南京市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價(jià)值評(píng)估

左松源,陳國(guó)富,左宗貴,李英升

(國(guó)家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,杭州 310019)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1],具有涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候、維護(hù)生物多樣性等生態(tài)功能[2],在維持生態(tài)安全、改善生態(tài)環(huán)境方面具有重要作用。國(guó)外森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評(píng)估研究,始于20世紀(jì)初,最初評(píng)價(jià)的是森林涵養(yǎng)水源效益,后來(lái)擴(kuò)展到農(nóng)田防護(hù)效益及環(huán)境保護(hù)效益[3-4]。20世紀(jì)60年代初,對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)功能分類及綜合評(píng)價(jià)體系得到進(jìn)一步拓展,至70年代,森林生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估方法和技術(shù)有了新的突破,分類及指標(biāo)體系更加完善,在世界范圍有了較快發(fā)展。我國(guó)森林生態(tài)功能價(jià)值評(píng)估研究,從20世紀(jì)70年代開始,雖然較西方國(guó)家起步晚,但進(jìn)展較快。2008年國(guó)家林業(yè)局發(fā)布了《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[5],規(guī)范了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)一了評(píng)價(jià)指標(biāo)及估值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源,但在實(shí)施過程中,不同學(xué)者采用的評(píng)估研究數(shù)據(jù)源有所不同,分別有森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)、森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)或其他專項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù),所采用的評(píng)估方法也不盡一致,采用的指標(biāo)體系各有側(cè)重,評(píng)估的結(jié)果差異不大[6-7]。但是,以森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查小班為評(píng)估基本單元對(duì)區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的評(píng)估研究較少。本文以南京市2018年森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查小班為測(cè)算單元,對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與價(jià)值進(jìn)行評(píng)估和分析,以期為精準(zhǔn)提升森林質(zhì)量提供參考。

1 研究區(qū)概況

南京市位于北緯30°14′～32°36′,東經(jīng)118°22′～119°14′。東與揚(yáng)州市儀征、鎮(zhèn)江市句容、常州市溧陽(yáng)交界,南與安徽省郎溪、宣城接壤,西與安徽省當(dāng)涂、馬鞍山、和縣、全椒、滁縣、來(lái)安等相鄰,北與安徽省天長(zhǎng)縣毗鄰。全市南北長(zhǎng)、東西窄,成正南北向,南北直線距離150 km,寬50～70 km,南北兩端東西寬約30 km?？偯娣e6 582 km2。境內(nèi)地貌類型多樣,低山、丘陵、崗地、平原交錯(cuò)分布。南京市屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),四季分明；夏熱冬寒,春秋較短；日照充足,降水充沛,光熱條件好,適宜各類林木生長(zhǎng)。據(jù)2018年南京市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(1)國(guó)家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院.南京市森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果.2018.,全市土地總面積658 200 hm2,其中,林地總面積169 360.98hm2,森林面積164 125.91hm2,森林覆蓋率24.94%。全市活立木總蓄積10 032 510m3。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源包括:1)2018年南京市森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù),共計(jì)小班171 922個(gè),林地小班總面積168 757.88hm2。2)南京市2010年、2015年森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù),其中2010年調(diào)查的樣地?cái)?shù)95個(gè),總樣木數(shù)5 260株；2015年調(diào)查的樣地?cái)?shù)110個(gè),總樣木數(shù)6 820株。3)2017年在南京市分別不同林木土壤類型布設(shè)的45個(gè)野外調(diào)查樣地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。4)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[5]中的社會(huì)公共數(shù)據(jù),以及權(quán)威機(jī)構(gòu)公開發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)和學(xué)術(shù)期刊中發(fā)表的同類研究成果、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)和資料。

2.2 指標(biāo)選取及計(jì)算

采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[5]中的指標(biāo)和公式,主要從涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木營(yíng)養(yǎng)積累、凈化大氣、調(diào)節(jié)溫度、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)和森林游憩等9項(xiàng)森林生態(tài)功能,以及16個(gè)實(shí)物量指標(biāo)和20個(gè)價(jià)值量指標(biāo)評(píng)價(jià)南京市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值。為提高評(píng)估精度,通過調(diào)整系數(shù)對(duì)評(píng)估小班的生態(tài)功能進(jìn)行修正和調(diào)整[8-9]。評(píng)估指標(biāo)體系如表1所示。

表1 森林生態(tài)服務(wù)功能與價(jià)值評(píng)估指標(biāo)Tab.1 Forest ecological service functions and value evaluation index

利用調(diào)整系數(shù)計(jì)算各類型功能生態(tài)功能,計(jì)算公式如下:

