仙居縣公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及價值評估

王堅婭，應(yīng)寶根，張 駿，伊力塔，袁位高，江 波，朱錦茹

（1. 浙江省仙居縣林業(yè)局，浙江 仙居 317300；2. 浙江省林業(yè)生態(tài)工程管理中心，浙江 杭州 310020；3. 浙江省林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310023；4. 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 310000）

浙江正處于經(jīng)濟社會高速發(fā)展時期。經(jīng)濟的快速發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的要求和壓力日趨明顯，森林生態(tài)建設(shè)在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用也顯得更為突出。浙江省委、省政府歷來對森林生態(tài)建設(shè)十分重視，充分認(rèn)識到森林生態(tài)系統(tǒng)的重要功能，著力加強全省林業(yè)及其基礎(chǔ)性工作的建設(shè)和管理，2004年完善了森林分類區(qū)劃，界定了生態(tài)公益林，建立了森林生態(tài)效益補償制度，政府每年投入 1.5億元資金對公益林進(jìn)行補償。大量資金投入后，公益林的建設(shè)成效受到政府與社會的極大關(guān)注[1]。

早期的森林生態(tài)效益計量都是定性化描述，從20世紀(jì)70年代起，各國學(xué)者如日本、美國、芬蘭和墨西哥等嘗試性地進(jìn)行了生態(tài)效益經(jīng)濟計量方法的研究和森林生態(tài)效益貨幣值的測算[2～4]，就生態(tài)效益計量方法而言，由于森林生態(tài)效益的多樣性、各國國情和計量目的的不同，以及人們對這一領(lǐng)域研究程度的限制，目前國內(nèi)外對森林生態(tài)效益及林業(yè)生態(tài)工程生態(tài)效益的計量和評價尚處于起步階段[5]，許多計量方法處于理論探索階段，沒有形成定論。全國森林生態(tài)系統(tǒng)從北到南遼寧省、青海省、甘肅省、陜西省、安徽省、江西省、廣東省、沈陽市、北京市、廬山、西藏林芝、廣東江門、武陵源自然保護(hù)區(qū)、江西大崗山和武夷山自然保護(hù)區(qū)等利用抽樣和典型調(diào)查資料結(jié)合影子工程法、市場價值法、生產(chǎn)成本法和遙感等各種方法估算了各區(qū)域的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[6～21]。浙江省從2000年開始在23個試點縣設(shè)置了228個固定標(biāo)準(zhǔn)地，開展生長量調(diào)查、土壤調(diào)查和生物量調(diào)查。在開化、常山、龍游、桐廬、寧海、三門、海鹽等縣設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)徑流場39個，小集水區(qū)8個，小氣象站6個，積累了一定的資料[1]。仙居縣是浙江省首批公益林建設(shè)示范縣。2008年浙江省林業(yè)廳將仙居縣列為全省公益林縣級監(jiān)測體系建設(shè)試點縣，旨在通過仙居試點的實踐和研究，建成一套標(biāo)準(zhǔn)化的公益林縣級生態(tài)監(jiān)測與評價技術(shù)體系，為下一步積極穩(wěn)妥地推進(jìn)全省公益林縣級監(jiān)測體系建設(shè)提供成熟的技術(shù)支撐。

1 研究地區(qū)

仙居縣（120° 17′ 16″ ～ 120° 55′ 51″ E，28° 28′ 14″ ～ 28° 59′ 48″ N）地處浙江省東南沿海山區(qū)，位于浙江第三大水系——椒江水系的源頭，全縣土地總面積2000.30 km2，林業(yè)用地面積15.67萬hm2，森林覆蓋率達(dá)77.2%。由于歷史原因，境內(nèi)大部分地區(qū)原生植被已經(jīng)反復(fù)利用和改造，代之以次生植被為主。境內(nèi)植被分為暖性針葉林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、針闊混交林、竹林和山地灌草叢7個類型。

