森林生态基准价体系构建与案例应用研究

孙中元,官 静,陶 健,徐福祥,武健伟,曲宏辉,姜楠楠

(1.烟台市自然资源和规划局,山东 烟台 264000；2.山东工商学院 公共管理学院,山东 烟台 264005；3.国家林业和草原局调查规划设计院,北京 100714)

森林生态系统是生态文明建设的重要阵地,为经济社会发展提供了基础支撑和生态安全屏障[1-2]。在经济社会的快速发展和气候变化背景下,森林生态系统服务功能价值对人类社会可持续发展的重要性日益凸显。一方面,森林生态系统为经济社会的高质量发展提供直接和间接服务功能[3-4]。通过生态系统服务功能价值评估,将生态效益纳入到经济社会发展总体中,才能够实现生态系统与经济社会发展的协调统一[5-6]。另一方面,林火、砍伐、自然灾害等外来干扰严重损害了生态系统质量和服务功能[7-9],这一系列现象在未来还会逐渐增强[10-11]。实现森林生态系统功能价值,通过生态系统功能价值内部化消除公共生态环境的外部不经济性,是遏制生态系统质量下降、维护公共生态环境利益的有效方式[12]。

森林生态系统服务功能价值评估是研究森林生态功能价值化的科学方法[13-14]。自20世纪80年代以来,国内外学者从不同空间尺度[2,5,15-21]开展生态系统服务功能价值评估研究,寻求将生态系统服务功能价值与经济社会发展评价相融合的途径。但是,森林生态系统服务功能价值评估是基于自然生态系统因素进行的评估,经济社会发展及管理因素有所欠缺,在应对生态补偿或损害赔偿等实践应用时,会面临评估结果均质化、单一化的问题[22]。此外,价格缺失是制约生态系统服务功能价值融入经济社会发展评价体系中的重要限制因素[23]。土地基准地价方法是自然资源领域资产评估、定价的成熟技术方法,该方法体系以一个具体城市为对象,综合自然因素和经济社会因素,将用途相似、地块相连、地价相近的土地加以圈围而形成地价区段进行分级定价。本研究以烟台市公益林资源为研究对象,采用耦合生态系统服务功能价值和基准地价的方法,建立生态基准价体系,并以2017年烟台市A区B镇发生火灾的林业小班为研究案例,核算过火小班的生态损失,以期为森林资源管理提供实用性理论及技术参考。

1 研究区域概况

烟台市位于胶东半岛,南邻黄海、北邻渤海,市域面积为1.38万km2,海岸线长909km,属于低山丘陵区,境内丘陵占比39.7%,低山占比36.6%,平原占比23.7%。气候上属温带季风型大陆性气候,冬暖夏凉。烟台市森林资源是山东半岛地区经济社会高质量发展的重要生态安全屏障,其生态公益林及商品林资源数量均位居山东省首位,森林覆盖率常年维持在36%以上,公益林面积常年维持在20万～26.67万hm2(300万～400万亩)之间,主要包括黑松(Pinusthunbergii)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、麻栎(Quercusacutissima)等树种。烟台市公益林资源主要分布在烟台海拔较高的低山区、丘陵区以及海防林区域,昆嵛山、长岛国家级自然保护区、沿海防护林保护区是标志性生态区位。近年来,由于冬春季干燥、风大、人为活动多,火灾频发,林火已成为威胁烟台市森林资源的主要干扰因子。

2 研究过程

2.1 森林生态系统服务功能价值评估

2.1.1评估指标体系

指标体系依据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),根据烟台市实际情况对指标因子作调整,如:净化大气环境指标因调查条件限制及文献较少,故不做降低噪音评估；森林防护功能,采用海防林带防灾减灾效益评估,通过海防林带促进果树增产来衡量；森林游憩指标,选用年均森林公园旅游收入作为评估值。烟台市森林生态服务功能价值评价具体指标如表1所示。

表1 烟台市森林生态服务功能价值评价指标体系Tab.1 Assessment index system of forest ecosystem services value in Yantai City

