湖北省三峽地區天然林生態效益評估

黃繼紅　黃志霖　艾訓儒　姚蘭　郭仲軍　路興慧

摘 要： 本文采用涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養物質、凈化大氣環境和生物多樣性保護等9個功能指標，對湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能價值進行評估。結果表明：湖北省三峽地區天然林生態系統服務價值為336.66億元·年-1。其中，固碳釋氧、涵養水源和生物多樣性保護3項功能價值量最大，分別占該地區天然林生態系統服務總價值的34.94%，30.45%和29.00%；闊葉林生態系統服務功能價值量最大，占該地區天然林生態系統服務總價值的37.54%。固碳釋氧、涵養水源和生物多樣性保護等功能都發揮著重要的作用，闊葉林在湖北省三峽地區天然林生態系統中具有突出的功能。

關鍵詞： 天保工程；生態效益；森林生態系統；生態系統服務；可持續發展；三峽地區；湖北省

中圖分類號：S718.56 文獻標識碼：A 文章編號：1004-3020（2015）02-0001-05

生態系統服務是生態系統與生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用[1， 2]，是人類生存和發展的物質基礎和基本條件[3]。生態系統服務不僅為人類提供各種商品，同時在維持生命支持系統和環境動態平衡方面起著不可替代的重要作用[4]。天然林生態系統是森林生態系統最重要的組成部分，是中國森林生態系統的典型代表，蘊藏著最豐富的珍稀物種和珍貴的野生動植物基因資源，具有其他生態系統無法比擬的獨特結構和功能。天然林生態系統在涵養水源、保護土壤、固碳釋氧、保育生物多樣性和防風固沙等方面均發揮著極為重要的作用[5]。天然林保護工程是我國重點實施的六大林業工程之一，該工程實施旨在遏制生態環境惡化，保護生物多樣性，促進社會經濟的可持續發展[6，7]。工程一期建設已取得明顯的效果[8]，但其生態效益價值一直缺乏有效的科學統計數據。因此，評估天然林生態系統服務價值目前尤為迫切，將為天保工程二期實施方案的調整和制定合理的生態效益補償政策提供科學依據。

最新研究表明，三峽庫區森林生態系統服務功能價值量為4 314.11億元[9]，關于該地區天然林生態系統服務功能價值量的研究尚未見報道。本文以2003年森林資源調查數據為基礎，依據森林生態系統服務功能評估規范，采用文獻查證和實證研究相結合的方法，對湖北省三峽地區4個縣的天然林生態系統服務價值進行評估。一方面為該地區天然林保護工程實施效果的評估提供科學數據，另一方面也為三峽工程實施對天然林生態系統的影響提供有效的評估手段。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究地區概況

湖北省三峽地區跨越興山縣、夷陵區、秭歸縣和巴東縣，平均海拔700～800 m，多年平均氣溫16.8～18.0 ℃，年降水量1 000 mm～1 200 mm。該地分布著亞熱帶、暖溫帶、溫帶及寒溫帶各種維管束植物3 800種以上，僅森林樹種就有1 300多種，以殼斗科、樟科、山茶科、木蘭科、冬青科、樺木科、金縷梅科、松科和杉科為主。組成亞熱帶落葉闊葉林、落葉闊葉—常綠闊葉混交林、常綠闊葉林以及亞熱帶針葉林、溫帶針葉林等森林類型。植被以常綠闊葉林為主，屬過渡性常綠闊葉林帶，直接連接典型常綠闊葉林北亞帶。此外，該地是湖北省天然森林主要集中分布地之一[10]。

1.2 評估方法和數據來源

本文采用LY/T 1721-2008森林生態系統服務功能評估規范[11]，對湖北省三峽地區天然林生態效益進行評估。依據規范選取符合天然林生態系統的6項功能，9個指標進行生態效益的計算。數據和參數來源包括以下3方面：①湖北省三峽地區2003年森林資源調查數據；②中國森林生態系統定位研究站長期觀測數據（主要來源于公開發表的學術研究論文及網絡共享數據）；③LY/T 1721-2008森林生態系統服務功能評估規范[11]中提供的中國權威機構公布的社會公共數據。

