新疆天然林生态系统服务功能价值评估

兰 洁，张毓涛，师庆东，李吉玫，许紫峻，韩燕梁

(1.新疆大学 资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆林科院 森林生态研究所，新疆 乌鲁木齐 830063；3.新疆大学 干旱生态环境研究所，新疆 乌鲁木齐 830046)

森林生态系统服务功能是指森林生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1-2]。森林作为地球陆地生态系统中必不可少的资源，一直占据着生态系统的主体部分[3]，它是可再生资源，是人类和多种生物赖以生存和发展的基础[4-5]。因此，早在20世纪50年代人们就开始了对森林生态系统服务功能及其价值的研究[6-8]。但是，长期以来，由于人们对森林资源采取了大量掠夺式的开采和粗放型的管理方式，导致森林面积逐渐减少，使森林生态系统提供的各种服务功能减弱[9-10]，不仅直接影响了生态环境，同时也影响着经济和社会的发展[2,11]。因此，关注森林生态系统的兴衰是至关重要的。而对森林生态系统服务进行量化研究，将其价值纳入社会经济体系当中，是当下全球范围内的重要课题[5]。目前对森林生态系统的价值评估方法主要有2个，即生态系统服务功能价值和能值理论[12]。

1998年长江流域的巨大洪水,分析原因,与森林过度采伐、植被破坏、水土流失、泥沙淤积、行洪不畅有关[13]。此时，人们认识到了森林是陆地生态系统中最重要的自然生态系统，是人类发展不可缺少的自然资源[14-15]。因此，国家提出了“天然林保护”等一系列促进林业发展的生态工程措施，天保工程的实施，旨在改善脆弱和不稳定的环境状况[16]，通过公益林建设解决中国主要天然林区的休养生息和恢复发展问题，从根本上遏制生态环境恶化，保护生物多样性，促进社会经济的可持续发展[17-18]。新疆维吾尔自治区作为天然林保护工程重点实施地区之一，随着天保工程等措施的实施，使生态环境有了明显的改善，水土流失也得到了有效的控制，同时也为新疆乃至全国产生了巨大的生态效益。为更好地加深人们的环境意识，促进和加强林业建设在国民经济中的主导地位，提高森林经营管理水平[1]，需对全区天保工程产生的作用进行量化，评价全区天保工程实施后森林生态服务功能价值量的动态变化。

由于大多作者对森林生态服务功能价值的研究集中在对某一个时间点的特定区域的森林，而从时间跨度上对国家巨额投资支持的林业工程上研究很少[19]。因此，本研究主要以新疆天然林保护工程不同时期各项生态服务功能价值量为出发点，以2000年天保工程一期启动资源数据、到2010年天保工程一期结束以及2015年天保工程二期中期数据为基础，研究新疆天保工程区总价值量、不同区域价值量以及44个林场在2000、2010、2015年生态系统服务功能价值量的动态变化，为新疆天保工程的实施提供参考。

1 研究区概况

新疆天保工程区主要分布在天山、阿尔泰山，少量分布在昆仑山。其中，天山森林主要分布在海拔1 700～2 600 m，森林分布区属于温凉半湿润、半干旱针叶林气候区；阿尔泰山森林主要分布在海拔1 400～2 300 m,属于大陆性气候。山区年均气温0.7℃，雨季多集中在6-8月份，年降水量200～1 000 mm，年蒸发量980～1 150 mm，年径流量100～400亿m3,年均相对湿度65%。天山林下土壤主要为山地灰褐色森林土，阿尔泰山主要为山地棕色针叶林土，腐殖质层较厚。监测的主要优势树种包括雪岭云杉 (Piceaschrenkiana) 、西伯利亚落叶松(Larixsibirica) 、西伯利亚红松(Pinussibirica)、西伯利亚冷杉(Abiessibirica)、桦树(Betulaspp．)、欧洲山杨(Populustremula)以及各类灌木。

新疆维吾尔自治区天然林保护工程直至2015年共分为5个区域：阿尔泰山国有林管理局、天山西部国有林管理局、天山东部国有林管理局、地州所属林场及其他以及天保二期新增林场，共计44个实施单位，其中14个林场为2011年天保二期工程新增林场 。新疆天保工程在新疆伊犁哈萨克自治州、昌吉回族自治州、阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州以及喀什地区等均有分布(图1)。自2000年天保工程实施以来，至2010年天保工程一期实施结束期间全疆森林管护面积由209.47万hm2增加到423.8万hm2,工程区森林覆盖率由25.66%增加到28.94%，林木蓄积量由2.34亿m3增加到2.57亿m3，实现了森林面积、覆盖率和蓄积量的“三增长”；同时，通过调减产量、停止采伐，累计少采伐木材251.7万m3，使森林资源得到有效保护。

