陇东黄土丘陵沟壑区森林生态服务功能及其价值评估

杨宝宝,李 捷

(1.甘肃农业大学 林学院,甘肃 兰州 730070;2.甘肃省平凉市泾川县自然资源局,甘肃 平凉 744300)

森林生态系统服务功能是指人类从森林生态系统中获得的各种惠益,森林生态系统作为陆地最大的生态系统,不仅可以满足人们对美好生活环境的愿望[1],也在维持生态平衡、修复生态环境和全球生命支持等方面扮演重要角色[2]。我国科学家对森林生态系统服务功能开展了大量研究,取得了一系列成果。薛沛沛等[3]、王兵等[4-5]对我国森林生态系统服务功能及价值做了系统的研究,同时设计了其价值化实现路径,为生态系统服务价值评估提供了理论基础。陇东黄土丘陵沟壑区地处我国西北半干旱区,是国家开展生态保护、森林生态服务功能研究及生态修复试验的重点区域[6-8],生态地位极其重要,总面积约1 755 100 hm2。泾川县位于陇东黄土丘陵沟壑区西南部,总面积为146 130 hm2,占陇东黄土丘陵沟壑总面积8.33%。境内山、川、塬兼有,沟、峁、梁相间,是陇东黄土丘陵沟壑区的典型代表之一。长期以来,由于受自然环境和农垦活动的影响,致使该区域水土流失严重、森林植被结构简单,刺槐生态林和苹果经济林是该区域主要的植被类型。

关于黄土高原区域森林生态系统服务功能价值评估前人已有研究[9-12],但主要集中在局部森林生态林方面,将果树经济林和生态防护林系统结合,而对其生态服务功能分析研究则鲜有报道。加之陇东黄土丘陵沟壑区是典型的雨养农业区域,果树经济林在森林资源中占有很大比例,因此将经济林纳入森林生态服务功能价值核算是十分必要的。本研究依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582-2020),以泾川县2018年森林资源二类调查数据为基础,结合文献资料对典型区域森林生态服务功能价值进行分析研究,以期为周边类似地区森林生态服务功能评估和生态修复保护提供可推广、可复制的范式。

1 研究区概况

泾川县地处甘肃东部,秦陇交界处。地理坐标位于107°15′-107°45′E,35°11′-35°31′N,东接陕西省长武县,南邻灵台县,西与崆峒区毗邻,北接庆阳市镇原县,东西长57 km,南北宽36 km(图1)。属暖温带半干旱区,大陆性气候显著,该县年均气温10.0 ℃,年均总积温3974.1.4 ℃,年均无霜期174 d。县内年均降水量555.0 mm,冬春降雨少,主要集中在7-9月;年均蒸发量1 181.6 mm;平均相对湿度69%;年均干燥度2.13。地貌分为破碎塬区、河谷川区、丘陵沟壑区三大类型,土壤类型主要为黄绵土。泾河、汭河等黄河二、三级支流穿城而过,水能资源丰富。境内森林植被主要由生态林刺槐(Robiniapseudoacacia)和商品经济林苹果(Maluspumila)组成。通过2018年泾川县林业局采用“3S”技术调查解译得出,刺槐生态林和苹果经济林分别为56 678.15 hm2和12 321.20 hm2,生态林主要分布在丘陵沟壑区、经济林则分布在破碎塬区(图2)。其他乔木树种侧柏(Platycladusorientalis)、油松(Pinustabuliformis)、山杏(Armeniacasibirica)、新疆杨(Populusalba),灌木树种山毛桃(Amygdalusdavidiana)、文冠果(Xanthocerassorbifolia)、酸枣(Ziziphusjujubavar.spinosa)等仅有少量分布;人工林下草本植物主要有灰灰菜(Chenopodiumalbum)、狗尾草(Setariaviridis)、铁杆蒿(Artemisiavestita)等。

