喀纳斯自然保护区森林生态系统服务功能价值评估

白志强，王文栋，李 缓，刘 端，郭仲军，刘 华*

(1.新疆林科院 森林生态研究所，新疆 乌鲁木齐 830000；2.安徽农业大学 林学与园林学院，安徽 合肥 230036)

森林生态系统服务功能是生态系统在能流、物流的生态过程的外部显示，是人类生命支持系统的核心[1]，并保障了人类生存的自然环境条件与效用[2-9]。森林生态系统服务功能主要体现在系统中的水、土、气、生的循环中具备的能力[10]。随着人类文明的进步以及对自然认知的深入，不同尺度上森林生态系统服务功能及其价值评估也逐步成为社会关注和研究的热点[4,11-16]，而对新疆喀纳斯保护区森林生态服务功能价值评估还处于一个探索阶段。依据 LY /T 1721-2008《森林生态系统服务功能评估规范》[17]，从7个方面评估其生态服务功能及其价值的动态变化，为更好地保护森林资源及保护区建设管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

喀纳斯自然保护区位于新疆阿勒泰地区布尔津县西北部(86°54-87°54′E，48°35′-49°11′N)，属温带高寒气候区。年日照时数2 157.4 h；年平均气温-0.2℃，≥10℃的年活动积温1 595.4℃，无霜期80～100 d，年均日照时数2 157.4 h，年均降水量1 065.4 mm，年均蒸发量1 097 mm。植被与土壤的垂直地带性明显。该区域也是中国唯一的欧洲西伯利亚植物区系，并保存以泰加林为代表的天然森林生态系统，已知的维管束植物有83科298属798种。乔木优势树种有西伯利亚落叶松(Larixsibirica)、西伯利亚云杉(Piceaobovata)和西伯利亚红松(Pinussibirica)，伴生树种有西伯利亚冷杉(Abiessibirica)、疣枝桦(Betulapendula)、山杨(Populustremula)等。灌木优势种有忍冬(Loniceracearulea)、蔷薇(Rosaspinosissima)、栒子(Cotoneasteruniflorus)、绣线菊(Spiraeachamaedryfolia)等。草本植物常见的有密穗薹草(Carexpolyphylla)，林地早熟禾(Poanemoralis)，白喉乌头(Aconitumleucostomum)、柳兰(Chamaenerionangustifolium)等[18-19]。

1.2 研究方法

以新疆阿尔泰山生态站监测数据、实地样地调查数据、森林资源清查数据、社会公共数据等为主要数据源。根据LY/T 1721-2008《森林生态系统服务功能评估规范》[17]中提供的评估指标及其方法，从物质量和价值量两个方面[3]，对喀纳斯自然保护区森林生态系统的7项服务功能及其价值进行分析。

2 结果与分析

2.1 喀纳斯自然保护区森林资源动态变化

森林面积与森林生态系统服务功能及其价值之间具有正相关性。天保工程实施以来，喀纳斯自然保护区的森林资源量呈持续增长趋势。2009-2014年间，其森林面积增长了4 994.06 hm2，其中，乔木林面积增长了26.36 hm2，灌木林面积增长了4 967.70 hm2，增长率分别为0.07%和28.06%。

2.2 森林生态系统服务功能的动态变化

2.2.1 水源涵养功能 2009-2014年间，喀纳斯保护区森林涵养水源量增加了1 106.83万t，其价值增加了12 641.15万元，增长率为9.74%，对价值增量贡献率达到了44.06%；其中净化水质的价值占调节水量的31.19%。从森林类型来看，灌木林在5 a间的调节水量增加了1 070.54万t，其价值增量为12 226.70万元，对涵养水源价值增量贡献率为96.72%(表1)。

表1 喀纳斯保护区2009-2014年森林涵养水源量及其价值的变化

2.2.2 土壤保育功能 2009年和2014年喀纳斯保护区的森林固土量分别为34.07万t和37.18万t，增长率为9.13%；保肥量由2009年的5.87万t增加到了2014年的6.41万t。2009年，森林固土价值和保肥价值分别为613.07万元和10 309.48万元，故其保育土壤的价值达到了10 922.55万元，占价值总量的2.79%；2014年的固土与保肥价值分别为676.58万元和11 250.31万元，其保育土壤价值为11 926.89万元，占价值总量的2.84%。总体上，2014年的森林保育土壤功能价值较2019年的增加了1 004.34万元，增长了9.20%，对价值增量贡献率为3.50%。就森林类型而言，灌木林的保育土壤功能量及价值量变化最大，其增量分别为3.62万t、997.31万元，对保育土壤增量贡献率为99.30%(表2)。

2.2.3 固碳释氧功能 喀纳斯保护区的森林固碳量在2009年为9.41万t，到2014年，增加到9.77万t，增长率3.84%。森林释氧量由2009年的18.86万t增加到2014年的19.27万t，增长率为2.17%。2009年，喀纳斯保护区森林固碳和释氧的价值分别为11 292.96万元和24 500.65万元；故其固碳释氧功能价值为35 793.61万元，占价值总量的9.16%；2014年，森林固碳和释氧价值分别为11 726.07万亿元和25 032.99万元，固碳释氧总价值为36 759.06万元，占价值总量的8.76%。5 a间，森林固碳释氧功能价值增加965.44万元，增长2.70%，对价值增量贡献率为3.36%。就森林类型而言，灌木林的固碳释氧功能量及价值量变化最大，增加量分别为0.77万t、963.96万元，对固碳释氧增量贡献率为99.84%(表3)。

