泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估

劉勝濤，高 鵬,*，劉潘偉，牛 香，王 兵

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東省土壤侵蝕與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,泰山森林生態(tài)站, 泰安 271018 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院/森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所, 北京 100091

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泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估

劉勝濤1，高 鵬1,*，劉潘偉1，牛 香2，王 兵2

1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院,山東省土壤侵蝕與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,泰山森林生態(tài)站, 泰安 271018 2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院/森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所, 北京 100091

森林在給人類帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了巨大的生態(tài)效益。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注森林的生態(tài)效益。以泰山森林生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，依據(jù)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》，從涵養(yǎng)水源、保育土壤、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、固碳制氧、保護(hù)生物多樣性、凈化大氣環(huán)境及森林防護(hù)7個(gè)方面對(duì)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行了定量評(píng)估，得出泰山森林生態(tài)系統(tǒng)每年的生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為18214.97萬(wàn)元，以涵養(yǎng)水源(10376.84萬(wàn)元/a)、生物多樣性保護(hù)(3796萬(wàn)元/a)和固碳制氧(2736.38萬(wàn)元/a)價(jià)值為主；泰山森林生態(tài)系統(tǒng)中松櫟林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)高于其他林種的，尤其是以側(cè)柏林為最高；從不同林齡的角度進(jìn)行評(píng)估，泰山森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值以中齡林為主，占到生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量的35%，過(guò)熟林的生態(tài)價(jià)值總量雖然排在最后，但其單位面積的價(jià)值量最高。

森林生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能評(píng)估；價(jià)值估算；泰山

森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，具有涵養(yǎng)水源、保育土壤、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、固碳制氧、保護(hù)生物多樣性、凈化大氣環(huán)境、森林防護(hù)等多種功能[1-3]，森林生態(tài)系統(tǒng)為人類帶來(lái)了巨大的物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富，因此，森林生態(tài)系統(tǒng)的興衰不僅直接影響生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也影響著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展[4-7]。客觀科學(xué)地評(píng)估區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，對(duì)于提高人們的環(huán)境意識(shí)，促進(jìn)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立，盡快將自然資源和環(huán)境納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系及正確處理社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[8-11]。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們逐步認(rèn)識(shí)到生態(tài)服務(wù)功能是人類生存與現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)，科學(xué)技術(shù)能影響生態(tài)服務(wù)功能，但不能替代自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[12-16]。隨著對(duì)可持續(xù)發(fā)展機(jī)制研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)維持與保育生態(tài)服務(wù)功能是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，分析與評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的間接價(jià)值已成為當(dāng)前生態(tài)學(xué)與生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的前沿課題[17-21]。Costanza等人利用了國(guó)際上已經(jīng)使用的多種方法對(duì)全球16類生態(tài)系統(tǒng)的17項(xiàng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行分類核算，得出全球生態(tài)系統(tǒng)平均服務(wù)價(jià)值每年為33萬(wàn)億美元，這項(xiàng)研究結(jié)果在世界上引起了巨大的轟動(dòng)，也是對(duì)全球生物圈生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值最早最全的一次估算[22-23]。日本林野廳利用數(shù)量化理論多變量解析方法，于1972、1991和2000年對(duì)其國(guó)內(nèi)森林植被類型的六大類公益機(jī)能進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算的結(jié)果分別為12.82、39.2萬(wàn)億日元和74.99萬(wàn)億日元，并于1987年單獨(dú)評(píng)價(jià)了東京圈內(nèi)的森林價(jià)值，得出每公頃森林的生態(tài)效益價(jià)值為500萬(wàn)日元[24-25]。2011年，英國(guó)500多名科學(xué)家費(fèi)時(shí)2年多的時(shí)間對(duì)25項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其功能進(jìn)行了評(píng)估，并編制了英國(guó)歷史上第一次全面的評(píng)估報(bào)告[26]。我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評(píng)估工作從上世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始加快步伐，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估的研究工作得到逐步深化，并日趨完善。侯元兆等人第一次比較全面地對(duì)中國(guó)森林資源的價(jià)值進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，他的研究成為了國(guó)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的開(kāi)端[27]。李文華等系統(tǒng)地總結(jié)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究的進(jìn)展，以及研究所面臨的瓶頸和難題等，并對(duì)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究進(jìn)行了回顧與展望，為日后該領(lǐng)域的研究進(jìn)一步明確了方向[28]。王兵等依據(jù)第三次、第四次、第五次和第六次森林資源清查數(shù)據(jù)對(duì)全國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，得出的結(jié)果分別為717.401億元、2.14、3.64萬(wàn)億元和4.12萬(wàn)億元；隨后在評(píng)估方法逐步完善的基礎(chǔ)上又進(jìn)行了第七次和第八次全國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估，得出的結(jié)果為10.01萬(wàn)億元和12.68萬(wàn)億元[29,30]。

