云南銅壁關自然保護區森林生態系統服務功能價值評估

楊明偉，邢德選，張定燦，陳大祥，何 丁，李榮賽，周曉玲

(云南銅壁關省級自然保護區管護局，云南 德宏 678400)

生態系統服務功能是指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作用[1]。在自然生態系統中，森林生態系統作為主體，承擔著水源涵養、凈化空氣等多個方面的重要作用。自1997年《自然》雜志上第一次系統地論述了全球的森林生態系統服務價值評估結果以來[2]，國外就逐漸興起了這方面的研究熱潮，歷經二十余年的發展至今，關于這方面的研究已經成為國內外的一個熱點話題，研究區域逐步由大尺度的研究轉為以省、區(市)或單個自然保護地的小區域研究，評估數據采集、評估方法選取、評估指標的確定也在逐步完善和統一，尤其是自國家林業和草原局林業行業標準LY/T 1721-2008《森林生態系統服務功能評估規范》[3]、GB/T 38582-2020《森林生態系統服務功能評估規范》[4]頒布后，使得這方面的評估價值和結果更具有針對性和準確性。相關研究也對于加深森林生態系統服務價值的評估起到了積極的促進作用，對引起人們關注森林生態系統的服務效益起到了重要的引導作用[5]，為地方政府、自然生態管理者提供了更為詳盡的數據，為生態保護決策的制定提供了更為可靠的理論支撐。

文章基于《規范》，選取銅壁關自然保護區所屬區域多年來的林業調查數據，結合前人研究成果進行森林生態系統服務價值評估，旨在完善銅壁關自然保護區本底數據方面的欠缺，為地方政府和管理部門在今后的管理和發展決策過程中提供數據支撐，為測算地方經濟發展水平，提高生態影響力，構建我國西南生態安全屏障，詮釋“綠水青山變為金山銀山”的具體過程提供理論和數據支持。

1 研究區域概況

云南銅壁關省級自然保護區地處北緯23°54′30″～25°20′24″，東經97°31′40″～98°06′36″，位于云南省西部，德宏州境內，保護區沿中緬邊界向南延伸，長度達137 km，呈狹長的條狀地形，由盈江、隴川、瑞麗“兩縣一市”的大娘山、銅壁關、隴把、戶永山、南畹河和植物園6個片區共同組成，總面積51 650.5 hm2。保護區是以保護阿薩姆娑羅雙、東京龍腦香等為代表的熱帶雨林景觀及其生境，以及白眉長臂猿、綠孔雀、蜂猴、印度穿山甲、花冠皺盔犀鳥、萼翅藤、鹿角蕨、滇藏欖等眾多珍稀瀕危特有野生動植物資源的森林生態類型自然保護區。海拔從210 m的河谷最低點，到最高點3 404.6 m的大雪山主峰，垂直高差3 194.6 m，孕育了雨林、季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、稀樹灌木草叢、灌叢、竹林、草甸等8個植被類型、18個植被亞型，47個群系，61個群落(群叢)，其中有林地49 560.9 hm2，無林地2 089.60 hm2，森林覆蓋率高達95.95%，活立木蓄積量約為625萬m3。由于銅壁關自然保護區地處我國植物區系古北界與印度馬來亞界的分化交匯和過渡地帶，區系地理成份十分復雜，加上氣候、水文等多方面的影響，保護區也成為了我國生物多樣性最為富集的區域之一(表1，圖1)。

圖1 云南銅壁關自然保護區森林類型分布Fig.1 Distribution of forest types in Tongbiguan Nature Reserve

表1 各森林類型面積Tab.1 Area of each forest type hm2

2 研究方法

對生態系統服務功能評價的方法主要有2種：物質量評價法和價值量評價法[6]。根據銅壁關自然保護區森林資源現狀，并參考相關研究經驗，本文采用GB/T 38582-2020《森林生態系統服務功能評估規范》指標體系，采用市場價值、影子工程等方法對支持服務、調節服務、供給服務、文化服務4個服務類別，保育土壤、林木養分固持等9個功能類別，固土、保肥、氮固持等17個指標類別分別進行定量評估，最后算出森林生態系統服務功能的總經濟價值。

2.1 數據來源

本研究選取銅壁關自然保護區作為研究對象，數據來源有：

(1)森林生態連清數據集

(2)森林資源二類調查數據

(3)國家權威部門發布的社會公共數據(表2)

表2 社會公共數據(換算后)Tab.2 Social public data (after conversion)

(4)中國林業年鑒(2018)

(5)德宏州統計年鑒(2018)

(6)德宏年鑒(2019)

(7)銅壁關自然保護區科考報告

(8)衛星遙感影像數據

(9)銅壁關保護區矢量數據(2000大地坐標系)

2.2 評估內容

2.2.1支持服務

1)保育土壤

(1)固土

G固土=A×(X2-X1)

