云南铜壁关自然保护区森林生态系统服务功能价值评估

杨明伟，邢德选，张定灿，陈大祥，何 丁，李荣赛，周晓玲

(云南铜壁关省级自然保护区管护局，云南 德宏 678400)

生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与作用[1]。在自然生态系统中，森林生态系统作为主体，承担着水源涵养、净化空气等多个方面的重要作用。自1997年《自然》杂志上第一次系统地论述了全球的森林生态系统服务价值评估结果以来[2]，国外就逐渐兴起了这方面的研究热潮，历经二十余年的发展至今，关于这方面的研究已经成为国内外的一个热点话题，研究区域逐步由大尺度的研究转为以省、区(市)或单个自然保护地的小区域研究，评估数据采集、评估方法选取、评估指标的确定也在逐步完善和统一，尤其是自国家林业和草原局林业行业标准LY/T 1721-2008《森林生态系统服务功能评估规范》[3]、GB/T 38582-2020《森林生态系统服务功能评估规范》[4]颁布后，使得这方面的评估价值和结果更具有针对性和准确性。相关研究也对于加深森林生态系统服务价值的评估起到了积极的促进作用，对引起人们关注森林生态系统的服务效益起到了重要的引导作用[5]，为地方政府、自然生态管理者提供了更为详尽的数据，为生态保护决策的制定提供了更为可靠的理论支撑。

文章基于《规范》，选取铜壁关自然保护区所属区域多年来的林业调查数据，结合前人研究成果进行森林生态系统服务价值评估，旨在完善铜壁关自然保护区本底数据方面的欠缺，为地方政府和管理部门在今后的管理和发展决策过程中提供数据支撑，为测算地方经济发展水平，提高生态影响力，构建我国西南生态安全屏障，诠释“绿水青山变为金山银山”的具体过程提供理论和数据支持。

1 研究区域概况

云南铜壁关省级自然保护区地处北纬23°54′30″～25°20′24″，东经97°31′40″～98°06′36″，位于云南省西部，德宏州境内，保护区沿中缅边界向南延伸，长度达137 km，呈狭长的条状地形，由盈江、陇川、瑞丽“两县一市”的大娘山、铜壁关、陇把、户永山、南畹河和植物园6个片区共同组成，总面积51 650.5 hm2。保护区是以保护阿萨姆娑罗双、东京龙脑香等为代表的热带雨林景观及其生境，以及白眉长臂猿、绿孔雀、蜂猴、印度穿山甲、花冠皱盔犀鸟、萼翅藤、鹿角蕨、滇藏榄等众多珍稀濒危特有野生动植物资源的森林生态类型自然保护区。海拔从210 m的河谷最低点，到最高点3 404.6 m的大雪山主峰，垂直高差3 194.6 m，孕育了雨林、季雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、稀树灌木草丛、灌丛、竹林、草甸等8个植被类型、18个植被亚型，47个群系，61个群落(群丛)，其中有林地49 560.9 hm2，无林地2 089.60 hm2，森林覆盖率高达95.95%，活立木蓄积量约为625万m3。由于铜壁关自然保护区地处我国植物区系古北界与印度马来亚界的分化交汇和过渡地带，区系地理成份十分复杂，加上气候、水文等多方面的影响，保护区也成为了我国生物多样性最为富集的区域之一(表1，图1)。

图1 云南铜壁关自然保护区森林类型分布Fig.1 Distribution of forest types in Tongbiguan Nature Reserve

表1 各森林类型面积Tab.1 Area of each forest type hm2

2 研究方法

对生态系统服务功能评价的方法主要有2种：物质量评价法和价值量评价法[6]。根据铜壁关自然保护区森林资源现状，并参考相关研究经验，本文采用GB/T 38582-2020《森林生态系统服务功能评估规范》指标体系，采用市场价值、影子工程等方法对支持服务、调节服务、供给服务、文化服务4个服务类别，保育土壤、林木养分固持等9个功能类别，固土、保肥、氮固持等17个指标类别分别进行定量评估，最后算出森林生态系统服务功能的总经济价值。

2.1 数据来源

本研究选取铜壁关自然保护区作为研究对象，数据来源有：

(1)森林生态连清数据集

(2)森林资源二类调查数据

(3)国家权威部门发布的社会公共数据(表2)

表2 社会公共数据(换算后)Tab.2 Social public data (after conversion)

(4)中国林业年鉴(2018)

(5)德宏州统计年鉴(2018)

(6)德宏年鉴(2019)

(7)铜壁关自然保护区科考报告

(8)卫星遥感影像数据

(9)铜壁关保护区矢量数据(2000大地坐标系)

2.2 评估内容

2.2.1支持服务

1)保育土壤

(1)固土

G固土=A×(X2-X1)

