孫美歐，孫　虎

(1.黑龍江省帶嶺林業(yè)科學研究所，黑龍江 伊春 153106；2.東北林業(yè)大學 涼水自然保護區(qū)，黑龍江 伊春 153106)

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涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能評估

孫美歐1，孫虎2*

(1.黑龍江省帶嶺林業(yè)科學研究所，黑龍江 伊春 153106；2.東北林業(yè)大學 涼水自然保護區(qū)，黑龍江 伊春 153106)

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為人類提供賴以生存和發(fā)展的自然生態(tài)環(huán)境條件，因此準確估計其價值對森林可持續(xù)發(fā)展意義重大。本文按照國家林業(yè)行業(yè)標準《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T 1721-2008)的規(guī)定，對涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能分7個方面、13個指標進行了評估。結(jié)果表明：涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能總價值為53 711.17萬元/a，單位面積森林可提供生態(tài)服務(wù)功能價值為8.48萬元/(hm2·a)，保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能潛力較大；按各項生態(tài)服務(wù)功能價值大小排序為：生物多樣性保護(15 495.90萬元/a)>保育土壤(15 375.88萬元/a)>固碳釋氧(10 140.16萬元/a)>涵養(yǎng)水源(10 061.41萬元/a)>凈化大氣環(huán)境(2 417.00萬元/a)>積累營養(yǎng)物質(zhì)(205.52萬元/a)>森林游憩(15.30萬元/a)。

涼水自然保護區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能；價值評估

0　引　言

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在全球氣候變化和物質(zhì)交換、能量循環(huán)中扮演著重要角色。長期以來，森林的作用僅僅被局限于提供木材，而森林其他方面的功能并沒有得到合理的開發(fā)和利用。近30年來，隨著生態(tài)環(huán)境日益惡化，森林的生態(tài)服務(wù)功能越來越受到人們的重視[1-2]。國外在上世紀五十年代左右就開始了森林生態(tài)服務(wù)功能的研究，最初的研究主要是為了估算森林的直接經(jīng)濟價值和森林可提供的旅游價值[3]。隨著研究理論的不斷創(chuàng)新，相繼出現(xiàn)了諸多基于經(jīng)濟學理論的評估方法和基于生態(tài)學理論的過程模型，各國學者在不同尺度上對森林生態(tài)服務(wù)功能進行了評估[4]。國內(nèi)對森林生態(tài)服務(wù)功能的研究最早始于上世紀八十年代，諸多學者借鑒國外研究方法對國內(nèi)不同尺度森林生態(tài)服務(wù)功能進行了評估，取得了豐碩的成果，但是由于研究方法多樣，評估體系較多，不同研究結(jié)果往往不能相互統(tǒng)一和相互比較。直至2008年，該行業(yè)標準的頒布促使我國森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能評估工作取得了較大進展，近十年來，諸多學者開展了大量工作。在國家尺度上，張永利等[5]利用中國森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)(CFERN)長期積累的數(shù)據(jù)對中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行了研究；在省市級尺度，諸多學者對云南省[6]、湖南省[7]、遼寧省[8]、吉林省[9]、小興安嶺林區(qū)[10]、內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)[11]、北京山地森林[12]生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進行了評估；在自然保護區(qū)尺度，浙江省廟塢山國家級自然保護區(qū)[13]、甘肅祁連山國家級自然保護區(qū)[14]和黑龍江豐林國家級自然保護區(qū)[15]都進行了森林生態(tài)服務(wù)功能評估工作。

黑龍江涼水國家級自然保護區(qū)主要保護對象是以紅松為主的闊葉紅松林及其森林生態(tài)系統(tǒng)，區(qū)內(nèi)自然資源豐富，保存有最為典型和完整的原始闊葉紅松林，是中國和亞洲東部具有代表性的溫帶原始紅松針闊葉混交林區(qū)[16]。經(jīng)過早期森林采伐利用后更新造林和森林火災(zāi)后火燒跡地天然更新，涼水保護區(qū)形成了以原始紅松林為主，天然次生林和人工紅松、人工落葉松和人工云杉等人工林共存的森林資源現(xiàn)狀，是研究東北地區(qū)小興安嶺森林生態(tài)演替過程的重要本底資料。對涼水保護區(qū)生態(tài)服務(wù)功能進行評價將會對進一步做好保護區(qū)森林資源管護工作提供依據(jù)，也將為保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供保障。

