湯琳娜，趙佳美，魯小珍

（1. 南京林業(yè)大學 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037； 2. 溫嶺市農(nóng)業(yè)林業(yè)局，浙江 溫嶺 317500）

隨著城市化的推進，許多基礎設施建設和林地生態(tài)保護之間出現(xiàn)了一系列復雜矛盾，2016年5月，國務院辦公廳發(fā)布《關于健全生態(tài)保護補償機制的意見》，提示我們需從生態(tài)補償角度對規(guī)劃做出新的調(diào)整[1]。賴敏等[2]從生態(tài)服務價值的角度提出了補償額度的系統(tǒng)計算。葉文虎、鄒振揚等[3-4]在植被還原原理基礎上提出了城市生態(tài)補償能力評估。金成波和闕占文[5-6]分別從政策及經(jīng)濟角度闡述了林業(yè)生態(tài)補償機制的必要性。以上研究表明，林地生態(tài)補償方面的研究將為未來規(guī)劃各階段調(diào)整提供有力科學依據(jù)，亦可作為現(xiàn)存方案經(jīng)濟性與合理性的評價標準，對森林資源的保護和改善具有十分重要的理論及實踐意義。

研究地溫嶺市境內(nèi)地形多樣，林地類型豐富，補償種類較為全面。全市一些生態(tài)問題較為典型突出，其中包含了機動車尾氣、工業(yè)廢氣及溫室氣體帶來的環(huán)境污染，林地生態(tài)功能發(fā)揮不顯著，林地生產(chǎn)力不高等[7]。因而，溫嶺市林地的生態(tài)補償評價結(jié)果及建議將對其他地區(qū)同類研究具有一定借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

溫嶺市位于浙江省東南沿海，全市陸域面積 926 km2，海域面積 1 079 km2。121°9′50″～121°44′0″ E，28°12′45″～ 28°32′2″ N。境內(nèi)地勢西高東低，自西向東逐漸傾斜，西部和西南部多為低山丘陵，間有小塊河谷平原，屬北雁蕩山余脈，海拔最高733.9 m，北部、中部和東南為平原，局部有丘陵山區(qū)，東南和西南部三面臨海。溫嶺屬中亞熱帶季風氣候，海洋性氣候影響明顯。全市年平均氣溫17.8℃，全年4—6月和7—9月為兩個明顯的雨期，降雨量的分布特點與地形結(jié)構相吻合，西北部大于東南部，山區(qū)大于平原。溫嶺市地處沿海，臺風災害較多，集中于5—10月，8月居多。溫嶺市林地面積33 412 hm2，全市森林覆蓋率達30.79%，其中平原林木覆蓋率為19%。按地類分：有林地28 404 hm2，占林地面積的85.01%；疏林地196 hm2，占0.59%；灌木林地1 134 hm2，占3.39%；未成林造林地1 822 hm2，占5.45%；苗圃地30 hm2，占0.09%；無立木林地1 475 hm2，占4.42%；宜林地351 hm2，占1.05%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

林地生態(tài)補償能力的評價需依賴多方面基礎數(shù)據(jù)，結(jié)合溫嶺市實際情況，研究數(shù)據(jù)來源包括以下幾方面：（1）應用RS和GIS技術對2014年溫嶺市工程數(shù)據(jù)遙感影像進行用地信息的提?。▓D1），得出溫嶺市5個街道11個鎮(zhèn)行政區(qū)域面積及建設用地面積；（2）根據(jù)《溫嶺市森林資源規(guī)劃設計調(diào)查成果報告（2009）》，《溫嶺市現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2015－2020）》，整理出溫嶺市各鎮(zhèn)林地地類面積。由于苗圃地、無立木林地、宜林地的生態(tài)補償功能薄弱，故在下文中不計入補償面積中。為使評價結(jié)果更貼近實際情況，將草地面積也算入補償范圍內(nèi)（表1）；（3）溫嶺市農(nóng)業(yè)林業(yè)局、溫嶺市環(huán)保局2105年全市降塵，CO2，SO2生產(chǎn)及排放量統(tǒng)計結(jié)果；（4）2010－2016年《溫嶺年鑒》。