表2 喀纳斯保护区2009-2014年森林保育土壤功能量及价值量的变化

表3 喀纳斯保护区2009-2014年森林固碳释氧功能量及价值量的变化

2.2.4 营养物质积累功能 2009年和2014年，喀纳斯保护区森林生态系统营养物质积累量分别为0.868 2万t和0.872 2万t，增长率为0.46%。喀纳斯保护区森林生态系统积累营养物质价值2009年为14 103.81万元，占价值总量3.61%；2014年为14 159.24万元，占价值总量的3.37%。因此，森林生态系统5年的营养物质积累价值增加量为55.43万元，增长率为0.46%，对价值增量贡献率仅为0.19%。其中，灌木林积累营养物质价值较针叶林、阔叶林为大，变化率为25.30%，对积累营养物质增量贡献率为73.73%(表4)。

2.2.5 环境净化功能 2009年和2014年，喀纳斯保护区森林生态系统提供负氧离子分别为7.31×1015亿个和7.35×1015亿个；吸收污染物分别为11.31 t和11.47 t，增长率为1.45%；滞尘量分别达到110.17万t和10.27万t。因此，该系统净化大气环境价值在2009年为25 858.25万亿元，占价值总量6.62%；2014年为25 882.59万元，占价值总量6.17%。5 a间的功能价值增加了24.34万元，增长0.09%，对价值增量贡献率为0.08%。就森林类型而言，针叶林和阔叶林净化大气功能量与价值量变化微小(表5)。

表4 喀纳斯保护区2009-2014年森林积累营养物质量及其价值的变化

表5 喀纳斯保护区2009-2014年森林净化大气功能量及价值量的变化

注：污染物包括二氧化硫、氟化物、氮氧化物、铅、镉、铜、锌、汞。

2.2.6 生物多样性保护功能 采用Shannon-Wiener指数评估森林生物多样性的保护价值。喀纳斯保护区森林生态系统生物多样性保护价值从2009年的50 480.69万元，增加到了2014年的54 481.71万元，价值也由总量的12.91%增加到12.99%。就森林类型而言，针叶林和阔叶林生物多样性保护价值量变化较小，灌木林的变化较大，其变化量为3 974.16万元，变化率为28.06%，对森林生物多样性保护价值增量贡献率为99.33%(表6)。

2.2.7 森林游憩功能 喀纳斯保护区森林游憩价值由2009年的12.4亿元，增加到2014年的13.4亿元，价值也由总量的31.72%增加到31.79%(表6)。

2.3 服务功能价值的总量变化特征

2009年，喀纳斯保护区森林生态系统服务功能价值为390 880.67万元，到2014年，该价值增长了7.34%，达到了419 572.41万元。年均增加5 738.35万元，年均增长率为1.47%。不同的服务功能价值由大到小的顺序均为WC>FR>BC>CO>PA>AN>SC。其中，涵养水源、森林游憩及生物多样性保护3项价值总量分别为304 202.44万元、330 844.6万元，比重分别达到77.82%、78.85%，在系统服务功能总价值中占有主体地位。针叶林的生态服务功能价值所占的比例约占总服务价值2/3，灌木林价值所占的价值比例仅为5%左右；从服务功能价值的变化角度来看，针叶林的服务功能价值在2009-2014年的变化率较小，仅为0.5%；而阔叶林价值有所减小，5 a间价值降低率为2.78%；森林服务价值变化最大的为灌木林，2014年的价值增加率达到27.98%(表6)。

表6 喀纳斯保护区2009-2014年森林生态服务各功能价值的动态变化

3 讨论

自然保护区保护了天然植被及其组成的生态系统。森林生态系统具有重要的作用，其生态系统服务功能价值排序为WC>FR>BC>CO>PA>AN>SC；价值总量变化率大小排序为WC>SC>FR>BC>CO>AN>PA；对价值增量贡献率大小排序为WC>FR>BC>SC>CO>AN>PA。森林生态系统服务功能主要体现在涵养水源上，森林游憩服务价值随着林木生长量和森林质量的提高而逐年增加。

就森林类型而言，7 项森林生态系统服务功能价值排序为CF>BF>SS；价值总量变化率大小排序及对价值增量贡献率大小排序均为灌木林>针叶林>阔叶林。数量化分析结果表明，灌木林的生态服务功能价值虽然较针叶林、阔叶林小，但其在5 a间的价值增加率最高，在森林生态系统服务功能总价值及绿色GDP中占据着重要的作用。

森林生态系统面积的增长和森林环境的改善是喀纳斯保护区森林生态系统服务价值增长的主要动力。在各森林类型中，灌木林面积的增加较为显著，在维系和促进当地社会经济持续发展和环境保护中发挥着巨大作用。建议继续抓好天然林保护、野生动植物保护及自然保护区建设等林业重点生态工程，提高森林经营水平，进一步巩固和提升喀纳斯保护区生态环境质量。

本次评估采用了森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721-2008)，在阿尔泰山森林生态监测站长期所试验观测获得的数据基础上进行的，相对而言有着较为充分的数据支持，基本上能够反映森林生态系统的真实状态，增加了研究结果的可信度。目前为止，有关森林生态系统服务价值的评估还处于一个探索阶段，新疆喀纳斯保护区森林生态服务功能价值评估方面的研究尚少。本文的研究，希望能有助于人们对森林生态价值的了解，为区域森林生态环境的保护提供参考，为区域经济的可持续发展提供重要的科学指导性依据。