磐安县重点公益林生态效益价值评估与分析

唐海英,杨定文

(浙江省磐安县林业局,浙江 磐安 322300)



磐安县重点公益林生态效益价值评估与分析

唐海英,杨定文

(浙江省磐安县林业局,浙江 磐安 322300)

摘要：利用2013年公益林效益监测调查数据,依据国家林业局2008年发布的《森林生态系统服务功能评估规范》,对磐安县重点公益林生态服务功能价值进行了估算。结果表明:磐安县重点公益林年发挥生态效益35.64亿元,平均为7.79万元/hm2,远高于其经济效益。根据不同林种所发挥的生态效益高低,提出了最佳森林经营方案,以实现生态效益最大化与最优化。

关键词：公益林;效益;评估;分析

1引言

森林是陆地生态系统的主体,在维护生态平衡、改善生态环境中具有不可替代的作用。在当今全球自然资源趋于枯竭、生态环境日益恶化的大背景下,森林的保持水土、涵养水源、固碳释氧、净化空气、美化环境、保护生物多样性等生态服务功能日益引起人们的重视。科学、量化、客观地评价森林的生态效益,对于加深人们正确认识森林生态功能,增强森林资源保护意识,提高森林经营管理水平,实现经济、社会、资源、环境协调发展具有十分重要现实意义。

2研究区概况

2.1自然地理

磐安县地处浙江中部,介于东径120°17′～120°47′,北纬28°49′～29°19′之间,境内山峦重叠、山势陡峻、河流湍急,地貌类型多样,山地丘陵面积大,全县国土总面积119 812 hm2,其中低中山面积达102 841hm2,占国土总面积85.84 %,丘陵面积8 259 hm2,占国土总面积6.89 %,平畈面积仅8 712 hm2,占国土总面积7.27 %。全县整个地势呈中南部高西部低,地势起伏大,海拨高度在350 m以下面积仅占总面积10.84 %,350～800 m的占总面积77.74 %,800 m以上的占11.42 %。全县坡度在25°以下面积仅占土地总面积28.02 %,25°以上土地面积占土地总面积71.98 %。因此,全县是一个以低中山为主、陡坡面积多、相对高差大的纯山区县。全县地处亚热带季风气候区,山区性较强,具有气候温和、雨热同季、光温互补特点,年平均气温16.1 ℃,年降水量1 527.8 mm,年均无霜期236 d,并具有丰富的地方气候与小气候资源,有利于山地开发与植物生长,对培育与发展森林资源十分有利。

2.2森林资源概况

根据2013年森林资源二类调查监测数据,全县林业用地面积101912 hm2,占国土总面积85.1 %。在林业用地面积中,有林地面积90291 hm2,占林业用地面积88.6 %,灌木林地面积9543 hm2,占9.3 %,未成林造林地面积1587 hm2,占1.6 %,疏林地面积52 hm2,占0.1 %,无林地面积439 hm2,占0.4 %。全县农业人口人均占有林业用地面积8.5亩,全县森林覆盖率80.2 %。

全县森林活立木总蓄积494.68万m3,其中乔木林蓄积475.97万m3,占96.22 %,散生木蓄积5.93万m3,占1.19 %,四旁树蓄积12.78万m3,占2.59 %。在乔木林蓄积中,幼龄林蓄积35.8万m3,占7.52 %,中龄林111.51万m3,占23.43 %,近熟林196.72万m3,占41.33 %,成熟林121.60万m3,占25.54,过熟林10.34万m3,占2.18 %。

2.3重点生态公益林资源

截止到2013年底止,全县拥有省级以上重点公益林45 753 hm2,其中国家级重点公益林24 798hm2,省级重点公益林20 955 hm2。重点公益林主要分布在钱塘江源头、大盘山国家级自然保护区、重要城镇周边、交通干线两侧、重要景区周边及具有保护价值的连片阔叶林与针阔混交林。重点公益林按森林类型分有松木林16 280 hm2,占35.58 %,杉木林7 493 hm2,占16.38 %,阔叶林2 013 hm2,占4.41 %,针阔混交林14 280 hm2,占31.21 %,毛竹林2 100 hm2,占4.58 %,灌木林3 587 hm2,占7.84 %。

