新疆经济林生态系统保育土壤功能及价值评估

黄秀艳，师庆东*，张毓涛，杨 健，许紫峻

森林生态系统对改善和维护生态环境起着决定性作用，同时还能提供人类生存所必需的重要资源［1］。随着新疆农业产业结构调整，经济林种植面积在逐年扩大，而经济林作为森林生态系统的一部分，其社会及经济效益有目共睹，但当前对其生态效益研究较少。土壤和水是人类生存的重要自然资源，是社会物质生产的基础，由于人们在生产和生活中过度开发利用，并对土地资源实行不合理经营，造成了严重的水土流失。经济林土壤蓄水功能是防止水土流失的有效途径之一［2］，研究经济林保育土壤功能并揭示其过程机理以及生态建设的关键技术和优化模式，对防止土壤侵蚀，建立新疆森林生态系统服务功能研究网络具有不可替代的理论和实践意义。

随着水土流失情况日益加剧和环境恶化，对于生态系统尤其是森林生态系统在保育土壤方面的研究逐渐受到人们的关注。肖寒［3］等研究了海南岛生态系统的经济价值与土壤保持空间分布特征;鲁绍伟［4］等对中国森林生态系统保护土壤的价值进行评价;针对滇中高原山地4种人工群落，孟广涛［5］等对其径流量和土壤侵蚀开展了研究;王金叶［6］等、金铭［7］等在森林土壤水文效应方面进行了相关研究;贺山峰［8］等从土壤理化性质方面对科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落的保育土壤功能进行了研究。经济林保育土壤方面的研究一开始都包含在森林生态系统的服务功能内［9-14］，但有关经济林保育土壤服务功能的研究尚不多见［15-16］，针对新疆干旱条件下，不同经济林种、不同产期的保育土壤服务功能研究也还未见报道。

本研究参照《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721－2008)中保育土壤功能价值评估方法，基于野外采样实测数据和新疆林果统计数据，运用环境经济学理论——市场价值法中的环境效益评估法定量计算新疆不同区域、不同经济林林种和不同林龄的保育土壤功能量及其价值量。为全面了解新疆经济林保育土壤功能，深入了解新疆经济林保肥固土作用，全面评估新疆经济林生态系统生产力提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

2014年全疆经济林面积为7.62×105hm2。巴州、阿克苏、喀什、克州及和田地区为南疆，乌鲁木齐、昌吉、阿勒泰、博州、塔城、克拉玛依及伊犁州为北疆，吐鲁番及哈密地区为东疆。其中:南疆经济林面积为 7.22×105hm2，占总面积的 94.8%;北疆经济林面积为 2.57×104hm2，占总面积的 3.4%;东疆经济林面积为 1.39×104hm2，占总面积的1.8%(表 1)。本研究将全疆苹果、核桃、枣树、梨树、杏树、巴旦木和其他乔木经济林(李树、桃树等)按产期划分为产前期、初产期、盛产期及衰产期，分别对这4个时期的固土、保肥功能及其价值量进行计算。

图1 新疆经济林分区Fig.1 The partition of non-timber product forests in Xinjiang

1.2 数据来源

本研究数据来源:1)实测数据，依照中国林业行业标准(LY/T 1688－2007)干旱半干旱区经济林生态系统定位观测指标，分别在昌吉、佳木试验站、农科院轮台国家资源圃、喀什、库尔勒、阿克苏、哈密等地选取长势良好、树种丰富的果园设置样地22个，选择7种经济林林种不同生长时期的标准木，进行观测、采样，共采集土壤样品140份，进行实验室理化测试，获得相关参数;2)新疆2014年二类森林资源连清数据及林业2014年林果统计数据;3)价格参数选用国家权威部门公布的社会公共数据，价值量的估算是依据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/T 1721－2008)。

1.3 研究方法

综合运用生态学、经济学理论，对全疆不同区域的巴旦木、核桃、枣、梨、苹果、杏等6种经济林林种按产前期、初产期、盛产期和衰产期4个生长时期进行生态系统价值研究，并结合实测数据定量分析和评估各树种各生长期的保育土壤、功能的价值量。其实测数据的采集方法如下:首先在所设置的样地中采用“S”形布点法设置3～5个采样点，使用环刀采集土壤容重样品，然后使用土钻按0～20、20～40、40～60 cm 3个梯度采集土壤样品并测定土壤容重、氮磷钾含量、土有机质含量等指标。保育土壤物质量及价值量计算公式如下:

式中，G固土为林分年固土量(t·a－1);X1为林地土壤侵蚀模数(t·hm－2·a－1);X2为无林地土壤侵蚀模数(t·hm－2·a－1);GN为减少的氮流失量(t·a－1);GP为减少的磷流失量(t·a－1);GK为减少的钾流失量(t·a－1);A为林分面积(hm2);N为土壤含氮量(%);P为土壤含磷量(%);K为土壤含钾量(%)。

