神农架森林生态系统服务价值估算

2015-03-23赵丽娅渠清博江利平湖北大学资源环境学院湖北武汉430062

安徽农业科学 2015年33期

程畅，赵丽娅，渠清博，江利平，陈涛　(湖北大学资源环境学院，湖北武汉 430062)

神农架森林生态系统服务价值估算

程畅，赵丽娅*，渠清博，江利平，陈涛(湖北大学资源环境学院，湖北武汉 430062)

摘要依据《森林生态系统服务功能评估规范》，基于神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据，并参考已有的研究文献，定量评估了神农架森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境以及生物多样性保护六大服务功能的价值量。结果表明：神农架森林生态系统六大服务功能总价值每年可达671.63亿元，其中保育土壤353.15亿元，涵养水源174.59亿元，固碳释氧60.62亿元，生物多样性保护72.79亿元，净化大气环境7.44亿元，积累营养物质3.04亿元。各植被类型的生态系统服务功能价值分别为阔叶林365.30亿元/a，针阔混交林206.29亿元/a，针叶林100.04亿元/a。研究结果将为神农架森林生态系统保护与发展提供科学依据。

关键词神农架；森林生态系统；服务功能；价值评估

Assessment on Eco-service Functions of Forest Ecosystem in Shennongjia

CHENG Chang, ZHAO Li-ya*, QU Qing-bo et al(School of Resources and Environmental Science, Hubei University, Wuhan, Hubei 430062)

Abstract Based on the Forest Ecosystem Services Assessment Standards issued by the state administration of forestry and the field scientific observation data, the ecosystem service values of each type of forest have been assessed quantitatively in Shennongjia. The results show that the total annual value of the ecosystem service function is 67.163 billion yuan(RMB), of which 35.315 billion yuan for soil conservation, 17.459 billion yuan for water conservation, 6.062 billion yuan for carbon fixation and oxygen released, 7.279 billion yuan for species conservation, 0.744 billion yuan for air purification and 0.304 billion yuan for nutrient accumulation. The value of ecosystem services in various vegetation types are broad-leaved forest: 36.530 billion yuan; theropencedrymion: 20.629 billion yuan; coniferous forests: 10.002 billion yuan. The results will provide basic data for constructing the ecosystem of forest in Shennongjia.

Key words Shennongjia; Forest ecosystem; Service function; Value assessment

森林生态系统服务功能是指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。它能为人类提供食品、医药和其他工农业生产的原料，更重要的是支撑与维持地球的生命系统，维持生命物质的生物地化循环与水文循环，维持生物物种与遗传多样性、净化环境，维持大气化学的平衡与稳定[1-2]。印度加尔各答农业大学的德斯教授，曾对1棵树算了2笔不同的帐，他认为1棵正常生长50年的树，按照通常习惯的木材价格算，最多值300余美元，但是如果按照这棵树的综合价值计算，就远远不止这些了。据粗略测算，这棵生长50年的树每年可以生产出价值31 250美元的氧气和价值2 500美元的蛋白质，同时，可以防止大气污染(价值62 500美元)，涵养水源、促进水分再循环(价值37 500美元)，防止土壤侵蚀、增加土壤肥力(价值31 250美元)，还可以为鸟类及其他动物提供栖息环境(价值31 250美元)，将这些综合价值计算在一起，这棵树的价值就是近20万美元[3]。长期以来，对森林生态系统的不合理开发和利用，使得森林结构失调、林分质量下降、森林综合效能下降、生态环境恶化，已成为全球环境问题的核心，制约着全球可持续发展的进一步提升。

笔者在对神农架森林生态系统服务功能分析总结的基础上，依据国家林业局2008年颁布的《森林生态系统服务功能评估规范》，基于神农架森林生态系统长期连续定位观测数据和社会公共数据，对神农架森林生态系统的主要服务功能进行了价值量评估。

1研究区概况

1.1自然概况号称“华中屋脊”的神农架位于湖北省西部边陲，大巴山东段，处于渝、鄂交界处，地跨109°56′～110°58′ E，31°15′～31°57′ N，国土面积约3 253 km2。其地处北亚热带与温带的过渡区，气候呈温凉多雨，年均气温11.0～12.2 ℃，年均降雨量1 100 mm。独特的地理位置和优越的立体气候环境，使其孕育着丰富的植物资源。神农架森林堪称“绿色宝库”，是植物多样性的理想基地，中国植物资源和种质资源的“贮藏库”，古老孑遗植物的“避难所”，孕育和产生新品种的“摇篮”，华中最大的天然植物园。