圖1 研究區(qū)地理位置圖Fig.1 Study area shown in the map

泰山是以松櫟林為典型代表的森林生態(tài)系統(tǒng)，是北方土石山區(qū)的典型區(qū)域，開(kāi)展泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究對(duì)泰山周邊乃至整個(gè)北方土石山區(qū)森林生態(tài)服務(wù)功能的評(píng)價(jià)及其生態(tài)安全的評(píng)估都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了更加直觀地了解泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值，更好地保護(hù)、利用泰山森林植被，促進(jìn)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展，本文選取泰山森林生態(tài)系統(tǒng)典型植被為調(diào)查研究對(duì)象，依托泰山森林生態(tài)觀測(cè)研究站為平臺(tái)，依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》對(duì)泰山主要樹(shù)種的服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估研究。旨在能夠更直觀地了解泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值，提高人們的生態(tài)環(huán)境意識(shí)，為泰山森林的經(jīng)營(yíng)管理提供指導(dǎo)，對(duì)泰山地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供幫助，對(duì)全國(guó)生態(tài)GDP核算和生態(tài)連清技術(shù)的研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本文以泰山森林生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站(E117°05′39″—117°09′26″，N36°17′58″—36°20′30″)(圖1)為研究平臺(tái)。泰山位于山東省的中部，橫亙于濟(jì)南、泰安兩市之間，主峰玉皇頂1545 m，是華北大平原的最高峰。該區(qū)地處暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫為12.6 ℃，無(wú)霜期196 d，≥10 ℃的活動(dòng)積溫3821 ℃，多年平均降水量758 mm，降水集中在6—9月。土壤類型主要是棕壤土，pH值為6.0左右，呈微酸性；土層較薄，厚度為20—30 cm。泰山植被天然林面積較少且多為次生林，大部分為人工林，森林總面積9490 hm2左右。主要的樹(shù)種有側(cè)柏(Platycladusorientalis(L.) Franco)、麻櫟(QuercusacutissimaCarruth.)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、黑松(PinusthunbergiiParl.)、赤松(Pinusdensiflora)、油松(PinustabuliformisCarrière)等[31]。

根據(jù)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站長(zhǎng)期、連續(xù)、定位觀測(cè)研究數(shù)的據(jù)集以及第八次山東省森林資源生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估和泰安市統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)[32,33]，可以將泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的林分分為赤松林、黑松林、油松林、側(cè)柏林、麻櫟林、刺槐林、灌木林、經(jīng)濟(jì)林及針闊混交林(主要為麻櫟黑松、麻櫟赤松及刺槐側(cè)柏混交林)和闊葉混交林(主要為麻櫟刺槐混交林)10個(gè)樹(shù)種組，不同樹(shù)種組由于其生物學(xué)特征不同，反映出不同的生態(tài)功能，進(jìn)而評(píng)估出不同林分的生態(tài)服務(wù)價(jià)值。

2 研究方法

2.1 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估指標(biāo)的選取及計(jì)算公式

本研究依據(jù)中華人民共和國(guó)林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(LY/T1721—2008)[34]，主要從森林生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護(hù)以及森林防護(hù)等7項(xiàng)功能進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，其指標(biāo)體系詳見(jiàn)表1[10,26,35-37]。

2.2 物質(zhì)量與價(jià)值量轉(zhuǎn)換的公共價(jià)格數(shù)據(jù)源

物質(zhì)量向價(jià)值量轉(zhuǎn)換過(guò)程中用到的參數(shù)主要是社會(huì)公共價(jià)格數(shù)據(jù)，社會(huì)公共數(shù)據(jù)主要采用我國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)。本文參照全國(guó)第八次森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估及中國(guó)森林資源核算研究類似的參數(shù)[38-40]，主要數(shù)據(jù)如下：