1.2.1 涵養水源價值

涵養水源包括調節水量和凈化水質兩個指標。

調節水量價值采用公式：

U調=10C庫A（P-E-C）（1）

式中U調為林分年調節水量價值，元·a1；C庫為水庫建設單位庫容造價，元·m3；P為降水量，mm·a1；E為林分蒸散量，mm·a1；C為地表徑流量，mm·a1；A為林分面積，hm2。C庫取6.11元·m3[11]；A根據二類森林資源調查數據按林分類型統計得到；P和E分別根據worldclim數據源和Atlas of the Biosphere數據源按林分類型進行空間分析獲得；C根據相關研究取值[12]。

年凈化水質價值公式為：

U水質=10KA（P-E-C）（2）

式中K為水的凈化費用，取2.09元·t1[11]。

1.2.2 保育土壤價值

保育土壤包括固定土壤和保持土壤肥力兩個指標。

林分固定土壤價值公式為：

U固土=AC土（X2-X1）/ρ（3）

式中U固土為林分年固土價值，元·a1；X1為林地土壤侵蝕模數，t·hm2·a1；X2為無林地土壤侵蝕模數，t·hm2·a1；C±為挖取和運輸單位體積土方所需費用，元·m3；ρ為土壤容重，t·m3。X1、X2分別取11.25和30.00 t·hm2·a1[13]；C±按12.6元·m3計算[14]；ρ值根據林分類型不同而不同[12]。

林分保持土壤肥力公式為：

U肥=A（X2-X1）（NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3）（4）

式中U肥為林分年保肥價值，元·a1；N為林分土壤含氮量，%；P為林分土壤含磷量，%；K為林分土壤含鉀量，%；M為林分土壤有機質含量，%；R1為磷酸二胺化肥含氮量，%；R2為磷酸二胺化肥含磷量，%；R3為氯化鉀化肥含鉀量，%；C1為磷酸二胺化肥價格，元·t1；C2為氯化鉀化肥價格，元·t1；C3為有機質價格，元·t1。N、P、K不同林分類型不同[15]；M根據林分類型取值不同[12，15]；R1、R2和R3的值分別為14.00%、15.01%和50.00%[11]；C1、C2和C3分別為2 400，2 200和320元·t1[11]。

1.2.3 固碳釋氧價值

固碳價值采用公式：

U碳=AC碳（1.63R碳B年+F土壤碳）（5）

式中U碳為植被年固碳價值，元·a1；B年為林分凈生產力，t·hm2·a1；F土壤碳為單位面積林分土壤年固碳量，t·hm2·a1；C碳為固碳價格，元·t1；R碳為CO2中碳的含量，為27.27%。B年參照已發表數據[16]，喬木和灌木的生物量和碳儲量之間利用0.5的轉換系數[17]；F土壤碳參考鄰近地區同類林分類型的土壤碳儲量值[18]；C碳為1 200元·t1[11]。

釋氧價值計算公式：

U氧=1.19C氧AB年（6）

式中U氧為林分年釋氧價值，元·a1；C氧為氧氣價格，取1 000元·a1[11]。

1.2.4 積累營養物質價值

積累營養物質價值采用公式為：

U營養=AB年（N營養C1/R1+P營養C1/R2+K營養C2/R3）（7）

式中U營養為林分年營養物質積累價值，元·a1；N營養為林木含氮量，%；P營養為林木含磷量，%；K營養為林木含鉀量，%。N營養、P營養和K營養分別參考鄰近地區相關研究發表的數據整理[19]。