G調(diào)整后=K×G調(diào)整前

式中:G調(diào)整前和G調(diào)整后分別為調(diào)整前后的林分年生態(tài)功能評(píng)估值；K為調(diào)整系數(shù)。

2.3 調(diào)整系數(shù)

由于各小班蓄積量、枯枝落葉厚度、郁閉度等因子,其生態(tài)功能不同,故可以根據(jù)這些因子確定各類型小班的生態(tài)功能的調(diào)整系數(shù)。具體調(diào)整情況如下:

1) 針對(duì)喬木林、竹林和經(jīng)濟(jì)林等生態(tài)功能方面的指標(biāo)用生態(tài)功能綜合指數(shù)作為調(diào)整系數(shù)。

2) 針對(duì)灌木林、未成林和苗木林等其它林地的生態(tài)功能指數(shù)為0的情況,用小班植被總覆蓋度作為調(diào)整各類型功能的系數(shù)。

調(diào)整系數(shù)計(jì)算公式如下:

k=Bij/Bi

式中:K為調(diào)整系數(shù)；Bi為小班類型i的平均生態(tài)功能指數(shù)(植被總覆蓋率)；Bij為小班類型i中小班j的生態(tài)功能指數(shù)(植被總覆蓋度)。Bi=1/Y,以此作為評(píng)定森林生態(tài)功能的定量指標(biāo),該指數(shù)小于等于1,數(shù)值越大,表明森林生態(tài)功能好；Y為各項(xiàng)評(píng)價(jià)因子綜合得分,計(jì)算如下:

式中:Xi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的類型得分值(類型I、II、III、IV、V,分別取1,2,3,4,5)；Wi為權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 涵養(yǎng)水源功能及價(jià)值

森林涵養(yǎng)水源功能年調(diào)節(jié)水量[10](凈化水質(zhì)量)89 918.68萬(wàn)t/a,年涵養(yǎng)水源產(chǎn)生價(jià)值1 703 059.84萬(wàn)元/a,占總效益的53.85%,其中調(diào)節(jié)水量產(chǎn)生價(jià)值1 360 469.67萬(wàn)t/a,凈化水質(zhì)產(chǎn)生價(jià)值342 590.17萬(wàn)元/a。

森林單位面積調(diào)節(jié)水量5 328.37t/hm2,單位面積價(jià)值量100 917.37元/hm2。各主要地類或森林植被類型單位面積蓄水能力及價(jià)值量如表2所示。

表2 不同地類或森林植被類型平均蓄水能力與價(jià)值量Tab.2 Average water storage capacity and value of different land types or forest vegetation types

從表2可以看出,單位面積調(diào)水量及價(jià)值量按地類分,喬木林占主要優(yōu)勢(shì),其次是竹林和經(jīng)濟(jì)林。

3.2 保育土壤功能及價(jià)值

森林的植物組成多樣、空間結(jié)構(gòu)合理,能有效減緩水、風(fēng)、日照等對(duì)土壤的侵蝕,防止水土流失[11-13]。2018年,全市森林固定土壤651.88萬(wàn)t/a,減少流失和增加土壤養(yǎng)分氮6 775.41t、磷2 747.87t、鉀124 698.3 t、有機(jī)質(zhì)143 722.5 t。固土保肥價(jià)值總計(jì)118 921.06萬(wàn)元/a,其中年產(chǎn)生固土價(jià)值16 528.30萬(wàn)元/a,年保肥價(jià)值102 392.76萬(wàn)元/a(表3)。

表3 不同地類或森林類型的固土總量Tab.3 Total soil consolidation of different land types or forest types

森林單位面積固土量38.63 t/hm2,單位面積固土價(jià)值979.41元/hm2；森林單位面積保肥量1.65t/hm2,單位面積保肥價(jià)值6 067.43元/hm2。各主要地類或森林植被類型單位面積固土保肥能力及價(jià)值量如表4所示。

表4 不同地類或森林植被類型平均固土保肥能力與價(jià)值量Tab.4 Average soil fixation and fertility retention capacity and value of different land types or forest vegetation types

從表4可以看出,南京市年固土量順序?yàn)閱棠玖?經(jīng)濟(jì)林>竹林>灌木林>其它林地,喬木林占88.01%；年保肥量與固土量結(jié)果基本一致。

3.3 固碳釋氧功能及價(jià)值

2018年,南京市森林年固碳量57.63萬(wàn)t/a,釋放氧氣134.06萬(wàn)t/a；發(fā)揮生態(tài)效益總價(jià)值240 051.05萬(wàn)元/a,其中固碳價(jià)值81 146.07萬(wàn)元/a,釋放氧氣價(jià)值158 904.98萬(wàn)元/a。