2004年仙居縣被界定為省級以上重點公益林4.87萬hm2，占全縣土地面積的24.33%，占全縣林業(yè)用地面積的31.06%，其中闊葉林面積2.2620萬hm2，占總面積的46.48%；松林面積1.2087萬hm2，占總面積的24.83%；針闊混交林（簡稱混交林）面積1.0301萬hm2，占總面積的21.17%；杉木林面積0.3177萬hm2，占總面積的6.53%；毛竹林面積0.0262萬hm2，占總面積的0.54%；灌木林面積0.0210萬hm2，占總面積的0.43%；雜竹林面積0.0026萬hm2，占總面積的0.02%。

2 研究方法

2.1 生態(tài)效益評估模型

生態(tài)效益估算主要參考國家林業(yè)局 2008年發(fā)布的國家林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標(biāo)體系[3222]（參考文獻(xiàn)按引用先后重新排序）：森林涵養(yǎng)水源效益、森林保育土壤效益、森林固碳釋氧效益、森林積累營養(yǎng)物質(zhì)效益、森林凈化大氣環(huán)境效益、森林防護(hù)效益、生物多樣性保護(hù)效益、森林游憩效益，結(jié)合浙江省和仙居縣的實際情況有所調(diào)整[3323]。

2.1.1 涵養(yǎng)水源 常以林地、無林地的蓄水能力差異評價森林生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)蓄水功能，森林凈化水的量也以調(diào)蓄水量來衡量。

式中，W為林地調(diào)蓄水量（m3/a），A為森林區(qū)域面積（hm2），Hs為土壤非毛管孔隙度（%），Ds為土層厚度（m），Vw為無林地的土壤非毛管蓄水量（m3/a），Wl為林地枯落物蓄水量（m3/a）。

研究中將森林水源涵養(yǎng)的效益分為森林調(diào)水效益及森林改良水質(zhì)的效益。采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》規(guī)定的影子工程法對森林涵養(yǎng)水源子效益的意義進(jìn)行了界定[3222]，對單位效益的價值進(jìn)行了貨幣化。

森林水源涵養(yǎng)效益：

式中，V1為森林涵養(yǎng)水源的價值（元），W為森林調(diào)節(jié)水量（m3），P1為森林調(diào)水效益影子價格（6.11元/m3），P2為森林凈水效益影子價格（2.09元/m3）。

2.1.2 保育土壤 森林保育土壤功能可分為森林固土和保肥2個功能。

森林的固土能力以特定面積的森林固土量來表示。森林固土量通過該面積森林減少同等面積的無林地土壤侵蝕的量來衡量，計算公式為：

式中，d為森林固土量（t/a），Sw為無林地土壤侵蝕模數(shù)（t·hm－2·a－1），S為林地土壤侵蝕模數(shù)。

森林固土保肥和改良土壤的效益可從森林固土效益、森林保肥效益和森林改良土壤的效益3個方面進(jìn)行評價。其計算公式：

式中，V2為森林保育土壤效益的價值量（元），K1為挖掘泥沙的費用（12.6元/m3），ρ為土壤容重（t/m3）；Ns、Ps、Ks分別為森林土壤中氮、磷、鉀含量（g/kg），M為森林土壤中有機質(zhì)含量（g/kg）；R1為磷酸二銨含氮量（g/kg），R2為磷酸二銨含磷量（g/kg），R3為氯化鉀含鉀量（g/kg）；C1為市場上磷酸二銨平均價格（2400元/t），C2為氯化鉀平均價格（2200元/t），C3為有機質(zhì)平均價格（320元/t）。

2.1.3 改良土壤 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，本研究僅選取凋落物的營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷、鉀）積累指標(biāo)來反映此項功能。

森林產(chǎn)生的凋落物在改善土壤理化性能以及提高土壤肥力等方面起著重要作用。然而枯落物改良土壤的機理復(fù)雜，因此多以林地年增加枯落物中養(yǎng)分的量來評價森林改良土壤的能力。

森林中每年大量的凋落物與土壤微生物、動物組成了分解、合成、再分解、再合成的土壤養(yǎng)分循環(huán)系統(tǒng)，使森林土壤具備了維持和增加肥力的自然源泉。目前，多以凋落物中氮、磷、鉀的含量值為依據(jù)評價改良土壤的價值，計算公式：

