上海市森林生態服務價值評估與分析*

張桂蓮

上海市園林科學規劃研究院　上?！?00232

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上海市森林生態服務價值評估與分析*

張桂蓮

上海市園林科學規劃研究院上海200232

摘要：為了直觀反映森林的生態服務功能，展示上海市森林建設和保護成就，為政府部門開展生態補償工作提供科學依據，研究基于國家林業局行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721-2008)，構建適合上海市森林特征的指標體系，選用上海社會公共參數，評估其森林生態服務價值。結果表明：2014年上海市森林生態服務總價值為128.08億元/a，其中，涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、調節氣候、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、生物多樣性保護和森林游憩價值分別為19.65億元/a、3.78億元/a、3.67億元/a、40.18億元/a、0.58億元/a、6.04億元/a、5.21億元/a、11.86億元/a和37.11億元/a。單位面積森林的年產出價值為13.12萬元/hm2·a，人均享受森林生態服務價值500余元。森林生態系統中，喬木林發揮著主導作用?？梢?，量化森林生態服務功能，能夠指導上海城市林業的發展方向。關鍵詞：生態系統服務，城市森林，價值評估，上海

生態系統服務是指生態系統與生態過程所形成及維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用[1]。1997年，美國學者Daily主編的專著《Nature’s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems》出版發行，第一次比較全面、系統地研究了生態系統服務的各個方面，引起了廣泛關注。同年，Nature雜志發表了Costanza等[2]的文章，將生態系統服務劃分為17類，并評估得到整個生物圈所提供的生態服務價值平均為33萬億美元/年。全球生態系統服務貨幣化價值的公布，立即在全世界引發了人們的廣泛討論。2001年，聯合國啟動新千年生態系統評估項目(MA)[3]，綜合評估生態系統變化對人類福祉產生的各種影響，并分析可以用于加強生態系統保護和提高生態系統滿足人類需求的貢獻和各種方案。歷時4年的評估研究，全面揭示了各類生態系統的現狀和變化趨勢、未來變化的情景和應采取的對策。我國生態系統服務功能價值評估源于20 世紀80 年代，如張嘉賓等利用影子工程法等估算云南怒江等地保護土壤及涵養水源的價值[4]；90年代，許多學者開始進行系統的評估研究工作，如侯元兆、歐陽志云、王兵等對我國陸地系統和森林資源進行了涵養水源、防風固沙、凈化空氣等的估算評估工作[5-7]。21世紀以來，不同區域尺度的生態系統服務評估工作深入開展[8-10]，尤其是國家林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721-2008)的發布[11]，建立了我國統一的森林生態系統服務評估指標體系，有利于比較和分析不同地區的森林生態系統服務功能，推動了國內森林生態系統服務評估的發展。

本研究以上海市森林生態系統為研究對象，基于國家林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》，結合上海城市森林特征，分地類、林種及齡組對其進行價值量評估，分析不同類型森林生態服務功能差異，提出林業規劃相關的建議，為政府部門制定相關政策、實施生態補償提供科技支撐。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

上海地處長江三角洲東緣，地理坐標為N30°40′～31°50′，E120°50′～121°53′，行政區域陸地總面積為6 340.5 km2。境內除西南部有少數丘陵山脈外，整體地勢為坦蕩低平的平原，平均海拔高度約4 m。上海屬北亞熱帶季風性氣候，年均氣溫為15.8 ℃，年均降水量為1 145.1 mm。近十幾年來，上海城市綠化建設取得了顯著成果，2014年，森林覆蓋率達到14.04%，建成區綠化覆蓋率達到38.40%。但常住人口也在繼續增加，2014年比2013年增加了10萬多人，超過了2 425萬。隨之而來的機動車數量增加，能源消耗加劇，大氣污染物的治理及城市環境壓力依舊很大。

上海市森林99.99%為人工林，且中幼林比例約占郊區喬木林的90%以上。上海地帶性植被為含有落葉成分的常綠闊葉林，常見的喬木樹種約58種，小喬木或灌木樹種約105種，主要優勢樹種有香樟、懸鈴木、雪松、水杉、廣玉蘭、銀杏等。

1.2 評估方法

基于國家林業局《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721-2008)，選取涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、調節氣候、積累營養物質、凈化大氣環境、森林防護、生物多樣性保護、森林游憩9個類別17個指標進行物質量和價值量評估。采用替代工程法、影子工程法、替代費用法等評估生態服務的價值量。計算過程參考規范的公式及參數設置，社會公共數據采用上海市2014年實際價格。

