中國平原林業工程的生態服務功能價值研究

李志沛，張宇清，朱清科，鄭 慧，馮靖宇，陳作州

（北京林業大學水土保持學院，水土保持與荒漠化防治教育部重點實驗室，北京 100083）

生態系統為人類提供了賴以生存和發展的多種產品以及維持人類生命的支持系統,生態系統服務功能是人類社會賴以生存和發展的基礎[1-6]。近年來，生態系統服務功能的研究已經取得了令人矚目的進展[7-19]。特別是森林作為陸地生態系統的主體，在全球生態系統中發揮舉足輕重的作用，其服務功能的價值評估是研究的一個熱點，但很少有人關注農田林網、農林間作、四旁植樹等平原林業的生態服務功能。

隨著全球環境意識、生態意識的增強，林業的社會地位大大提高。特別是在平原地區，林業不僅承擔著國土生態安全，還承擔著糧食安全，林產品供給等多重職能。平原林業是我國林業建設事業的一個重要組成部分。它在改善農業生態環境，調整農村經濟結構，保證農業穩產高產，增加森林資源和林副產品，促進農業全面發展，提高群眾生活水平方面有著重要的作用[20]。建國以來，我國政府一直十分重視平原區林業建設，經過50年以上的不斷完善，現已基本形成以農田防護林為主體，輔以農林（果）間作、成片造林，帶、網、片、點相結合多樹種、多林種、多層次、多模式和多功能的農林復合系統，不僅發揮林業本身的直接經濟效益，而且通過調節局地小氣候，為農業生產提供了重要生態保障[23]。本研究以平原林業為研究對象，探討其生態服務功能及其經濟價值，為森林生態系統服務功能價值研究提供了一些基礎理論的補充，同時也科學地評價平原林業建設所取得的成就，對平原地區經濟社會科學發展，具有十分重要的戰略指導意義。

1 研究區概況

我國平原地域遼闊，主要分布在東北、華北、長江中下游、珠江三角洲等地區，包括26個省（市、自治區），186個市，共958個平原縣、半平原縣和部分平原縣。研究區內耕地面積4 937.2萬hm2，總人口50 709萬人，全區林業總產值3 324.2億元，農民人均純收入3 687元。平原地區的水肥等自然條件相對較好，是全國重要的糧、棉、油生產基地，同時也是我國重要的木材生產基地。通過幾十年的努力，平原地區森林覆蓋率由1987年的7.3%提高到現在的15.7%[21]。特別是以林業重點工程為帶動，以農田防護林體系為主體，以村鎮綠化（含城鎮）為基礎，結合通道綠化、河流干渠綠化，使廣大平原地區造林面積迅速增加，造林質量明顯提高，生態環境明顯改善。

2 研究方法

2.1 數據來源

本研究數據主要來自《全國平原林業功效調查》項目，實際統計數據為全國26個省，177個市，868個縣；還有一些前人研究成果。同時，參考《全國平原綠化工程建設規劃》，將26個省（直轄市、自治區）分為六個大區，詳見表1。

表1 全國平原地區省（市、自治區）分區

2.2 我國平原林業工程的生態服務功能價值核算方法

近年來，國際上對生態系統服務功能的研究十分重視，生態學家、生態經濟學家及相關領域的科學家共同合作，從生態系統過程、生態服務功能及其生態經濟價值等多個方面開展綜合研究，不斷充實與豐富生態系統服務功能的內涵，探索其評價技術及生態經濟價值的評估方法。

2.2.1 評估指標選擇 在充分考慮平原林業生態系統背景特征的基礎上，通過認真分析國內外相關評估指標體系，采用頻度分析法結合專家咨詢法，篩選指標和構建適合的平原林業生態系統服務功能評價指標體系（見表2），主要從林產品、保育土壤、固碳制氧、凈化空氣、防風固沙、森林游憩6個方面9個指標對平原林業生態系統服務功能價值進行估算。由于生物多樣性等服務功能缺少相關數據，難以找到合適的評估方法及指標體系，在此暫不列入研究范圍。

表2 平原林業生態系統服務功能價值評估指標體系

2.2.2 提供林產品功能 林產品價值屬于直接價值，可采用市場價值法來評估其價值：

式中：E1——平原林業生產木材的價值（元）；Si——第i省份的林業用地面積（hm2）；Vi——第i省份單位面積木材蓄積量的年增長量（m3/a）；P——木材市場平均價格；f——出材率（取65%）。