①水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)參照第八次森林生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估，取值為8.44元/t，城市的居民用水價(jià)格的取值為3.07元/t。

②磷酸二銨含N量為14%；磷酸二銨含P量為15.01%；氯化鉀含K量為50%。

③磷酸二銨價(jià)格為3300元/t，氯化鉀化肥價(jià)格為2800元/t；有機(jī)質(zhì)平均價(jià)格為800元/t。

④固碳價(jià)格,參照第八次森林生態(tài)評(píng)估取值為1281元/t。

⑤二氧化硫排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為1.85元/kg，氮氧化物排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.97元/kg，一般性粉塵排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為0.23元/kg。

⑥氧氣價(jià)格,采用中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部網(wǎng)站的氧氣平均價(jià)格，1299.07元/t。

⑦負(fù)離子價(jià)格,負(fù)離子價(jià)格根據(jù)臺(tái)州科利達(dá)電子有限公司生產(chǎn)的適用范圍30m2(房間高3m)、功率為6w、負(fù)離子濃度1000000個(gè)/cm3、使用壽命為10年、價(jià)格65元/個(gè)的KLD-2000型負(fù)離子發(fā)生器而推斷獲得，其中負(fù)離子壽命為10分鐘，得到得負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用為9.46元/1018個(gè)。

⑧工業(yè)粉塵排污收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格為240元/t。

⑨生物多樣性保護(hù)價(jià)值按照Shannon-Wiener指數(shù)的方法進(jìn)行計(jì)算，即：Shannon-Wiener指數(shù)<1時(shí)，S生為3000元 hm-2a-1；1≤Shannon-Wiener指數(shù)<2，S生為5000元 hm-2a-1；2≤Shannon-Wiener指數(shù)<3，S生生為10000元 hm-2a-1；3≤Shannon-Wiener指數(shù)<4，S生為20000元 hm-2a-1；4≤Shannon-Wiener指數(shù)<5，S生為30000元 hm-2a-1；5≤Shannon-Wiener指數(shù)<6，S生為40000元 hm-2a-1；指數(shù)≥6時(shí)，S生為50000元 hm-2a-1。

3 結(jié)果與分析

3.1 泰山森林生態(tài)效益核算結(jié)果

應(yīng)用上述計(jì)算公式可以計(jì)算出泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的物質(zhì)量(表2)和價(jià)值量(表3)。從表2可知，泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的年涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量為901.55萬(wàn)m3；年固土的物質(zhì)量為7.50萬(wàn)t；年固碳的物質(zhì)量為0.97萬(wàn)t，年制氧的物質(zhì)量為1.15萬(wàn)t；年提供負(fù)離子的物質(zhì)量為8.08×1022個(gè)，年吸收二氧化硫的物質(zhì)量為7.59萬(wàn)t，年吸收氮氧化物的物質(zhì)量為1.90萬(wàn)t，年滯塵的物質(zhì)量為569.40萬(wàn)t/a；年積累營(yíng)養(yǎng)元素的物質(zhì)量為134.19kg；年固沙量為1.14萬(wàn)t。從結(jié)果可以看出泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的物質(zhì)量是相當(dāng)可觀的。

表1 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估指標(biāo)體系及計(jì)算公式

表2 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林分類型生態(tài)服務(wù)功能的物質(zhì)量

G調(diào):涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量Physical of water storage(萬(wàn)m3/a)；G固土:年固土的物質(zhì)量Physical of soil fixation(萬(wàn)t/a)；G固碳:年固碳的物質(zhì)量Physical of CO2fixation(萬(wàn)t/a)；G制氧:年制氧的物質(zhì)量Physical of O2release(萬(wàn)t/a)；G負(fù)離子:年制造負(fù)離子的物質(zhì)量Physical of negative iron supply(1022個(gè)/a)；G二氧化硫:年吸收二氧化硫的物質(zhì)量Physical of absorption of SO2(萬(wàn)t/a)；G氮氧化物:年吸收氮氧化物的物質(zhì)量Physical of absorption of NOx(萬(wàn)t/a)；G滯塵:年滯塵的物質(zhì)量Physical of dust blocking(萬(wàn)t/a)；G營(yíng)養(yǎng)元素:年積累的營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)量Physical of nutrients accumulation(kg/a)；G固沙:年森林防護(hù)減少沙塵的物質(zhì)量Physical of wind prevention and sand fixation(萬(wàn)t/a)

