猫儿山水青冈林土壤保持生态服务价值

桂雪萍，蒙 芳，谭一波*，田红灯，欧芷阳，何琴飞，郑 威，何 峰，庞世龙，彭玉华，叶建平

（1.广西壮族自治区林业科学研究院 广西优良用材林资源培育重点实验室，南宁 530002；2.广西漓江源森林生态系统国家定位观测研究站，桂林 541316；3.广西桂林猫儿山自然保护区管理局，桂林 541316）

土壤是大部分生物生存的载体，对于维持生态系统的正常运转起着不可替代的作用[1-2]。森林土壤生态系统通过截流、吸收、下渗等作用可大大降低雨水和地表径流对土壤表面的直接冲刷力，从而有效地降低土壤侵蚀造成的土壤肥力丧失和生态系统破坏，减轻泥沙对河流、湖泊和水库的淤积等，体现其控制侵蚀的固土服务价值[3]。同时，森林土壤生态系统作为陆地生态系统中最具活性的一个亚系统，是生物与非生物之间进行物质循环和能量交换的最为重要的生态界面，为植物生长提供养分、水分和适宜的物质条件，体现其保持土壤肥力的服务价值[4]。固土和保持肥力服务构成了土壤保持生态系统服务。土壤保持生态系统服务研究对于区域水土保持措施制定，减少养分流失，点源与非点源污染、降低水利工程洪涝风险、防治沉积物堆积等问题具有重要意义[5]。

漓江源头地区以广西桂林猫儿山国家级自然保护区（以下简称“猫儿山保护区”）为代表的原生性植被覆盖区，作为桂林市主要水源涵养林区，是漓江、资江、浔江的发源地，连接长江、珠江两大水系，素有“漓江心脏，桂林山水命根子”之称[6]，对桂林市具有十分重要的作用。而猫儿山保护区面积最大的原生性植被是以水青冈（Fagus longipetiolata）为优势种的常绿落叶阔叶混交林，但过去对水青冈林生态系统的研究主要集中于群落结构[7]、分布格局[8]、涵养水源[9-10]、叶片光合生理[11-12]、叶片营养再吸收[13]和土壤养分[14]的研究，尚未见到对水青冈林土壤生态系统服务的研究，且以往对猫儿山森林生态系统服务[15]以及漓江流域生态系统服务[16]等区域大尺度的价值评估往往缺乏实地调查数据或数据过于粗糙。因此，本研究依托广西漓江源森林生态系统国家定位观测研究站获取的大面积精细化调查资料和实测数据，开展水青冈林土壤保持生态系统服务研究，以期为区域水土保持措施制定和保护区对独特的单一生态系统精细化管理提供支撑。同时，水青冈林土壤保持生态系统服务研究对保护漓江流域山水景观、维护漓江流域的生态安全，以及桂林建设国家可持续发展议程创新示范区都具有重要作用。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

猫儿山（110°19′～110°31′E，25°48′～25°58′N）位于广西桂林北部，是漓江、资江和浔江三大河流的主要发源地[17]，最高峰海拔2 141.5 m，是华南第一高峰。猫儿山属中亚热带山地气候，年降水量2 400 mm左右，3—7月为雨季。植被垂直带谱较明显，可分为常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿针阔叶混交林、高山矮林和灌草丛[18]，其中常绿落叶阔叶混交林是以水青冈为优势种的林分，分布海拔范围为1 300～1 800 m。

1.2 数据来源

1.2.1 样地实测数据

依托广西漓江源森林生态系统国家定位观测研究站，并根据中华人民共和国国家标准《GB/T 33027-201620森林生态系统长期定位观测方法》[19]，在猫儿山水青冈占优势的1 300、1 500、1 800 m等3个海拔各设置1个100 m×100 m样地，按0～10、10～20、20～40、40～60 cm分层采集土壤有机质、全氮、全磷、全钾分析样品，同时每层采集3个环刀土样，供测定土壤容重。

土壤容重采用环刀法（环刀容积为100 cm3）[20]，土壤有机质测定采用《LY/T1237-1999森林土壤有机质的测定及碳氮化的计算》[21]方法，土壤全氮采用《LY T 1228-2015森林土壤氮的测定》[22]，土壤全磷采用《LY T 1232-2015森林土壤磷的测定》[23]，土壤全钾《LY T 1234-2015森林土壤钾的测定》[24]。猫儿山水青冈林样地情况见表1。

