烏吉斯古楞，韓海榮，康峰峰

(北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 l00083)

森林是人類和多種生物賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)［l］，是地球生物圈的重要組成部分，是可再生資源，也是可再生能源，是維護(hù)生態(tài)平衡的重要調(diào)節(jié)器［2］。它具有豐富的物種、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和生態(tài)過(guò)程，是自然界的有機(jī)碳貯庫(kù)、基因庫(kù)、資源庫(kù)、蓄水庫(kù)和能源庫(kù)，在改善生態(tài)環(huán)境，維持生態(tài)平衡，保護(hù)人類生存發(fā)展的基本環(huán)境中起著決定性和不可替代的作用［3］。由于對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其重要性缺乏足夠了解，帶來(lái)了林業(yè)經(jīng)營(yíng)上的失誤，導(dǎo)致森林資源破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重?fù)p害了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，進(jìn)而威脅國(guó)家生態(tài)安全，危及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［2］。森林的興衰直接關(guān)系到全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，也直接影響生態(tài)環(huán)境［4］，因此維持與保育生態(tài)系統(tǒng)特別是森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)［5］?？陀^、科學(xué)地評(píng)估森林的生態(tài)服務(wù)功能，能夠提高人們的環(huán)境意識(shí)、促進(jìn)將森林資源被納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)核算體系的進(jìn)程，對(duì)森林資源合理利用及其保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

l 研究區(qū)概況

l.l 自然地理概況

太岳山林區(qū)是山西省省直屬九大林區(qū)之一，位于山西省中南部，屬太行山系，地處東經(jīng)l l l°45'至l l2°33'，北緯 36°l8'至 37°05'。該區(qū)屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫約8℃，日均溫≥l0℃以上的年積溫在2 500℃ ～3 000℃之間，年均降水量約650 mm，7月～9月份降水量占全年的70%以上，相對(duì)濕度60% ～65%，年均日照2 500 h～2 700 h，無(wú)霜期l00 d～l50 d。林地土壤多為褐土和棕壤，局部有亞高山草甸土。

l.2 森林資源現(xiàn)狀

太岳山為我國(guó)暖溫帶落葉闊葉林的典型代表地區(qū)之一?？偨?jīng)營(yíng)面積l46 252.4 hm2，其中林業(yè)用地面積為l43 633.9 hm2。森林覆蓋率為79.0%。其主要樹(shù)種為油松(Pinus tabulaeformis)，華北落葉松(Larix principis-rupprechtii)，遼東櫟(Querces liaotungensis)等。

2 研究方法

本文采用中華人民共和國(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》［6］(LY/Tl72l-2008)為依據(jù)，綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等理論方法為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估的理論與方法，以太岳山國(guó)有林管理局2004年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，定量分析和評(píng)估太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、營(yíng)養(yǎng)積累、凈化環(huán)境和生物多樣性保護(hù)6項(xiàng)主要功能l2個(gè)指標(biāo)的物質(zhì)量及其價(jià)值量。

2.l 涵養(yǎng)水源價(jià)值計(jì)算

森林涵養(yǎng)水源功能可分為調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)2個(gè)指標(biāo)來(lái)計(jì)算。

l)調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值

森林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值根據(jù)水庫(kù)工程的蓄水成本(影子工程法)來(lái)確定，采用如下公式計(jì)算:

式中:U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值，單位:元·a-l;C庫(kù)為水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)，單位:元·m-3;P為林外降水量，單位:mm·a-l;E為林分蒸散量，單位:mm·a-l;C為地表徑流量，單位:mm·a-l;A為林分面積，單位:hm2。

2)凈化水質(zhì)價(jià)值

森林生態(tài)系統(tǒng)年凈化水質(zhì)價(jià)值根據(jù)凈化水質(zhì)工程的成本(替代工程法)計(jì)算，采用如下公式計(jì)算:

式中:U水質(zhì)為林分年凈化水質(zhì)價(jià)值，單位:元·a-l;