注：1.克州奥依塔克林场；2.喀什地区昆仑山林场；3.阿克苏地区天山林场；4.昭苏林场；5.巩留林场；6.察布查尔林场；7.伊宁林场；8.特克斯林场；9.阿克苏地区天山林场；10.西天山自然保护区；11.新源林场；12.巩乃斯林场；13.沙湾林场；14.玛南林场；15.呼图壁林场；16.乌南林场；17.板房沟林场；18.新农大实习林场；19.米泉林场；20.阜康林场；21.吉木萨尔林场；22.奇台林场；23.木垒林场；24.哈密林场；25.乌苏林场；26.博州精河林场；27.尼勒克林场；28.蒙玛拉林场；29.霍城林场；30.博州三台林场；31.博州哈夏林场；32.博州哈日图热格林场；33.夏尔西里保护区；34.塔城地区裕民县巴尔鲁克山林场；35.塔城地区额敏县哈拉也门林场；36.塔城地区和丰县白松林场；37.哈巴河林场；38.喀纳斯国家级自然保护区；39.布尔津林场；40.阿勒泰林场；41.福海林场；42.两河源自然保护区；43.富蕴林场；44.青河林场。

2 研究方法

2.1 森林资源连清数据

新疆天然林保护办公室提供的2000、2010年和2015年44个林场的资源数据，新疆2001、2006年和2011年一类森林资源连清数据，2009年和2015年新疆天保工程各林场的二类森林资源连清数据。

2.2 森林生态服务功能参数

依据新疆天保工程区的布局、气候生态类型、研究区的典型性和代表性，分别在天山林区和阿尔泰山林区选择5个主站点：包括2个以CFERN为主的生态站(分别位于板房沟林场的天山站和喀纳斯自然保护区辖区内的阿山站)，以及哈密林场、巩留林场和富蕴林场。6个辅助点：乌南林场、尼勒克林场、昭苏林场、青河林场、哈巴河林场和板房沟林场。进行各项生态监测，获取长期观测的连清数据,包括主要林分年平均降水量、年地表径流量、年蒸散量、林分年净生产力、土壤容重、有无林地土壤侵蚀模数、土壤营养元素 ( 有机质、) 、空气负离子浓度、年吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物量、林分年滞尘量以及林木各器官养分含量(N、P 、K)和生物多样性指数。相关计算公式主要依据《森林生态服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)[20]。

2.3 社会公共数据

采用我国权威机构公布的社会公共数据，包括水库库容造价、居民用水价格、磷酸二铵价格、固碳价格、负离子价格、二氧化硫治理费用以及降尘清理费用等。当计算各项功能物质量、价值量时，需综合考虑这些公共数据的时效性和物价增长等因素，因此需根据不同年份存款利率Dr和贷款利率Lr对所评估年份价格参数进行贴现换算，得到当年的价格参数。计算公式为：

t=(Dr+Lr)/2

d=(1+tn+1)(1+tn+2)…(1+tm)

式中，Dr为存款利率；Lr为贷款利率；t为存贷款均衡利率；n+1,n+2,…,m为评估年份；d为贴现率(价格参数换算系数)。

3 结果与分析

3.1 天保工程生态服务功能总价值动态评估

从图2可以看出，在天保工程实施期间，森林生态系统服务功能价值量呈上升趋势。2000年天保一期工程施行初期，新疆天保工程区生态服务功能总价值量为350.39×108元，其中涵养水源功能、保育土壤功能、固碳释氧功能、积累营养物质功能、净化大气功能、生物多样性保护价值量分别为144.94×108元、12.62×108元、93.22×108元、16.40×108元、23.77×108元、59.44×108元；直至2010年天保一期工程结束，工程区总价值量达到737.83×108元，其中涵养水源价值量增加193.48×108元，保育土壤价值量增加27.15×108元，固碳释氧价值量增加81.52×108元，积累营养物质价值量增加12.08×108元，净化大气价值量增加16.91×108元，生物多样性保护价值量增长56.30×108元，各项生态服务功能价值量增长幅度为71.14%～215.13%；同时，其总价值量相当于2000年增加了2.11倍，年增长率达到11.06%；同时，天保工程一期各项生态服务功能价值的总增加量(387.44×108元)相当于天保一期工程总投资(14.14×108元)的27.40倍。

2015年天保工程二期中期结束，生态服务功能的总价值量达到921.64×108元，相当于2015年全疆GDP(9324.80×108元)的9.88%(若为44个实施单位总价值量1116.85×108元，则占全疆GDP的11.98%)；其中涵养水源功能价值量(为420.58×108元)最大，占总价值量的45.63%，固碳释氧功能价值量(为216.56×108元)次之，占生态效益总价值量的23.50%，积累营养物质功能价值量(为35.55×108元)最小，占总价值的3.86%；相对于2010年，总价值量增长183.81×108元。天保工程实施前后研究区内的各项生态服务功能价值所占比例排序基本上符合涵养水源功能>固碳释氧功能>生物多样性保护>净化大气功能>保育土壤功能>积累营养物质功能。