圖1 溫嶺市土地利用情況遙感影像圖Figure 1 Remote sensing image of land use in Wenling

表1 溫嶺市各鎮(zhèn)相關用地情況Table 1 Land uses in different towns of Wenling

1.3 研究方法

采用葉文虎等[3]的“綠當量”模型作為生態(tài)補償能力評價的基礎，結(jié)合林地主要生態(tài)功能（包括維持碳氧平衡、吸收 SO2、滯塵減噪等）及市內(nèi)典型生態(tài)問題如大氣污染、熱島效應、工業(yè)廢氣等現(xiàn)狀，將降塵、吸收CO2及SO2作為主要補償目的，計算溫嶺市5個街道11個鎮(zhèn)內(nèi)有林地、疏林地、灌木林地、未成林林地及草地的綜合生態(tài)補償能力。

1.3.1 “綠當量”模型與二維綠量

1.3.1.1 “綠當量”模型 針對同一補償目的，不同類型的林地所需面積不一樣；而同種林地類型，對于不同的補償目的，所需面積也不一樣。在制定宏觀規(guī)劃及發(fā)展策略時，不可能從每種林地類型著手，因而需要借助綠當量的概念，將草地的補償能力定義為基本單位，根據(jù)其他類型林地與草地的補償能力之比便可得到有林地、疏林地、灌木林地、未成林林地的相應綠當量，從而進行評估與規(guī)劃[8]。

綜合綠當量的數(shù)學形式可表示為：

式中，GC為綜合綠當量，GLi為L種綠地i種生態(tài)補償目的；為L種綠地在完成j種生態(tài)補償目的時受完成其它生態(tài)補償目的干擾的系數(shù)，在0～1之間，可由實驗獲得；L為綠地類型，L= 1，2，3，……，M；i，j為生態(tài)補償目的，i，j=1，2，……，N[3,9]。

1.3.1.2 二維綠量模型 為客觀評價林地面積對補償效率的影響，引入二維綠量的概念[8,10]。根據(jù)研究范圍各類林地對污染物的綜合補償能力，結(jié)合專家意見，可得出各類型林地與草地面積的二維轉(zhuǎn)換系數(shù)（表 1），依此可將溫嶺市有林地、未成林地、疏林地、灌木林地的覆蓋面積折算成草地面積。

1.3.2 降塵補償能力計算 根據(jù)《城市生態(tài)補償能力衡量和應用》中提出的模型，評價林地滯塵能力P滯塵的公式如下：

表2 各類綠地二維綠量轉(zhuǎn)換系數(shù)Table 2 Conversion coefficient of two dimensional green biomass of different green plots

式中，i為溫嶺市各鎮(zhèn)（街道）的林地類型總數(shù),根據(jù)上文取i=5；Aj為該鎮(zhèn)（街道）內(nèi)第j種林地類型的面積；Gj為第j種林地類型滯塵能力的綠當量（根據(jù)文獻實驗數(shù)據(jù)平均獲得）[3]。

1.3.3 CO2補償能力計算 在同化量法測定植物固碳釋氧能力的基礎上，根據(jù)溫嶺市實際情況，得出林地對CO2補償能力計算方式：

2.4.4 海馬、乳腺腫瘤及腎上腺病理檢測 行為學檢測結(jié)束后，將小鼠處死，剪開頭皮，露出頭骨，打開枕骨大孔，沿矢狀縫翹開顱骨，用鑷子輕輕將腦剝離出來即可。剪開小鼠腹部，用棉球推開胃腸和脾臟，找到雙腎，雙腎上方白色米粒大小顆粒即為腎上腺，用彎鑷夾起腎上腺周圍脂肪組織，隨之將腎上腺分離出即可。在腫瘤下方開一小口，將皮膚與腫瘤組織做鈍性分離后取下腫瘤組織，將黏連在腫瘤上的黏膜與肌肉清理干凈，用生理鹽水洗凈毛發(fā)與血液。