從表3可知，泰山森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)價(jià)值為18214.97萬(wàn)元/a，其中，涵養(yǎng)水源10376.84萬(wàn)元/a，保育土壤593.27萬(wàn)元/a，固碳制氧2736.38萬(wàn)元/a，林木積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)241.32萬(wàn)元/a，凈化大氣環(huán)境197.84萬(wàn)元/a(其中，年提供負(fù)離子為50.99萬(wàn)元/a，年吸收二氧化硫14.05萬(wàn)元/a，年吸收氮氧化物1.84萬(wàn)元/a，滯塵130.96萬(wàn)元/a)，生物多樣性保護(hù)3796萬(wàn)元/a，森林防護(hù)價(jià)值273.31萬(wàn)元/a。泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值以涵養(yǎng)水源價(jià)值最大，其次為保護(hù)生物多樣性價(jià)值和固碳制氧價(jià)值，最小的為凈化大氣環(huán)境價(jià)值。

表3 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林分類型生態(tài)服務(wù)功能的價(jià)值量

U1: 涵養(yǎng)水源價(jià)值Value of water storage(萬(wàn)元)；U2: 保育土壤價(jià)值Value of soil conservation(萬(wàn)元)；U3: 固碳制氧價(jià)值Value of C fixation and O2release(萬(wàn)元)；U4: 林木營(yíng)養(yǎng)積累價(jià)值Value of nutrients accumulation(萬(wàn)元)；U5: 凈化大氣環(huán)境價(jià)值Value of air quality purifying(萬(wàn)元)；U6: 保護(hù)生物多樣性價(jià)值Value of biodiversity conservation(萬(wàn)元)；U7: 森林防護(hù)價(jià)值Value of forest protection(萬(wàn)元)

圖2 泰山不同林分類型的森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值比例 Fig.2 The proportion of the value of ecosystem services of the different forest types in Mountain

從圖2中可以看出，涵養(yǎng)水源價(jià)值、保護(hù)生物多樣性價(jià)值以及固碳制氧價(jià)值在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的比例分別為56.97%、20.84%和15.02%，這3種價(jià)值占到泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價(jià)的92.83%，占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值的排序?yàn)椋汉B(yǎng)水源價(jià)值>保護(hù)生物多樣性價(jià)值>固碳制氧價(jià)值>保育土壤價(jià)值>森林防護(hù)價(jià)值>林木營(yíng)養(yǎng)積累價(jià)值>凈化大氣環(huán)境價(jià)值。

3.2 泰山不同林分類型的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值

從圖3中可以看出，泰山不同林分類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值以松柏林和櫟林的價(jià)值為主，其中以側(cè)柏林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(4606.52萬(wàn)元)為最大，其次為麻櫟林(3071.02萬(wàn)元)，最小的為經(jīng)濟(jì)林(203.45萬(wàn)元)。研究發(fā)現(xiàn)不同林分的生態(tài)服務(wù)價(jià)值呈現(xiàn)出松櫟林大于其他林分的趨勢(shì)。不同林分類型生態(tài)服務(wù)價(jià)值的排序?yàn)閭?cè)柏林(4506.52萬(wàn)元)>麻櫟林(3071.02萬(wàn)元)>油松林(2591.17萬(wàn)元)>赤松林(2303.26萬(wàn)元)>刺槐林(1919.39萬(wàn)元)>黑松林(1631.48萬(wàn)元)>針闊混交林(863.72萬(wàn)元)>灌木林(556.62萬(wàn)元)>闊葉混交林(468.33萬(wàn)元)>經(jīng)濟(jì)林(203.45萬(wàn)元)，這與不同林分的自身的特性及其面積有著很大的關(guān)系。

圖3 泰山不同林分類型的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值量柱狀圖Fig.3 The histogram of the value of ecosystem services of the different forest types in Mountain 1)赤松林Pinus densiflora forest；2)黑松林Pinus thunbergii forestt；3)油松林Pinus tabuliformis fores；4)側(cè)柏林Platycladus orientalis forest；5)麻櫟林Quercus acutissima forest；6)刺槐林Robinia pseudoacacia forest；7)灌木林Shrubs forest；8)經(jīng)濟(jì)林Economic forest；9)針闊混交林Mixed conifer forest；10)闊葉混交林Mixed broadleaved forest

