王瑞璋

(西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)與水土保持學(xué)院，云南 昆明 650224)

1 研究背景

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自然環(huán)境也面臨巨大壓力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境之間的矛盾日益尖銳。人們對環(huán)境的需求也日益提高，如何將環(huán)境問題解決成為了當(dāng)今的社會(huì)問題之一[1]。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的支柱，與其他陸地生態(tài)系統(tǒng)相比森林面積雖只占陸地面積的27%，但其在減少土壤侵蝕、預(yù)防洪水等災(zāi)害的發(fā)生、固定碳源、生物多樣性保護(hù)，森林娛樂、文化美學(xué)等功能發(fā)揮著重要作用，因而它對保護(hù)人類生存環(huán)境和健康方面發(fā)揮著重要作用[2]。目前，全球大趨勢趨近于環(huán)境各生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建與保護(hù)，森林生態(tài)系統(tǒng)在各環(huán)境系統(tǒng)中占有主導(dǎo)地位，關(guān)于如何保護(hù)森林及建立新的生態(tài)系統(tǒng)成為國內(nèi)外各研究學(xué)者的研究命題。 森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)有的相關(guān)研究進(jìn)展中，主要針對森林生態(tài)系統(tǒng)在自然界中作出的貢獻(xiàn)及產(chǎn)生價(jià)值，價(jià)值量評估主要體現(xiàn)在碳、氮、磷儲(chǔ)量及相關(guān)產(chǎn)出。在對于陸地生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中，森林生態(tài)系統(tǒng)占有相對主導(dǎo)地位，主要體現(xiàn)在凋落物分解、相關(guān)營養(yǎng)元素的吸收與存儲(chǔ)、原生林與次生林生態(tài)系統(tǒng)的異同、人造林及天然林生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值量評估等方面。

森林的土壤保持和養(yǎng)分積累是森林生態(tài)服務(wù)功能中的重要組成部分，因而對森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量以及森林生態(tài)系統(tǒng)中幾種主要營養(yǎng)物的積累和分配的研究也尤為重要。如果能可以科學(xué)、客觀、定量地使用貨幣來評估抽象森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值，將能夠更清楚地界定森林在經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境中的重要性，更好地為環(huán)境和森林的宏觀決策保護(hù)提供重要的科學(xué)依據(jù)。筆者在前人的研究成果之上，總結(jié)各學(xué)者的研究進(jìn)展，為后續(xù)森林生態(tài)系統(tǒng)的研究提供方向和思路。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 森林固碳效果及碳循環(huán)過程

隨著大氣中溫室氣體濃度的增加而導(dǎo)致通過大氣捕獲輻射，導(dǎo)致某些地區(qū)對溫度的變化產(chǎn)生相對穩(wěn)定的效應(yīng)，它嚴(yán)重影響了人類生存的環(huán)境，對人類健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了許多負(fù)面影響[3]?？諝庵卸趸己康脑黾邮菧厥倚?yīng)的重要成因，森林生態(tài)系統(tǒng)可以通過植物的光合作用將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳并且固定在植物或土壤中，可以有效控制CO2的積累[4]。隨著CO2含量的增加，研究森林碳儲(chǔ)量尤為重要，已成為國際研究的熱點(diǎn)之一。

王寧等[5]在山西森林生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量分布及碳密度分布的研究中指出，在喬木層碳分配比例主要集中在樹干中，其次占比較高的為樹木根系，而樹葉中的碳占比最小，且喬木干的生物量及碳密度均達(dá)到了近60%。出喬木層外，灌木層的碳占比例低于草本層和枯落物層。在關(guān)于洞庭湖區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的研究過過程中，發(fā)現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)在木材經(jīng)濟(jì)效益、涵養(yǎng)水源方面的經(jīng)濟(jì)效益、保育土壤及森林固碳固硫等方面具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6]。

森林在陸地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)中的固碳量在75%以上[7]。對森林碳儲(chǔ)量的研究是基于對該區(qū)域生物量的仔細(xì)和詳細(xì)的研究。因此，最早的森林碳儲(chǔ)量研究可以追溯到德國，當(dāng)時(shí)已確定某些類型森林的葉片數(shù)量和木材重量[8]。在20世紀(jì)50年代，日本、英國和前蘇聯(lián)對其森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量進(jìn)行了廣泛的數(shù)據(jù)收集和實(shí)地調(diào)查[9]。隨后，歐洲，美國、俄羅斯、巴西等國家和地區(qū)對森林碳平衡與全球碳循環(huán)之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究。在植被碳儲(chǔ)量研究方面取得了重大突破；美國、俄羅斯和加拿大等森林國家對特別關(guān)注森林碳儲(chǔ)量的研究[10]。

