湘西自治州森林生態(tài)服務(wù)功能評價研究

石光應(yīng)，向玉國，譚子幼

（1湖南省湘西自治州森林資源監(jiān)測中心，湖南 吉首 416000；2湖南省湘西州瀘溪縣自然資源局,湖南 瀘溪 416100）

1 背景

人類的發(fā)展過程中一直是通過對自然資源的利用和改造來發(fā)展的，對于其價值僅限于能直接得到的經(jīng)濟價值，忽視自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的重要性和功能性。因無序和掠奪性開發(fā)，對自然生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴重的負面影響，同時降低了其原有的支持和自我修復(fù)能力，由此產(chǎn)生了眾多的生態(tài)環(huán)境問題。為此，森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究越來越受到全社會的關(guān)注。經(jīng)過眾多學(xué)者的大量研究，對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的內(nèi)涵進行了補充和豐富，提出了比較科學(xué)的評估技術(shù)和評估方法。為客觀、量化、動態(tài)、科學(xué)地評價湘西自治州的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，增強社會環(huán)境的認知程度，突出林業(yè)發(fā)展在生態(tài)文明建設(shè)中的重要作用，我們對湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能價值進行了科學(xué)評估。

2 研究區(qū)域概況

湘西自治州位于湖南省西北部，地處湘、鄂、渝、黔四省的交界之處,酉水中上游和武陵山脈中部，地理位置為東經(jīng) 109°73′-110°10′，北緯 28°32′-29°27′之間。東與懷化市沅陵縣和張家界市相鄰，南與懷化市的麻陽縣相接，西與貴州省銅仁市和重慶市酉陽土家族苗族自治縣、秀山苗族自治縣相連，北與湖北省恩施市來風(fēng)縣和張家界慈利縣相靠。東西寬約170km，南北長約240km，國土面積15462km2，占湖南省總面積的7.3%。湘西自治州管轄龍山縣、永順縣、花垣縣、古丈縣、保靖縣、鳳凰縣、瀘溪縣、吉首市以及湘西經(jīng)濟開發(fā)區(qū)共9個縣市區(qū)，州政府所在地吉首市。州內(nèi)有土家族、苗族、漢族、回族、瑤族、侗族、白族等43個民族，人口297萬。

3 研究方法

本研究以2008年國家林業(yè)局發(fā)布實施的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721_2008)為基礎(chǔ)，對2018年湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護、森林游憩等七項重要的生態(tài)服務(wù)功能進行評價。

3.1 數(shù)據(jù)來源

本次湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價研究數(shù)據(jù)來源于：

(1)湘西自治州十二五森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查(森林資源二類調(diào)查)成果；

(2)湘西自治州林業(yè)局統(tǒng)計的湘西自治州2017年森林資源數(shù)據(jù)更新成果；

(3)湘西自治州統(tǒng)計局、州林業(yè)局、州氣象局、州水利局等部門公布的社會公開資料信息；

(4)公開發(fā)表的學(xué)術(shù)期刊、學(xué)術(shù)論文中同類研究成果等。

本次評價研究計算參照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721_2008)中所推行的社會公開資料信息。

3.2 評估指標(biāo)體系與計算公式及相關(guān)參數(shù)值

本次湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價研究所采用的評估指標(biāo)和計算公式均源于《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721_2008)。

3.2.1 涵養(yǎng)水源

涵養(yǎng)水源功能根據(jù)其監(jiān)測和評估特點劃分為調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)兩個指標(biāo)。

(1)調(diào)節(jié)水量價值：Um=10CvA(P-E-C)

其中：湘西自治州年平均降水量 （P）為1433.2mm·a-1；林分蒸散量（E）由樹種蒸散率的差異以及降水量的不同來計算，各主要森林類型：杉木林、馬尾松、竹林、軟闊林、硬闊林、灌木林、針闊混交林等它們的蒸散率分別是：77.3%，66.0%、65.0%、58.9%、48.1%、65.9%、73.5%。杉木林77.3%，馬尾松66.0%、竹林65.0%、軟闊林58.9%、硬闊林48.1%、灌木林65.9%、針闊混交林73.5%；地表徑流量（C）為11.1 mm·a-1；水庫建設(shè)單位庫容投資 （Cv）為13.15元·m-3。

(2)凈化水質(zhì)價值：Uwq=10KA(P-E-C)其中：水的凈化費用（K）為 2.09元·t-1。

3.2.2 保育土壤

保育土壤的功能主要有固土價值以及保肥價值兩個指標(biāo)。

(1)固土價值：Usm=ACs(X2-X1)/ρ

其中：林地土壤侵蝕模數(shù)（X1）為 50 t·hm-2a-1；無林地土壤侵蝕模數(shù)（X2）為 90 t·hm-2a-1；挖取運輸單位體積土方所需費用（Cs）為50.4元·m-3；林地土壤密度（ρ）為 1.3 t·m-3。

(2)保肥價值：

Uf=A(X2-X1)(NC1/R1+PsC1/R2+KsC2/R3+MsC3)

