宋慶豐，王雪松，王曉燕，牛香?

(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，100091，北京；2.遼寧省森林經(jīng)營研究所，118002，遼寧丹東；3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京)

基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數(shù)的應(yīng)用
——以遼寧省退耕還林工程為例

宋慶豐1，王雪松2，王曉燕3，牛香1?

(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，100091，北京；2.遼寧省森林經(jīng)營研究所，118002，遼寧丹東；3.北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京)

為了對同一生態(tài)單元同一目標(biāo)林分類型中沒有生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的林分進(jìn)行準(zhǔn)確的生態(tài)服務(wù)功能評估，以遼寧省退耕還林工程為例，基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數(shù)對其生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行評估。結(jié)果表明：2013年，遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量為491.94億元，在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6個生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量占退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量的比例最大，分別為26.84%和26.30%。研究結(jié)果可為《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》的修訂和區(qū)域尺度森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的精確核算提供參考。

森林生態(tài)功能修正系數(shù)； 評估； 退耕還林； 遼寧

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[1-4]，主要包括森林在涵養(yǎng)水源、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、森林防護(hù)、生物多樣性保護(hù)和森林游憩等方面提供的生態(tài)服務(wù)功能[3]。人類當(dāng)前面臨的多種生態(tài)問題的本質(zhì)是由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能受到破壞與退化的后果[4]；然而，直到20世紀(jì)70年代，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能才被作為科學(xué)問題正式提出并開展研究[5]。80年代，隨著生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的發(fā)展，人們開始對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的間接價值進(jìn)行評價[4]。1997年，R.Costanza等[6]發(fā)表在《Nature》上的文章有力地推動了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值評價研究。2001年，聯(lián)合國啟動的《千年生態(tài)系統(tǒng)評估》計劃，旨在通過對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估，將生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)整合到經(jīng)濟(jì)社會決策中。目前，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估及其價值核算已成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)與生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)的前沿領(lǐng)域和全球熱點領(lǐng)域[7]。

全球范圍內(nèi)，諸多學(xué)者或組織對不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估方法進(jìn)行了探索[7]，且在不同的時空尺度開展了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值評估研究[8-13]，建立了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價理論框架；然而，評估方法的不同使得評估結(jié)果存在較大差異，且不具可比性。這對在國家層面上通過生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估將生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)整合到經(jīng)濟(jì)社會決策中十分不利。2008年，中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》[3]的實施，在全國范圍內(nèi)將森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估方法予以統(tǒng)一，使不同地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估結(jié)果具備可比性，為森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)在經(jīng)濟(jì)社會決策中的整合提供了數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。

目前，我國的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估主要基于資源清查數(shù)據(jù)(樹種、面積、蓄積量)以及生態(tài)站的長期觀測數(shù)據(jù)。從生態(tài)站測得的生態(tài)參數(shù)均為點數(shù)據(jù)，只能代表同一生態(tài)單元下具有相同結(jié)構(gòu)和功能的同一林分類型。而同一生態(tài)單元下同一林分類型不同林分結(jié)構(gòu)或功能同樣存在較大差異，如何利用監(jiān)測站的實測數(shù)據(jù)得到同一生態(tài)單元同一目標(biāo)林分類型的其他評估林分?jǐn)?shù)據(jù)是森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能得以準(zhǔn)確評估的關(guān)鍵。筆者以此為切入點，以遼寧省退耕還林工程為例，研究基于生物量的森林生態(tài)功能修正系數(shù)(簡稱CFEF)的應(yīng)用，以期為同類研究提供參考。

1 遼寧省退耕還林工程概況

自2001年遼寧省實施國家退耕還林工程以來，工程區(qū)由試點階段的3市4縣(彰武縣、北票縣、凌源縣、建昌縣)發(fā)展到15市74縣，工程覆蓋1 115個鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、1萬1 517個自然村，涉及65萬9 592戶農(nóng)民。

截至2013年末，遼寧省累計完成退耕還林工程建設(shè)任務(wù)113.57萬hm2，其中：退耕地還林面積占全部退耕還林工程不同植被恢復(fù)類型總面積的約21.72%，宜林荒山荒地造林面積占62.66%，封山育林面積占15.61%； 生態(tài)林占全部退耕還林工程不同林種類型總面積的72.11%，經(jīng)濟(jì)林占22.81%，灌木林占5.08%，其中生態(tài)林以楊樹(PopulusL.)、落葉松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabulaeformis)和刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)為主要退耕樹種，經(jīng)濟(jì)林以杏樹(ArmeniacavulgarisLam.)為主要退耕樹種，占經(jīng)濟(jì)林總面積的63.81%。

