基于分布式测算方法的上海城市森林生态系统服务功能评估

韩玉洁 孙文 张文文

摘要：本研究基于森林生态系统连续观测与清查体系，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），并结合2016年上海市森林资源监测成果数据，对上海城市森林生态系统服务功能价值进行了评估。结果表明：2016年上海市森林生态系统服务功能总价值为125.8亿元/年，每公顷森林提供的价值量为12.75万元/年。8项森林生态系统服务功能价值量从大到小的顺序为：森林游憩（26.03%）>净化大气环境（22.03%）>固碳释氧（20.24%）>涵养水源（17.14%）>生物多样性保护（9.10%）>保育土壤（3.53%）>林木积累营养物质（1.84%）>森林防护（0.09%）。从研究结果来看，森林游憩功能的价值量最高。森林游憩、净化大气环境、固碳释氧和涵养水源是上海城市森林生态系统服务功能的主体功能，对于上海市营造宜居型城市及创建“生态之城”具有重要的作用。

关键词：城市森林; 生态系统服务功能; 价值评估; 上海

中图分类号：S718.56   文献标志码：A

0 引言

森林生态系统是陆地生态系统的主体，具有很高的生物生产力和生物量及丰富的生物多样性[1]，不仅提供给人类生产生活中所必需的物质资源，而且支撑与维持着地球生命系统，发挥涵养水源、固碳释氧、保护生物多样性等多种生态功能[2-3]。在国内外研究中，Daily等最早提出的“生态系统服务是指自然生态系统及其物种所提供的能满足和维持人类生活所需要的条件和过程”得到人们普遍接受[4];我国侯元兆先生首先总结出了森林水源涵养、土壤保育、固碳制氧、农业防护、生物多样性维护、净化和调节空气、景观游憩等7种生态系统服务类型[5-6]，这对推动我国森林生态系统服务功能评估的发展具有重要指导意义。

相对于自然森林生态系统，城市森林生态系统由于不同的生态格局和人为干扰，而具有独特的气候、土壤、植被和社会动态性[7]。随着城市化进程的加速，城市生态环境问题的日益突出，人们深刻认识到森林的重要作用，城市森林的功能与价值作用也越来越受到人们的重视，分析和评价森林生态服务功能已成为当前生态学和生态经济学等研究的热点问题之一[8-9]。城市森林生态系统服务具有人为主导性、高需求性、空间异质性、动态性、多功能性及社会经济属性等特征[10]，科学评估城市森林生态系统服务功能，深入理解城市森林结构和城市森林生态系统服务价值间的关系，可反过来更好地调整城市森林结构、改善城市规划，指导城市可持续发展，最重要的是，可为城市居民提供更多的幸福感[11]。

上海属于我国特大型城市，社会经济发达、人口密集、土地短缺，目前是大陆地区城市化水平最高（88%）和人口密度最大（3809人/km2）的城市。但是，生态空间匮乏且分布不均，环境容量和环境承载力有限，城市居民对森林生态系统服务的需求强烈。如何科学量化评估上海城市森林生态系统服务功能价值量，是上海城市森林发展急需解答的问题。为此，本文依据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）[12]，结合2016年上海市森林资源监测成果数据，对上海城市森林生态系统服务功能价值进行了评估，研究结果对于上海市加强现有森林资源的开发利用，提升城市森林生态系统服务转化率，让城市居民更大程度地享受森林生态福祉，为政府部门制定保护发展森林目标责任制及公益林生态补偿机制提供科学依据。

1研究区概况

上海地处长江入海口，地理坐标在东经120?51′～122?12′，北纬30?40′～31?53′，土地总面积6340.5 km2。整体上地势低平，仅在松江地区分布着佘山、天马山和小昆山等十余座百米以下的山丘。上海属于北亚热带海洋性季風气候，四季分明，日照充足，雨量充沛。年均温15.8℃，全年无霜期228d，年降雨量1100 mm，约70%集中在5-9月的汛期。年日照时间为2000～2100h，热量资源较为丰富，日照时数及太阳辐射强度的年际间变化较小，地区间差异不大，属于光能资源较为丰富的地区。日平均气温≥10℃的活动积温约为5110℃，持续期为230～234d[13]。目前全市森林资源99%以上为人工林，天然次生林仅存于大小金山岛和佘山地区，地带性植被为含有落叶成分的常绿阔叶林[14-15]。根据上海市2016年森林资源监测成果数据，2016年上海全市森林面积98687 hm2，森林覆盖率达15.56%。

