公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值及空間格局研究
——以清遠(yuǎn)市為例*

黃華蓉 張 亮

(1.廣東省嶺南院勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510599;2.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520）

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類(lèi)從生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接獲得關(guān)于生存或生活質(zhì)量的利益。研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，有助于促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在聯(lián)系人類(lèi)活動(dòng)和自然系統(tǒng)方面發(fā)揮著重要的作用[1-3]，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[4]，我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價(jià)值研究始于上世紀(jì)80年代，現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)主要是從時(shí)空變化差異角度圍繞森林資源進(jìn)行價(jià)值核算及綜合效益評(píng)價(jià)等[5-6]，森林生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具備保育土壤、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、涵養(yǎng)水源、凈化大氣環(huán)境、固碳釋氧、保護(hù)生物多樣性、森林防護(hù)等多種功能，為社會(huì)和地球的生命支持系統(tǒng)提供多樣化的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和產(chǎn)品等方面起著不可替代的作用[7-9]。公益林是維護(hù)生態(tài)安全、保持生態(tài)平衡與生物多樣性的重要保障，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)發(fā)展相統(tǒng)一的關(guān)鍵和紐帶。聚焦公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究，客觀(guān)科學(xué)地對(duì)公益林的生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行量化評(píng)估意義重大，有利于更好地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，建立健全公益林監(jiān)測(cè)體系，計(jì)算與評(píng)估公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是檢驗(yàn)森林資源管理成效的重要手段[10-11]。為研究關(guān)于公益林的空間格局生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，本文以粵北地區(qū)重要的生態(tài)屏障——清遠(yuǎn)市公益林作為研究對(duì)象進(jìn)行測(cè)算闡述。

1 研究區(qū)概況

清遠(yuǎn)市地理坐標(biāo)介于23°26′56″～25°11′40″N、111°55′17″～113°55′34″E 之 間，位 于 廣 東 省 中 北部，地處北江中下游、南嶺山脈南側(cè)與珠江三角洲的結(jié)合帶上，南臨廣州、佛山，北接湖南省與廣西壯族自治區(qū)，東與韶關(guān)市接壤，西與肇慶市為鄰。全市一半以上地域是山區(qū)，地勢(shì)自西北向東南傾斜，以山地、丘陵為主，平原分布于北江兩岸的南部地區(qū)。獨(dú)特的地理位置、奇特的地形地貌，孕育出個(gè)性鮮明的高山峽谷、河流湖泊、原始森林、溶洞溫泉等奇特景觀(guān)。屬東亞亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫20.7℃，最低氣溫為1月份，最高氣溫為7 月份，年平均日照1 662.2 h，年平均降雨量1 900 mm，每年無(wú)霜期平均為314.4天。全市主要土地利用類(lèi)型有森林、草地、農(nóng)田、濕地、水域等。連續(xù)多年實(shí)現(xiàn)森林資源“雙增”。土地類(lèi)型多樣，平原面積0.18 萬(wàn)km2，階地面積0.23 萬(wàn)km2，丘陵面積0.54 萬(wàn)km2，山地面積0.81萬(wàn)km2。生物資源豐富，動(dòng)植物共生競(jìng)長(zhǎng)，有著中國(guó)南方珍稀動(dòng)植物的物種基因庫(kù)[12]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究收集來(lái)自2021 年廣東省林業(yè)局發(fā)布的森林資源數(shù)據(jù)中的公益林資源數(shù)據(jù)和清遠(yuǎn)市歷年土壤養(yǎng)分、水土流失等相關(guān)數(shù)據(jù)。2021 年，全市林業(yè)用地面積138.9 萬(wàn)hm2，占國(guó)土總面積的72.96%，有林地面積105.2 萬(wàn)hm2，森林面積132.8 萬(wàn)hm2，覆蓋率69.72%，森林蓄積量8 221.7 萬(wàn)m3。全市公益林59.4 萬(wàn)hm2，占林地面積42.76%。其中，水源涵養(yǎng)林面積最大，占比達(dá)45%，其次是水土保持林，占比36%，這兩個(gè)林種，占比達(dá)到81%。自然保護(hù)林占比16%，環(huán)境保護(hù)林、護(hù)路林和其他防護(hù)林林種占比相對(duì)低。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究方法

