劉碩 馬建章 宗誠 戎可

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及對森林資源的開發(fā)利用，森林生態(tài)環(huán)境的價(jià)值越來越大，對國民經(jīng)濟(jì)的影響越來越廣。國內(nèi)外許多學(xué)者對此進(jìn)行了廣泛的研究，但是計(jì)量的方法多種多樣，估計(jì)的數(shù)值相差懸殊，爭議較大。歐陽志云[1]等首次使用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的“Service”一詞，20世紀(jì)末對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行一系列研究的是美國的Costanza研究團(tuán)隊(duì)。影響最大的是Costanza R et al.[2]提出全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與自然資本價(jià)值的估算。但也有不少學(xué)者并不接受該論文的估計(jì)值，因?yàn)樗热虻腉DP還要大。

國內(nèi)開始的研究比較晚。周曉峰[3]用假想市場法評價(jià)了黑龍江省森林的生態(tài)價(jià)值。郎奎建[4]等首次對10種森林生態(tài)效益進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的定義和計(jì)量。后來有許多學(xué)者對較小的地域范圍進(jìn)行了森林生態(tài)效益的計(jì)量，如宋彩平[5]以黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究院江山嬌實(shí)驗(yàn)林場為對象進(jìn)行了研究，之后國內(nèi)掀起了研究森林生態(tài)效益的高潮[7-12]。

Looy V K et al.[13]在大地理尺度下河岸林對水生生態(tài)系統(tǒng)的效益進(jìn)行了評價(jià)。Pedro H et al.[14]文化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)對巴西大西洋森林生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目效益的影響提出了看法。Rudo F S et al.[15]對生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)投資的效益進(jìn)行了分析。

本文將以唐守正等[16]在近代統(tǒng)計(jì)模型中推導(dǎo)出的似乎不相關(guān)模型為理論基礎(chǔ)，根據(jù)森林特有的生物特性定義各種經(jīng)典的森林生態(tài)效益概念，加上影響森林生長的林分、氣象因素、地理位置因子等比較容易取得的自變量集，以森林的各種生態(tài)效益為因變量，構(gòu)造出復(fù)雜的森林生態(tài)效益的似乎不相關(guān)模型，然后估算帽兒山國家森林公園涵養(yǎng)水源、固土、吸收二氧化碳、凈化大氣、抑制風(fēng)沙等森林生態(tài)效益。

1 研究區(qū)概況

黑龍江帽兒山國家森林公園位于東經(jīng)127°30′～127°34′，北緯45°20′～45°25′，南北長30 km，東西寬26 km，總面積26 291 hm2，共劃分10個(gè)森林經(jīng)營施業(yè)區(qū)，156個(gè)林班和3 818個(gè)小班。

2 試驗(yàn)方法

本文將利用2016年帽兒山國家森林公園第5次森林經(jīng)理調(diào)查最新數(shù)據(jù)庫，其森林資源見表1。

表1 帽兒山國家森林公園森林資源

(1)似乎不相關(guān)模型：假設(shè)一組隨機(jī)變量Y1，…，Yq，與一些因素之間滿足線性統(tǒng)計(jì)關(guān)系，即：

(1)

它的一般形式是：

(2)

式中：ei·=(ei1,…,eiq)。

(2)稱為似乎不相關(guān)線性模型[16]

森林生態(tài)效益似乎不相關(guān)模型：將森林生態(tài)效益因變量和自變量集聯(lián)合起來就可以寫成方程組。

(3)

式中：yi1表示森林樹冠截留水的年生態(tài)效益量(hm2·a-1)；yi2表示森林枯落物持水量(hm2·a-1)；yi3表示森林土壤非毛細(xì)管孔隙的貯水量的年生態(tài)效益量(hm2·a-1)；yi4表示森林固土量的年生態(tài)效益量(hm2·a-1)；yi5表示森林保肥量的年生態(tài)效益量(hm2·a-1)；yi6表示森林吸收二氧化碳的年生態(tài)效益量(m3·a-1)；yi7表示森林釋放氧氣的年生態(tài)效益量(m3·a-1)；yi8表示森林抑制風(fēng)沙的年生態(tài)效益量(hm2·a-1)。