1.2森林资源概况神农架森林面积约289 200 hm2，素有“原始森林”之称，是世界生物多样性较为丰富的地区之一，拥有全球中纬度地区唯一保存完好的亚热带森林生态系统。林区植被呈明显的垂直分布：常绿阔叶林带—常绿落叶阔叶混交林带—落叶阔叶林带—针阔混交林带—亚高山针叶林带，是表现中国中部山地植被较清晰和完整的地区。

神农架地区林地面积260 745 hm2，其中，针叶林总面积约37 140 hm2；针叶、落叶阔叶混交林面积92 562 hm2；阔叶林总面积131 043 hm2，占林区有林地面积的50%。常绿阔叶林主要分布在海拔1 600 m以下的低山和中山下部的河谷地带，面积约27 578 hm2，占阔叶林面积21%；常绿、落叶阔叶混交林面积为17 247 hm2，占阔叶林面积的13%；落叶阔叶林面积约86 218 hm2，占阔叶林面积的66%[4]。

据2009年神农架森林二类清查结果表明，林业用地面积312 549.15 hm2，占土地总面积的96.5%。其中，森林面积289 180.67 hm2，占92.5%；灌木林地面积20 730.51 hm2，占6.6%；疏林地面积6.51 hm2，未成林地826.18 hm2。森林覆盖率90.4%(图1)。

2研究方法

参照国家林业局2008年颁布的《森林生态系统服务功能评估规范》，基于神农架森林生态系统长期连续定位观测数据和社会公共数据，对森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护6个方面的服务功能进行价值量评估。

2.1评估公式该文主要依据《森林生态系统服务功能评估规范》[5]中的森林生态系统服务功能价值量的评估公式对神农架森林生态系统服务功能的价值进行了评估，评估主要包括涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护共六大类别13个指标因子。

2.2评估数据及来源

2.2.1森林资源数据。参照田自强等[4]对神农架植物群落物种多样性的研究结果及神农架2009年森林资源二类清查数据，单位实物量的价格参数参照《森林生态系统服务功能评估规范》的社会公共数据[5]。

2.2.2森林生态系统服务功能参数。

2.2.2.1涵养水源功能评估。根据神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据，亚高山针叶林的年均降水量为800～2 500 mm，平均温度为10 ℃。常绿落叶阔叶混交林的年均降水量为1 306～1 722 mm，年均气温为10.6 ℃[6]。该研究中针叶林及阔叶林的年均降水量分别取其监测结果的平均值，并根据年均降水量及温度，运用TURC公式，计算得各林分年蒸散量为：针叶林567.2 mm/a，阔叶林581.6 mm/a[7-9]。依据神农架年均降水量为1 170.2 mm/a，年均气温为11.0～12.2 ℃及TURC公式，求得针阔混交林年蒸散量为585.1 mm/a[10]。各林分地表径流量为：针叶林28.05 mm/a，阔叶林7.50 mm/a，针阔混交林17.78 mm/a[11]。

2.2.2.2保育土壤功能评估。根据我国土壤侵蚀的研究成果，无林地土壤中等程度的侵蚀深度为15～35 mm/a，侵蚀模数为150.00～350.00 m3/(hm2·a)，该研究取土壤侵蚀模数的平均值319.80 t/(hm2·a)。有林地的土壤侵蚀模数分别为针叶林7.80 t/(hm2·a)，阔叶林0.50 t/(hm2·a)，针阔混交林4.15 t/(hm2·a)。确定神农架林地土壤容重为针叶林1.14 t/m3，阔叶林1.08 t/m3，针阔混交林1.10 t/m3[12]。根据神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据，确定各林分土壤的平均有机质含量、含氮量、含钾量、含磷量(表1)。

表1　各林分土壤的容重及养分含量

2.2.2.3固碳释氧功能评估。参照李高飞等[13]对中国不同气候带各类型森林的生物量和净第一性生产力的研究，估算神农架各林分的净生产力为针叶林7.20 t/(hm2·a)，阔叶林16.81 t/(hm2·a)，针阔混交林8.99 t/(hm2·a)，同时确定单位面积林分土壤年固碳量为针叶林0.672 7 t/(hm2·a)，阔叶林1.647 0 t/(hm2·a)，针阔混交林0.737 1 t/(hm2·a)[14]。

2.2.2.4积累营养物质功能评估。依据赵同谦[15]对中国森林生态系统服务功能及其价值评价中对不同气候带主要森林生态系统类型植物体营养元素含量的汇总结果，确定神农架主要植被类型林木营养元素含量：针叶林的林木含氮量为4.20 mg/g、含磷量为0.75 mg/g、含钾量为2.13 mg/g；阔叶林的林木含氮量为4.56 mg/g、含磷量为0.32 mg/g、含钾量为2.21 mg/g；针阔混交林的林木含氮、磷、钾量取温带针叶林与亚热带落叶阔叶林的平均值，即林木含氮量为4.31 mg/g、含磷量为0.39 mg/g、含钾量为2.16 mg/g[15](表2)。