結(jié)合清遠(yuǎn)市公益林實(shí)際情況和研究目的，參考森林生態(tài)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估相關(guān)研究方法和計(jì)算公式[13-21]，從清遠(yuǎn)市公益林的保育土壤、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、涵養(yǎng)水源、凈化大氣環(huán)境、固碳釋氧、保護(hù)生物多樣性 6 個(gè)方面選擇 14 個(gè)指標(biāo)，對(duì)其生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）公益林涵養(yǎng)水源價(jià)值主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)上。調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)價(jià)值計(jì)算公式為:

U調(diào)、U凈分別為年林分水量調(diào)節(jié)和凈化水質(zhì)價(jià)值(單位: 元/年)；A為林分面積，單位hm2；P為實(shí)測(cè)林外降水量，單位mm/a；E為實(shí)測(cè)林分蒸散量，單位mm/a；C為實(shí)測(cè)地表快速?gòu)搅髁?，單位mm/a；C庫(kù)為水庫(kù)建設(shè)的單位水庫(kù)容量投資(單位: 元/m3)；K為水質(zhì)費(fèi)用(單位: 元/t)，A為林分面積，單位hm2，F(xiàn)為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能修正系數(shù)。

（2）公益林保持水土價(jià)值功能主要包括兩個(gè)方面，固土、保障土壤肥力。固土價(jià)值計(jì)算公式為：

U固土=AK土×（X2-X1）/ρ×F

U固土為年林分固土價(jià)值(單位: 元/年)，K土為挖掘和運(yùn)送單位立方土方需要費(fèi)用(單位:元/m3)，X1、X2則分別為有林地和無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù){單位: t/(hm2·年)}，ρ 為林地的土壤密度(單位: t/m3)。

公益林土壤保肥公式為：

U肥=A×(X2－X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3)

U肥為保障土壤肥力(氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等)的價(jià)值(單位: 元/年)，N、P、K、M分別為土壤中氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量(%)，R1、R2、R3分別為磷酸二胺化肥氮、磷含量(%)、氯化鉀化肥鉀含量(%)，C1、C2、C3分別為磷酸二胺化肥、氯化鉀化肥、有機(jī)質(zhì)價(jià)格(單位: 元/t)。

（3）公益林釋氧固碳價(jià)值主要包含釋氧和固碳兩個(gè)方面，釋氧價(jià)值計(jì)算公式為：

U氧=1.19×A×B年×C氧×F

U氧為年林分釋放氧氣價(jià)值(單位: 元/年)，C氧為氧氣價(jià)格(單位: 元/t)，B年為年林分凈產(chǎn)出率{單位: t/(hm2·年)}。固碳價(jià)值計(jì)算公式為：

U碳=A×C碳× (1. 63R碳×B年+F土壤碳)

U碳為植被年固碳價(jià)值(單位: 元/年)，C碳為固碳價(jià)格(單位: 元/年)，R碳為碳在二氧化碳中所占比重，數(shù)值是 27.27%，B年為年林分凈產(chǎn)出率{單位: t/(hm2·年)}，F(xiàn)土壤碳為本年內(nèi)每單位面積林分土壤的固碳量{單位: t/(hm2·年)}。

（4）公益林林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值是指植被通過(guò)從土壤中吸收其生長(zhǎng)和代謝所需要的氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，價(jià)值計(jì)算公式為：

U營(yíng)養(yǎng)=A×B年×(N營(yíng)養(yǎng)×C1/R1+P營(yíng)養(yǎng)×C1/R2+K營(yíng)養(yǎng)×C2/R3)