1) 涵養水源。森林涵養水源功能主要是指森林對降水的截留、吸收和貯存，將地表水轉為地表徑流或地下水的作用，主要功能表現在凈化水質和調節徑流兩方面。降水量采用2014年上海市平均降雨量1 295.40mm，蒸散量按照不同森林類型蒸散率乘以降水量獲得，林分地表徑流一般為裸地的5%～25%，這里取15%進行估算。年調節水量價值采用接近水權市場價格法來核算森林持續供水價值，參考中國森林資源核算研究(2015)中水權市場交易價格算法，獲得上海市水權市場交易價格為2.82元/ m3；水的凈化費用采用污水處理費替代，根據上海市物價局數據，居民排污費價格為1.53元·t-1。

2) 保育土壤。森林憑借龐大的樹冠、深厚的枯枝落葉層及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沖蝕，使土壤流失量大大降低。而且森林的生長發育及其代謝產物不斷對土壤產生物理及化學影響，參與土體內部的能量轉換與物質循環，使土壤肥力提高，森林是土壤養分的主要來源之一。選用2個指標，即固土指標和保肥指標，反映森林保育土壤的功能。土壤侵蝕模數參考上海市及中國土壤侵蝕研究成果來確定不同植被類型的土壤侵蝕模數[12-13]，挖取和運輸單位體積土方所需費用采用《上海市園林工程預算定額》數據35.7元/m3，土壤容重為各植被類型樣地取樣測定數據，松類1.43 t/m3，杉類1.37 t/m3，硬闊1.38 t/m3，軟闊1.33 t/m3，針葉混1.39 t/m3，闊葉混1.43 t/m3，針闊混1.39 t/m3，竹林1.46 t/m3，經濟林1.43 t/m3，灌木林1.41 t/m3。養分含量參考上海市林業碳匯計量監測體系建設實測數據及浙江、江西等亞熱帶地區不同森林類型土壤養分含量平均值[8,14]。

3) 固碳釋氧。森林固碳釋氧量是根據植物光合作用中干物質形成的化學方程式進行測算。林木每吸收(固定)1.63 t CO2，釋放1.19 t O2。灌木林和竹林由于短期內達到生長高峰期，生物量變化較小，本研究未將其納入固碳釋氧計算之內。森林固定CO2量采用林分蓄積量轉換法，不同齡組生長率和消耗率實測如表1。各樹種含碳系數來自實測值，部分來自參考文獻[15-17]，分別為松(0.51)、杉(0.50)、硬闊(0.48)、軟闊(0.44)、針葉混(0.51)、闊葉混(0.49)、針闊混(0.50)、竹林(0.50)、經濟林(0.47)。參考《省級溫室氣體編制指南(試行)》，上海全林生物量轉換系數加權平均值為1.874，上?；灸静拿芏燃訖嗥骄禐?.392 t·m-3。

表1　喬木林各齡組蓄積量年均生長率(GR)和消耗率(CR)(%)

4) 調節氣候。城市綠化植物具有遮陽蔽蔭、蒸發蒸騰和減低溫室效應的作用，對調節和改善小氣候有著極為重要的意義。這里選取降溫作為調節小氣候的指標，用空調降溫所耗電能價值替代城市森林降低熱島效應價值進行評估。一般考慮面積為14.4 m2，空間為43.2 m3的居民住宅，平均每降溫1℃，每日需用電1 Kwh左右。2014年上海市居民第一階段電價為0.617元·Kwh-1，以夏季70d需要使用空調降溫進行估算。

5) 積累營養物質。森林植被是生態系統物質循環中重要的循環庫，森林植被通過生化反應吸收氮、磷、鉀等營養物質，并儲存在體內各器官。林木積累營養物質價值主要通過每年樹木吸收的營養物質(N、P、K)，折合成磷酸二銨和氯化鉀，即得到林木營養年積累價值。

6) 凈化大氣環境。城市大氣中的有害物質主要包括二氧化硫、氟化物、氧化亞氮等有害氣體和粉塵，這些有害氣體在空氣中的過量集聚會導致人體呼吸系統疾病、中毒、形成霧霾天氣和酸雨，損害人體健康與環境。森林能有效吸收這些有害氣體和阻滯粉塵，還能釋放氧氣與萜烯物，從而起到凈化大氣作用。評估選擇釋放負離子、吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、降低噪音和滯塵6個指標反映森林凈化大氣環境的能力。不同森林類型單位面積提供負離子能力見參考文獻[18-19]，單位面積吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物以及滯塵數據來源于1998年《中國生物多樣性國情研究報告》[20]，降噪數據參考張慶費等的研究[21]。

7) 森林防護。參考多位學者對上海防護林的農田增產效益研究[22-23]，采用15%作為糧食作物增產率，估算農田防護林的生態效益；參考我國學者對海岸防護及減災防護的生態效益研究，估算沿海防護林的消浪護堤價值和防災減災價值。

8) 生物多樣性保護。根據上海市森林生態系統Shannon-Wiener多樣性指數的計算，參考評估規范中不同等級多樣性指數所對應的單位面積年物種損失的機會成本，估算得出生物多樣性的保育價值。