2 研究方法

2.1 評估指標(biāo)體系及公式

參考中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》[3]的評估指標(biāo)及其計算公式，對涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6項生態(tài)服務(wù)功能中涉及調(diào)節(jié)水量、固土、保肥、固碳、釋氧、林木營養(yǎng)物質(zhì)積累、滯塵、吸附污染物、提供空氣負(fù)離子和物種保育等方面的17項指標(biāo)的物質(zhì)量和價值量進(jìn)行評估。其中，物質(zhì)量評估主要是從物質(zhì)量的角度對退耕還林工程提供的各項服務(wù)進(jìn)行定量評估，價值量評估是指從貨幣價值量的角度對退耕還林工程提供的服務(wù)進(jìn)行定量評估。

2.2 數(shù)據(jù)來源

1) 資源數(shù)據(jù)來自于2013年的遼寧省退耕還林工程資源清查數(shù)據(jù)集。

2) 評估公式中的生態(tài)參數(shù)來自于退耕還林生態(tài)效益專項監(jiān)測站及中國森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究網(wǎng)絡(luò)(CFERN)所屬森林生態(tài)站開展的長期定位監(jiān)測數(shù)據(jù)集。

3) 價值量評估公式中的價格參數(shù)參考LY/T 1721—2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》[3]，并用貼現(xiàn)率進(jìn)行修正。

2.3 貼現(xiàn)率

在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量評估中，由物質(zhì)量轉(zhuǎn)價值量時，部分價格參數(shù)并非評估年價格參數(shù)，需要使用貼現(xiàn)率(Discount Rate)將非評估年價格參數(shù)逐年貼現(xiàn)，換算為評估年份(2013年)價格參數(shù)，以得到各項生態(tài)服務(wù)功能價值量的現(xiàn)價。計算公式為

d=(1+tn+1)(1+tn+2)…(1+tm)。

式中：d為貼現(xiàn)率；t為存貸款均衡利率，%；n為價格參數(shù)可獲得年份；m為評估年年份。

存貸款均衡利率的大小主要根據(jù)金融市場利率來決定。

t=(Dr+Lr)/2。

式中：Dr為銀行的平均存款利率，%；Lr為銀行的平均貸款利率，%。

2.4 森林生態(tài)功能修正系數(shù)

“修正”作為一種狀態(tài)，表明系統(tǒng)各要素之間具有相對“融洽”的關(guān)系。當(dāng)用現(xiàn)有的野外實測值不能代表同一生態(tài)單元同一目標(biāo)林分類型的其他評估林分時，引入森林生態(tài)功能修正系數(shù)對其進(jìn)行修正。生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能大小與該生態(tài)系統(tǒng)的生物量有密切關(guān)系[13-16]，一般來說，生物量越大，生態(tài)服務(wù)功能越強(qiáng)[13]。森林生態(tài)功能修正系數(shù)定義為

式中：CFEF為森林生態(tài)功能修正系數(shù)；Be為評估林分的生物量，kg/m3；Bo為實測林分的生物量，kg/m3；CVB為蓄積量與生物量的轉(zhuǎn)換因子，CVB=a+b/x，其中a、b為常數(shù)，x為蓄積量，m3[17]；V為評估林分的蓄積量，m3。

通過實測手段獲取實測林分的生物量。評估林分的生物量在本次退耕還林工程資源連續(xù)清查中沒有完全統(tǒng)計，但其蓄積量已被統(tǒng)計；因此，通過評估林分蓄積量和生物量轉(zhuǎn)換因子(表1)[17]，測算評估林分的生物量。

表1 IPCC推薦使用的蓄積量和生物量轉(zhuǎn)換因子(CVB)