固土保肥价值量计算公式:

式中，U固土为林分年固土价值(元·a－1);X2为无林地土壤侵蚀模数(t·hm－2·a－1);ρ为林地土壤容重(t·m－3);U肥为林分年保肥价值(元·a－1);X1为林地土壤侵蚀模数(t·hm－2·a－1);M 为林分土壤有机质含量(%);R1为磷酸二铵化肥含氮量，取值14.0%;R2为磷酸二铵化肥含磷量，取值15.01%;R3为氯化钾化肥含钾量，取值50%;C土为挖取和运输单位体积土方所需费用，取值20.97元·m－3;C1为磷酸二铵化肥价格，取值3 254.25元·t－1;C2为氯化钾化肥价格，取值 2 983.07元·t－1;C3为有机质价格，取值 433.90 元·t－1。

2 结果与分析

2.1 新疆经济林保育土壤功能量评估

根据公式(1)～(4)对7种经济林木的林分固土功能和保肥功能分别进行测定(表1、表2)。新疆经济林固土功能量为 1.54×107t·a－1，保肥功能量为 8.23×105t·a－1。从不同林种来说，7 种类型经济林固土功能量以核桃最高，为 4.93×106t·a－1，占总固土功能量32.05%，最低为其他乔木是3.7×105t·a－1，占总固土功能量2.42%，各类型经济林种固土功能量依次排序为:核桃＞枣＞杏＞巴旦木＞梨＞苹果＞其他乔木经济林。7种类型经济林木保肥功能量以枣最高，为 3.14×105t·a－1，占总保肥功能量 38.2%，最低为其他乔木是 1.86×104t·a－1，占总保肥功能量2.3%，各类型经济林种保肥功能量依次排序为:枣＞核桃＞杏＞巴旦木＞梨＞苹果＞其他乔木经济林。

表1 新疆经济林固土功能评估Table 1 The soil fixation capacity of non-timber product forests in Xinjiang (t·a－1)

从不同区域来说，南疆固土功能量为1.49×107t·a－1，占总固土功能量 97.2%，北疆为 2.41×105t·a－1，占总固土功能量 1.6%，东疆为 1.86×105t·a－1，占总固土功能量1.2%。南疆保肥功能量为7.99×105t·a－1，占总保肥功能量97.1%，北疆为 1.24×104t·a－1，占总保肥功能量 1.5%，东疆为 1.17×104t·a－1，占总保肥功能量 1.4%。

从不同生长期分析，全疆经济林产前期、初产期、盛产期及衰产期固土功能量分别为2.20×106t·a－1，6.70×106t·a－1，5.68×106t·a－1，5.24×105t·a－1;分别占总固土功能量的 14.3%，45.3%，36.9%，3.4%。而其保肥功能量分别为1.16×105t·a－1，3.76×105t·a－1，3.06×105t·a－1，2.52×104t·a－1，分别占总保肥功能量的14.1%，45.6%，37.2%，3.1%。

表2 新疆经济林保肥功能评估Table 2 The fertilizer conservation capacity of non-timber product forests in Xinjiang (t·a－1)

续表2

表3 新疆经济林单位面积固土及保肥功能Table 3 Fertilizer conservation capacity and soil fixation capacity of non-timber product forest in Xinjiang t·hm－2·a－1

全疆经济林不同树种单位面积固土功能依次排序为:巴旦木＞核桃＞枣＞其他乔木＞梨＞苹果＞杏;保肥功能则为:枣＞巴旦木＞杏＞其他乔木＞核桃＞梨＞苹果。

2.2 新疆经济林保育土壤功能价值量核算

2.2.1 不同经济林类型单位面积保育土壤价值核算 地域不同单位面积的保育土壤价值也不同，南疆保育土壤固土及保肥价值皆高于北疆及东疆，说明南疆经济林经济效益高于北疆及东疆(图2、图3)。北疆及东疆并未种植巴旦木。其次，从经济林类型来看，南疆单位面积固土价值依次为:巴旦木＞梨＞杏＞枣＞核桃＞苹果;北疆则为:苹果＞梨＞杏＞枣＞核桃;东疆为:梨＞杏＞枣＞核桃＞苹果。南疆单位面积保肥价值排序为:梨＞枣＞杏＞巴旦木＞苹果＞核桃;北疆及东疆为:梨＞枣＞杏＞苹果＞核桃。造成南疆保育土壤价值大于北疆及东疆的原因可能是由于新疆远离海洋以及其独特的三山夹两盆的地理环境使南北东疆降水差异显著。其他乔木经济林按杏树算，故图表中并未画出。

图2 新疆不同区域各树种保育土壤单位面积固土价值Fig.2 Soil fixation value per unit area of all the tree species in different regions of Xinjiang

图3 新疆不同区域各树种保育土壤单位面积保肥价值Fig.3 The fertilizer conservation value on per unit area of all the tree species in different regions of Xinjiang