U營(yíng)養(yǎng)為年林分吸收積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如氮磷鉀等)的價(jià)值(單位: 元/年)，N營(yíng)養(yǎng)、P營(yíng)養(yǎng)、K營(yíng)養(yǎng)分別為林木氮、磷、鉀含量(%)。

（5）公益林維持生物多樣性?xún)r(jià)值計(jì)算公式為：

U生物=S生A

U生物為維持生物多樣性?xún)r(jià)值(單位:元/年)，S生為單位面積內(nèi)年物種耗費(fèi)的機(jī)會(huì)成本{單位:元/(hm2·年)}。

（6）公益林改善大氣質(zhì)量?jī)r(jià)值計(jì)算公式為：

U負(fù)離子=5.256×1015×A×H×K負(fù)離子(Q負(fù)離子－600) /L

U負(fù)離子為年林分供給負(fù)離子價(jià)值(單位:元/年)，H為林分高度(單位:m)，K負(fù)離子為生產(chǎn)負(fù)離的費(fèi)用(單位: 元/個(gè))，Q負(fù)離子為供給負(fù)離子濃度(單位:個(gè)/cm)，L為負(fù)離子生命年限(單位:min)。吸收二氧化硫、氟氧化物、氮氧化物價(jià)值計(jì)算公式為：

U二氧化硫?yàn)榱址帜晡斩趸蛄?，單位個(gè)/a；Q二氧化硫?yàn)閱挝幻娣e林分年二氧化硫的吸收量，單位為kg/（hm2·a）；A為林分面積，單位hm2，U二氧化硫、U氟化物、U氮氧化物分別為年林分吸取二氧化硫、氟化物和氟氧化物3 種元素價(jià)值(單位:元/年)，K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物則為治理二氧化硫、氟化物和氟氧化物3 種元素所需費(fèi)用(單位:元/kg)，Q二氧化硫、Q氟化物、Q氮氧化物為每單位面積林分所吸取的二氧化硫、氟化物和氟氧化物數(shù)量{單位: kg/(hm2·年)}[22]。

3 結(jié)果與分析

3.1 清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量

經(jīng)計(jì)算，清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量為912.29 億元·a-1，按照價(jià)值量大小排序如下: 涵養(yǎng)水源(622.10 億元)＞固碳釋氧(100.27 億元)＞保育土壤(87.88 億元)＞林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(60.72億元)＞維持生物多樣性(33.12 億元)＞凈化大氣環(huán)境(8.20 億元)，具體價(jià)值量和占比見(jiàn)表2 和圖2。其中，涵養(yǎng)水源調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值總量為503.67億元·a-1，占比55.21%，價(jià)值量遠(yuǎn)大于其他功能項(xiàng)指標(biāo)。說(shuō)明從測(cè)算結(jié)果可以看出，清遠(yuǎn)市公益林在涵養(yǎng)水源量、固碳釋氧、保育土壤、林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)這幾方的服務(wù)功能方面效果較為顯著，價(jià)值量高，但在維持生物多樣性和凈化大氣環(huán)境方面的生態(tài)服務(wù)功能還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

表2 清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量Table 2 Service value of Qingyuan public welfareforest ecosystem

圖1 清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值各類(lèi)型及其比例Figure 1 Types and proportions of service value of public welfare forest ecosystem in Qingyuan city

3.2 清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各林種價(jià)值量

按照公益林林種類(lèi)型對(duì)清遠(yuǎn)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行分類(lèi)和計(jì)算，由測(cè)算結(jié)果可知，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量主要是體現(xiàn)在水源涵養(yǎng)和水土保持，總價(jià)值量分別為176.01 億元和143.51億元，約占總量80.68%，說(shuō)明水源涵養(yǎng)林和水土保持林是清遠(yuǎn)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要貢獻(xiàn)者。如表3 所示，各林種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量大小為：水源涵養(yǎng)林＞水土保持林＞自然保護(hù)林＞環(huán)境保護(hù)林＞護(hù)路林＞其他防護(hù)林。