K水質(zhì)為水的凈化費(fèi)用，單位:元·a-l。

2.2 保育土壤價(jià)值計(jì)算

森林保育土壤價(jià)值可分為森林固土效益和森林保肥效益兩個(gè)方面。

l)森林年固土價(jià)值

根據(jù)蓄水成本(替代工程法)來(lái)計(jì)算林分年固土價(jià)值，公式為:

式中:Xl為有林地土壤侵蝕模數(shù)，單位:t·hm-2·a-l:X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)，單位:t·hm-2·a-l;A為林分面積，單位:hm2:U固土為林分年固土價(jià)值，單位:元·a-l;C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用，元·m-3;ρ為林地土壤容重，單位:t·m-3;

2)森林年保肥價(jià)值

年固土量中N，P，K的數(shù)量換算成化肥的價(jià)值即為林分年保肥價(jià)值。林分年保肥價(jià)值以年固土量中N，P，K的數(shù)量折合成磷酸二銨化肥和氯化鉀化肥的價(jià)值來(lái)體現(xiàn)，公式為:

式中:N為土壤含氮量，單位:%:P為土壤含磷量，單位:%:K為土壤含鉀量，單位:%:U肥為林分年保肥價(jià)值，單位:元·a-l;M為森林土壤有機(jī)質(zhì)含量，單位:%:Rl為磷酸二銨化肥含氮量，單位:%:R2為磷酸二銨化肥含磷量，單位:%:R3為氯化鉀化肥含鉀量，單位:%:Cl為磷酸二銨化肥價(jià)格，單位:元·t-l;C2為氯化鉀化肥價(jià)格，單位:元·t-l;C3為有機(jī)質(zhì)化肥價(jià)格，單位:元·t-l。

2.3 固碳釋氧價(jià)值計(jì)算

根據(jù)光合作用化學(xué)方程式，森林植被每積累lg干物質(zhì)，可以固定 l.63gCO2，釋放 l.l9gO2。

l)森林年固碳價(jià)值

式中:B年為林分凈生產(chǎn)力，單位:t·hm·a;R碳為CO2中碳的含量，為27.27%:A為林分面積，單位:hm2:U碳為林分年固碳價(jià)值，單位:元·a-l;C碳為固碳價(jià)格，單位:元·t-l。

2)森林年釋氧價(jià)值

式中:U氧為林分年釋氧價(jià)值，單位:元·a-l;C氧為氧氣價(jià)格，單位:元·t-l。

2.4 積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值計(jì)算

采用把營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)折合成磷酸二銨化肥和氯化鉀化肥的方法計(jì)算林木營(yíng)養(yǎng)年積累價(jià)值，公式為:式中:B年為林分凈生產(chǎn)力，單位:t·hm-2·a-l;A為林分面積，單位:hm2:U營(yíng)養(yǎng)為林分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)年積累價(jià)值，單位;元·a-l;Rl為磷酸二銨含氮量，單位:%;R2為磷酸二銨含磷量，單位:%;R3為氯化鉀含鉀量，單位:%;Cl為磷酸二銨化肥價(jià)格，單位:元·t-l;C2為氯化鉀化肥價(jià)格，單位:元·t-l。

2.5 凈化大氣環(huán)境價(jià)值計(jì)算

l)吸收污染物指標(biāo)

①森林年吸收二氧化硫價(jià)值

式中:Q二氧化硫?yàn)閱挝幻娣e林分年吸收二氧化硫量，單位:kg·hm-2·a-l;A為林分面積，單位:hm2:U二氧化硫?yàn)榱址帜晡斩趸騼r(jià)值，單位:元·a-l;K二氧化硫?yàn)槎趸虻闹卫碣M(fèi)用，單位:t·kg-l;

②森林年吸收氟化物價(jià)值

式中:Q佛化物為單位面積林分年吸收氟化物量，單位:kg·hm-2·a-l;為林分年吸收氟化物價(jià)值，單位:元·a-l:K佛化物為氟化物治理費(fèi)用，元·kg-l:

③森林年吸收氮氧化物價(jià)值

式中:Q氮氧化物為單位面積林分年吸收氮氧化物量，單位:kg·hm-2·a-l;U氮氧化物為林分年吸收氮氧化物價(jià)值，單位:元·a-l:K氮氧化物為氮氧化物治理費(fèi)用，單位:元·kg-l:

2)滯塵指標(biāo)

森林年滯塵價(jià)值

式中:Q滯塵為單位面積林分年滯塵量，單位:kg·hm-2·a-l;U滯塵為林分年滯塵價(jià)值，單位:元·a-l;K滯塵為降塵清理費(fèi)用，單位:元·kg-l。

2.6 生物多樣性保護(hù)價(jià)值計(jì)算

森林生態(tài)系統(tǒng)的物種保育價(jià)值采用引入物種瀕

危系數(shù)的Shannon-Wiener指數(shù)法計(jì)算:

式中:U總為林分年物種保育價(jià)值，單位:元·a-l:Ei為評(píng)估林分或區(qū)域內(nèi)物種i的瀕危分值:n為物種數(shù)量:S單為單位面積年物種損失的機(jī)會(huì)成本，單位:元·hm-2·a-l;A為林分面積，單位:hm2。

3 結(jié)果與分析

3.l 計(jì)算結(jié)果

3.l.l 涵養(yǎng)水源價(jià)值

因?yàn)樯謨?nèi)地表徑流量很小，可忽略不計(jì)［7］。太岳林區(qū)年均降水量為650 mm，林區(qū)蒸發(fā)散占年降水量的比例為60%［7］。單位庫(kù)容造價(jià)為6.l l元·t-l，水的凈化費(fèi)用為 2.09 元·t-l［6］。根據(jù)公式(l)、(2)計(jì)算得出，2004年太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)總涵養(yǎng)水量為60 06l.35萬(wàn)m3·a-l，調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值l83 508.45萬(wàn)元·a-l，凈化水質(zhì)價(jià)值62 764.l l萬(wàn)元·a-l，涵養(yǎng)水源總價(jià)值為246 272.56萬(wàn)元·a-l。

3.l.2 保育土壤價(jià)值

研究區(qū)無(wú)林地土壤的侵蝕模數(shù)為43.27 t·hm-2·a-l，林地土壤侵蝕模數(shù)為 l.5l t·hm-2·a-l［8］，挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需要費(fèi)用為l2.6 元·m-3［6］，根據(jù)公式(3)計(jì)算得出太岳山國(guó)有林管理局林分年固土量為4 823 388.58 t，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值為5 l28.94萬(wàn)元。磷酸二銨化肥、氯化鉀化肥和有機(jī)質(zhì)的價(jià)格分別為2 400元·t-l、2 200元·t-l和320元·t-l［6］。根據(jù)公式(4)計(jì)算得出，太岳山國(guó)有林管理局森林年保肥價(jià)值為40 l78.07萬(wàn)元，因此，太岳山國(guó)有林管理局森林保育土壤總價(jià)值為45 307.0l萬(wàn)元。

3.l.3 固碳釋氧價(jià)值

固碳價(jià)格l 200元· t-l，制造氧氣價(jià)格l 000元·t-l［6］。根據(jù)式(5)、(6)計(jì)算得到 2004 年太岳山國(guó)有林管理局森林年固碳制氧總價(jià)值為206 643.25萬(wàn)元，其中，植被年固碳量為532 975.89 t，固碳價(jià)值為63 957.l l萬(wàn)元，森林年釋氧量為l 426 86l.38 t，釋放氧氣價(jià)值為l42 686.l4萬(wàn)元。

3.l.4 積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值

根據(jù)不同樹(shù)種的凈初級(jí)生產(chǎn)力［9～l2］及其林木營(yíng)養(yǎng)元素含量［ll～l3］，參照磷酸二銨的含 N量、含 P量，氯化鉀的含K量及其價(jià)格，得出林木對(duì)N、P、K的積累量分別為l3 475.7 t·a-l、2 449.8 t·a-l、4 484.6 t·a-l。根據(jù)式(7)計(jì)算得出，2004 年太岳山國(guó)有林管理局森林年積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總價(jià)值為28 99l.58萬(wàn)元。