2.2.3 保育土壤功能 平原區由于植被的存在，特別是林木，減少了地表土壤侵蝕及肥力損失。林木憑借龐大的樹冠、強壯且成網絡的根系，截留大氣降水，減少或免遭雨滴對土壤表層的直接沖擊，有效地固持土體，降低了地表徑流對土壤的沖蝕，使土壤流失量大大降低。

本研究先通過土壤侵蝕模型，分別估算研究區現實土壤侵蝕量和潛在土壤侵蝕量，從而得到土壤保持量；在參考《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190-2007）的基礎上，確定六個分區的現實土壤侵蝕模數和潛在土壤侵蝕模數，然后計算出平原林業工程覆蓋區的現實土壤侵蝕量、潛在侵蝕量、減少的土壤侵蝕量；再通過機會成本和替代工程法從減少養分流失（保護土壤肥力）、減輕泥沙淤積災害兩個方面來評價平原林業工程保育土壤的經濟價值。

式中：Ai——第i省份的土壤保持量[t/（hm2·a）]；Ap——潛在土壤侵蝕量[t/（hm2·a）]；Ar——現實土壤侵蝕量[t/（hm2·a）]。

（1）減少養分流失的價值：水土流失帶走了土壤中的養分，主要是N、P、K等。根據以下模型可計算保護土壤養分的價值量：

式中：E2——植被保持土壤養分價值量；Ai——第i省份的土壤保持物質量（t/a）；Cij——第i省份的土壤中N、P、K的含量；Pj——含N、P、K的標準化肥的市場價格；Bj——N、P、K在標準化肥中的含量。

地表層土壤中全N、P、K平均含量是0.046%、0.136%、2.238%。土壤侵蝕造成的N、P、K大量損失，其價值可通過增加使用化肥的費用來代替N、P、K損失的價值，即用替代市場法來計算減少養分流失的價值。根據市場調查，磷酸二銨和氯化鉀的市場價分別為2 200元/t和1 400元/t，其中，N、P、K在化肥中的含量分別為：28/132，31/132，39/75。

（2）森林減少泥沙淤積價值測算：

式中：E3——植被防止泥沙淤積價值量（元/年）；Ai——第i省份土壤保持物質量（t/a）；C——水庫工程費用（元/m3）；ρ——土壤容重（t/m3）。

根據資料，1 m3庫容需投入成本費5.714元，土壤容重ρ取1.3 t/m3。

2.2.4 固碳制氧功能 本研究應用基于蓄積量法、生物量法的生物清單法，來推算林木的生物量。然后用林木的平均碳密度與生物量相乘可以得到林木的碳儲量，再根據碳元素在二氧化碳分子質量中的比例，就可以得到林木二氧化碳固定量。但需要說明的是本文中碳儲量僅指林木的活生物量，并未包括枯死木、下木層、草本層、枯枝落葉層以及森林土壤層等的碳庫。計算公式如下：

式中：C是林木固定CO2量；Vi為某省的平原林業的林木年均蓄積量；Di是樹干密度；Ri是樹干生物量占喬木層生物量的比例；ρCi是樹木的含碳率；PC是森林固定CO2的成本價值；E4是固碳價值（萬元/a）。

R值選取了王效科研究的結果作為本研究的樹干生物量占喬木層生物量比例，R值為0.518 3[25]。在過去大量研究中，研究者大多采用平均含碳率0.5[26-27]，也有采用平均含碳率0.45[28-29]，本研究結合實際情況，最終選取含碳率0.5。樹干木材密度選取0.45 t/m3[30-31]。

根據光合作用反應方程式可知，植物每生產1 g干物質需要1.62 g CO2，釋放1.2 g O2。然后通過下式評價：

式中，E5是制氧價值（萬元/a）；PO森林釋放O2的成本價值。

參照文獻[24]，制氧成本用工業生產氧氣的價格400元/t進行估算；固定CO2成本采用碳稅法計算，使用瑞典的碳稅率150美元/t，將其轉化成固定CO2率，即固定CO2成本為40.91美元/t來進行估算[19]。

2.2.5 凈化空氣功能 凈化空氣的研究主要集中在滯塵和有害氣體的吸收上，有害氣體以SO2為主。常用公式：

式中，E6、E7——凈化SO2和滯塵價值（萬元/年）；Qs、Qd——吸收SO2和滯塵能力[t/（hm2·a）；Si——第i省份林業用地面積（hm2）；Cs、Cd——凈化SO2和削減粉塵成本（元/t）。