表3 清遠(yuǎn)公益林不同功能林種類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量Table 3 Ecosystem service value of Qingyuan public welfare forest types with different functions

3.3 清遠(yuǎn)市公益林各區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間分布格局及特征

清遠(yuǎn)市按照行政區(qū)劃分為：清城區(qū)、清新區(qū)、佛岡縣、陽(yáng)山縣、連山壯族瑤族自治縣、連南縣、英德市、連州市8 個(gè)縣（市）。清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間布格局特征以總價(jià)值的大小進(jìn)行表征闡明 (圖2) 。各縣（市）公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值均以調(diào)節(jié)水量功能為主，基本占單位總價(jià)值量一半左右。各縣（市）價(jià)值量大小為：陽(yáng)山縣＞英德市＞連州市＞清新區(qū)＞連山壯族瑤族自治縣＞連南縣＞佛岡縣＞清城區(qū)。中部的陽(yáng)山縣和英德市為清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值貢獻(xiàn)程度較高，南部的清城區(qū)和佛岡縣提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體較低。

圖2 清遠(yuǎn)市各縣 (市) 公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值量Figure 2 Total value of non-commercial forest ecosystem services in counties (cities) of Qingyuan city

3.4 清遠(yuǎn)市各區(qū)域公益林功能林種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值量空間分布

清遠(yuǎn)各區(qū)域公益林不同功能林種占比如圖3所示，分布圖如圖4 所示。其中，陽(yáng)山縣是水源涵養(yǎng)林和其它防護(hù)林的主要分布區(qū)域；英德市是水土保持林、自然保護(hù)林和其他防護(hù)林的主要分布區(qū)域；清新區(qū)是護(hù)路林的主要分布區(qū)域，且各功能林種分布齊全；清城區(qū)主要分布護(hù)路林，其他功能林種分布占比低；佛岡縣、連山縣和連南縣主要分布水源涵養(yǎng)林、水土保持林、環(huán)境保護(hù)林和自然保護(hù)林，但分布占比都較低；連州市是環(huán)境保護(hù)林的主要分布區(qū)域，水源涵養(yǎng)林的分布占比僅次陽(yáng)山縣；各區(qū)域都有分布水源涵養(yǎng)林，環(huán)境保護(hù)林在各區(qū)域分布比較均衡。

圖3 清遠(yuǎn)市公益林各區(qū)域功能林種占比Figure 3 Proportion of functional forest types in different regions of Qingyuan Public Welfare Forest

圖4 清遠(yuǎn)市公益林各區(qū)域林種分布Figure 4 Distribution of forest species in various regions of Qingyuan Public Welfare Forest

經(jīng)前文測(cè)算，中部的陽(yáng)山縣和英德市的公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最高，南部的清城區(qū)和佛岡區(qū)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最低。水源涵養(yǎng)林、水土保持林和自然保護(hù)林是清遠(yuǎn)市公益林功能林種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的前三貢獻(xiàn)者，占總價(jià)值量80.67%，主要分布在陽(yáng)山縣和英德市，清城區(qū)和佛岡區(qū)分布最少，且清城區(qū)和佛岡區(qū)其它林種分布也較低，西南部的清新區(qū)和北部的連山壯族瑤族自治縣、連南縣、連州市的高價(jià)值功能林種分布較均衡，通過(guò)這些測(cè)算得出空間格局分布大體上均呈現(xiàn)中部＞北部＞南部的趨勢(shì)結(jié)論。

