湖北省三峡地区天然林生态效益评估

黄继红　黄志霖　艾训儒　姚兰　郭仲军　路兴慧

摘 要： 本文采用涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护等9个功能指标，对湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能价值进行评估。结果表明：湖北省三峡地区天然林生态系统服务价值为336.66亿元·年-1。其中，固碳释氧、涵养水源和生物多样性保护3项功能价值量最大，分别占该地区天然林生态系统服务总价值的34.94%，30.45%和29.00%；阔叶林生态系统服务功能价值量最大，占该地区天然林生态系统服务总价值的37.54%。固碳释氧、涵养水源和生物多样性保护等功能都发挥着重要的作用，阔叶林在湖北省三峡地区天然林生态系统中具有突出的功能。

关键词： 天保工程；生态效益；森林生态系统；生态系统服务；可持续发展；三峡地区；湖北省

中图分类号：S718.56 文献标识码：A 文章编号：1004-3020（2015）02-0001-05

生态系统服务是生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1， 2]，是人类生存和发展的物质基础和基本条件[3]。生态系统服务不仅为人类提供各种商品，同时在维持生命支持系统和环境动态平衡方面起着不可替代的重要作用[4]。天然林生态系统是森林生态系统最重要的组成部分，是中国森林生态系统的典型代表，蕴藏着最丰富的珍稀物种和珍贵的野生动植物基因资源，具有其他生态系统无法比拟的独特结构和功能。天然林生态系统在涵养水源、保护土壤、固碳释氧、保育生物多样性和防风固沙等方面均发挥着极为重要的作用[5]。天然林保护工程是我国重点实施的六大林业工程之一，该工程实施旨在遏制生态环境恶化，保护生物多样性，促进社会经济的可持续发展[6，7]。工程一期建设已取得明显的效果[8]，但其生态效益价值一直缺乏有效的科学统计数据。因此，评估天然林生态系统服务价值目前尤为迫切，将为天保工程二期实施方案的调整和制定合理的生态效益补偿政策提供科学依据。

最新研究表明，三峡库区森林生态系统服务功能价值量为4 314.11亿元[9]，关于该地区天然林生态系统服务功能价值量的研究尚未见报道。本文以2003年森林资源调查数据为基础，依据森林生态系统服务功能评估规范，采用文献查证和实证研究相结合的方法，对湖北省三峡地区4个县的天然林生态系统服务价值进行评估。一方面为该地区天然林保护工程实施效果的评估提供科学数据，另一方面也为三峡工程实施对天然林生态系统的影响提供有效的评估手段。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区概况

湖北省三峡地区跨越兴山县、夷陵区、秭归县和巴东县，平均海拔700～800 m，多年平均气温16.8～18.0 ℃，年降水量1 000 mm～1 200 mm。该地分布着亚热带、暖温带、温带及寒温带各种维管束植物3 800种以上，仅森林树种就有1 300多种，以壳斗科、樟科、山茶科、木兰科、冬青科、桦木科、金缕梅科、松科和杉科为主。组成亚热带落叶阔叶林、落叶阔叶—常绿阔叶混交林、常绿阔叶林以及亚热带针叶林、温带针叶林等森林类型。植被以常绿阔叶林为主，属过渡性常绿阔叶林带，直接连接典型常绿阔叶林北亚带。此外，该地是湖北省天然森林主要集中分布地之一[10]。

1.2 评估方法和数据来源

本文采用LY/T 1721-2008森林生态系统服务功能评估规范[11]，对湖北省三峡地区天然林生态效益进行评估。依据规范选取符合天然林生态系统的6项功能，9个指标进行生态效益的计算。数据和参数来源包括以下3方面：①湖北省三峡地区2003年森林资源调查数据；②中国森林生态系统定位研究站长期观测数据（主要来源于公开发表的学术研究论文及网络共享数据）；③LY/T 1721-2008森林生态系统服务功能评估规范[11]中提供的中国权威机构公布的社会公共数据。

