生態系統服務功能價值評價研究

曹元帥 鄭云峰* 尹準生 何 晨

(1. 國家林業和草原局華東調查規劃設計院, 杭州 310019；2. 江西省林業科技推廣和宣傳教育中心, 南昌 330038)

森林作為陸地生態系統的主體，對水土保持、涵養水源、防風固沙、調節氣候、保護生物多樣性、維護碳平衡等方面起著重要的作用，是人類長期以來賴以生存和發展的資源與環境保障，對經濟和社會的可持續發展具有重要的戰略意義[1?3]。公益林是以發揮森林生態系統服務功能為目的，為地區經濟發展、保證國土生態安全和維護地方社會穩定提供良好的生態環境保障。客觀、科學地評估公益林生態系統服務功能，對及時了解和評價公益林建設成效，體現公益林在生態保護、興林富民、鄉村振興中的作用具有重要意義[4?6]。

森林生態系統服務功能評估研究始于20世紀初。到了70年代，森林生態功能測定技術和替換方法有了突破，使這項研究在世界范圍內取得較快發展。1978年，日本林野廳利用數量化理論多變量解析方法對全國7種類型的森林生態效益進行了經濟價值的評估[7]。Costanza 等[8]對全球生態系統服務的價值進行了估算。Daily[9]探討了生態系統服務功能的定義及其價值特性，以及生態系統服務功能與生物多樣性的關系。Konarska 等[10]使用不同分辨率的土地覆蓋影像數據核算了美國生態系統服務功能價值。

20世紀80年代，我國一些學者開始對生態系統服務功能及其評價理論、方法和實踐應用進行探索。1982年，張嘉賓[11]利用影子工程法、替代費用法對云南省四個縣森林生態系統的保護土壤和涵養水源的價值進行了分析。1995年，侯元兆等[12]打破既有的森林資源核算體系，首次從林分、林地和森林環境資源三方面核算森林資源的價值，是我國全面評估生態服務功能的先行者。歐陽志云[13]初步研究了以森林和草地為主的中國陸地生態系統服務功能。蔣延玲等[14]根據全國第三次森林清查報告對我國 38 種主要森林生態系統的公益價值進行評估。魯紹偉[7]利用全國第四次、第五次、第六次森林資源清查資料對我國森林生態系統服務功能進行動態分析與仿真預測。崔亞琴等[15]對2016 年山西省11個地市主要植被類型的生態系統服務功能進行評估。薛冰等[16]利用遙感數據與GIS空間統計分析方法，分析了貴州省2015年森林生態系統服務功能價值及空間分布特征。

近年來，我國越來越多省（市）及自然保護地開展了森林生態系統服務功能的評價工作，對其森林生態效益的物質量、價值量及生態系統生產總值（gross ecosystem product，GEP）進行了核算，這對我們認識森林生態系統在國民經濟和社會發展中的地位及作用提供了科學的依據與數據支撐。本研究以開化縣公益林為對象，對其在涵養水源、固土保肥、固碳釋氧、積累營養、凈化大氣、生物多樣性保護6個方面提供的生態系統服務實物量和價值量進行評估。

1 研究區概況

開化縣位于浙江省西部、衢州市西北部，浙皖贛三省交界處，是錢塘江的發源地。地理坐標為28°54′30″N~29°29′59″N，118°1′15″E~118°37′50″E。縣境周長297.73 km，南北長66 km，東西寬59.2 km，縣域總面積2 236.61 km2。東和東北與杭州市的淳安縣接壤，東南和常山縣相連，西南同江西省玉山縣、德興市毗鄰，西和西北與江西省婺源縣相接，北與安徽省休寧縣相依，素有“歙饒屏障”之稱。開化縣屬亞熱帶季風氣候，四季分明，溫暖濕潤。年平均氣溫16.4 ℃，年平均降水量1 830.8 mm，無霜期252天。

開化縣地處浙江西部中山、低山丘陵區，金衢盆地外緣，素有“九山半水半分田”之稱，境內森林覆蓋率達80.9%。開化縣2001年列被為國家森林生態效益補助資金試點，公益林建設經過2001年區劃界定和不斷完善，至2019年全縣公益林建設規模達到92 484.50 hm2，占縣域總面積的41.3%，占林業用地面積的48.3%。其中：國家級公益林面積58 370.3 hm2，省級公益林面積34 114.2 hm2。依據開化縣2019年森林資源管理“一張圖”數據，公益林各森林類型面積統計見表1。

