秦皇島市北戴河區森林生態系統服務功能價值評估

馬鵬嫣, 王智超, 李 晴, 王姝怡, 張 碩, 趙元杰

(河北師范大學 資源與環境科學學院, 河北省環境演變與生態建設實驗室， 河北 石家莊 050024)

森林作為陸地生態系統中重要的組成部分，對改善生態環境，維持生態平衡，保護人類生存和發展的空間起著重要作用。獨特的地理環境孕育了北戴河宜人的氣候，并且它以藍天白云、碧海金沙、青松翠柏、紅頂白墻為特色吸引著歷代海內外的游客，旅游在社會經濟中占據重要地位。因此，北戴河森林生態系統服務功能價值研究不僅具有普遍的現實意義，更有其獨特的歷史意義。

20世紀90年代以后，以Costanza[1]為代表的國外一些學者，將全球生態系統服務功能分為供給服務、調節服務、支持服務和文化服務，并對不同的生態系統進行了價值測算。從2000年開始，中國森林生態系統服務功能價值評估研究逐漸成為生態學和經濟學領域的一大熱點，并取得了一定的研究成果[2]。王兵等[2]制定了《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721-2008)統一了生態系統實物量評估公式及相應的價格參數，標志著中國在森林生態系統服務功能評估領域中形成了一個較為完整的評估體系。評估方法的統一能夠更科學地評價森林生態系統服務功能價值，然而不同類型森林生態系統的服務功能價值有較大的區別[3-5]。但是，目前對于森林的分類較為宏觀，對于森林生態系統服務功能價值評估具體到林種的研究較少。秦皇島市北戴河區作為重要的旅游發展城區，森林林種復雜多樣，生長階段跨度較大。因此本文擬將北戴河區森林劃分為喬木林、防護林、四旁樹、散生木等，以及按照樹木不同的生長階段劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林。本文利用水量平衡法、替代工程法、機會成本法、碳稅法、市場價值法等對北戴河區森林進行價值評估，分析不同林種、不同生長階段樹木的價值量，以期能更加真實地反映北戴河區森林生態系統服務功能價值，為城市生態環境持續改善和經濟發展提供科學依據和理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

北戴河區位于河北省東北部，秦皇島市西部，處于北緯39°47′48″—39°53′17″，東經119°24′08″—119°31′58″，陸地面積111.64 km2，屬于半濕潤季風型大陸氣候，由于受海洋影響較為明顯，多風、濕度大、雨量適中、四季分明，年平均氣溫8.8～11.3 ℃，年平均降水量630 mm左右。北戴河區境內分布著豐富的動植物資源。植被類型包括溫帶常綠針葉林、落葉闊葉混交林、灌叢植被、鹽生草甸、水生植被和栽培植被等[6]。野生陸地動物有8個種類450多種，其中最為豐富的是鳥類資源。海洋動物有7個種類40多種，其中對蝦、梭子蟹最為著名；良好的生態環境，使北戴河濕地類成為鳥的天堂，鳥類共有20目61科416種。北戴河區也是國內外聞名的度假和旅游勝地。

1.2 數據來源

數據主要來源于2015年《秦皇島市北戴河區國民經濟和社會發展統計資料》、秦皇島市2015年統計年鑒、北戴河區第二次土地利用現狀調查數據、實地調研以及從文獻中析出的一些相關數據。并以該數據為基礎，對北戴河區森林生態系統進行服務價值評估。

1.3 研究方法

根據中華人民共和國林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T 1721-2008)，評估北戴河森林生態系統服務功能價值，共采用6個一級評價指標，主要包括森林生態系統的涵養水源、保育土壤、固碳釋氧、凈化大氣、森林防護、游憩休閑等[7]。其中涵養水源從調節水量和凈化水質兩方面，采取水量平衡法、替代工程法進行評估；保育土壤從固定土壤、保持土壤肥力兩方面，采取機會成本法和生產成本法進行評估；固碳釋氧從森林固碳和森林釋氧兩方面，采取碳稅法、市場價值法進行評估；凈化大氣主要從提供負離子、吸收氟化物、吸收碳氧化物、吸收二氧化硫、降低噪音、殺滅細菌、滯塵幾個方面，采用生產成本法和費用替代法進行評估；森林防護從農田防護價值和農田固沙價值兩方面，采取了市場價值法和認購意愿法進行評估；游憩休閑主要從旅游收入方面，采取了費用替代法進行評估。

