山西省关帝山国有林区森林生态系统服务功能价值估算研究

王晓康

（山西省关帝山国有林管理局，山西 文水 032100）

0 引言

森林生态系统是全球生态系统的主要组成部分，森林资源是绿色发展的重要保障，不仅能够为人们提供各类生产生活物资，更能发挥涵养水源、保持水土、调节气候、净化大气、维护生物多样性等多种生态功能[1-3]。面对“十四五”林草发展目标，对森林生态系统服务功能价值进行量化估算是当前的热点研究内容，定量评估森林生态系统服务功能价值既能够科学地指导森林经营实践，更能够在加强森林资源保护修复，构建健康稳定的森林生态系统，推动生态产品价值实现等方面发挥积极作用[4-5]。

20世纪80年代以来，中国就开始进行森林生态系统服务功能价值评估研究。针对不同森林类型，蒋延玲等[6]对中国38种主要森林生态系统的公益价值进行评估。针对不同立地类型，王兵等[7]对森林生态系统服务价值进行了评估核算，姜立鹏等[8]对中国草地生态系统服务功能价值进行了估算，张翼然等[9]对湖泊湿地生态系统服务功能价值进行了核算，肖生春等[10]对沙漠生态系统服务价值进行了评估。针对不同尺度和地域单元，近年来，中国大部分省、市或保护区、不同群落地貌单元都开展了生态系统服务功能的评价研究。2019年，崔亚琴等[11]以地市为空间结构，对山西省11个地市和主要优势树种的森林生态系统服务功能价值进行了估算研究。由于山西省林业管理制度的特殊性，山西省林草局垂直管理9个国有林区，这9个国有林区管护着山西省最精华的森林，是塑造山西表里山河、生态美好和壮丽形象的重要本底。关帝山国有林区作为9个国有林区之一，被誉为“黄土高原的绿色明珠”，华北地区的“天然植物园”，是汾河走廊和山西省会的重要生态屏障，对改善和优化黄河中游生态环境发挥着重要的作用，生态区位十分重要。

本研究采用关帝山国有林区2019年森林资源二类调查数据，以最新发布的国家林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582—2020)为评估依据[12]，对关帝山国有林区及所属的24个保护区、湿地公园、国有林场和主要林分类型的森林生态系统服务功能价值进行评估。以期定量评价关帝山国有林区的森林生态系统服务功能，提高人们对山西国有林区生态价值的认识，为山西省科学经营管理和利用森林资源，客观评价国有林区天保工程生态效益，精准开展生态效益补偿，积极推进“碳中和”、“碳达峰”林草行动提供一定的数据支撑，为今后制定国有林区发展政策提供科学依据。

1 研究区概况

关帝山国有林区地处吕梁山脉中段，辖区范围跨涉吕梁市交城、文水、汾阳、离石、中阳、方山和太原市古交、娄烦、阳曲9个县市（区），是山西省面积最大的省直国有林区，有24个有林单位（包括国有林场19个，国家级自然保护区1个，省级自然保护区2个，国家湿地公园1个，种子园1个）。林区经营总面积30.7万hm2，其中：有林地面积21.6万hm2，灌木林地面积4.3万hm2，活立木蓄积量1504万m3，林区属温带大陆性季风气候，全区平均海拔1500 m，主峰孝文山，海拔2831 m，系吕梁山脉最高峰，山西省第二高峰。

2 数据来源

基础数据和指标性数据来源于关帝山国有林区2019年森林资源二类调查数据和已有的研究成果，社会公共数据主要采用《中国生物多样性国情研究》和《退耕还林工程综合效益监测国家报告》[13-14]中提供的数据。

3 研究方法

依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582—2020)[12]中的评估方法和公式，选取水源涵养、固土保肥、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物物种资源保护6项功能指标，将关帝山国有林区划分为所属24个有林单位和主要林分类型两个评估单元，从物质量和价值量的角度，运用市场价值法、影子工程法、分布测算法、机会成本法，对关帝山国有林区森林生态系统服务功能进行综合评估。

4 结果与分析

4.1 关帝山国有林区森林生态系统服务功能物质量

关帝山国有林区年森林生态系统服务功能的物质量、单位面积物质量测算结果见表1。

通过表1可以看出，关帝山国有林区水源涵养功能物质量为5.05亿m3，占全省森林水源涵养总量的2.03%，单位面积水源涵养量为1949.17 m3/hm2。由此可见，关帝山国有林区作为汾河上游一级支流文峪河、三川河发源地和主要流域区，是重要的“绿色水库”。

表1 关帝山国有林区森林生态系统服务物质量

在保育土壤功能中，关帝山国有林区固土量为1081.56万t/a，单位面积固土量2.24 t/(hm2·a)。保肥能力中，减少土壤NPK、有机质损失量为63.51万t/a，其大小排序为：减少K损失量＞有机质＞N＞P，这与崔亚琴[11]等的研究结果一致。