图1 研究区位置

图2 泾川县生态林及经济林位置分布

2 研究数据与方法

2.1 数据来源

森林资源数据来源于泾川县林业局2018年森林资源二类调查;包含森林面积及分布。

社会经济数据来源于国家权威机构和各类网站发布及《泾川县统计年鉴2019》的共享数据[12]。部分评估参数来源于同类研究采用参数[13-14],主要数据如下:1)水库库容造价依据2008年《中国水利年鉴》水库建设单位库容投资为6.11元/t,修正系数每年按2%计算,2019年单位库容造价为7.58元/t,当地居民用水价格为3.0元/t,当地挖运1.0 m3土方的平均费用为5.5元。2)净化大气及污染物费用依据国家发展和改革委员会《排污费征收标准及计算方法》的相关收费标准,二氧化硫及粉尘治理费用分别为0.6元/kg和170元/t。3)固碳价格依据碳税率折合人民币1 200元/t;氧气价格选取2019年国家卫生健康委员会公布的氧气平均价格1 000元/t。4)2019年当地苹果市场收购平均价格为2.6元/kg,泾川县苹果产量为18 250 kg/hm2。5)磷酸二铵含N量为14%,含P量为15%、氯化钾含K量为50%;依据《中国农业信息网》2019年化肥平均价格,氯化钾价格为2 650元/t、磷酸二铵价格为2 725元/t、有机质价格为620元/t。6)生物多样性保护价值依据同类研究文献:当S在1～2时,林分单位面积年物种损失机会成本为5 000元/(hm2·a),林地生态系统当量价值为0.41万元/hm2。

森林生态监测数据来源于泾川县官山林场气象站多年观测及设置的3个典型样地实测计算均值;其中林分单株生物量参考程积民等[15]在泾川县研究构造的生物量方程计算所得,生物多样性指数(Shannon-Wiener)通过样方植物多样性调查计算求得。数据整理见表1。

表1 泾川县森林资源类型相关生态参数

2.2 研究方法

本研究在参考中华人民共和国国家标准《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582-2020)及前人研究的基础上,结合泾川县森林资源刺槐生态林和苹果经济林占主导地位的特点,选取森林资源生态服务功能中支持服务、调节服务、供给服务、文化服务4个方面7项功能10个指标,构建了黄土丘陵沟壑区泾川县森林生态服务价值评估体系,采用价值替代法、影子工程法、生态价值法及意愿支付法等定量计算的方法进行典型区域森林生态服务价值评估。由于现行的林业政策,生态公益林严禁采伐(限伐),因此本研究中只对经济林林副产品供给服务价值做了研究评估,生态林林副产品供给服务价值不在核算内。泾川县森林生态系统服务功能价值指标体系及评估方法见表2。

表2 泾川县森林生态系统服务功能价值指标体系及评估方法

3 结果与分析

3.1 泾川县森林生态服务功能价值评估结果

根据上述数据及评估方法,计算得到泾川县森林资源保育土壤、涵养水源、净化大气、固碳释氧、林副产品供给、物种保育、森林康养等7项生态服务功能价值量结果(表3)。由表3可知,泾川县2019年森林生态总服务功能价值为283 600.0万元,相当于泾川县2019年固定资产投资132 205万元的2.15倍[12]。其中保育土壤功能服务价值为9 255.3万元,涵养水源服务功能价值为143 969.2万元,净化大气功能服务价值为12 362.4万元,固碳释氧功能服务价值为48 427.6万元,林副产品供给价值为35 078.5万元,物种保育价值为34 499.7万元,是泾川县2019年农林牧渔生产总值83 988.90万元的41.08%,森林康养价值为7.3万元,仅占泾川县2019年林业总产值1 154.22万元的0.63%[12]。

表3 泾川县森林资源生态服务功能价值统计

3.2 泾川县森林生态服务功能价值结果分析

从生态服务功能类型来看,泾川县森林生态服务功能价值中涵养水源服务功能价值排第一,为143 969.2万元占总服务价值50.76%;其次为固碳释氧功能服务价值48 427.6万元,占总服务价值17.08%;森林康养服务价值最小为7.3万元,仅占总服务价值的0.002 5%。由图3可知,7项生态服务功能价值中涵养水源价值、固碳释氧价值、产品供给服务功能价值排在前3位,占泾川县森林生态服务功能价值总量的80.21%,表明这3项功能是泾川县森林生态服务功能的主导服务功能。泾川县森林生态功能服务价值量排序为涵养水源>固碳释氧>产品供给>物种保育>净化大气>保育土壤>森林康养。

图3 泾川县森林资源不同服功能类型价值

3.3 泾川县不同林分类型生态服务功能价值结果分析

泾川县不同林分类型生态服务功能价值评估比较如表4所示,泾川县生态林提供服务价值为224 993.8万元,经济林为586 060.0万元,生态林总服务价值是经济林的3.8倍;在生态林服务功能价值中依然是涵养水源价值最大,森林康养价值最小,分别为133 123.30万元和6.00万元,泾川县生态林年服务功能价值量大小排序为涵养水源>固碳释氧>产品供给>物种保育>净化大气>保育土壤>森林康养;经济林年生态服务功能价值与生态林则不同,产品供给服务功能价值最大,森林康养服务价值最小,分别为35 078.50万元和1.30万元,经济林年生态服务功能价值大小排序为产品供给>涵养水源>物种保育>固碳释氧>净化大气>保育土壤>森林康养;从林分单位面积森林生态服务功能价值来看,生态林单位面积服务价值为3.97万元/hm2,经济林单位面积服务价值为4.76万元/hm2,单位面积林分生态服务功能价值为经济林>生态林。