單位葉面積凈同化量公式：

式中，P為單位葉面積日同化量（mmol）；Pi為第一測點瞬時凈光合速率(μmol·m-2·s-1) ；Pi+1為下一測點凈光合速率(μmol·m-2·s-1)；ti為第一測點時間（h）；ti+1為下一測點時間（h）[11-12]。

林地對CO2補償量計算：

式中，Pi為i鎮(zhèn)（街道）對CO2的年補償量（t）；Pj為j類林地的日均單位葉面積同化量（可由地方數(shù)據(jù)及實驗獲得）；LAIj為j類林地的葉面積指數(shù)；Sij為第i鎮(zhèn)（街道）內(nèi)j類林地的面積（hm2）。以此可計算各鎮(zhèn)林地對CO2的年均補償率。

1.3.4 SO2補償能力計算 根據(jù)文獻資料可知平均干葉質(zhì)量為37 g·m-2；每克干葉SO2吸收能力：喬木8.5 mg，灌木4 mg，草地1 mg[4,13]。由此可得計算SO2補償率公式：

式中，Ei為i鎮(zhèn)（街道）對SO2的補償率；Sij為第i鎮(zhèn)（街道）內(nèi)j類林地的面積；LAIj為j類林地葉面積指數(shù)；Pj為j類林地吸收SO2能力（mg·g-1）；Qi為i鎮(zhèn)（街道）SO2年排放量（t）。

2 結(jié)果與分析

2.1 降塵補償評價

2.1.1 降塵補償結(jié)果 經(jīng)計算溫嶺市林地對降塵的補償能力為84.07 t·km-2·a-1，吸收能力理論上可達到該市全年排塵的1.21倍。由表3可看出林地降塵補償?shù)脑u價結(jié)果與地方統(tǒng)計的各鎮(zhèn)全年總體滯塵率及二維綠量占比并非完全正相關，且理論值高于實際總體滯塵率，因此需考慮其他影響因素。

表3 綠地降塵補償結(jié)果與總體滯塵及二維綠量關系Table 3 Relationship between dust fall compensation and two dimensional green biomass

2.1.2 林地結(jié)構對滯塵能力的影響 重點考慮有林地、灌木林地與草地的滯塵能力（疏林地、未成林地等滯塵能力弱且面積可忽略不計），將各鎮(zhèn) 3類林地面積在總林地面積中占比與總體滯塵率數(shù)據(jù)（表4）在加權修正后進行擬合（圖2），可以看出二維綠量相當時對滯塵率的影響草地＞灌木林地＞有林地。

表4 三類綠地在總綠地面積中占比Table 4 Percentage of green plots in the total one

2.1.3 其他因素對林地滯塵的影響 溫嶺各鎮(zhèn)立地條件復雜多樣，除綠地類型外，各鎮(zhèn)工業(yè)所占比重也是影響補償效率的原因，尤其是后者中的污染企業(yè)是需要持續(xù)關注的源頭問題。大溪鎮(zhèn)和城東街道二維綠量占比與林地結(jié)構都相近，但由于大溪鎮(zhèn)工業(yè)污染較多因而實際滯塵率較低。此外，石塘、松門等沿海地區(qū)易受臺風災害影響，因而8月的降塵量會高于其他鎮(zhèn)，期間二次揚塵帶來的影響更大，同時惡劣的天氣也會影響林地補償功能的發(fā)揮。

圖2 溫嶺市不同類型綠地與實際滯塵率的相關關系Figure 2 Correlation between different green types and dust fall rate

2.2 對CO2補償評價

溫嶺市林地可補償該市每年排放CO2的20.02%，各鎮(zhèn)之間補償結(jié)果差異較大。將計算結(jié)果與相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行對比，進一步分析各要素對綠地補償CO2效率的影響（表5）。

表5 綠地CO2補償結(jié)果與其他要素的關系Table 5 Relationship between CO2 compensation rate of green plots and other factors

表5顯示，溫嶺市林地對CO2的補償率基本隨著二維綠量增多而變高，但城北、大溪、松門、石塘因當?shù)毓I(yè)污染情況相對嚴重，雖然綠量占比并不低，但補償結(jié)果卻不可觀?？梢姼鞯貐^(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構的不同是造成補償結(jié)果差異的重要原因。