U固土=G固土×C土/P

式中：G固土為評估林分年固土量；A為林分面積；X2為無林地土壤侵蝕模數；X1為實測林分有林地土壤侵蝕模數；C土為挖取和運輸單位體積土方所需費用；P為土壤容重。

結合丁劍宏[7]云南省土壤侵蝕分布特征及動態變化的研究，判別侵蝕程度時，根據風險最小原則，應該將評價單位判別為較高級別的侵蝕程度，取全國土壤侵蝕分類級別的強度級對應水、風蝕模數上限8 000 t/km2進行計算[8]。有林地的現實土壤侵蝕模數參考靳芳[9]、孔維健[10]、魯紹偉[11]的相關研究(表3)；土壤容重取1.5 g/cm3。

表3 不同森林類型計算參數Tab.3 Calculation parameters of different forest types

(2)保肥

包涵減少氮流失、減少磷流失、減少鉀流失、減少有機質流失4個項目

GN=A×N×(X2-X1)

GP=A×P×(X2-X1)

GK=A×K×(X2-X1)

G有機質=A×M×(X2-X1)

U肥=GN×C1/R1+GP×C1/R2+GK×C2/R3+G有機質×C3

式中：GN、GP、GK、G有機質分別為評估林分固持土壤減少的氮流失量、磷流失量、鉀流失量、有機質流失量；N、P、K、M分別為林分中土壤含氮量、含磷量、含鉀量、含有機質量；U肥為評估林分土壤保肥價值；C1為磷酸二銨化肥價格；R1、R2分別為磷酸二銨化肥含氮量、含磷量；C2為氯化鉀化肥價格；R3為氯化鉀化肥含鉀量；C3為有機質價格。

根據《土壤學》[12]、中國土壤數據庫公布數據及化肥說明書，評估林分土壤及化肥中氮、磷、鉀、有機質含量(表4)。

表4 氮、磷、鉀、有機質含量Tab.4 Content of nitrogen, phosphorus, potassium and organic matter

2)林木養分固持

G氮=A×N營養×B年

G磷=A×P營養×B年

G鉀=A×K營養×B年

U氮=G氮×C1

U磷=G磷×C1

U鉀=G鉀×C2

式中：G氮、G磷、G鉀分別為評估林分年氮固持量、磷固持量、鉀固持量；A為林分面積；N營養、P營養、K營養分別為林木氮、磷、鉀元素含量；B年為林分凈生產力；U氮、U磷、U鉀分別為評估林分氮、磷、鉀固持價值。

林木氮、磷、鉀元素含量參考趙同謙[13]等人的研究成果(表4)，林分凈生產力參考吳鵬[14]等人對中國西南地區森林生物量的研究成果，取值天然林值為13.38 t/(hm2·a)。

2.2.2調節服務

1)涵養水源

(1)調節水量

G調=10A×(P水-E)

U調=G調×C庫

式中：G調為評估林分年調節水量；A為林分面積；P水為林地降水量；E為林分蒸發量；U調為評估林分年調節水量價值；C庫為水資源市場交易價格。

根據《銅壁關自然保護區綜合科考報告》[15]數據，保護區年均降雨量取1 508 mm，林地蒸發量為749.3 mm。

(2)凈化水質

G凈=10A×(P水-E)

U凈=G凈×K水

式中：U凈為評估林分凈化水質價值；K水為水的凈化費用。

2)固碳釋氧

(1)固碳

G碳=G植被固碳+G土壤固碳

G植被固碳=1.63R碳×A×B年

G土壤固碳=A×S土壤

U碳=G碳×C碳

式中：G碳為評估林分生態系統年固碳量；G植被固碳、G土壤固碳分別為評估林分植被年固碳量、土壤年固碳量；S土壤為林分土壤固碳量；R碳為二氧化碳中碳的含量，為27.27%；C碳為固碳價格。

S土壤為林分土壤固碳量，參考李曉曼、康文星[16]等人關于不同森林類型土壤年固碳方面的研究，對西南地區天然林保護工程綜合效益評價研究，取值為針葉林0.672 7 t/(hm2·a)、闊葉林1.646 6 t/(hm2·a)、竹林0.461 7 t/(hm2·a)。

(2)釋氧

G氧=1.19A×B年

U氧=G氧×C氧

式中：G氧為評估林分年釋氧量；U氧為評估林分年釋放氧氣價值；C氧為氧氣價格。

3)凈化大氣環境

(1)提供負離子

G負離子=5.256×1015Q負離子×A×H/L

U負離子=5.256×1015×A×H×K負離子×(Q負離子-

600)/L

式中：G負離子為評估林分年提供負離子數；Q負離子為林分負離子濃度；H為林分高度；L為負離子壽命；K負離子為負離子生產費用。

林地中負離子濃度參考國政[17]等人對西南地區天然林保護工程綜合效益評價研究，取值為2 121.4個/cm3；林分高度參考二調數據(表3)，負離子壽命為10 min。