3.3 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林齡的生態(tài)效益物質(zhì)量及價(jià)值量

林木在不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段具有的服務(wù)功能優(yōu)勢(shì)不同，可以把泰山森林生態(tài)系統(tǒng)按照林齡劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林、過(guò)熟林5個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段的林分，進(jìn)而計(jì)算出不同林齡階段的森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值。計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表4。

從表4中可以看出不同林齡的森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值之間存在著很大的差異性，其中，幼齡林為2575.49萬(wàn)元，中齡林為6436.22萬(wàn)元，近熟林為4832.67萬(wàn)元，成熟林為2764.51萬(wàn)元，過(guò)熟林為1606.07萬(wàn)元，不同林齡的森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值以中齡林和近熟林為主，呈現(xiàn)中齡林>近熟林>成熟林>幼齡林>過(guò)熟林的規(guī)律。過(guò)熟林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值總量雖然偏少，但其單位生態(tài)價(jià)值量最高，這與過(guò)熟林林分冠幅較大，郁閉度較好，枝干粗壯，根系錯(cuò)綜復(fù)雜，林下枯落物豐富等因素有關(guān)。

表4 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林齡的生態(tài)服務(wù)價(jià)值

U1:涵養(yǎng)水源價(jià)值Value of water storage(萬(wàn)元)；U2:保育土壤價(jià)值Value of soil conservation(萬(wàn)元)；U3:固碳制氧價(jià)值Value of C fixation and O2release(萬(wàn)元)；U4:林木營(yíng)養(yǎng)積累價(jià)值Value of nutrients accumulation(萬(wàn)元)；U5:凈化大氣環(huán)境價(jià)值Value of air quality purifying(萬(wàn)元)；U6:保護(hù)生物多樣性價(jià)值Value of biodiversity conservation(萬(wàn)元)；U7:森林防護(hù)價(jià)值Value of forest protection(萬(wàn)元);U總:總價(jià)值量Total value(萬(wàn)元)；U單位價(jià)值:單位面積的價(jià)值量The value per unit area(萬(wàn)元/hm2)

圖4 五種林齡的森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值的比例分布 Fig.4 The proportion of the Value of ecosystem services of the different forest stand age in Mountain

圖4是泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林齡樹(shù)種生態(tài)效益價(jià)值的比例分布，從圖中可以看出泰山森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值以中齡林所占比例最大，達(dá)到了35%；其次為近熟林、幼齡林和成熟林，分別達(dá)到了27%、15%和14%；最后為過(guò)熟林，僅為9%。在泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值中，中齡林和近熟林占到總價(jià)值量的62%，其服務(wù)價(jià)值量最高。

4 討論

4.1 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值量顯著

在泰山森林生態(tài)系統(tǒng)提供的涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、凈化大氣環(huán)境、保護(hù)生物多樣性、林木營(yíng)養(yǎng)積累、森林防護(hù)等7項(xiàng)服務(wù)功能的價(jià)值中，以涵養(yǎng)水源、森林防護(hù)、固碳制氧及保育土壤價(jià)值為主。這與李少寧等[29]在江西大崗得到的其森林生態(tài)系統(tǒng)的主要服務(wù)價(jià)值是涵養(yǎng)水源，及王兵等[30]在遼寧省的生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估中得出的其森林生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能價(jià)值是涵養(yǎng)水源、生物多樣性保護(hù)和固碳制氧價(jià)值的結(jié)果相一致。這可能是因?yàn)樘┥降貐^(qū)林木多以松櫟林為主，森林植被較好，植被多為多淺根性，林下枯落物層較厚，可以涵養(yǎng)更多的水量。泰山作為中外名山，是世界文化與自然雙重的遺產(chǎn)，擁有豐富的植被類型和特有的動(dòng)植物品種，形成以松櫟林為代表的植被分布特征，加之一些年代久遠(yuǎn)文化價(jià)值較高的名木古樹(shù)，使得保護(hù)生物多樣性的服務(wù)功能非常明顯，其價(jià)值相對(duì)較高。泰山森林覆蓋率已達(dá)到92%之多，成為泰山及周邊地區(qū)的天然氧吧，“森林氧吧”也被稱為生態(tài)文明時(shí)代的“金山銀山”，其吸收二氧化碳制造氧氣以及對(duì)人們的呼吸健康起著不可忽視的作用。泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的保育土壤價(jià)值量相當(dāng)可觀，這與泰山地區(qū)森林覆蓋率高，植被根系淺且錯(cuò)綜復(fù)雜以及林下枯落物覆蓋較厚有關(guān)；同時(shí)，這與全國(guó)水土保持區(qū)劃中將泰山劃歸為魯中南低山丘陵“土壤保持”區(qū)的劃分相吻合，突出了泰山森林生態(tài)系統(tǒng)在保育土壤這一服務(wù)功能的重要作用。

