自然保护区森林生态系统固碳释氧价值评估——以陕西长青自然保护区为例

周勇，杨柳

（陕西长青国家级自然保护区管理局，陕西汉中723000）

森林生态系统的固碳释氧服务功能是指，森林生态系统借助森林植被、土壤动物和微生物来实现固碳、释氧的功能[1]。森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，其有机碳储量占整个陆地植被碳储量的76%～89%[2-3]，而森林生态系统每年的固碳量约占整个陆地生物固碳量的2/3[4-5]。因此，森林生态系统在减缓温室效应、调节碳平衡及稳定气候等方面的作用是极其重要的[6]。

固碳释氧功能对森林生态系统生态服务功能的价值贡献是最大的，量化其价值对尽快将环境、资源因素纳入国民经济核算体系，最终实现绿色GDP，并为我国的可持续发展政策与生态环境保护提供科学依据[7-8]。陕西长青自然保护区，总面积29 906 hm2，森林覆盖率达97.4%，是秦岭林区重要的自然保护区之一，研究其固碳释氧价值可以为研究秦岭林区森林生态系统固碳释氧价值提供基础数据，为长青保护区制定生态旅游、环保等政策提供依据，为估算长青保护区的绿色GDP提供数据支持。

1 研究地概况

陕西长青自然保护区位于陕西省洋县，地理位置在 107°19′～107°55′E，33°17′～33°44′N，海拔800～3 071 m，地处秦岭南坡，年均降雨量814 mm，属于北亚热带季风性气候[9]。据陕西长青自然保护区森林资源规划设计调查报告，现有林地29 735.5 hm2。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究所用数据主要来自长青保护区2009年森林资源规划调查资料，同时参考全国各地的有关森林生物量、生产力的相关文献。按照森林资源规划调查关于分类的资料，将长青保护区森林分为林分、竹林、疏林地、灌木林4种类型。通过搜集和分析，形成各类林分的面积和蓄积量，为本研究提供可靠的数据基础[7]。

2.2 研究方法

本研究依据国家林业局发布的行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）中公布的市场价值法、替代工程法、费用代替法等[10-12]方法，来计算长青保护区森林生态系统固碳释氧服务功能的价值量。其中，固碳价格以瑞典税率150美元/t，美元对人民币比价按6.5元计算，折合人民币975元/t。释氧价格使用中国卫生部网站中2007年春季的氧气平均价格为1 000元/t[13]。

2.2.1 平均生产力的计算

在相同的气候环境条件下，不同树种的生产力是有差异的，本文主要采用以下3种方法来确定森林平均生产力：冷杉（Abies fabri）、云杉（Picea asperata）、油松（Pinus tabulaeformis）、华山松（Pinus armandii）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、栎类、疏林地、灌木林通过查阅相关文献的方法获得其平均生产力[14-16]；落叶松（Larix gmelinii）、竹林采用替代补缺法确定其平均生产力[17-18]；铁杉（Tsuga chinensis）、桦类、硬阔叶林、软阔叶林采用材积驱动生物量法确定其平均生产力。

2.2.2 固碳释氧功能计算

根据国家林业局发布的行业标准，固碳释氧服务功能采用公式（1）、（2）进行计算：

（1）固碳服务功能

式中，G固碳为年固碳量（t·a-1），1.63 为计算常数，R碳为CO2中碳的含量，为27.27%，B年为林分净生产力（t·hm-2·a-1），A 为林分面积（hm2）[7]。

（2）释氧服务功能

式中，G释氧为年释氧量 (t·a-1)，1.19为计算常数，B年为林分净生产力 (t·hm-2·a-1)，A 为林分面积（hm2）[7]。

2.2.3 固碳释氧价值的计算

根据国家林业局发布的行业标准，固碳释氧价值量采用公式（3）、（4）进行计算：

（3）固碳价值的计算

式中，U固碳为年固碳价值 (元·a-1)，C碳为固碳价格（元·t-1），1.63为计算常数，R碳为CO2中碳的含量，为 27.27%，B年为林分净生产力（·hm-2·a-1），A为林分面积（hm2）[7]。