9) 森林游憩。根據國內外的研究，森林游憩的價值可分為利用價值和非利用價值兩大類，本研究利用影子價格法評估利用價值量。對于收費公園，森林游憩的價值量直接按照公園門票收入計量；對于非收費公園，其游憩價值量參考收費公園，單一人次的游憩價值按照15元計算。

2 結果與分析

2.1 森林生態系統服務總價值

圖1　2014年上海市森林生態系統服務價值構成

根據計算結果，2014年上海市森林生態系統服務總價值為128.08億元/a(圖1)，單位面積森林的年產出價值為13.12萬元/hm2·a。其中，調節氣候價值量最大，為40.18億元/a，占森林總服務價值的31.38%；其次為森林游憩，價值為37.11億元/a，占總價值的28.97%；另外，城市森林的涵養水源價值達19.65億元/a，占總價值的15.34%；生物多樣性保護、凈化大氣環境、森林防護、保育土壤、固碳釋氧所產生的價值分別占總價值的9.26%、4.72%、4.06%、2.95%和2.86%，其價值量分別為11.86億元/a、6.05億元/a、5.21億元/a、3.78億元/a和3.679億元/a；營養物積累服務的價值相對較低。從評估結果看，2014年，上海市森林生態系統服務價值構成中，調節氣候、森林游憩、涵養水源和生物多樣性保護4項生態服務價值占到總價值的

84.95%，在上海市森林生態服務中發揮重要作用。

2.2 不同類型森林生態服務價值

除森林防護和森林游憩服務外，其他服務分不同地類、不同森林類型進行評估，結果見表2。從表2可以看出，喬木林中杉類面積所占比例11.11%，其生態服務價值總量較小(9.248億元/a)，但其單位面積價值量最大(11.524萬元/hm2·a)；面積比重最大的硬闊林(64.24%)生態服務價值占居首位(51.409億元/a)，其單位面積價值與杉類相當(11.077萬元/hm2·a)；針葉混交林面積最小(占比0.04%)，生態服務價值最低(0.018億元/a)，但其單位面積價值并不是最低。不同森林類型單位面積生態服務價值排序為杉木林>硬闊林>軟闊林>闊葉混交林松林>針葉混交林>松類>針闊混(表2)。

表2　不同類型林分生態系統服務年價值

從不同林分單位面積生態服務價值看，杉類與硬闊類林分價值最高，軟闊類次之，針闊混最低。前7類生態服務(涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、調節氣候、凈化大氣環境、積累營養物質和生物多樣性保護)單位面積平均價值為10.42萬元/ hm2·a，低于廣東省鶴山市(16.07萬元/ hm2·a)[24]、湖南省永州市(13.73萬元/ hm2·a)[25]等，高于安徽省池州市(8.21萬元/ hm2·a)[26]、江蘇省蘇州市(6.83萬元/ hm2·a)[27]、云南省玉溪市(3.45萬元/ hm2·a)[28]等。調節氣候服務價值在城市解緩熱島效應中發揮巨大的作用，其它省市的生態服務評估中少有報道。涵養水源服務價值在永州、蘇州、玉溪、池州、禹州等多數城市中排列首位[25-29]，保育土壤服務功能在鶴山和天津等少數城市發揮了首要作用[9，30]，生物多樣性保護價值在永州和蘇州等城市中僅次于涵養水源功能價值[25,27]。森林游憩價值計算方法多樣，但在城市生態系統中服務價值巨大[29-31]。本研究針對上海沿海城市，森林防護考慮了農田防護，沿海消浪護堤作用及森林的消災減災功能，評估方法根據單位面積或單位長度的服務價值乘以總的防護林面積進行了估算，有待進一步完善。

從不同生態服務類型來看，調節氣候服務價值最大(占比31.37%)，單位面積森林降溫作用明顯(5.562萬元/hm2·a)；其次為森林游憩服務，價值為37.108億元/a (占比28.97%)。單位面積森林各類服務價值排序為：調節氣候>涵養水源>生物多樣性保護>凈化大氣環境>固碳釋氧>保育土壤>積累營養物質。由于森林游憩是按公園數和非公園數進行的評估，未統計實際游憩面積，沒有計算單位面積森林游憩服務的價值；森林防護價值估算采用農田防護林面積和沿海防護林長度進行的，無法估算單位面積的防護價值。