U固土=G固土×C土/P

式中：G固土为评估林分年固土量；A为林分面积；X2为无林地土壤侵蚀模数；X1为实测林分有林地土壤侵蚀模数；C土为挖取和运输单位体积土方所需费用；P为土壤容重。

结合丁剑宏[7]云南省土壤侵蚀分布特征及动态变化的研究，判别侵蚀程度时，根据风险最小原则，应该将评价单位判别为较高级别的侵蚀程度，取全国土壤侵蚀分类级别的强度级对应水、风蚀模数上限8 000 t/km2进行计算[8]。有林地的现实土壤侵蚀模数参考靳芳[9]、孔维健[10]、鲁绍伟[11]的相关研究(表3)；土壤容重取1.5 g/cm3。

表3 不同森林类型计算参数Tab.3 Calculation parameters of different forest types

(2)保肥

包涵减少氮流失、减少磷流失、减少钾流失、减少有机质流失4个项目

GN=A×N×(X2-X1)

GP=A×P×(X2-X1)

GK=A×K×(X2-X1)

G有机质=A×M×(X2-X1)

U肥=GN×C1/R1+GP×C1/R2+GK×C2/R3+G有机质×C3

式中：GN、GP、GK、G有机质分别为评估林分固持土壤减少的氮流失量、磷流失量、钾流失量、有机质流失量；N、P、K、M分别为林分中土壤含氮量、含磷量、含钾量、含有机质量；U肥为评估林分土壤保肥价值；C1为磷酸二铵化肥价格；R1、R2分别为磷酸二铵化肥含氮量、含磷量；C2为氯化钾化肥价格；R3为氯化钾化肥含钾量；C3为有机质价格。

根据《土壤学》[12]、中国土壤数据库公布数据及化肥说明书，评估林分土壤及化肥中氮、磷、钾、有机质含量(表4)。

表4 氮、磷、钾、有机质含量Tab.4 Content of nitrogen, phosphorus, potassium and organic matter

2)林木养分固持

G氮=A×N营养×B年

G磷=A×P营养×B年

G钾=A×K营养×B年

U氮=G氮×C1

U磷=G磷×C1

U钾=G钾×C2

式中：G氮、G磷、G钾分别为评估林分年氮固持量、磷固持量、钾固持量；A为林分面积；N营养、P营养、K营养分别为林木氮、磷、钾元素含量；B年为林分净生产力；U氮、U磷、U钾分别为评估林分氮、磷、钾固持价值。

林木氮、磷、钾元素含量参考赵同谦[13]等人的研究成果(表4)，林分净生产力参考吴鹏[14]等人对中国西南地区森林生物量的研究成果，取值天然林值为13.38 t/(hm2·a)。

2.2.2调节服务

1)涵养水源

(1)调节水量

G调=10A×(P水-E)

U调=G调×C库

式中：G调为评估林分年调节水量；A为林分面积；P水为林地降水量；E为林分蒸发量；U调为评估林分年调节水量价值；C库为水资源市场交易价格。

根据《铜壁关自然保护区综合科考报告》[15]数据，保护区年均降雨量取1 508 mm，林地蒸发量为749.3 mm。

(2)净化水质

G净=10A×(P水-E)

U净=G净×K水

式中：U净为评估林分净化水质价值；K水为水的净化费用。

2)固碳释氧

(1)固碳

G碳=G植被固碳+G土壤固碳

G植被固碳=1.63R碳×A×B年

G土壤固碳=A×S土壤

U碳=G碳×C碳

式中：G碳为评估林分生态系统年固碳量；G植被固碳、G土壤固碳分别为评估林分植被年固碳量、土壤年固碳量；S土壤为林分土壤固碳量；R碳为二氧化碳中碳的含量，为27.27%；C碳为固碳价格。

S土壤为林分土壤固碳量，参考李晓曼、康文星[16]等人关于不同森林类型土壤年固碳方面的研究，对西南地区天然林保护工程综合效益评价研究，取值为针叶林0.672 7 t/(hm2·a)、阔叶林1.646 6 t/(hm2·a)、竹林0.461 7 t/(hm2·a)。

(2)释氧

G氧=1.19A×B年

U氧=G氧×C氧

式中：G氧为评估林分年释氧量；U氧为评估林分年释放氧气价值；C氧为氧气价格。

3)净化大气环境

(1)提供负离子

G负离子=5.256×1015Q负离子×A×H/L

U负离子=5.256×1015×A×H×K负离子×(Q负离子-

600)/L

式中：G负离子为评估林分年提供负离子数；Q负离子为林分负离子浓度；H为林分高度；L为负离子寿命；K负离子为负离子生产费用。

林地中负离子浓度参考国政[17]等人对西南地区天然林保护工程综合效益评价研究，取值为2 121.4个/cm3；林分高度参考二调数据(表3)，负离子寿命为10 min。