4 結(jié)論與討論

依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(GB/T38582—2020)，結(jié)合清遠(yuǎn)市公益林資源調(diào)查數(shù)據(jù)以及國(guó)家權(quán)威部門(mén)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、生物多樣性保護(hù)6 項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能以清遠(yuǎn)市公益林為例的生態(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）清遠(yuǎn)市公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)值量為912.29 億元·a-1，各項(xiàng)服務(wù)功能價(jià)值量從大到小排序?yàn)? 涵養(yǎng)水源＞固碳釋氧＞保育土壤＞林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)＞維持生物多樣性＞凈化大氣環(huán)境。清遠(yuǎn)市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能主要以涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、保育土壤為主，特別是涵養(yǎng)水源服務(wù)功能價(jià)值量占總價(jià)值量68.20%。這與清遠(yuǎn)市降水充沛、森林覆蓋率高、地表地下水資源豐富有關(guān)。

（2）清遠(yuǎn)市的公益林林種上，各功能林種價(jià)值量排序?yàn)樗春B(yǎng)林＞水土保持林＞自然保護(hù)林＞環(huán)境保護(hù)林＞護(hù)路林＞其他防護(hù)林。這些林種合理搭配，蓄持水分功能強(qiáng)，調(diào)節(jié)氣候效能高，吸收二氧化碳能力大。能夠大力涵養(yǎng)水源保持水土，有效吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在清遠(yuǎn)公益林養(yǎng)護(hù)上采取有效措施進(jìn)行管理和保護(hù)。

（3）清遠(yuǎn)市 8 個(gè)縣（市）年公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量中，各縣（市）公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量排序?yàn)椋宏?yáng)山縣＞英德市＞連州市＞連山壯族瑤族自治縣＞清新區(qū)＞連南縣＞佛岡縣＞清城區(qū)，表明清遠(yuǎn)市各縣（市）公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局存在異質(zhì)性，公益林生態(tài)服務(wù)功能較弱的縣（市）應(yīng)抓住清遠(yuǎn)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)而使得清遠(yuǎn)市各縣（市）公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能相協(xié)調(diào)。

（4）根據(jù)水源涵養(yǎng)林、水土保持林、自然保護(hù)林、環(huán)境保護(hù)林、護(hù)路林和其他防護(hù)林功能林種在清遠(yuǎn)市公益林8 個(gè)縣（市）的分布占比分析和清遠(yuǎn)各縣（市）的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，得出空間格局分布大體上均呈現(xiàn)中部＞北部＞南部的趨勢(shì)，陽(yáng)山縣北部、英德市西北部、連州市東南部連片的公益林水源涵養(yǎng)林和水土保持林林種分布較廣，各功能林種分布較均衡，林種結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化合理，對(duì)于改善區(qū)域土壤質(zhì)量、蓄積水源、水土保持、凈化大氣、積累營(yíng)養(yǎng)元素、森林旅游等功能價(jià)值提升具有重要作用，經(jīng)營(yíng)管理水平相對(duì)較高，一定程度上促進(jìn)了公益林服務(wù)價(jià)值水平的提升。各縣（市）公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能空間格局存在異質(zhì)性，南部清城區(qū)和佛岡縣各功能林種分布少，這將導(dǎo)致該區(qū)域公益林質(zhì)量和價(jià)值相對(duì)較低，在發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值時(shí)存在較大局限性。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是溝通森林生態(tài)系統(tǒng)自然過(guò)程與人類(lèi)社會(huì)的主要通道。為有效提高公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，各部門(mén)應(yīng)當(dāng)因地制宜，因材施策，發(fā)揮各功能林種優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化保護(hù)與管理雙重措施，積極培育生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高的林種，如增加水源涵養(yǎng)林、水土保持林這些林種的覆蓋率，各林種合理布局，提升該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和能力[23]。完善全省各區(qū)市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的排序和監(jiān)督體系，抓住地方生態(tài)建設(shè)政策實(shí)施的契機(jī)，對(duì)公益林進(jìn)行管護(hù)成效評(píng)價(jià)，努力提升自身生態(tài)服務(wù)功能，并縮小各地區(qū)之間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力價(jià)值存在的顯著差距，激勵(lì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較落后的區(qū)域發(fā)展，進(jìn)而提高不同地區(qū)應(yīng)對(duì)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的水平和能力。