湘西自治州森林生态服务功能评价研究

石光应，向玉国，谭子幼

（1湖南省湘西自治州森林资源监测中心，湖南 吉首 416000；2湖南省湘西州泸溪县自然资源局,湖南 泸溪 416100）

1 背景

人类的发展过程中一直是通过对自然资源的利用和改造来发展的，对于其价值仅限于能直接得到的经济价值，忽视自然生态系统服务的重要性和功能性。因无序和掠夺性开发，对自然生态系统带来了严重的负面影响，同时降低了其原有的支持和自我修复能力，由此产生了众多的生态环境问题。为此，森林生态系统服务功能的研究越来越受到全社会的关注。经过众多学者的大量研究，对森林生态系统服务功能的内涵进行了补充和丰富，提出了比较科学的评估技术和评估方法。为客观、量化、动态、科学地评价湘西自治州的森林生态系统服务功能，增强社会环境的认知程度，突出林业发展在生态文明建设中的重要作用，我们对湘西自治州森林生态系统生态服务功能价值进行了科学评估。

2 研究区域概况

湘西自治州位于湖南省西北部，地处湘、鄂、渝、黔四省的交界之处,酉水中上游和武陵山脉中部，地理位置为东经 109°73′-110°10′，北纬 28°32′-29°27′之间。东与怀化市沅陵县和张家界市相邻，南与怀化市的麻阳县相接，西与贵州省铜仁市和重庆市酉阳土家族苗族自治县、秀山苗族自治县相连，北与湖北省恩施市来风县和张家界慈利县相靠。东西宽约170km，南北长约240km，国土面积15462km2，占湖南省总面积的7.3%。湘西自治州管辖龙山县、永顺县、花垣县、古丈县、保靖县、凤凰县、泸溪县、吉首市以及湘西经济开发区共9个县市区，州政府所在地吉首市。州内有土家族、苗族、汉族、回族、瑶族、侗族、白族等43个民族，人口297万。

3 研究方法

本研究以2008年国家林业局发布实施的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721_2008)为基础，对2018年湘西自治州森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护、森林游憩等七项重要的生态服务功能进行评价。

3.1 数据来源

本次湘西自治州森林生态系统服务功能评价研究数据来源于：

(1)湘西自治州十二五森林资源规划设计调查(森林资源二类调查)成果；

(2)湘西自治州林业局统计的湘西自治州2017年森林资源数据更新成果；

(3)湘西自治州统计局、州林业局、州气象局、州水利局等部门公布的社会公开资料信息；

(4)公开发表的学术期刊、学术论文中同类研究成果等。

本次评价研究计算参照《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721_2008)中所推行的社会公开资料信息。

3.2 评估指标体系与计算公式及相关参数值

本次湘西自治州森林生态系统服务功能评价研究所采用的评估指标和计算公式均源于《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721_2008)。

3.2.1 涵养水源

涵养水源功能根据其监测和评估特点划分为调节水量和净化水质两个指标。

(1)调节水量价值：Um=10CvA(P-E-C)

其中：湘西自治州年平均降水量 （P）为1433.2mm·a-1；林分蒸散量（E）由树种蒸散率的差异以及降水量的不同来计算，各主要森林类型：杉木林、马尾松、竹林、软阔林、硬阔林、灌木林、针阔混交林等它们的蒸散率分别是：77.3%，66.0%、65.0%、58.9%、48.1%、65.9%、73.5%。杉木林77.3%，马尾松66.0%、竹林65.0%、软阔林58.9%、硬阔林48.1%、灌木林65.9%、针阔混交林73.5%；地表径流量（C）为11.1 mm·a-1；水库建设单位库容投资 （Cv）为13.15元·m-3。

(2)净化水质价值：Uwq=10KA(P-E-C)其中：水的净化费用（K）为 2.09元·t-1。

3.2.2 保育土壤

保育土壤的功能主要有固土价值以及保肥价值两个指标。

(1)固土价值：Usm=ACs(X2-X1)/ρ

其中：林地土壤侵蚀模数（X1）为 50 t·hm-2a-1；无林地土壤侵蚀模数（X2）为 90 t·hm-2a-1；挖取运输单位体积土方所需费用（Cs）为50.4元·m-3；林地土壤密度（ρ）为 1.3 t·m-3。

(2)保肥价值：

Uf=A(X2-X1)(NC1/R1+PsC1/R2+KsC2/R3+MsC3)

