貓兒山水青岡林土壤保持生態服務價值

桂雪萍，蒙 芳，譚一波*，田紅燈，歐芷陽，何琴飛，鄭 威，何 峰，龐世龍，彭玉華，葉建平

（1.廣西壯族自治區林業科學研究院 廣西優良用材林資源培育重點實驗室，南寧 530002；2.廣西漓江源森林生態系統國家定位觀測研究站，桂林 541316；3.廣西桂林貓兒山自然保護區管理局，桂林 541316）

土壤是大部分生物生存的載體，對于維持生態系統的正常運轉起著不可替代的作用[1-2]。森林土壤生態系統通過截流、吸收、下滲等作用可大大降低雨水和地表徑流對土壤表面的直接沖刷力，從而有效地降低土壤侵蝕造成的土壤肥力喪失和生態系統破壞，減輕泥沙對河流、湖泊和水庫的淤積等，體現其控制侵蝕的固土服務價值[3]。同時，森林土壤生態系統作為陸地生態系統中最具活性的一個亞系統，是生物與非生物之間進行物質循環和能量交換的最為重要的生態界面，為植物生長提供養分、水分和適宜的物質條件，體現其保持土壤肥力的服務價值[4]。固土和保持肥力服務構成了土壤保持生態系統服務。土壤保持生態系統服務研究對于區域水土保持措施制定，減少養分流失，點源與非點源污染、降低水利工程洪澇風險、防治沉積物堆積等問題具有重要意義[5]。

漓江源頭地區以廣西桂林貓兒山國家級自然保護區（以下簡稱“貓兒山保護區”）為代表的原生性植被覆蓋區，作為桂林市主要水源涵養林區，是漓江、資江、潯江的發源地，連接長江、珠江兩大水系，素有“漓江心臟，桂林山水命根子”之稱[6]，對桂林市具有十分重要的作用。而貓兒山保護區面積最大的原生性植被是以水青岡（Fagus longipetiolata）為優勢種的常綠落葉闊葉混交林，但過去對水青岡林生態系統的研究主要集中于群落結構[7]、分布格局[8]、涵養水源[9-10]、葉片光合生理[11-12]、葉片營養再吸收[13]和土壤養分[14]的研究，尚未見到對水青岡林土壤生態系統服務的研究，且以往對貓兒山森林生態系統服務[15]以及漓江流域生態系統服務[16]等區域大尺度的價值評估往往缺乏實地調查數據或數據過于粗糙。因此，本研究依托廣西漓江源森林生態系統國家定位觀測研究站獲取的大面積精細化調查資料和實測數據，開展水青岡林土壤保持生態系統服務研究，以期為區域水土保持措施制定和保護區對獨特的單一生態系統精細化管理提供支撐。同時，水青岡林土壤保持生態系統服務研究對保護漓江流域山水景觀、維護漓江流域的生態安全，以及桂林建設國家可持續發展議程創新示范區都具有重要作用。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究區概況

貓兒山（110°19′～110°31′E，25°48′～25°58′N）位于廣西桂林北部，是漓江、資江和潯江三大河流的主要發源地[17]，最高峰海拔2 141.5 m，是華南第一高峰。貓兒山屬中亞熱帶山地氣候，年降水量2 400 mm左右，3—7月為雨季。植被垂直帶譜較明顯，可分為常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、常綠針闊葉混交林、高山矮林和灌草叢[18]，其中常綠落葉闊葉混交林是以水青岡為優勢種的林分，分布海拔范圍為1 300～1 800 m。

1.2 數據來源

1.2.1 樣地實測數據

依托廣西漓江源森林生態系統國家定位觀測研究站，并根據中華人民共和國國家標準《GB/T 33027-201620森林生態系統長期定位觀測方法》[19]，在貓兒山水青岡占優勢的1 300、1 500、1 800 m等3個海拔各設置1個100 m×100 m樣地，按0～10、10～20、20～40、40～60 cm分層采集土壤有機質、全氮、全磷、全鉀分析樣品，同時每層采集3個環刀土樣，供測定土壤容重。

土壤容重采用環刀法（環刀容積為100 cm3）[20]，土壤有機質測定采用《LY/T1237-1999森林土壤有機質的測定及碳氮化的計算》[21]方法，土壤全氮采用《LY T 1228-2015森林土壤氮的測定》[22]，土壤全磷采用《LY T 1232-2015森林土壤磷的測定》[23]，土壤全鉀《LY T 1234-2015森林土壤鉀的測定》[24]。貓兒山水青岡林樣地情況見表1。

