国家森林公园生态系统服务评估——以福州国家森林公园为例

刘兴诏，林丽丽，董建文，陈颐，王齐，张增可，黄柳菁

(福建农林大学园林学院，福建 福州 350002)

森林公园是充分发挥森林功能特别是森林生态系统服务功能的主要载体[1]，是区域社会经济发展中重要的组成部分，也是森林生态系统乃至陆地生态系统的重要组成部分。福建省“十三五”林业发展专项规划把生态保护作为林业发展的基础，对森林资源的保护尤为重视。2013年福建省第8次森林资源清查表明，全省森林覆盖率达65.95%，继续保持全国首位，然而，受城市扩张、人类活动等人为干扰和台风、洪涝灾害、水土流失等自然影响，福建省的森林生态环境并不理想。据中国森林公园网公示，2016年福建省有国家级森林公园29处，与黑龙江省并居全国第2，但各地森林公园数量结构分布不均，尤其对市(县)级森林公园重视不足，其森林质量不高、发展滞后[2]。在福建省依托森林公园大力推进“森林人家”建设，开展生态旅游模式的同时，开展森林公园生态系统服务功能价值评估至关重要。

生态系统服务是对包含人类生存和生活质量在内的人类福祉有直接或间接贡献的生态系统产品和生态系统功能[3]。生态系统服务研究可追溯到1960年代中期，但是直到1997年Costanza等[4]才明确提出了生态系统服务的价值估算方法。自2005年千年生态系统评估项目以来，生态系统服务研究尤其是生态系统服务价值评估得到迅速发展[5]，目前生态系统服务价值评估研究主要涉及以下4个方面：一是不同尺度的区域的生态系统服务价值评估，涉及到全球、国家、省级、流域、县域等多种尺度[6]；二是不同生态系统类型的服务功能之间的竞争与协同关系的探讨[7]；三是区域生态系统服务与人类福祉的关系[8]；四是生态系统服务价值评估的方法探讨，包括模型模拟、3S技术等[9-10]。

目前，由于不同学者对评估的方法、评价指标、参数选择的不同，导致不同时间和空间的评估结果缺乏可比性，所以指导实践的应用价值不高，另外，以森林公园为代表的较小尺度的生态系统服务价值的研究鲜有报道，因此，本文研究依据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)[11](以下简称《规范》)和2013年森林资源调查数据，以福州国家森林公园为研究对象，对其进行定量评价和不同林分类型生态系统服务功能的分析，从而为森林公园的资源保护和管理提供参考，并促进我国森林公园的健康发展、林业生态文明建设和绿色国民经济核算，进一步提高人们对生态系统服务功能的认识。

1 研究区概况

福州国家森林公园位于福建省福州市晋安区，是福建省首个国家森林公园。现由植物大观园(核心景区859.3 hm2)、北峰国有林场(768.7 hm2)和宦溪国有林场(1263.3 hm2)三部分构成，总面积2891.3 hm2。现有林地2771.51 hm2，森林覆盖率达95.86%，森林总蓄积514.59×104m3，为亚热带常绿阔叶林区。研究区年平均气温20 ℃，属亚热带海洋性气候，土壤类型主要为红壤和砖红性红壤。

依据《福州植物园植物名录》及现场样方调查，统计出福州国家森林公园共有蕨类植物39科147种，裸子植物11科114种，被子植物200科4864种,是一处集生物多样性保护、科研科普、森林旅游和市民休闲于一体的生态景区和海峡西岸重要的生态文明教育基地。

2 研究方法

2.1 测算方法与指标体系

采用分布式测算的方法，将福州国家森林公园作为一级测算单元，其苗圃地、农地、其它用地和水域未计算，根据用地类型将其分为15类(表1)。

按林分类型、优势树种划分为灌木林地、经济林、毛竹林地(Phyllostachysedulis)、杂竹林地、马尾松(Pinusmassoniana)、杉木(Cunninghamialanceolata)、木荷(Schimasuperba)、硬阔、软阔、其它针叶树和针阔混交林11组二级测算单元。