注：由于新疆天保一期工程实施时为30个施工单位，为更好的说明生态服务功能价值量的变化，此处2015年的各价值量仅为一期天保工程30个施工单位的总和。

3.2 天保工程不同区域生态服务功能价值评估

从各分区不同森林生态服务功能价值量来看(表1)，2000年，阿山局(阿尔泰山国有林局)、天西局(天山西部国有林管理局)、天东局(天山东部国有林管理局)与地州所属林场及其他的价值量分别为156.83×108元、88.34×108元、80.32×108元、24.90×108元；2010年，阿山局、天西局、天东局及地州所属林场与其他的价值量分别为318.49×108元、166.47×108元、200×108元、52.87×108元；2015年，阿山局、天西局、天东局与地州所属林场及其他的价值量分别为464.85×108元、226.10×108元、252.93×108元、65.63×108元、天保二期新增林场价值量为107.34×108元 。各分局在2000-2015年间总生态服务功能价值量呈增长趋势，且阿山局、天西局、天东局及地州所属林场的年增长率分别为9.65%、9.88%、14.33%、10.90%。天保工程实施后各工程区单位生态服务功能价值量大小排序基本符合阿山局>天东局>天西局>地州所属林场及其他。

对比各分区不同时期不同生态服务功能单位面积价值量(表2)，可知在2000、2010年和2015年3个不同时期内，各分区均为涵养水源、固碳释氧和生物多样性保护单位面积价值量最大。其中，涵养水源功能单位面积价值量在不同时期排序均符合阿山局>天西局>地州所属林场及其他>天东局；固碳释氧功能单位面积价值量在2000年，天西局最大(0.98×104元/hm2)，阿山局最小(0.40×104元/hm2)；而在2010年和2015年，其各分区单位面积价值量排序一致：地州所属林场及其他>天西局>天东局>阿山局；生物多样性保护单位面积价值量的排序基本符合天西局>地州所属林场及其他>天东局>阿山局。保育土壤、净化大气和积累营养物质的单位面价价值量在2000、2010年和2015年均为阿山局最高，地州所属林场林场次之，天东局和天西局最低。

3.3 天保工程区各林场生态服务功能价值评估

通过比较，可看到在2000年天保工程施行初期，30个实施单位中，富蕴林场生态服务功能价值量最大，为56.65×108元，占总价量的16.17%；特克斯林场次之，价值量为26.46×108元，占总价值量的7.55%；总价值量最小的为新农大实习林场，价值量为0.97×108元，仅占总价值量的0.28%。

在2010年天保一期工程实施结束时，各林场中生态服务功能价值量最大的是富蕴林场，为85.02×108元，相对于2000年增加了0.5倍；阿勒泰林场次之，为48.28×108元；而价值量最小的依然是新农大实习林场，为5.21×108元，相对于2000年，其价值量增加了4.37倍。同时，新疆天保工程区30个实施单位在2000-2010年间生态服务功能价值量均呈增加趋势，且价值量年增长率在3.84%～43.71%。

表1 新疆天保工程各分区不同森林生态服务功能价值量Table 1 The function values of different forest ecological services in Xinjiang Tianbao project areas (×108元)

表2 新疆天保工程各分区不同森林生态服务功能单位面积价值量Table 2 The function unit values of different forest ecological services in Xinjiang Tianbao project areas (×104元·hm-2)

2011年天保工程二期开始实施，新疆天保工程区的实施单位由一期的30个增加到44个。在2015年天保工程二期中期结束时，生态服务功能总价值量达到1 116.85×108元，其中，阿勒泰林场功能价值量最大，为81.93×108元；两河源自然保护区次之，为81.05×108元，阿克苏地区库车县天山林场最小，为0.99×108元。与2010年的737.83亿元相比，2011-2015年全疆天保工程区生态服务功能价值增长了379.02×108元。其中，富蕴林场、青河林场及巴音郭楞蒙古族自治州巩乃斯林场生态服务功能价值量有所下降，由2006年新疆维吾尔自治区森林资源部连续清查第5次复查成果可发现，原因可能是由于林场区划调整的不可比增减量引起的。 除此之外，各实施单位价值量均呈增长趋势，且年增长率在1.83%～13.94%。