在這之中：磷酸二銨化肥銷售價格（C1）為3200元·t-1；氯化鉀化肥銷售價格（C2）為 2800元·t-1；有機質(zhì)銷售價格(C3)為 320元·t-1。

3.2.3 固碳釋氧森林固碳釋氧功能包含固碳和釋氧2個指標(biāo)。(1)固碳價值：Uc=A Cc(1.63RcBa+Fsc)

其中：林分凈生產(chǎn)力（Ba）為：杉木 9.6263、馬尾松9.5664、闊葉樹 10.4786、柏木 8.5664、國外松8.5664、楊樹 12.1485、桉樹 12.1485、三杉 9.2236、竹林11.5637、經(jīng)濟林 4.3563、灌木林 2.9653（t·hm-2a-1)，固碳價格（Cc）為1200元·t-1；單位面積林分土壤年固碳量（Fsc）為 0.1908 t·hm-2a-1。

(2)釋氧價值：Uo=1.19CoABa

其中：氧氣市場價格（Co）為 1000元·t-1。

3.2.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)

本次研究選用N、P、K的積累指標(biāo)來反映森林生態(tài)系統(tǒng)的積累營養(yǎng)物質(zhì)功能。

Un=A Ba(NtC1/R1+PtC2/R2+KC3/R3)

3.2.5 凈化大氣環(huán)境

精華大氣環(huán)境的價值主要包括提供負離子、吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物、滯塵等五個指標(biāo)。

(1)供負離子價值：Uni=[5.256×1015×AHKni(Qni-600)]/L

其中：每個負離子的產(chǎn)生價值（Kni）為5.8185×10-18元；林分負離子密度（Qni）為針葉林每立方厘米1507個、闊葉林每立方厘米1161個、竹林每立方厘米1135個、經(jīng)濟林每立方厘米682個、灌木林每立方厘米614個，負離子壽命L為10min，林分高度（H）為杉、松、闊平均 12m，經(jīng)濟林5m，竹類 8m，灌木林3m。

(2)吸收二氧化硫價值：Uso=KsoQsoA

其中：二氧化硫治理費用（Kso）為 1.2元·kg-1；單位面積林分年吸收二氧化硫量（Qso）為闊葉林、竹林、經(jīng)濟林、 灌木林 88.65kg·hm-2a-1，針葉林215.6kg·hm-2a-1。

(3)吸收氮氧化物價值：Uno=KnoQnoA

其中：氮氧化物治理費用（Kno）為 0.63元·kg-1；單位面積林分年吸收氮氧化物量Qno為6kg·hm-2a-1。

(4)吸收氟化物價值：Uhf=KhfQhfA

其中：Khf—氟化物治理費用(0.69元·kg-1)，Qhf—單位面積林分年吸收氟化物量為闊葉林、竹林、經(jīng)濟林、灌木林 4.65kg·hm-2a-1，針葉林 0.5kg·hm-2a-1，Kdc取 0.15元·kg-1；

(5)滯塵價值：Udc=KdcQdcA

其中：降塵清理費用（Kdc）為 0.15元·kg-1；單位面積林分年滯塵量（Qdc）為闊葉林、經(jīng)濟林、灌木林10110kg·hm-2a-1，針葉林33200kg·hm-2a-1，竹林60kg·hm-2a-1。

3.2.6 生物多樣性保護

生物多樣性保護功能的物種保育指標(biāo)計算采用Shannon-Wiener指數(shù)計算方法。Us=SsA

其中：單位面積年物種損失機會成本（Ss）為物種保育價值參數(shù)，按照Shannon-Wiener指數(shù)劃分為6個等級： 指數(shù)＜1時，Ss為 5000元·hm-2a-1；1≦指數(shù)＜2時，Ss為 10000元·hm-2a-1；2≦指數(shù)＜3時，Ss為 20000元·hm-2a-1；3≦指數(shù)＜4 時，Ss為 30000元·hm-2a-1；4≦指數(shù)＜5 時，Ss為 40000元·hm-2a-1；指數(shù)≧5時，Ss為50000元·hm-2a-1

4 研究結(jié)果與分析

4.1 涵養(yǎng)水源功能

根據(jù)下表我們可以看出：湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源的合計數(shù)量是53887.3萬m3·a-1,調(diào)節(jié)水量價值為7086190.8萬元·a-1，凈化水質(zhì)價值為1126246.2萬元·a-1，涵養(yǎng)水源總價值為8212437.7萬元·a-1。其中，闊葉樹樹種組涵養(yǎng)水源總價值最大，為2939254萬元·a-1，三杉樹種組涵養(yǎng)水源總價值最小，為 128.8萬元·a-1。

表1 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能價值統(tǒng)計表 單位：hm2、wm3·a-1、萬元·a-1

4.2 保育土壤功能

本次評估結(jié)果(表2)表明：湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)固土能力為4313.5萬t·a-1，固土價值167231.6萬元·a-1，保肥量中氮為 5.65萬 t·a-1、磷為 0.81萬 t·a-1、鉀為4.92萬t·a-1、 有機物為93.60萬t·a-1，保肥價值203846.0萬元·a-1，保育土壤價值 371077.7萬元·a-1。

