西北地區油松林生態系統服務價值評估及時空演變分析

摘要：本研究對西北地區油松林生態系統服務價值進行精確評估，并針對西北地區油松林近幾十年的地域分布演變開展了時空演變特征分析。利用不同的評估方法，從土壤保持、碳匯、水源涵養、生物多樣性保護等多個方面進行價值量化分析。通過分析歷史數據，并結合全球氣候變化、人類活動影響，探究西北地區油松林適生區在不同時間段里的分布，預測未來適生區的區域趨勢走向。本研究產生的結論對西北地區油松林的今后的生態系統服務價值評估計算與根據時空演變規律進行預防性養護提供參考。

關鍵詞：西北地區；油松林；生態系統服務價值；時空演變

油松是一種耐寒植物，在西北地區生長難度低。油松林廣泛分布于我國西北地區，尤其陜西和甘肅地區，在西北地區生態系統中起著多種重要的服務功能，如防止水土流失、改善生態環境、調節水文狀況、維持生物多樣性等，對保護當地脆弱的區域生態平衡和生態安全具有重要意義。在西部大開發、全球變暖和降水線北移的背景下，我國西北地區的土地覆被類型較以往發生了明顯變化，當地生態系統功能也產生了顯著變化。因此，對西北地區油松林生態系統服務價值進行評估及時空演變分析，對于分析西北地區油松林生態系統服務價值的時空演變規律，合理保護和利用油松林資源，實現區域可持續發展具有重要的現實意義。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域

西北地區是我國內陸的七大區域之一，在行政區域、地理區域和氣象區域3個領域中分別指代不同的區域。行政區劃中的西北地區是以陜西省、甘肅省、寧夏回族自治區、青海省、新疆維吾爾自治區組成，面積約304萬km2，約占32%。油松作為我國特有植物，能夠在較為干旱的環境中生長，根系能夠生長到很深的地層中尋找水源，有著發達的根系，油松對年降水量的需求約為400～700 mm[1]。按照氣候劃分，溫帶季風性氣候與溫帶大陸性氣候均是油松林的潛在適生區[2]。本研究選取西北地區典型的油松林分布區域為研究對象，這些地區油松林分布相對集中，且具有代表性。

1.2 研究方法

1.2.1 生態系統服務價值評估方法

從20世紀后期開始，隨著科技發展，生態系統服務價值評估能力不斷開發，世界各國對森林生態體系的價值評估已取得了眾多成果，比如日本林野廳在1978年使用數量化理論多變量解析方法評估了7種類型的森林生態經濟價值[1]。20上世紀末，我國逐步開展對森林生態系統服務價值的評估作業。中國生物多樣性國情研究報告編寫組在20世紀末對中國生物多樣性進行了經濟價值評估[3]。

即使森林生態系統服務價值評估研究已經開展了許多年，但目前國內外在進行評估時仍然存在評估方法多樣，評估公式不統一的問題，導致評估出的結果差異性大、準確率低，無法提供學術界認同的數據。為解決這一問題，國家林業和草原局制定頒布了《森林生態系統服務功能評估規范》（GB/T 38582-2020）[4]，

本次項目以此項標準為基礎開展價值評估研究。

西北地區油松林生態系統服務價值評估指標體系包括了涵養水源、保育土壤、固碳制氧、積累營養物質、凈化大氣環境、保護生物多樣性6項功能，調節水量、凈化水質、固土、保肥、固碳、制氧、林木營養積累、產生負離子、吸收污染物、滯塵、物種保育11個指標[5]。

1.2.2 時空演變分析方法

由于油松林在中國西北地區主要以人工林的形式存在，結構較天然林結構簡單，穩定性差，受自然氣候的變化影響更大。通過查閱中國數字植物標本館、物種多樣性平臺”和中國國家標本平臺等，收集油松林在中國西北地區的分布情況，同時通過國家青藏高原科學數據中心的中國一公里分辨率的氣候變量指標，推算我國西北地區的氣候變化規律，結合氣候規律與油松林面積的變化推導油松林的時空演變分析。

2 結果與分析

2.1 西北地區油松林生態系統服務價值評估

對比西北地區2010—2020年的油松林的生態服務功能總量，其中增加調節水量4.87%，增加固土4.62%，增加固氮能力3.89%，增加固磷能力4.01%，增加固鉀能力3.55%，增加有機質3.98%，增加固碳3.77%，增加制氧4.62%，增加林木積累氮2.68%，增加積累磷7.02%，增加積累鉀5.37%，增加生產負離子能力4.03%，增加吸收二氧化硫5.89%，增加吸收氟化物17.62%，增加吸收氮氧化物4.61%，增加滯塵能力4.51%。