关帝山国有林区年固碳量为122.69万t，释氧量为264.1万t，占山西省森林固碳量的16.08%，释氧量的14.76%。单位面积年固碳量4.74 t/(hm2·a)，单位面积释氧量10.20 t/(hm2·a)，均高于全省水平。这说明，关帝山国有林区在山西省森林固碳释氧功能中发挥着重要的作用。下一步，应持续加大科学经营森林力度，精准提升森林质量，提高森林碳汇增量。

在林木积累营养物质功能中，林木积累NPK量共361.48万t/a。林木在生长过程中不断吸收积累营养物质，为生物化学微循环提供能量，关帝山国有林区林木积累N最多、积累P量最少，这主要可能同林区的优势树种有关，关帝山国有林区是山西油松分布最广的林区之一，结合相关研究结果，油松积累营养物质量规律同关帝山国有林区营养物质积累规律一致[15]，关帝山国有林区同山西省林木积累营养物质研究也一致[11]，都呈现N＞K＞P。

在净化大气环境功能中，关帝山国有林区能够提供负离子数2.23×1023个/a，负离子的浓度水平是评价城市空气质量的重要指标，以省城太原市提供负离子数为例，关帝山国有林区负离子浓度是太原市的6倍。在年吸收污染物方面，吸收二氧化硫最多为2987.67万kg，吸收氟化物为60.37万kg、吸收氮氧化物为155.39万kg，分别占到山西省森林吸收量的5.87%，3.35%，5.35%。在滞尘量方面，年滞纳TSP量为 50.51亿 kg，PM10量为 0.106亿 kg，PM2.5量为105.69万kg。因此，关帝山国有林区在全省森林吸收大气污染物、净化大气环境方面发挥着极其重要的生态作用，是打赢生态治理攻坚战的重要支撑。

4.2 关帝山国有林区森林生态系统服务功能价值量

关帝山国有林区各项森林生态系统服务功能价值、所占比重及年单位面积价值量测算结果见表2。

从表2中可以看出，关帝山国有林区森林生态系统服务功能总价值量为214.22亿元/a，占山西省年森林生态系统服务功能总价值量的6.75%[11]，各项服务功能价值量排序为：净化环境价值＞涵养水源价值＞固碳释氧价值＞固土保肥价值＞生物物种资源保护价值＞营养物质积累价值，其中，净化环境价值、涵养水源价值、固碳释氧价值比重最大，占总价值量的81.62%。由此可见，关帝山国有林区森林生态系统在涵养水源、固碳释氧和净化大气环境方面的作用显著，森林在中国实现“碳达峰”、“碳中和”行动中和绿色发展中具有巨大的价值潜力，在生态环境治理中，能够发挥巨大的作用，是宝贵的“绿色碳库”。

表2 关帝山国有林区森林生态系统服务价值量

4.3 关帝山国有林区各有林单位森林生态系统服务功能价值量

关帝山国有林区各保护区、林场森林生态系统服务功能价值量、单位面积价值量测算结果见表3，各服务功能价值占比见图1。

从表3中可以看出，关帝山国有林区有林单位服务功能价值量最大为文峪河林场14.91亿元/a，双家寨林场次之为13.4亿元/a，最低为吴城种子园2.29亿元/a。单位面积价值量最大为龙兴林场8.64万元/(hm2·a)，庞泉沟国家级自然保护区和孝文山林场次之为8.61万元/(hm2·a)，二道川林场最少为7.81万元/(hm2·a)。由图1得知，各有林单位各项服务功能价值排序基本同林区总的服务功能价值排序一致，但也略有不同，杨兴林场和吴城种子园则是水源涵养功能价值最大。这说明，各有林单位服务功能价值量主要与森林面积和蓄积量相关，而单位面积价值量和各项服务功能价值大小则同地类、林种起源和林分类型相关。从各单位服务功能价值量的空间分布看，价值量大的多集中于关帝山国有林区的中西部区域，这主要与关帝山国有林区的地理位置有关，林区有2个保护区、1个湿地公园和17个林场位于山西省吕梁市境内，1个保护区和3个林场位于太原市境内。依据山西省森林生态系统服务功能价值评估研究结果[11]，关帝山国有林区的服务功能价值量占吕梁市的42.67%，并且高于省城太原市，这说明关帝山国有林区不仅是山西省会太原市重要的生态屏障，更是吕梁市绿色转型发展和生态保护修复的重要基础，为建设生态吕梁发挥着巨大的支撑作用。

