株洲市森林生态系统服务功能价值评估

1株洲市森林生态系统服务功能价值评估钟智群，陈少波，苏勇，邓文韬，廖常乐，王婧菲（株洲市林业局湖南株洲412007）摘要：采用株洲市“十二五”森林资源二类调查资料，根据国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范))(LY／T1721—2008)标准，对株洲市8种主要森林生态系统服务功能价值进行了评估。结果表明：8种森林生态系统服务功能总价值为787.57亿元/a，其中提供林产品67.72亿元/a，涵养水源416.52亿元/a，固土保肥43.83亿元/a，固碳释氧95.66亿元/a，积累营养物质5.35亿元/a，净化大气环境25.52亿元/a，生物多样性保护128.65亿元/a，森林游憩4.31亿元/a。关键词：森林生态；服务功能；价值评估中图分类号：文献标识码：B文章编号：森林是地球陆地最大的生态系统，其生态服务功能已成为近几十年来研究的热点［1－5］。森林生态系统服务功能是森林生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固氮释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林保护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能[13]。对森林生态系统服务功能做出正确的价值评估，能有效指导森林资源的合理利用和可持续发展，为维护森林生态系统的健康发展提供有力保障。国外对生态系统服务价值的研究已有几十年历史，Constanza等人在世界上率先对全球生物圈生态系统服务功能价值进行了估算，他们估计全球生态系统的服务每年总价值为16～54万亿美元，平均为33万亿美元[8];Peter估计全球生态系统服务功能为3万亿美元/a[9]。我国自上世纪80年代开始森林生态系统服务评价工作，大多数研究是借鉴国外的方法和评估指标体系[12]。蒋延玲等(1999)、陈仲新等(2000)分别对我国森林生态系统和生态系统服务总价值进行了评估，其经济价值分别为117．401亿美元/a和77834．48亿元人民币／a。韩素芸、田大伦、闫文德(2009)等对湖南省主要森林类型生态系统服务功能进行了研究；黄怀雄、赵红艳（2010）对长株潭地区森林生态系统固碳释氧进行了研究。而对株洲市森林生态系统综合服务功能的研究未见报道。本研究主要采用国家林业局2008年发布实施的林业行业标准《森林生态系统服务功能评价规范》(LY/T1721—2008)中的评估指标体系和评估公式，利用株洲市“十二五”森林资源二类调查成果资料，对株洲市森林生态系统服务功能进行价值评估，旨在为株洲市生态环境保护政策的制定，以及株洲市林业可持续发展提供参考依据，对合理经营森林资源有着十分重要的意义。1研究区域概况1.1自然地理概况2株洲市位于北纬26°03′05″～28°01′07″，东经112°57′30″～114°07′15″之间，地处罗霄山脉西麓，南岭山脉至江汉平原的倾斜地段上，市域总体地势东南高、西北低。北中部地形岭谷相间，盆地呈带状展布；东南部均为山地，山峦迭障，地势雄伟。水域637.27km2，占市域总面积的5.66%；平原1843.25km2，占16.37%；低岗地1449.86km2，占12.87%；高岗地738.74km2，占6.56%；丘陵1916.61km2，占17.02%；山地4676.47km2，占41.52%。山地主要集中于市域东南部，岗地以市域中北部居多，平原沿湘江两岸分布。区内属亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充沛、光热充足，风向冬季多西北风，夏季多正南风，年降水量1400-1700mm，年均气温17.2℃，年日照时数1677.1小时，无霜期286天以上。土壤属中亚热带常绿阔叶林红壤、黄壤地带，在低山、丘陵和低丘岗地主要分布着以板页岩、花岗岩和第四纪红色粘土层发育的红壤和山地红黄壤，部分低丘岗地分布着紫色砂页岩发育的紫色土，其它土壤类型较少。