福建海坛岛主要防护林生态服务功能价值评估

文华英，黄义雄，叶功富，张 巧

(1.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007； 2.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012)

福建海坛岛主要防护林生态服务功能价值评估

文华英1，黄义雄1，叶功富2，张 巧1

(1.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007； 2.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012)

依据平潭县资源调查数据及典型样地的实验分析结果，采用LY/T 1721—2008森林生态系统服务功能评估规范的评估方法以及影子工程法等对福建省平潭县海坛岛主要防护林即木麻黄林、台湾相思树林、湿地松林、黑松林的生态系统服务功能价值进行评估。结果表明：海坛岛4种树种构成的防护林森林生态系统服务功能总价值是157485.39万元，其中木麻黄提供的价值量最大，为70626.12万元，其次分别为台湾相思和黑松，价值分别为49999.52万元、35659.58万元，湿地松提供的价值量最小为1200.17万元。4种树种各项服务功能价值的贡献大小顺序依次为保育土壤>固碳释氧>森林防护>涵养水源。可为沿海防护林生态系统的管理、保护以及为生态补偿提供参考。

沿海防护林；森林生态系统；服务功能；价值评估

生态系统服务功能简称生态系统服务，1997年美国学者Dairy首次正式提出生态系统服务功能的概念，Daily[1]认为，生态系统创造与维持了地球生命支持系统，提供给人类生存所必需的环境条件和生态系统产品，如人类生活与生产所必需的医药、食品、木材以及工农业生产的原料。截止目前，学术界对其还没有形成统一的定义，不同的研究者有着不同的理解。2005年，联合国千年评估综合不同研究者的定义，认为生态系统服务功能是指人们从生态系统获取的效益，包含了生态系统为人类提供的有形和无形的、直接的与间接的效益，有利于进行生态系统价值评估和管理，同时指出，全球生态系统提供的2/3以上的各类服务呈下降趋势，并且这种趋势很可能在未来50 a内仍然不能有效扭转[2]。因此，科学家必须找到有效的途径和科学的方法来计量经济发展的环境成本[3]。目前，生态系统服务功能价值货币化处理为同一单位的定量化研究提供了可能。森林作为陆地最重要的生态屏障，是维护生态安全，促进生态文明的物质基础。森林的生态服务价值指的是森林生态系统所能发挥的生态、经济、社会功能的总称，对其进行系统分类是合理计算其价值总量的前提。近年来，由于社会的发展和环境的破坏，国内外的研究主要从森林涵养水源、保育土壤、固碳释氧、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开展研究，提出了一系列相应的评价方法与计量模型[4-11]。防护林以发挥森林的各种防护效益为目标，发挥其防风固沙、保水固土、净化大气、改善小气候、防御或削弱灾害性天气等各种生态功能，保护、稳定和改善生态环境。因而防护林建设越来越受到世界各国的重视。根据其发挥的具体效应不同，可分为水源涵养林、水土保持林、防风固沙林等。

海坛岛沿海防护林是海坛岛一道重要的绿色生态屏障，对改善平潭县的生态环境，抵御大风，减少风沙、海潮等自然灾害，保障正常生活和工农业的的稳产高产等方面发挥着重要作用。科学、客观地评价海坛岛海防护林生态系统环境服务功能具有重要的现实意义和理论意义。国内研究者对海坛岛海防林的研究主要集中于木麻黄(Casuarinaequisetifolia)防护林带的生态经济效益研究，其中防风效应和生物生产力的研究比较多。1996年黄义雄等[12]首次对平潭岛防护林带的生物生产力进行研究，2003年通过对海坛岛木麻黄防护林带的生物量、生产力和生态效益进行3年的定位研究表明其具有较好的生态经济效益，是海坛岛防护林的首选树种[13]。现木麻黄沿海防护林的生态防护功能研究比较成熟，主要包括保持水土、防风固沙、改良土壤、涵养水源、固碳释氧等方面[14-17]，2010年王珍[18]对福建惠安县及东山县木麻黄防护林生态系统服务功能进行了评价。本文以福建海坛岛为研究案例、对福建沿海主要的防护林生态系统服务功能进行评价，以期为福建沿海防护林建设提供参考。