(2)吸收气体污染物及滞尘

吸收气体污染物包括吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物三个指标。

G二氧化硫=Q二氧化硫×A

U二氧化硫=G二氧化硫×K二氧化硫

G氟化物=Q氟化物×A

U氟化物=G氟化物×K氟化物

G氮氧化物=Q氮氧化物×A

U氮氧化物=G氮氧化物×K氮氧化物

U滞尘=K滞尘×Q滞尘×A

式中：G二氧化硫、G氟化物、G氮氧化物分别为评估林分年吸收二氧化硫量、氟化物量、氮氧化物量；U二氧化硫、U氟化物、U氮氧化物分别为评估林分年吸收二氧化硫价值、氟化物价值、氮氧化物价值；K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物分别为二氧化硫、氟化物、氮氧化物的治理费用；K滞尘为降尘清理费用；Q滞尘为单位面积森林年滞尘量；单位面积吸收二氧化硫(Q二氧化硫)、氟化物(Q氟化物)、氮氧化物(Q氮氧化物)、滞尘(Q滞尘)值(表3)。

2.2.3供给服务

1)生物多样性及物种资源保育

U生=S生×A

式中：U生为评估林分年物种资源保护价值；S生为单位面积物种资源保育价值。

根据2008年基于Shannon-Wiener指数评估法的研究[18]，云南省单位面积物种多样性保育价值取值为24 234.6元/hm2。

2)林木产品供给

参照《评估规范》，森林生态系统提供的产品主要包括木材产品和非木材产品两大类，可采用市场价值法来评估其价值。由于铜壁关自然保护区所辖区域为严格管控区域，同时也是生态红线保护区域，区域内几乎不存在林下产品种植等活动，因此在林木产品的计算上，本研究采用保护区林地蓄积量的年增长量(m3)乘以相应活立木的价格368元/m3[16]作为林木产品供给价格总值。

2.2.4文化服务与森林康养

据统计，2015年云南省各类自然保护地创造的森林旅游类年收入已超过50亿元[19]。由云南省各类自然保护地总面积约为56 345 km2，可得出全省森林旅游业单位面积平均收入。本次研究采用云南省平均水平评估保护区在森林旅游方面的价值。

3 结果与分析

3.1 计算结果

根据上述计算公式与参数设置，从支持服务、调节服务、供给服务、文化服务4个方面的多项指标计算出保护区森林生态系统服务价值，结果见表5、表6。

表5 云南铜壁关省级自然保护区森林生态物质量评估结果Tab.5 Evaluation results of forest ecosystem biomass in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

表6 云南铜壁关省级自然保护区森林生态价值评估结果Tab.6 Evaluation results of forest ecological value in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

续表6

3.2 结果分析

3.2.1总价值量

根据上述估算结果，铜壁关自然保护区年森林生态系统服务总价值约80.64亿元，单位面积价值约15.61万元/(hm2·a)，参考华朝朗[20]等人对云南省保护区生态系统服务价值的研究，铜壁关单位面积价值量是云南省保护区平均水平的1.27倍。

从经济价值构成来看，直接经济价值由供给服务与森林康养两部分构成，总价值约为12.45亿元，占总价值的15.44%；间接经济价值包括支持服务与调节服务两部分，总价值约68.2亿元，占总价值的84.56%。说明间接经济价值远高于直接经济价值，生态系统的潜在服务能力更为重要，今后的发展过程中应当着重于从此方面进行保护和发掘。

根据德宏统计年鉴显示，2018年德宏州国民生产总值约381.06亿元。由此可见，德宏州良好的自然生态系统产生的价值不可小觑，是“绿水青山就是金山银山”理论在德宏这一区域的最好阐释，运用好这座天然宝库将对德宏州今后发展产生重要意义。

3.2.2各分量之间比较

计算结果显示，按照功能类别来看，各分量之间的价值量为：涵养水源>固碳释氧>生物多样性价值>保育土壤>净化大气>森林康养>林木养分固持>木材产品供给，与前人在其他地区的研究结果基本一致(图2)。

图2 各分量单位面积价值比较Fig.2 Comparison of value per unit area of each component

4 讨论

本文选取了支持服务、调节服务、供给服务、森林康养4个服务类别，共17项具体指标对铜壁关自然保护区森林生态系统服务价值进行评估，其中防风固沙项目未进行估算统计。结果表明，铜壁关森林生态系统服务价值约为80.65亿元/a。在本次估算中，受到部分数据缺乏的影响，灌木林作为生态系统的一部分未纳入估算体系；在部分指标的使用上，由于缺乏实地监测数据，多选用西南地区临近区域的数据，但仍有部分指标采用前人对于我国大尺度研究的均衡值，对于估算精度会有一定影响。通过本次估算，可以看出生态系统服务价值中，不仅仅是林木价值，更多地还体现在水源涵养、固碳释氧等间接价值中，由此可见，铜壁关自然保护区作为我国西南生态安全屏障中的一部分，在生态系统服务价值上具有非常大的潜力，在对于地方经济发展和建设方面也将会产生巨大的推动作用，在未来的发展与保护过程中，应当更加注重于整体保护，并且注重于间接使用价值的发掘和利用。