表 1 開化縣公益林森林類型統計Table 1 Forest types of public welfare forests in Kaihua County

2 研究方法

2.1 數據來源

以開化縣2019年度監測數據為基礎，依據浙江省林業廳《浙江省生態公益林監測實施辦法（試行）》的規定，建立公益林縣級監測體系。共設立357個固定監測樣地（20 m×20 m），每個樣地中沿對角線設置3個2 m×2 m 的小樣方進行下木（灌木）和草本調查。對樣地內的胸徑＞5 cm的喬木進行每木檢尺，測量并記錄樹種、胸徑、樹高、枝下高。對小樣方內的下木調查并記錄名稱、株數、平均地徑、平均高度以及蓋度；草本調查并記錄名稱、株數或叢數、平均高度以及蓋度。

根據上述調查方法獲得相應樣地的調查數據，計算并統計樣地相關調查因子指標，見表2。

表 2 樣地基本信息統計Table 2 Basic information statistics of sample plots

2.2 生物量模型

森林生物量是森林生態系統結構優劣和功能高低的最直接表現，是森林生態系統質量的綜合體現，而且生態系統服務功能評估指標的計算需生物量數據，因此本研究對公益林生物量進行測算。應寶根等[17]、袁位高等[18]在浙江省省級以上公益林范圍內，分不同森林植被類型設置樣地，實測各樹種（組）生物量，建立了松類、杉類、硬闊Ⅰ、硬闊Ⅱ、軟闊、毛竹、雜竹、下木（灌木）單株立木（竹）生物量模型和草本生物量模型。本研究主要采用其構建的單株立木模型、單株下木（灌木）模型、單株毛竹模型和草本生物量模型進行測算。

將公益林小班和樣地分8個類型：松木林、杉木林、闊葉林、針葉混交林、闊葉混交林、針闊混交林、竹林、灌木林，計算每種類型樣地的單位面積的平均生物量，再通過小班數據將與樣地類型相對應的單位面積生物量擴大到每個小班面上，以此統計全縣公益林各林分類型生物量。

本研究計算林分年生產力時，除灌木林外，只考慮林分喬木層生產力。由于缺少復位樣地數據，本研究中林分單位面積凈生產力采用浙江省森林資源監測中心提供的各林分類型平均單位面積凈生產力數據。

2.3 評估指標與方法

生態系統服務功能評估指標和方法主要依據《森林生態系統服務功能評估規范》（LY/T 1721?2008）[19]以及相關研究數據和文獻資料等[20?26]。從開化縣公益林的水源涵養、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養物質、凈化大氣環境、生物多樣性保護等6個方面，對其生態系統服務功能進行評價。由物質量向價值量轉換時，利用開化縣最新的公共基礎數據作為基本參數，采用等效替代法和權重當量平衡法，對森林生態效益價值量的計算進行適當修正，以獲得各項功能價值量的現價，以提高評估結果的準確性與合理性。

本研究選取了6個能直觀反映森林生態系統服務功能價值且數據可獲取的評估指標（A1~A6），具體包含8個實物量指標（B1~B8）和13個價值量指標（C1~C10），見表3。

表 3 開化縣公益林生態系統服務功能評估指標Table 3 Evaluation indexes of ecosystem service function of public welfare forest in Kaihua County

本研究中森林生態系統服務功能采用分布式測算方法進行評估，過程如下：

根據小班數據，首先將開化縣所有公益林按優勢樹種劃分為松木組、杉木組、硬闊Ⅰ組、硬闊Ⅱ組、軟闊組、針葉混交組、闊葉混交組、針闊混交組、竹林、灌木林等10個一級測算單元。

每個一級測算單元又按齡組劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林5個二級測算單元，其中竹林和灌木林不設二級測算單元。最終確定42個生態公益林生態系統服務評估單元及面積。

以上單元數據累加的結果即為開化縣公益林森林生態系統服務功能測算結果。結果分析時，合并多個測算單元進行分析。

3 結果與分析

3.1 公益林生物量

開化縣2018年生態公益林總生物量為1 038.40萬t，單位面積生物量為114.19 t/hm2。其中：喬木林群落生物量994.95萬t，占95.82%；竹林群落生物量22.81萬t，占2.20%；灌木林群落生物量20.64萬t，占1.99%。喬木林按優勢樹種分為松木林69.54萬t，杉木林367.22萬t，闊葉林250.57萬t，針葉混交林106.58萬t，闊葉混交林77.89萬t，針闊混交林123.15萬t。不同喬木林類型單位面積生物量大小為闊葉林132.47 t/hm2為最大，針葉混交林110.28 t/hm2為最小，見表4。

表 4 開化縣公益林不同森林類型群落生物量Table 4 Community biomass of different types of public welfare forests in Kaihua County