1 研究区域概况

平潭县是由120多个小岛组成的岛县，主岛为海坛岛，位于福建省东部沿海，地理坐标为北纬25°15′—25°45′、东经119°32′—120°10′，面积251.4 km2，为福建省第一大岛，中国第五大岛。海坛岛在气候上属于亚热带半湿润海洋性季风气候，年平均气温19.6 ℃，最高均温27.9 ℃，最低均温10.2 ℃。年平均降水量1172.0 mm，降水季节变化大，呈双峰特征，2—6月为春雨梅雨期，降水量占全年的60%，7—9月因受台风影响，降水较多，占全年降水量的28.5%；年蒸发量1299.7mm。海坛岛位于我国强风区—台湾海峡的北口西侧，东北风势力强劲。夏秋季节本岛每年平均有6～7次台风，进一步增加了该地的大风日数。海坛岛多年平均风速6.9 m·s-1，多年平均大风(≥17.2 m·s-1)时间为98.2 d[19]。20世纪60年代之前，风沙危害一直是平潭县的一大灾害，由于滥砍滥伐，植被遭到严重破坏，风沙漫天，清朝乾隆14年曾“一夜沙埋十八村”。农作物年仅一熟，且产量很低，每年9月风沙季节一到，作物虽未成熟，也得赶快抢收，不然风起沙埋，颗粒无收。

目前，海坛岛防护林体系主要由木麻黄、台湾相思(Acaciaconfusa)、黑松(Pinusthunbergii)和湿地松(Pinuselliottii)4个树种组成，面积分别为3302.52 hm2、3619.34 hm2、1992.32 hm2、52.80 hm2，所占主要植被景观类型面积比例分别为34.40%、37.70%、21.00%、0.55%。

2 研究方法

2.1 资料收集

相关数据来源于平潭县统计年鉴，国家林业局颁布的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)，以及已有的研究文献。

2.2 试验分析处理

依据海坛岛植被分布图，确定4种防护林的分布范围，分别对每种防护林选择典型地段布置3个20 m×20 m样方，测定样方内每木胸径和树高，最后选择符合标准的平均木3棵，砍伐后获得枝、干、叶、根4部分的生物量鲜重数据，带回各部分样品，记录下烘干至恒重的数据，测定其N、P、K的含量。每块标准地设置3个采样点挖土壤剖面，每个剖面分0～20 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm不同的深度采用环刀法取原状土以及简单采集土壤，放入密封袋。前者带回实验室测定土壤容重、土壤孔隙度等参数，后者在实验室风干，研磨后过18号筛，采用VarioMAX元素分析仪、荷兰SKALAR SAN++连续流动分析仪和原子吸收分光光度计分别对土壤N、P、K的含量进行测定。

2.3 评价方法

本研究主要采用影子工程法、碳税法、价格替代法、市场价值法等。

2.3.1 固碳释氧

1)固碳价值：U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)，式中：U碳为林分固碳价值(元·a-1)；B年为林分净生产力(t·hm-2·a-1)；C碳为固碳价格(元·t-1)；R碳为CO2中的碳含量，为27.27%；F土壤碳为单位面积林分土壤年固碳量(t·hm-2·a-1)；A为林分面积(hm2)。

2)释氧价值：U氧=1.19C氧AB年，式中：U氧为林分年释氧价值(元·a-1)；B年为林分净生产力(t·hm-2·a-1)；C氧为氧气价格(元·t-1)；A为林分面积(hm2)。

2.3.2 涵养水源

1)涵养水源量W=khS×10000，式中：W为涵养水源量(m3·a-1)；k为林分的土壤非毛管孔隙度(%)；h为林分土壤厚度(m)；S为林分面积(hm2)。

2)涵养水源价值V水=W×PW，式中：V水为森林年涵养水量的经济价值(元·a-1)；W为年涵养水源量(m3·a-1)；PW为单位蓄水费用(元·m-3)。

2.3.3 保育土壤价值

1)固土价值：U固土=AC土(X2-X1)/ρ，式中：U固土为林分年固土价值(元·a-1)；X1为林地土壤侵蚀模数(t·hm-2·a-1)；X2为无林地土壤侵蚀模数(t·hm-2·a-1)；C土为挖取和运输单位体积土方所需费用(元·m-3)；A为林分面积(hm2)；ρ为林地土壤容重(t·m-3)。

2)保肥价值：U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3)，式中：U肥为林分年保肥价值(元·a-1)；N为林分土壤平均含氮量(%)；P为林分土壤平均含磷量(%)；K为林分土壤平均含钾量(%)；R1为磷酸二铵含氮量(%)；R2为磷酸二铵含磷量(%)；R3为磷酸二铵含钾量(%)；C1为磷酸二铵化肥价格(元·t-1)；C2为氯化钾化肥价格(元·t-1)。