2010—2020年間西北地區油松林平均每公頃調節水量約為2 203.13 m3/年；固土重量為30.87 t/年，減少土壤中氮磷鉀元素分別損失0.0628、0.0251、

0.5621 t/年，避免土壤中有機質損失1.8531 t/年；固碳量4.6431 t/年，制氧量9.5201 t/年，積累氮磷鉀元素分別為0.1520、0.0121、0.0520 t/年；生產負離子約8.2614×1013個，吸收二氧化硫225.12 kg/年，吸收氟化物1.65 kg/年，吸收氮氧化物5.21 kg/年，滯塵42 651.45 kg/年。

西北地區油松林生態服務功能價值每年約為635.973億元，相當于單位面積價值為4.8921萬元/hm2，

其六大功能所占比例見圖1，按照占比排列后，涵養水源功能價值占總價值的29%；固碳制氧功能占比26%；保護生物多樣性功能位于占比25%；凈化大氣環境功能占比10%；保肥功能占比7%；積累營養物質功能占比3%。

2.2 油松林生態系統服務價值的時空演變分析

影響西北地區油松分布的關鍵因素主要由夏季降水量、冬季平均溫度、最冷月最低溫度以及海拔構成。當夏季降水量范圍在223～389 mm，冬季平均溫度大于-5℃，而最冷月的最低溫度大于-14.5℃，海拔處于100～2 100 m時適合油松生長。西北地區中的甘肅、陜西部分地區能夠完全符合這些要求，油松在這些地區主要以自然林（陜西地區）與人工林（甘肅地區）的形式存在。自然林中的油松樹齡分布均勻，生態環境豐富，對外界環境變化抵抗力較強，養護難度較低。人工林在栽種時選取的樹苗基本處于同一時期，栽種后樹齡幾乎一致，密度分布均勻，生態結構單一，對外界變化抵抗力弱，需要更精細的養護。

西北地區油松林的潛在適宜生長區域東至秦嶺東部、南至秦嶺北部，西至祁連山南端，北至賀蘭山東南側，其中高適生長區主要分布在甘肅中東部、陜西南部。中適生區環繞高適生區，主要在甘肅西部和陜西中部。低適生區則位于適生區的邊緣，為陜西北部和寧夏等地。

回顧歷史，西北地區的油松林高適生區不斷北擴，甘肅東部、陜西中部等地逐步轉變為油松林的高適生區，秦嶺北部的高適生區面積雖有減少，但已經呈現出適生區向北發展的趨勢。與此同時，陜西北部和寧夏地區開始轉變為低適生區。

根據現有的西北地區油松林時空演變規律，推導出油松的潛在適生區在今后將不斷向北偏移，甘肅省與黃土高原的高適生區在未來可能會遭受喪失的威脅。預計在未來，位于秦嶺和黃土高原地區的高適生區將逐漸縮小，尤其關注于秦嶺區域經眼下劃分的高適生區漸漸退化成低度適宜區，對未來趨勢分析甚至不再適宜生長繁衍。

3 討論

本研究在對西北地區油松林生態系統服務價值評估時使用的價格與數量僅為最近獲取到的數據，并不是實時數據，且對于一些隱形價值未進行統計，故與真實的價值存在一定的差距。隨著科技的發展，大數據技術的普及，越來越多的相關數據被很容易記錄，例如碳交易可以讓每棵植物的固碳有了確定價值，《森林生態系統服務功能評估規范》的不斷完善也讓評估工作更加容易的進行。

當前人類活動已經明顯影響到了西北地區油松林的時空變化。由于油松具有較高的經濟價值，許多油松林被過度砍伐。當地農、牧民為了獲取更多的耕地面積和放牧空間，一些原本用來種植油松林的土地被人為地改造為耕地和牧區。油松林的生態系統遭到破壞，服務價值被降低。而合理的森林經營管理、宣傳生態保護和推廣植樹造林工作則有助于保護油松林的生態系統，維護服務價值。

通過分析發現，油松林的適生區隨降水線的北移西擴（干旱半干旱至相對濕潤）、海拔變化（低海拔至高海拔）等因素的變化，有移動趨勢。與現實對比一致：在北方尤其是西北區域的秦嶺、黃土高原等地，油松林的生長環境最佳，自1949年以來油松林逐漸在緯度高的位置出現，至今仍在持續中，且面積也在逐年呈遞增狀態。在未來，油松適生區可能仍將繼續北移，在陜西中南部和甘肅中東部的適生區將逐步減少，因此陜西省和甘肅省的油松林養護難度將逐漸變大，一些新生長的油松甚至很難成活。甘肅北部、寧夏與新疆的油松林適生區將逐漸變大，西北地區油松林養護工作今后可以向這些地區逐步開展。