3.l.5 凈化大氣環(huán)境價(jià)值

根據(jù)《中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告》［l4］，闊葉林對(duì)二氧化硫的吸收能力值為88.65 kg·hm-2·a-l，柏類 4l l.6 kg·hm-2·a-l，杉類 l l7.6 kg·hm-2·a-l，松林 l l7.6 kg·hm-2·a-l，平均為2l5.6 kg·hm-2·a-l。針葉林的滯塵能力值為33.2 t·hm-2·a-l，闊葉林的滯塵能力為 l0.l l t·hm-2·a-l。

針葉林平均吸收HF的能力為0.5 kg·hm-2·a-l，闊葉林平均吸收HF的能力為4.65 kg·hm-2·a-l。針葉林平均吸收氮氧化物的能力為6.0 kg·hm-2·a-l，闊葉林平均吸收氮氧化物的能力為6.0 kg·hm-2·a-l［l5］。根據(jù)式(8)、(9)、(l0)、(l l)得到2004年太岳山國(guó)有林管理局森林年吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物量分別為l5 237 78l.3 kg、240 869.6 kg 和 693 0l5.6 kg，滯 塵 量 為2 8l5 842 379 kg，森林凈化大氣環(huán)境總價(jià)值為44 l26.45萬(wàn)元。

3.l.6 生物多樣性保護(hù)價(jià)值

森林物種保育價(jià)值根據(jù)Shannon-wiener指數(shù)計(jì)算，共劃分為7級(jí):當(dāng)指數(shù)＜l時(shí)，S單為3 000元·hm-2·a-l:當(dāng)l≤指數(shù) ＜2 時(shí)，S單為5 000元·hm-2·a-l:當(dāng)2≤指數(shù) ＜3 時(shí)，S單為l0 000元·hm-2·a-l:當(dāng)3≤指數(shù)＜4時(shí)，S單為20 000元·hm-2·a-l:當(dāng)4≤指數(shù)＜5時(shí)，S單為30 000元·hm-2·a-l:當(dāng)5≤指數(shù)＜6時(shí)，S單為40 000元·hm-2·a-l:當(dāng)指數(shù)≥6時(shí)，S單為50 000元·hm-2。太岳林區(qū)油松、華北落葉松、遼東櫟、側(cè)柏、白樺和山楊林的Shannon-wiener指 數(shù) 為 0.536、0.664、0.4l7、0.536、l.277 和0.788［l6］。采用 Shannon-wiener指數(shù)的“指數(shù) ＜ l”(3 000元·hm-2)和“l(fā)≤指數(shù) ＜2”(5 000元/hm-2)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)式(l2)得到2004年太岳山國(guó)有林管理局森林年物種保育價(jià)值為37 665.70萬(wàn)元。

3.l.7 太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)服務(wù)功能間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值

根據(jù)價(jià)值量的體現(xiàn)形式，可以把森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價(jià)值分為直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值和間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值［l7］。直接價(jià)值是指人們對(duì)森林資源的直接利用而產(chǎn)生的價(jià)值，主要以林木、林副產(chǎn)品價(jià)值和游憩價(jià)值來(lái)體現(xiàn)。而間接價(jià)值主要表現(xiàn)為森林的生態(tài)功能，是容易被人們所忽視，而又難以商品化的價(jià)值。本文對(duì)太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、物種保育等間接價(jià)值進(jìn)行了估算。太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總生態(tài)價(jià)值為上述l2分項(xiàng)之和，每年為6 090 06.55萬(wàn)元，單位面積價(jià)值為5.27萬(wàn)元·hm-2。

3.2 比較分析

太岳林區(qū)是山西省森林覆蓋率最大的林區(qū)，太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值占山西省森林生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值的5.78%。涵養(yǎng)水源價(jià)值占全省森林涵養(yǎng)水源價(jià)值的7.28%、保育土壤價(jià)值占全省森林保育土壤價(jià)值的2.09%、固碳釋氧價(jià)值占全省森林固碳釋氧價(jià)值的l2.26%、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值占全省森林積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)價(jià)值的l l.48%、凈化大氣環(huán)境價(jià)值占全省森林凈化大氣環(huán)境價(jià)值的5.38%、物種保育價(jià)值占全省森林物種保育價(jià)值的l.69%(表l)。

表l 太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各指標(biāo)的價(jià)值對(duì)全省的比較Table l The contrast of Taiyue Administration and theprovince's forest ecosystem services index value