1　研究區(qū)域概況

黑龍江涼水國家級自然保護區(qū)位于小興安嶺東南部，行政區(qū)劃位于伊春市帶嶺區(qū)境內(nèi)，距離哈爾濱市320 km，地理坐標47°7′15″～47°14′38″N，128°48′8″～128°55′46″E，保護區(qū)總面積為6 394 hm2[17]。保護區(qū)境內(nèi)全為山地，坡度在10°～15°，屬于小興安嶺南坡達里帶嶺東坡，北高南低，海拔在280～707 m；保護區(qū)具有明顯的溫帶大陸性季風氣候特征，極端最低氣溫達-43.9℃，極端最高氣溫達38.7℃；本區(qū)域夏季高溫多雨，冬季嚴寒干燥，年均氣溫在-0.3℃左右；無霜期100～120 d，積雪期130～150 d；多年平均降水量676 mm，多集中在7月份；保護區(qū)地帶性植被屬長白植物區(qū)系小興安嶺亞區(qū)，地帶性土壤為暗棕壤，頂級森林生態(tài)系統(tǒng)類型為原始闊葉紅松林，主要喬木樹種和伴生樹種有紅松(Pinuskoraiensis)、紅皮云杉(Piceakoraiensis)、冷杉(Abiesnephrolepis)、興安落葉松(Larixgmelinii)、水曲柳(Fraxinusmandschurica)、黃菠蘿(Phellodendronamurense)、胡桃楸(Juglansmandshurica)、紫椴(Tiliaamurensis)和大青楊(Populusussuriensis)等20多種，還有五味子(Schisandrachinensis)、山葡萄(Vitisamurensis)和狗棗子獼猴桃(Actinidiakolomikta)等藤本植物。

2　研究方法與數(shù)據(jù)收集

本研究主要根據(jù)“標準”規(guī)定的評估指標和相關(guān)計算公式(其中森林涵養(yǎng)水源功能指標除外)，以2009年涼水自然保護區(qū)森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參考涼水自然保護區(qū)長期生態(tài)定位研究成果和相關(guān)數(shù)據(jù)資料，結(jié)合2014年和2015年野外實地調(diào)查，對7項主要森林生態(tài)服務(wù)功能的物質(zhì)量和價值量進行定量分析和價值評估。

2.1涵養(yǎng)水源

森林水源涵養(yǎng)功能可以劃分為兩方面指標進行評價，分別是調(diào)節(jié)水量價值和凈化水質(zhì)價值。參考王玉濤等[18]、劉林馨等[15]和汪永英等[19]的研究，本研究森林涵養(yǎng)水源價值按照以下公式(1)～(3)估算：

U調(diào)=C庫(Ci+Lh+Sc)。

(1)

Sc=AiNPC×St×104。

(2)

U水質(zhì)=K水(Ci+Lh+Sc)。

(3)

式中：U調(diào)為林分調(diào)節(jié)水量價值，U水質(zhì)為林分凈化水質(zhì)價值，元/a；K水為我國居民用水平均價格，元/t；C庫為水庫庫容造價，元/m3；Ci為林冠層總截留量，m3/a；Lh為凋落物層有效吸水量，m3/a；Sc為土壤層枯水期增加的總水量，m3/a；NPC為森林土壤非毛管孔隙度，%；St為土壤層厚度，m；Ai為各林分面積，hm2，下同[2，21]。

2.2保育土壤

森林保育土壤功能主要包括固土和保肥兩個功能，根據(jù)以下公式(4)～(5)進行估算其價值：

U固土=AiC土(X2-X1)/p。

(4)

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

(5)

式中：U固土是林分年固土價值，U肥是林分年保肥價值，元/a；C土是挖取和運輸單位體積土方所需費用，元/m3；X1，X2分別是林地和無林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；p是林地土壤容重，t/m3；N、P、K分別是林分土壤平均N、P、K鉀含量，%；M是林分土壤有機質(zhì)含量，%；C1是磷酸二銨化肥價格，C2是氯化鉀化肥價格，C3是有機質(zhì)價格，元/t；R1、R2和R3分別是磷酸二銨化肥含N量、磷酸二銨化肥含P量和氯化鉀化肥含K量，%[2，21]。

2.3固碳釋氧

固碳釋氧功能主要包括固定碳素和釋放氧氣兩個方面的價值，根據(jù)以下公式(6)～(7)進行估算：

U碳=AiC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)。

(6)

U氧=1.19AiC氧B年。

(7)