1.2.5 凈化大氣環境價值

該研究主要選取提供負離子價值為指標反映森林凈化大氣環境的功能。采用公式：

U負離子=5.256×1015×AHK負離子（Q負離子-600）/L（8）

式中U負離子為林分年提供負離子價值，元·a1；K負離子為負離子生產費用，元·個1；Q負離子為林分負離子濃度，個·cm3；L為負離子壽命，min；H為林分高度，m。K負離子為5.82元·1018·個1；Q負離子根據相關研究成果整理[20]；L為10 min[21]；H為二類森林資源數據統計各類林分高度的均值。

1.2.6 生物多樣性保護價值

由于動物物種名錄及分布數據積累不足，本文主要計算了植物多樣性的保護效益。采用引入物種瀕危指數和特有種指數的Shannon-Wiener指數法[22]計算，公式為：

U總=（1+∑xm=1Em×0.1+∑yn=1Bn×0.1）S生A（9）

式中U總為林分年物種保育價值，元·a1；Em為評估林分（或區域）內物種m的瀕危等級；Bn為評估林分（或區域）內物種n的特有種等級；x為計算瀕危指數物種數量；y為計算特有種指數物種數量；S生為單位面積物種多樣性保育價值量，元·hm2·a1。本計算中主要采用湖北省興山、宜昌、秭歸和巴山4個縣的植物物種名錄進行計算（植物物種分布數據庫依據中國數字植物標本館（http：//www.cvh.org.cn/cms/）、中國特有植物名錄[23]以及中國野生瀕危保護植物名錄[24]整理）。

1.2.7 湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能總價值

湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能總價值為上述9指標之和，公式為：

U=∑9i=1Ui（10）

式中：U為湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能總價值，元·a1；Ui為湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能各指標年價值，元·a1。

2 結果與分析

2.1 天然林生態系統服務功能總價值量

湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能總價值為336.66億元。各功能項及指標的價值分別見表1。固碳釋氧價值量最大（117.63億元·a1），占總價值的34.94%；涵養水源價值次之（102.52億元·a1），占總價值量的30.45%；生物多樣性保護價值97.62億元·a1，占總價值的29.00%；積累營養物質價值10.22億元·a1，占總價值的3.04%；保育土壤價值8.47億元·a1，占總價值的2.51%；凈化大氣環境價值量最小（0.20億元·a1），僅占總價值的0.06%。

2.2 不同縣域天然林生態系統服務功能價值量

湖北省三峽地區各縣天然林生態系統服務功能價值量位于32.71～117.64億元·a1之間見表2，其依據價值量大小排序為巴東縣>宜昌縣>秭歸縣>興山縣。單位面積天然林生態系統服務功能價值量的排列順序為巴東縣>秭歸縣>宜昌縣>興山縣。

2.3 不同林分類型生態系統服務功能價值量

湖北省三峽地區天然林生態系統中28種林分生態系統服務功能總價值量及其比例見表3。各林分類型價值量位于0.00～97.11億元·a1之間，依據價值量對各林分類型從小到大排序結果見表3。

湖北省三峽地區4個縣天然林林分類型歸為闊葉林、針葉林、針闊混交林、灌木林、竹林和經濟林五類，各林分類型服務價值總量分別為37.54，35.39，16.51，10.26，0.28億元·a1和0.03億元·a1。各縣不同林分類型生態系統服務價值總量見圖1。宜昌和巴東兩縣闊葉林服務價值量最大，針葉林次之；興山和秭歸兩縣針葉林服務價值量最大，闊葉林次之。宜昌、秭歸和巴東三縣灌木林生態系統服務價值量都排第三位，僅次于針葉林或闊葉林之后，針闊混交林服務價值量位于灌木林之后；興山縣針闊混交林服務價值量高于灌木林價值量。竹林和經濟林生態服務價值量最小，其中興山和秭歸縣沒有經濟林分布，其服務價值為零。