從社會因素來看，城區(qū)的補償率明顯小于溫嶠、城南、塢根以山林地為主的地區(qū)。然而，數(shù)據(jù)表明單純的人口數(shù)量增加對補償結(jié)果的影響并不明顯，但隨著建設用地的同時增加，就會降低林地對CO2的補償率。另外，城東街道作為城區(qū)，在其他條件相似的情況下，其綠量雖高于石橋頭鎮(zhèn)，但補償率僅為后者的43%。故而表明社會經(jīng)濟活動帶來的總體影響遠大于單純?nèi)丝诩傲值孛娣e帶來的影響。

2.3 對SO2補償能力評價

計算得出溫嶺市林地可補償全市年 SO2排放量的22.8%，工業(yè)污染嚴重的地區(qū)補償結(jié)果普遍更低。根據(jù)各鎮(zhèn)SO2補償現(xiàn)狀，以國家二級SO2濃度排放標準為補償目標，可計算溫嶺市各鎮(zhèn)所需生態(tài)補償量，并將其換算成各類林地補償方案的計算公式如下[3]：

其中：GPij為第i鎮(zhèn)（街道）補償SO2污染需要j類型林地的生態(tài)補償量（hm2），著重擬出有林地、灌木林地、草地3種補償方案；ΔBi為各鎮(zhèn)（街道）SO2濃度的超標值（mg·m-3·d-1）；Si為i鎮(zhèn)（街道）面積（km2）；H為植物所能補償SO2的有效高度，此處取H=10 m；Gj為j種綠地類型的綠當量（hm2·t-1·a-1）。

由表6可看出（新河鎮(zhèn)、城南鎮(zhèn)、塢根鎮(zhèn)SO2濃度已達標，故不列入表內(nèi)），溫嶺市大部分地區(qū)理論上都需進行林地生態(tài)補償，但各地區(qū)可根據(jù)實際用地現(xiàn)狀及立地條件，選擇二維綠量的擴建或是改善原有林地空間結(jié)構，在面積不變的情況下提高其補償效率。而一些超標嚴重的地區(qū)如松門鎮(zhèn)、石塘鎮(zhèn)、濱海鎮(zhèn)等，則不能完全依賴生態(tài)補償措施，應從源頭出發(fā)，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，改變當?shù)啬茉唇Y(jié)構。

表6 溫嶺市各鎮(zhèn)（街道）SO2補償結(jié)果及林地建設方案Table 6 SO2 compensation rate and construction plan in Wenling

3 結(jié)論

（1）溫嶺全市林地對降塵的補償能力為84.07 t·km-2·a-1，理論上吸收能力可達該市全年排塵的1.21倍。林地降塵計算理論值高于各鎮(zhèn)實際全年滯塵率，且與各鎮(zhèn)二維綠量占比并非完全正相關。通過數(shù)據(jù)擬合分析出二維綠量相當時對滯塵率的影響排序為草地＞灌木林地＞有林地。此外，地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構、地理位置、氣候條件也是影響林地降塵補償結(jié)果的因素。

（2）溫嶺全市林地可補償每年排放CO2的20.02%，各鎮(zhèn)之間補償結(jié)果差異較大。林地對CO2的補償率與二維綠量占比基本呈正相關，但受地區(qū)工業(yè)污染影響較大。從社會因素來看，城區(qū)CO2補償率明顯小于山林地區(qū)。因此社會經(jīng)濟活動帶來的總體影響遠大于單純?nèi)丝诩傲值孛娣e帶來的影響。

（3）溫嶺市林地可補償全市年SO2排放量的22.8%，工業(yè)污染嚴重的地區(qū)補償結(jié)果普遍更低。大部分地區(qū)理論上都需進行林地生態(tài)補償，而一些超標嚴重的地區(qū)則不能完全依賴生態(tài)補償措施，還應從源頭出發(fā)，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，改變當?shù)啬茉唇Y(jié)構。