1.2.2 社會公共數據

根據森林生態系統服務價值評估要求，森林資源數據來自于2014年貓兒山自然保護區森林資源二類調查結果和貓兒山綜合科考報告[25]，社會公共數據集采用國家或廣西區權威機構公布的2016年社會公共數據（表2）。

表1 水青岡林樣地概況及土壤養分含量Tab.1 Situation and soil nutrient content of Fagus longipetiolata forest sample plots

表2 土壤保持生態系統服務社會公共參考數據Tab.2 Social public reference data of soil conservation ecosystem services

1.3 評估方法

貓兒山水青岡林土壤保持生態系統服務價值評價指標參考《LY/T 1721-2008森林生態系統服務功能評估規范》[26]確定（表3）。

表3 土壤保持生態系統服務價值評價指標測算方法Tab.3 Estimation method of evaluation index of soil conservation ecosystem service value

貓兒山水青岡林土壤保持生態服務價值量評估公式及測算方法如下[26]：

（1） 固土價值

V固土=G固土C土/ρ，G固土=S（X2-X1）

上式中，V固土為林分年固土價值（元/a）；C土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）；G固土為林分年固土量（t/a）；S為林分面積（hm2）；X2為無林地土壤侵蝕模數（t·hm-2·a-1）；X1為林地土壤侵蝕模數（t·hm-2·a-1）。

（2）保持土壤氮量價值

VN=G固土CNRNV磷酸二銨

式中，VN為保持土壤氮量價值（元/a）；G固土為林分年固土量（t/a）；CN為土壤氮含量（%）；RN為磷酸二胺中氮含量（%）；V磷酸二銨為磷酸二胺價格（元/t）。

（3）保持土壤磷量價值

VP=G固土CPRPV磷酸二銨

式中，VP為保持土壤磷量價值（元/a）；G固土為林分年固土量（t/a）；CP為土壤磷含量（%）；RP為磷酸二胺中磷含量（%）；V磷酸二胺為磷酸二胺價格（元/t）。

（4）保持土壤鉀量價值

VK=G固土CKRKV氯化鉀

式中，VK為保持土壤鉀量價值（元/a）；G固土為林分年固土量（t/a）；CK為土壤鉀含量（%）；RK為氯化鉀中鉀含量（%）；V氯化鉀為氯化鉀價格（元/t）。

（5）保持土壤有機碳含量價值

VM=G固土CMV有機質

式中，VM為保持土壤有機質量價值（元/a）；G固土為林分年固土量（t/a）；CM為土壤有機質含量（%）；V有機質為有機質價格（元/t）。

（6）貼現率[27]

使用貼現率將各地非評估年份評估價值轉換為評估年份價值，以便統一比較各地價值量現價。其計算公式如下：

t=（Dr+Lr）/2，d=（1+tn+1）（1+tn+2）…（1+tm）

式中，t為存貸款均衡利率（%）；Dr為銀行的平均存款利率（%）；Lr為銀行的平均貸款利率（%）；d為貼現率；n為價格參數可獲得年份；m為評估年份。

2 結果與分析

2.1 貓兒山水青岡林固土服務價值

貓兒山水青岡林單位面積（1 hm2）平均固土量為34.84 t/a，固土價值為1 076.59元/a；貓兒山110.2 hm2水青岡林年固土量為3 839.37 t，林分年固土價值為118 614.32元（表4、5）。

表4 水青岡林樣地單位面積土壤固土服務價值Tab.4 Soil consolidation ecosystem service value per unit of Fagus longipetiolata forest sample plots

表5 水青岡林土壤固土服務價值Tab.5 Soil consolidation ecosystem service value of Fagus longipetiolata forest

2.2 貓兒山水青岡林土壤保肥服務價值

林分單位面積平均保持氮量、保持磷量、保持鉀量和保持有機質量分別為0.02、0.004 7、0.40、3.75 t/a，其中單位面積平均保持有機質量最高，保持鉀量次之，保持磷量最小；林分單位面積平均保持氮量價值、保持磷量價值、保持鉀量價值和保持有機質量價值分別為43.69、12.65、865.23、2 064.69元/a，其價值量大小順序與林分單位面積平均保持各元素量的排序相同；林分單位面積平均保肥價值為2 986.25元/a（表6）。