3 結論與討論

本文基于2003年森林資源調查數據，采用國家林業局發布的LY/T 1721-2008評估規范和原理，計算出湖北省三峽地區天然林生態系統服務功能價值為336.66億元。其中固碳釋氧價值量最高，說明湖北省三峽地區的天然植被在碳存儲功能上發揮了重要作用。其次，該地區在涵養水源和生物多樣性保育方面價值也很突出。由此可見，該地區保護工程的實施重點應保護好原有的天然植被，同時，應進一步明確各優勢林分類型的主要生態功能，在此基礎上合理配置樹種，開展補植造林工作，強化不同區域不同林分類型的主要生態功能，提高森林植被的整體生態效益。減輕水土流失、泥沙淤積對水利工程的危害和威脅，從而有利于充分發揮三峽水利樞紐工程設施的長期效能。

參 考 文 獻

[1]Daily G. Natures Services：Societal Dependence on Natural Ecosystems[M]. Washington D C： Island Press. 1997.

[2]Costanza R， Cumberland J H， Daly H， Goodland R， Norgaard R B. An Introduction to Ecological Economics[M]. Florida： St Lucie Press， 1997.

[3]王宗明，張柏，張樹清.吉林省生態系統服務價值變化研究[J].自然資源學報，2004.19（1）：5561.

[4]李文華，歐陽志云，趙景柱.生態系統服務功能研究[M].北京：氣象出版社，2002.

[5]臧潤國，成克武，李俊清，等.天然林生物多樣性保育與恢復[M].北京：中國科學技術出版社，2005.

[6]周生賢.中國林業的歷史性轉變[M].北京：中國林業出版社，2002.

[7]張志達.天保工程的實施背景、進展及對策[J].林業經濟，2002（1）：639.

[8]屈紅軍，朱穎，張忠林，等.我國天然林保護工程一期實施效果概述[J].林業科技開發，2012.，26（6）：58.

[9]劉瓊閣，彭道黎，施鵬程，等.三峽庫區森林生態系統服務功能評估[J].東北林業大學學報，2014，（11）：6266.

[10]湖北森林編輯委員會.湖北森林[M].武漢/北京：湖北科學技術出版社/中國林業出版社，1991.

[11]國家林業局.森林生態系統服務功能評估規范[S].北京：國家林業局，2008.

[12]陳引珍.三峽庫區森林植被水源涵養及其保土功能研究[D]，北京：北京林業大學，2007.

[13]鄭巍偉.三峽庫區森林和土壤侵蝕關系研究[J].防護林科技，2006，（6）：4547.

[14]全國土壤普查辦公室編.中國土壤[M].北京：中國農業出版社，1998.

[15]常超，謝宗強，熊高明，等.三峽庫區不同植被類型土壤養分特征[J].生態學報，2009，29（11）：59785985.

[16]方精云，劉國華，徐嵩齡.我國森林植被的生物量和凈生產量[J].生態學報，1996，16（5）：497508.

[17]劉國華，傅伯杰，方精云.中國森林碳動態及其對全球碳平衡的貢獻[J].生態學報，2000，20（5）：733740.

[18]韓素蕓.湖南省主要森林類型生態服務功能及價值評價[D].長沙：中南林業科技大學，2010.

[19]肖玲.江西大崗山主要森林生態效益價值量的評價研究[D].北京：北京林業大學，2009.

[20]孟祥江，侯元兆，李玉敏，等.貴州黔南州森林空氣負離子分布特征及質量評價[J].貴州農業科學，2012，40（8）：179182.

[21]《中國森林生態服務功能評估》項目組.中國森林生態服務功能評估[M].北京：中國林業出版社，2009，

[22]王兵，宋慶豐.森林生態系統物種多樣性保育價值評估方法[J].北京林業大學學報，2012.，34（2）：155160.

[23]Huang J H， Chen J H， Ying J S， Ma K P. Features and distribution patterns of Chinese endemic seed plant species[J]. Journal of Systematics and Evolution， 2011，49（2）： 8194.

[24]張殷波.國家重點保護野生植物的保護生物地理學研究[D]，北京：中國科學院植物研究所，2008.

（責任編輯：鄭京津）