根據“中國生物多樣性國情研究報告”，不同林種對SO2的吸收能力在88.65～215.60 kg/（hm2·a），因此本文吸收SO2能力取152.125 kg/（hm2·a），減少SO2的成本為600元/t。據研究[22]，不同林種滯塵能力為10.20～33.2 t/（hm2·a），因此本文滯塵能力取21.7 t/（hm2·a），削減粉塵的成本為170元/t。

2.2.6 防風固沙功能 可用平原地區受保護農作物的增產量折算成防風固沙的服務功能的價值。

式中，E8——防風固沙服務功能價值量（元／a）；Qi——第i省份農作物的產量；P——農作物單價；f——有防護林保護農作物增產率。參考大量國內研究資料，適中地取農作物增產率為15%。

2.2.7 森林游憩功能 森林游憩功能（E9）參考《全國平原林業功效調查》，用森林旅游收入來估算森林旅游生態服務功能價值。

2.2.8 平原林業生態系統服務功能總價值 平原林業生態系統服務功能總價值為以上6大功能中的9個指標評價價值之和。

式中：E為平原林業生態服務功能總價值（萬元/a；Ei為第i項服務功能價值（萬元/a）。

3 結果與分析

3.1 平原林業生態服務功能價值總量

根據以上評價方法，得出平原林業6類生態服務功能的總經濟價值3 157.98億 元／a（詳見表3）。

由表3可看出，在各項生態服務功能價值中，按其貢獻大小順序依次為：凈化空氣>保育土壤>固碳制氧>防風固沙>提供木材>森林游憩；其中凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能對生態系統價值的貢獻最大，分別是948.41億元、903.15億元和556.88億元，占平原林業生態服務功能總價值的30.03%、28.60%和17.63%（圖1）；另外，提供木材的價值是306.77億元，占總價值的9.71%。由此可知，平原林業生態系統不僅為社會提供直接林產品，還具有巨大的生態和社會價值，而且這種價值對當地社會的貢獻遠遠大于林副產品價值。因此，在自然條件優越的平原區的開發利用過程中，不能只注重眼前的直接經濟利益而忽視了其他方面的效益，應全面考慮林業建設的綜合效益，使其發揮最大的作用。

表3 平原林業生態服務功能價值評價 （億元/a）

圖1 我國平原林業各項生態服務功能的貢獻

3.2 平原林業生態服務功能價值的區域分布

我國平原分布廣闊，各地自然條件不盡相同，經濟發展狀況不同，林木生長狀況差異很大，因此各地的單位面積上生態服務價值量大小不一。我國平原地區，單位面積上提供的生態服務功能價值平均為12 587.38元/（hm2·a），西南地區高達18 534.46元/（hm2·a），華北地區最低，為10 963.77元/（hm2·a）（圖2）。

圖2 全國六大分區單位面積生態服務價值量

4 結論與討論

由于平原地區開發歷史長，森林資源稀少，生態環境十分脆弱，特別是干熱風、低溫凍害、風蝕沙化等自然災害頻繁發生，因此平原林業要在注重生態功能的基礎上，注重全面發揮多種功能，即生態、經濟、社會效益兼顧。

在平原林業生態服務功能中，提供木材的價值占總價值的9.71%，而凈化空氣、保育土壤和固碳制氧功能都遠大于這個值，由此可見，發展平原林業的價值不僅僅表現在為人類的生產和生活提供原材料，更重要的是一些間接的生態服務價值，如保育土壤、固碳制氧、防風固沙、凈化空氣等方面。為此，各級政府部門在制定各項政策時，應考慮各項服務功能價值，合理利用與經營森林資源，最終達到森林可持續利用的目的。我國平原分布廣闊，單位面積上提供的生態服務功能價值在10 963.77～18 534.46元/（hm2·a），因此本研究對平原林業的分類經營、分區施策具有一定的指導意義。

由于受科學技術水平、計量方法、研究手段和地方數據收集的限制，目前無法對平原林業生態服務功能所有功能進行十分確切的評價，有一些功能價值未在本研究中體現，如降低噪音、生物多樣性保護和文化等，因此本文平原林業生態服務功能價值估算量低于實際價值量。雖然對平原林業生態服務功能的評價只是部分的，但這些初步探索依然在很大程度上反映平原林業在維護區域生態安全、社會經濟發展中發揮著巨大的作用，也為生態系統服務功能評價的科學研究提供了有益的補充。

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