基于生物量的森林生态功能修正系数的应用——以辽宁省退耕还林工程为例

宋庆丰，王雪松，王晓燕，牛香†

(1.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，100091，北京；2.辽宁省森林经营研究所，118002，辽宁丹东；3.北京林业大学水土保持学院，100083，北京)

基于生物量的森林生态功能修正系数的应用
——以辽宁省退耕还林工程为例

宋庆丰1，王雪松2，王晓燕3，牛香1†

(1.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，100091，北京；2.辽宁省森林经营研究所，118002，辽宁丹东；3.北京林业大学水土保持学院，100083，北京)

为了对同一生态单元同一目标林分类型中没有生态监测数据的林分进行准确的生态服务功能评估，以辽宁省退耕还林工程为例，基于生物量的森林生态功能修正系数对其生态服务功能进行评估。结果表明：2013年，辽宁省退耕还林工程生态系统服务功能总价值量为491.94亿元，在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护6个生态系统服务功能中，涵养水源和生物多样性保护的生态系统服务功能价值量占退耕还林生态系统服务功能总价值量的比例最大，分别为26.84%和26.30%。研究结果可为《森林生态系统服务功能评估规范》的修订和区域尺度森林生态系统服务功能的精确核算提供参考。

森林生态功能修正系数； 评估； 退耕还林； 辽宁

森林生态系统服务功能是指森林生态系统及其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[1-4]，主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能[3]。人类当前面临的多种生态问题的本质是由于生态系统服务功能受到破坏与退化的后果[4]；然而，直到20世纪70年代，生态系统服务功能才被作为科学问题正式提出并开展研究[5]。80年代，随着生态经济学的发展，人们开始对生态系统服务功能的间接价值进行评价[4]。1997年，R.Costanza等[6]发表在《Nature》上的文章有力地推动了生态系统服务功能的价值评价研究。2001年，联合国启动的《千年生态系统评估》计划，旨在通过对生态系统服务功能的评估，将生态系统的保护和恢复目标整合到经济社会决策中。目前，生态系统服务功能评估及其价值核算已成为当前生态学与生态经济学的前沿领域和全球热点领域[7]。

全球范围内，诸多学者或组织对不同生态系统服务功能评估方法进行了探索[7]，且在不同的时空尺度开展了生态系统服务功能的价值评估研究[8-13]，建立了生态系统服务功能评价理论框架；然而，评估方法的不同使得评估结果存在较大差异，且不具可比性。这对在国家层面上通过生态系统服务功能评估将生态系统的保护和恢复目标整合到经济社会决策中十分不利。2008年，中华人民共和国林业行业标准LY/T 1721—2008《森林生态系统服务功能评估规范》[3]的实施，在全国范围内将森林生态系统服务功能的评估方法予以统一，使不同地区森林生态系统服务功能的评估结果具备可比性，为森林生态系统的保护和恢复目标在经济社会决策中的整合提供了数据支撑和依据。

目前，我国的森林生态系统服务功能评估主要基于资源清查数据(树种、面积、蓄积量)以及生态站的长期观测数据。从生态站测得的生态参数均为点数据，只能代表同一生态单元下具有相同结构和功能的同一林分类型。而同一生态单元下同一林分类型不同林分结构或功能同样存在较大差异，如何利用监测站的实测数据得到同一生态单元同一目标林分类型的其他评估林分数据是森林生态系统服务功能得以准确评估的关键。笔者以此为切入点，以辽宁省退耕还林工程为例，研究基于生物量的森林生态功能修正系数(简称CFEF)的应用，以期为同类研究提供参考。

1 辽宁省退耕还林工程概况

自2001年辽宁省实施国家退耕还林工程以来，工程区由试点阶段的3市4县(彰武县、北票县、凌源县、建昌县)发展到15市74县，工程覆盖1 115个乡(镇)、1万1 517个自然村，涉及65万9 592户农民。

截至2013年末，辽宁省累计完成退耕还林工程建设任务113.57万hm2，其中：退耕地还林面积占全部退耕还林工程不同植被恢复类型总面积的约21.72%，宜林荒山荒地造林面积占62.66%，封山育林面积占15.61%； 生态林占全部退耕还林工程不同林种类型总面积的72.11%，经济林占22.81%，灌木林占5.08%，其中生态林以杨树(PopulusL.)、落叶松(Larixgmelinii)、油松(Pinustabulaeformis)和刺槐(RobiniapseudoacaciaLinn.)为主要退耕树种，经济林以杏树(ArmeniacavulgarisLam.)为主要退耕树种，占经济林总面积的63.81%。