在这之中：磷酸二铵化肥销售价格（C1）为3200元·t-1；氯化钾化肥销售价格（C2）为 2800元·t-1；有机质销售价格(C3)为 320元·t-1。

3.2.3 固碳释氧森林固碳释氧功能包含固碳和释氧2个指标。(1)固碳价值：Uc=A Cc(1.63RcBa+Fsc)

其中：林分净生产力（Ba）为：杉木 9.6263、马尾松9.5664、阔叶树 10.4786、柏木 8.5664、国外松8.5664、杨树 12.1485、桉树 12.1485、三杉 9.2236、竹林11.5637、经济林 4.3563、灌木林 2.9653（t·hm-2a-1)，固碳价格（Cc）为1200元·t-1；单位面积林分土壤年固碳量（Fsc）为 0.1908 t·hm-2a-1。

(2)释氧价值：Uo=1.19CoABa

其中：氧气市场价格（Co）为 1000元·t-1。

3.2.4 积累营养物质

本次研究选用N、P、K的积累指标来反映森林生态系统的积累营养物质功能。

Un=A Ba(NtC1/R1+PtC2/R2+KC3/R3)

3.2.5 净化大气环境

精华大气环境的价值主要包括提供负离子、吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物、滞尘等五个指标。

(1)供负离子价值：Uni=[5.256×1015×AHKni(Qni-600)]/L

其中：每个负离子的产生价值（Kni）为5.8185×10-18元；林分负离子密度（Qni）为针叶林每立方厘米1507个、阔叶林每立方厘米1161个、竹林每立方厘米1135个、经济林每立方厘米682个、灌木林每立方厘米614个，负离子寿命L为10min，林分高度（H）为杉、松、阔平均 12m，经济林5m，竹类 8m，灌木林3m。

(2)吸收二氧化硫价值：Uso=KsoQsoA

其中：二氧化硫治理费用（Kso）为 1.2元·kg-1；单位面积林分年吸收二氧化硫量（Qso）为阔叶林、竹林、经济林、 灌木林 88.65kg·hm-2a-1，针叶林215.6kg·hm-2a-1。

(3)吸收氮氧化物价值：Uno=KnoQnoA

其中：氮氧化物治理费用（Kno）为 0.63元·kg-1；单位面积林分年吸收氮氧化物量Qno为6kg·hm-2a-1。

(4)吸收氟化物价值：Uhf=KhfQhfA

其中：Khf—氟化物治理费用(0.69元·kg-1)，Qhf—单位面积林分年吸收氟化物量为阔叶林、竹林、经济林、灌木林 4.65kg·hm-2a-1，针叶林 0.5kg·hm-2a-1，Kdc取 0.15元·kg-1；

(5)滞尘价值：Udc=KdcQdcA

其中：降尘清理费用（Kdc）为 0.15元·kg-1；单位面积林分年滞尘量（Qdc）为阔叶林、经济林、灌木林10110kg·hm-2a-1，针叶林33200kg·hm-2a-1，竹林60kg·hm-2a-1。

3.2.6 生物多样性保护

生物多样性保护功能的物种保育指标计算采用Shannon-Wiener指数计算方法。Us=SsA

其中：单位面积年物种损失机会成本（Ss）为物种保育价值参数，按照Shannon-Wiener指数划分为6个等级： 指数＜1时，Ss为 5000元·hm-2a-1；1≦指数＜2时，Ss为 10000元·hm-2a-1；2≦指数＜3时，Ss为 20000元·hm-2a-1；3≦指数＜4 时，Ss为 30000元·hm-2a-1；4≦指数＜5 时，Ss为 40000元·hm-2a-1；指数≧5时，Ss为50000元·hm-2a-1

4 研究结果与分析

4.1 涵养水源功能

根据下表我们可以看出：湘西自治州森林生态系统涵养水源的合计数量是53887.3万m3·a-1,调节水量价值为7086190.8万元·a-1，净化水质价值为1126246.2万元·a-1，涵养水源总价值为8212437.7万元·a-1。其中，阔叶树树种组涵养水源总价值最大，为2939254万元·a-1，三杉树种组涵养水源总价值最小，为 128.8万元·a-1。

表1 湘西自治州森林生态系统涵养水源功能价值统计表 单位：hm2、wm3·a-1、万元·a-1

4.2 保育土壤功能

本次评估结果(表2)表明：湘西自治州森林生态系统固土能力为4313.5万t·a-1，固土价值167231.6万元·a-1，保肥量中氮为 5.65万 t·a-1、磷为 0.81万 t·a-1、钾为4.92万t·a-1、 有机物为93.60万t·a-1，保肥价值203846.0万元·a-1，保育土壤价值 371077.7万元·a-1。

