自然解決方案背景下的遼寧省森林生態系統服務主導功能評估

許庭毓, 牛 香, 王 兵, 宋慶豐

(1.中國林業科學研究院 森林生態環境與保護研究所， 北京 100091; 2.國家林業和草原局森林生態環境重點實驗室， 北京 100091; 3.江西大崗山森林生態系統國家野外科學觀測研究站, 江西 分宜 336606)

伴隨著氣候變化的日益加劇以及人類對土地的不合理利用，陸地生態系統受到了嚴重的影響，威脅到糧食、水和能源安全，并擴展到對人類健康和福祉的壓力上[1-3]。面對氣候變化和日益加劇的環境、經濟和社會壓力，可持續發展已經成為世界各國面臨的戰略問題[4]。通過整體性的方法，從生態系統中尋找解決方案不僅可以有效應對各項挑戰，而且具有時間和成本效益[5-6]。在此背景下，“基于自然的解決方案”(nature-based solutions，NbS)應運而生。NbS的概念由世界銀行于 2008年首次正式提出[7]，然后經由 IUCN在 2009年聯合國氣候變化框架公約中引入并定義，經過歐盟、世界銀行、IUCN等組織以及全世界的學者從不同角度詮釋其含義并展開研究[8-12]，基于自然的解決方案是采取行動保護、可持續管理和恢復自然和改良的生態系統，有效地適應社會挑戰，提供人類福祉和生物多樣性利益[13]，2020年由IUCN正式發布全球標準，旨在為全球的用戶設定框架，以解決一個或多個社會挑戰。標準中提及的社會挑戰包括氣候變化的緩解和適應，災害風險的降低，經濟和社會發展，人類健康，食物生產，用水安全，環境退化和生物多樣性的損失等[14]。森林生態系統作為陸地生態系統的主體，為人類提供了多種多樣的服務，如供給服務、調節服務、文化服務和支持服務等，對于人類福祉具有重大貢獻，森林生態系統服務對于幫助人類應對氣候變化背景下的危機，推動可持續發展的進程具有重要意義[15-17]。NbS的理念與生態系統服務的核心理念不謀而合，即以人為本，提升人類福祉[18]。并且森林生態系統的4大主導功能：綠色水庫、綠色碳庫、凈化環境氧吧庫和生物多樣性基因庫可以有效的應對NbS標準中提及的社會挑戰。找到與生態系統合作的方法，而不是僅僅依靠傳統的工程解決方案，可以有效的幫助人類應對氣候變化帶來的挑戰，并極大的節約成本[19]。NbS標準中提出，基于證據的自然價值評估工具以及有關NbS對市場和工作的貢獻的想法，可以鼓勵NbS的創造性融資，從而增加了NbS長期成功的可能性[14]。本文采用《森林生態系統服務功能評估規范》(GB/T38582-2020)中的評估指標及公式[20]，以遼寧省為例，基于森林資源2類調查數據、森林生態站提供的生態連清數據以及社會公共數據，對森林生態系統的4個主導功能：綠色水庫(涵養水源)、綠色碳庫(固碳釋氧)、凈化環境氧吧庫(凈化大氣環境功能)和生物多樣性基因庫(生物多樣性保育功能)進行評估，并闡述其在應對社會挑戰過程中發揮的重要作用。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

遼寧省位于38° 43′— 43° 26′N, 118° 53′—125°46′E之間，地處中國東北地區南部，東部緊鄰鴨綠江，與朝鮮民主主義共和國相望，南鄰黃海和渤海，西北與內蒙古自治區接壤，西南與河北省毗鄰，北部和東北部與吉林省相鄰。遼寧省地勢由東西向中，由北向南傾斜，根據地形地貌將遼寧省劃分為3個大區，即遼東山區、遼西北地區、遼中南平原沿海地區。遼寧省大部分屬暖溫帶落葉闊葉林區，全省2020年平均氣溫為9.6 ℃，降水量為710 mm[21]，由東向西遞減，土壤主要是兩個地帶性土壤分布區，即東部的棕壤區和西部的褐土區。截至2017年，遼寧省共有森林面積5.98×106hm2，蓄積量為3.28×108m3，主要優勢樹種有紅松(Pinuskoraiensis)、落葉松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabuliformis)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、云杉(Piceaasperata)、冷杉(Abiesfabri)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、刺槐(Robiniapseudoacacia)等。

