太岳山国有林管理局森林生态系统服务功能间接经济价值评估

乌吉斯古楞，韩海荣，康峰峰

(北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 l00083)

森林是人类和多种生物赖以生存和发展的基础［l］，是地球生物圈的重要组成部分，是可再生资源，也是可再生能源，是维护生态平衡的重要调节器［2］。它具有丰富的物种、复杂的结构和生态过程，是自然界的有机碳贮库、基因库、资源库、蓄水库和能源库，在改善生态环境，维持生态平衡，保护人类生存发展的基本环境中起着决定性和不可替代的作用［3］。由于对森林生态系统服务功能及其重要性缺乏足够了解，带来了林业经营上的失误，导致森林资源破坏严重，严重损害了森林生态系统服务功能，进而威胁国家生态安全，危及社会经济发展［2］。森林的兴衰直接关系到全球经济和社会的发展，也直接影响生态环境［4］，因此维持与保育生态系统特别是森林生态系统服务功能是实现社会经济可持续发展的基础［5］。客观、科学地评估森林的生态服务功能，能够提高人们的环境意识、促进将森林资源被纳入国民经济核算体系的进程，对森林资源合理利用及其保护具有重要的现实意义。

l 研究区概况

l.l 自然地理概况

太岳山林区是山西省省直属九大林区之一，位于山西省中南部，属太行山系，地处东经l l l°45'至l l2°33'，北纬 36°l8'至 37°05'。该区属于温带半干旱大陆性季风气候，年均气温约8℃，日均温≥l0℃以上的年积温在2 500℃ ～3 000℃之间，年均降水量约650 mm，7月～9月份降水量占全年的70%以上，相对湿度60% ～65%，年均日照2 500 h～2 700 h，无霜期l00 d～l50 d。林地土壤多为褐土和棕壤，局部有亚高山草甸土。

l.2 森林资源现状

太岳山为我国暖温带落叶阔叶林的典型代表地区之一。总经营面积l46 252.4 hm2，其中林业用地面积为l43 633.9 hm2。森林覆盖率为79.0%。其主要树种为油松(Pinus tabulaeformis)，华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)，辽东栎(Querces liaotungensis)等。

2 研究方法

本文采用中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》［6］(LY/Tl72l-2008)为依据，综合运用生态学、经济学等理论方法为森林生态系统服务功能评估的理论与方法，以太岳山国有林管理局2004年森林资源二类调查数据集为基础，定量分析和评估太岳山国有林管理局森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳制氧、营养积累、净化环境和生物多样性保护6项主要功能l2个指标的物质量及其价值量。

2.l 涵养水源价值计算

森林涵养水源功能可分为调节水量和净化水质2个指标来计算。

l)调节水量价值

森林生态系统调节水量价值根据水库工程的蓄水成本(影子工程法)来确定，采用如下公式计算:

式中:U调为林分年调节水量价值，单位:元·a-l;C库为水库库容造价，单位:元·m-3;P为林外降水量，单位:mm·a-l;E为林分蒸散量，单位:mm·a-l;C为地表径流量，单位:mm·a-l;A为林分面积，单位:hm2。

2)净化水质价值

森林生态系统年净化水质价值根据净化水质工程的成本(替代工程法)计算，采用如下公式计算:

式中:U水质为林分年净化水质价值，单位:元·a-l;

K水质为水的净化费用，单位:元·a-l。

2.2 保育土壤价值计算

森林保育土壤价值可分为森林固土效益和森林保肥效益两个方面。

l)森林年固土价值

根据蓄水成本(替代工程法)来计算林分年固土价值，公式为:

式中:Xl为有林地土壤侵蚀模数，单位:t·hm-2·a-l:X2为无林地土壤侵蚀模数，单位:t·hm-2·a-l;A为林分面积，单位:hm2:U固土为林分年固土价值，单位:元·a-l;C土为挖取和运输单位体积土方所需费用，元·m-3;ρ为林地土壤容重，单位:t·m-3;

2)森林年保肥价值

年固土量中N，P，K的数量换算成化肥的价值即为林分年保肥价值。林分年保肥价值以年固土量中N，P，K的数量折合成磷酸二铵化肥和氯化钾化肥的价值来体现，公式为:

式中:N为土壤含氮量，单位:%:P为土壤含磷量，单位:%:K为土壤含钾量，单位:%:U肥为林分年保肥价值，单位:元·a-l;M为森林土壤有机质含量，单位:%:Rl为磷酸二铵化肥含氮量，单位:%:R2为磷酸二铵化肥含磷量，单位:%:R3为氯化钾化肥含钾量，单位:%:Cl为磷酸二铵化肥价格，单位:元·t-l;C2为氯化钾化肥价格，单位:元·t-l;C3为有机质化肥价格，单位:元·t-l。

2.3 固碳释氧价值计算

根据光合作用化学方程式，森林植被每积累lg干物质，可以固定 l.63gCO2，释放 l.l9gO2。

l)森林年固碳价值

式中:B年为林分净生产力，单位:t·hm·a;R碳为CO2中碳的含量，为27.27%:A为林分面积，单位:hm2:U碳为林分年固碳价值，单位:元·a-l;C碳为固碳价格，单位:元·t-l。

2)森林年释氧价值

式中:U氧为林分年释氧价值，单位:元·a-l;C氧为氧气价格，单位:元·t-l。

2.4 积累营养物质价值计算

采用把营养物质折合成磷酸二铵化肥和氯化钾化肥的方法计算林木营养年积累价值，公式为:式中:B年为林分净生产力，单位:t·hm-2·a-l;A为林分面积，单位:hm2:U营养为林分营养物质年积累价值，单位;元·a-l;Rl为磷酸二铵含氮量，单位:%;R2为磷酸二铵含磷量，单位:%;R3为氯化钾含钾量，单位:%;Cl为磷酸二铵化肥价格，单位:元·t-l;C2为氯化钾化肥价格，单位:元·t-l。

2.5 净化大气环境价值计算

l)吸收污染物指标

①森林年吸收二氧化硫价值

式中:Q二氧化硫为单位面积林分年吸收二氧化硫量，单位:kg·hm-2·a-l;A为林分面积，单位:hm2:U二氧化硫为林分年吸收二氧化硫价值，单位:元·a-l;K二氧化硫为二氧化硫的治理费用，单位:t·kg-l;

②森林年吸收氟化物价值

式中:Q佛化物为单位面积林分年吸收氟化物量，单位:kg·hm-2·a-l;为林分年吸收氟化物价值，单位:元·a-l:K佛化物为氟化物治理费用，元·kg-l:

③森林年吸收氮氧化物价值

式中:Q氮氧化物为单位面积林分年吸收氮氧化物量，单位:kg·hm-2·a-l;U氮氧化物为林分年吸收氮氧化物价值，单位:元·a-l:K氮氧化物为氮氧化物治理费用，单位:元·kg-l:

2)滞尘指标

森林年滞尘价值

式中:Q滞尘为单位面积林分年滞尘量，单位:kg·hm-2·a-l;U滞尘为林分年滞尘价值，单位:元·a-l;K滞尘为降尘清理费用，单位:元·kg-l。

2.6 生物多样性保护价值计算

森林生态系统的物种保育价值采用引入物种濒

危系数的Shannon-Wiener指数法计算:

式中:U总为林分年物种保育价值，单位:元·a-l:Ei为评估林分或区域内物种i的濒危分值:n为物种数量:S单为单位面积年物种损失的机会成本，单位:元·hm-2·a-l;A为林分面积，单位:hm2。

3 结果与分析

3.l 计算结果

3.l.l 涵养水源价值

因为森林内地表径流量很小，可忽略不计［7］。太岳林区年均降水量为650 mm，林区蒸发散占年降水量的比例为60%［7］。单位库容造价为6.l l元·t-l，水的净化费用为 2.09 元·t-l［6］。根据公式(l)、(2)计算得出，2004年太岳山国有林管理局森林生态系统总涵养水量为60 06l.35万m3·a-l，调节水量价值l83 508.45万元·a-l，净化水质价值62 764.l l万元·a-l，涵养水源总价值为246 272.56万元·a-l。