（4）释氧价值的计算

式中，U释氧为年释氧价值（t·a），1.19 为计算常数，C氧为氧气价格（元·t-1），B年为林分净生产力（t·hm-2·a-1），A 为林分面积（hm2）[7]。

3 研究结果

3.1 长青保护区森林生产力的基本特性

长青保护区森林总面积为29 735.5 hm2，其中竹林面积为905.2 hm2，灌木林为24.9 hm2，疏林地为654.4 hm2，乔木林为 28 151 hm2；在乔木林中，栎类林面积最大，为13 665.9 hm2，杉木林面积最小，为39.1 hm2。森林总蓄积量为3 033 784 m3，其中疏林地蓄积量为35 218 m3，乔木林蓄积量为2 998 566 m3；在乔木林中，栎类林森林蓄积量最大，为1 496 424 m3，杉木林蓄积量最小，为4 525 m3。长青保护区阔叶林森林生产力大多在 7～10 t·hm-2·a-1，油松、冷杉、落叶松等针叶林森林生产力多在 3～11 t·hm-2·a-1，森林平均生产力为8.756 t·hm-2·a-1，其中油松的森林平均生产力最低，为 3.597 t·hm-2·a-1，落叶松的森林平均生产力最高，为11.980 t·hm-2·a-1，见表1。

3.2 长青保护区森林生态系统固碳量和释氧量分析

表1 长青自然保护区各类森林的生物生产力

长青保护区森林生态系统年固碳量为108 082.347 t，其中栎类林的年固碳量最大，为44 234.550 t，占总森林固碳量的40.93%；单位面积森林年固碳量为 3.892 t·hm-2·a-1，其中落叶松林的单位面积森林年固碳量最大，为5.325 t·hm-2·a-1，比单位面积森林平均年固碳量高36.81%；年释氧量为289 353.733 t，其中栎类林的年释氧量最大，为118 423.000 t，占总森林释氧量的40.93%；单位面积森林年释氧量为10.420 t·hm-2·a-1，其中落叶松林的年释氧量最大，为 14.256 t·hm-2·a-1，比单位面积森林平均年释氧量高36.81%，见表2。

3.3 长青保护区森林生态系统固碳价值量和释氧价值量分析

表2 长青自然保护区各类森林的固碳释氧量

长青保护区森林生态系统年固碳价值量为1 053.80×105元，其中栎类林年固碳价值量最大，为431.29×105元，占总森林年固碳价值量的40.93%；单位面积森林年固碳价值量为3.79×103元，其中落叶松林单位面积年固碳价值量最大，为5.19×103元，比单位面积森林平均年固碳价值量高36.82%。年释氧价值量为2 893.54×105元，其中栎类林年释氧价值量最大，为1 184.23×105元，占总森林年释氧价值量的40.93%；单位面积森林年释氧价值量为10.42×103元，其中落叶松林单位面积年释氧价值量最大，为14.26×103元，比单位面积森林平均年释氧价值量高36.82%，见表3。

3.4 长青保护区固碳释氧总量与平均值

长青保护区森林年固碳量108 082.347 t，单位面积森林年固碳量3.892 t·hm-2·a-1；森林年释氧量289 353.733 t，单位面积森林年释氧量 10.420 t·hm-2·a-1。森林年固碳价值为1 053.80×105元，单位面积森林年固碳价值为3.80×103元·hm-2·a-1；森林年释氧价值为2 893.54×105元，单位面积森林年释氧价值为 10.42×103元·hm-2·a-1，单位面积森林的固碳释氧经济价值为14.21×103元·hm-2·a-1。长青保护区森林生态系统固碳释氧总量为397 436.080 t，森林生态系统年固碳释氧总经济价值为3 947.34×105元。

长青保护区各林分单位面积固碳释氧价值量大小顺序依次为：灌木林＞林分＞竹林＞疏林地（林分包含冷杉、油松、软阔等乔木林）。其中，灌木林单位面积固碳释氧价值量最大，为4.16×103元；疏林地最小，为2.14×103元。说明林分净生产力对森林的生态服务功能价值的影响是显著的（图1）。

