仙居县公益林生态系统服务功能及价值评估

王坚娅，应宝根，张 骏，伊力塔，袁位高，江 波，朱锦茹

（1. 浙江省仙居县林业局，浙江 仙居 317300；2. 浙江省林业生态工程管理中心，浙江 杭州 310020；3. 浙江省林业科学研究院，浙江 杭州 310023；4. 浙江农林大学，浙江 临安 310000）

浙江正处于经济社会高速发展时期。经济的快速发展对生态环境的要求和压力日趋明显，森林生态建设在区域经济发展中的地位和作用也显得更为突出。浙江省委、省政府历来对森林生态建设十分重视，充分认识到森林生态系统的重要功能，着力加强全省林业及其基础性工作的建设和管理，2004年完善了森林分类区划，界定了生态公益林，建立了森林生态效益补偿制度，政府每年投入 1.5亿元资金对公益林进行补偿。大量资金投入后，公益林的建设成效受到政府与社会的极大关注[1]。

早期的森林生态效益计量都是定性化描述，从20世纪70年代起，各国学者如日本、美国、芬兰和墨西哥等尝试性地进行了生态效益经济计量方法的研究和森林生态效益货币值的测算[2～4]，就生态效益计量方法而言，由于森林生态效益的多样性、各国国情和计量目的的不同，以及人们对这一领域研究程度的限制，目前国内外对森林生态效益及林业生态工程生态效益的计量和评价尚处于起步阶段[5]，许多计量方法处于理论探索阶段，没有形成定论。全国森林生态系统从北到南辽宁省、青海省、甘肃省、陕西省、安徽省、江西省、广东省、沈阳市、北京市、庐山、西藏林芝、广东江门、武陵源自然保护区、江西大岗山和武夷山自然保护区等利用抽样和典型调查资料结合影子工程法、市场价值法、生产成本法和遥感等各种方法估算了各区域的森林生态系统服务价值[6～21]。浙江省从2000年开始在23个试点县设置了228个固定标准地，开展生长量调查、土壤调查和生物量调查。在开化、常山、龙游、桐庐、宁海、三门、海盐等县设立标准径流场39个，小集水区8个，小气象站6个，积累了一定的资料[1]。仙居县是浙江省首批公益林建设示范县。2008年浙江省林业厅将仙居县列为全省公益林县级监测体系建设试点县，旨在通过仙居试点的实践和研究，建成一套标准化的公益林县级生态监测与评价技术体系，为下一步积极稳妥地推进全省公益林县级监测体系建设提供成熟的技术支撑。

1 研究地区

仙居县（120° 17′ 16″ ～ 120° 55′ 51″ E，28° 28′ 14″ ～ 28° 59′ 48″ N）地处浙江省东南沿海山区，位于浙江第三大水系——椒江水系的源头，全县土地总面积2000.30 km2，林业用地面积15.67万hm2，森林覆盖率达77.2%。由于历史原因，境内大部分地区原生植被已经反复利用和改造，代之以次生植被为主。境内植被分为暖性针叶林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、针阔混交林、竹林和山地灌草丛7个类型。

2004年仙居县被界定为省级以上重点公益林4.87万hm2，占全县土地面积的24.33%，占全县林业用地面积的31.06%，其中阔叶林面积2.2620万hm2，占总面积的46.48%；松林面积1.2087万hm2，占总面积的24.83%；针阔混交林（简称混交林）面积1.0301万hm2，占总面积的21.17%；杉木林面积0.3177万hm2，占总面积的6.53%；毛竹林面积0.0262万hm2，占总面积的0.54%；灌木林面积0.0210万hm2，占总面积的0.43%；杂竹林面积0.0026万hm2，占总面积的0.02%。

2 研究方法

2.1 生态效益评估模型

生态效益估算主要参考国家林业局 2008年发布的国家林业行业标准中森林生态系统服务功能评估指标体系[3222]（参考文献按引用先后重新排序）：森林涵养水源效益、森林保育土壤效益、森林固碳释氧效益、森林积累营养物质效益、森林净化大气环境效益、森林防护效益、生物多样性保护效益、森林游憩效益，结合浙江省和仙居县的实际情况有所调整[3323]。