3.l.2 保育土壤价值

研究区无林地土壤的侵蚀模数为43.27 t·hm-2·a-l，林地土壤侵蚀模数为 l.5l t·hm-2·a-l［8］，挖取和运输单位体积土方所需要费用为l2.6 元·m-3［6］，根据公式(3)计算得出太岳山国有林管理局林分年固土量为4 823 388.58 t，其经济价值为5 l28.94万元。磷酸二铵化肥、氯化钾化肥和有机质的价格分别为2 400元·t-l、2 200元·t-l和320元·t-l［6］。根据公式(4)计算得出，太岳山国有林管理局森林年保肥价值为40 l78.07万元，因此，太岳山国有林管理局森林保育土壤总价值为45 307.0l万元。

3.l.3 固碳释氧价值

固碳价格l 200元· t-l，制造氧气价格l 000元·t-l［6］。根据式(5)、(6)计算得到 2004 年太岳山国有林管理局森林年固碳制氧总价值为206 643.25万元，其中，植被年固碳量为532 975.89 t，固碳价值为63 957.l l万元，森林年释氧量为l 426 86l.38 t，释放氧气价值为l42 686.l4万元。

3.l.4 积累营养物质价值

根据不同树种的净初级生产力［9～l2］及其林木营养元素含量［ll～l3］，参照磷酸二铵的含 N量、含 P量，氯化钾的含K量及其价格，得出林木对N、P、K的积累量分别为l3 475.7 t·a-l、2 449.8 t·a-l、4 484.6 t·a-l。根据式(7)计算得出，2004 年太岳山国有林管理局森林年积累营养物质总价值为28 99l.58万元。

3.l.5 净化大气环境价值

根据《中国生物多样性国情研究报告》［l4］，阔叶林对二氧化硫的吸收能力值为88.65 kg·hm-2·a-l，柏类 4l l.6 kg·hm-2·a-l，杉类 l l7.6 kg·hm-2·a-l，松林 l l7.6 kg·hm-2·a-l，平均为2l5.6 kg·hm-2·a-l。针叶林的滞尘能力值为33.2 t·hm-2·a-l，阔叶林的滞尘能力为 l0.l l t·hm-2·a-l。

针叶林平均吸收HF的能力为0.5 kg·hm-2·a-l，阔叶林平均吸收HF的能力为4.65 kg·hm-2·a-l。针叶林平均吸收氮氧化物的能力为6.0 kg·hm-2·a-l，阔叶林平均吸收氮氧化物的能力为6.0 kg·hm-2·a-l［l5］。根据式(8)、(9)、(l0)、(l l)得到2004年太岳山国有林管理局森林年吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物量分别为l5 237 78l.3 kg、240 869.6 kg 和 693 0l5.6 kg，滞 尘 量 为2 8l5 842 379 kg，森林净化大气环境总价值为44 l26.45万元。

3.l.6 生物多样性保护价值

森林物种保育价值根据Shannon-wiener指数计算，共划分为7级:当指数＜l时，S单为3 000元·hm-2·a-l:当l≤指数 ＜2 时，S单为5 000元·hm-2·a-l:当2≤指数 ＜3 时，S单为l0 000元·hm-2·a-l:当3≤指数＜4时，S单为20 000元·hm-2·a-l:当4≤指数＜5时，S单为30 000元·hm-2·a-l:当5≤指数＜6时，S单为40 000元·hm-2·a-l:当指数≥6时，S单为50 000元·hm-2。太岳林区油松、华北落叶松、辽东栎、侧柏、白桦和山杨林的Shannon-wiener指 数 为 0.536、0.664、0.4l7、0.536、l.277 和0.788［l6］。采用 Shannon-wiener指数的“指数 ＜ l”(3 000元·hm-2)和“l≤指数 ＜2”(5 000元/hm-2)等级标准，根据式(l2)得到2004年太岳山国有林管理局森林年物种保育价值为37 665.70万元。