綜上所述，林地對降塵，CO2，SO2的補償結(jié)果均受各類林地絕對面積的影響。但溫嶺市作為浙東沿海多地形地區(qū)的典型代表，各鎮(zhèn)地形差異、地理位置、社會經(jīng)濟變化復雜導致了補償結(jié)果間的差異，因而需對評價結(jié)果的影響因素及如何提高不同區(qū)域林地補償效率作進一步探討。

4 討論與建議

4.1 降塵補償結(jié)果討論

4.1.1 影響因素探討 林地降塵機理主要分為物理和化學兩個方面，物理降塵主要通過林地復雜的冠層結(jié)構來改變含塵氣流的速度及方向，從而加快顆粒物的沉降，受二次揚塵影響大[14-16]；而化學降塵則是通過植物吸收有機物質(zhì)和分解顆粒物，受溫度、濕度、地形、已有滯塵量等因素影響[17-18]。因此在面積相當?shù)那疤嵯拢Y(jié)構的不同以及各鎮(zhèn)復雜的地理條件均會影響林地滯塵能力。

研究表明，復層結(jié)構的林地滯塵能力要遠遠大于單一結(jié)構的林地[14,19-21]，而草地、灌木對實際補償率影響更大是因為地被植物及地表枯枝落葉等低矮林層結(jié)構能有效減少二次揚塵的發(fā)生[22-25]。因而，調(diào)整林地的結(jié)構、使之具備更豐富的豎向結(jié)構，比增加林地面積的補償方式更為經(jīng)濟有效[26]。但需注意的是，當森林郁閉度超過一定閾值后，氣流難以擴散，林內(nèi)顆粒物濃度急劇增高會導致森林滯塵能力的降低甚至出現(xiàn)負效應[20,27-28]，這也是有些山地地區(qū)林地資源豐富、評價結(jié)果較高，但實際降塵控制率不高的原因。

各類環(huán)境因素對林地降塵補償能力的影響多體現(xiàn)為動態(tài)的變化關系，如季節(jié)對落葉樹的補償能力影響[26,29]。此外還涉及到各鎮(zhèn)自然條件、植被資源、社會經(jīng)濟、功能定位等多方面差異帶來的綜合效應。但無論如何，工業(yè)及交通污染始終是造成補償結(jié)果降低的重要原因。

4.1.2 優(yōu)化建議 林地降塵補償?shù)膬?yōu)化可以分為“匯”與“源”兩個方面，前者側(cè)重改進現(xiàn)狀，提高補償效率；后者則從源頭出發(fā)，減少需補償?shù)奈廴緮?shù)量。因而，一方面需要整體控制林地的配置結(jié)構與郁閉程度，對林地進行合理疏伐[26]。另一方面要考慮沿海防護林的營造和修復，因林帶可以有效改變氣流結(jié)構，成為抵御降塵污染的第一道防線[30-31]。而溫嶺現(xiàn)有沿海防護林林帶規(guī)模偏小，質(zhì)量參差不齊，局部存在斷帶、缺口，這是導致沿海地區(qū)補償率偏低的一個重要原因。

4.2 CO2補償結(jié)果討論

4.2.1 影響因素探討 從排放來源看，工業(yè)所占比重最大。馬巾英等在對廈門市碳氧平衡評價中發(fā)現(xiàn)工業(yè)排碳量已超過全年排碳總量的80%[32]；楊士弘在對廣州市樹木吸收CO2能力的研究中發(fā)現(xiàn)平衡燃煤燃油所需綠化量是現(xiàn)有綠地面積的17倍[33]。因而僅靠綠量的增加不可能實現(xiàn)良好的補償效果，地方工業(yè)排放的源頭控制對林地CO2補償?shù)脑u價結(jié)果有著關鍵的影響。而從區(qū)域功能劃分出發(fā)，城區(qū)是CO2排放的主要來源[34]。但各類研究結(jié)果表明僅僅是人口增長帶來的驅(qū)動力并不明顯，廈門市評價結(jié)果中人口呼吸的排碳耗氧占比不足 0.01%[32]，城市化進程的綜合水平才是CO2排放的核心驅(qū)動力[34-35]。一般而言，發(fā)達地區(qū)隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構的成熟化，城市人均CO2排放量會小于農(nóng)村，目前長三角地區(qū)總體情況已經(jīng)滿足[34-36]，但就溫嶺市評價結(jié)果可見，除去一些工業(yè)污染嚴重的鎮(zhèn)，城市的整體補償結(jié)果還是低于農(nóng)村，一方面因為城市用地緊張，二維綠量占比不如山區(qū)；另一方面則表明了溫嶺城市發(fā)育程度仍不高，比如在主城區(qū)太平街道中還鑲嵌著工業(yè)區(qū)，城區(qū)中秸稈燃燒也不罕見，這些因素都會從源頭影響林地的補償效率。

