)濟發(fā)展的命脈，能源消耗大，二氧化碳排放量高，今后的經(jīng)營中應(yīng)增加森林面積，提高森林質(zhì)量，充分發(fā)揮“綠色碳庫”功能。

森林生態(tài)系統(tǒng)一方面可以滯納空氣中的顆粒物并吸收污染氣體，提升空氣質(zhì)量，另一方面可以產(chǎn)生大量的負(fù)離子供人類享用，是一座巨大的“凈化環(huán)境氧吧庫”。全省森林生態(tài)系統(tǒng)每年發(fā)揮凈化大氣環(huán)境功能價值量為3.40×1010元，價值量最高的3個地級市為撫順市、朝陽市和丹東市，占全省凈化大氣環(huán)境總價值量的46.91%；最低的3個地級市為營口市、沈陽市和盤錦市，僅占全省凈化大氣環(huán)境總價值量的4.35%。其中，沈陽市、大連市和盤錦市森林生態(tài)系統(tǒng)提供的凈化大氣環(huán)境價值小于其節(jié)能環(huán)保支出，而丹東市森林生態(tài)系統(tǒng)提供的凈化大氣環(huán)境價值量為該市節(jié)能環(huán)保支出的23.06倍[24]，遼寧為中國重要的老工業(yè)基地，每年的工業(yè)生產(chǎn)活動會產(chǎn)生大量的廢氣和粉塵，遼寧省政府每年都投入大量資金進(jìn)行節(jié)能環(huán)保的工作，而森林生態(tài)系統(tǒng)具有強大的治污減霾功能，充分發(fā)揮其凈化環(huán)境氧吧庫功能對遼寧全省生態(tài)社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展具有重大意義。

圖1 2006-2017年遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)“四庫”空間分布

森林生物多樣性是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在人類的生存、經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展和維持陸地生態(tài)平衡中占有重要的地位[18]。廣闊的森林不僅為各類生物提供繁衍生息的場所，而且還為生物進(jìn)化以及生物多樣性的產(chǎn)生與形成提供了條件，是珍貴的“生物多樣性基因庫”。遼寧省生物多樣性基因庫功能價值量為9.69×1010元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，都屬于遼東山區(qū)。遼寧省位于長白、華北、蒙古3個植物區(qū)系交匯地帶，植物區(qū)系具有過渡性?，F(xiàn)有各種植物161科2 200余種[25]。有7個植被區(qū)，各植被區(qū)系的代表樹種相互滲透，交錯分布，植物資源豐富，具有高度的異質(zhì)性。遼東山區(qū)是遼寧省中部城市群和遼河平原的綠色屏障，以天然林為主，屬于遼寧省生物多樣性最豐富的地區(qū)，其龐大的“生物多樣性基因庫功能”對于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義。

3 討 論

NbS作為一種解決問題的方式，具有基于自然的特點，服務(wù)于經(jīng)濟、社會、生態(tài)的多重目標(biāo)。傳統(tǒng)解決水資源問題、工業(yè)污染排放等問題往往通過政府干預(yù)或工程措施，效果不僅不顯著而且增加了成本，而NbS帶來的多重視角跨學(xué)科的解決問題方式以及其綜合價值評估為解決社會、生態(tài)等問題提供了一種新的發(fā)展思路。NbS的全球標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)出的景觀尺度及系統(tǒng)性、協(xié)同權(quán)衡與綜合性、管理的適應(yīng)性和動態(tài)性，以及以人為本的特征，與中國政府部門現(xiàn)階段倡導(dǎo)的生態(tài)文明思想高度契合。在“人與自然和諧共生”“綠水青山就是金山銀山”等原則的指導(dǎo)下，進(jìn)行國土空間規(guī)劃、山水林田湖草系統(tǒng)治理、全域土地綜合整治和耕地保護(hù)等工作，無疑也是NbS在中國的生動實踐。

遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)提供的四大主導(dǎo)功能，在應(yīng)對氣候變暖、環(huán)境變化、生物多樣性保護(hù)等重大環(huán)境問題中發(fā)揮著重要作用。遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的“四庫”功能總價值為3.84×1011元/a，相當(dāng)于當(dāng)年遼寧省GDP的16.39%[24]。此前王兵等[26]、高香玲等[27]、劉潤等[28]對遼寧省2006—2014年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行評價，對比本次評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)4大主導(dǎo)顯著提升(表4)，主要是因為遼寧省積極開展各項林業(yè)生態(tài)工程的建設(shè)與實施。遼寧省是開展退耕還林工程的較早的省份之一，根據(jù)遼寧省林業(yè)和草原局提供的數(shù)據(jù)，截至2017年，遼寧省累計完成國家退耕還林任務(wù)1.14×106hm2，覆蓋了遼寧省的833個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，7 430個自然村[29]；遼寧省目前已經(jīng)完成4期三北防護(hù)林工程，累計造林2.39×106hm2[30]，第5期工程也在穩(wěn)步推進(jìn)過程中；此外遼寧省各地區(qū)結(jié)合實際情況，采用工程帶動的方法，先后啟動朝陽市、阜新市啟動荒山綠化工程、青山工程等省級重點生態(tài)工程，并且根據(jù)各工程區(qū)的生態(tài)狀況，即東部山區(qū)植被茂密，氣候濕潤，生態(tài)良好、中部平原區(qū)人為活動強烈，是糧食主產(chǎn)區(qū)、西部低山丘陵區(qū)干旱少雨，風(fēng)沙危害嚴(yán)重的特點及時調(diào)整各工程區(qū)的建設(shè)目標(biāo)和林業(yè)發(fā)展方向，將森林生態(tài)功能和經(jīng)濟功能有機結(jié)合起來，推動區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

表4 遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)2006-2017年“四庫”功能評估結(jié)果

林業(yè)生態(tài)工程不僅可以改善生態(tài)環(huán)境，而且通過合理的引導(dǎo)和正確的實施，可以達(dá)到提高人民收入的效果，達(dá)到生態(tài)效益和民生工程互利雙贏，這也是NbS追求的一次性解決多個社會挑戰(zhàn)的內(nèi)涵所在。將遼寧省實施的各項林業(yè)生態(tài)工程規(guī)劃與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展總體規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃相銜接，在改善生態(tài)環(huán)境的同時促進(jìn)土地利用結(jié)構(gòu)、就業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，探索森林生態(tài)產(chǎn)品的價值實現(xiàn)路徑，將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟效益和社會效益，不斷提高林區(qū)的經(jīng)濟實力以及林農(nóng)戶的人均收入和生活質(zhì)量，在解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步解決經(jīng)濟問題，從而實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、生態(tài)的共同發(fā)展。

4 結(jié) 論

本文通過評估遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)4大主導(dǎo)功能：涵養(yǎng)水源功能(綠色水庫)、固碳釋氧功能(綠色碳庫)、凈化大氣環(huán)境功能(凈化環(huán)境氧吧庫)和生物多樣性功能(生物多樣性基因庫)，得到其物質(zhì)量和價值量評估結(jié)果，并分析其作為NbS在應(yīng)對社會挑戰(zhàn)中發(fā)揮的作用，得到結(jié)論如下：

(1) 遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)在保障生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用，各地市由于森林資源面積和森林質(zhì)量的不同發(fā)揮的服務(wù)功能有一定的差異，丹東市、撫順市和本溪市各項服務(wù)功能物質(zhì)量均較高，且3市各項森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之和占到全省各項服務(wù)功能總物質(zhì)量的40%以上，而營口、沈陽、錦州、盤錦市各項服務(wù)功能占比較低。

(2) 遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)“四庫”功能占比排序為：綠色水庫功能(44.43%)>生物多樣性基因庫功能(25.24%)>綠色碳庫功能(21.46%)>凈化環(huán)境氧吧庫功能(8.86%)，各項功能的空間格局總體上呈現(xiàn)遼東山區(qū)>遼西北地區(qū)>遼中南平原沿海地區(qū)的分布格局。

(3) 遼寧省森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的“四庫”功能總價值為3.84×1011元/a，相當(dāng)于當(dāng)年遼寧省GDP的16.39%，遠(yuǎn)高于水利設(shè)施、環(huán)境保護(hù)投資，保障生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的充分發(fā)揮，對于應(yīng)對氣候變化背景下人類面臨的諸多挑戰(zhàn)具有重要意義。