2 研究方法

2.1 评估指标体系及公式

参考中华人民共和国林业行业标准LY/T 1721—2008《森林生态系统服务功能评估规范》[3]的评估指标及其计算公式，对涵养水源、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6项生态服务功能中涉及调节水量、固土、保肥、固碳、释氧、林木营养物质积累、滞尘、吸附污染物、提供空气负离子和物种保育等方面的17项指标的物质量和价值量进行评估。其中，物质量评估主要是从物质量的角度对退耕还林工程提供的各项服务进行定量评估，价值量评估是指从货币价值量的角度对退耕还林工程提供的服务进行定量评估。

2.2 数据来源

1) 资源数据来自于2013年的辽宁省退耕还林工程资源清查数据集。

2) 评估公式中的生态参数来自于退耕还林生态效益专项监测站及中国森林生态系统定位观测研究网络(CFERN)所属森林生态站开展的长期定位监测数据集。

3) 价值量评估公式中的价格参数参考LY/T 1721—2008《森林生态系统服务功能评估规范》[3]，并用贴现率进行修正。

2.3 贴现率

在生态系统服务功能价值量评估中，由物质量转价值量时，部分价格参数并非评估年价格参数，需要使用贴现率(Discount Rate)将非评估年价格参数逐年贴现，换算为评估年份(2013年)价格参数，以得到各项生态服务功能价值量的现价。计算公式为

d=(1+tn+1)(1+tn+2)…(1+tm)。

式中：d为贴现率；t为存贷款均衡利率，%；n为价格参数可获得年份；m为评估年年份。

存贷款均衡利率的大小主要根据金融市场利率来决定。

t=(Dr+Lr)/2。

式中：Dr为银行的平均存款利率，%；Lr为银行的平均贷款利率，%。

2.4 森林生态功能修正系数

“修正”作为一种状态，表明系统各要素之间具有相对“融洽”的关系。当用现有的野外实测值不能代表同一生态单元同一目标林分类型的其他评估林分时，引入森林生态功能修正系数对其进行修正。生态系统的服务功能大小与该生态系统的生物量有密切关系[13-16]，一般来说，生物量越大，生态服务功能越强[13]。森林生态功能修正系数定义为

式中：CFEF为森林生态功能修正系数；Be为评估林分的生物量，kg/m3；Bo为实测林分的生物量，kg/m3；CVB为蓄积量与生物量的转换因子，CVB=a+b/x，其中a、b为常数，x为蓄积量，m3[17]；V为评估林分的蓄积量，m3。

通过实测手段获取实测林分的生物量。评估林分的生物量在本次退耕还林工程资源连续清查中没有完全统计，但其蓄积量已被统计；因此，通过评估林分蓄积量和生物量转换因子(表1)[17]，测算评估林分的生物量。

表1 IPCC推荐使用的蓄积量和生物量转换因子(CVB)

3 结果与分析

3.1 退耕还林工程生态系统服务功能评估

3.1.1 物质量 根据评估辽宁省退耕还林工程生态系统服务功能的方法，计算得出辽宁省退耕还林工程生态系统服务功能物质量，其中涵养水源量11.47亿m3/a，固土量3 330.18万t/a，能够减少土壤中氮、磷、钾和有机质损失量分别为7.99万、4.11万、62.55万和1.68万t/a，固碳总量211.79万t/a，释氧量504.36万t/a，林木积累氮、磷、钾量分别为5.67万、0.27万和1.04万t/a，提供负离子量为6.265×1024个/a，吸收污染物量为1亿1 789.30万kg/a，滞尘量为143.08亿kg/a。

3.1.2 价值量 通过计算出辽宁省退耕还林工程生态系统服务功能总价值量为491.94亿元/a。其中，涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护所占比例分别为26.84%、17.89%、18.83%、2.96%、7.18%和26.30%。涵养水源和生物多样性保护功能的生态系统服务功能价值量所占比例最高，而净化大气环境和林木积累营养物质的生态系统服务功能价值量所占比例最小。

3.2 不同林种退耕还林工程生态系统服务功能价值量评估

3.2.1 总价值量 辽宁省不同林种类型退耕还林工程生态系统服务功能价值量计算结果见表2。可知， 生态林各项评估指标的生态系统服务功能价值量均显著高于经济林和灌木林，其中又以灌木林各项评估指标的生态系统服务功能价值量表现为最小。其中，生态林总价值量为372.90亿元/a，分别是经济林和灌木林的3.8和17.8倍。

表2 辽宁省不同林种类型退耕还林工程生态系统服务功能价值量

辽宁省退耕还林生态林面积占该省退耕还林工程总面积的72.11%，经济林占22.81%，灌木林占5.08%。通过与3种林种类型生态服务功能价值量占总价值量比例(生态林占75.80%，经济林占19.94%，灌木林占4.26%)进行比较可知，辽宁省不同林种类型退耕还林工程生态系统服务功能价值量的差异主要由其退耕还林的面积差异所决定，不同林种类型的单位面积价值量差异不显著(此处所说的单位面积价值量是6项生态服务功能价值量的平均值)，这是由于不同林种类型表现出的生态服务功能侧重点不同。