表2 湘西州森林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤功能價值統(tǒng)計表 單位：hm2、wt·a-1、萬元·a-1

4.3 固碳釋氧功能

本次評估結(jié)果(表3)表明：湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)固碳量為373.9萬t·a-1，固碳價值448624.8萬元·a-1，釋氧量 1056.0萬 t·a-1，釋氧價值 1055950.5萬元·a-1，固碳釋氧總價值1504575.3萬元·a-1。其中：闊葉樹樹種組固碳釋氧價值最大，為469305.8萬元·a-1，三杉樹種組固碳釋氧價值最小，為42.1萬元·a-1。

表3 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)固碳釋氧功能價值統(tǒng)計表 單位：hm2、wt·a-1、萬元·a-1

4.4 積累營養(yǎng)物質(zhì)功能

從表4中我們可以看出：湘西自治州森林生態(tài)系 統(tǒng) 對 N、P、K的積累量分別為12930.2 t·a-1、8335.5 t·a-1、10719.2 t·a-1，積累營養(yǎng)物質(zhì)總價值為9806.4萬元·a-1。其中：闊葉樹樹種組積累營養(yǎng)物質(zhì)價值量最大，為3048.1萬元·a-1，三杉樹種組積累營養(yǎng)物質(zhì)價值量最小，為0.3萬元·a-1。

表4 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)積累營養(yǎng)物質(zhì)功能價值統(tǒng)計表 單位：hm2、wt·a-1、萬元·a-1

4.5 凈化大氣環(huán)境功能

本次評估結(jié)果(表5)表明：湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)負氧離子4082812×1018個·a-1；吸收硫化物 164791 t· a-1、 氟化物 2752.5 t·a-1、 氮氧化物6470.4 t·a-1；滯塵 23440613.3t·a-1；凈化大氣環(huán)境總價值374357.4萬元·a-1。其中，馬尾松樹種組凈化大氣環(huán)境功能總價值最大，為147420.5萬元·a-1，三杉樹種組凈化大氣環(huán)境功能總價值最小，為14.2萬元·a-1。

4.6 生物多樣性保護功能

本次評估按照Shannon-Wiener指數(shù)計算方法對湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護功能價值進行推算。推算結(jié)果表明：湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護功能價值為3036936.9萬元·a-1。在這之中，其生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護功能價值最高的是闊葉樹樹種組，為1316066.0萬元·a-1，三杉樹種組生物多樣性保護功能價值為53.8萬元·a-1。

表5 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)凈化大氣環(huán)境功能價值統(tǒng)計表 單位：hm2、1018 個·a-1、t·a-1、萬元·a-1

表6 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護功能價值統(tǒng)計表 單位： hm2、萬元·a-1

4.7 森林游憩功能

森林游憩功能屬于森林的社會效益,可以帶動人們的消費活動,帶來相當(dāng)高的經(jīng)濟收入。湘西自治州是全國著名的旅游風(fēng)景區(qū),森林旅游資源也非常豐富,旅游帶來的收入也非常可觀,由于條件限制,本研究僅通過湘西自治州2017年的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報旅游收入來確定森林游憩的價值。其中：湘西自治州全年共接待國內(nèi)游客4450萬人次,其國內(nèi)旅游實現(xiàn)收入高達321.5億元。另有高達37.2萬人次的來自國外游客,實現(xiàn)旅游創(chuàng)匯收入達5529萬美元。

4.8 湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值

綜上所述，2018年湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值為16724190.7萬元·a-1。七項功能價值表現(xiàn)為涵養(yǎng)水源8212437.2 萬元·a-1＞森林游憩3215000萬元·a-1＞生物多樣性保護3036936.9萬元·a-1＞固碳釋氧1504575.3萬元·a-1＞凈化大氣環(huán)境374357.2萬元·a-1＞保育土壤371077.7萬元·a-1＞積累營養(yǎng)物質(zhì) 9806.4萬元·a-1，分別占總價值的 49.11%、19.22%、18.16%、9.00%、2.24%、2.22%、0.06%。湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能單位面積價值為15.5萬元·hm-2a-1。

5 結(jié)論

本次對湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價研究是基于2017年湘西自治州森林資源數(shù)據(jù)更新數(shù)據(jù)做出的。總體來看，湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值與森林面積、森林類型以及森林質(zhì)量密切相關(guān)。林業(yè)用地生產(chǎn)能力較高、林分質(zhì)量較好，森林健康狀況優(yōu)的森林，所帶來的服務(wù)功能價值也顯著提高。

為此，建議湘西自治州在森林經(jīng)營管理中，要大力發(fā)展森林游憩和生態(tài)旅游，要重視闊葉林的培育與管理，強化次生林的經(jīng)營，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域生態(tài)需求變化加強森林結(jié)構(gòu)調(diào)整，完善湘西自治州森林林相結(jié)構(gòu)；同時要加強森林生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測，把握森林資源動態(tài)變化及其服務(wù)功能辯護趨勢，為湘西自治州森林生態(tài)系統(tǒng)的保護和可持續(xù)利用提供科學(xué)的決策依據(jù)。