3.l.7 太岳山国有林管理局森林生态服务功能间接经济价值

根据价值量的体现形式，可以把森林生态系统服务功能的价值分为直接经济价值和间接经济价值［l7］。直接价值是指人们对森林资源的直接利用而产生的价值，主要以林木、林副产品价值和游憩价值来体现。而间接价值主要表现为森林的生态功能，是容易被人们所忽视，而又难以商品化的价值。本文对太岳山国有林管理局森林生态系统服务功能涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、物种保育等间接价值进行了估算。太岳山国有林管理局森林生态系统服务功能总生态价值为上述l2分项之和，每年为6 090 06.55万元，单位面积价值为5.27万元·hm-2。

3.2 比较分析

太岳林区是山西省森林覆盖率最大的林区，太岳山国有林管理局森林生态服务功能价值占山西省森林生态服务功能总价值的5.78%。涵养水源价值占全省森林涵养水源价值的7.28%、保育土壤价值占全省森林保育土壤价值的2.09%、固碳释氧价值占全省森林固碳释氧价值的l2.26%、积累营养物质价值占全省森林积累营养物质价值的l l.48%、净化大气环境价值占全省森林净化大气环境价值的5.38%、物种保育价值占全省森林物种保育价值的l.69%(表l)。

表l 太岳山国有林管理局森林生态系统服务功能各指标的价值对全省的比较Table l The contrast of Taiyue Administration and theprovince's forest ecosystem services index value

虽然占的比例都不算高，但是太岳山国有林管理局森林生态系统单位面积价值比山西省森林单位面积价值 3.l3 万元·hm-2［l8］要高很多，也高于全国4.26 万元·hm-2的水平［l8］，低于云南省 6.77 万元·hm-2［l9］的水平。油松和辽东栎是太岳林区的主要森林类型，其服务功能总价值排在太岳林区所有森林类型的第l和第2位(表2)，二者价值之和是72.58%。油松林单位面积价值为5.7l万元·hm-2，高于山西省油松林单位面积服务功能价值4.64 万元·hm-2［20］。据灵空山林场森林面积为4 l0l.9hm2［7］，算出灵空山林场森林生态价值为2.2亿元，占太岳林区森林生态价值的3.6%。

表2 太岳山国有林管理局不同树种生态服务价值Table 2 The forest ecosystem services value of different tree species in Taiyue Administration

4 结论

综上所述，2004年太岳山国有林管理局森林水源涵养、保育土壤、固碳制氧、营养物质积累、净化空气、生物多样性保护的总生态价值每年为609 006.55万元，其中涵养水源的价值最大，占总生态价值的40.44%，固碳释氧、保育土壤、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保的价值分别占33.93%、7.44%、4.8%、7.25% 和 6.l8%。各服务功能价值排序为涵养水源＞固碳释氧＞保育土壤＞净化大气环境＞生物多样性保护＞积累营养物质。

太岳山国有林管理局不同树种面积排序为:油松＞辽东栎＞落叶松＞侧柏＞白桦＞山杨。不同树种所提供的生态服务功能总价值量排序为:油松＞辽东栎＞落叶松＞侧柏＞白桦＞山杨。不同树种提供的生态服务功能单位面积价值量排序为:油松＞白桦＞侧柏＞辽东栎＞落叶松＞山杨(表2)。因此，森林资源的面积很大程度上决定着森林生态服务功能的总量。油松林生态服务功能价值较大跟分布面积最大有直接关系。

森林结构与功能有密切相关。建群种比率对乔灌最大截留量、枯落物持水量、土壤入渗速率、土壤养分、土壤侵蚀、物种多样性影响较大，而密度的影响较小。混交林往往比单层结构的纯林生产力更高，结构更加稳定，效能更全面。森林结构不同，所提供的凋落物种类不同，化学成分也不同，从而直接或间接的影响着土壤肥力。林龄也是决定土壤质量的重要因子。不同林龄对土壤肥力要求不同，因此土壤质量也有一定的差异性。对于同一植被类型，由于结构的不同、年龄不同，其生态功能也不同。一个健康的森林具有较高的森林生产力和丰富的生物多样性，从而具有防风固沙、涵养水源、水土保持、净化空气、固碳释氧、景观效果等生态功能最大化，最优化。本研究对森林生态服务功能评估是采用统一标准的初步尝试，未考森林结构、年龄、起源以及森林的健康状况等因素对生态服务功能的影响，故评估指标体系和方法有待于进一步完善与细化。

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