3重点公益林生态服务功能界定

森林生态效益服务指森林生态系统形成过程中所形成的,在维持人类赖以生存的自然生态环境中所发挥的作用。森林不仅为人类提供食品、药品、木材等各种生产生活资料,还发挥着改善人类生存环境、保护生物多样性、防灾减灾、维护生态平衡等作用,即生态服务功能。本研究根据磐安实际情况,主要从以下八方面来评价森林生态效益服务功能及其经济价值。即:①涵养水源价值;②森林防护价值;③固土保肥价值;④固碳释氧价值;⑤积累营养价值;⑥森林游憩价值;⑦净化大气价值;⑧保护生物多样性价值。

4采用的数据和来源

本研究对磐安县重点公益林生态服务评估时所采用的数据来源如下:

(1)2008年国家林业局发布的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》(LY/T1721-2008)。

(2)浙江省《重点公益林效益评价办法》。

(3)磐安县2013年森林资源二类调查监测数据。

(4)磐安县2013年重点公益林监测调查数据。

(5)2012年《磐安县重点公益林区划界定成果报告》。

(6)相关研究成果资料及公开发表的文献资料。

5评价指标

本研究采用的评价指标包括涵养水源、固碳释氧、积累营养、森林游憩、净化大气、保护生物多样性、森林防护、固土保肥等八项功能。具体为调节水量、净化水质、固定土壤、减少流失和增加土壤养份、吸收二氧化碳、释放氧气、积累营养物质(N、P、K)、森林游憩、吸收二氧化硫、滞尘、减弱噪声、提供负氧离子、保护生物多样性等。

6评价方法

6.1固碳释氧价值

固碳释氧功能指森林生态系统在形成过程中,森林植物通过光合作用吸收二氧化碳制造氧气的功能,森林是陆地生态系统的主体,也是陆地最大的碳存库,本文通过固碳和释氧二个指标对森林固碳释氧功能进行评估。

(1)固碳价值。

U1=SC1(1.63R1B+F1)

(1)

式(1)中U1为森林植被年固碳价值(元/年),S为森林面积(hm2),C1为固碳价格(元/t),B为森林年净生产力(t/hm2/年),R1为二氧化碳中碳含量,F1为单位面积林分土壤年固碳量,1.63为森林植被每形成1 t干物质,平均需吸收二氧化碳1.63 t,二氧化碳中含碳量0.2728。

(2)释氧价值。

U2=1.19C2×S×B

(2)

式(2)中U2为森林植被年释放氧气价值(元/年),C2为氧气价格(元/t),S为森林面积(hm2),B为森林年净生产力(t/hm2/年),1.19为森林植被每形成1 t干物质,要形成1.19 t氧气.固碳价格和释氧价格采用《森林生态系统服务评估规范》推荐使用的价格,分别是993元/t与1 000元/t。

6.2涵养水源价值

6.2.1调节水量价值

森林的水源涵养主要来源于降水,由于林地内堆积着厚厚的枯枝落叶层,再加上错根盘节的根系在土壤间生长,致使土壤疏松,孔隙多,对雨水渗透能力极强,当降雨时,森林及其土壤象海绵体一样可吸收大量降雨,变为地下水,这些水分在长时间内不断地缓缓流出,起着涵养水源作用。在计算上采用土壤蓄水能力法,并参考浙江省不同森林类型蓄水能力,价值量计算采用替代成本法,即相当于等量水库价值(水库拦蓄1m3建造成本)。建造成本采用国家林业局《森林生态系统服务功能评估规范》推荐成本,即7.04元/m3。

U3=∑Si(Hi-Ho)·b

(3)

U3为森林植被年调节水量价值(元/年),b为水库库容造价(元/m3),Si为第i种类型森林面积(hm2),Hi为第i种森林类型涵养水源能力(m3/hm2),Ho为无林地涵养水源能力(m3/hm2),i为森林类型个数。

6.2.2净化水质价值

森林内发达的根系及疏松的土壤,对流经森林的水具有很好的净化作用,这是因为根系及土壤中的孔隙对水中的污染物起到过滤作用,而且对一些有害物质具有极强的吸附作用,因此,从森林中涌出的泉水一般清澈透明.根据《森林生态系统服务功能评估规范》测算方法,计算公式为:

U4=∑Si(Hi-Ho)·K

(4)

U4为森林年净化水质价值,K为水净化费用,Si为第i种类型森林面积(hm2),Hi为第i种森林类型涵养水源能力,Ho为无林地涵养水源能力,i为森林类型个数。水净化费用采用国家林业局《森林生态系统服务功能评估规范》推荐成本,即2.09元/t。

6.3固土保肥价值

森林具有极强的水土保持功能,树木根系发达,对土壤有极强的粘附力,森林可以延缓雨水落地时间,削弱雨滴对土壤表层的溅击强度,使土壤受雨水侵蚀程度大大减弱,冲不走土壤,林地内的枯枝杪叶层不但可大大减少泥沙流失量,还可吸收5 %～15 %降水.因此,森林的固土保肥主要体现在二个方面,即减少土壤资源损失和保护土壤肥力效益.