喬木林群落生物量按齡組分為幼齡林403.395 9萬t，占40.54%；中齡林329.946 6萬t，占33.16%；近熟林142.317 2萬t，占14.30%；成熟林102.644 6萬t，占10.32%；過熟林16.650 6萬t，占1.67%。單位面積生物量排序為過熟林＞成熟林＞近熟林＞幼齡林＞中齡林，全縣公益林喬木林單位面積平均生物量約為120.916 8 t/hm2，喬木層單位面積生物量為102.737 8 t/hm2，見表5。

表 5 喬木林群落生物量按齡組劃分Table 5 Arbor forest community biomass divided by age group

3.2 生態系統服務功能與效益

3.2.1 涵養水源

開化縣2018年生態公益林涵養水源量23 381.51萬t，涵養水源年價值246 441.11萬元，其中年調節水量價值197 339.94萬元、凈化水質價值49 101.17萬元。單位面積涵養水源價值以針闊混交林最大，其次為杉木林，灌木林最小，見表6。

表 6 開化縣公益林不同森林類型涵養水源效益統計Table 6 Water conservation benefits of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.2 固土保肥

2018年，開化縣生態公益林年固土量280.42萬m3，年保肥量134 995.71 t。固土保肥年價值58 954.96萬元，其中固土價值17 666.46萬元、保肥價值41 288.50萬元。單位面積固土保肥價值最大的是闊葉混交林（0.76萬元/hm2），最小的是松木林（0.55萬元/hm2），見表7。

3.2.3 固碳釋氧

2018年，開化縣生態公益林固碳量24.44萬t，相當于吸收二氧化碳89.61萬t，釋放氧氣65.42萬t，發揮固碳釋氧效益共116 295.66萬元，其中固碳價值31 304.99萬元、釋氧價值84 990.67萬元。單位面積固碳釋氧效益由大到小依次為竹林、闊葉混交林、闊葉林、針闊混交林、松木林、針葉混交林、杉木林、灌木林，見表8。

表 7 開化縣公益林不同森林類型固土保肥效益統計Table 7 Benefits of soil fixation and fertilizer preservation of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.4 積累營養物質

2018年開化縣生態公益林積累營養物質9 032.48 t，其中積累氮量1 460.08 t，積累磷量2 386.12 t，積累鉀量5 186.28 t，發揮積累營養物質生態效益共11 595.38萬元。單位面積積累營養物質效益以闊葉林和闊葉混交林較大，竹林最小，見表9。

3.2.5 凈化大氣環境

2018年，開化縣生態公益林吸收二氧化硫量9 570.59 t，滯塵量176.78萬t，發揮凈化大氣環境生態效益共42 429.96萬元，其中吸收二氧化硫價值1 770.56萬元，滯塵價值40 659.40萬元。單位面積凈化大氣環境效益大小為：針葉混交林＞松木林＞杉木林＞闊葉混交林＞針闊混交林＞闊葉林＞竹林＞灌木林，見表10。

表 8 開化縣公益林不同森林類型固碳釋氧效益統計Table 8 Benefits of carbon fixation and oxygen release of different types of public welfare forests in Kaihua County

表 9 開化縣公益林不同森林類型積累營養物質效益統計Table 9 Benefits of nutrient accumulation of different types of public welfare forests in Kaihua County

表 10 開化縣公益林不同森林類型凈化大氣環境效益統計Table 10 Benefits of air purification of different types of public welfare forests in Kaihua County

3.2.6 生物多樣性保護

經測算，開化縣生態公益林生物多樣性保護年價值量86 608.80萬元。其中，松木林多樣性指數2.35，價值量5 366.93萬元；杉木林多樣性指數2.30，價值量30 177.70萬元；闊葉林多樣性指數2.31，價值量18 915.10萬元；針葉混交林多樣性指數2.05，價值量9 664.10萬元；闊葉混交林多樣性指數2.36，價值量6 997.80萬元；針闊混交多樣性指數2.38，價值量11 162.60萬元；竹林多樣性指數1.64，價值量1 651.57萬元；灌木林多樣性指數1.93，價值量2 673.00萬元，見表11。

表 11 開化縣公益林不同森林類型生物多樣性保護效益統計Table 11 Benefits of biodiversity conservation of different types of public welfare forests in Kaihua County

4 結論與討論

4.1 結論

本次研究建立起了開化縣公益林監測體系，評估了公益林生態系統服務功能價值。為更好地掌握公益林數量、質量、生態系統服務功能及其動態變化情況，開化縣應定期開展公益林監測，及時了解公益林建設情況，為公益林建設管理提供決策依據。

