陳花丹 何東進 游巍斌 蔡昌棠 劉進山 趙敬東 肖石紅 紀志榮 黃彬彬

(1.福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002；2.天寶巖國家級自然保護區(qū)，福建 永安 366032)

基于能值分析的天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價

陳花丹1何東進1游巍斌1蔡昌棠2劉進山2趙敬東1肖石紅1紀志榮1黃彬彬1

(1.福建農(nóng)林大學林學院，福建 福州 350002；2.天寶巖國家級自然保護區(qū)，福建 永安 366032)

借鑒國內(nèi)研究成果結(jié)合天寶巖國家級自然保護區(qū)實際，將其森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分為支持服務(wù)(包括有機質(zhì)生產(chǎn)、營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán))、供給服務(wù)(包括原材料)、調(diào)節(jié)服務(wù)(包括涵養(yǎng)水源、凈化空氣、固碳釋氧、固土保肥)、文化服務(wù)(包括科研服務(wù)、生態(tài)旅游)，采用能值分析理論對其森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能值進行貨幣價值估算。結(jié)果表明，天寶巖自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總能值3.22×1020sej/a，能值價值2.96億元/a，其中支持服務(wù)能值1.44×1019sej/a，價值 1 320 萬元/a；供給服務(wù)能值1.00×1020sej/a，價值 9 200 萬元/a；調(diào)節(jié)服務(wù)能值1.93×1020sej/a，價值1.77億元/a；文化服務(wù)能值1.44×1019sej/a，價值 1 320 萬元/a。各項服務(wù)功能價值大小順序為：凈化空氣>原材料>固土保肥>固碳釋氧>涵養(yǎng)水源>科研服務(wù)>有機質(zhì)生產(chǎn)>營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)>生態(tài)旅游。生物遺傳信息的服務(wù)功能能值4.43×1021sej，價值達40.7億元。

自然保護區(qū)；森林生態(tài)系統(tǒng)；服務(wù)功能；能值貨幣價值；能值分析；天寶巖

森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類從森林生態(tài)系統(tǒng)中獲得的各種惠益，包括支持服務(wù)(如有機質(zhì)生產(chǎn)、營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán))、供給服務(wù)(如食物、水、原材料)、調(diào)節(jié)服務(wù)(如調(diào)控洪澇、干旱；控制土地侵蝕)和文化服務(wù)(如消遣、精神、宗教以及其他方面的非物質(zhì)惠益)[1]。2001年，由聯(lián)合國發(fā)起的千年生態(tài)系統(tǒng)評估(millennium ecosystem assessment，MA)促使各國廣泛關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價。學術(shù)界對于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的存在形式及評價方法具有不同看法，使得生態(tài)服務(wù)功能如何定價成為困擾生態(tài)學家和經(jīng)濟學家的難題[2-5]。目前，有關(guān)這方面的研究已取得一系列成果[6-9]。20世紀80年代，著名生態(tài)學家H.T.Odum提出能值(emergy)概念，充分考慮了環(huán)境資源對生態(tài)系統(tǒng)的重要作用，并在繼承和發(fā)展生態(tài)學與經(jīng)濟學定量研究思想的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了以能量為核心的系統(tǒng)分析方法—能值分析方法。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的能值分析是將生態(tài)系統(tǒng)中不同類型的生態(tài)服務(wù)功能的能量和物種轉(zhuǎn)換成同一種基本測度單位—太陽能值(solar emergy)，再進行評價與分析。該方法汲取傳統(tǒng)經(jīng)濟學和生態(tài)學方法的優(yōu)點，在解決不同服務(wù)功能類型之間能量無法進行核算問題的同時，也解決了能量流、物質(zhì)流、價值流三者的綜合與核算難題，為生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的定量研究開拓了一條新途徑[10]，并成為生態(tài)資本和生態(tài)服務(wù)價值評價研究中最常用的方法之一[10-13]。

天寶巖國家級自然保護區(qū)是我國少有的物種基因庫和小區(qū)域生物多樣性較為豐富的地區(qū)之一，也是我國中亞熱帶地區(qū)保存比較完好的生態(tài)系統(tǒng)之一。本研究應(yīng)用能值理論分析方法結(jié)合生態(tài)學理論，從支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)以及文化服務(wù)4大類對天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行能值分析計算，以期為天寶巖國家級自然保護區(qū)、福建省乃至全國其他自然保護區(qū)的科學管理及可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