到20世紀(jì)末，基于生物質(zhì)研究取得了重大進(jìn)展，許多學(xué)者研究了不同地區(qū)的碳循環(huán)機(jī)制。將對森林碳儲(chǔ)量的研究提升到國際的層面，促進(jìn)了國際之間對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量和碳循環(huán)機(jī)制研究的協(xié)同互助，森林生態(tài)系統(tǒng)碳的研究已朝著著更為全面的方向發(fā)展。研究至今歐洲、美洲、亞洲等國在碳儲(chǔ)量和碳循環(huán)機(jī)制中取得較為明顯成就，俄羅斯學(xué)者Krankina等[11，12]、美國學(xué)者Kolchugina等進(jìn)一步推動(dòng)了科學(xué)界關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)在全球氣候溫室效應(yīng)下固碳排氧的研究高潮[13-15]。

對我國森林植被碳儲(chǔ)量最早進(jìn)行研究的是馮宗煒、方精云等人[16]，中國森林主要碳庫類型為落葉闊葉林、暖溫性針葉林、云杉林、落葉松林,它們的碳儲(chǔ)量總量占全國的87%[17]；李克讓等[18]利用CEVASA反映了人類活動(dòng)對森林碳密度的巨大干擾。劉國華等還發(fā)現(xiàn)了在中國森林碳儲(chǔ)量隨時(shí)間的推移而增加[19，20]。方精云等[21]利用在很多不同地區(qū)的生物量測定數(shù)據(jù)，結(jié)合中國森林資源清査資料和相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)50年來，基于生物量轉(zhuǎn)換因子的連續(xù)函數(shù)法，研究了中國森林植被庫的變化及其時(shí)空格局的轉(zhuǎn)變，建立了生物量與主要森林類的功能轉(zhuǎn)換模型，進(jìn)一步提高中國森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量估算的準(zhǔn)確性，促進(jìn)中國各地區(qū)碳儲(chǔ)量的研究和發(fā)展，量化森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能并準(zhǔn)確評估森林生態(tài)系統(tǒng)在吸收溫室氣體等方面中的作用。

2.2 森林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的時(shí)空分布格局

森林中營養(yǎng)元素的積累和分布很發(fā)揮著重要作用[22]。森林生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素分配與循環(huán)在研究初期并沒有受到更多人的關(guān)注[23]。直到1930年，由于Albert等[24]對歐2種樹種的營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)研究的成果引起了對不同的森林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)分配格局、循環(huán)研究熱潮。Whittaker P.H.等[25]對森林土壤的可利用性進(jìn)行了深入的研究，以及Rochow J J.等[26]對營養(yǎng)元素庫的探討，Likens G.E.等[27]對營養(yǎng)元素的傳輸進(jìn)行了研究。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理的方法不斷改進(jìn)，營養(yǎng)物質(zhì)的研究也向著更加全面的方向發(fā)展，各國對枯落物的分解和歸還的研究報(bào)道也很多，準(zhǔn)確地闡述了養(yǎng)分循環(huán)的機(jī)理[28，29]。

中國對森林生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的研究始于侯學(xué)煜等[30]的研究。直到20世紀(jì)70年代后期，學(xué)者逐漸開始測量和研究不同樹種的森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)。潘維儔和廖利平[31，32]對杉木人工林，董世仁和聶道平[33，34]對油松人工林各組分的營養(yǎng)元素分布、轉(zhuǎn)移、再循環(huán)等方面做的較為細(xì)致深入研究。劉玉萃等[35]系統(tǒng)研究了次生櫟林的養(yǎng)分含量、分布格局和動(dòng)態(tài)特征。陳靈之等[36]研究了森林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)。羅輯等[37]通過對貢嘎山東坡不同類型的天然林進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)了不同植物體的營養(yǎng)元素在各器官的含量存在很大差異，不同樹林和不同生長環(huán)境下同一器官的營養(yǎng)成分也存在很大差異。黃建輝等[38，39]的研究表明不同森林生態(tài)系統(tǒng)生物量區(qū)域的分化也會(huì)導(dǎo)致群落養(yǎng)分和物質(zhì)循環(huán)的區(qū)域分化。趙廣亮等[40]對林分密度與營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)二者關(guān)系進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明在八達(dá)嶺地區(qū)的油松人工林最合理的林分密度應(yīng)為1500株/hm2左右。趙護(hù)兵等[41]在營養(yǎng)元素的地上地下的分配中取得很大成果。