為了計算北戴河區森林生態系統服務功能價值，根據已有林業調查數據和實地調查，統計了喬木林、防護林、四旁樹、散生木等數據。其中，喬木林和防護林的面積主要是來源于林業局提供的具體數據，散生木和四旁樹的面積主要是通過實測獲得。四旁樹主要是指村旁、宅旁、路旁、水旁等樹木；散生木主要是指無林地中零星生長的樹木或幼齡林中零星生長的過熟木。通過調查四旁樹和散生木的數量及其生長情況，確定四旁樹和散生木一般按照4 300株樹木折合成1 hm2林地的算法，將其折合成面積，作為北戴河區森林生態系統服務功能價值的評估基礎數據。通過計算，北戴河區植被總面積為3 885 hm2。

1.3.1 涵養水源功能 涵養水源是森林生態系統的重要功能之一，具體表現在森林生態系統通過喬、灌、草及枯枝落葉對大氣降水進行截留、儲存和凈化等，同時對防洪抗澇也有重要作用。本次價值評估選擇調節水量和凈化水質2個方面。

(1) 調節水量。

D涵=PA+A/A總×H1-EA-A/A總×H2

(1)

式中：D涵——林分年涵養水源量(m3)；P——地區降水量；A——林分面積(hm2)；A總——北戴河區總面積(hm2)；H1——流向林地的地表徑流(mm/a)；E——林分蒸散量(mm/a)；H2——流出林地的地表徑流(mm/a)。下同。

(2) 凈化水質。

U水質=10×K×D涵

(2)

式中：U水質——森林年凈化水質價值(元/a)；K——污水的凈化費用(元/a)。

1.3.2 保育土壤功能 森林通過樹冠、枯枝落葉層和強壯的根系有效保護土壤，減少雨水對土壤的直接沖刷，降低了地表徑流對土壤的侵蝕。同時，森林植物每年有大量的凋落物和死亡根系，在水、土、光、溫和微生物的作用下通過分解礦化，逐漸形成有機質、氮、磷、鉀等營養物質，提高了土壤肥力，促進植物生長，因此，選擇固定土壤和保持土壤肥力2個指標對北戴河森林保育土壤功能進行價值評估[8]。

(1) 固定土壤。

G固土=Ai(X2-X1)

(3)

式中：G固土——林分年固土量(t/a)；Ai——林種面積(hm2)；X2，X1——無林地侵蝕模數、有林地侵蝕模數〔t/(hm2·a)〕。下同。

U固=Ai×C土(X2-X1)/p

(4)

式中：U固——森林年固定土壤價值(元/a)；C土——挖取和運輸單位體積土方所需費用(元/m3)；p——林地土壤容重(t/m3)。

(2) 保持土壤肥力。

U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+

PC2/R2+KC3/R3+MC4)

(5)

式中：U肥——林分年保持土壤肥力價值(元/a)；R1，R2，R3——磷酸二銨化肥含氮量、過磷酸鈣化肥含磷量、氯化鉀化肥含鉀量(%)；M——土壤有機質含量(%)；N，P，K——土壤平均含氮、磷、鉀量(%)；C1，C2，C3，C4——磷酸二銨化肥、過磷酸鈣化肥、氯化鉀化肥及有機質價格(元/t)[9]。

1.3.3 固碳釋氧功能 固定二氧化碳、釋放氧氣也是森林的重要功能之一，維持著大氣中碳、氧平衡。植被固碳功能是通過光合作用來實現，而土壤固碳則是通過土壤中的微生物、動物和植物來實現。所以，固碳功能價值評估包含植被固碳和土壤固碳2個方面[10]。

(1) 森林固碳。

U碳=C碳(G1+G2)=

AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)

(6)

式中：U碳——林分年固碳價值(元/a)；C碳——固碳價格(元/t)；G1——植被年固碳量(t/a)；G2——土壤年固碳量(元/a)；R碳——CO2中碳的含量，取27.27%；B年——林分凈生產力〔t/(hm2·a)〕；F土壤碳——單位面積林分土壤年固碳量〔t/(hm2·a)〕。下同。

(2) 森林釋氧。

U氧=G氧×1.19A×B年

(7)