天寶巖國家級自然保護區(qū)位于福建省永安市境內(nèi)，地處東經(jīng)117.51°～117.58°，北緯25.91°～26.96°。1988年建立省級自然保護區(qū)，2003年晉升為國家級自然保護區(qū)，2009年加入“中國生物圈保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)”(CBRN)組織。保護區(qū)系戴云山余脈，屬中、低山地貌，最高海拔 1 604.8 m，最低海拔580 m，相對高差 1 024.8 m，總面積 11 015 hm2，其中林地總面積 10 663 hm2，森林覆蓋率達98%，活立木總蓄積量 928 274 m3。屬中亞熱帶海洋性季風氣候，四季分明，溫暖濕潤，光、熱、水條件優(yōu)越。平均氣溫15℃，1月份平均氣溫5℃，極端最低氣溫-11℃，7份平均氣溫23℃，極端最高氣溫40℃；平均降水量 2 039 mm/a ，多集中于5—9月，年平均相對濕度80%以上。在植物區(qū)系上屬于泛北極植物區(qū)，保存著較為原始的森林植物、相對完整的生態(tài)系統(tǒng)，被有關(guān)專家譽為“天然的生物種質(zhì)基因庫”。該地區(qū)森林類型的地帶性植被是中亞熱帶常綠闊葉林，主要植被類型的面積和所占比例見表1。

表1 天寶巖國家級自然保護區(qū)植被類型[14]

2 研究方法

結(jié)合天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)環(huán)境背景特征，以MA生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估框架為基礎(chǔ)，借鑒前人的研究[1,15]，將天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分為支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)，并結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲得性，建立天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價指標體系。本研究以2010年天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行估算分析，文中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于實地考察、查閱《福建省天寶巖自然保護區(qū)綜合科學考察報告》、參照文獻資料的數(shù)據(jù)與計算公式[12,16-17]以及本課題組前期研究基礎(chǔ)[9,14]。選用最佳計算公式對該生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評價指標原始數(shù)據(jù)，即各項生態(tài)服務(wù)功能總量及總能量進行計算，得到各項生態(tài)服務(wù)功能總量或折算成能量后，通過能值轉(zhuǎn)化率計算出其能值(太陽能值(sej)=原始數(shù)據(jù)(J或g)×能值轉(zhuǎn)換率(sej/J或sej/g))，并將能值通過能值貨幣轉(zhuǎn)換率換算(貨幣價值($)=太陽能值(sej)/能值貨幣轉(zhuǎn)換率(sej/$))，最終得到各項生態(tài)服務(wù)功能的貨幣價值，實現(xiàn)對天寶巖自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的定量評價。本研究采用的人民幣與美元換算比率為：1美元=6.2人民幣元，全球面積為5.1×108km2，能值貨幣轉(zhuǎn)換率統(tǒng)一采用福建能值貨幣比率6.75×1012sej/$[18]。各項生態(tài)服務(wù)功能總量及總能量的計算方法見表2。

表2 天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)各項生態(tài)服務(wù)功能總量及總能量計算方法

3 結(jié)果與分析

根據(jù)能值理論，在自然生態(tài)系統(tǒng)中富集的物種是經(jīng)歷了數(shù)十億年進化后演變而來的，在此過程中，各物種累積了大量的能值，這些能值輸入到各種不同分類單位的儲藏基因信息中，表明當今存在的物種是歷史積累的結(jié)果。由于從能值角度對生物遺傳信息功能能值價值進行評價是以其存在的物種為基礎(chǔ)，因此所得到的能值價值量不宜作為某一年生態(tài)系統(tǒng)的能量輸出和服務(wù)貢獻，而應(yīng)被視為該生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的存量價值[17]。然而對于其他的服務(wù)功能能值價值估算，得到的是各服務(wù)功能能值的每年價值，因此，本研究將生物遺傳信息能值與其他服務(wù)功能能值分開分析，運用能值分析法對天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能各評價指標進行量化計算，結(jié)果見表3～4。

表3 天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)生物遺傳信息功能能值分析

Tab.3 Emergy analysis of forest ecosystem biological genetic information in Tianbaoyan National Nature Reserve

評價指標原始資料/種能值轉(zhuǎn)換率/(sej·種-1)太陽能值/sej能值貨幣價值/元生物遺傳信息16272.72×10184.43×10214.07×109

注:能值轉(zhuǎn)換率(sej/種)=平均每個物種的太陽能值(12.6×1024sej/種)×研究區(qū)面積/全球面積[16]。

表4 天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能值分析

注：能值轉(zhuǎn)換率參考文獻[17]。

3.1 天寶巖生態(tài)系統(tǒng)生物遺傳信息功能能值價值評估

天寶巖國家級自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)提供的生物遺傳信息功能能值，作為可供開發(fā)利用的儲存能值，是自然環(huán)境系統(tǒng)長期生產(chǎn)和積累的結(jié)果。由表3可見，生物遺傳信息功能能值價值極其顯著，其太陽能值達4.43×1021sej，能值的存量價值達到人民幣40.7億元，充分體現(xiàn)了其作為“天然的生物種質(zhì)基因庫”的重要地位。