1.2.2 社会公共数据

根据森林生态系统服务价值评估要求，森林资源数据来自于2014年猫儿山自然保护区森林资源二类调查结果和猫儿山综合科考报告[25]，社会公共数据集采用国家或广西区权威机构公布的2016年社会公共数据（表2）。

表1 水青冈林样地概况及土壤养分含量Tab.1 Situation and soil nutrient content of Fagus longipetiolata forest sample plots

表2 土壤保持生态系统服务社会公共参考数据Tab.2 Social public reference data of soil conservation ecosystem services

1.3 评估方法

猫儿山水青冈林土壤保持生态系统服务价值评价指标参考《LY/T 1721-2008森林生态系统服务功能评估规范》[26]确定（表3）。

表3 土壤保持生态系统服务价值评价指标测算方法Tab.3 Estimation method of evaluation index of soil conservation ecosystem service value

猫儿山水青冈林土壤保持生态服务价值量评估公式及测算方法如下[26]：

（1） 固土价值

V固土=G固土C土/ρ，G固土=S（X2-X1）

上式中，V固土为林分年固土价值（元/a）；C土为挖取和运输单位体积土方所需费用（元/m3）；ρ为土壤容重（t/m3）；G固土为林分年固土量（t/a）；S为林分面积（hm2）；X2为无林地土壤侵蚀模数（t·hm-2·a-1）；X1为林地土壤侵蚀模数（t·hm-2·a-1）。

（2）保持土壤氮量价值

VN=G固土CNRNV磷酸二铵

式中，VN为保持土壤氮量价值（元/a）；G固土为林分年固土量（t/a）；CN为土壤氮含量（%）；RN为磷酸二胺中氮含量（%）；V磷酸二铵为磷酸二胺价格（元/t）。

（3）保持土壤磷量价值

VP=G固土CPRPV磷酸二铵

式中，VP为保持土壤磷量价值（元/a）；G固土为林分年固土量（t/a）；CP为土壤磷含量（%）；RP为磷酸二胺中磷含量（%）；V磷酸二胺为磷酸二胺价格（元/t）。

（4）保持土壤钾量价值

VK=G固土CKRKV氯化钾

式中，VK为保持土壤钾量价值（元/a）；G固土为林分年固土量（t/a）；CK为土壤钾含量（%）；RK为氯化钾中钾含量（%）；V氯化钾为氯化钾价格（元/t）。

（5）保持土壤有机碳含量价值

VM=G固土CMV有机质

式中，VM为保持土壤有机质量价值（元/a）；G固土为林分年固土量（t/a）；CM为土壤有机质含量（%）；V有机质为有机质价格（元/t）。

（6）贴现率[27]

使用贴现率将各地非评估年份评估价值转换为评估年份价值，以便统一比较各地价值量现价。其计算公式如下：

t=（Dr+Lr）/2，d=（1+tn+1）（1+tn+2）…（1+tm）

式中，t为存贷款均衡利率（%）；Dr为银行的平均存款利率（%）；Lr为银行的平均贷款利率（%）；d为贴现率；n为价格参数可获得年份；m为评估年份。

2 结果与分析

2.1 猫儿山水青冈林固土服务价值

猫儿山水青冈林单位面积（1 hm2）平均固土量为34.84 t/a，固土价值为1 076.59元/a；猫儿山110.2 hm2水青冈林年固土量为3 839.37 t，林分年固土价值为118 614.32元（表4、5）。

表4 水青冈林样地单位面积土壤固土服务价值Tab.4 Soil consolidation ecosystem service value per unit of Fagus longipetiolata forest sample plots

表5 水青冈林土壤固土服务价值Tab.5 Soil consolidation ecosystem service value of Fagus longipetiolata forest

2.2 猫儿山水青冈林土壤保肥服务价值

林分单位面积平均保持氮量、保持磷量、保持钾量和保持有机质量分别为0.02、0.004 7、0.40、3.75 t/a，其中单位面积平均保持有机质量最高，保持钾量次之，保持磷量最小；林分单位面积平均保持氮量价值、保持磷量价值、保持钾量价值和保持有机质量价值分别为43.69、12.65、865.23、2 064.69元/a，其价值量大小顺序与林分单位面积平均保持各元素量的排序相同；林分单位面积平均保肥价值为2 986.25元/a（表6）。