6.3.1固定土壤价值

森林的固土效益可以从地表土壤侵蚀程度表现出来,根据无林地土壤侵蚀深度和有林地土壤侵蚀深度之差来测算森林固土量,再按照一般土层厚度,将森林的固土量转化为挖土方工程来计算固土价值。

U5=K·G∑Si×(di-do)

(5)

式中U5为森林年固定土壤价值(元/年),K为水库开挖单位面积土方费用(元/m3),Si为各森林类型面积,G为进入河道或水库泥砂占泥砂总流失量的比重,do为无林地土壤年侵蚀模数(t/hm2/年),di为各森林类型土壤侵蚀模数(t/hm2·年),开挖土方参照《森林生态系统服务功能评估规范》推荐价格,即5元/m3。

6.3.2森林保肥价值

无林地每年因降雨而造成水土流失,不仅带走大量营养物质(N、P、K等),还会带走下层土壤中可溶解物质,造成土壤肥力下降,因此,可以根据土壤养份含量折算成化肥量来测算森林的保肥价值。

U6=D×S×∑P1iP2iP3i

(6)

U6为森林年保肥价值,D为有林地比无林地单位面积减少水土流失量,S为森林总面积,P1i为森林土壤中N、P、K的含量,P2i为N、P、K折算成化肥的比例,P3i为各类化肥价格。N、P为磷酸二氨、K为绿化钾,折算成化肥比例分别为14 %、15.01 %、50 %,森林土壤中N、P、K含量根据不同森林类型实测数据,各类化肥及土壤有机质的平均价格采用《森林生态系统服务功能评估规范》推荐价格,分别为磷酸二氨2 200元/t、氯化钾2 400元/t、有机质539元/t。

6.4净化大气环境价值

森林对大气中的油烟、炭粒、铅、汞等金属粒子具有阻挡、过滤和吸收作用,森林中的许多树种如松木、柳杉、枫树、柏树等对空气中的二氧化硫、氯气、氟化氢等有毒气体具有很强的吸收能力,此外,许多树木和植物能分泌出杀死结核、赤痢、白喉等多种病菌的杀菌素,直接杀灭空气中细菌。森林还能产生一种对人体健康极为有益的物质-负氧离子,它能促进人体新陈代谢,提高人体免疫力。本研究因未对大气中有害物质进行测定,仅对负氧离子产生效益作为净化大气价值,其计算公式为:

U7=5.256×1015×S×H×K2(Q-600)/L

(7)

U7为森林年产生负氧离子价值,S为森林面积,H为林分高度,K2为负氧离子生产费用(元/hm2),Q为森林的负离子浓度(个/ cm3),L为负氧离子留存时间.其中负离子生产费用为5.8185×1018/个,负氧离子留存时间采用《森林生态系统服务功能评估规范》推荐时间,即10 min。

6.5积累营养物质价值

森林在其生长过程中不断从周边吸收营养元素,贮存在植物体中,不同植物N、P、K等含量不同,但这些营养元素,通过地球化学循环,最终以不同形式释放到周边环境,供人类使用,是全球生物循环最重要的组成部份,本研究主要通过计算每年森林吸收的营养物质(N、P、K)来体现,价值量计算是根据不同森林植物营养物质含量与新增生物量计算出每年新增营养物质总量,再把积累的营养物质折算为化肥后的价值来体现。其计算公式如下:

U8=SB年(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3)

式中U8为森林年积累营养价值,N为林木含氮量,P为林木含磷量,K为林木含钾量,R1为磷酸二铵化肥含氮量,R2为磷酸二铵化肥含磷量,R3为绿化钾化肥含钾量,C1为磷酸二铵化肥价格,C2为绿化钾化肥价格,B年为林分年净生产力(t/hm2/年)。S为森林面积(hm2)。磷酸二铵与绿化钾价格采用《森林生态系统服务功能评估规范》推荐价格,分别为2 400元/t与2 200元/t,氮、磷、钾含量采用《森林生态系统服务功能评估规范》提供的含量标准,分别为14 %、15.01 %、50 %。