表4 长青自然保护区各类森林的固碳释氧服务功能

图1 长青自然保护区各类森林单位价值量比较

4 结论与讨论

（1）从森林生态系统固碳释氧经济价值与GDP的比较，可以看出，森林生态系统不仅可以为人类提供直接经济价值（木材、药品等），还拥有很大的潜在使用价值，而这种潜在使用价值对社会的作用比提供林产品的价值更重要，对人类社会的贡献更大[10]。本研究结果表明，长青保护区2009年森林生态系统年固碳释氧总经济价值为3 947.34×105元，相当于洋县2009年GDP（生产总值）的9.84%。表明长青保护区森林生态系统在维系洋县区域乃致陕西省生态稳定、保持经济持续增长中有极其显著的作用。

（2）自2001年我国先后启动实施天保工程、退耕还林还草工程、野生动植物保护及自然保护区建设等林业重点工程。随着林业重点工程的逐步实施，森林的林分组成和林龄结构发生了较大改变，森林生产力稳步提升，森林固碳量也在不断增加[7]。方精云等[14]1996年估算的陕西省1984～1988年的年森林固碳量均值为 183.14 g·m-2·a-1；马长欣等[7]估算的陕西省1993～2003年的森林年固碳量均值为267.2 g·m-2·a-1。长青保护区森林年固碳量108 082.350 t·a-1，单位面积森林年固碳量 389.21 g·m-2·a-1，均高于马长欣等[7]和方精云等[14]估算结果中的陕西省平均值，说明长青保护区森林的年固碳量位于陕西省的平均水平之上，进一步说明林业重点工程对保证森林的可持续发展，尤其是提高森林生态系统的生态服务功能具有重要意义。

（3）森林生态系统的固碳释氧服务功能与森林类型、林分树种组成、林龄结构等因素息息相关，因为这些自然因素的区域差异和相互作用，以致我国不同区域森林生态系统固碳量和释氧量都会存在较大差别[7]。长青保护区与峨眉山风景区区域尺度相似，只是在林分类型、森林结构和林龄上存在一些差异，其固碳释氧总量为397 436.080 t，年固碳释氧总经济价值为39 473.40万元，其中森林年固碳量 108 082.347 t，森林年释氧量289 353.733 t，均高于谯万智[19]估算的峨眉山风景区森林植被年固碳量（69 287.61 t）和年释氧量（89 713.24 t）；森林年固碳价值量为10 538.03万元，森林年释氧价值量为28 935.37万元，均高于谯万智[19]估算的峨眉山风景区森林植被年固碳价值量（8 314.52万元）和年释氧量（8 971.31万元）。长青保护区的森林结构主要为寒温性针叶林、温性针叶林、暖性针叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶林等，这些林分类型与周玉荣等[6]研究的我国森林的主要碳库林分类型高度吻合，这可能是导致长青保护区森林碳密度高于峨眉山风景区的原因之一。

（4）长青保护区各林分类型中灌木林单位面积年固碳量和单位面积年释氧价值均为最大。长青保护区的乔木林主要由云杉、冷杉、栎类、桦类、落叶松、华山松等树种组成，多为成熟林，林型主要为针阔混交林、针叶林、云冷杉林等，这些林分的地下生物量较高，地上生物量较低，而长青保护区的灌木林树种主要为秀雅杜鹃（Rhododendron concinnum）、头花杜鹃（Rhododendron capitatum）、香柏（Sabina squamata）等，这些灌木树种耐干旱、耐贫瘠，有更好的恶劣自然环境适应能力，且天然更新快、萌发能力强、生长速率高，因此其枝和叶的生物量较高，而叶和枝是生物固碳释氧的主要器官，因此灌木林的单位面积的固碳量和释氧量较大。而长青保护区灌木林的生物量结构和乔木林生物量结构的关系与陈遐林等[20]对山西太岳山灌木林生物量及生产力的研究结果基本一致。从群落演替的角度来看，长青自然保护区的乔木林多为成过熟林，其群落演替已达到相对稳定的状态，乔木林的生产势趋缓，因此乔木林的年生产力和年生物量较小，而灌木林易遭受人为干扰，其群落一直处于增长期，因此灌木林的年生产力和年生物量较高，这也是灌木林单位面积年固碳量和年释氧量均最大的原因之一。

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