2.2.2 新疆经济林保育土壤价值核算 对7种经济林木的林分保育土壤价值量进行测定。全疆经济林总保育土壤功能价值量［17］为 4.99×109元·a－1，其中固土功能价值量为 2.58×108元·a－1，占总保育土壤功能价值量5.2%，保肥功能价值量为4.73×109元·a－1，占总保育土壤功能价值量的94.8%。从不同林种来说，7种类型经济林保育土壤功能价值量以枣最高为 1.94×109元·a－1，占总保育土壤功能价值量 38.8%，最低为苹果是 1.32×108元·a－1，占总保育土壤功能价值量2.7%，各类型经济林种保育土壤功能价值量依次排序为:枣＞核桃＞杏＞梨＞巴旦木＞其他乔木＞苹果。从不同区域来说，南疆保育土壤功能价值量为 4.83×109元·a－1，占总保育土壤功能价值量 96.8%，北疆为 8.29×107元·a－1，占总保育土壤功能价值量1.7%，东疆为 7.30×107元·a－1，占总保育土壤功能价值量1.5%。

表4 新疆经济林保育土壤总价值Table 4 Total value for soil conservation of non-timber product forests in Xinjiang (万元·a－1)

3 结论与讨论

3.1 结论

林分保育土壤功能量为 1.62×107t·a－1，其中固土功能量为 1.54×107t·a－1，保肥功能量为 8.23×105t·a－1，固土功能量是保肥功能量的18.67倍。林分年保育土壤价值为 4.99×109元·a－1，其中固土功能价值量为 2.58×108元·a－1，保肥功能价值量为 4.73×109元·a－1，保肥功能价值量是固土功能价值量的18.32倍。说明新疆经济林的保育土壤功能中的固土功能较强，保肥功能量虽低，但其价值量较大。

按区域和生长时期来说，南疆保育土壤功能量为 1.57×107t·a－1，占总保育土壤功能量97.2%，而北疆及东疆保育土壤功能量分别为2.53×105t·a－1和 1.98×105t·a－1。南疆保育土壤价值量为 4.83×109元·a－1，占总保育土壤价值量 96.9%，北疆及东疆保育土壤价值量分别为 8.29×107元·a－1和 7.30×107元·a－1。全疆经济林产前期、初产期、盛产期及衰产期分别占总固土功能量的14.3%、45.3%、36.9%、3.4%，占总保肥功能量的 14.1%、45.6%、37.2%、3.1%。说明南疆保育土壤功能量占比最大;其次，初产期不论是在固土能力和保肥能力上均比其他产期要高，说明经济林在初产期的代谢功能最强。

全疆单位面积固土功能为:巴旦木＞核桃＞枣＞其他乔木＞梨＞苹果＞杏;保肥功能则为:枣＞巴旦木＞杏＞其他乔木＞核桃＞梨＞苹果。其单位面积保育土壤价值量是梨＞枣＞杏＞其他乔木＞巴旦木＞苹果＞核桃。且7种类型经济林木单位面积的固土功能量高于保肥功能量，固土价值量低于保肥价值量。

3.2 讨论

南疆地区的实物量和价值量在全疆所占的比例最高，是由于新疆经济林的种植受地理位置、土壤质地和气候条件等因素的影响。其次，农业和农副产品加工是南疆的优势产业，相当一个时期内仍然会是南疆的主导产业，发展生态、绿色、有机农业及特色林果业，促进一二三产业融合发展［18］，对南疆经济的发展有促进作用。南疆作为生活条件相对恶劣、经济发展较为落后的地区，经济林面积最大，可加强各级政府科技扶农力度，提高果农个人管理能力，提高经济林产量，增强经济林的固土保肥功能，在保证南疆经济效益的同时，确保经济林的生态效益，对提高南疆生活及生态环境都有至关重要的作用。

从不同类型林种来看，枣树、梨树及杏树的种植范围相对较广，遍布南北东疆，说明这3种树种对环境的适应能力较强，其实物量和价值量不论是从总量和单位面积量上均较高;而巴旦木只在南疆种植，说明巴旦木更喜热耐旱，适合在南疆生长。依据南北东疆不同的地理环境及气候等条件种植适宜名优果种，可以增加全疆经济林产量及增强保育土壤功能，对改善当地的经济效益和生态效益都有极大的促进作用。

本研究从不同区域、不同经济林林种入手，利用市场价值法定量分析了新疆经济林保育土壤功能及其价值，对了解新疆经济林林种分布格局，种植林种选择以及较全面了解新疆经济林固土及保肥功能，为评估新疆经济林生态系统生产力提供数据参考。生态服务功能价值评估的意义主要在于抓住几个有计算依据的核心服务功能，不在于对每一项功能价值的精确估算，评价的目的是为政府决策提供依据［19］。但由于人为因素以及监测条件的限制，本文未能对全疆所有经济林树种进行监测，在监测及计量中也有一定误差。