表3 关帝山国有林区各有林单位森林生态系统服务价值量

图1 关帝山国有林区有林单位各项服务功能价值占比

4.4 关帝山国有林区不同林分类型的生态系统服务功能价值量

关帝山国有林区主要乔木树种和灌木林的生态系统服务功能价值量、单位面积价值量的测算结果及占比见表4，各项服务功能价值量见表5。

表4 主要树种的生态系统服务功能价值量

表5 主要树种的生态系统各项服务功能价值量 亿元/a

由表4和5得知，关帝山国有林区乔木林服务功能价值为183.23亿元/a，在乔木林中，油松、华北落叶松为主的针叶树种和辽东栎为主栎类阔叶树种价值量最大，占总价值量的67.45%，这主要是因为油松、华北落叶松、辽东栎是关帝山国有林区的主要乡土树种，这也说明这3种树种在关帝山国有林区生态系统中发挥着重要作用。主要树种价值量整体排序为：油松＞辽东栎＞华北落叶松＞山杨＞白桦＞侧柏＞云杉。灌木林为31.19亿元/a，占到总价值量的14.54%，说明灌木林地在生态系统中也占据十分重要的作用。

5 讨论

相比2000年的18.534亿元[16]，关帝山国有林区天保工程实施二十年内森林生态系统服务功能总价值量增长了91.35%。在现有的山西省国有林区的研究成果中，关帝山国有林区年森林生态系统服务功能价值量最大[17]，各项服务功能价值排序与山西省森林生态系统服务功能研究结果基本一致但也略有不同，同泰山[18]、祁连山林区[19]、大岗山林区[5]、大兴安岭林区[20]、天山林区[21]等的研究结果也存在一定的差异，这说明，每个林区由于所处位置、地类、森林总量、蓄积量、主要林分类型等不同，功能价值量大小都会存在一定差异，但无论哪个区域，水源涵养功能均高居前列，说明水源涵养价值是森林生态系统服务功能的核心价值，关帝山国有林区作为山西省母亲河汾河的主要水源涵养地和一级支流文峪河、三川河的发源地，对流域区的生态稳定发挥着重要作用。

在不同林分类型中，油松生态服务功能价值量最高，一方面由于油松是关帝山国有林区的主要乡土树种，分布面积广大；另一方面也说明，在今后要加强森林经营，按照近自然经营理念，逐步改善林分结构，由单一纯林逐步向混交林、复层林林分结构转变，以便发挥出最大的生态效益。在本次研究中，未选取森林康养功能，这主要是因为关帝山国有林区缺少森林康养数据，虽然林区拥有庞泉沟、云顶山、苍尔会、梅洞沟、三座崖、果老峰、白马仙洞沟等森林康养品牌基地，但由于机制不活、开发滞后，一直未能发挥出森林康养功能价值。下一步，关帝山国有林区要充分利用资源优势，围绕庞泉沟、梅洞沟打造森林康养产业品牌集群，探索“森林康养+”研学发展新路径，努力让绿水青山真正变成金山银山。同时，天保工程实施二十年来，国有林区已经由向社会提供单一木材原料到向社会提供更为优质的生态产品转变，关帝山国有林区近三年木材收益仅为191万元，在关帝山国有林区森林生态系统服务功能总价值量中比重非常小，因此，木材收益作为直接经济价值未计入总价值量中。另外，本次研究仅对关帝山国有林区的森林生态系统的服务功能进行了评估，但林区不仅有广袤的森林，更有1.73万hm2的云顶山、西华镇亚高山草甸，面对林草融合高质量发展的新趋势，草地同样发挥着巨大的生态服务功能价值。在今后的研究中，应将森林、草原一同纳入评估范围，对关帝山国有林区整体生态系统进行系统、完整的价值评估。

生态系统服务功能的价值量也是一个动态数据，随着不断深入的经营而发生变化，因此，关帝山国有林区今后应结合国家林草生态综合监测评价工作，对现有的固定样地开展长期持续的监测调查，做好数据积累，通过时间尺度的动态研究成果来指导林草经营。同时，随着关帝山国有林区智慧林草平台的推广运用，在今后的研究中应充分利用3S技术，建立起林区林草资源生态效益综合监测评价系统平台，实现智能化动态监测评估管理。

6 结论

关帝山国有林区森林生态系统服务功能总价值量为214.42亿元/a，各项服务功能价值量大小为：净化环境价值＞涵养水源价值＞固碳释氧价值＞固土保肥价值＞生物物种资源保护价值＞森林营养物质积累价值。各单位价值量由大到小排序为：文峪河林场、双家寨林场、薛公岭省级自然保护区、西葫芦林场、白虎岭林场、真武山林场、云顶山省级自然保护区、枝柯林场、吴城林场、南海滩林场、东葫芦林场、庞泉沟国家级自然保护区、孝文山林场、三道川中心林场、二道川林场、龙兴林场、千年林场、西冶川林场、文峪河国家级湿地公园、原平川林场、屯兰川林场、阳圪台林场、杨兴林场、吴城种子园。乔木林生态服务功能价值量为183.23亿元/a，灌木林为31.19亿元/a，主要树种服务功能价值排序为：油松＞辽东栎＞华北落叶松＞山杨＞白桦＞侧柏＞云杉。