式中，V3為森林改良土壤的價值量（元），L為森林單位面積年凋落物量（t/hm2），Nl、Pl、Kl分別為森林凋落物中氮、磷、鉀含量（g/kg）。

2.1.4 固碳釋氧 生物量主要成分是纖維素和少量N、P、K、Fe、Ca等灰分元素。根據(jù)植物光合作用機理和植物代謝規(guī)律推算，生物量中若按含有1%的灰分元素計，則每制造1 t森林生物量，可釋放氧氣1.19 t，同化空氣中二氧化碳1.63 t，相當(dāng)于固碳0.44 t[7]。

公益林固定空氣中碳量：

式中，B為森林年凈生長生物量（t），SF為森林土壤年固碳量（t）。公益林釋放O2量：

森林固碳、釋氧價值核算，目前主要有3種方法：工業(yè)生產(chǎn)成本法、碳稅標(biāo)準(zhǔn)法、造林成本法。本研究采用《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》規(guī)定的工業(yè)生產(chǎn)成本法對公益林固碳、釋氧價值進(jìn)行核算[3222]：式中，V4為森林固碳釋氧的價值量（元），PC為人工固定C價格（瑞典碳稅率1200元/t）；PO為人工生產(chǎn)O2的價格（2007春季O2平均價格1000元/t）。

2.1.5 植物儲能 據(jù)中國煤碳網(wǎng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)地價格200元/t煤的發(fā)熱量為21000 MJ/kg。則森林植物儲能效益為：

式中V5為森林儲能價值量（元），Pb為生物量儲能價格系數(shù)0.009524（元/MJ），Q為森林植物每噸生物量含熱量（MJ）。

2.1.6 森林防護(hù) 本文認(rèn)為浙江省歷年的干旱洪災(zāi)損失是由森林過量采伐或林分質(zhì)量下降造成水庫庫容損失引起的，并依此評價浙江省森林減輕水旱災(zāi)價值。

每年旱洪災(zāi)損失為年直接經(jīng)濟損失與泥沙損失量的乘積除以江河湖庫引起的庫容損失與因林分質(zhì)量下降導(dǎo)致的泥沙流量之和得到。單位面積效能等于森林減輕水旱災(zāi)效益除以現(xiàn)有森林面積，其中減輕水旱災(zāi)價值由單位面積效能和森林面積兩者相乘得到。

2.1.7 森林旅游 本文在典型調(diào)查與專家評判研究的基礎(chǔ)上，采用旅行費用法[3323,24]對浙江省16個省級以上森林公園的旅游總收入及森林景觀狀況進(jìn)行了分析，研究浙江省公益林平均旅游價值，并據(jù)此對浙江省公益林旅游價值進(jìn)行貨幣化評價。其計算方法如下：

式中，V6為森林旅游價值（元），K2為單位面積森林的旅游價值（元/hm2）。

2.1.8 物種保育 通過調(diào)查得到喬木層種類、數(shù)量、胸徑，下木層和草本層的物種種類、數(shù)量、蓋度來計算其相對密度、相對胸高斷面積（相對蓋度）和相對頻度，從而計算得各物種的相對重要值。Shannon多樣性指數(shù)（H’）用于比較豐度（分布量）的方法。對于珍稀動植物的變化十分敏感。當(dāng)只有一個種類并取最大值和當(dāng)樣本絕對平均時H’是0。

森林對生物物種資源的保護(hù)價值采用以下公式計算：

式中，V7為森林物種保育價值（元），Ss為單位面積森林的保育價值（元·hm－2·a－1），共劃分為7級：當(dāng) H’≤1 時，Ss為 3000；當(dāng) 1≤H’＜ 2 時，Ss為 5000；當(dāng) 2≤H’＜3 時，Ss為 10000；當(dāng) 3≤H’ ＜ 4 時，Ss為 20000；當(dāng) 4≤H’ ＜ 5 時，Ss為 30000；當(dāng) 5≤H’ ＜ 6 時，Ss為 40000；當(dāng)H’≥6 時，Ss為 50000[7,3222]。