2.1.2评估基础数据来源

1)森林资源数据:包括烟台市2017年林地“一张图”数据中的公益林资源面积、地形、树种、林龄、起源等数据,以及烟台市第七至第九次森林资源固定样地数据、烟台市一元立木材积表以及补偿实测数据。

2)林业生产数据:包括各树种出材数据、经济树种产量数据、施肥数据、生产成本数据等,主要用于树种生产力调查、树种增产情况调查。

3)野外调查数据:根据前期筛选到的主要样地类型,进行野外数据采集,指标针对固碳释氧、积累营养物质、保育土壤、涵养水源、森林防护等生态系统服务功能的具体因子。

4)烟台市生态定位站(CFERN)及其它县市区相关大气监测站点数据,野外数据采集均严格依据国家相关行业技术规程开展。

5)文献数据:涉及烟台地区、鲁东地区、山东省森林的文献资料,查找分析土壤侵蚀、物种保育数据等,用于保育土壤、生物多样性评估。

6)统计数据:包括2017—2018年社会消费指数、价格指数、生态旅游、森林游憩、物质原料成本指标等数据。

2.1.3样地单元筛选

针对森林蓄积量、生物量、生产力,需要补充设置样地进行调查。综合考虑树种、地形、龄组因素,确定基本生态单元类型,计算各调查样地单元类型的蓄积加权平均值。依据树种、地形、龄组、蓄积、起源相近原则,在每种样地单元类型中筛选3～4个小班作为实地调查样地。单个小班面积不小于0.667hm2,每个小班内设置667m2标准地进行土样、林木器官、枯落物采集,灌木林生物量采用收获法调查。

2.1.4评估公式及计算

评估公式主要依据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721-2008),遵循从物质量到价值量的分布式计算过程。

2.2 评估结果内部修正

2.2.1生态功能修正系数

生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质等服务功能与生物量、蓄积量有密切关系,这4种服务功能需要结合生物量、覆盖度指标进行修正[24-25]。按乔木林、疏林地和灌木林地等3种地类进行修正[24],乔木林、疏林采用蓄积量-生物量进行调整,生物量测算采用IPCC推荐使用的生物量转换方法及因子[26-28]；灌木林修正系数为小班实际覆盖度除以灌木林样地平均覆盖度[29-31]。具体公式为:

E1=BEF×V/B0

(1)

B=BEF×V=aV+b

(2)

式中:E1为乔木林、疏林生态功能修正系数；BEF为蓄积量与生物量的转换因子；V为小班数据库中小班单位面积蓄积量(m3/hm2)；B0为实测样地单元单位面积生物量(t/hm2)；B为小班数据库中小班单位面积生物量(m3/hm2)；a和b为常数。样地单元单位面积蓄积量V0和单位面积生物量B0通过实际测量获得(表2)。

表2 样地单元的蓄积量 生物量结果表Tab.2 Results of timber reserve and biomass derived from field survey

2.2.2生态功能修正系数异常值处理

采用z-score方法查找修正系数异常值:

Z=(X-Xi)/STD

(3)

式中:Z为标准化后数值；X为实际生态功能修正系数；Xi为平均值；STD为标准偏差。

标准化后数值绝对值如果大于2,则认定为异常值,该部分数据剔除后,取修正系数平均值,其他修正系数不变。

2.2.3评估内部修正

生态功能系数异常值进行剔除后,针对涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质功能等4个指标进行修正,修正后价值=小班原始平均值×修正系数。

2.3 生态基准价片区划分

借鉴基准地价方法划分生态基准价区片,即根据生态系统服务功能价值平均值和标准差,使用与标准差成比例的等值范围划分为6级区片,每个区片内的数值与平均值的偏差超过3倍标准差，则认定为异常值,要进行剔除。然后,以该级别区片内值域的最大值为上限,最小值为下限,平均值作为森林生态基准价,按(4)—(5)式计算各级别区片上调或下调幅度。

上调幅度公式:

E上=[(Inh-Ilb)/Ilb]×100%

(4)

下调幅度公式:

E下=[(Ilb-Inl)/Ilb]×100%

(5)