式中：U碳是林分年固碳價值，U氧是林分年釋氧價值，元/a；C碳是固碳價格，C氧是氧氣價格，元/a；R碳是CO2中碳含量(取27.27%)；B年是林分凈生產(chǎn)力，F(xiàn)土壤碳是單位面積林分土壤年固碳量，t/(hm2·a)[2，21]。

2.4積累營養(yǎng)物質(zhì)

營養(yǎng)物質(zhì)的積累功能主要通過以下公式(8)進行估算價值：

U營養(yǎng)=AiB年(N營養(yǎng)C1/R1+P營養(yǎng)C1/R2+K營養(yǎng)C2/R3)。

(8)

式中：U營養(yǎng)是林分年營養(yǎng)物質(zhì)積累價值，元/a；N營養(yǎng)、P營養(yǎng)和K營養(yǎng)分別指林木氮、磷和鉀含量，%[2，21]。

2.5凈化大氣環(huán)境

森林凈化大氣環(huán)境功能主要根據(jù)以下公式(9)～(15)估算其價值：

U負離子=5.256×1015×AiHK負離子(Q負離子-600)/L。

(9)

U二氧化硫=AiK二氧化硫Q二氧化硫。

(10)

U氟=AiK氟化物Q氟化物。

(11)

U氮氧化物=AiK氮氧化物Q氮氧化物。

(12)

U噪音=K噪音A噪音。

(13)

U滯塵=AiK滯塵Q滯塵。

(14)式中：U負離子是林分年提供負離子價值，U二氧化硫、U氟、U氮氧化物、U噪音和U滯塵分別是林分年吸收二氧化硫、氟、氮氧化物價值和林分年降低噪音、滯塵價值，元/a；H是林分高度，m；K負離子是負離子產(chǎn)生費用，元/個；Q負離子是林分負離子濃度，個/cm3；L是負離子壽命，min；K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物和K滯塵分別是二氧化硫、氟化物和氮氧化物污染治理費用、降塵清理費用，元/kg；A噪音是森林面積折合為隔音墻的公里數(shù)，km；Q二氧化硫、Q氟化物、Q氮氧化物和Q滯塵分別是單位面積林分吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物量和滯塵量，kg/(hm2·a)[2，21]。

2.6生物多樣性保護

本研究采用Shannon-Wiener指數(shù)計算物種保育價值[20]。具體計算公式為：

U生物=S生Ai。

(15)式中：U生物是林分物種保育價值，元/a；S生為單位面積森林年物種損失的機會成本，元/(hm2·a)。

本研究中Shannon-Wiener指數(shù)：原始林選取4≤指數(shù)<5，次生林選取2≤指數(shù)<3，人工林選取1≤指數(shù)<2，對應(yīng)的單位面積年物種損失的機會成本分別為30 000元，10 000元和5 000元[2]。

2.7森林游憩

森林游憩功能主要通過直接法評價其價值。本研究擬統(tǒng)計近3年涼水自然保護區(qū)旅游門票、接待住宿等收入的平均值，估算其森林游憩價值。

2.8數(shù)據(jù)來源

本研究森林資源數(shù)據(jù)以2009年涼水自然保護區(qū)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為主，根據(jù)分類保護的原則和保護區(qū)總體森林區(qū)劃方案，將保護區(qū)森林劃分為核心區(qū)、原始林實驗區(qū)、次生林實驗區(qū)和人工林實驗區(qū)，為了便于統(tǒng)計估算，本研究將核心區(qū)和原始林實驗區(qū)歸為原始林(4 795.3 hm2)，次生林實驗區(qū)歸為次生林(685.3 hm2)，人工林實驗區(qū)歸為人工林(849.4 hm2)。同時參考文獻[2]中的相關(guān)價格參數(shù)等公共數(shù)據(jù)，參考張永利等[5]《中國森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究》研究成果；參考近30年來諸多學者在涼水自然保護區(qū)長期定位觀測和科學研究的成果[16,22-25]，進行涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能評估。

3　結(jié)果與分析

3.1森林涵養(yǎng)水源價值

根據(jù)水量平衡法和替代工程法，按照公式(1)～(3)計算涼水保護區(qū)水源涵養(yǎng)物質(zhì)量和價值量。保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)年均能夠涵養(yǎng)水源1 226.89萬m3，單位面積森林涵養(yǎng)水源為1938.22 m3/(hm2·a)，調(diào)節(jié)水量總價值為7 497.19萬元/a，凈化水質(zhì)總價值為2 564.21萬元/a，涵養(yǎng)水源總價值為10 061.41萬元/a，單位面積森林涵養(yǎng)水源總價值為1.59萬元/(hm2·a)，見表1。