式中：U氧——林分年釋氧價值(元/t)；G氧——氧氣價格(元/t)。下同。

1.3.4 凈化大氣功能 森林凈化大氣功能主要是指森林生態系統不僅能生產大量負離子，還能吸收、凈化空氣中的污染物，并且有滯塵和降低噪音的功能。

(1) 提供負離子。

U負離子=5.256×1015×A×H×K負離子(Q負離子)/L

(8)

式中：U負離子——林分年提供負離子價值(元/t)；H——林分高度(m)；K負離子——負離子生產費用(元/個)；Q負離子——林分負離子濃度(個/cm3);L——負離子壽命(min)。下同。

(2) 吸收污染物。根據《森林生態系統服務功能評估規范》，選取吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滯塵等這4個指標來評估北戴河區森林的凈化大氣環境功能。其計算公式如下：

U二氧化硫=A×K二氧化硫Q二氧化硫

U氟化物=A×K氟化物Q氟化物

U氮氧化物=A×K氮氧化物Q氮氧化物

U滯塵=A×K滯塵Q滯塵

(9)

式中：U二氧化硫,U氟化物,U氮氧化物,U滯塵——林分年吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滯塵的價值(元/a)；Q二氧化硫,Q氟化物,Q氮氧化物,Q滯塵——單位面積林分年吸收二氧化硫量、氟化物、氮氧化物、滯塵及重金屬量〔kg/(hm2·a)〕；K二氧化硫,K氟化物,K氮氧化物,K滯塵——二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滯塵治理費用(元/kg)。下同。

(3) 降低噪音。

U噪音×U噪音=A噪音×K噪音

(10)

式中：U噪音——林分年降低噪音價值(元/a);A噪音——林分面積折合為隔音墻的距離(km);K噪音——降低噪音費用(元/km)。下同。

(4) 殺滅細菌。相關研究發現，有300多種植物能分泌出揮發性的殺菌物質；1 hm2松柏林每天可分泌30 kg殺菌素；擁擠的商場內每1 m3空氣中有細菌400萬個，林蔭大道上為58萬個，綠化公園1 000個，而林區只有55個[11]。

目前，中國對森林的殺菌價值評估，通常采用林木蓄積量乘以造林成本的20%來計算[12-14]，本文也采取這種方法。

V殺菌=Q蓄積×S×F×20%

(11)

式中：V殺菌——殺菌價值(元/a);Q蓄積——單位面積的植被蓄積量；S——森林總面積(hm2)；F——北戴河區參考林木價格(元/m3)。下同。

1.3.5 森林防護功能 主要指對土壤表層的保護功能。植被根系能夠固定土壤，改善土壤結構，降低土壤的裸露程度；樹干和樹冠部分能夠增加地表粗糙程度，降低風速，阻截風沙。因此森林具有防風固沙和減少土壤侵蝕的功能[15]。

本次對森林防護功能的評估主要從森林的農田防護價值和防風固沙價值兩個方面進行。

(1) 農田防護。

U農田=A×Q農田×C防護

(12)

式中：U農田——實測林分農田防護功能的價值量(元/a)；Q農田——由于農田防護林和防風固沙林存在而增加的單位面積農作物、牧草年產量〔kg/(hm2·a)〕。

(2) 防風固沙。國家為了生態環境安全，在生態認購時參與市場機制。本文采用生態認購法計算防風固沙功能。

U固沙=A×K2

(13)

式中：U固沙——林分防風固沙價值(元/a)；K2——防風固沙生態認購價格。

1.3.6 游憩休閑功能 森林生態系統為人類提供旅游和休憩的場所，使人們在旅游休閑的同時放松心靈，有益于身心健康。本文采用旅行費用法并結合前人研究成果北戴河區對森林游憩休閑功能價值進行評價[22]。

U游=A×P1×P2

(14)

式中：U游——林分游憩休閑功能價值(元/a)；A——社會旅游總收入(元/a)；P1——評估區旅游收入占總收入的比例(%)；P2——評估區森林游憩休閑收入占評估區旅游收入的比例(%)。

2 結果與分析

2.1 涵養水源價值

2015年北戴河區降水量620 mm，闊葉林、針闊林和針葉林蒸散量根據華北地區年平均蒸散量進行估算(表1)，分別為537.00，457.95，600.00 mm/a[16]，林分調節水量價值取值4.48元/m3[17]，污水的凈化費用為0.81元/m3[18]。