(2)吸收氣體污染物及滯塵

吸收氣體污染物包括吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物三個指標。

G二氧化硫=Q二氧化硫×A

U二氧化硫=G二氧化硫×K二氧化硫

G氟化物=Q氟化物×A

U氟化物=G氟化物×K氟化物

G氮氧化物=Q氮氧化物×A

U氮氧化物=G氮氧化物×K氮氧化物

U滯塵=K滯塵×Q滯塵×A

式中：G二氧化硫、G氟化物、G氮氧化物分別為評估林分年吸收二氧化硫量、氟化物量、氮氧化物量；U二氧化硫、U氟化物、U氮氧化物分別為評估林分年吸收二氧化硫價值、氟化物價值、氮氧化物價值；K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物分別為二氧化硫、氟化物、氮氧化物的治理費用；K滯塵為降塵清理費用；Q滯塵為單位面積森林年滯塵量；單位面積吸收二氧化硫(Q二氧化硫)、氟化物(Q氟化物)、氮氧化物(Q氮氧化物)、滯塵(Q滯塵)值(表3)。

2.2.3供給服務

1)生物多樣性及物種資源保育

U生=S生×A

式中：U生為評估林分年物種資源保護價值；S生為單位面積物種資源保育價值。

根據2008年基于Shannon-Wiener指數評估法的研究[18]，云南省單位面積物種多樣性保育價值取值為24 234.6元/hm2。

2)林木產品供給

參照《評估規范》，森林生態系統提供的產品主要包括木材產品和非木材產品兩大類，可采用市場價值法來評估其價值。由于銅壁關自然保護區所轄區域為嚴格管控區域，同時也是生態紅線保護區域，區域內幾乎不存在林下產品種植等活動，因此在林木產品的計算上，本研究采用保護區林地蓄積量的年增長量(m3)乘以相應活立木的價格368元/m3[16]作為林木產品供給價格總值。

2.2.4文化服務與森林康養

據統計，2015年云南省各類自然保護地創造的森林旅游類年收入已超過50億元[19]。由云南省各類自然保護地總面積約為56 345 km2，可得出全省森林旅游業單位面積平均收入。本次研究采用云南省平均水平評估保護區在森林旅游方面的價值。

3 結果與分析

3.1 計算結果

根據上述計算公式與參數設置，從支持服務、調節服務、供給服務、文化服務4個方面的多項指標計算出保護區森林生態系統服務價值，結果見表5、表6。

表5 云南銅壁關省級自然保護區森林生態物質量評估結果Tab.5 Evaluation results of forest ecosystem biomass in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

表6 云南銅壁關省級自然保護區森林生態價值評估結果Tab.6 Evaluation results of forest ecological value in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

續表6

3.2 結果分析

3.2.1總價值量

根據上述估算結果，銅壁關自然保護區年森林生態系統服務總價值約80.64億元，單位面積價值約15.61萬元/(hm2·a)，參考華朝朗[20]等人對云南省保護區生態系統服務價值的研究，銅壁關單位面積價值量是云南省保護區平均水平的1.27倍。

從經濟價值構成來看，直接經濟價值由供給服務與森林康養兩部分構成，總價值約為12.45億元，占總價值的15.44%；間接經濟價值包括支持服務與調節服務兩部分，總價值約68.2億元，占總價值的84.56%。說明間接經濟價值遠高于直接經濟價值，生態系統的潛在服務能力更為重要，今后的發展過程中應當著重于從此方面進行保護和發掘。

根據德宏統計年鑒顯示，2018年德宏州國民生產總值約381.06億元。由此可見，德宏州良好的自然生態系統產生的價值不可小覷，是“綠水青山就是金山銀山”理論在德宏這一區域的最好闡釋，運用好這座天然寶庫將對德宏州今后發展產生重要意義。

3.2.2各分量之間比較

計算結果顯示，按照功能類別來看，各分量之間的價值量為：涵養水源>固碳釋氧>生物多樣性價值>保育土壤>凈化大氣>森林康養>林木養分固持>木材產品供給，與前人在其他地區的研究結果基本一致(圖2)。

圖2 各分量單位面積價值比較Fig.2 Comparison of value per unit area of each component

4 討論

本文選取了支持服務、調節服務、供給服務、森林康養4個服務類別，共17項具體指標對銅壁關自然保護區森林生態系統服務價值進行評估，其中防風固沙項目未進行估算統計。結果表明，銅壁關森林生態系統服務價值約為80.65億元/a。在本次估算中，受到部分數據缺乏的影響，灌木林作為生態系統的一部分未納入估算體系；在部分指標的使用上，由于缺乏實地監測數據，多選用西南地區臨近區域的數據，但仍有部分指標采用前人對于我國大尺度研究的均衡值，對于估算精度會有一定影響。通過本次估算，可以看出生態系統服務價值中，不僅僅是林木價值，更多地還體現在水源涵養、固碳釋氧等間接價值中，由此可見，銅壁關自然保護區作為我國西南生態安全屏障中的一部分，在生態系統服務價值上具有非常大的潛力，在對于地方經濟發展和建設方面也將會產生巨大的推動作用，在未來的發展與保護過程中，應當更加注重于整體保護，并且注重于間接使用價值的發掘和利用。