1.2 研究方法

1.2.1 數據來源

①森林資源數據來源于遼寧省林業調查規劃監測院提供的2017年遼寧省森林資源2類調查數據，包括各地市、各樹種、各林齡的資源面積和蓄積； ②森林生態數據來源于森林生態站的監測數據，主要包括分布在遼寧省內的4個生態站(冰砬山森林生態站、白石砬子森林生態站、遼東半島森林生態站和遼河平原森林生態站)，還包含分布在臨近省份的與遼寧省處在同一生態區內的森林生態站(松江源森林生態站、長白山森林生態站和長白山西坡森林生態站；內蒙古：賽罕烏拉森林生態站、赤峰森林生態站，七老圖山森林生態站和特金罕山森林生態站；河北省：塞罕壩森林生態站)以及遼寧省內建立的其他林業輔助監測站點的數據作為補充； ③價格參數來自于權威部門發布的相關參數(表1)。

表1 數據來源與數據類型

1.2.2 評估方法 選取綠色水庫(涵養水源)、綠色碳庫(固碳釋氧)、凈化環境氧吧庫(凈化大氣環境)和生物多樣性基因庫(生物多樣性保護)4大主導功能，參照《森林生態系統服務功能評估規范》(GB/T38582-2020)，結合遼寧省森林資源2類調查數據和周邊生態站的監測數據，對進行評估(表2)。通過Excel軟件進行數據的計算與分析，空間分布圖利用ArcGIS 10.4軟件制作。

表2 森林生態系統服務功能評估模型

2 結果與分析

2.1 物質量評估結果

根據相關數據以及規范中的公式計算得出遼寧省森林生態系統提供服務功能的物質量結果。作為陸地生態系統的主體，森林為全省社會發展提供著豐富多樣的產品和服務，在水土保持、維護生態安全、應對氣候變化、凈化大氣和支撐人類生存發展等方面發揮了十分獨特而重要的作用，在推進生態文明建設中居于不可或缺的地位。從受益范圍看，遼寧省森林生態系統不僅為當地人民提供了多種生態服務，也對周邊區域乃至全球的經濟社會可持續發展至關重要。從表3中可以看出，森林生態系統服務功能的空間差異明顯。盤錦市由于其森林面積較小，所以各項服務功能的物質量均為全省最低，提供負離子功能、吸收污染氣體功能，滯納TSP，滯納PM10功能物質量最高的地市為撫順市，其余各項功能物質量最高的地市均為丹東市。丹東市、撫順市和本溪市由于處于遼寧省東部沿海地區，森林面積大，質量高，各項服務功能物質量均較高，且3市各項森林生態系統服務功能之和占到全省各項服務功能總物質量的40%以上，而營口市、沈陽市、錦州市和盤錦市各項服務功能占比較低。

表3 遼寧省各地市森林生態系統服務功能物質量評估結果

2.2 價值量評估結果

物質量評價能夠比較客觀反應生態系統的過程，進而反應生態系統服務功能的可持續性，而價值量評估可以反映生態系統服務的總體稀缺性[22]。生態系統服務價值量評價方法主要依據等效替代原則、權重當量平衡原則等[23]。遼寧省森林生態系統“四庫”分布見圖1。森林生態系統作為一種“綠色、安全、永久”水利設施，對于改善區域水資源狀況具有相當重要的作用。遼寧省森林生態系統綠色水庫功能價值量為1.71×1011元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，占全省涵養水源總價值量的46.14%，建設水利設施可以實現蓄水、引水、跨流域調水從而達到調節水資源時空分布的目的，遼寧省2017年用于建設水利、環境和公共設施的費用為4.50×1010元[24]，該3個地級市森林生態系統涵養水源價值相當于建設水利、環境和公共設施費用的1.75倍。