6.6生物多样性保护价值

森林是全球最大物种基因库,全世界大约500～1 000万种生物栖息或生活在森林里,森林的减少会导致大量物种灭绝,森林是保护生物多样、维护生态平衡最根本途径。根据《森林生态系统服务功能评估规范》有关测算标准,依照全县公益林针叶林、阔叶林、针阔混交林、竹林、灌木林调查监测其乔木层物种种类、数量、胸径;灌木层和草本层物种种类、数量、盖度,计算出相对密度、相对胸高断面积和相对频度,据以确定出各森林类型物种保育shannon-wiener指数,再根据各指数对应的保育价值计算出每个类型物种保育价值。大盘山自然保护区因其属全国唯一以野生中药材种质资源为保护对象,且保护区内分布着多种国家一、二级保护植物和动物,根据评估规范有关规定,另按70000元/hm2计算物种保育价值。

6.7森林游憩价值

随着社会经济的发展,人们崇尚自然、回归自然愿望日益强烈,森林旅游或以森林为依托的各类旅游已日渐成为时尚,并成为21世纪最具发展潜力的产业。当前国内对森林游憩价值虽然没有统一的计算方法,但森林对我县旅游业发展的贡献是显而易见的,参照浙江省林科院对森林游憩价值测算方法,结合我县旅游业以山水自然生态游为主,各大景区都属重点公益林区划范围,森林与旅游业关联度高,全县的自然生态都必须以丰富的森林资源为依托实际,根据省林科院对我县公益林景观资源、区域分布、知名度、关联度等综合评价,测算出我县影子系数为0.29,即按旅游总收入*系数作为森林游憩价值。

6.8森林防护价值

森林具有涵养水源、增加降水、减轻水旱灾等功能,从而为农作物稳产高产提供有利条件,森林的防护效益采用《森林生态系统服务功能评估规范》推荐使用的方法,即通过采用折算为农作物产量来计算。

U防护=AQ防护C防护

(9)

U防护为森林年发挥的防灾减灾防护价值(元/年),A为森林面积(hm2),Q防护为由于森林的存在而增加的农作物产量(t),C防护为农作物价格(元/t)。

7评估结果分析

根据《森林生态系统服务功能评估规范》使用的评价方法及参照指标,结合全县125个重点公益林固定样地调查监测数据,利用上述公式对公益林各项生态服务功能进行测算,全县公益林总生物量为469.70万t,年增长量为41.10万t,调节水量1.35亿t,减少土壤流失量161.42万t,氮磷钾等元素及有机质保肥量7.75万t,积累营养物质0.21万t,吸收二氧化碳76.05万t,释放氧气48.91万t,植被固碳18.27万t.公益林年发挥生态效益总价值为35.64亿元(见表1)。

从上表可以看出,全县重点公益林各生态服务功能年发挥生态效益从高到低依次为:涵养水源>生物多样性保护>释放氧气>森林游憩>净化水质>吸收二氧化碳>固土保肥>净化大气>森林防护>积累营养。

不同森林类型所发挥的生态效益不同,这主要与树种结构、林分质量、立地条件、植被覆盖度等有关。

(1)单位面积涵养水源效益以毛竹林最高,针阔混交林最低,其从高到低依次顺序为:毛竹林>松木林>杉木林>灌木林>阔叶林>针阔混交林(表2)。

表2　磐安县重点公益林不同森林类型涵养水源价值构成

(2)单位面积减少水土流失量以阔叶林最高,灌木林最低,其从高到低依次顺序为:阔叶林>针阔混交林>竹林>松木林>杉木林>灌木林(表3)。

表3磐安县重点公益林不同森林类型减少水土流失价值构成

森林类型松木林杉木林阔叶林针阔混交林竹林灌木林合计固土能力(t/hm2·a):35.2834.7836.0135.6335.3834.46固土总量(万t):57.4426.067.2550.887.4312.36161.42固土价值(亿元):0.0290.0130.0040.0250.0040.0060.081

(3)磐安县重点公益林年增加土壤有机质42 607.29t,单位面积增加有机质以杉木林最高,灌木林最低,其从高到低依次顺序为:杉木林>阔叶林>毛竹林>松木林>针阔混交林>灌木林(表4)。