表1 涵養水源功能評估數據匯總

從表1可得知，北戴河區森林生態系統調節水量總價值為12 444.28萬元/a，凈化水質總價值為2 249.97萬元/a，單位面積平均涵養水源價值為3.78萬元/a，涵養水源總價值為14 694.25萬元/a。

2.2 保育土壤價值

2.2.1 固定土壤價值 本次評估中，林地侵蝕模數分別是：闊葉林為336.43 t/(hm2·a)，針闊林為545.78 t/(hm2·a)，針葉林為941.70 t/(hm2·a)[19]。林地土壤容重為1.3 t/m3[20]。計算得出森林固土量為2.09×106t/a，固土價值為241.70萬元/a(表2)。

2.2.2 保持土壤肥力價值 本次評估中，土壤采用褐土的平均肥力水平計算，其林地土壤含氮量、含磷量、含鉀量分別為0.08%，0.01%，0.1%，土壤中有機質含量為2%，計算得出森林保肥價值為3 704.40萬元/a(表2)。

2.2.3 保育土壤總價值 森林年保持土壤總價值為保持土壤肥力價值和固定土壤價值之和，計算森林保持土壤總價值為 3 946.10萬元/a(表2)。

表2 北戴河區森林各林分增加的保育土壤總價值

2.3 固碳釋氧價值

2.3.1 森林固碳價值 本次評估，固碳價格取48.18元/t(數據來源于全球主要碳交易市場碳匯價格)；林分凈生產力取值5.09～13.93 t/(hm2·a)[20]；單位面積林分土壤年固碳量，取值22.5～30 t/(hm2·a)，根據樹木生長的不同時期其含量不同。計算得出固碳總價值為297.89萬元/a(表3)。

2.3.2 森林釋氧價值 氧氣價格取值1 108元/t，來源于中華人民共和國衛生部網站；林分面積和林分凈生產力，計算得出釋氧總價值為4.78×107元/a(表3)。

2.3.3 固碳釋氧總價值 經計算，北戴河區的森林固碳釋氧總價值為5.08×107元/a。

表3 固碳釋氧功能評估數據匯總

2.4 凈化大氣價值

2.4.1 年提供負離子價值 通過網絡調查，北戴河區林地平均值負氧離子濃度取值為7 000個/cm3；根據實地調查數據，林分高度取值為6.5 m；負離子壽命取值為10 min；負離子生產費用取值為9.16元/1018個[21]。通過計算得出提供負離子價值為1.29×106元/a(表4)。

2.4.2 吸收污染物價值 二氧化硫、氟化物和氮氧化物是大氣污染物的主要物質，選取森林吸收二氧化硫、氟化物和氮氧化物3個指標核算森林吸收污染物的能力。

本次評估中，單位面積林分吸收二氧化硫量取值范圍為：針葉林215.60 kg/(hm2·a)，針闊林152.13 kg/(hm2·a)，闊葉林88.65 kg/(hm2·a)。二氧化硫的治理費用取值為1.55 元/m3[21]，計算得出吸收二氧化硫的價值為7.90×105元/a。

單位面積林分吸收氟化物量，其中，針葉林取值為0.50 kg/(hm2·a)，針闊林取值為2.58 kg/(hm2·a)，闊葉林取值為4.65 kg/(hm2·a)；氟化物的治理費用取值為0.89 元/kg[21]，計算得出吸收氟化物的價值為1.13×104元/a。

單位面積林分吸收氮氧化物量，針葉林、針闊林、闊葉林均取值為6.00 kg/(hm2·a)；氮氧化物的治理費用取值為0.81 元/kg[21]，計算出吸收氮氧化物的價值為1.89×104元/a。

單位面積林分年滯塵量，針葉林取值為33.20 kg/(hm2·a)，針闊混交林取值為21.66 kg/(hm2·a)，闊葉林取值為10.11 kg/(hm2·a)；降塵清理費用取值為0.19元/kg[21]，計算得出滯塵的價值為1.32×104元/a。

2.4.3 降低噪音價值 按一般經驗，40 m寬的林帶可減弱噪音10～15 dB，隔音墻平均隔聲量36 dB，單價采用“安平縣德仁聲屏制造有限公司”高2.5 m公路網欄、每平方價格170 元/m2計算，每米隔音墻的價格為425 元/m2，每千米隔音墻的價格為4.25×105元/km2。隔音墻的隔音效果相當于0.12 km2的林帶面積。計算得出降低噪音的價值為1.38×108元/a。