2.1.1 涵养水源 常以林地、无林地的蓄水能力差异评价森林生态系统的调蓄水功能，森林净化水的量也以调蓄水量来衡量。

式中，W为林地调蓄水量（m3/a），A为森林区域面积（hm2），Hs为土壤非毛管孔隙度（%），Ds为土层厚度（m），Vw为无林地的土壤非毛管蓄水量（m3/a），Wl为林地枯落物蓄水量（m3/a）。

研究中将森林水源涵养的效益分为森林调水效益及森林改良水质的效益。采用《森林生态系统服务功能评估规范》规定的影子工程法对森林涵养水源子效益的意义进行了界定[3222]，对单位效益的价值进行了货币化。

森林水源涵养效益：

式中，V1为森林涵养水源的价值（元），W为森林调节水量（m3），P1为森林调水效益影子价格（6.11元/m3），P2为森林净水效益影子价格（2.09元/m3）。

2.1.2 保育土壤 森林保育土壤功能可分为森林固土和保肥2个功能。

森林的固土能力以特定面积的森林固土量来表示。森林固土量通过该面积森林减少同等面积的无林地土壤侵蚀的量来衡量，计算公式为：

式中，d为森林固土量（t/a），Sw为无林地土壤侵蚀模数（t·hm－2·a－1），S为林地土壤侵蚀模数。

森林固土保肥和改良土壤的效益可从森林固土效益、森林保肥效益和森林改良土壤的效益3个方面进行评价。其计算公式：

式中，V2为森林保育土壤效益的价值量（元），K1为挖掘泥沙的费用（12.6元/m3），ρ为土壤容重（t/m3）；Ns、Ps、Ks分别为森林土壤中氮、磷、钾含量（g/kg），M为森林土壤中有机质含量（g/kg）；R1为磷酸二铵含氮量（g/kg），R2为磷酸二铵含磷量（g/kg），R3为氯化钾含钾量（g/kg）；C1为市场上磷酸二铵平均价格（2400元/t），C2为氯化钾平均价格（2200元/t），C3为有机质平均价格（320元/t）。

2.1.3 改良土壤 森林植物枯落物分解后能够培肥土壤，进一步提高土壤肥力，本研究仅选取凋落物的营养物质（氮、磷、钾）积累指标来反映此项功能。

森林产生的凋落物在改善土壤理化性能以及提高土壤肥力等方面起着重要作用。然而枯落物改良土壤的机理复杂，因此多以林地年增加枯落物中养分的量来评价森林改良土壤的能力。

森林中每年大量的凋落物与土壤微生物、动物组成了分解、合成、再分解、再合成的土壤养分循环系统，使森林土壤具备了维持和增加肥力的自然源泉。目前，多以凋落物中氮、磷、钾的含量值为依据评价改良土壤的价值，计算公式：

式中，V3为森林改良土壤的价值量（元），L为森林单位面积年凋落物量（t/hm2），Nl、Pl、Kl分别为森林凋落物中氮、磷、钾含量（g/kg）。

2.1.4 固碳释氧 生物量主要成分是纤维素和少量N、P、K、Fe、Ca等灰分元素。根据植物光合作用机理和植物代谢规律推算，生物量中若按含有1%的灰分元素计，则每制造1 t森林生物量，可释放氧气1.19 t，同化空气中二氧化碳1.63 t，相当于固碳0.44 t[7]。

公益林固定空气中碳量：

式中，B为森林年净生长生物量（t），SF为森林土壤年固碳量（t）。公益林释放O2量：

森林固碳、释氧价值核算，目前主要有3种方法：工业生产成本法、碳税标准法、造林成本法。本研究采用《森林生态系统服务功能评估规范》规定的工业生产成本法对公益林固碳、释氧价值进行核算[3222]：式中，V4为森林固碳释氧的价值量（元），PC为人工固定C价格（瑞典碳税率1200元/t）；PO为人工生产O2的价格（2007春季O2平均价格1000元/t）。

2.1.5 植物储能 据中国煤碳网数据，产地价格200元/t煤的发热量为21000 MJ/kg。则森林植物储能效益为：

式中V5为森林储能价值量（元），Pb为生物量储能价格系数0.009524（元/MJ），Q为森林植物每吨生物量含热量（MJ）。

2.1.6 森林防护 本文认为浙江省历年的干旱洪灾损失是由森林过量采伐或林分质量下降造成水库库容损失引起的，并依此评价浙江省森林减轻水旱灾价值。

每年旱洪灾损失为年直接经济损失与泥沙损失量的乘积除以江河湖库引起的库容损失与因林分质量下降导致的泥沙流量之和得到。单位面积效能等于森林减轻水旱灾效益除以现有森林面积，其中减轻水旱灾价值由单位面积效能和森林面积两者相乘得到。