表2 湘西州森林生态系统保育土壤功能价值统计表 单位：hm2、wt·a-1、万元·a-1

4.3 固碳释氧功能

本次评估结果(表3)表明：湘西自治州森林生态系统固碳量为373.9万t·a-1，固碳价值448624.8万元·a-1，释氧量 1056.0万 t·a-1，释氧价值 1055950.5万元·a-1，固碳释氧总价值1504575.3万元·a-1。其中：阔叶树树种组固碳释氧价值最大，为469305.8万元·a-1，三杉树种组固碳释氧价值最小，为42.1万元·a-1。

表3 湘西自治州森林生态系统固碳释氧功能价值统计表 单位：hm2、wt·a-1、万元·a-1

4.4 积累营养物质功能

从表4中我们可以看出：湘西自治州森林生态系 统 对 N、P、K的积累量分别为12930.2 t·a-1、8335.5 t·a-1、10719.2 t·a-1，积累营养物质总价值为9806.4万元·a-1。其中：阔叶树树种组积累营养物质价值量最大，为3048.1万元·a-1，三杉树种组积累营养物质价值量最小，为0.3万元·a-1。

表4 湘西自治州森林生态系统积累营养物质功能价值统计表 单位：hm2、wt·a-1、万元·a-1

4.5 净化大气环境功能

本次评估结果(表5)表明：湘西自治州森林生态系统生产负氧离子4082812×1018个·a-1；吸收硫化物 164791 t· a-1、 氟化物 2752.5 t·a-1、 氮氧化物6470.4 t·a-1；滞尘 23440613.3t·a-1；净化大气环境总价值374357.4万元·a-1。其中，马尾松树种组净化大气环境功能总价值最大，为147420.5万元·a-1，三杉树种组净化大气环境功能总价值最小，为14.2万元·a-1。

4.6 生物多样性保护功能

本次评估按照Shannon-Wiener指数计算方法对湘西自治州森林生态系统生物多样性保护功能价值进行推算。推算结果表明：湘西自治州森林生态系统生物多样性保护功能价值为3036936.9万元·a-1。在这之中，其生态系统生物多样性保护功能价值最高的是阔叶树树种组，为1316066.0万元·a-1，三杉树种组生物多样性保护功能价值为53.8万元·a-1。

表5 湘西自治州森林生态系统净化大气环境功能价值统计表 单位：hm2、1018 个·a-1、t·a-1、万元·a-1

表6 湘西自治州森林生态系统生物多样性保护功能价值统计表 单位： hm2、万元·a-1

4.7 森林游憩功能

森林游憩功能属于森林的社会效益,可以带动人们的消费活动,带来相当高的经济收入。湘西自治州是全国著名的旅游风景区,森林旅游资源也非常丰富,旅游带来的收入也非常可观,由于条件限制,本研究仅通过湘西自治州2017年的国民经济和社会发展统计公报旅游收入来确定森林游憩的价值。其中：湘西自治州全年共接待国内游客4450万人次,其国内旅游实现收入高达321.5亿元。另有高达37.2万人次的来自国外游客,实现旅游创汇收入达5529万美元。

4.8 湘西自治州森林生态系统服务功能总价值

综上所述，2018年湘西自治州森林生态系统服务功能总价值为16724190.7万元·a-1。七项功能价值表现为涵养水源8212437.2 万元·a-1＞森林游憩3215000万元·a-1＞生物多样性保护3036936.9万元·a-1＞固碳释氧1504575.3万元·a-1＞净化大气环境374357.2万元·a-1＞保育土壤371077.7万元·a-1＞积累营养物质 9806.4万元·a-1，分别占总价值的 49.11%、19.22%、18.16%、9.00%、2.24%、2.22%、0.06%。湘西自治州森林生态系统服务功能单位面积价值为15.5万元·hm-2a-1。

5 结论

本次对湘西自治州森林生态系统服务功能评价研究是基于2017年湘西自治州森林资源数据更新数据做出的。总体来看，湘西自治州森林生态系统服务功能价值与森林面积、森林类型以及森林质量密切相关。林业用地生产能力较高、林分质量较好，森林健康状况优的森林，所带来的服务功能价值也显著提高。

为此，建议湘西自治州在森林经营管理中，要大力发展森林游憩和生态旅游，要重视阔叶林的培育与管理，强化次生林的经营，根据目标区域生态需求变化加强森林结构调整，完善湘西自治州森林林相结构；同时要加强森林生态系统的监测，把握森林资源动态变化及其服务功能辩护趋势，为湘西自治州森林生态系统的保护和可持续利用提供科学的决策依据。