貓兒山110.2 hm2水青岡林年保持氮量、保持磷量、保持鉀量和保持有機質量分別為1.80、0.52、44.56、413.69 t/a，林分年保持氮量價值、保持磷量價值、保持鉀量價值和保持有機質量價值分別為 4 814.53、1 393.48、95 347.99、227 528.49元/a，林分年保肥價值為329 084.50元/a。

表6 水青岡林單位面積和所有林分土壤保肥服務價值Tab.6 Value of soil fertilization ecosystem service in unit area and all stands of Fagus longipetiolata forest

2.3 土壤保持生態服務總價值及其特征

貓兒山水青岡林2016年土壤保持生態服務總價值為447 698.81元，其中林分年固土價值118 614.32元，占土壤保持生態服務價值的26.49%，林分年保肥價值329 084.5元，占土壤保持生態服務價值的73.51%（表5、6、7）。林分年保肥價值中所占比例最大的是林分年保持有機質含量價值（占50.82%），其次是林分年保持鉀量價值（占21.30%），最小是林分年保持磷量價值（占0.31%）。

表7 水青岡林土壤保持生態服務總價值及其特征Tab.7 Total value and characteristics of soil conservation ecosystem services in Fagus longipetiolata forest

3 結論與討論

貓兒山水青岡林2016年單位面積年平均固土價值為1 076.59元/（hm2·a），平均保肥價值為2 986.25元/（hm2·a），單位面積平均年土壤保持生態服務價值為4062.84元/（hm2·a）。貓兒山110.2hm2水青岡林年固土價值為11 614.32元/a，年保肥價值為329 084.50元/a，2016年土壤保持生態服務總價值為447 698.81元/a；水青岡林年保持氮量價值、保持磷量價值、保持鉀量價值和保持有機質量價值分別為4 814.53、1 393.48、95 347.99、227 528.49元/a。水青岡林土壤保持生態服務價值各分量對總價值的貢獻率具有較大的差異，其中對總價值貢獻率最高的是林分年保持有機質含量價值為50.82%，其次是林分年固土價值和年保持鉀量價值，分別為26.49%、21.30%，貢獻率最低是林分年保持磷量價值為0.31%。林分年保持有機質含量價值最高，主要是由于森林土壤碳庫巨大的體量所致；年固土價值較高主要是因為水青岡天然林水土保持能力較強。土壤年保持氮量、年保持磷量和年保持鉀量價值排序與土壤營養元素含量密切相關，基本真實反應了土壤各營養元素的含量變化情況，與王海倫等[15]對貓兒山的研究相似。

目前，《LY/T 1721-2008森林生態系統服務功能評估規范》[26]在生態系統服務價值評估研究中被廣泛采用[28-35]，雖然不同研究在具體指標、年度參數上存在一定差距。本文將貓兒山水青岡林結果與其他研究結果（貼現至2016年）對比表明（表8），本研究的單位面積服務價值與廣西森林平均水平較為接近，結果基本處于同一數量級，說明本研究結果具有一定的準確性和科學性。與大瑤山和姑婆山的差異主要是貓兒山土壤養分含量較低，以及生態系統類型不同導致的。相對于北方針葉林[28]、針闊混交林[29]而言，水青岡林分林下植被豐富，結構更復雜，林下枯落物較多，其持沙和截留等土壤保持能力更強。

表8 不同研究區價值評估結論比較Tab.8 Comparison of the evaluation results of different research areas

以往對貓兒山的研究表明[15]，森林生態系統中水源涵養服務、生物多樣性服務占到貓兒山森林生態系統服務價值的75.62%，土壤保持服務僅占到5%的比例。本文對貓兒山優勢植被水青岡林生態系統中的土壤保持生態服務進行了價值評估，雖然生態系統服務價值計算方法較多，計算結果受市場物價變動等多種因素的影響，不同方法間也較難統一[28]。但僅僅一種林分的土壤保持服務就有如此巨大的價值，說明水青岡林土壤保持服務在維系和促進生態系統可持續發展中將發揮重要作用[36]，需要引起足夠重視[30]。今后研究中應持續開展年度序列的生態價值精細化評估，把評估結果與生態補償機制研究緊密結合，為保護區乃至漓江流域進行生態補償提供科學依據和數據基礎。