2.2 樣地設(shè)置

公益林小班監(jiān)測采用兩階抽樣法，以全部公益林的小班作為總抽樣樣本，按小班總抽樣數(shù)量的1% ～ 2%抽取監(jiān)測小班；因為小班面積大小不一，為了得到各項監(jiān)測指標(biāo)，在小班內(nèi)進(jìn)行再次抽樣，調(diào)查各項監(jiān)測指標(biāo)。

仙居縣各監(jiān)測小班分布如表1。

表1 仙居縣公益林123個監(jiān)測小班分布情況Table 1 Distribution of 123 monitored subcompartments in Xianju

監(jiān)測樣方按小班的上、中、下坡位隨機布設(shè)，樣方面積統(tǒng)一為20 m×20 m（水平方向20 m），胸徑達(dá)到5.0 cm的均應(yīng)編號。并沿各固定樣方的對角線（兩端與中間）設(shè) 3個2 m×2 m固定小樣方，用于林分下木、灌木、竹類和草本的資源調(diào)查。

2.3 數(shù)據(jù)來源

以依據(jù)最新發(fā)布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》建立的公益林生態(tài)效益縣級監(jiān)測體系獲得的調(diào)查資料為基礎(chǔ)，參考本研究組的其他相關(guān)研究資料[25～31]。

3 結(jié)果與分析

3.1 涵養(yǎng)水源

根據(jù)計算得2004－2008年仙居縣生態(tài)公益林調(diào)蓄水量2.75×108t，水源涵養(yǎng)效益累計22.51億元，占總效益的24.84%；其中調(diào)水效益16.78億元，凈化水質(zhì)效益5.74億元。

3.2 保育土壤

仙居縣生態(tài)公益林 2004－2008年共固定土壤 865.24×104t，減少流失和增加土壤養(yǎng)分純氮7979.44 t、純磷1886.94 t、純鉀178068.28 t、有機質(zhì)29482.59 t。森林植被固土保肥效益能力由高到低依次是：闊葉林 ＞ 松木林＞ 混交林 ＞ 杉木林 ＞ 竹林 ＞ 灌木林 ＞ 雜竹林（表 2）。2004－2008 年仙居縣生態(tài)公益林固土保肥效益累計9.95億元。

表2 仙居縣生態(tài)公益林不同林型2004－2008年的固土及保肥總量Table 2 Soil conservation of each ecological forest type in Xianju from 2004 to 2008

3.3 改良土壤

仙居縣生態(tài)公益林2004－2008年凋落物改良土壤養(yǎng)分純氮9677.42 t、純磷1371.45 t、純鉀3109.12 t（表3）；用人民幣衡量價值累計2.05億元。

表3 仙居縣生態(tài)公益林不同林型2004－2008年的改良土壤量Table 3 Soil improvement of each ecological forest type in Xianju from 2004 to 2008

3.4 固碳釋氧

仙居縣現(xiàn)有生態(tài)公益林 2004－2008年同化二氧化碳240.12×104t，釋放氧氣175.32×104t；凈增貯碳量為65.62×104t，其中植物貯碳65.49×104t。不同類型森林植被固碳釋氧能力不同，由高到低依次是：竹林（11.93 t·hm－2·a－1） ＞ 松木林（9.16t·hm－2·a－1）＞ 混交林（8.86t·hm－2·a－1）＞ 杉木林（8.16 t·hm－2·a－1）＞ 闊葉林（7.20 t·hm－2·a－1）＞ 雜竹林（6.51 t·hm－2·a－1）＞ 灌木林（3.16 t·hm－2·a－1），這主要取決于各自生產(chǎn)力的高低。

2004－2008仙居縣生態(tài)公益林發(fā)揮的生態(tài)效益折合人民幣累計25.40億元，占總效益的28.03%，其中固定碳價值7.87億元，釋放氧氣價值17.53億元。