3 討論

3.1 單位面積價值量有待提升

造成上海市森林單位面積生態服務價值偏低的原因主要有3點：首先，上海市森林兼具“沿海、城市、平原地區”特征，全市99.99%的森林為人工林，林分結構較為簡單，多數為近年來的新造林，生態功能有待進一步發揮，且大都市水熱條件及區域環境都不及自然林分布較廣的廣東鶴山及湖南永州等。其次，國內外還沒有形成統一的、針對城市森林生態服務的評估體系，目前的評估所參考的資料、評估指標和評估方法多數基于國內針對自然林的規范，但社會數據在應用時選取城市地方參數及適時更新數據。如固碳價值的計算采用2014年上海市環境能源交易所碳排放交易平臺配額平均成交價38.13元/t，比國家規范中推薦價格(1 200元/t)小很多。第三，由于數據及評估方法的限制，有些指標計算不夠全面，如森林的滯塵未詳細劃分PM2.5、PM10及TSP(顆粒物)等，各治理費用存在差距，價值量化時未詳細考慮。

3.2 評估指標與評估方法有待完善

考慮到森林在城市生態系統中的特殊服務結構，評估指標和評估方法需要進一步完善。如考慮城市特色，指標選取體現居民直觀感受，如降溫、遮蔭、舒適度、美學等；評估方法不簡單照搬自然林，如涵養水源價值在城市中可選用排水管網的建設費用進行替代等；另外，森林在城市中的社會價值也可納入，如提升房產價值、促進就業等，以提高評估結果的準確性。再者，評估手段需要不斷改進。目前，利用計算機和3S技術已經發展了許多模型，如Citygreen、Itree、UFORE等國際城市森林生態效益模型[32-34]，但這些模型都是基于美國城市及樹種，應用時需進行修正，且Citygreen只提供了碳儲存及碳吸收、減少暴雨徑流、清除大氣污染物、節能以及提供野生動植物生境等5個方面。針對國內城市，需研發新的評估模型，形成規范化的評估體系，并實現評估結果的預測功能，提高在林業行業發展規劃及區域造林規劃中的實際應用性。

3.3 城市林業發展重點有待重視

近10年來，上海抓住了農業結構調整、舉辦世博會、城市化發展和社會主義新農村建設等歷史機遇，滾動實施了三輪林業發展三年計劃，持續推進生態公益林和經濟果林建設，森林覆蓋率從1999年的3.17%提高到2014年的14.04%，初步建成了“環、楔、廊、園、林”的生態網絡系統，實現了林業跨越式發展。但對于人口密集的大都市，森林覆蓋率的增長空間非常有限，提高森林生態服務功能成為今后林業發展的重點。2009年，依托森林資源數據，采用國家林業局標準，上海市森林生態系統服務價值評估結果為74.42億元。2013年評估結果為116.19億元，2014年較2013年增加了11.89億元，說明上海市森林在生態環境建設中發揮的作用在不斷增強。

4 結語

2014年上海市森林生態服務價值為128.08億元，單位面積森林年產出價值為13.12萬元/hm2.a，人均享受森林生態服務價值500余元。從城市林業發展的長遠角度看，上海市近幾年新增造林都處于幼齡林階段，且混交林(13.51%)比例遠低于純林(86.49%)。經營管理需從發揮森林生態服務角度出發，將提升生態服務功能作為營林管理的重點，制定發展目標及具體管理措施，形成森林結構與功能布局并重的管理策略。對未來林業發展規劃的制定，考慮將生態服務價值作為衡量林業成果的一個重要指標，確保生態服務的高效發揮，實現上海市自然、社會與經濟的和諧發展。

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Valuation and Analysis of Urban Forest Ecological Services in Shanghai

Zhang Guilian

(Shanghai Landscape Gardening Research Institute, Shanghai, 200232, China)

Abstract:In line with theForestEcosystemServicesAssessmentStandard(LY/T1721-2008), an industry standard issued by the State Forestry Administration, the study selected the index system that is adapted to the forest characteristics in Shanghai and also adopted the social public parameters to valuate the urban forest ecological services of Shanghai, so as to visually reflect the ecological services and functions, demonstrate the achievements in forest development and protection in Shanghai and provide scientific basis for government authorities to promote the ecological service payment. The results showed that the forest ecological services were totally valuated at 12808 million yuan, while water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen release, regulating climate, nutrient element accumulation, air purification, forest protection, biodiversity conservation and forest recreation were valuated at 1965 million, 378 million, 367million, 4018 million, 58 million, 604 million, 521 million, 1186 million and 3711 million, respectively. The average annual value of unit-area forest ecological services was 131 200 yuan·hm-2·a-1, and the per capita forest ecological service was valuated at approximately 500 yuan. In forest ecosystem, arbor plays a leading role.The quantitative valuation of forest ecological services will be used to guide the urban forest development In Shanghai.

Key words:ecosystem services, urban forest, valuation, Shanghai

收稿日期：2015-12-24

*基金項目：上海市綠化和市容管理局科技項目“上海綠地林地濕地生態服務價值綜合評估體系與特色指標研究”(G150208)

作者簡介：張桂蓮(1976-)，女，博士，主要從事城市生態學、森林生態學、生態系統模擬相關的研究工作。E-mail：371209698@qq.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.03.007