3 結(jié)果與分析

3.1 退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估

3.1.1 物質(zhì)量 根據(jù)評估遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的方法，計算得出遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能物質(zhì)量，其中涵養(yǎng)水源量11.47億m3/a，固土量3 330.18萬t/a，能夠減少土壤中氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)損失量分別為7.99萬、4.11萬、62.55萬和1.68萬t/a，固碳總量211.79萬t/a，釋氧量504.36萬t/a，林木積累氮、磷、鉀量分別為5.67萬、0.27萬和1.04萬t/a，提供負(fù)離子量為6.265×1024個/a，吸收污染物量為1億1 789.30萬kg/a，滯塵量為143.08億kg/a。

3.1.2 價值量 通過計算出遼寧省退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量為491.94億元/a。其中，涵養(yǎng)水源、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(hù)所占比例分別為26.84%、17.89%、18.83%、2.96%、7.18%和26.30%。涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護(hù)功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量所占比例最高，而凈化大氣環(huán)境和林木積累營養(yǎng)物質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量所占比例最小。

3.2 不同林種退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量評估

3.2.1 總價值量 遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量計算結(jié)果見表2?？芍?， 生態(tài)林各項評估指標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量均顯著高于經(jīng)濟(jì)林和灌木林，其中又以灌木林各項評估指標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量表現(xiàn)為最小。其中，生態(tài)林總價值量為372.90億元/a，分別是經(jīng)濟(jì)林和灌木林的3.8和17.8倍。

表2 遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量

遼寧省退耕還林生態(tài)林面積占該省退耕還林工程總面積的72.11%，經(jīng)濟(jì)林占22.81%，灌木林占5.08%。通過與3種林種類型生態(tài)服務(wù)功能價值量占總價值量比例(生態(tài)林占75.80%，經(jīng)濟(jì)林占19.94%，灌木林占4.26%)進(jìn)行比較可知，遼寧省不同林種類型退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量的差異主要由其退耕還林的面積差異所決定，不同林種類型的單位面積價值量差異不顯著(此處所說的單位面積價值量是6項生態(tài)服務(wù)功能價值量的平均值)，這是由于不同林種類型表現(xiàn)出的生態(tài)服務(wù)功能側(cè)重點不同。

3.2.2 單位面積價值量 剔除不同林種類型退耕還林面積對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量的影響后，不同林種類型各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標(biāo)的單位面積價值量見表3?？梢钥闯?，3個林種類型各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的單位面積價值量之和表現(xiàn)為生態(tài)林>經(jīng)濟(jì)林>灌木林，分別為4.55億、3.79億和3.63億元/(hm2·a)。其中，單位面積生態(tài)林涵養(yǎng)水源價值量低于經(jīng)濟(jì)林和灌木林，保育土壤價值量略低于灌木林，其他生態(tài)服務(wù)功能價值量均顯著高于經(jīng)濟(jì)林和灌木林。

單位面積經(jīng)濟(jì)林涵養(yǎng)水源價值量之所以高于生態(tài)林和灌木林，是由于經(jīng)濟(jì)林多分布于立地條件較好的地段，土壤性狀優(yōu)于生態(tài)林和灌木林分布的地段，有利于水分的入滲。另一方面，遼寧省退耕還林工程中人工林的面積比例達(dá)到了85%，退耕還林工程中的生態(tài)林多為人工林，林分結(jié)構(gòu)相對簡單，林內(nèi)地被物相對較少，不利于水分的截留和入滲。

表3 遼寧省不同林種類型退耕還林工程單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量

有研究[18-20]發(fā)現(xiàn)，土壤侵蝕量與地被覆蓋度有關(guān)，覆蓋度越大，土壤侵蝕量越小。根據(jù)退耕還林工程驗收標(biāo)準(zhǔn)，灌木林的蓋度達(dá)到0.3、喬木林達(dá)到0.2方可稱為森林[21]；因此，灌木林的保育土壤價值量高于生態(tài)林和經(jīng)濟(jì)林，而降雨對地表的濺蝕也是引起土壤侵蝕的原因之一。低矮、密集的灌木林可以有效降低降雨對土壤濺蝕導(dǎo)致的土壤和養(yǎng)分的流失。張曉明等[18]通過對不同植被坡面侵蝕產(chǎn)沙的研究發(fā)現(xiàn)，刺槐、油松林的產(chǎn)沙量是灌木林的5倍。