2 研究方法

2.1 评估指标体系及计算公式

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/T1721-2008）[12]，选取涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护、森林防护和森林游憩8个类别22项指标进行价值量评估（见表1）。

2.2数据来源

数据主要来源于①上海城市森林生态系统国家定位观测研究站及国家林业局森林生态系统定位观测研究网络积累的长期定位连续观测研究数据集;②2016年上海市林业局森林资源监测成果数据;③国家权威部门及上海市公布的社会公共数据。

2.3测算方法

为了最大限度考虑不同生态功能区森林生态系统空间和时间上的差异性，森林生态连续观测与清查体系引入了分布式测算模型[16-18]。本评估也是基于分布式测算方法（见图1），具体测算过程如下：⑴首先将上海市按行政区划分为中心城区（包括黄浦区、徐汇区、长宁区、静安区、普陀区、虹口区和杨浦区）、闵行区、嘉定区、宝山区、浦东新区、奉贤区、松江区、金山区、青浦区以及崇明区等10个一级测算单元;⑵每个一级测算单元又按不同优势树种（组），划分成樟木林、水杉林、硬阔类、阔叶混交林、灌木林、果树类、软阔类、针阔混交林、杉类、竹林、松类和针叶混交林等12个二级测算单元;⑶每个二级测算单元按照不同起源，划分为天然林和人工林2个三级测算单元;⑷每个三级测算单元再按龄组，划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个四级测算单元;⑸再结合不同立地条件的对比观测，最终确定了1200个相对均质化的生态服务功能评估单元[19]。

3 结果与分析

3.1 上海市森林生态系统服务功能测算结果

从2016年上海市森林生态系统服务功能物质量和价值量测算结果（见表2）可以看出，森林游憩功能的价值量最大，为32.74亿元，占26.03%。其中，中心城区森林游憩价值量为21.68亿元，在上海各区的森林游憩价值量中为最高，占全市森林游憩价值量的66.23%。2016年上海市涵养水源量为20257.55万m3，相当于全市水库总库容的37%（上海市水库总库容为5.49 亿m3，来源于《上海市第一次水利普查暨第二次水资源普查公报》）。

净化大气环境功能中，森林生态系统滞尘量为6945.40 t，约为本市烟尘排放量的5.75%（2015年烟尘排放量为12.07万t，来源于2016上海市统计年鉴[20]）。吸收污染物量为1134.04万kg，其中二氧化硫吸收量为977.20万kg，二氧化硫吸收量相当于2015年上海市工业二氧化硫排放量的9.32%（2015年上海市工业二氧化硫排放量为10.49万t，来源于2016上海统计年鉴）。

上海市2015年能源的消耗总量是11387.44万t标准煤（来源于2016年上海统计年鉴），经碳排放转换系数[21]换算可知，上海市2015年碳排放量为8540.58万t。2016年上海市森林生态系统固碳量为59.42万t，2016年上海森林生态系统固碳量则相当于吸收了2015年上海市碳排放量的0.7%，其中碳库功能发挥最大的在崇明区、浦东新区和松江区等地。

3.2 上海市森林生态系统服务功能價值量

通过2.2的评估公式和上海市森林资源监测成果数据，计算得出2016年上海市森林生态系统服务功能总价值为125.80亿元，每公顷森林提供的价值量为12.75万元。8项森林生态系统服务功能中，森林游憩价值为21.56亿元，占26.03%;净化大气环境价值为27.72亿元，占22.03%;固碳释氧价值为25.47为亿元，占20.24%;涵养水源价值为21.56亿元，占17.14%;生物多样性保护价值为11.45亿元，占9.10%;保育土壤价值为4.44亿元，占3.53%;林木积累营养物质价值为2.31亿元，占1.84%;森林防护价值为0.11亿元，占0.09%。森林游憩、净化大气环境、固碳释氧和涵养水源所占比例较高，四项功能之和占森林生态系统服务功能总价值的85.44%（见表3）。

3.3 上海市各区森林生态系统服务功能价值比较

从图2和3可以看出，上海各区森林生态系统服务功能总价值从大到小的顺序为中心城区（20.27%）>浦东新区（18.43%）>崇明区（18.25%）>松江区（8.41%）>青浦区（6.82%）>奉贤区（6.71%）>宝山区（5.81%）>嘉定区（5.45%）>闵行区（4.96%）>金山区（4.89%）。中心城区、浦东新区和崇明区位于上海市森林生态系统服务功能总价值的前三位，占全市总价值的56.95%;而嘉定区、闵行区和金山区位于上海市森林生态系统服务功能总价值的后三位，占全市总价值的15.29%。