2.3.4 森林防护U增产=P×A×G，式中：U增产为作物增长价值(元·a-1)；P为作物市场价格(元·kg-1)；A为作物平均产量(kg·hm-2)；G为作物增长率(%)。经实地样地调查得知，农田防护林主要为木麻黄林，其它3种防护林对农田的作物增产影响较小，可以忽略不计，因此，本文森林防护价值计算的结果即为木麻黄的防护增产价值。木麻黄防护林后水平风速分布大大降低，平均风速降率达到40%左右，甚至更低。在其有效防护范围林带内，在灾害性的天气条件下，防护林对作物具有明显的保护和增产作用，增产值为2层[20]。

3 结果及分析

3.1 固碳释氧价值

固碳释氧指在可见光的照射下，利用叶绿素等光合色素，将CO2和H2O转化为能够储存的有机物，并释放出O2，维持空气中的碳氧平衡的生化过程。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。森林作为陆地生态系统的主体，是最稳定的碳库，对生态环境具有强大的调节功能，可以有效地改善城市“热岛效应”状况，减轻“温室效应”对沿海城市和岛屿的影响。本文仅以森林植被作为研究对象，根据4种树种的年净生产力(表1)以及规范中所采用的固碳价格和工业制氧价格，计算得出海坛岛4种主要树种固碳释氧功能总价值为17662.03万元·a-1，其中固碳价值为5466.49万元·a-1，释氧价值为12195.54万元·a-1。

表1 4种防护林的固碳释氧价值

3.2 涵养水源价值

森林通过其林冠层、枯枝落叶层以及土壤中发达的根系截留降水，实现净化水质和储蓄雨水的功能。森林覆盖率高的地方，大部分降水停留在原有地区进行循环，有利地调节降水的分配，使其更加均匀，有效地削减洪峰流量，增加枯水期流量，提高当地水资源的有效利用率。研究表明，小流域森林覆盖率每增加2%，大概可消减洪峰1%，极限值为40%～50%[11]。经试验测得，土壤非毛管孔隙度木麻黄林分为16.04%、湿地松为17.48%、黑松为18.29%、台湾相思为13.23%，计算出涵养水源量，采用替代工程法对防护林涵养水源进行价值量的估算，本文采用为达到同等森林涵养水源作用所修建水库所需的费用即单位库容造价为6.1107元·t-1。计算得出海坛岛木麻黄林、台湾相思树林、湿地松林、黑松林的涵养水源价值分别为1941.97、2319.33、35.42、966.30万元·a-1，4种树种涵养水源总价值为5263.02万元·a-1(表2)。

表2 4种防护林涵养水源价值

3.3 保育土壤价值

降雨时非林地输出大量泥沙，这些泥沙带走土壤中大量的N、P、K和有机质，造成土层变薄，土壤肥力降低，并使得河流和水库淤积[22]。本研究从森林的保土量和土壤肥力2个方面来评估海坛岛4种树种的保育土壤的价值。根据经验数据，海坛岛无林地上土壤侵蚀模数约为16.5 t·hm-2，有林地上土壤侵蚀模数约为4.8 t·hm-2。挖取和运输单位体积土方所需费用根据规范为12.6元·m3，4种树种的土壤容重根据实验分析所得，计算出海坛岛4种树种的保育土壤价值(表3)。

表3 4种防护林保育土壤价值

3.4 森林防护价值

海坛岛森林防护价值主要体现在森林对粮食作物、经济作物以及当地蔬菜的增产上，海坛岛的粮食主要为甘薯，占播种粮食总面积的86.8%；经济作物主要是花生；蔬菜主要为菠菜，占蔬菜总面积的44.9%。因此本文即假设全岛粮食作物均为甘薯，经济作物为花生，蔬菜主要为菠菜，三者均采用当年的市场平均价计算在防护林的防风作用下作物的潜在增产价值，结果见表4。甘薯、花生、蔬菜的增产效益分别为718.58、1978.01、8745.41万元·a-1，森林防护增产效益总产值为11442万元·a-1。

3.5 海坛岛4种树种服务功能总价值

由上述分析可以得出，海坛岛4种树种构成的防护林森林生态系统服务功能总价值是157485.39万元·a-1。其中固碳释氧价值为17662.04万元·a-1，占11.22%；涵养水源价值为5263.02万元·a-1，占3.34%；保育土壤价值为123118.3万元·a-1，占78.18%；森林防护价值为11442万元·a-1，占7.27%。从具体的服务功能指标来看(图1)，所占比例最大的是保育土壤功能，然后依次是固碳释氧、森林防护和涵养水源。从不同树种比较(图2)，服务功能价值大小顺序依次为：木麻黄林(70626.12万元)>台湾相思树林(49999.52万元)>黑松林(35659.58万元)>湿地松林(1200.17万元)。从4种防护林单位面积价值量比较(图3)，服务功能价值大小顺序依次是：湿地松林>木麻黄林>黑松林>台湾相思树林。