4 結(jié)論與討論

1) 2013年，退耕還林工程生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量為491.94億元，占該地區(qū)當(dāng)年GDP總量(2萬7 077.70億元)的1.8%。在涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，涵養(yǎng)水源和生物多樣性保護(hù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值量占退耕還林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值量的比例最大，分別為26.84%和26.30%。

2)退耕還林面積是其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的主要影響因子，但單位面積林分的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性也在一定程度上對其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生影響。

影響森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的生態(tài)參數(shù)較多，海量的實測生態(tài)參數(shù)是確保區(qū)域或全國范圍內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估結(jié)果真實性的基礎(chǔ)，監(jiān)測點越多，獲取的生態(tài)參數(shù)越詳細(xì)，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估結(jié)果也越接近于真實值。鑒于當(dāng)前森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估的迫切性及生態(tài)監(jiān)測站點的限制性，本文僅就主要的且在區(qū)域及全國范圍內(nèi)易于獲取的生物量因子作為修正因子，通過對監(jiān)測林分的生態(tài)參數(shù)進(jìn)行修訂，得到同一生態(tài)單元同一目標(biāo)林分類型其他無監(jiān)測數(shù)據(jù)的評估林分生態(tài)參數(shù)，最終使評估區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估結(jié)果更接近于真實值。未來，隨著森林生態(tài)站及各專項監(jiān)測站的逐步增加和完善，根據(jù)各生態(tài)參數(shù)在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估中的重要性、普遍性和易獲取性，更多的生態(tài)參數(shù)將會作為修正因子被引入。森林生態(tài)功能修正系數(shù)考慮的生態(tài)參數(shù)越多，其評估結(jié)果也越接近森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的真實值。然而，修正因子的引入和逐漸增加也只能是令其評估結(jié)果越來越接近于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的真實值，卻永遠(yuǎn)無法達(dá)到其真實值；因為在區(qū)域和全國范圍內(nèi)對所有評估林分的生態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測顯然是不現(xiàn)實的。

長期以來，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估一直是學(xué)術(shù)界研究的熱點，“生態(tài)GDP”概念的提出[22]，使得森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估從學(xué)術(shù)界逐步進(jìn)入官方?jīng)Q策視野。為了將森林生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)整合在經(jīng)濟(jì)社會決策中，越來越多的生態(tài)服務(wù)功能評估被政府部門所開展。本文通過生物量對森林生態(tài)功能系數(shù)的修訂，將使得森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估結(jié)果更符合實際情況，同時，可為《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》的進(jìn)一步修訂和“生態(tài)GDP”的準(zhǔn)確核算提供參考。

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(責(zé)任編輯：宋如華)

Application of forest ecological function correction coefficient based on biomass: a case study of conversion of cropland to forest in Liaoning Province

Song Qingfeng1, Wang Xuesong2, Wang Xiaoyan3, Niu Xiang1

(1.Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, 100091, Beijing, China; 2.Institute of Forest Management of Liaoning Province, 118002, Dandong，Liaoning，China; 3.School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China)

In order to accurately carry out the ecological service evaluation of the other forests of the same forest types in the same ecological unit that lacked ecological monitoring data, we propose the forest ecological function correction coefficient based on the biomass in this paper in order to adjust the ecological monitoring data for better application in the rest of the sites of the same forest types in the same ecological unit through the conversion of biomass. As an example, the ecological service of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was evaluated. The evaluation showed that the total ecological service value of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was 49.194 billion yuan in 2013. In six ecosystem service evaluation indicators such as water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen releasing, nutrient accumulation, atmosphere purification, and biodiversity protection, the proportions of the value of water conservation and biodiversity protection to the total value were the largest, 26.84% and 26.30%, respectively. Our study would provide reference for the revision ofSpecificationsforassessmentofforestecosystemservicesand the accurate evaluation of the forest ecosystem service at regional scale.

forest ecological function correction coefficient; evaluation; conversion of cropland to forest; Liaoning Province

2014-04-24

2015-03-26

宋慶豐(1983—)，男，博士研究生。主要研究方向：森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估。E-mail: songqingfeng@caf.ac.cn

?通信作者簡介： 牛香(1982—)，女，博士，助理研究員。主要研究方向：森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。E-mail: niuxiang@caf.ac.cn

S718.56

A

1672-3007(2015)03-0111-06

項目名稱： 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“森林生態(tài)服務(wù)功能分布式定位觀測與模型模擬”(201204101)