4.1.1 公益林生態系統服務功能總價值

2018年開化縣公益林總生物量為1 038.401 7萬t，單位面積生物量為114.193 7 t/hm2，表明公益林森林質量整體處于較高水平，積累了巨大的蓄積量和碳儲量。2018年公益林產生森林生態系統服務功能總價值為56.23億元，單位面積價值量為7.46萬元/hm2。其中，涵養水源效益價值最大（24.64億元，占43.82%），其次為固碳釋氧價值（11.63億元，占20.68%），其次為生物多樣性保護價值（8.66億元，占15.41%）、固土保肥價值（5.90億元，占10.49%）、凈化大氣價值（4.24億元，占7.54%）、積累營養物質價值（1.16億元，占2.06%）。

4.1.2 不同森林類型生物量

開化縣2018年重點公益林總生物量為1 038.40萬t，單位面積生物量為114.19 t/hm2。杉木林生物量最大，為367.22萬t；其次為闊葉林250.57萬t；竹林和灌木林生物量較小，灌木林生物量僅為20.64萬t。這主要與不同森林類型面積大小有關。

不同森林類型單位面積生物量大小為闊葉林132.472 6 t/hm2最大，其次為松木林和杉木林，灌木林單位面積生物量最小，僅有38.61噸/公頃。喬木林中則是針葉混交林和針闊混交林單位面積生物量較小。這除了與樹木生物學特性有關外，也與不同喬木林群落各自齡組結構與關。松木林、杉木林和針葉混交林以中齡林和近熟林為主，闊葉林、闊葉混交林和針闊混交林則以中幼齡林為主。

4.1.3 不同森林類型生態系統服務功能價值

從不同森林類型來看，杉木林提供的生態系統服務功能價值量高于其他林分，其次是闊葉林和針闊混交林，灌木林提供的生態系統服務功能價值量最小。這主要與各林分類型的面積大小有關系，杉木林、闊葉林面積較大，灌木林面積最小。但從單位面積價值量來看，森林生態系統價值量最高的是闊葉林，其次是針闊混交林，最低的是灌木林。整體上看，混交林高于純林，闊葉林高于針葉林，這與森林類型自身的特性相關。因而，在森林經營管理中應采用近自然經營模式，增加闊葉樹種比例，逐漸形成異齡、復層和混交的林分結構，使森林生態系統發揮最大的生態系統服務功能價值。

4.2 討論

4.2.1 與同類研究比較

不同地區的公益林資源稟賦不同導致森林生態系統服務功能總價值量相差較大，但仍可通過比較單位面積價值量，在一定程度上反映不同地區之間公益林質量差異。浙江省浦江縣公益林生態系統服務功能價值為13.75億元，單位面積價值量為4.08萬元/hm2[1]；天臺縣公益林生態服務功能年總價值49.70億元，單位面積價值量為8.41萬元/hm2[21]。開化縣公益林生態系統服務功能總價值和單位面積價值量均高于浦江縣，主要原因是浦江縣僅對公益林的涵養水源、固碳釋氧、固土保肥價值進行了估算，未評估凈化大氣環境和生物多樣性保護價值，且三項指標單位面積價值量均低于本研究。開化縣公益林生態系統服務功能總價值高于天臺縣，但單位面積價值量低于天臺縣。原因一是天臺縣公益林面積較小，不到開化縣的三分之二，而其評估指標包含了森林防護和森林旅游，比本研究多兩個指標；二是除了生物多樣性保護，其他指標單位面積價值量均高于本研究，一定程度上反映天臺縣公益林質量好于開化縣。

4.2.2 展望

研究表明，開化縣公益林發揮了巨大的生態效益，但其森林生態系統服務功能潛力尚未充分發揮，隨著公益林樹種結構優化和齡組結構變化，公益林生態系統服務功能價值將進一步提高。由于技術條件有限，且缺乏針對開化縣的相關研究數據，本研究在測算各項實物量時模型參數多采用浙江省的平均值，因此對公益林生態系統服務功能價值評估可能存在一定偏差。此外，森林防護、提供負離子和森林游憩三項指標相關數據源獲取困難，本研究未對這三項指標進行評估，不能全面反映開化縣公益林生態系統服務功能價值。下一步，可在開化縣開展更加詳盡、深入的研究，設置生態定位觀測站，并采用3S等技術手段加以輔助，以準確獲取公益林生態系統的各項指標數據，從而更科學、全面地評估開化縣公益林生態系統服務功能價值。

盡管目前開展森林生態系統服務功能價值評估研究受技術手段、數據獲取等條件的制約，但是對森林生態系服務功能價值進行量化，有助于更準確地掌握森林生態系服務功能價值及其動態變化。依據《森林生態系統服務功能評估規范》開展不同地區、不同時期的森林生態系統服務功能價值評估，做到評估指標與方法相統一，使得各研究評估結果可以相互比較，評估結果具有更好的應用性。