3.2.2 单位面积价值量 剔除不同林种类型退耕还林面积对其生态系统服务功能价值量的影响后，不同林种类型各项生态系统服务功能评估指标的单位面积价值量见表3。可以看出，3个林种类型各项生态系统服务功能的单位面积价值量之和表现为生态林>经济林>灌木林，分别为4.55亿、3.79亿和3.63亿元/(hm2·a)。其中，单位面积生态林涵养水源价值量低于经济林和灌木林，保育土壤价值量略低于灌木林，其他生态服务功能价值量均显著高于经济林和灌木林。

单位面积经济林涵养水源价值量之所以高于生态林和灌木林，是由于经济林多分布于立地条件较好的地段，土壤性状优于生态林和灌木林分布的地段，有利于水分的入渗。另一方面，辽宁省退耕还林工程中人工林的面积比例达到了85%，退耕还林工程中的生态林多为人工林，林分结构相对简单，林内地被物相对较少，不利于水分的截留和入渗。

表3 辽宁省不同林种类型退耕还林工程单位面积生态系统服务功能价值量

有研究[18-20]发现，土壤侵蚀量与地被覆盖度有关，覆盖度越大，土壤侵蚀量越小。根据退耕还林工程验收标准，灌木林的盖度达到0.3、乔木林达到0.2方可称为森林[21]；因此，灌木林的保育土壤价值量高于生态林和经济林，而降雨对地表的溅蚀也是引起土壤侵蚀的原因之一。低矮、密集的灌木林可以有效降低降雨对土壤溅蚀导致的土壤和养分的流失。张晓明等[18]通过对不同植被坡面侵蚀产沙的研究发现，刺槐、油松林的产沙量是灌木林的5倍。

4 结论与讨论

1) 2013年，退耕还林工程生态系统服务功能总价值量为491.94亿元，占该地区当年GDP总量(2万7 077.70亿元)的1.8%。在涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护6项生态系统服务功能中，涵养水源和生物多样性保护的生态系统服务功能价值量占退耕还林生态系统服务功能总价值量的比例最大，分别为26.84%和26.30%。

2)退耕还林面积是其生态系统服务功能的主要影响因子，但单位面积林分的生物学和生态学特性也在一定程度上对其生态系统服务功能产生影响。

影响森林生态系统服务功能的生态参数较多，海量的实测生态参数是确保区域或全国范围内森林生态系统服务功能评估结果真实性的基础，监测点越多，获取的生态参数越详细，森林生态系统服务功能的评估结果也越接近于真实值。鉴于当前森林生态系统服务功能评估的迫切性及生态监测站点的限制性，本文仅就主要的且在区域及全国范围内易于获取的生物量因子作为修正因子，通过对监测林分的生态参数进行修订，得到同一生态单元同一目标林分类型其他无监测数据的评估林分生态参数，最终使评估区域的森林生态系统服务功能评估结果更接近于真实值。未来，随着森林生态站及各专项监测站的逐步增加和完善，根据各生态参数在生态系统服务功能评估中的重要性、普遍性和易获取性，更多的生态参数将会作为修正因子被引入。森林生态功能修正系数考虑的生态参数越多，其评估结果也越接近森林生态系统服务功能的真实值。然而，修正因子的引入和逐渐增加也只能是令其评估结果越来越接近于森林生态系统服务功能的真实值，却永远无法达到其真实值；因为在区域和全国范围内对所有评估林分的生态参数进行监测显然是不现实的。

长期以来，森林生态系统服务功能价值评估一直是学术界研究的热点，“生态GDP”概念的提出[22]，使得森林生态系统服务功能价值评估从学术界逐步进入官方决策视野。为了将森林生态系统的保护和恢复目标整合在经济社会决策中，越来越多的生态服务功能评估被政府部门所开展。本文通过生物量对森林生态功能系数的修订，将使得森林生态系统服务功能评估结果更符合实际情况，同时，可为《森林生态系统服务功能评估规范》的进一步修订和“生态GDP”的准确核算提供参考。

[1] Daily G C. Natures Services: Societal dependence on natural ecosystems [M]. Washington D C: Island Press, 1997:1-3

[2] 欧阳志云,王如松, 赵景柱.生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J].应用生态学报,1999,10(5):635-640

[3] 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,2008:3-13

[4] 傅伯杰, 周国逸, 白永飞,等. 中国主要陆地生态系统服务功能与生态安全[J].地球科学进展,2009,24(6):571-576

[5] Study of Critical Environmental Problems. Man’s impact on the global environment: recommendations for action by study of critical environmental problems[M]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology Press, 1970：319