森林生態系統具有強大的碳匯能力，在地區節能減排，緩解全球氣候變化方面發揮重要的“綠色碳庫”功能。2017年遼寧省森林生態系統綠色碳庫功能價值量為8.24×1010元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，分別為1.45×1010，1.27×1010,1.07×1010元/a，占全省固碳釋氧總價值量的46.02%；最低的3個地級市為沈陽市、錦州市和盤錦市。遼寧省中部城市森林生態系統的“綠色碳庫”功能較弱，而該地區又是遼寧省經濟發展的命脈，能源消耗大，二氧化碳排放量高，今后的經營中應增加森林面積，提高森林質量，充分發揮“綠色碳庫”功能。

森林生態系統一方面可以滯納空氣中的顆粒物并吸收污染氣體，提升空氣質量，另一方面可以產生大量的負離子供人類享用，是一座巨大的“凈化環境氧吧庫”。全省森林生態系統每年發揮凈化大氣環境功能價值量為3.40×1010元，價值量最高的3個地級市為撫順市、朝陽市和丹東市，占全省凈化大氣環境總價值量的46.91%；最低的3個地級市為營口市、沈陽市和盤錦市，僅占全省凈化大氣環境總價值量的4.35%。其中，沈陽市、大連市和盤錦市森林生態系統提供的凈化大氣環境價值小于其節能環保支出，而丹東市森林生態系統提供的凈化大氣環境價值量為該市節能環保支出的23.06倍[24]，遼寧為中國重要的老工業基地，每年的工業生產活動會產生大量的廢氣和粉塵，遼寧省政府每年都投入大量資金進行節能環保的工作，而森林生態系統具有強大的治污減霾功能，充分發揮其凈化環境氧吧庫功能對遼寧全省生態社會經濟協調發展具有重大意義。

圖1 2006-2017年遼寧省森林生態系統“四庫”空間分布

森林生物多樣性是生態環境的重要組成部分，在人類的生存、經濟社會的可持續發展和維持陸地生態平衡中占有重要的地位[18]。廣闊的森林不僅為各類生物提供繁衍生息的場所，而且還為生物進化以及生物多樣性的產生與形成提供了條件，是珍貴的“生物多樣性基因庫”。遼寧省生物多樣性基因庫功能價值量為9.69×1010元/a，價值量最高的3個地級市為丹東市、撫順市和本溪市，都屬于遼東山區。遼寧省位于長白、華北、蒙古3個植物區系交匯地帶，植物區系具有過渡性。現有各種植物161科2 200余種[25]。有7個植被區，各植被區系的代表樹種相互滲透，交錯分布，植物資源豐富，具有高度的異質性。遼東山區是遼寧省中部城市群和遼河平原的綠色屏障，以天然林為主，屬于遼寧省生物多樣性最豐富的地區，其龐大的“生物多樣性基因庫功能”對于維持生態系統的穩定具有重要意義。

3 討 論

NbS作為一種解決問題的方式，具有基于自然的特點，服務于經濟、社會、生態的多重目標。傳統解決水資源問題、工業污染排放等問題往往通過政府干預或工程措施，效果不僅不顯著而且增加了成本，而NbS帶來的多重視角跨學科的解決問題方式以及其綜合價值評估為解決社會、生態等問題提供了一種新的發展思路。NbS的全球標準中體現出的景觀尺度及系統性、協同權衡與綜合性、管理的適應性和動態性，以及以人為本的特征，與中國政府部門現階段倡導的生態文明思想高度契合。在“人與自然和諧共生”“綠水青山就是金山銀山”等原則的指導下，進行國土空間規劃、山水林田湖草系統治理、全域土地綜合整治和耕地保護等工作，無疑也是NbS在中國的生動實踐。