表1　涵養(yǎng)水源評估結(jié)果

3.2森林保育土壤價值

采用土壤侵蝕差異對比法，運用市場價值法和影子工程法，按照公式(4)～(5)對涼水保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤物質(zhì)量和價值量分為固土和保肥兩個方面進行評估。經(jīng)過計算，涼水保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)年固土量可達40.51萬m3，固土價值為797.58萬元/a；涼水保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)年固定氮、磷、鉀元素量分別為4 334.78、648.19、6 522.43 t，保肥總量為11 505.41 t，保肥總價值為14 578.30萬元/a。將固土價值和保肥價值相加即得到保護區(qū)森林保育土壤總價值，為15 375.88萬元/a，單位面積保育土壤價值為2.43萬元/(hm2·a)。

3.3森林固定碳素與釋放氧氣價值

根據(jù)光合作用化學平衡法，采用價格替代法，按照公式(6)～(7)計算得到?jīng)鏊Ｗo區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧物質(zhì)量及其價值。涼水保護區(qū)森林植被年固定碳素26 153.59 t，折合經(jīng)濟價值為3 138.43萬元/a；涼水保護區(qū)森林植被每年可釋放氧氣70 017.33 t，折合經(jīng)濟價值為7001.73萬元/a。因此涼水保護區(qū)森林固碳釋氧總價值為10 140.16萬元/a，單位面積固碳釋氧價值為1.60萬元/(hm2·a)，見表2。

表2　固碳釋氧評估結(jié)果

3.4森林積累營養(yǎng)物質(zhì)價值

根據(jù)林木生長-積累營養(yǎng)物質(zhì)法，按照公式(8)計算得到林木生長固定營養(yǎng)物質(zhì)量，再根據(jù)價值替代法計算價值量。涼水保護區(qū)森林年固定氮元素103.10 t，磷元素10.00 t，鉀元素29.06 t，總計142.16 t，折合為經(jīng)濟價值為205.52萬元/a，單位面積積累營養(yǎng)物質(zhì)價值為0.03萬元/(hm2·a)，見表3。

表3　積累營養(yǎng)物質(zhì)評估結(jié)果

3.5森林凈化大氣環(huán)境價值

按照面積-吸收能力法計算涼水保護區(qū)森林凈化大氣環(huán)境物質(zhì)量，采用替代工程法估算價值量，具體方法按照公式(9)～(14)。涼水保護區(qū)森林每年可生產(chǎn)2.00×1023個負氧離子，折合經(jīng)濟價值81.31萬元；每年可吸收二氧化硫962.98 t，折合經(jīng)濟價值115.56萬元；每年可吸收氟化物16.33 t，折合經(jīng)濟價值1.12萬元；每年可吸收氮氧化物37.98 t，折合經(jīng)濟價值2.39萬元；每年可消減粉塵137 107.81 t，折合經(jīng)濟價值2 056.62萬元；將保護區(qū)森林近似折合為4 km隔音墻，可近似得到降低噪音費用為160萬元。因此保護區(qū)森林凈化大氣環(huán)境價值為2 417.00萬元/a，單位面積積累營養(yǎng)物質(zhì)價值為0.38萬元/(hm2·a)。

3.6生物多樣性保護功能的價值

根據(jù)公式(15)，計算得到保護區(qū)森林保育物種的總價值為15 495.90萬元/a，換算為單位面積森林物種保育功能價值為2.45萬元/(hm2·a)。其中原始林、次生林和人工林分別為14 385.90 、685.30、424.70萬元/a 。

3.7森林游憩價值

涼水自然保護區(qū)以保護原始紅松林為宗旨，尤其是近幾年來實行了更加嚴苛的森林資源管護制度，只在每年的6月下旬到9月上旬適度開展森林生態(tài)旅游活動，旅游收入主要包括門票和接待住宿等費用。經(jīng)統(tǒng)計，2013年、2014年和2015年保護區(qū)森林旅游收入分別為16.50、14.20、15.30萬元/a，取其均值15.30萬元/a作為本研究涼水自然保護區(qū)森林游憩價值。