4.2 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)松櫟林的服務(wù)功能價(jià)值較高

泰山森林生態(tài)系統(tǒng)以側(cè)柏林和麻櫟林的服務(wù)功能價(jià)值最高，且呈現(xiàn)出松櫟林生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)高于其他林分的變化趨勢(shì)。這可能是因?yàn)閭?cè)柏和麻櫟單位面積生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值較大；其次，泰山是以松櫟林為典型代表植被，其中的側(cè)柏和麻櫟林的面積相對(duì)較大，分布較廣，使得測(cè)算中其生態(tài)效益相對(duì)突出，因此，呈現(xiàn)出側(cè)柏林和麻櫟林的服務(wù)功能價(jià)值最高的結(jié)果。松櫟林生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)高于其他林分的原因可能是泰山地處北方土石山區(qū)，土層比較淺薄，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)貧瘠，而松櫟類等作為淺根性植被具有耐干旱、耐瘠薄，生命力頑強(qiáng)的特點(diǎn)，適合于在泰山地區(qū)生長(zhǎng)；其次，早期泰山地區(qū)植被曾被破壞，在恢復(fù)泰山地區(qū)的植被時(shí)，當(dāng)?shù)卣麓罅膺M(jìn)行了人工植樹(shù)造林，造林的樹(shù)種多以松櫟櫟林為主，這些樹(shù)種表現(xiàn)出良好的適地適樹(shù)的特征，能夠很快適合當(dāng)?shù)氐纳姝h(huán)境，種植以后快速生長(zhǎng)起來(lái)，成為泰山森林生態(tài)系統(tǒng)的主要植被，所以呈現(xiàn)出松櫟類植被生態(tài)服務(wù)價(jià)值較高的趨勢(shì)。

4.3 泰山森林生態(tài)系統(tǒng)以中齡林服務(wù)價(jià)值最高

研究發(fā)現(xiàn)泰山森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值以中齡林價(jià)值最高，并呈現(xiàn)出中齡林>近熟林>幼齡林>成熟林>過(guò)熟林的變化規(guī)律。這主要是因?yàn)樘┥降貐^(qū)的大部分植被是在20世紀(jì)五六十年代人工種植的，經(jīng)過(guò)了幾十年的生長(zhǎng)輪替，很多林木已經(jīng)達(dá)到了中齡或者成熟的階段，這使得中齡林在泰山森林植被中面積相對(duì)較大，在生態(tài)服務(wù)價(jià)值測(cè)算中處于較高的位置。過(guò)熟林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值雖然排在最后，但其單位面積的價(jià)值卻相對(duì)較高，這主要是因?yàn)檫^(guò)熟林的冠幅較大，林木較高，根系豐富，枯落物層較厚，單位面積涵養(yǎng)水源、固碳制氧、凈化大氣環(huán)境和保育土壤等的服務(wù)功能較強(qiáng)；其次，過(guò)熟林多是大樹(shù)，且又多為名木古樹(shù)，歷史悠久，文化價(jià)值深厚，提供的生物多樣性防護(hù)價(jià)值很高，這些因素促使過(guò)熟林的單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高。

5 結(jié)論

本文從涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、凈化大氣環(huán)境、林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、生物多樣性保護(hù)以及森林防護(hù)7項(xiàng)服務(wù)功能對(duì)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值進(jìn)行了定量評(píng)估，得出主要的結(jié)論如下：