表2　各林分林木养分含量　mg/g

2.2.2.5净化大气环境功能评估。根据神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据，估算各林分的平均高度为针叶林20 m、阔叶林10 m、针阔混交林15 m。参照李英升等[16-19]对上海城市森林生态系统净化大气功能价值的研究，得出神农架各林分负离子浓度为针叶林1 501个/cm3，阔叶林1 161个/cm3，针阔混交林1 331个/cm3[16-19]，负离子寿命取10 min。

由《中国生物多样性国情研究报告》的相关资料可得，阔叶林、杉类林、松林、柏类林吸收SO2分别为88.65、117.60、117.60、411.60 kg/(hm2·a)，针叶林平均为215.60 kg/(hm2·a)，针阔混交林取针叶林与阔叶林的平均值为152.13 kg/(hm2·a)。针叶林的滞尘能力为33 200 kg/(hm2·a)，阔叶林的滞尘能力为10 110 kg/(hm2·a)，针阔混交林取针叶林与阔叶林的平均值为21 655 kg/(hm2·a)[20]。针叶林、阔叶林吸收氟化物分别为0.50、4.65 kg/(hm2·a)，针阔混交林取针叶林与阔叶林的平均值为2.58 kg/(hm2·a)。森林吸收氮氧化物为6.00 kg/(hm2·a)[21]。

2.2.2.6生物多样性保护功能评估。根据神农架森林生态系统长期连续定位观测的数据，参照王兵等[22]对中国森林物种多样性保育的Shannon-Wiener指数(H′)的研究结果，估算针叶林Shannon-Wiener等级为Ⅵ级，1

3结果与分析

3.1涵养水源森林涵养水源的价值主要表现在调节水量价值和净化水质价值。由表3可知，神农架森林主要植被类型每年调节水量的价值为130.09亿元，净化水质的价值为44.50亿元，涵养水源的总价值为174.59亿元。从各植被类型的价值量来看，阔叶林每年调节水量价值与净化水质价

值均最大，分别为74.06亿元、25.33亿元，总涵养水源价值为99.39亿元/a。

表3　神农架森林生态系统涵养水源价值

3.2保育土壤森林保育土壤的价值主要表现在固土价值和保肥价值两方面。神农架森林主要植被类型每年固土价值为9.51亿元，保肥价值为343.64亿元，保育土壤的总价值为353.15亿元/a(表4)。

表4　神农架森林生态系统保育土壤价值

3.3固碳释氧森林固碳释氧的价值主要表现在固碳价值和释氧价值。神农架森林主要植被类型年固碳价值为21.33亿元，年释氧价值为39.29亿元，固碳释氧总价值为60.62亿元/a(表5)。

表5　神农架森林生态系统固碳释氧价值

3.4积累营养物质经计算，神农架森林主要植被类型年积累营养物质的总价值为3.04亿元。其中阔叶林年积累营养物质的价值最大，为2.05亿元，针阔混交林次之，最后为针叶林。

3.5净化大气环境森林生态系统净化大气环境的价值主要表现在提供负离子的价值、吸收SO2的价值、吸收NOx的价值、吸收HF的价值和滞尘价值。神农架森林生态系统年提供负离子的价值为0.07亿元，吸收SO2的价值为0.41亿元，吸收NOX的价值为0.10亿元，吸收HF的价值为0.005 93亿元，滞尘价值为6.85亿元。净化大气环境总价值为7.44亿元/a(表6)。

表6　神农架森林生态系统净化大气环境价值

3.6生物多样性保护经计算，神农架森林生态系统物种保育的总价值为72.79亿元/a，其中针叶林为1.86亿元，阔叶林为52.42亿元，针阔混交林为18.51亿元。该结果充分说明神农架作为拥有全球中纬度唯一保存完好的亚热带森林生态系统的天然植物园，其生物多样性的丰富与珍贵。

3.7森林生态系统服务总价值及结构由表7可知，神农架森林生态系统六大服务功能的总价值可达671.63亿元/a，其中涵养水源174.59亿元/a，保育土壤353.15亿元/a，固碳释氧60.62亿元/a，积累营养物质3.04亿元/a，净化大气环境7.44亿元/a，生物多样性保护72.79亿元/a。该结果充分说明神农架森林生态系统具有巨大的生态服务价值。