4　討論與結(jié)論

4.1討論

涼水保護區(qū)森林各部分功能大小排序為：生物多樣性保護>保育土壤>固碳釋氧>涵養(yǎng)水源>凈化大氣環(huán)境>積累營養(yǎng)物質(zhì)>森林游憩，其中生物多樣性保護和保育土壤價值總和占保護區(qū)生態(tài)服務(wù)功能總價值的57.5%，涵養(yǎng)水源和固碳釋氧價值所占比例分別都超過了18.5%，與劉林馨等[19]研究黑龍江豐林自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能得到的結(jié)果類似；涼水自然保護區(qū)凈化大氣環(huán)境功能價值所占比例不到總價值的5.0%，和修珍珍等[13]研究浙江廟塢山自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能得到的結(jié)果差別很大，這可能與不同森林類型植被的多樣性及環(huán)境氣候條件的差異有關(guān)系；由于涼水自然保護區(qū)實行嚴格的生態(tài)保護措施，森林可提供的游憩功能并沒有完全開發(fā)出來，因此本研究僅用近涼水自然保護區(qū)3年的門票和住宿收入估計森林游憩功能誤差較大，在今后的研究中應(yīng)該采取更合理的方法對其進行評估，如圖1所示。

圖1　涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價值Fig.1 The value of forest ecosystem services in Liangshui nature reserve

通過查閱已公開發(fā)表的文獻資料，作者對不同研究區(qū)域森林的生態(tài)服務(wù)功能進行了匯總，見表4。通過比較分析后發(fā)現(xiàn)，森林的生態(tài)服務(wù)功能與森林面積密切相關(guān)，因此增大森林面積是緩解生態(tài)環(huán)境惡化的有效手段之一。由于森林植被多樣性的差異和氣候環(huán)境的不同，單位面積森林生態(tài)服務(wù)功能價值差異較大，如浙江廟塢山自然保護區(qū)森林單位面積每年可提供的生態(tài)服務(wù)價值高達100.08萬元[13]，但是遼寧省單位面積的森林每年僅能提供的生態(tài)服務(wù)價值為4.79萬元[8]，二者相差約25倍，說明對不同地區(qū)、不同類型的森林進行生態(tài)服務(wù)功能評價是有必要的。

表4　不同區(qū)域森林生態(tài)服務(wù)功能價值比較

4.2結(jié)論

本研究按照“標準”的規(guī)定，同時參考已發(fā)表的研究成果，對涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能物質(zhì)量和價值量進行評估和分析。涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能總價值為53 711.17萬元/a，單位面積森林每年可提供的生態(tài)服務(wù)功能價值為8.48萬元/(hm2·a)；“標準”的頒布為準確評估森林生態(tài)服務(wù)功能提供了依據(jù)，使得對不同地區(qū)的森林生態(tài)服務(wù)功能價值進行比較成為了可能，也大力推進了森林資源的保護和利用工作[1]。但是研究森林的生態(tài)服務(wù)功能只是基礎(chǔ)工作，如何將其轉(zhuǎn)化為實際的經(jīng)濟價值，獲得相應(yīng)的貨幣化補貼還有待進一步研究。

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Assessment on Forest Ecosystem Services inLiangshui National Nature Reserve

Sun Meiou1，Sun Hu2*

(1.Dailing Forestry Science Research Institute，Yichun 153106，Heilongjiang Province；2.Liangshui National Nature Reserve，Northeast Forestry University，Yichun 153106，Heilongjiang Province)

The service functions of forest ecological system can provide necessary conditions for the surviving and development of human beings，thus it is of great significance to accurately estimate the value of forest ecosystem.According to the Standard of People’s Republic of China-Specifications for Assessment of Forest Ecosystem Services(LY/T 1721-2008)，the value of forest ecosystem services of Liangshui Nature Reserve was evaluated with 7 main functions and 13 indicators.The results showed that the total value of forest ecosystem services in Liangshui Nature Reserve was 53 711.17×104yuan RMB per year，the value of unit area was 8.48×104yuan RMB /(hm2·a)，and reserves potential of forest ecological service function was great；The value of different ecosystem services was as follows：biodiversity conservation>soil conservation>carbon fixation and oxygen release>water conservation>atmosphere environment purification>nutrient accumulation>forest recreation.

Liangshui National Nature Reserve；forest ecosystem；service function；value assessment

2016-02-26

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目資助(2572014BA07)；黑龍江省森林工業(yè)總局青年基金項目(sgzjQ2015003)

孫美歐，碩士，助理工程師。研究方向：森林經(jīng)營與林木育種。

孫虎，碩士，助理工程師。研究方向：森林經(jīng)理，林業(yè)碳匯。E-mail:Hu_S2012@163.com

孫美歐，孫虎.涼水自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能評估[J].森林工程，2016，32(5)：21-26.

S 718.5

A

1001-005X(2016)05-0021-06