以上各式中:E上为该级别区片上调最大幅度；E下为该级别区片下调最大幅度；Ilb为该级别区片生态系统服务功能价值平均值(森林生态基准价)；Inh为该级别区片值域最高值,Inl为最低值。

2.4 生态基准价修正

2.4.1外部因素修正体系

借鉴前人研究和基准地价评估相关文献[30,32-39](1)国家环境保护总局.生态功能区划技术暂行规程.2003. 国家林业局,财政部.国家级公益林管理办法.2017.,采取频度分析法,选择使用频度较高的指标；同时,结合烟台市森林生态系统特征,并征询专家意见,对指标进行筛选及调整,得到外部修正指标体系。采用德尔斐法、层次分析法确定二级指标权重(表3)。

表3 外部因素修正指标体系Tab.3 External amending index system of forest ecological benchmark price

2.4.2修正公式

具体待估森林小班生态价值计算公式为:

F=E×Kt×(1+∑Ki)

(6)

式中:F为待估森林小班生态价值；E为生态基准价；Ki为影响生态价值的因素修正系数；Kt为期日修正系数。

采用基准期日和评估期日的居民消费价格指数(CPI)计算得到(7)式。

Kt=CPIn/CPIm

(7)

式中:CPIm为森林生态价值区片价基准期日的CPI(本研究采用2017年度数据)；CPIn为评估期日的CPI。

2.4.3各因素修正幅度的确定

根据前述确定的修正因素权重和级别生态基准价上调或下调的最大幅度值,参照城镇土地估价规程[39],按照(8)—(9)式计算各影响因素的最高、最低修正幅度。

最高修正幅度公式:

F1i=F1×Wi

(8)

最低修正幅度公式:

F2i=F2×Wi

(9)

以上各式中:F1i为第i个因素的最高修正幅度,F2i为第i个因素的最低修正幅度,Wi为第i个影响因素的权重值；F1为等级森林生态基准价上调最大幅度,F2为等级森林生态基准价下调最大幅度。

2.4.4森林生态基准价修正系数表的编制

采用5个不同层次来确定每个影响因素的修正幅度:以生态基准价为一般水平,其修正幅度为0;在一般水平与上限价格之间,内插条件较优的修正幅度,一般为F1i/2;在一般水平与下限价格之间内插较劣的修正幅度,一般为F2i/2。以影响生态价格各因素修正幅度作为各因素影响地价的修正系数,并编制Ⅰ—Ⅵ级生态基准价区修正系数表。

3 结果分析

3.1 烟台市公益林生态系统服务功能价值

经过生态功能内部修正后,烟台市公益林资源生态系统服务功能价值总量为196.61亿元/a。由表4可知:涵养水源功能最强,价值量为50.85亿元/a,其次为固碳释氧功能,价值量为43.55亿元/a,两者单位面积价值均在2万元/(hm2/a)以上；净化大气环境和生物多样性保护的价值量分别为39.04亿元/a和34.87亿元/a,两者单位面积价值均在1万元/(hm2/a)以上；保育土壤、森林游憩和林木养分固持的价值量分别为12.66亿元/a,9.00亿元/a和0.94亿元/a。

表4 烟台市公益林生态系统生态功能价值评估结果Tab.4 Assessment results of forest ecosystem services value in Yantai City

3.2 基准价区片划分

由表5可知,Ⅰ—Ⅵ级生态基准价分别为203 583,158 522,122 476,85 805,55 128,31 395元/(hm2/a),烟台市公益林小班生态基准价区片主要分布在III—V级范围内,小班数量占比89.79%。其中,Ⅲ级区片小班数量占比15.22%,Ⅳ级区片小班数量占比43.60%,Ⅴ级区片小班数量占比30.98%。Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅵ级区片小班数量占比分别为2.42%,6.61%,1.17%。案例研究对象过火森林小班位于Ⅳ、Ⅴ级区片范围内(表7),其中1—2号小班为Ⅳ级,3—7号小班为Ⅴ级。

表5 生态基准价区片分级表Tab.5 Classification of ecological benchmark price zone

3.3 森林生态基准价修正系数表的编制

结合公式(4)—(5)式和(8)—(9)式及“2.4.4”方法所述,得到烟台市公益林资源 I—VI级生态基准价区片外部因素1—5档修正系数表,具体内容如表6所示。