3.5 植物儲能

生態(tài)公益林面積內(nèi)林地喬木層各器官平均熱值為19.04 ～ 20.29 MJ/kg，各林型喬木層平均熱值順序為硬闊（20.29 MJ/kg）＞ 馬尾松 ＞ 杉木 ＞ 毛竹 ＞ 軟闊（19.04 MJ/kg）。

2004－2008年仙居縣生態(tài)公益林中儲能量凈增280.66×108MJ，儲能效益累計2.67億元。

3.6 物種保育

2008年仙居縣生態(tài)公益林生物多樣性保護(hù)年總價值為3.25億元。闊葉林的物種保育價值占主體，近70%；其次是針闊混交林，占15.85%（表4）。2004－2008年仙居縣生態(tài)公益林生物多樣性保護(hù)總價值為16.25億元。

表4 仙居縣生態(tài)公益林不同林型的2008年生物多樣性指數(shù)和價值Table 4 Biodiversity indexes and value of each ecological forest type in Xianju in 2008

（單位面積是每公頃還是每畝？）

3.7 森林防護(hù)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在生態(tài)環(huán)境建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，尤其是森林的存在可有效降低臺風(fēng)風(fēng)速、調(diào)蓄洪水，從而降低臺風(fēng)和洪水的危害，仙居縣公益林2004－2008年防護(hù)效益累計3.17億元，占總效益的3.49%。

3.8 森林旅游

森林的旅游價值越來越受到政府和公眾的關(guān)注和認(rèn)可，優(yōu)良的森林環(huán)境是開展森林生態(tài)旅游的基礎(chǔ)所在，仙居縣公益林2004－2008年旅游效益累計8.64億元，占總效益的9.53%。

4 結(jié)論與討論

綜上所述，仙居縣生態(tài)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能顯著。2004－2008年涵養(yǎng)水源量2.75×108t，減少土壤流失865.24×104t，吸收CO2240.12×104t，釋放O2175.32×104t，凈增貯碳量為65.62×104t，儲能凈增280.66×108MJ。2004－2008年，仙居縣生態(tài)公益林共發(fā)揮生態(tài)效益價值90.64億元，其中涵養(yǎng)水源效益最大共22.51億元（24.84%），釋放O2效益共17.53億元（19.34%），生物多樣性保護(hù)價值共16.25億元（17.93%），固土保肥效益共9.95億元（10.98%），森林旅游效益共8.64億元（9.53%），固碳效益共7.87億元（8.69%），森林防護(hù)效益共3.17億元（3.49%），生物新增儲能價值共2.67億元（2.95%），改良土壤效益最小共2.05億元（2.26%），各項服務(wù)功能價值量排序為涵養(yǎng)水源 ＞ 釋氧 ＞ 生物多樣性保護(hù) ＞ 固土保肥 ＞ 森林旅游 ＞ 固碳＞ 森林防護(hù) ＞ 生物新增儲能 ＞ 改良土壤。

浙江省在全國生態(tài)區(qū)位的重要性和浙江經(jīng)濟發(fā)展對公益林建設(shè)的需求日益增加，使浙江省公益林建設(shè)步入了空前發(fā)展階段。通過本研究的長期監(jiān)測，更精確的掌握了以小班為單位的縣級生態(tài)公益林的森林資源和生態(tài)狀況，各縣生態(tài)公益林在涵養(yǎng)水源、固土保肥、改良土壤、固碳釋氧、儲能、減災(zāi)、森林旅游和生物多樣性等方面發(fā)揮了巨大的效益，也為進(jìn)一步計算和校正全省生態(tài)公益價值評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

由于時間、資金等各方面的原因，生態(tài)效益的監(jiān)測工作還是初步的，如凈化環(huán)境等功能尚需進(jìn)一步探討，本次核算并未涉及。另外，涉及的積累營養(yǎng)缺少林木其他器官的營養(yǎng)元素，僅估算了能改良土壤的凋落物層積累營養(yǎng)效益，灌木層和草本層生物多樣性，由于監(jiān)測、計量手段及其人為因素，無法精確計量和進(jìn)入市場交易。但這一數(shù)值依然清楚地說明了仙居縣森林生態(tài)系統(tǒng)在維系和促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)中的巨大作用。

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