表4磐安县重点公益林不同森林类型年增加土壤有机质一览

森林类型松木林杉木林阔叶林针阔混交林竹林灌木林年增加量13868.529998.172387.5911303.232454.932594.85面积16280749320131428021003587单位面积增加量0.851.331.190.791.170.72

(4)单位面积释氧量以针阔混交林最高,灌木林最低,其从高到低依次顺序为:针阔混交林>竹林>松木林>阔叶林>杉木林>灌木林(见表5)。

表5磐安县重点公益林不同森林类型释氧价值构成

森林类型松木林杉木林阔叶林针阔混交林竹林灌木林释氧能力(t/hm2·a)10.5987.60110.36512.99312.7287.382释氧总量(t)17252756953208681855402672726475释氧价值(亿元):17.255.702.0718.552.672.65

(5)单位面积吸收二氧化碳量以针阔混交林最高,灌木林最低,其从高到低依次顺序为针阔混交林-竹林-阔叶林-松木林-杉木林-灌木林(表6)。

表6磐安县重点公益林不同森林类型固碳价值构成

森林类型松木林杉木林阔叶林针阔混交林竹林灌木林合计CO2吸收能力(t/hm2·a)16.10713.14316.78220.28019.5289.865CO2吸收总量(t)26221798482337832896014100835384760474折固碳总量(t)7150726856921378974111839649207387固碳价值(亿元)0.710.270.090.790.110.092.06

(6)单位面积生物多样性保护价值以其计算的shannon-Wiener指数来衡量,指数越高,其对应的保护价值越高,从计算结果看,磐安县重点公益林单位面积生物多样性保护以阔叶林最高,竹林最低,其从高到低依次顺序为:阔叶林>针阔混交林>松木林>灌木林>杉木林>竹林(表7)。

表7磐安县重点公益林不同森林类型shannon-Wiener指数分析

森林类型松木林杉木林阔叶林针阔混交林竹林灌木林shannon-Wiener1.49191.16202.27291.91340.22011.3046

7.3磐安县公益林的现状和特点。

(1)针叶林所占面积比例偏大,而单位生物量、固土能力、调蓄水量和贮水量都相对较高的阔叶林、针阔混交林面积比例仍较小;在龄组结构方面,幼龄林、中龄林比例过大,达到总面积的91.71 %,结构不合理。说明公益林的林分质量状况还不理想。

(2)根据林木的生长发育、外观表象特征及受灾情况进行综合评定森林健康状况,磐安县公益林处于健康状态的森林面积比例达到76.56 %,而亚健康森林面积的比例达到23.44 %。

(3)公益林典型群落物种多样性正在增加,群落物种丰富度依次为阔叶林>针阔混交林>针叶林(其中松木林杉木林)>竹林>灌木林。阔叶林、针阔混交林物种多样性较高,植物种类组成较为丰富,结构较为复杂,生态功能较好。

8结语

(1)全县重点公益林年发挥森林生态效益平均为7.79万元/hm2,远高于其经济效益,做好重点公益林建设保护工作,充分发挥森林的涵养水源、保持水土、固碳释氧、森林游憩等多种功能,实现生态效益与经济效益有机统一,是今后全县林业发展重点。

(2)与发达地区相比,由于磐安县森林资源尚处于恢复与发展阶段,森林资源质量总体不高,单位面积发挥的森林生态价值与高质量森林资源分布区相比还存在着一定差距,因此,通过保护和发展森林资源,提高森林资源质量等措施,全县森林生态价值尚有较大的上升空间。

(3)不同林种所发挥的生态效益高低存在较大差距,因此,根据不同地区所要求森林发挥的主导生态功能,可选择对应林种作为今后保护和发展的树种,如重要饮用水源保护地的森林可发展水源涵养能力强的树种如毛竹,水土流失严重地区则以发展常绿阔叶林与针阔混交林为主,二氧化碳排放高的地区则可发展针阔混交林与竹林,以便最大限度发挥吸收二氧化碳功能,而生物多样性保护则必须以发展阔叶林与针阔混交林为主,以实现生态效益最大化与最优化。

中图分类号：S7

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)01-0027-04

作者简介：唐海英(1969—)，女，浙江淳安人,工程师,主要从事公益林建设、保护与管理工作。通讯作者：杨定文(1966—),男,浙江磐安人,工程师,主要从事公益林建设、保护与管理工作。

收稿日期：2015-11-25