又按龄组将马尾松、杉木、木荷、硬阔、软阔和其它针叶树划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林5个三级测算单元(参照2010年国家林业局主要树种龄级与龄组划分征求意见稿划分年龄)，其中马尾松、木荷无幼龄林，硬阔无近熟林和过熟林、软阔无幼龄林和过熟林，共24个测算单元。

表1 福州国家森林公园用地分类Tab.1 Land classification of Fuzhou National Forest Park

2.2 数据来源与计算公式

数据主要来源为2013年福州国家森林公园的小班数据、实地调查数据，以及前人研究的相关数据和我国的社会公共数据。参照《规范》将研究区分为以下五大主要功能共11项指标进行价值评价。

2.2.1 固碳释氧

U碳=AC碳(1.63R碳B年+F土壤碳)，

(1)

U氧=1.19C氧AB年，

(2)

式(1)、(2)中：U碳为林分年固碳价值(元/a)；U氧为林分年释氧价值(元/a)；A为林分面积(hm2)；C碳为固碳价格(元/t)；R碳为CO2中碳的含量，为 27.27%；B年为林分净生产力(t/(hm2·a))；F土壤碳为单位面积林分土壤年固碳量(t/(hm2·a))；C氧为氧气价格(元/t)。

C碳采用瑞典的碳税率150美元/t(2013年美元平均汇率6.1932，折合为人民币928.98元/t)。B年的计算方法参考方精云[12]、王斌[13]等建立的不同森林类型的生物量与群落生长量的函数关系，其中灌木林地、经济林、毛竹林地的平均净生产力直接参照方精云[12]、刘磊[14]的取值，分别为10.89 t/(hm2·a)、9.2 t/(hm2·a)、20.59 t/(hm2·a)；F土壤碳取值参照《中国森林生态系统服务功能研究》[15]，经济林为0.40 t/(hm2·a)，马尾松为0.48 t/(hm2·a)，杉木为0.70 t/(hm2·a)，木荷为0.44 t/(hm2·a)，硬阔类为0.42 t/(hm2·a)，软阔类为0.51 t/(hm2·a)，针阔混交林为0.42 t/(hm2·a)。相关参数说明和取值见《规范》。

2.2.2 涵养水源

U调=10C库A(P-E-C)，

(3)

U水质=10KA(P-E-C)，

(4)

式(3)和(4)中：U调为林分年调节水量价值(元/a)；U水质为林分年净化水质价值(元/a)；P为降水量(mm/a)；E为林分蒸散量(mm/a)；C为地表径流量(mm/a)；C库为水库建设单位库容投资(占地拆迁补偿、工程造价、维护费用等等，元/m3)；K为水的净化费用(元/t)；A为林分面积(hm2)。

研究区各主要森林类型蒸散率分别为：灌木林65.9%、经济林65.9%、竹林65.0%、马尾松66.0%、杉木77.3%、硬阔林48.1%、软阔林58.9%(其它针叶树蒸散率参考杉木取值)。2013年福州市降雨量为1202.1 mm，2011年起福州市居民用水为2.55元/t，其它同上。

2.2.3 保育土壤

U固土=AC土(X2-X1)/ρ，

(5)

U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3)，

(6)

式(5)、(6)中：U固土为林分年固土价值(元/a)；U肥为林分年保肥价值(元/a)；A为林分面积(hm2)；C土为挖取和运输单位体积土方所需费用(元/m3)；X1为林地土壤侵蚀模数(t/(hm2·a))；X2为无林地土壤侵蚀模数(t/(hm2·a))；ρ为林地土壤容重(t/m3)；N为林分土壤平均含氮量(%)；C1为磷酸二铵化肥价格(元/t)；R1为磷酸二铵化肥含氮量(%)；P为林分土壤平均含磷量(%)；R2为磷酸二铵化肥含磷量(%)；K为林分土壤含钾量(%)；C2为氯化钾化肥价格(元/t)；R3为氯化钾化肥含钾量(%)；M为林分土壤有机质含量(%)；C3为有机质价格(元/t)。

各类化肥价格参照2016年福建价格监测网公布的数据，其中含N46%的尿素1850元/t，含P12%的过磷酸钙730元/t，含K60%的氯化钾3400元/t，《规范》中含有机质65%的人工草炭300元/t，折合成市场价格，N、P、K元素和有机质的市场价格分别为4022、6083、5667、460元/t。无林地侵蚀模数范围为192～447.7 t/(hm2·a)，取平均值319.8 t/(hm2·a)；有林地的土壤侵蚀模数、土壤中的N、P、K和有机质含量的取值参考张永利[15]和徐凤兰[16]，其它同上。