各种服务功能价值从大到小顺序依次为：保育土壤、涵养水源、生物多样性保护、固碳释氧、净化大气环境、积累营养物质。以保育土壤方面的贡献率最大，占到50.00%以上，其次为涵养水源，占26.00%，其余4个方面的贡献率占21.41%(图2)。

表7　神农架主要森林类型各服务功能价值量

神农架各种森林类型的生态系统服务功能价值为100.04亿元～365.30亿元/a，按大小顺序依次为阔叶林、针阔混交林、针叶林。其中，阔叶林的生态服务价值最大，为365.30亿元/a，贡献率较高，占54.39%，其次为针阔混交林，最后为针叶林(图3)。

从各种森林类型单位面积生态服务功能的价值量比较来看，其大小顺序是阔叶林、针叶林、针阔混交林。阔叶林单位面积生态服务功能最大，为27.87万元/(hm2·a)(图4)。

将神农架森林生态系统单位面积的价值量与其他地区亚热带森林生态系统单位面积的价值量比较可得(表8)，神农架森林生态系统单位面积的价值量是最大的，为25.76万元/(hm2·a)。

4结论与讨论

(1)神农架森林生态系统六大服务功能的总价值可达671.63亿元。神农架森林生态服务功能总价值相当于2012年神农架全区生产总值(16.81亿元)的40倍左右。这一差距突出反映了神农架资源富集与贫困长期交织的特殊性，也是我国部分地区生态良好与经济落后相伴的典型缩影。因此，为了改善目前神农架“富饶的贫困”的现状，需要全社会提高对生态产品的认识，政府加大财政转移支付力度，建立健全生态补偿制度，充分发挥森林生态效益。

(2)从各种森林类型单位面积生态服务功能的价值量比较来看，其大小顺序是阔叶林、针叶林、针阔混交林。应加强对神农架针叶林与针阔混交林群落完整性的保护，以使其生

表8　不同地区森林生态系统服务价值比较

注：江西省大岗山第1组数据为九五期间统计，第2组数据为十五期间统计。

态系统服务价值得到更好的发挥。

(3)将神农架森林生态系统单位面积的价值量与其他地区亚热带森林生态系统单位面积的价值量比较可得，神农架森林生态系统单位面积的价值量是最大的。作为世界生物多样性较丰富的地区之一，神农架具有重要的生态地位。其巨大的生态价值和生态系统服务价值，在整个长江和汉江中下游地区乃至全国的水源涵养、土壤保持、生物多样性保护、改善生态环境、维持生态平衡和保障区域生态安全等方面发挥着不可替代的作用。

参考文献

[1] DAILY G C.Natures science：Societal dependence on natural ecosystems [M].Washington D C：Island Press，1997.

[2] NELSON E，MENDOZA G，REGETZ J，et al.Modeling multiple ecosystem services，biodiversity conservation，commodity production，and tradeoffs at landscape scales [J].Frontiers in ecology and the environment，2009，7(1)：4-11.

[3] 马志新.一棵树的价值[J].新疆林业，2000(5)：28.

[4] 田自强，陈玥，赵常明，等.中国神农架地区的植被制图及植物群落物种多样性[J].生态学报，2004，24(8)：1611-1621.

[5] 国家林业局.森林生态系统服务功能评估规范：LY/T 1721-2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] 谢宗强，孙鸿烈，于贵瑞，等.中国生态系统定位观测与研究数据集森林生态系统卷湖北神农架站 2000-2008[M].北京：中国农业出版社，2010：8-32.

[7] 周国逸.生态系统水热原理及其应用[M].北京：气象出版社，1997：180.

[8] 周国逸，潘维俦.森林生态系统蒸发散计算方法的研究[J].中南林学院学报，1988，8(1)：22-27.

[9] 黄志宏，王旭，周光益，等.不同理论方程模拟华南桉树人工林蒸散量的比较[J].生态环境，2008，17(3)：1107-1111.

[10] 湖北省十堰市水文水资源勘测局.神农架林区水文特征[J].水文，2001，21(1)：55-56，63.

[11] 张佩霞，侯长谋，胡成志，等.广东省鹤山市森林生态系统服务功能价值评估[J].热带地理，2010，30(6)：628-632，662.

[12] 游天根.永定县森林生态系统服务功能价值评估[J].福建林业科技，2011，38(3)：121-126.

[13] 李高飞，任海.中国不同气候带各类型森林的生物量和净第一性生产力[J].热带地理，2004，24(4)：306-310.

[14] 李晓曼，康文星.广州市城市森林生态系统碳汇功能研究[J].中南林业科技大学学报，2008，28(1)：8-13.