4 讨论

在典型区域泾川县森林生态服务功能价值评估中,涵养水源服务功能价值排第一,这与杜英等[10]、田宁宁等[11]在黄土丘陵沟壑区得到的森林生态服务功能主要服务价值是涵养水源的结果相一致,因为黄土丘陵沟壑区水土流失严重,长期以来营造林种主要为水土保持林,选择的刺槐、侧柏等树种冠层截流和保水能力较强[16],能够有效遏制水土流失,减少地表径流,提升土壤的贮水能力[17];果园分布在比较平坦的破碎塬面上,采用黑地布全面覆盖的管理方式,有效减少了水分蒸发,提高了果园土壤水分含量。森林康养服务价值最小,排第七位。文化服务功能只有在旅游发达的区域才能发挥其价值,而泾川县地处陇东黄土丘陵沟壑区,作为典型的生态县,森林文化建设服务滞后,森林康养、森林旅游等服务功能还没有建立,导致文化服务功能价值最小。

保护生物多样性价值排第四位,这与崔亚琴等[18]、魏冬等[19]研究结果相差较大,分析主要原因是泾川县人工刺槐林下草本植物以杂草类和蒿类为主,没有明显的建群种,物种组成单一,生物多样性较低;高艳鹏[20]等研究指出,在黄土丘陵区当林分密度>3 500株/hm2时,林下草本植物几乎为禾本科一类,其他植物物种消失,随着林分密度的增加,会对树冠及林冠产生一定的变化,影响林内的光照和水分条件,进而导致林下生物发展缓慢,甚至灭绝[21-22];果园采用清耕和黑地布覆盖管理方式,在提高直接效益的同时均破坏了生物的生境,抑制了生物群落的生长,导致生物多样性保护价值不高。

本研究得到林分单位面积生态服务功能价值为4.11万元/hm2,低于鲁绍伟等[23]在北京退耕还林生态服务价值研究结果5.16万元/hm2。在黄土丘陵沟壑生态系统服务价值中,涵养水源、固碳释氧、产品供给为主要服务价值,而这3这种服务价值与林分质量密切相关。培育混交林是提高林分质量的有效造林模式[24],黄土丘陵沟壑区泾川县林地承载力小[25],营造复层混交林困难,当前生态林主要为刺槐、侧柏等人工单层纯林。同时程积民等研究指出[15],刺槐初始密度与生物量呈负相关,造林密度越大,地上部分积累生物量越低。经调查发现,泾川县人工刺槐林造林初始密度平均为3 500株/hm2,远大于1 500株/hm2标准,这可能是造成泾川县林分单位面积服务功能价值较低的主要原因。

本研究依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T38582-2020),结合典型区域泾川县森林资源特点,构建了泾川县森林生态服务功能价值评估体系,对其生态服务功能价值进行了评估,但因评估方法和参数选取差异,评估结果存在一定的偏差;同时在计算价值量时没有考虑林龄、立地条件等主要因素的影响,今后还需要进一步研究。

5 结论

泾川县2019年森林生态服务功能价值为283 600.0万元,各项功能价值大小顺序为涵养水源>固碳释氧>产品供给>物种保育>净化大气>保育土壤>森林康养,在典型区域泾川县森林生态服务功能价值主要为涵养水源、固碳释氧、产品供给,3种价值占总服务价值的80.21%;生态林以发挥水源涵养为主,经济林则以产品供给为主,生态林服务功能价值是经济林的3.8倍。

根据上述评估结果,陇东黄土丘陵沟壑区泾川县应加强森林资源精细化培育管护,采取补针采阔、乔灌结合的方式调整刺槐纯林结构,增加油松、云杉等针叶树种,优化树种组成比例,改变树种单一、混交林占比低的局面;中龄林实施森林质量提升工程,如森林抚育、低效林改造等改善其营养结构及生长环境,培育中径阶林木,提高林分质量;加强果园林种规划,选择生态经济兼用树种,推广果园种草覆盖代替清耕管理模式;同时创新森林经营理念,借助森林旅游示范村和创建森林城市等政策优势,向林下经济、森林康养新兴产业靠拢,推广“森林资源+”合作模式,最大限度发挥森林生态服务功能价值。

(卷终)