2.2.4 净化大气

U污染物=K污染物Q污染物A，

(7)

U滞尘=K滞尘Q滞尘A，

(8)

式(7)、(8)中：U污染物为林分年吸收大气污染物的价值(元/a)；K污染物为大气污染物治理费用(元/kg)；Q污染物为单位面积林分年吸收大气污染物的量(kg/(hm2/a))；A为林分面积(hm2)；U滞尘为林分年滞尘价值(元/a)；K滞尘为降尘清理费用(元/kg)；Q滞尘为单位面积林分年滞尘量(kg/(hm2/a))。

不同林分类型净化大气的相关参数取值参考文献[16-20]，其它同上。

2.2.5 森林游憩

(9)

式(9)中：U游为林区森林游憩的价值(元/a)；F为景区参观人数；Pi为游客平均消费(元/人)，ρi为第i类游客所占比例(%)[21]。

3 结果与分析

3.1 固碳释氧功能

福州国家森林公园固碳总物质量为2.97 ×104t/a，释氧总物质量为7.65×104t/a。

单位面积固碳释氧价值的高低，依次为马尾松(5.76万元/(hm2·a))>软阔(4.56万元/(hm2·a))>杉木(4.53万元/(hm2·a))>其它针叶树(4.32万元/(hm2·a))>毛竹林地=杂竹林地(3.30万元/(hm2·a))>木荷(3.03×万元/(hm2·a))>针阔混交林(1.92×万元/(hm2·a))>灌木林地(1.75万元/(hm2·a))>硬阔(1.51万元/(hm2·a))>经济林(1.47万元/(hm2·a))。可见，单位面积马尾松固碳释氧价值最高，经济林的固碳释氧价值最低，这与不同林分类型的蓄积量大小有关。

3.2 涵养水源功能

研究区年涵养水源1152.71×104t，调节水量价值7043.89×104元，净化水质价值2939.42万元。单位面积涵养水源价值的顺序为：硬阔=木荷(5.40万元/(hm2·a))>软阔(4.28万元/(hm2·a))>针阔混交林(3.90万元/(hm2·a))>毛竹林地=杂竹林地(3.64万元/(hm2·a))>灌木林地=经济林(3.55万元/(hm2·a))>马尾松(3.54万元/(hm2·a))>杉木=其它针叶树(2.36万元/(hm2·a))。可见，单位面积硬阔、木荷涵养水源的价值量最高，杉木和其它针叶树涵养水源的价值最低,单位面积阔叶树种涵养水源的价值量大约是针叶树种的1.52-2.28倍。

3.3 保育土壤功能

研究区年固土86.96万t，以马尾松固土物质量最多，为21.21万t。

年固土价值980.72万元，保肥价值6020.40万元。单位面积保育土壤的价值量顺序为：灌木林地(5.56万元/(hm2·a))>硬阔=软阔=木荷(3.14万元/(hm2·a))>其它针叶树(3.14万元/(hm2·a))>毛竹林地=杂竹林地(2.57万元/(hm2·a))>针阔混交林(2.35万元/(hm2·a))>经济林(1.95万元/(hm2·a))>杉木(1.72万元/(hm2·a))>马尾松(1.71万元/(hm2·a))。表明单位面积灌木林地保育土壤的能力最好，阔叶树种保育土壤的价值比针叶树种高，这主要由于灌木林地土壤N、P、K的含量高于其它林分类型，而阔叶林冠层对降雨的截留较大，蓄水能力较好，故灌木林地和阔叶树种具有较好的水土保持功能。