表4 木麻黄防护林森林防护价值

*：福州市粮食批发交易市场数据显示。

图1 4种服务功能价值比例图2 4种树种服务价值比例

图3 4种树种单位面积价值对比图

4 结论与讨论

本文根据海坛岛海防林的主要功能选取评价指标，分别对海坛岛4种树种的各个指标进行价值估算，同时分析了海坛岛4种防护林服务功能特征，得出其服务功能总价值为157485.39万元·a-1。在选取的评价指标中，服务功能价值最大的是土壤保育功能，其价值达到123118.3万元·a-1，占总服务价值的78.18%；其次是固碳释氧，价值为17662.04万元·a-1，占11.22%；最后则为森林防护和涵养水源。从树种比较看，木麻黄服务价值最大。从单位面积价值比较，湿地松林最大，其次为木麻黄林、黑松林、台湾相思树林。台湾相思树虽然单位面积价值最低，但因其面积最大，所以总生态服务功能价值处于第2位。湿地松因其面积远远小于其它3种树种，导致其服务功能价值最小。因此，为提高海防林生态服务价值，可以适当增加湿地松林的栽种面积。

王珍[18]对福建木麻黄防护林生态系统服务功能的评估结果为：土壤保育价值占服务价值的62.52%，固碳释氧价值占30.68%，涵养水源价值占0.10%，森林防护价值占5.10%。对比海坛岛4种树种服务功能价值比例图，两者所占比例最重的均为土壤保育价值，海坛岛面积较小，处于我国强风区，夏秋多台风，防护林通过减小风速和风力有效的固定着地表土壤，岛上降水集中且多暴雨，防护林有效的减轻雨水对土壤侵蚀，保持土壤肥力，因此海坛岛的主要生态服务功能是土壤保育且所占比重超过了沿海木麻黄的62.52%。

同国内大多数的生态系统服务功能一样，本研究对沿海防护林服务功能价值进行了静态的评价，并不能反映海坛岛海防林服务功能近几十年的动态变化和空间分布的差异性。因此，下一步应将重点集中于近60 a海坛岛海防林服务功能的动态变化，并对其原因进行研究分析。其次本文仅选取对海坛岛影响较大的生态指标进行价值评估，事实上沿海防护林生态系统提供的服务功能还有很多，如木材、旅游服务功能、生物多样性等，有待进一步健全评价指标体系。

本文通过用货币的形式展现海防林的生态服务功能价值，可以给人一种更加具体、更加清晰的概念，旨在使当地政府和百姓真正意识到海防林所具有的价值和作用，重视沿海防护林建设，为今后沿海防护林生态系统的管理、保护和生态补偿提供参考。

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Cosastal Forest Ecosystem Services and Their Economic Valuation of Haitan Island in Fujian Province

WEN Hua-ying1，HUANG Yi-xiong1，YE Gong-fu2，ZHANG Qiao1

(1.CollegeofGeographicalScienceFujianNormalUniversity，Fuzhou350007，Fujiang，China； 2.FujianAcademyofForestry，Fuzhou350012，Fujian，China)

The paper assesses ecosystem services provide by Haitai island coastal forest system in Fujian，which can provide scientific basis for the management，protection and compensation of ecosystem.Basded on the resources surverydata and the experimental analysis for typical sample in Pingtan county，this paper assesses coastal forest service provide byCasuarinaequisetifolia，Acacia confuse，PinusthunbergiiParlator，Pinuselliottii Engelmannand evaluates qualitatively their economic values with shadow price method and the forest industry standand of the People′s Republic of China(LY/T 1721—2008，specific for assessment of forest ecosystem services in China).The results showed that the value of Casuarinaequisetifolia service was the largest(70868.43 wanyuan)，followed by Acacia confuse(49999.52 wanyuan)，Pinusthunbergii(35659.58 wanyuan) and Pinuselliottii Engelmann(1200.17 wanyuan).In terms of typles of sevices，the value order goes as follows：soil conservation>carbon fixation and oxygen released>action of forest against natural calamities>water conservation.

coastal forest；forest ecosystem；ecosystem service；value evaluation

2014-06-09；

2014-12-25

福建水土保持林生态效益评价项目(HO0888)

文华英(1989—)，女(苗族)，湖南怀化人，福建师范大学硕士研究生，从事景观生态研究。E-mail：hy1052281421@126.com。

黄义雄。E-mail：yxhuang@fjnu.edu.cn。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.02.008

S718.56

A

1002-7351(2015)02-0034-06