1.2森林资源概况株洲市森林植被主要属中亚热带常绿阔叶林带，森林资源丰富，植物种类繁多，群落交错，分布混杂。自然分布和引种栽培的植物约有106科、296属、884种。其中珍稀乡土树种约有40余种。截止2013年底，全市林地总面积738376.7ha。其中有林地面积554722.3ha，占林地面积的75.13％，森林覆盖率60.41%；疏林地面积6441.9ha，占林地面积的0.87%；灌木林面积129646.4ha，占17.56%；宜林地面积13522ha，占1.83%。全市森林活立木蓄积量2101.75万m3。其中杉木1036.47万m3，阔叶树728.18万m3，马尾松252.05万m3，湿地松66.44万m3，其它林木18.61万m3。全市经济林面积81252.8ha,楠竹林面积72974.9ha。从森林的年龄构成来看，幼龄林和中龄林比例大，分别占29.36％和35.35％；近熟林、成熟林和过熟林分别占20.90％、12.46％和1.95％。株洲市生态公益林面积277095.5ha，商品林面积461281.2ha。2研究方法2.1评价范围、指标及数据来源本研究以株洲市辖区范围自然生态系统为研究单元，对其中的主要森林生态系统（包括杉木林、阔叶林、马尾松林、国外松林、竹林、经济林、不含经济林的特灌林以及其他林分）服务功能产生的物质量及其经济价值进行研究，包括森林生态系统提供林产品以及涵养水源、土壤保持、营养物质循环、净化空气、固碳释氧和森林游憩等八项生态系统服务功能。数据来源为株洲市“十二五”森林资源二类调查成果资料以及有关专家的研究成果。2.2采用的计算方法和公式本研究对森林生态系统提供的实物产品采取产量和市场价值法进行评估，对其它生态服务功能的评价采用国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721—2008)中的公式计算。2.2.1森林生态系统提供林产品服务功能3指森林生态系统提供木材、食品、药材及其他工业原材料的功能。本研究采用市场价值法来评估其价值。具体计算方法是根据研究区域内生产各类林产品的单位面积产量乘以各种林分面积,得出年净生产量后,再乘以它们的市场价格,即可得出它们价值。对于木材来说,在得出各林分的年净生长量后,以此净生长量直接与相应林分活立木的价格相乘即可得到活立木的价值。根据株洲市森林提供林产品的实际情况，我们选择木材、楠竹、油茶和松脂等主要林产品作为评估对象。2.2.1.1森林提供木材产品功能的评价方法计算公式：U1=Q1·P1·R1/S1（1）式中：U1：森林生态系统提供木材产品功能价值；Q1：森林净初级生产量（t/a）；P1：木材平均价格（元/m3）；R1：森林综合出材率（%）；S1：木材平均比重（0.48t/m3）。2.2.1.2森林提供竹材产品功能的评价方法计算公式：U竹=A竹·P竹·R竹（2）式中：U竹为竹林提供竹材价值（元/a）；A竹为竹林面积（ha）；P竹为竹材市场价格（元/根）；R竹为单位面积竹材产量。2.2.1.3森林提供油茶产品功能价值评价方法计算公式：U油=R油·P油（3）式中：U油为森林生产油茶的价值（元/a）；R油为油茶年平均产量（t/a）；P油为油茶市场价格。2.2.1.4森林提供松脂产品功能价值评价方法计算公式：U脂=A脂·P脂·R脂（4）式中：U脂为松脂价值（元/a）；A脂为可采松树面积（ha）；R脂为单位面积可采松脂数量(t/ha)；P脂为松脂市场价格（元/t）。2.2.2森林生态系统涵养水源功能价值评价方法森林对降水的截留、吸收和贮存，将地表水转为地表径流或地下水的作用[13]。主要功能表现在增加可利用水资源、净化水质和调节径流三个方面。本研究将涵养水源分解为调节水量和净化水质2个指标进行计算。1）调节水量价值：Um=10CvA(P-E-C)（5）式中：Um为林分年调节水量价值（元/a），Cv为水库建设单位库容投资价格（元/m3),A为林分面积，P为降水量（mm/a），E为林分蒸散量（mm/a），C为地表径流量（mm/a）。2）净化水质价值：Uwq=10KA(P-E-C)（6）式中：Uwq为林分年净化水质价值（元/a），K为水的净化费用（元/t）。