F為定性變量，林分類反應(yīng)值：紅松林為1、針葉林為2、混交林為3、硬闊葉林為4、珍貴硬闊葉林為5、軟闊葉林為6；Z為定性變量，齡組反應(yīng)值：幼齡林為1、中齡林為2、成過熟林為3；Y為降水量(mm)；B為郁閉度(0，0.1，0.2，…，1)；D為經(jīng)度(°)；W為緯度(°)；H為海拔高(m)；其他為待估常數(shù)[17]。

(3)由整體擴(kuò)散模型得到生態(tài)效益物理量：由森林生態(tài)效益的特性可知其測定難度較大，因此它的計(jì)量必須由樣本來估計(jì)總體，這個(gè)樣本可以不是隨機(jī)的，往往用的是生態(tài)定位站觀測值。其抽樣比要比森林資源小的多。

各種森林生態(tài)效益都存在多個(gè)因變量和多個(gè)自變量的相關(guān)關(guān)系，用這種多對多線性模型進(jìn)行森林生態(tài)效益計(jì)量，滿足整體上相容、且具有獨(dú)立變量的模型稱為整體擴(kuò)散模型。根據(jù)此定義分別建立了樹冠截留量、枯落物持水量、土壤毛細(xì)管孔隙貯水量、固土量、保肥量、吸收二氧化碳、凈化大氣、抑制風(fēng)沙的整體擴(kuò)散模型。

其中：涵養(yǎng)水源的效益=樹冠截留量+枯落物持水量；固土效益=壤毛細(xì)管孔隙貯水量+固土量。

本文利用孫繼華[18]等建立的整體擴(kuò)散模型，計(jì)算得到了帽兒山各施業(yè)區(qū)的森林生態(tài)效益物理量。

(4)森林生態(tài)效益貨幣模型。近年來，森林生態(tài)效益有進(jìn)一步向社會學(xué)方向發(fā)展，它是森林生態(tài)效益向森林的選擇價(jià)值和存在價(jià)值上拓廣。例如：森林野生生物保護(hù)存在價(jià)值，無物理量；森林改善小氣候效益不好明確它是哪一種物理量；森林減輕水旱災(zāi)的效益不存在物理量，森林游憩效益和森林削減噪聲效益等找不到替代商品。

表2 帽兒山各施業(yè)區(qū)的森林生態(tài)效益物理量

森林在大氣環(huán)流的作用下，森林對生命和環(huán)境組成的地球生物圈提供間接的有利于人類的森林的選擇價(jià)值和存在價(jià)值，一般不具有可測定生態(tài)效益物理量、或物理量太多，找不到“替代商品”特征的森林野生生物保護(hù)，森林改善小氣候效益等公益效能稱為廣義的森林生態(tài)效益。

第一類貨幣量構(gòu)造模型：

Ei(t)=∑Pj×Rj×Cj×Yij(t)×Sij(t)，i=1，2，…，6。

(4)

式中：Ei為森林涵養(yǎng)水源、固土、保肥、吸收二氧化碳、凈化大氣、森林抑制風(fēng)沙的貨幣量；Pi為有效面積系數(shù)；Ri為市場逼近系數(shù)；Ci為替代商品價(jià)格；Yij為森林生態(tài)效益因變量(物理量)；Sij為某森林資源向量；t為時(shí)間；∑為指按林分小班j求和[19]。

森林生態(tài)效益的第一類貨幣量構(gòu)造模型參數(shù)見表3。

表3 森林生態(tài)效益的第一類貨幣量構(gòu)造模型參數(shù)

第二類貨幣量構(gòu)造模型：產(chǎn)生的原因是它的森林生態(tài)效益物理量不存在或不好找替代商品。包括森林改善小氣候、堅(jiān)強(qiáng)水旱災(zāi)、游憩資源、野生動植物保護(hù)、減少噪聲等。第二類貨幣量構(gòu)造模型見表4。

表4 森林生態(tài)效益的第二類貨幣量構(gòu)造模型參數(shù)