按主要地類分:喬木林固碳釋氧191.69萬(wàn)t/a,占84.62%；竹林固碳釋氧28.94萬(wàn)t/a,占12.78%；經(jīng)濟(jì)林固碳釋氧3.97萬(wàn)t/a,占1.75%；灌木林固碳釋氧1.04萬(wàn)t/a,占0.47%；其它林地固碳釋氧0.89萬(wàn)t/a,占0.39%。具體結(jié)果如表5所示。

表5 同地類或森林類型的固碳釋氧總量Tab.5 Total carbon fixation and oxygen release of different land types or forest types

森林單位面積固碳釋氧量13.42t/hm2,單位面積固碳釋氧價(jià)值14 224.58元/hm2。各主要地類或森林植被類型單位面積固碳釋氧量如表6所示。

表6 不同地類或森林植被類型平均固碳釋氧量與價(jià)值量Tab.6 Average carbon fixation and oxygen release and value of different land types or forest vegetation types

從以上分析可以看出,森林年固碳釋氧量為喬木林>竹林>經(jīng)濟(jì)林>灌木林>其它林地,而單位面積固碳釋氧能力為竹林>喬木林>灌木林>其它林地>經(jīng)濟(jì)林。

3.4 積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)功能及價(jià)值

森林植被在其生長(zhǎng)過程中不斷地從周圍環(huán)境中吸收N,P,K等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),并貯存在體內(nèi)各器官內(nèi)。森林植物枯落物分解后能夠培肥土壤,進(jìn)一步提高土壤肥力,森林生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累主要通過每年樹木吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N,P,K)來(lái)體現(xiàn)[14-15]。2018年,全市林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)1.84萬(wàn) t/a,積累營(yíng)養(yǎng)物總價(jià)值18 196.30萬(wàn)元/a(表7)。

表7 不同地類或森林類型營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量Tab.7 Nutrient accumulation of different land types or forest types

森林單位面積營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累0.11t/hm2,單位面積價(jià)值量1 078.25元/hm2。

從樹種或地類結(jié)構(gòu)來(lái)看,森林年?duì)I養(yǎng)物質(zhì)積累量喬木林>竹林>經(jīng)濟(jì)林>灌木林>其它林地,而單位面積營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累量,竹林最大,達(dá)0.20t/hm2,其次為闊葉林0.13t/hm2,最低為經(jīng)濟(jì)林0.01t/hm2。

3.5 凈化大氣環(huán)境功能及價(jià)值

森林在大氣生態(tài)平衡中起著“除污吐新”的作用,植物通過葉片攔截、富集和吸收污染物質(zhì),提供負(fù)離子和萜烯類物質(zhì)等,對(duì)大氣環(huán)境污染具有凈化作用[16-17]。2018年,全市森林提供負(fù)氧離子8.60×1023個(gè)/a,吸收污染物18 883.5 t/a,滯塵粉塵量248.36萬(wàn)t/a,凈化大氣效益價(jià)值總計(jì)133 867.50萬(wàn)元/a；森林單位面積提供負(fù)離子5.09×1018個(gè)/hm2,單位面積價(jià)值量16.45元/hm2；森林單位面積吸收污染物111.9 t/hm2,單位面積價(jià)值量427.36元/hm2；森林單位面積滯塵量14.67 t/hm2,單位面積價(jià)值量2 200.5元/hm2。

喬木林各樹種結(jié)構(gòu)類型單位面積凈化大氣能力如表8所示；各主要地類單位面積凈化大氣能力如表9所示。

表8 喬木林各樹種(組)結(jié)構(gòu)類型單位面積凈化大氣能力Tab.8 The air purification ability of each tree species structure type per unit area of arbor forest

表9 喬木林各主要地類單位面積凈化大氣能力Tab.9 Air purification ability of each main type of arbor forest per unit area

從以上析可以看出,森林年凈化大氣能力:單位面積提供負(fù)離子能力竹林>喬木林>其它林地>灌木林>經(jīng)濟(jì)林；單位面積吸收污染物能力喬木林>竹林>經(jīng)濟(jì)林>其它林地>灌木林；單位面積滯塵能力喬木林>竹林>經(jīng)濟(jì)林>其它林地>灌木林。從樹種(組)結(jié)構(gòu)來(lái)看,單位面積凈化大氣能力,針葉混提供負(fù)離子最大,達(dá)7.3×1018個(gè)/hm2,針闊混吸收污染物能力最大,達(dá)171.36 t/hm2,松類滯塵能力最大,達(dá)35.34 t/hm2。