1.2.1 涵养水源价值

涵养水源包括调节水量和净化水质两个指标。

调节水量价值采用公式：

U调=10C库A（P-E-C）（1）

式中U调为林分年调节水量价值，元·a1；C库为水库建设单位库容造价，元·m3；P为降水量，mm·a1；E为林分蒸散量，mm·a1；C为地表径流量，mm·a1；A为林分面积，hm2。C库取6.11元·m3[11]；A根据二类森林资源调查数据按林分类型统计得到；P和E分别根据worldclim数据源和Atlas of the Biosphere数据源按林分类型进行空间分析获得；C根据相关研究取值[12]。

年净化水质价值公式为：

U水质=10KA（P-E-C）（2）

式中K为水的净化费用，取2.09元·t1[11]。

1.2.2 保育土壤价值

保育土壤包括固定土壤和保持土壤肥力两个指标。

林分固定土壤价值公式为：

U固土=AC土（X2-X1）/ρ（3）

式中U固土为林分年固土价值，元·a1；X1为林地土壤侵蚀模数，t·hm2·a1；X2为无林地土壤侵蚀模数，t·hm2·a1；C±为挖取和运输单位体积土方所需费用，元·m3；ρ为土壤容重，t·m3。X1、X2分别取11.25和30.00 t·hm2·a1[13]；C±按12.6元·m3计算[14]；ρ值根据林分类型不同而不同[12]。

林分保持土壤肥力公式为：

U肥=A（X2-X1）（NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3）（4）

式中U肥为林分年保肥价值，元·a1；N为林分土壤含氮量，%；P为林分土壤含磷量，%；K为林分土壤含钾量，%；M为林分土壤有机质含量，%；R1为磷酸二胺化肥含氮量，%；R2为磷酸二胺化肥含磷量，%；R3为氯化钾化肥含钾量，%；C1为磷酸二胺化肥价格，元·t1；C2为氯化钾化肥价格，元·t1；C3为有机质价格，元·t1。N、P、K不同林分类型不同[15]；M根据林分类型取值不同[12，15]；R1、R2和R3的值分别为14.00%、15.01%和50.00%[11]；C1、C2和C3分别为2 400，2 200和320元·t1[11]。

1.2.3 固碳释氧价值

固碳价值采用公式：

U碳=AC碳（1.63R碳B年+F土壤碳）（5）

式中U碳为植被年固碳价值，元·a1；B年为林分净生产力，t·hm2·a1；F土壤碳为单位面积林分土壤年固碳量，t·hm2·a1；C碳为固碳价格，元·t1；R碳为CO2中碳的含量，为27.27%。B年参照已发表数据[16]，乔木和灌木的生物量和碳储量之间利用0.5的转换系数[17]；F土壤碳参考邻近地区同类林分类型的土壤碳储量值[18]；C碳为1 200元·t1[11]。

释氧价值计算公式：

U氧=1.19C氧AB年（6）

式中U氧为林分年释氧价值，元·a1；C氧为氧气价格，取1 000元·a1[11]。

1.2.4 积累营养物质价值

积累营养物质价值采用公式为：

U营养=AB年（N营养C1/R1+P营养C1/R2+K营养C2/R3）（7）

式中U营养为林分年营养物质积累价值，元·a1；N营养为林木含氮量，%；P营养为林木含磷量，%；K营养为林木含钾量，%。N营养、P营养和K营养分别参考邻近地区相关研究发表的数据整理[19]。

1.2.5 净化大气环境价值

该研究主要选取提供负离子价值为指标反映森林净化大气环境的功能。采用公式：

U负离子=5.256×1015×AHK负离子（Q负离子-600）/L（8）

式中U负离子为林分年提供负离子价值，元·a1；K负离子为负离子生产费用，元·个1；Q负离子为林分负离子浓度，个·cm3；L为负离子寿命，min；H为林分高度，m。K负离子为5.82元·1018·个1；Q负离子根据相关研究成果整理[20]；L为10 min[21]；H为二类森林资源数据统计各类林分高度的均值。