遼寧省森林生態系統提供的四大主導功能，在應對氣候變暖、環境變化、生物多樣性保護等重大環境問題中發揮著重要作用。遼寧省森林生態系統發揮的“四庫”功能總價值為3.84×1011元/a，相當于當年遼寧省GDP的16.39%[24]。此前王兵等[26]、高香玲等[27]、劉潤等[28]對遼寧省2006—2014年森林生態系統服務功能進行評價，對比本次評價結果發現森林生態系統4大主導顯著提升(表4)，主要是因為遼寧省積極開展各項林業生態工程的建設與實施。遼寧省是開展退耕還林工程的較早的省份之一，根據遼寧省林業和草原局提供的數據，截至2017年，遼寧省累計完成國家退耕還林任務1.14×106hm2，覆蓋了遼寧省的833個鄉鎮，7 430個自然村[29]；遼寧省目前已經完成4期三北防護林工程，累計造林2.39×106hm2[30]，第5期工程也在穩步推進過程中；此外遼寧省各地區結合實際情況，采用工程帶動的方法，先后啟動朝陽市、阜新市啟動荒山綠化工程、青山工程等省級重點生態工程，并且根據各工程區的生態狀況，即東部山區植被茂密，氣候濕潤，生態良好、中部平原區人為活動強烈，是糧食主產區、西部低山丘陵區干旱少雨，風沙危害嚴重的特點及時調整各工程區的建設目標和林業發展方向，將森林生態功能和經濟功能有機結合起來，推動區域的可持續發展。

表4 遼寧省森林生態系統2006-2017年“四庫”功能評估結果

林業生態工程不僅可以改善生態環境，而且通過合理的引導和正確的實施，可以達到提高人民收入的效果，達到生態效益和民生工程互利雙贏，這也是NbS追求的一次性解決多個社會挑戰的內涵所在。將遼寧省實施的各項林業生態工程規劃與國民經濟和社會發展規劃、農村經濟發展總體規劃、土地利用總體規劃相銜接，在改善生態環境的同時促進土地利用結構、就業結構和產業結構的調整，探索森林生態產品的價值實現路徑，將生態系統服務價值轉變成經濟效益和社會效益，不斷提高林區的經濟實力以及林農戶的人均收入和生活質量，在解決環境問題的基礎上進一步解決經濟問題，從而實現社會、經濟、生態的共同發展。

4 結 論

本文通過評估遼寧省森林生態系統4大主導功能：涵養水源功能(綠色水庫)、固碳釋氧功能(綠色碳庫)、凈化大氣環境功能(凈化環境氧吧庫)和生物多樣性功能(生物多樣性基因庫)，得到其物質量和價值量評估結果，并分析其作為NbS在應對社會挑戰中發揮的作用，得到結論如下：

(1) 遼寧省森林生態系統在保障生態安全方面發揮了重要作用，各地市由于森林資源面積和森林質量的不同發揮的服務功能有一定的差異，丹東市、撫順市和本溪市各項服務功能物質量均較高，且3市各項森林生態系統服務功能之和占到全省各項服務功能總物質量的40%以上，而營口、沈陽、錦州、盤錦市各項服務功能占比較低。

(2) 遼寧省森林生態系統“四庫”功能占比排序為：綠色水庫功能(44.43%)>生物多樣性基因庫功能(25.24%)>綠色碳庫功能(21.46%)>凈化環境氧吧庫功能(8.86%)，各項功能的空間格局總體上呈現遼東山區>遼西北地區>遼中南平原沿海地區的分布格局。

(3) 遼寧省森林生態系統發揮的“四庫”功能總價值為3.84×1011元/a，相當于當年遼寧省GDP的16.39%，遠高于水利設施、環境保護投資，保障生態系統服務的充分發揮，對于應對氣候變化背景下人類面臨的諸多挑戰具有重要意義。