3.2 天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能值價值評估

由表4可知，天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)有機質(zhì)生產(chǎn)能值總量為1.13×1019sej/a，其能值貨幣價值為 1 040 萬元/a；營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)能值總量3.04×1018sej/a，其能值貨幣價值為279萬元/a；原材料能值總量1.00×1020sej/a，其能值貨幣價值為 9 200萬元/a；涵養(yǎng)水源能值總量為1.67×1019sej/a，其能值貨幣價值為1 530萬元/a；凈化空氣能值總量1.04×1020sej/a，其能值貨幣價值為9 530萬元/a；固碳釋氧能值總量2.11×1019sej/a，其能值貨幣價值為1 940萬元/a；固土保肥能值總量5.15×1019sej/a，其能值貨幣價值為4 720萬元/a；科研服務(wù)能值總量1.42×1019sej/a，其能值貨幣價值為 1 310 萬元/a；生態(tài)旅游能值總量1.14×1017sej/a，其能值貨幣價值為10.4萬元/a。從大到小對生態(tài)服務(wù)功能評價指標進行排序可得：凈化空氣>原材料>固土保肥>固碳釋氧>涵養(yǎng)水源>科研服務(wù)>有機質(zhì)生產(chǎn)>營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)>生態(tài)旅游。

綜上所述，天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能值為3.22×1020sej/a，總的能值貨幣價值為2.96億元/a，單位面積服務(wù)能值貨幣價值為26 835.10元/(hm2·a)。其中調(diào)節(jié)服務(wù)功能價值最大，能值為1.93×1020sej/a，能值貨幣價值1.77億元/a；供給服務(wù)功能價值次之，太陽能值為1.00×1020sej/a，能值貨幣價值 9 200 萬元/a；支持服務(wù)功能價值與文化服務(wù)功能價值數(shù)量相同，太陽能值均為1.44×1019sej/a，能值貨幣價值 1 320 萬元。從不同服務(wù)功能能值貨幣價值所占比例上看(表4)，支持服務(wù)、供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)功能的能值貨幣價值分別占總價值的4.46%、31.13%、59.95%、4.46%，其中供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)的能值貨幣價值占總價值的91.08%，表明了供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)是森林生態(tài)系統(tǒng)提供的最重要的生態(tài)服務(wù)功能類型，亦是天寶巖生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的主要來源。

3.3 天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能值價值與其他區(qū)域的比較

將本研究與Costanza等[2]計算的全球森林生態(tài)系統(tǒng)及孫潔斐[17]計算的武夷山自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值進行對比，結(jié)果見表5。

表5 天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務(wù)價值比較

由表5可知，一方面，從單位面積能值價值總量上分析，天寶巖自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的單位面積服務(wù)能值價值總量與武夷山自然保護區(qū)相近，且遠高于世界范圍內(nèi)森林生態(tài)系統(tǒng)的平均值，這主要是由于天寶巖與武夷山同處于福建省，地帶性植被、土壤特性、氣候等因素相近，長期形成生態(tài)服務(wù)功能能值價值也相近，同時也充分體現(xiàn)了天寶巖國家級自然保護區(qū)在全球自然生態(tài)系統(tǒng)中所具有的重要地位。另一方面，從不同類型服務(wù)功能能值價值占總服務(wù)能值價值的比例來分析，森林生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)服務(wù)能值價值所占比例均較大，說明調(diào)節(jié)服務(wù)對整個森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有重要作用。與Costanza等研究結(jié)果相比，武夷山的營養(yǎng)物質(zhì)貯存和循環(huán)能值價值所占比例相對天寶巖自然保護區(qū)存在較大差異。主要由于Costanza等只將土壤形成和固持的價值納入固土保肥價值進行計算，而土壤具有的保肥價值被納入養(yǎng)分循環(huán)中進行測算。天寶巖自然保護區(qū)與武夷山自然保護區(qū)具有較高的相似度，均是調(diào)節(jié)服務(wù)與供給服務(wù)功能占據(jù)整個生態(tài)服務(wù)的主要組成部分，然而兩者也存在差異，較顯著的差異主要體現(xiàn)在凈化空氣和固土保肥能值價值兩方面。造成這種計算結(jié)果差異的主要原因在于計算時選用的指標數(shù)不同。本研究將吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物及滯塵功能4個作為凈化空氣的指標，而孫潔斐的研究只將吸收二氧化硫和滯塵功能2項作為凈化空氣的指標，因此考慮到計算范圍和計算方法上的差異，在價值構(gòu)成上實際差異應(yīng)比計算結(jié)果更小，則本研究結(jié)果與前人研究結(jié)論基本一致[2,17]，說明本研究的計算能值分析理論能夠充分體現(xiàn)天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能價值，從而為天寶巖自然保護區(qū)管理提供理論參考。