1.2.6 生物多样性保护价值

由于动物物种名录及分布数据积累不足，本文主要计算了植物多样性的保护效益。采用引入物种濒危指数和特有种指数的Shannon-Wiener指数法[22]计算，公式为：

U总=（1+∑xm=1Em×0.1+∑yn=1Bn×0.1）S生A（9）

式中U总为林分年物种保育价值，元·a1；Em为评估林分（或区域）内物种m的濒危等级；Bn为评估林分（或区域）内物种n的特有种等级；x为计算濒危指数物种数量；y为计算特有种指数物种数量；S生为单位面积物种多样性保育价值量，元·hm2·a1。本计算中主要采用湖北省兴山、宜昌、秭归和巴山4个县的植物物种名录进行计算（植物物种分布数据库依据中国数字植物标本馆（http：//www.cvh.org.cn/cms/）、中国特有植物名录[23]以及中国野生濒危保护植物名录[24]整理）。

1.2.7 湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能总价值

湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能总价值为上述9指标之和，公式为：

U=∑9i=1Ui（10）

式中：U为湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能总价值，元·a1；Ui为湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能各指标年价值，元·a1。

2 结果与分析

2.1 天然林生态系统服务功能总价值量

湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能总价值为336.66亿元。各功能项及指标的价值分别见表1。固碳释氧价值量最大（117.63亿元·a1），占总价值的34.94%；涵养水源价值次之（102.52亿元·a1），占总价值量的30.45%；生物多样性保护价值97.62亿元·a1，占总价值的29.00%；积累营养物质价值10.22亿元·a1，占总价值的3.04%；保育土壤价值8.47亿元·a1，占总价值的2.51%；净化大气环境价值量最小（0.20亿元·a1），仅占总价值的0.06%。

2.2 不同县域天然林生态系统服务功能价值量

湖北省三峡地区各县天然林生态系统服务功能价值量位于32.71～117.64亿元·a1之间见表2，其依据价值量大小排序为巴东县>宜昌县>秭归县>兴山县。单位面积天然林生态系统服务功能价值量的排列顺序为巴东县>秭归县>宜昌县>兴山县。

2.3 不同林分类型生态系统服务功能价值量

湖北省三峡地区天然林生态系统中28种林分生态系统服务功能总价值量及其比例见表3。各林分类型价值量位于0.00～97.11亿元·a1之间，依据价值量对各林分类型从小到大排序结果见表3。

湖北省三峡地区4个县天然林林分类型归为阔叶林、针叶林、针阔混交林、灌木林、竹林和经济林五类，各林分类型服务价值总量分别为37.54，35.39，16.51，10.26，0.28亿元·a1和0.03亿元·a1。各县不同林分类型生态系统服务价值总量见图1。宜昌和巴东两县阔叶林服务价值量最大，针叶林次之；兴山和秭归两县针叶林服务价值量最大，阔叶林次之。宜昌、秭归和巴东三县灌木林生态系统服务价值量都排第三位，仅次于针叶林或阔叶林之后，针阔混交林服务价值量位于灌木林之后；兴山县针阔混交林服务价值量高于灌木林价值量。竹林和经济林生态服务价值量最小，其中兴山和秭归县没有经济林分布，其服务价值为零。

3 结论与讨论

本文基于2003年森林资源调查数据，采用国家林业局发布的LY/T 1721-2008评估规范和原理，计算出湖北省三峡地区天然林生态系统服务功能价值为336.66亿元。其中固碳释氧价值量最高，说明湖北省三峡地区的天然植被在碳存储功能上发挥了重要作用。其次，该地区在涵养水源和生物多样性保育方面价值也很突出。由此可见，该地区保护工程的实施重点应保护好原有的天然植被，同时，应进一步明确各优势林分类型的主要生态功能，在此基础上合理配置树种，开展补植造林工作，强化不同区域不同林分类型的主要生态功能，提高森林植被的整体生态效益。减轻水土流失、泥沙淤积对水利工程的危害和威胁，从而有利于充分发挥三峡水利枢纽工程设施的长期效能。

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（责任编辑：郑京津）