2.1.7 森林旅游 本文在典型调查与专家评判研究的基础上，采用旅行费用法[3323,24]对浙江省16个省级以上森林公园的旅游总收入及森林景观状况进行了分析，研究浙江省公益林平均旅游价值，并据此对浙江省公益林旅游价值进行货币化评价。其计算方法如下：

式中，V6为森林旅游价值（元），K2为单位面积森林的旅游价值（元/hm2）。

2.1.8 物种保育 通过调查得到乔木层种类、数量、胸径，下木层和草本层的物种种类、数量、盖度来计算其相对密度、相对胸高断面积（相对盖度）和相对频度，从而计算得各物种的相对重要值。Shannon多样性指数（H’）用于比较丰度（分布量）的方法。对于珍稀动植物的变化十分敏感。当只有一个种类并取最大值和当样本绝对平均时H’是0。

森林对生物物种资源的保护价值采用以下公式计算：

式中，V7为森林物种保育价值（元），Ss为单位面积森林的保育价值（元·hm－2·a－1），共划分为7级：当 H’≤1 时，Ss为 3000；当 1≤H’＜ 2 时，Ss为 5000；当 2≤H’＜3 时，Ss为 10000；当 3≤H’ ＜ 4 时，Ss为 20000；当 4≤H’ ＜ 5 时，Ss为 30000；当 5≤H’ ＜ 6 时，Ss为 40000；当H’≥6 时，Ss为 50000[7,3222]。

2.2 样地设置

公益林小班监测采用两阶抽样法，以全部公益林的小班作为总抽样样本，按小班总抽样数量的1% ～ 2%抽取监测小班；因为小班面积大小不一，为了得到各项监测指标，在小班内进行再次抽样，调查各项监测指标。

仙居县各监测小班分布如表1。

表1 仙居县公益林123个监测小班分布情况Table 1 Distribution of 123 monitored subcompartments in Xianju

监测样方按小班的上、中、下坡位随机布设，样方面积统一为20 m×20 m（水平方向20 m），胸径达到5.0 cm的均应编号。并沿各固定样方的对角线（两端与中间）设 3个2 m×2 m固定小样方，用于林分下木、灌木、竹类和草本的资源调查。

2.3 数据来源

以依据最新发布的《森林生态系统服务功能评估规范》建立的公益林生态效益县级监测体系获得的调查资料为基础，参考本研究组的其他相关研究资料[25～31]。

3 结果与分析

3.1 涵养水源

根据计算得2004－2008年仙居县生态公益林调蓄水量2.75×108t，水源涵养效益累计22.51亿元，占总效益的24.84%；其中调水效益16.78亿元，净化水质效益5.74亿元。

3.2 保育土壤

仙居县生态公益林 2004－2008年共固定土壤 865.24×104t，减少流失和增加土壤养分纯氮7979.44 t、纯磷1886.94 t、纯钾178068.28 t、有机质29482.59 t。森林植被固土保肥效益能力由高到低依次是：阔叶林 ＞ 松木林＞ 混交林 ＞ 杉木林 ＞ 竹林 ＞ 灌木林 ＞ 杂竹林（表 2）。2004－2008 年仙居县生态公益林固土保肥效益累计9.95亿元。

表2 仙居县生态公益林不同林型2004－2008年的固土及保肥总量Table 2 Soil conservation of each ecological forest type in Xianju from 2004 to 2008

3.3 改良土壤

仙居县生态公益林2004－2008年凋落物改良土壤养分纯氮9677.42 t、纯磷1371.45 t、纯钾3109.12 t（表3）；用人民币衡量价值累计2.05亿元。

表3 仙居县生态公益林不同林型2004－2008年的改良土壤量Table 3 Soil improvement of each ecological forest type in Xianju from 2004 to 2008