2.4.4 殺滅細菌價值 目前，中國對森林的殺菌價值評估，通常采用林木的蓄積量乘以活立木林木平均價格的10%來計算[13]。根據北戴河區森林活立木調查數據，北戴河區活立木蓄積量為376 023 m3，林木多年平均價格為835 元/m3。計算結果為：北戴河區森林2015年殺菌價值量為3.14×107元/a。

2.4.5 凈化大氣總價值 經過計算，在面積為3 884.88 hm2的林地上，北戴河區的森林凈化大氣功能總價值可以達1.71×108元/a(表4)。其中，林分年提供負離子數為9.29×1022個/a，創造價值為1.29×106元/a；林分年吸收二氧化硫量5.10×105kg/a。創造價值為7.90×105元/a；林分年吸收氟化物量為1.27×104kg/a，創造價值為1.13×104元/a；林分年吸收氮氧化物量2.33×104kg/a，創造的價值為1.89×104元/a；林分年滯塵量為6.94×104kg/a，創造的價值為1.32×104元/a；林分年降低噪音價值為1.38×108元/a；林分年滅菌價值為3.14×107元/a。

2.5 森林防護價值

在本次評估中，由于農田防護林、防風固沙林存在而增加的單位面積農作物、牧草年產量，取600 kg/(hm2·a)[21]；農作物、牧草價格，取2.0 元/kg。計算得出北戴河區森林的農田防護功能價值為4.66×106元/a。

防風固沙功能價值采用生態認購價格，即數值為6 593 元/(hm2·a)[21]，計算得出北戴河區森林的防風固沙功能價值為2.56×107元/a。北戴河區的森林防護功能價值為農田防護功能價值與防風固沙功能價值的和，即3.03×107元/a(表4)。

2.6 游憩休閑價值

參照秦皇島市2015年旅游社會總收入3.62×1010元。根據數據統計分析，約60%為北戴河區所提供，其中5%為森林游憩休閑價值[22]，經計算為1.09×109元/a。

2.7 北戴河區森林生態系統服務功能總價值

通過對北戴河區森林生態系統的幾種主導服務功能的價值評估(表4)，2015年北戴河區森林生態系統服務功能總價值為1.53×109元/a。

表4 2015年度北戴河森林生態服務價值

注：Ⅰ，Ⅱ級指標服務價值合計為1.53×109元/a。

3 結 論

北戴河區森林生態系統服務價值評估研究是進行綠色GDP核算、生態補償機制制定及生態城市建設的重要依據。通過研究發現，北戴河森林生態系統水源涵養、保育土壤、固碳釋氧、凈化大氣、森林防護、游憩休閑等功能的總服務價值為1.53×109元/a。北戴河區陸地總面積為111.64 km2，平均每1 km2服務價值為1.37×107元/a，遠遠大于全國森林生態系統單位面積服務價值3.19×105元/a[2]。

北戴河森林價值生態服務功能總量十分可觀。從所評價的六種森林生態服務價值構成上，按照價值量的大小，依次為:游憩休閑(70.97%)>凈化大氣(11.56%)>涵養水源(9.59%)>固碳釋氧(3.32%)>保育土壤(2.58%)>森林防護(1.98%)。趙忠寶等[23]的《秦皇島市森林生態系統服務功能評價研究》一文中提到秦皇島的森林生態系統各項服務價值順序：涵養水源>固碳釋氧>保育土壤>保護生物多樣性>凈化大氣>積累營養物質>森林游憩，森林的游憩價值最低，而在本次研究中北戴河的森林游憩價值最高。可見，北戴河旅游業的發展在秦皇島市的旅游中起帶頭作用，旅游業的發展能很好地拉動北戴河區經濟的發展，同時也應充分考慮到北戴河森林生態系統的其他各項服務功能價值，合理利用與經營北戴河區森林資源，最終實現北戴河區森林資源的可持續利用。

本文依據中華人民共和國林業行業標準《森林生態系統服務功能評估規范》(LY/T1721-2008)進行價值評估，并充分考慮到北戴河區森林林種復雜多樣和生長階段的差異性，將不同類型的林木進行分類評估，然后匯總，使其更真實地反映森林生態系統的服務價值。需要說明的是由于技術水平和資料等的限制，在進行森林林種調查時，采取了典型區域樣點調查法，并未進行全面調查。因此，北戴河區森林生態系統服務功能價值是否準確，有待于進一步研究。