4 結論

本研究對西北地區油松林生態系統服務價值進行了細致研究，并對其服務價值進行了評估，分析了油松林隨著時間和氣候的變化在西北地區分布的演變。根據《森林生態系統服務功能評估規范》里的一些推算方法，結合西北地區油松林的生長狀況，得到生態環保改善（污染物吸收等）、量化調節水量、碳氧平衡等11項具體指標，經上述功能指標分析出西北地區油松林生態系統服務價值。但整個評估過程中仍不可避免地存在一些局限性和誤差性。復雜多變的生態系統使得評估工作開展得較為困難，一些服務價值也隨著經濟的發展不斷變化，導致本次評估工作難以精準全面地量化油松林生態系統服務價值。對于文化推廣、美學研究等一些隱形生態服務功能，因缺少科學的量化指標和評估方法，使得這部分的價值未能得到具體體現。部分數據在采集過程中存在生長區域分散、植物發育期跨度大等問題，加之數據處理與分析環節的誤差，進一步增加了評估結果的不準確性。為進一步提升評估結果的準確性，未來可以整合多個領域的前沿技術，如地理學、生物學、信息學等，借助衛星遙感、物聯網監測等先進技術，同時結合大數據分析與AI算法，創建精準的西北地區油松林生態系統服務價值評估模型，建立動態監測網絡。

由于西北地區的油松林存在著樹齡的變化，新樹苗的栽種，部分成年樹木的采伐，以及等溫線、降水線的北移等各種外界變化，其生態系統服務價值一直處于動態變化之中。不合理的采伐、過度開墾、放牧以及城市化的快速推進正在沖擊油松林的生態健康，導致油松林生態系統服務價值有了明顯下降趨勢。而氣候變暖、降水量增加以及極端氣候事件的頻繁發生，導致新種樹苗難以成活，成年樹木加速死亡的現象越來越多，油松林在生存與發展進程中面臨的挑戰愈發嚴峻。在處理這些情況時，需要對癥下藥，系統性地研究應對策略。對于人類活動，可以從普及森林生態系統的重要性，完善法律法規體系，優化流程管理制度，落實生態紅線剛性約束，從源頭環節入手，遏制對油松林生態系統的人為破壞行為；在面對氣候變化的挑戰時，根據本次分析得出的時空演變規律，調整現有油松林的種植密度、栽種周期，同時在保護好現有油松林的基礎上展開對新人工林的發展工作，以科學化、精細化的營林策略，提升油松林生態系統對自然災害抵御能力與自我修復韌性。油松林在西北地區起到了巨大的作用，保護了脆弱的生態系統，涵養了大量水源，降低了水土流失，同時作為天然氧吧為城市人群提供了節假日出行的好去處，保護好西北地區的油松林是一件“功在當代，利在千秋”的偉大事業。

考慮到當前相關研究的局限性，本文采集分析的數據存在更新不及時、模型參數優化空間大等問題，得到的評估不確定性尚未得到合理解決。未來再次進行相關評估工作時，需不斷優化評估方法，完善動態監測體系，以提高研究結論的可靠度與準確性。此外，面對人類活動與氣候變化的雙重挑戰時，需要創建多部門協同治理機制，構建出長效保護體系，建立養林人論壇，共享油松林養護經驗，在保護好現有油松林的基礎上根據時空演變規律發展新的人工林，切實維護西北地區油松林生態系統穩定，為生態文明建設與區域高質量發展筑牢生態根基。

參考文獻

[1] 劉陽，王鶴松.氣候變化對我國油松人工林適生區分布的影響[J].北京林業大學學報，2024，46（6）：82-92.

[2] 鄭景云，尹云鶴，李炳元.中國氣候區劃新方案[J].地理學報，2010，65（1）：3-12.

[3] 郭浩，王兵，馬向前，等.中國油松林生態服務功能評估[J].

中國科學（C輯：生命科學），2008（6）：565-572.

[4] 國家林業和草原局.森林生態系統服務功能評估規范：GB/T 38582-2020[S].北京：中國標準出版社，2020.

[5] 王玉芹.廈門城市森林生態系統服務功能及價值評價[D].福州：福建農林大學，2011.