3.4 净化大气功能

研究区年吸收二氧化硫45.40万t，年吸收氟化物0.48万t，年吸收氮氧化物1.66万t，年滞尘量7.20万t。其中，吸收二氧化硫价值为54.48万元，吸收氟化物0.33万元，吸收氮氧化物1.05万元，滞尘价值1.08万元。单位面积净化大气的价值高低为：马尾松=杉木=其它针叶树(267.83元/(hm2·a))>针阔混交林(195.68元/(hm2·a))>毛竹林地=杂竹林地(191.42元/(hm2·a))>硬阔=软阔=木荷(114.92元/(hm2·a))>经济林(112.84元/(hm2·a))>灌木(77.88元/(hm2·a))。表明植物吸收污染物和滞尘量的总体趋势为：针叶树种>针阔>竹林>阔叶树种>经济林>灌木。

3.5 森林游憩功能

研究区的核心景区不仅有珍稀植物园、苏铁园、荫生植物园等14个植物专类园，同时有古遗址、古墓葬、近代文物等多处人文景观，如宋朝的摩崖石刻、宋朝窑址、古驿道、正心寺等，以及龙潭风景区、鸟语林、福建森林博物馆等自然景观，吸引了国内外不少游客前来参观。园区于2008年9月免费开放以来，近几年的游客量基本在400万人次左右[22]。参照刘勇[21]的计算方法，得出研究区2013年的森林游憩价值为4.096亿元。

3.6 福州国家森林公园生态系统服务价值

测算结果见图2和表2。

图2 福州国家森林公园生态系统服务功能价值构成及比例Fig.2 Distribution and proportion of forest ecosystem service value of Fuzhou National Forest Park

由图2可知：2013年福州国家森林公园5项生态系统服务功能的总价值为6.84亿元/a。价值量由高到低的顺序为：森林游憩(4.096亿元/a)>固碳释氧(1.041亿元/a)>涵养水源(0.9983亿元/a)>保育土壤(0.7001亿元/a)>净化大气(56.94万元/a)。其中，森林游憩的价值最高，占总价值的59.87%，其次为固碳释氧15.22%，净化大气的价值最低，占总价值的0.08%。

由表2可知：马尾松提供的生态系统服务价值最大，为7459.84万元/a，这与马尾松面积的大小相关。不同林分类型提供的生态系统服务价值高低为：马尾松(7459.84万元/a)>杉木(4334.43万元/a)>硬阔(2831.70万元/a)>木荷(2790.33万元/a)>其它针叶树(2759.07万元/a)>灌木林地(1932.38万元/a)>毛竹林地(1803.42万元/a)>针阔混交林(1487.69万元/a)>经济林(944.03万元/a)>杂竹林地(724万元/a)>软阔(384.75万元/a)。

表2 福州国家森林公园生态系统服务功能价值测算(万元/a)Tab.2 Evaluation of forest ecosystem service in Fuzhou National Forest Park

4 讨论

4.1 单位面积、不同龄组的固碳释氧功能价值量分析

本文研究构建了不同龄组的固碳释氧功能价值，结果(表3)客观反映了福州国家森林公园各森林类型的固碳释氧情况。

表3 不同龄组固碳释氧功能测算Tab.3 Value of CO2 fixation and O2 generation function in age-group

注：平均年龄通过小班数据的平均每亩林分株树、年龄加权平均计算得出。

一般来说，幼龄林的生产力较低，但研究区杉木、硬阔和针叶幼龄林的固碳释氧价值量比中龄林高，原因可能是研究区各林分类型幼龄林的平均年龄大于前人研究的幼龄林平均年龄[13]，甚至大于等于前人研究的中龄林的平均年龄[23]；同时，固碳释氧价值的高低还与其林分净生产力的大小有关，本文研究通过蓄积量-生物量转换的公式进行计算，由于研究区小班数据的蓄积量大小而导致计算结果存在偏差。

由表3可知:同一林分类型、不同龄组的固碳释氧价值存在差异;单位面积、同一树种从幼龄林到过熟林固碳释氧价值量呈现递减的趋势，其中幼、中龄林的固碳释氧价值最大，过熟林的固碳释氧价值最低(马尾松除外)。

4.2 不同林分类型单位面积生态服务功能价值量分析

不同林分类型单位面积的4种服务功能价值量比较结果见图3。

图3 福州国家森林公园生态系统单位面积价值比较Fig.3 Comparison of service function value of forest ecosystem per unit area in Fuzhou National Forest Park