雖然占的比例都不算高，但是太岳山國(guó)有林管理局森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積價(jià)值比山西省森林單位面積價(jià)值 3.l3 萬(wàn)元·hm-2［l8］要高很多，也高于全國(guó)4.26 萬(wàn)元·hm-2的水平［l8］，低于云南省 6.77 萬(wàn)元·hm-2［l9］的水平。油松和遼東櫟是太岳林區(qū)的主要森林類型，其服務(wù)功能總價(jià)值排在太岳林區(qū)所有森林類型的第l和第2位(表2)，二者價(jià)值之和是72.58%。油松林單位面積價(jià)值為5.7l萬(wàn)元·hm-2，高于山西省油松林單位面積服務(wù)功能價(jià)值4.64 萬(wàn)元·hm-2［20］。據(jù)靈空山林場(chǎng)森林面積為4 l0l.9hm2［7］，算出靈空山林場(chǎng)森林生態(tài)價(jià)值為2.2億元，占太岳林區(qū)森林生態(tài)價(jià)值的3.6%。

表2 太岳山國(guó)有林管理局不同樹(shù)種生態(tài)服務(wù)價(jià)值Table 2 The forest ecosystem services value of different tree species in Taiyue Administration

4 結(jié)論

綜上所述，2004年太岳山國(guó)有林管理局森林水源涵養(yǎng)、保育土壤、固碳制氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累、凈化空氣、生物多樣性保護(hù)的總生態(tài)價(jià)值每年為609 006.55萬(wàn)元，其中涵養(yǎng)水源的價(jià)值最大，占總生態(tài)價(jià)值的40.44%，固碳釋氧、保育土壤、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保的價(jià)值分別占33.93%、7.44%、4.8%、7.25% 和 6.l8%。各服務(wù)功能價(jià)值排序?yàn)楹B(yǎng)水源＞固碳釋氧＞保育土壤＞凈化大氣環(huán)境＞生物多樣性保護(hù)＞積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

太岳山國(guó)有林管理局不同樹(shù)種面積排序?yàn)?油松＞遼東櫟＞落葉松＞側(cè)柏＞白樺＞山楊。不同樹(shù)種所提供的生態(tài)服務(wù)功能總價(jià)值量排序?yàn)?油松＞遼東櫟＞落葉松＞側(cè)柏＞白樺＞山楊。不同樹(shù)種提供的生態(tài)服務(wù)功能單位面積價(jià)值量排序?yàn)?油松＞白樺＞側(cè)柏＞遼東櫟＞落葉松＞山楊(表2)。因此，森林資源的面積很大程度上決定著森林生態(tài)服務(wù)功能的總量。油松林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值較大跟分布面積最大有直接關(guān)系。

森林結(jié)構(gòu)與功能有密切相關(guān)。建群種比率對(duì)喬灌最大截留量、枯落物持水量、土壤入滲速率、土壤養(yǎng)分、土壤侵蝕、物種多樣性影響較大，而密度的影響較小?；旖涣滞葐螌咏Y(jié)構(gòu)的純林生產(chǎn)力更高，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，效能更全面。森林結(jié)構(gòu)不同，所提供的凋落物種類不同，化學(xué)成分也不同，從而直接或間接的影響著土壤肥力。林齡也是決定土壤質(zhì)量的重要因子。不同林齡對(duì)土壤肥力要求不同，因此土壤質(zhì)量也有一定的差異性。對(duì)于同一植被類型，由于結(jié)構(gòu)的不同、年齡不同，其生態(tài)功能也不同。一個(gè)健康的森林具有較高的森林生產(chǎn)力和豐富的生物多樣性，從而具有防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、水土保持、凈化空氣、固碳釋氧、景觀效果等生態(tài)功能最大化，最優(yōu)化。本研究對(duì)森林生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估是采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的初步嘗試，未考森林結(jié)構(gòu)、年齡、起源以及森林的健康狀況等因素對(duì)生態(tài)服務(wù)功能的影響，故評(píng)估指標(biāo)體系和方法有待于進(jìn)一步完善與細(xì)化。

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