[6] Constanza R, Arge R, Groot R, et al. The value of the world′s ecosystem services and natural capital [J]. Nature, 1997,387: 253-260

[7] 欧阳志云,朱春全,杨广斌,等. 生态系统生产总值核算:概念、核算方法与案例研究[J].生态学报,2013,33(21):6747-6761

[8] United Nation Statistics Division. Land and Ecosystem Services [EB/OL]. [2014-09-01].http:∥unstats.un.org/unsd/envaccounting/les.Asp

[9] 王兵. 中国森林生态服务功能评估[M]. 北京: 中国林业出版社, 2010:1-2

[10] TEEB. Mainstreaming the Economics of Nature: A synthesis of the approach, conclusion and recommendations of TEEB[R]. Malta: Progress Press, 2010:2-4

[11] 国家林业局.退耕还林工程生态效益检测国家报告[M].北京:中国林业出版社,2013:186-203

[12] 山广茂,王兵,张红岩,等.吉林省森林生态系统服务功能及其效益评估[M].哈尔滨:东北林业大学出版社,2013:1-2

[13] 谢高地,鲁春霞,冷允法,等. 青藏高原生态资产的价值评估[J].自然资源学报,2003,18(2):189-196

[14] Feng Ling, Cheng Shengkui, Su Hua, et al. A theoretical model for assessing the sustainability of ecosystem services [J]. Ecological Economy, 2008, 4:258-265

[15] 吕锡芝.北京山区森林植被坡面水文过程的影响研究[D].北京:北京林业大学,2013:84

[16] 罗明达.瘠薄山地生态林蓄水保土功能及生态效益定量评价[D].山东泰安:山东农业大学,2011:38

[17] Fang Jingyun, Chen Anping, Peng Changhui, et al. Changes in forest biomass carbon storage in China between 1949 and 1998[J]. Science, 2001, 292: 2320-2322

[18] 张晓明, 余新晓, 武思宏, 等. 黄土区森林植被对坡面径流和侵蚀产沙的影响[J].应用生态学报,2005,19(9):1613-1617

[19] 张晓明,余新晓,武思宏,等. 黄土区森林植被对流域径流和输沙的影响[J].中国水土保持科学,2006，4(3):48-53

[20] 段庆斌.黄土高原森林植被对径流与侵蚀产沙的影响研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2009:32-35

[21] 国家林业局退耕办.退耕还林工程退耕地还林阶段验收办法[EB/OL].[2013-12-27] http:∥www.hebly.gov.cn/showarticle.php?id=15761

[22] 国家林业局. 林业局: 生态GDP：生态文明评价制度创新的抉择[EB/OL].[2014-02-26] http:∥www.gov.cn/gzdt/2013-02/26/content_2340409.htm

(责任编辑：宋如华)

Application of forest ecological function correction coefficient based on biomass: a case study of conversion of cropland to forest in Liaoning Province

Song Qingfeng1, Wang Xuesong2, Wang Xiaoyan3, Niu Xiang1

(1.Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry, 100091, Beijing, China; 2.Institute of Forest Management of Liaoning Province, 118002, Dandong，Liaoning，China; 3.School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, 100083, Beijing, China)

In order to accurately carry out the ecological service evaluation of the other forests of the same forest types in the same ecological unit that lacked ecological monitoring data, we propose the forest ecological function correction coefficient based on the biomass in this paper in order to adjust the ecological monitoring data for better application in the rest of the sites of the same forest types in the same ecological unit through the conversion of biomass. As an example, the ecological service of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was evaluated. The evaluation showed that the total ecological service value of the project of conversion of cropland to forest in Liaoning Province was 49.194 billion yuan in 2013. In six ecosystem service evaluation indicators such as water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen releasing, nutrient accumulation, atmosphere purification, and biodiversity protection, the proportions of the value of water conservation and biodiversity protection to the total value were the largest, 26.84% and 26.30%, respectively. Our study would provide reference for the revision ofSpecificationsforassessmentofforestecosystemservicesand the accurate evaluation of the forest ecosystem service at regional scale.

forest ecological function correction coefficient; evaluation; conversion of cropland to forest; Liaoning Province

2014-04-24

2015-03-26

宋庆丰(1983—)，男，博士研究生。主要研究方向：森林生态系统服务功能评估。E-mail: songqingfeng@caf.ac.cn

†通信作者简介： 牛香(1982—)，女，博士，助理研究员。主要研究方向：森林生态系统服务。E-mail: niuxiang@caf.ac.cn

S718.56

A

1672-3007(2015)03-0111-06

项目名称： 林业公益性行业科研专项“森林生态服务功能分布式定位观测与模型模拟”(201204101)