图3显示：软阔(11.99万元/(hm2·a))>木荷(11.59万/(hm2·a))>马尾松(11.04万元/(hm2·a))>灌木林地(10.86万元/(hm2·a))>硬阔(10.06万元/(hm2·a))>其它针叶树(9.85万元/(hm2·a))>毛竹林地=杂竹林地(9.53万元/(hm2·a))>杉木(8.64万元/(hm2·a))>针阔混交林(8.19万元/(hm2·a))>经济林(6.99万元/(hm2·a))。其中，单位面积价值量以软阔最高，经济林最低;不同林分类型中，阔叶树种和马尾松提供的生态系统服务价值相对较高，这与牛香等[24]对福建省的森林生态系统服务价值评估结果一致。由于马尾松、木荷是研究区的主要造林树种，其中针叶树种(马尾松、杉木和其它针叶林)占研究区总面积的50%，阔叶树种(木荷、硬阔和软阔)占总面积的19%，而针叶林、阔叶林和针阔混交林的面积比为66∶25∶8，这表明针叶树种对福州国家森林公园的生态系统价值发挥了巨大的作用，但这与地带性的树种分布有所偏差。

4.3 与其它生态系统的横向比较

不同地区的森林生态系统服务功能的价值比例构成存在差异。在不同的环境类型中，水、土、气、生等条件差异巨大，森林生态系统对于环境因子的适应能力和调节作用不同。湿热地区的森林所提供的涵养水源、固碳释氧功能较高，例如同是福建地区，森林生态系统中涵养水源、固碳释氧功能都表现出较高的生态价值[24-25]，本文研究结果与其一致。而在干旱地区，森林生态系统提供的服务可能会更侧重于土壤保育方面。例如，在本研究中福州国家森林公园的土壤保育服务仅占总体服务的10%，而在西北干旱地区的祁连山森林生态系统具有的土壤保育服务占总体服务的47%[26]。

与更大的城市区域尺度相比，福州国家森林公园生态系统服务的总价值为6.84亿元/a，占牛香等[24]计算出福州市涵养水源等5项生态系统服务功能价值的1.01%，而研究区的面积仅占福州市总面积的0.24%。说明福州国家森林公园为福州市，乃至福建省的生态环境提供了巨大的价值。

5 结论

基于福州国家森林公园的小班数据和实地调查数据以及《森林生态系统服务功能评估规范》，对福州国家森林公园2013年固碳释氧、涵养水源、保育土壤、净化大气和森林游憩5项服务功能进行评估，结论如下：

(1)福州国家森林公园的不同林分对生态系统服务的贡献优势不同。马尾松林在固碳释氧、吸收大气污染物、滞尘方面的价值较高，硬阔、木荷林在涵养水源的价值量较高，灌木林地在保育土壤的能力更强。

(2)2013年福州国家森林公园生态系统服务功能的总价值为6.84亿元/a。不同服务类型中，森林游憩的价值最高，其次为固碳释氧，净化大气的价值最低；不同林分中，马尾松林提供的生态系统服务价值最大，约占总体价值的11%。

(3)同一林分类型，不同龄组的固碳释氧价值存在差异；从幼龄林到过熟林固碳释氧价值量基本呈现递减的趋势。

6 对策与建议

(1)不同林龄林分的森林生产力存在显著差异，由于幼-中-近熟林阶段的森林生产力较高，因此建议在林分达到成熟林之后，可适当采取间伐补植、异龄混交的模式，进而充分利用林地的生产力，产生较高的固碳价值。

(2)目前，福州国家森林公园针叶林、阔叶林和针阔混交林所占的比例为66∶25∶8，针叶林占有较大的比例。基于福州市所处区域的顶极群落为南亚热带常绿阔叶林，根据森林演替理论[27]，为促进研究区森林的可持续演替，建议对演替中后期的森林采取阔叶树种补种的造林模式。

(3)游憩价值占有较大的比重，主要原因是研究区地理位置距离市中心较近(7 km)，同时又是福州生态城市的名片，其可达性高、影响力大。王琦等[28]指出福州国家森林公园的空间环境年容量为383万人，而游客人数已由2005年的120万人次增至目前的400万人次，因此，研究区的游客量具有超出公园游客承载力的风险，应当引起重视，建议制定高峰节假日错峰出游计划作为风险管理措施。