3.6 調(diào)節(jié)溫度功能及價(jià)值

森林能有效降低氣溫、增加濕度,調(diào)節(jié)氣候,緩解城市熱島效應(yīng)[17]。2018年,全市森林年調(diào)節(jié)溫度價(jià)值為6 401.62萬(wàn)元/a。

3.7 生物多樣性保護(hù)功能及價(jià)值

2018年,全市森林生物多樣性[18-20]保護(hù)總價(jià)值為247 334.39萬(wàn)元/a,闊葉林的物種保育價(jià)值占64.62%。

按主要地類分:喬木林年物種保育價(jià)值235 633.7萬(wàn)元/a,占95.27%；竹林年物種保育價(jià)值3 934.79萬(wàn)元/a,占1.59%；經(jīng)濟(jì)林年物種保育價(jià)值4 917.29萬(wàn)元/a,占1.99%；灌木林年物種保育價(jià)值1 866.3萬(wàn)元/a,占0.75%；其它林地提供年物種保育價(jià)值982.33萬(wàn)元/a,占0.40%。

喬木林各主要樹種(組)結(jié)構(gòu)年物種保育價(jià)值:松16 596.89萬(wàn)元/a,占7.04%；杉5 736.54萬(wàn)元/a,占2.43%；闊159 833萬(wàn)元/a,占67.83%；針葉混5 277.79萬(wàn)元/a,占2.24%；闊葉混48 189.44萬(wàn)元/a,占20.45%。

全市年物種保育價(jià)值喬木林>經(jīng)濟(jì)林>竹林>灌木林>其它林地,而單位面積物種保育價(jià)值喬木林>灌木林>竹林>經(jīng)濟(jì)林>其它林地。

3.8 森林防護(hù)

經(jīng)測(cè)算,2018年,全市森林防護(hù)效益總計(jì)79 755.61萬(wàn)元/a。

3.9 森林游憩

經(jīng)相關(guān)單位統(tǒng)計(jì)以及非門票景點(diǎn)人數(shù)估算,南京市2018年森林游憩價(jià)值總計(jì)452 550萬(wàn)元,其中收費(fèi)門票森林游憩價(jià)值量60 551萬(wàn)元,非收費(fèi)門票森林游憩價(jià)值量391 999萬(wàn)元。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

1) 本文以森林資源二類調(diào)查小班為測(cè)算單元,進(jìn)行森林生態(tài)服務(wù)功能與價(jià)值評(píng)估,通過生態(tài)功能調(diào)整系數(shù)對(duì)評(píng)估小班的生態(tài)功能進(jìn)行修正和調(diào)整,可提高評(píng)估精度,同時(shí),利用GIS技術(shù),實(shí)現(xiàn)了森林生態(tài)功能分布狀況的直觀化、可視化,為開展森林生態(tài)服務(wù)功能與價(jià)值評(píng)估探索了新的方法。

2) 因南京市域范圍較大,布設(shè)45個(gè)樣地偏少,存在普遍代表性不強(qiáng)。要進(jìn)一步提高全市森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估精度,應(yīng)根據(jù)評(píng)估范圍的大小,適當(dāng)增加布設(shè)外業(yè)樣地?cái)?shù)量,以進(jìn)一步提高評(píng)估精度和普遍代表性。

3) 為進(jìn)一步完善森林生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估內(nèi)容,應(yīng)結(jié)合南京城市森林的特點(diǎn),增加反映南京市森林特點(diǎn)的評(píng)估指標(biāo)和方法,逐步形成南京市森林生態(tài)服務(wù)評(píng)估的地方規(guī)范和本地化的參數(shù)體系。同時(shí),進(jìn)一步開展森林生態(tài)服務(wù)功能及價(jià)值評(píng)估的相關(guān)技術(shù)研究,為年度化生態(tài)功能評(píng)估提供技術(shù)支撐。

4.2 結(jié)論

經(jīng)測(cè)算,至2018年,南京市森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為300.01億元/a,森林單位面積價(jià)值17.78萬(wàn)元/hm2。南京市各生態(tài)服務(wù)功能總效益排序?yàn)樗春B(yǎng)效益>森林旅游效益>生物多樣性效益>固碳釋氧效益>凈化大氣效益>保育土壤效益>森林防護(hù)效益>林木營(yíng)養(yǎng)積累效益>調(diào)節(jié)溫度效益。其中森林在水源涵養(yǎng)、森林旅游、生物多樣性和固碳釋氧效益之和占到總效益的88.09%。由此可見,南京市森林生態(tài)服務(wù)功能效益以水源涵養(yǎng)、森林旅游、生物多樣性和固碳釋氧占主要優(yōu)勢(shì)。