从各林场单位面积价值量来看，2000年，哈巴河林场最大，为3.31×104元/hm2；特克斯林场次之，为3.11×104元/hm2；木垒林场最小，为1.95×104元/hm2。2010年，新源林场单位面积价值量最大，为4.28×104元/hm2；巩留林场次之，为3.94×104元/hm2；木垒林场单位面积价值量最小，为2.24×104元/hm2。2015年，额敏县哈拉也门林场单位面积价值量最大，为5.21×104元/hm2；巩乃斯林场次之，为5.19×104元/hm2；和丰县白松林场最小，为2.66×104元/hm2(木垒林场为2.73×104元/hm2)。从总单位面积价值量来看，2000年为2.66×104元/hm2，2010年为2.83×104元/hm2，2015年为3.79×104元/hm2(表2)。

表3 天保工程区各单位生态服务功能价值Table 3 Ecological service function values of each forest farm in Tianbao project area

4 结论与讨论

2000-2015年，新疆天保工程研究区森林资源面积、蓄积以及覆盖率实现了三增长；工程区生态服务功能价值在2000、2010、2015年分别为350.39×108元、737.83×108元和1 116.85×108元，且天保工程实施前后研究区内的各项生态服务功能价值所占比例排序基本上符合涵养水源功能>固碳释氧功能>生物多样性保护>净化大气功能>保育土壤功能>积累营养物质功能，而2000年出现积累营养物质功能价值量大于保育土壤功能价值量的原因可能是在天保工程施行初期，森林资源破坏严重，水土流失情况较频繁，导致该情况发生，说明森林在保护土壤资源以及固定土壤肥力方面可产生积极作用。同时，若新疆天保工程区蓄积净增长量按平均65%的出材率和2015年平均木材售价1 452.74元/m3计算，可折合成30 780.76万元；天保工程实施后，要求大幅度调减木材产量，全疆累积15 a完成调减量368万m3(由原来的28万m3减少到2002年的8万m3，2005年新疆全面停止采伐),按照平均蓄积产生的服务功能价值计算，研究区森林资源生态服务功能价值的净增加量和建材量产生的直接经济价值分别为9.59×108元和0.44×108元。

在2000-2010、2010-2015年全疆天保工程实施期间，各区域生态服务功能价值量也呈递增趋势，其中，阿山局、天西局、天东局及地州所属林场的年平均增长率分别为9.65%、9.88%、14.33%、10.90%。涵养水源价值量在不同年份不同分局所占比例均为最大，说明森林对我区的水质调节、净化以及循环方面可产生巨大的作用；而天东局在2000年时，固碳释氧价值量占比最高，原因是该区幼龄林面积(仅占2.47%)远远小于其他龄组面积，而据测算所得，新疆涵养水源功能中为幼龄林单位面积价值量最大，因此，其涵养水源价值量偏小。

在2000、2010年和2015年，阿山局、天西局、天东局和地州所属林场及其他区域的，涵养水源功能、保育土壤功能、净化大气功能和积累营养物质功能的单位面积价值量均为阿山局最高。一方面是由于阿山局面积占新疆天工程总面积比重最大；另一方面是由于各区域中不同服务功能项的参数差异导致的，阿山局的地表径流量相对其他区域最低，土壤以及林分的氮磷钾含量较高，而且林分负离子及林分高度最大。固碳释氧功能和生物多样性保护单位面积价值量为天西局最高，主要原因是该区域林分年生产力相对较强，且降水相对于其他区域较丰富，因此物种数也相对更多。

2000年、2010年、2015年单位面积价值量分别为2.66×104元/hm2、2.83×104元/hm2、3.79×104元/hm2，可看出，随着天保工程的实施，新疆森林生态系统的单位面积价值量逐渐增长，说明天保工程对新疆的森林资源增加起到了重要作用。同时，在3个时期中，均为木垒林场单位面积价值量最小(面积不是最小)，从侧面反映出林场管理人员需寻找产生该情况的原因，对林场加强管理。

与2000年天保工程正式施行时相比，研究区内，2010、2015年的森林生态系统服务功能总价值量均为增长趋势，同时，44个林场的总价值量及单位面积价值量也均呈增长趋势。而引起不同年代生态服务功能价值量变化的主要原因，一方面是物质量的增长，归根结底是近年来封山育林、飞播造林以及禁止采伐等措施起到了决定性作用，使森林面积持续增长；另一方面也是由于当今社会快速发展，各项人工费、排污处理费以及商品的价格指数变化引起的。面对富蕴林场、清河林场和巩乃斯林场价值量负增长的情况，分析原因，主要有：第一，各个时期选择的卫星影片不同，导致面积及林龄划分发生变化；第二，林场的区划调整出现变化，导致林场面积减小，价值量也随之降低。

天保工程的实施,充分认识到了森林生态的巨大效益，有效地保护了新疆的天然林资源，为恢复、保护和建设新疆生态做出了巨大贡献。同时，新疆作为全国所有天保工程重点区域实施的省份之一，为全疆带来更多的物质量和价值量，增强了新疆森林生态系统服务功能，为新疆森林资源和社会经济建设准备了后备资源，并为全国乃至全球的生态环境保护做出一部分贡献。