2.3 森林生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值量評估研究現(xiàn)狀

森林生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值不僅包括人類的各種物理產(chǎn)品，還包括各種非物理服務(wù)[42-43]。如果可以科學(xué)、客觀、定量地評估抽象森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能價(jià)值，能更清楚地界定森林在經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境中的重要性，并為保護(hù)環(huán)境和森林進(jìn)行大數(shù)據(jù)決策提供一定的科學(xué)依據(jù)。

日本最早開始探索森林經(jīng)濟(jì)價(jià)值評價(jià)方法；20世紀(jì)90年代末，Costanza等[44]的研究則是在世界范圍進(jìn)行生態(tài)服務(wù)研究的起始工作。中國在20世紀(jì)80年代初開始研究森林資源的估值。根據(jù)Costanza等的劃分標(biāo)準(zhǔn)，逐漸形成具有中國特色的森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評價(jià)體系，形成了林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)許多專家對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究，評估森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的主要方法有3種:價(jià)值評估法、物質(zhì)評估法、能值評估法[45～48]。從研究范圍來看，我國的研究可劃分為大班、小班、特定區(qū)域及森林類型的生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的研究。大班主要采用不同的計(jì)算方法和數(shù)據(jù)來研究國家層次的森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值[49，50]。如張永利等選擇合適的評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建合理的評價(jià)指標(biāo)體系，確定了合適的評價(jià)方法。也有學(xué)者曾經(jīng)根據(jù)國家發(fā)布的行業(yè)規(guī)范對全國范圍內(nèi)的森林進(jìn)行過價(jià)值量的評估。中小班指生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評估區(qū)域通常較小如省級生態(tài)站、自然功能保護(hù)區(qū)、小流域等方面[51-54]。胡露云等對遂昌縣范圍內(nèi)的具有代表性的森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)進(jìn)行過中小班的評估是第一次依照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范( LY/T 1721-2008)》及《中國森林生態(tài)服務(wù)功能評估》進(jìn)行的，由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和生態(tài)發(fā)展理念的提出，自然保護(hù)區(qū)的森林生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值的研究稱為了今年來的一個(gè)研究熱門。姚鴻文等[55]在2009年進(jìn)行了基于固定樣地，應(yīng)用抽樣調(diào)查的理論技術(shù)，分別計(jì)算樣地的實(shí)物量和價(jià)值量功能，評估了浙江省森林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)七個(gè)方面的生態(tài)服務(wù)功能。到現(xiàn)在，中國已經(jīng)基本完成了對境內(nèi)所有自然保護(hù)區(qū)的價(jià)值評估。如李偲等以價(jià)值量評估為出發(fā)點(diǎn)，采用市場價(jià)值法等多種方法對喀納斯自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究[56]。

3 發(fā)展趨勢及問題

3.1 研究尺度與層次

國內(nèi)外對于森林碳儲(chǔ)量的研究已經(jīng)趨于完善，且研究多集中于一片區(qū)域內(nèi)碳的總儲(chǔ)量分布格局，進(jìn)而分析其對全球問題的影響。但對于全球、全國范圍內(nèi)的大數(shù)據(jù)的宏觀研究缺少相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析，且對于植物營養(yǎng)元素的研究多集中于植物各個(gè)部位的差異、個(gè)體種類之間的差異，對于一定區(qū)域內(nèi)其營養(yǎng)元素總儲(chǔ)量的研究較少，缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，針對不同的研究尺度采用適合的研究方法也缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。隨著研究的進(jìn)展，今后的研究應(yīng)當(dāng)從不同地域環(huán)境、不同季節(jié)條件、不同研究尺度上進(jìn)行全方位的分析、對比和評價(jià)，并建立相應(yīng)的研究模型及標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 研究缺乏動(dòng)態(tài)性、連續(xù)性

森林生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)隨時(shí)間不斷變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，但目前對碳儲(chǔ)量及營養(yǎng)元素的儲(chǔ)量、價(jià)值量的評估往往采用靜態(tài)的研究方法，缺乏同一森林生態(tài)系統(tǒng)連續(xù)性的監(jiān)測。今后國內(nèi)外將對生態(tài)系統(tǒng)的研究逐漸從靜態(tài)轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)，跨區(qū)域、跨季節(jié)、跨年份進(jìn)行對比研究。

3.3 研究技術(shù)問題

大多數(shù)關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能以及其價(jià)值評估的研究相對較為陳舊，同時(shí)對森林生態(tài)系統(tǒng)帶有一定破壞，分析評價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)尚未補(bǔ)全，缺乏準(zhǔn)確性。評估的方法通常是單一的，采用等效的替代方法。如今研究生態(tài)服務(wù)功能的研究很過先進(jìn)技術(shù)不夠成熟，缺乏實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，今后森林生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評估的模型也將趨于完善與全面。