2.2.3森林生态系统保育土壤功能价值评价方法4森林中活地被物和凋落物截留降水，降低水滴对表土的冲击和地表径流的侵蚀作用；同时林木根系固持土壤，防止土壤崩塌泻溜，减少土壤肥力损失及改善土壤结构的功能[13]。保育土壤分为固土价值和保肥价值2个指标。1）固土价值：利用有林地与无林地的土壤侵蚀模数差值和泥沙输移比值计算土壤的流失量，再通过清淤工程费用计算固土减淤功能价值。计算公式：Usm=ACs(X2-X1)/p（7）式中：Usm为林分年固土价值（元/a)，Cs为挖取和运输单位体积土方所需费用（元/m3),X2为无林地土壤侵蚀模数（t/ha·a）,X1为林地土壤侵蚀模数（t/ha·a），p为林地土壤密度（t/m3)。2）保肥价值：按照有林地比无林地每年减少土壤侵蚀量中N、P、K的数量乘以N、P、K肥市场售价折算后带来的间接经济效益计算。计算公式：Uf=A(X2-X1)(NC1/R1+PsC1/R2+KsC2/R3+MsC3)（8）式中：Uf为林分年保肥价值（元/a),N为林分土壤平均含氮量（%），C1为磷酸二铵化肥价格（元/t），R1为磷酸二铵化肥含氮量（%），Ps为林分土壤平均含磷量（%），R2为磷酸二铵化肥含磷量（%），Ks为林分土壤平均含钾量（%），C2为氯化钾化肥价格（元/t），R3为氯化钾化肥含磷量（%），M为林分土壤有机质平均含量（%），C3为有机质价格（元/t）。2.2.4森林生态系统固氮释氧功能价值评价方法指森林生态系统通过森林植被、土壤动物和微生物固定碳素、释放氧气的功能[13]。森林固碳释氧包括固碳和释氧2个指标。固碳释氧的价值评估要先计算出森林固碳释氧的物质量，然后再计算其价值量。本研究采用光合作用方程式来计算固碳释氧量；固碳（CO2）价值量的计算方法采用人工固定CO2成本法；释氧价值量计算方法采用工业制氧法。计算公式如下：1）固碳指标：Uc=ACc(1.63RcBa+Fsc)（9）式中：Uc为林分年固碳价值（元/a）；Cc为固碳价格（元/t）；Rc为二氧化碳中含碳质量分数，为27.27%；Ba为林分净生产力（t/ha·a）；Fsc为单位面积林分土壤年固碳量（t/ha·a）。2）释氧指标：Uo=1.19CoABa（10）式中：Uo为林分年释氧价值（元/a），Co为氧气价格（元/t）。2.2.5森林生态系统积累营养物质功能价值评价方法森林植物通过生化反应，在大气、土壤和降水中吸收N、P、K等营养物质并贮存在体内各营养器官的功能[13]。森林积累营养物质功能对降低下游面源污染及水体富营养化有重要作用。计算公式：Un=ABa(NtC1/R1+PtC1/R2+KtC2/R3)（11）式中：Un为林分年营养物质积累价值（元/a），Nt为林木含氮质量分数（%），Pt为林木含磷质量分数（%），Kt为林木含钾质量分数（%）。2.2.6森林生态系统净化大气环境功能价值评价方法5森林生态系统对大气污染物（如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘、重金属等）的吸收、过滤、阻隔和分解，以及降低噪音、提供负离子和萜烯类（如芬多精）物质等功能[13]。本研究主要对森林提供负离子，吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物和阻滞粉尘指标来进行价值计算。计算公式：1）提供负离子指标：Uni=[5.256×1015×AHKni(Qni-600)]/L（12）式中：Uni为林分年提供负离子价值（元/a），H为林分高度（m)，Kni为每个负离子生产费用（元），Qni为林分负离子密度（个/cm3),L为负离子寿命（分钟）。2）吸收二氧化硫指标：Uso=KsoQsoA（13）式中：Uso为林分年吸收二氧化硫价值（元/a），Kso为二氧化硫治理费用（元/kg），Qso为单位面积林分年吸收二氧化硫量（kg/ha·a）。3）吸收氮氧化物指标：Uhf=KhfQhfA（14）式中：Uhf为林分年吸收氮氧化物价值（元/a），Khf为氮氧化物治理费用（元/kg），Qhf为单位面积林分年吸收氮氧化