(1)泰山森林生態(tài)服務(wù)價(jià)值量為18214.97萬(wàn)元/a，不同的服務(wù)功能價(jià)值量的大小順序?yàn)椋汉B(yǎng)水源>保護(hù)生物多樣性>固碳制氧>保育土壤>森林防護(hù)>林木營(yíng)養(yǎng)積累>凈化大氣環(huán)境，從排序可知泰山森林生態(tài)系統(tǒng)以涵養(yǎng)水源、生物多樣性保護(hù)和固碳制氧價(jià)值為主。

(2)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林種的生態(tài)效益大小順序?yàn)椋簜?cè)柏林>麻櫟林>油松林>赤松林>刺槐林>黑松林>針闊混交林>灌木林>闊葉混交林>經(jīng)濟(jì)林，以側(cè)柏林為最多，經(jīng)濟(jì)林最小，松櫟林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值相對(duì)高于其他林種。泰山森林生態(tài)系統(tǒng)在兼顧經(jīng)濟(jì)林等經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，可適度強(qiáng)化松櫟林的發(fā)展，突出泰山地區(qū)特色林木的生態(tài)效益，對(duì)泰山區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)發(fā)揮重要作用。

(3)泰山森林生態(tài)系統(tǒng)不同林齡的生態(tài)服務(wù)價(jià)值以中齡林為主，并呈現(xiàn)中齡林>近熟林>幼齡林>成熟林>過(guò)熟林的服務(wù)價(jià)值變化規(guī)律，過(guò)熟林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值雖然在本研究中排在最后，但其單位面積的生態(tài)服務(wù)價(jià)值最高。在泰山森林的經(jīng)營(yíng)管理中，在加強(qiáng)對(duì)幼齡林和中齡林的保護(hù)與管理的同時(shí)，要注重對(duì)成熟林和過(guò)熟林的開(kāi)發(fā)與保護(hù)，在不影響充分利用土地資源和其他植被生長(zhǎng)的前提下，應(yīng)盡可能的保留成熟林和過(guò)熟林的數(shù)量，發(fā)揮古樹(shù)名木在旅游、生態(tài)以及經(jīng)濟(jì)效益中的作用。

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An ecosystem services assessment of Tai Mountain

LIU Shengtao1, GAO Peng1,*, LIU Panwei1, NIU Xiang2, WANG Bing2

1ShandongAgriculturalUniversity,CollegeofForestry/TaishanMountainForestEcosystemResearchStation,Tai′an271018,China2ResearchInstituteofForestEcology,EnvironmentandProtection,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China

Forests bring not only economic benefits, but also ecological benefits for humans. With the development of the economy and society, researchers have increasingly studied the ecological value of forests. This study, based at the Tai Mountain Forest Ecological Station, estimated the ecological benefits of Tai Mountain, according to the standards of “Specifications for assessment of forest ecosystem services in China.” Based on water storage, soil conservation, nutrient accumulation, C fixation and O2release, biodiversity conservation, air quality purification, and forest protection, we concluded that the total value was 182.15 million yuan, with the most valuable assets water storage (103.77 million yuan), biodiversity conservation (37.96 million yuan), and C fixation and O2 release (27.36 million yuan). The ecological value of pinewood and oak forest was larger than that of other forest types, and the most valuable forest species in the forest ecosystem of Tai Mountain was Platycladus orientalis. The largest ecological benefit of the forest came from middle-aged forest, which accounted for 35% of the total ecological benefit. Although the per unit value was the largest for mature forest, overall mature forest conferred the smallest ecological benefit.

ecosystems; estimation of ecosystem service; distributed calculations; Tai Mountain

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)課題(2014303-08)；科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)-協(xié)同創(chuàng)新中心-林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心(PXM2016_014207_000038)；全國(guó)第八次山東省森林資源生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估研究(201204101)

2015- 11- 30;

2016- 06- 02

10.5846/stxb201511302396

*通訊作者Corresponding author.E-mail: gaopengy@163.com

劉勝濤，高鵬，劉潘偉，牛香，王兵.泰山森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價(jià)值評(píng)估.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(10):3302- 3310.

Liu S T, Gao P, Liu P W, Niu X, Wang B.An ecosystem services assessment of Tai Mountain.Acta Ecologica Sinica,2017,37(10):3302- 3310.