表6 I—VI级生态基准价区片外部因素1—5档修正系数表Table 6 Coefficient of each grade in external amending index system

(续表)

3.4 案例评估

3.4.1案例背景

2017年春季,烟台市A区B镇1—7号森林小班(图1)发生人为山林火灾。过火面积82.09 hm2,烧毁赤松(Pinusdensiflora)112 497株,损失蓄积523.19 m3。造成巨大直接经济损失,同时,给地方森林生态系统造成了严重破坏。

3.4.2基准价确定

应用GIS软件,把7个小班的矢量边界叠加到森林生态服务基础数据库上,得到7个小班的基准价(表7),得知1—2号小班为Ⅳ级基准价,森林生态基准价为85 805元/hm2；3—7号小班为Ⅴ级基准价,森林生态基准价为55 128元/ hm2。

3.4.3外部因素修正

基于过火森林小班空间位置内9个外部因素的具体情况,结合资料搜集、现场勘察,按照外部因素修正指标体系计算外部因素修正系数,7个过火小班外部因素修正系数结果如表7所示。通过保护区和公益林区划图叠加可知,待估区域小班属于保护区外省级公益林；结合表3和表6可知,重要程度均属3 档,属于中间档,修正系数为0。

表7 过火小班外部因素修正系数汇总表Tab.7 Coefficients of external amending factors in burned subcompartment

3.4.4过火小班生态价值评估

如前述计算公式((6)—(7)式),待估森林小班生态功能价值=基准价×Kt×(1+∑Ki),Kt为期日修正系数,∑Ki为外部修正系数之和,Kt=CPIn/CPIm=1.0517。2017年烟台市A区B镇1—7号过火小班的生态价值损失如表8所示,综合生态价值损失为538.08万元/a。

表8 过火小班生态价值评估汇总表Tab.8 Summary table of ecological value assessment in burned subcompartment

4 结论与讨论

4.1 结论

本研究在于探索森林生态系统服务功能价值实现的一种途径,以探究从价值评估到实践应用为目标,耦合生态系统服务功能价值和土地基准价评估方法建立森林生态基准价体系。主要结论如下:

1)森林生态基准价体系包括生态系统服务功能价值评估、内部修正、生态基准价区片划分、修正体系。烟台市公益林资源森林生态系统服务功能价值总量为196.61亿元/a,涵养水源功能最强,大小依次为固碳释氧功能、净化大气环境、生物多样性保护、保育土壤、森林游憩和林木养分固持功能。

2)烟台市森林生态基准价区片主要分布在III—V级范围内,森林小班数量占比89.79%。其中,Ⅲ级区片小班数量占比15.22%；Ⅳ级区片小班数量占比43.60%,Ⅴ级区片小班数量占比30.98%。研究对象1—2号小班为Ⅳ级,3—7号小班为Ⅴ级。

3)综合统计,7个小班过火面积82.09 hm2,损失蓄积523.19 m3,造成生态损失为538.08万元/a。其中,3号小班生态损失最大,为123.39万元,然后依次为5号小班、1号小班、2号小班、4号小班、7号小班、6号小班。

4.2 讨论

1)本研究的重点和目标侧重于量化森林生态系统服务功能,因此参照生态系统服务功能相关研究和《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),没有参考生态系统生产总值(GEP)、生态环境损害鉴定评估相关技术标准。未来研究需要针对生态产品价值实现机制、生态环境损害鉴定赔偿等不同方向进行聚焦,建立相应的基准价体系,以服务相关实践应用。

2)本研究聚焦森林生态系统单一主体,但未来的生态保护相关实践工作的大部分对象为生态-经济-社会复合生态系统,在实践应用中如何量化、辨识生态系统整体价值,是未来研究必须要深入解决的重要问题。

3)本研究中,集成多源数据开展研究,数据分属不同部门管理,打破信息壁垒,建立生态-经济-社会复合生态系统的大数据基础信息平台,是未来开展相关研究或实践应用的基础前提。