4 結(jié)論與討論

天寶巖國家級自然保護區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能年能值貨幣價值為2.96億元，單位面積服務(wù)功能年能值貨幣價值為 26 835.10元/(hm2·a)。各生態(tài)服務(wù)功能能值價值大小依次為：凈化空氣>原材料>固土保肥>固碳釋氧>涵養(yǎng)水源>科研服務(wù)>有機質(zhì)生產(chǎn)>營養(yǎng)物質(zhì)貯存與循環(huán)>生態(tài)旅游。各服務(wù)類型貢獻率差異明顯，供給服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)的能值貨幣價值占總價值比例高達91.08%，支持服務(wù)與文化服務(wù)所占比例較小。天寶巖自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)在生物遺傳信息的服務(wù)功能方面的能值價值極其顯著，其太陽能值達4.43×1021sej，能值貨幣價值達人民幣40.7億元，遠遠超過了其他服務(wù)功能的能值價值。

本文基于能值分析理論對天寶巖自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行研究，從森林能源價值的角度來重新認識人類與森林生態(tài)之間的關(guān)系，促進人類行為對森林生態(tài)系統(tǒng)影響的了解。其中幾種生態(tài)服務(wù)能值價值是天寶巖森林生態(tài)系統(tǒng)所有服務(wù)能值價值的一部分，有一些服務(wù)類型由于技術(shù)上的困難及計算上的復(fù)雜而難以估算，一定程度上影響了研究結(jié)果的精確度。但本研究與其他方法比較，各生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型所提供的服務(wù)價值趨勢較為一致，說明能值分析理論能夠充分體現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)的各生態(tài)服務(wù)功能的價值，可為天寶巖自然保護區(qū)及其它自然保護區(qū)的科學管理實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

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(責任編輯 曹 龍)

Service Function Evaluation of Tianbaoyan National Nature′s Forest Ecosystem Based on the Energy Analysis

CHEN Hua-dan1，HE Dong-jin1，YOU Wei-bin1，CAI Chang-tang2，LIU Jin-shan2ZHAO Jing-dong1, XIAO Shi-hong1，JI Zhi-rong1，HUANG Bin-bin1

(1.College of Forestry，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou Fujian 350002, China；2.Tianbaoyan National Nature Reserve，Yong’an Fujian 366032, China)

The services of the forest ecosystem were categorized into supporting，provisioning，regulating and cultural supporting services，by referencing to the domestic research achievements and combined with the specific situation in Tianbaoyan National Nature Reserve. In this thesis，the emergetic monetary value of services provided by the Tianbaoyan forest ecosystem were evaluated based on theory of emergy analysis. The results revealed that: The total emergy of these services was 3.22×1020sej annually，including 1.44×1019sej for supporting，1.00×1020sej for provisioning, 1.93×1020sej for regulating, and 1.44×1019sej for cultural supporting services. The total monetary value of emergy with these services was ￥296.00 million annually, among which￥13.20 million for supporting, ￥92.00 million for provisioning, ￥177.00 million for regulating, and￥13.20 million for cultural supporting services. The emergy monetary value with these services was in the order of air purification>raw material>soil and water conservation>carbon fixation and oxygen release>water conservation>research services>organic matter production>nutrient storage and cycling> ecotourism. The emergy of service with biological genetic information was 4.43 × 1021sej annually，and the monetary value of it was￥407.00 million annually.

national nature reserve；forest ecosystem；service function；emergy monetary value；emergy analysis; Tianbaoyan

2013-03-12

國家自然科學基金項目(31370624，30870435)資助；國家教育部博士科學點基金項目(20103515110005)資助；福建省科技廳重點項目(2009N0009)資助；福建省自然科學基金資助項目(08J0116，2011J01071)資助。

何東進(1969—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：森林生態(tài)學與景觀生態(tài)學。Email：fjhdj1009@126.com。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.04.014

S718.56

A

2095-1914(2014)04-0075-07

第1作者：陳花丹(1989—)，女，碩士生。研究方向：森林可持續(xù)發(fā)展研究。Email：chenhuadan2011@126.com。