3.4 上海不同优势树种（组）森林生态系统服务功能价值量比较

上海市不同优势树种（组）森林生态系统服务功能总价值量差异较大（见图4）。各优势树种（组）6大功能合计价值量介于2194.12万～193933.02万元之间，其大小顺序为：阔叶混交林>樟木林>硬阔类>灌木林>果树类>软阔类>水杉林>针阔混交林>竹林>杉类>松类>针叶混交林。各优势树种（组）位于前3位的总价值量分别为193933.02万元、191973.29万元和113408.66万元，其占全市总价值量的39.69%;位于后3位的总价值量分别为28963.45万元、11866.81万元和2194.12万元，其占全市总价值量的3.42%。

4结论与讨论

（1）根据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008），首次采用分布式测算方法，按照行政区、优势树种（组）、森林起源、林龄等四级测算单元，对上海市森林生态系统服务功能价值进行评估。在评估中，对于调节水量、净化水质、固土、提供负离子、吸收污染物、滞尘和森林防护等指标的计算，采取了上海本地参数，特别是滞尘、滞纳PM2.5和滞纳PM10这3个指标的计算是基于上海城市森林生态国家站的实测数据得出的参数，使得评估结果更为精确可靠。

（2）根据测算结果，2016年上海市森林生态系统服务功能总价值为125.80亿元。在8项森林生态系统服务功能中，价值量从大到小的顺序为：森林游憩>净化大气环境>固碳释氧价值为>涵养水源>生物多样性保护>保育土壤>林木积累营养物质>森林防护。森林游憩功能所起的作用最大，这充分说明了城市森林生态系统与人类的关系最为密切，为城市居民日常休闲、游憩、健身提供了高效的生态服务。

（3）上海市各区森林生态系统服务功能价值量的分布格局，与各区森林资源自身的属性有直接的关系。森林生态系统服务功能价值从大到小的分别为：中心城区>浦东新区>崇明区>松江区>青浦区>奉贤区>宝山区>嘉定区>闵行区>金山区。中心城区森林资源总量虽然不大，但是森林生态系统服务功能价值却最高，这与中心城区森林游憩功能有关。中心城区森林生态系统服务总价值为25.49亿元，其中森林游憩功能价值量为21.68亿元，占85.05%。除中心城区外，9个郊区森林生态系统服务功能价值的大小顺序与森林面积大小顺序大体一致，呈紧密的正相关性。上海市森林面积在各区的分布差异很大，郊区森林面积大，而城区森林面积小。2016年上海市各区森林面积从大到小为：崇明区（27.54%）、浦东新区（17.98%）、松江区（9.58%）、青浦区（9.20%）、奉贤区（8.70%）、金山区（6.78%）、嘉定区（6.36%）、闵行区（6.01%）、宝山区（4.72%）、中心城区（3.12%）。浦东新区和崇明区的森林资源面积在全市各区中排前两位，由此所产生的森林生态系统服务功能价值量也在前列，为全市带来了巨大的生态效益。

（4）对于不同林分类型来说，各优势树种（组）六大功能合计价值量介于2194.12万～193933.02万元之间，其大小顺序为：阔叶混交林>樟木林>硬阔类>灌木林>果树类>软阔类>水杉林>针阔混交林>竹林>杉类>松类>针叶混交林，这与森林面积及蓄积量有关。上海市地带性植被为阔叶混交林，因此应以营造阔叶混交林为主，不仅有利于维持森林生态系统的稳定性，而且有利于提高森林生态系统服务功能价值量。

森林生态服务功能价值使我们在一个新的层面上来认识森林与人类的关系，科学地量化城市森林所提供的生态系统服务功能，可用于评估城市森林在提供生态、社会、经济等方面所带来的实际和潜在效益，对提高本市森林资源管理和规划景观绿地等都具有重要作用[23]。因此，上海在城市建设、管理过程中必须对森林生态服务功能价值有足够的认识，从而达到保证森林生态系统服务功能的充分发挥以及森林可持续利用的目的，最终使上海实现人与自然和谐、生态和经济可持续发展之路。

致谢：在评估过程中，得到了中国林业科学研究院首席专家、中国森林生态系统定位观测研究网络管理中心主任王兵研究员的指导和帮助，上海交通大学刘春江教授的研究团队参与了部分测算，在此表示感谢。

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