從林地本身補償能力出發(fā)，一方面受到群落針闊比的影響，李曉曼等在廣州森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力研究中得出，闊葉樹對CO2的補償可達總凈固定CO2量的56.3%，馬尾松林占8.8%[37]。而溫嶺山地植被中松類在喬木中占絕對優(yōu)勢，因而會影響到評價結(jié)果。另一方面，選擇優(yōu)良的地方樹種會大幅提高林地對CO2的補償效率[33,37]。此外，林地補償功能的發(fā)揮還會受到突發(fā)性干擾因素的影響，包括采伐、圍墾等人為因素及火燒、臺風等自然因素，對于這些因素的影響結(jié)果目前學界研究結(jié)果并不統(tǒng)一，但干擾等級和時長的不同一定會帶來影響程度的改變[38]。

4.2.2 優(yōu)化建議 可將城區(qū)作為重點改造對象，針對老城區(qū)人口密集、拆遷困難的現(xiàn)狀，完善群落配置，利用地方樹種增加速生大樹冠闊葉喬木的數(shù)量，提高單位面積補償能力[39-40]。完善農(nóng)村農(nóng)田防護林網(wǎng)結(jié)構，在 CO2補償同時還能通過固碳、調(diào)節(jié)水分等作用控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的其他溫室氣體排放[30,41]。山地則應推進闊葉化改造，提升林分質(zhì)量，控制森林火災。同時利用人為的有效干擾[42]，縮短演替周期改善松林生態(tài)補償功能。

4.3 SO2補償結(jié)果討論

4.3.1 影響因素探討 大氣中的SO2排放主要來自工業(yè)污染，其次為交通尾氣、城市建設[43]，而林地吸收SO2需要一個過程，離排放源近的林地會首先發(fā)生作用，SO2在散播過程中仍會繼續(xù)造成污染。然而林地現(xiàn)有含 S量會影響其補償能力，袁正科等在探討湖南森林生態(tài)系統(tǒng)凈化SO2能力時發(fā)現(xiàn)污染區(qū)的平均樹木葉片含S量為非污染區(qū)的6倍左右[44]，這會導致排放的SO2不能在第一時間被很好的吸收，從而造成二次污染。以濱海鎮(zhèn)為例，該地區(qū)本身環(huán)境良好，但因該地區(qū)以大片的農(nóng)田為主，二維綠量很低，因而補償效果差。

影響林地補償SO2的還有各類環(huán)境因素，其中以風速和光照影響最大。前者主要決定了SO2的擴散程度，而后者影響光合作用的強度，決定了植物對SO2的需求量[43-44]。

4.3.2 優(yōu)化建議 根據(jù)SO2的補償特點，應增強從工業(yè)區(qū)到山林地凈化系統(tǒng)的連續(xù)性，利用林帶、林網(wǎng)對氣流的控制作用減小污染源的擴散，將其合理導向林地分布多、吸收能力強的山地。山林地區(qū)一方面可以增加林下灌木、草地面積，另一方面要利用林窗控制光照、降雨等影響。此外可利用四旁林優(yōu)秀的補償能力，在城區(qū)及農(nóng)村優(yōu)先選擇補償方案中的有林地、灌木林地，多采用樟Cinnamomum camphora等強力樹種[43-45]，以提高補償效率來解決用地緊張的矛盾。

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