猫儿山110.2 hm2水青冈林年保持氮量、保持磷量、保持钾量和保持有机质量分别为1.80、0.52、44.56、413.69 t/a，林分年保持氮量价值、保持磷量价值、保持钾量价值和保持有机质量价值分别为 4 814.53、1 393.48、95 347.99、227 528.49元/a，林分年保肥价值为329 084.50元/a。

表6 水青冈林单位面积和所有林分土壤保肥服务价值Tab.6 Value of soil fertilization ecosystem service in unit area and all stands of Fagus longipetiolata forest

2.3 土壤保持生态服务总价值及其特征

猫儿山水青冈林2016年土壤保持生态服务总价值为447 698.81元，其中林分年固土价值118 614.32元，占土壤保持生态服务价值的26.49%，林分年保肥价值329 084.5元，占土壤保持生态服务价值的73.51%（表5、6、7）。林分年保肥价值中所占比例最大的是林分年保持有机质含量价值（占50.82%），其次是林分年保持钾量价值（占21.30%），最小是林分年保持磷量价值（占0.31%）。

表7 水青冈林土壤保持生态服务总价值及其特征Tab.7 Total value and characteristics of soil conservation ecosystem services in Fagus longipetiolata forest

3 结论与讨论

猫儿山水青冈林2016年单位面积年平均固土价值为1 076.59元/（hm2·a），平均保肥价值为2 986.25元/（hm2·a），单位面积平均年土壤保持生态服务价值为4062.84元/（hm2·a）。猫儿山110.2hm2水青冈林年固土价值为11 614.32元/a，年保肥价值为329 084.50元/a，2016年土壤保持生态服务总价值为447 698.81元/a；水青冈林年保持氮量价值、保持磷量价值、保持钾量价值和保持有机质量价值分别为4 814.53、1 393.48、95 347.99、227 528.49元/a。水青冈林土壤保持生态服务价值各分量对总价值的贡献率具有较大的差异，其中对总价值贡献率最高的是林分年保持有机质含量价值为50.82%，其次是林分年固土价值和年保持钾量价值，分别为26.49%、21.30%，贡献率最低是林分年保持磷量价值为0.31%。林分年保持有机质含量价值最高，主要是由于森林土壤碳库巨大的体量所致；年固土价值较高主要是因为水青冈天然林水土保持能力较强。土壤年保持氮量、年保持磷量和年保持钾量价值排序与土壤营养元素含量密切相关，基本真实反应了土壤各营养元素的含量变化情况，与王海伦等[15]对猫儿山的研究相似。

目前，《LY/T 1721-2008森林生态系统服务功能评估规范》[26]在生态系统服务价值评估研究中被广泛采用[28-35]，虽然不同研究在具体指标、年度参数上存在一定差距。本文将猫儿山水青冈林结果与其他研究结果（贴现至2016年）对比表明（表8），本研究的单位面积服务价值与广西森林平均水平较为接近，结果基本处于同一数量级，说明本研究结果具有一定的准确性和科学性。与大瑶山和姑婆山的差异主要是猫儿山土壤养分含量较低，以及生态系统类型不同导致的。相对于北方针叶林[28]、针阔混交林[29]而言，水青冈林分林下植被丰富，结构更复杂，林下枯落物较多，其持沙和截留等土壤保持能力更强。

表8 不同研究区价值评估结论比较Tab.8 Comparison of the evaluation results of different research areas

以往对猫儿山的研究表明[15]，森林生态系统中水源涵养服务、生物多样性服务占到猫儿山森林生态系统服务价值的75.62%，土壤保持服务仅占到5%的比例。本文对猫儿山优势植被水青冈林生态系统中的土壤保持生态服务进行了价值评估，虽然生态系统服务价值计算方法较多，计算结果受市场物价变动等多种因素的影响，不同方法间也较难统一[28]。但仅仅一种林分的土壤保持服务就有如此巨大的价值，说明水青冈林土壤保持服务在维系和促进生态系统可持续发展中将发挥重要作用[36]，需要引起足够重视[30]。今后研究中应持续开展年度序列的生态价值精细化评估，把评估结果与生态补偿机制研究紧密结合，为保护区乃至漓江流域进行生态补偿提供科学依据和数据基础。