3.4 固碳释氧

仙居县现有生态公益林 2004－2008年同化二氧化碳240.12×104t，释放氧气175.32×104t；净增贮碳量为65.62×104t，其中植物贮碳65.49×104t。不同类型森林植被固碳释氧能力不同，由高到低依次是：竹林（11.93 t·hm－2·a－1） ＞ 松木林（9.16t·hm－2·a－1）＞ 混交林（8.86t·hm－2·a－1）＞ 杉木林（8.16 t·hm－2·a－1）＞ 阔叶林（7.20 t·hm－2·a－1）＞ 杂竹林（6.51 t·hm－2·a－1）＞ 灌木林（3.16 t·hm－2·a－1），这主要取决于各自生产力的高低。

2004－2008仙居县生态公益林发挥的生态效益折合人民币累计25.40亿元，占总效益的28.03%，其中固定碳价值7.87亿元，释放氧气价值17.53亿元。

3.5 植物储能

生态公益林面积内林地乔木层各器官平均热值为19.04 ～ 20.29 MJ/kg，各林型乔木层平均热值顺序为硬阔（20.29 MJ/kg）＞ 马尾松 ＞ 杉木 ＞ 毛竹 ＞ 软阔（19.04 MJ/kg）。

2004－2008年仙居县生态公益林中储能量净增280.66×108MJ，储能效益累计2.67亿元。

3.6 物种保育

2008年仙居县生态公益林生物多样性保护年总价值为3.25亿元。阔叶林的物种保育价值占主体，近70%；其次是针阔混交林，占15.85%（表4）。2004－2008年仙居县生态公益林生物多样性保护总价值为16.25亿元。

表4 仙居县生态公益林不同林型的2008年生物多样性指数和价值Table 4 Biodiversity indexes and value of each ecological forest type in Xianju in 2008

（单位面积是每公顷还是每亩？）

3.7 森林防护

森林作为陆地生态系统的主体，在生态环境建设中发挥着重要的作用，尤其是森林的存在可有效降低台风风速、调蓄洪水，从而降低台风和洪水的危害，仙居县公益林2004－2008年防护效益累计3.17亿元，占总效益的3.49%。

3.8 森林旅游

森林的旅游价值越来越受到政府和公众的关注和认可，优良的森林环境是开展森林生态旅游的基础所在，仙居县公益林2004－2008年旅游效益累计8.64亿元，占总效益的9.53%。

4 结论与讨论

综上所述，仙居县生态公益林生态系统服务功能显著。2004－2008年涵养水源量2.75×108t，减少土壤流失865.24×104t，吸收CO2240.12×104t，释放O2175.32×104t，净增贮碳量为65.62×104t，储能净增280.66×108MJ。2004－2008年，仙居县生态公益林共发挥生态效益价值90.64亿元，其中涵养水源效益最大共22.51亿元（24.84%），释放O2效益共17.53亿元（19.34%），生物多样性保护价值共16.25亿元（17.93%），固土保肥效益共9.95亿元（10.98%），森林旅游效益共8.64亿元（9.53%），固碳效益共7.87亿元（8.69%），森林防护效益共3.17亿元（3.49%），生物新增储能价值共2.67亿元（2.95%），改良土壤效益最小共2.05亿元（2.26%），各项服务功能价值量排序为涵养水源 ＞ 释氧 ＞ 生物多样性保护 ＞ 固土保肥 ＞ 森林旅游 ＞ 固碳＞ 森林防护 ＞ 生物新增储能 ＞ 改良土壤。

浙江省在全国生态区位的重要性和浙江经济发展对公益林建设的需求日益增加，使浙江省公益林建设步入了空前发展阶段。通过本研究的长期监测，更精确的掌握了以小班为单位的县级生态公益林的森林资源和生态状况，各县生态公益林在涵养水源、固土保肥、改良土壤、固碳释氧、储能、减灾、森林旅游和生物多样性等方面发挥了巨大的效益，也为进一步计算和校正全省生态公益价值评估提供基础数据。

由于时间、资金等各方面的原因，生态效益的监测工作还是初步的，如净化环境等功能尚需进一步探讨，本次核算并未涉及。另外，涉及的积累营养缺少林木其他器官的营养元素，仅估算了能改良土壤的凋落物层积累营养效益，灌木层和草本层生物多样性，由于监测、计量手段及其人为因素，无法精确计量和进入市场交易。但这一数值依然清楚地说明了仙居县森林生态系统在维系和促进当地社会经济持续发展和环境保护中的巨大作用。

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