3 結(jié)果與分析

利用2016年帽兒山國家森林公園第5次森林經(jīng)理調(diào)查數(shù)據(jù)庫計(jì)算得到的森林生態(tài)效益貨幣量見表5。

由表5可知：黑龍江帽兒山國家森林公園的森林生態(tài)效益貨幣量每年為18 827萬元人民幣，涵養(yǎng)水源為4 446萬元，固土為1 755萬元，保土為1 583萬元、吸收二氧化碳為4 377萬元，凈化大氣為5 176萬元，抑制風(fēng)沙為379萬元。廣義生態(tài)效益包括改善小氣候、減輕水旱災(zāi)、游憩、野生生物保護(hù)、削減噪聲的效益分別是160、335、59、528、29萬元。

表5 帽兒山國家森林公園森林生態(tài)效益貨幣量

作者還分別計(jì)算了涼水國家自然保護(hù)區(qū)和黑龍江松花江林管局國有林的森林生態(tài)效益[20]。帽兒山國家森林公園的面積是22 720 hm2，森林生態(tài)效益貨幣量每年為18 827萬元人民幣，松花江管局國有林的面積是2 056 544 hm2，森林生態(tài)效益貨幣量每年為1 021 183萬元人民幣,而涼水國家自然保護(hù)區(qū)的面積只有6 334 hm2，每年總的森林生態(tài)效益是9 431萬元人民幣。按單位面積計(jì)算，每公頃每年的森林生態(tài)效益由大到小為涼水國家自然保護(hù)區(qū)(1.488 9萬元)、帽兒山國家森林公園(0.828 6萬元)、松花江林管局(0.496 5萬元)。這些數(shù)據(jù)也說明森林生態(tài)效益的大小和森林的質(zhì)量緊密相關(guān)。

續(xù)(表5)

4 結(jié)論與討論

本文首次明確提出了經(jīng)典森林生態(tài)效益、廣義森林生態(tài)效益的概念。把森林涵養(yǎng)水源、森林保持水土、森林吸收二氧化碳、森林凈化大氣、森林抑制風(fēng)沙等有明確物理量的森林生態(tài)效益稱為經(jīng)典的森林生態(tài)效益，把沒有明確的或沒有物理量，或沒有市場替代產(chǎn)品的森林改善小氣候、森林游憩、森林野生生物保護(hù)和森林削減噪聲等效益擴(kuò)充后稱為廣義森林生態(tài)效益。

首次利用森林經(jīng)理調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行森林生態(tài)效益的計(jì)量，先確定森林生態(tài)效益的系數(shù)，然后分別小班計(jì)算森林生態(tài)效益的物理量，然后利用物理量轉(zhuǎn)換系數(shù)得到經(jīng)典的森林生態(tài)效益，再使用第二類貨幣量模型估算廣義森林生態(tài)效益，最后累加各個(gè)小班的森林生態(tài)效益。

把“整體擴(kuò)散”的概念引入到森林生態(tài)效益模型建立中，把多種森林生態(tài)效益統(tǒng)一到一個(gè)系統(tǒng)中。并用市場逼近系數(shù)、有效面積系數(shù)、物理量轉(zhuǎn)換系數(shù)等分別構(gòu)造了第一類貨幣量模型和第二類貨幣量模型，進(jìn)行了森林生態(tài)環(huán)境效益的估算，大大降低了國內(nèi)外有爭議學(xué)者的估計(jì)過高的數(shù)值。

和國內(nèi)外同類研究相比，首次對森林生態(tài)效益分成了兩大類。即經(jīng)典森林生態(tài)效益和廣義森林生態(tài)效益。許多學(xué)者只給出了一個(gè)總的森林生態(tài)效益貨幣量值，我們用森林經(jīng)理調(diào)查的數(shù)據(jù)一個(gè)一個(gè)的小班計(jì)算累加得到，這樣的科學(xué)推測應(yīng)該更可信。技術(shù)路線上，我們采取以現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)的似乎不相關(guān)模型為基礎(chǔ)，然后推出森林生態(tài)效益似乎不相關(guān)模型，把“整體擴(kuò)散”概念引入，最后進(jìn)行森林生態(tài)效益貨幣量的估算。