新疆森林生态系统服务功能价值评估∗

肖中琪，张毓涛，李吉玫

(1.新疆维吾尔自治区林业厅天然林保护工程和产业发展办公室，新疆 乌鲁木齐 830063；2.新疆林业科学院森林生态研究所，新疆 乌鲁木齐 830063；3.新疆天山森林生态系统国家定位观测研究站，新疆 乌鲁木齐 830063)

生态系统服务是指人类从生态系统获得的各种惠益[1]，功能健全的生态系统能显著提升人类福祉，它的变化会对人类造成多方面的深远影响.森林是陆地生态系统中面积最大、生物种类最丰富、功能最完善的一种生态系统，也是生态系统服务功能经济价值的主要构成.虽然干旱区森林面积小、资源稀缺，但在维持干旱区生态系统物质和能量平衡的过程中起着至关重要的作用，它是阻挡风沙前进的堡垒，是维持生态安全的天然屏障和重要保障，对干旱区人类活动具有重要的意义[2−4].同时，其极易受人类活动的干扰，因此成为全球环境变化最为敏感和最为脆弱的地带之一[5,6].对森林生态系统服务功能进行科学评估，能够为维护森林生态系统的健康发展提供有力保障，为我国实施主体功能区规划、科学划定生态红线、建立生态评价制度等决策提供有力依据和对策[7,8].鉴于生态服务功能评估的重要性，科学、全面、系统地评估生态系统的服务功能越来越受到国内外学者的关注[9−14].2001年联合国千年生态系统评估正式启动，我国学者也通过选取不同指标，利用不同方法对不同生态系统做过大量评估和研究[15,16].纵观国内外，造成生态服务功能评估结果缺乏可比性的原因主要有以下几方面：一是评估的尺度不同（区域、景观、生态系统）；二是评估的指标不同（单项、多项）；三是评估方法不统一；四是采用的评估数据来源各异[17−19].国家林业局林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）[9]的颁布，不仅解决了评估标准系统化的问题，更加推进了研究者对于森林生态系统服务功能价值的研究.

新疆森林资源主要由山地森林、平原荒漠林和绿洲人工林三大森林生态系统组成[11].在降雨稀少、蒸发强烈、生态脆弱的特殊环境下，各森林生态系统发挥的主导功能各有差异.虽然已有学者通过查阅文献或短期监测的方式获得数据并对新疆森林服务功能价值进行了评估，但关于新疆平原荒漠林、绿洲人工林的生态系统服务价值量仍不清楚.为了量化新疆三大森林生态服务功能价值，凸显林业产业在国民经济建设中的地位，本文依据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）[9]，利用相关数据，对新疆三大林地类型（乔木林、灌木林和经济林）及三大生态系统（山地森林、平原荒漠森林、绿洲人工林）的服务功能量进行评估.

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

新疆深居欧亚大陆腹地，是我国干旱区的主体，属大陆性干旱气候，降水稀少，且分布极不均匀，北疆山区降水量400∼600 mm，平原区100∼200 mm，南疆地区16∼85 mm；蒸发强烈，北疆地区为1 500∼2 300 mm，南疆地区为2 100∼3 400 mm，因此干旱是最大的气候特征.新疆为典型的山地-绿洲-荒漠景观格局，生态系统脆弱.特殊的地理位置加之人类活动的影响，导致区域内生态环境问题突出，水资源缺乏、植被覆盖率低、土地荒漠化严重，自然灾害频发.

1.2 森林资源概况

2014年新疆森林资源二类调查资料显示，森林面积为1 165.36×104hm2，覆盖率仅为4.70%.森林资源主要由山地森林、平原荒漠森林、绿洲人工林三大部分组成.从生态系统看，山地森林优势树种有天山云杉、西伯利亚落叶松、西伯利亚红松、西伯利亚冷杉、桦树、黑果小檗、刚毛忍冬、多刺蔷薇、黑果栒子、天山绣线菊、新疆方枝柏、锦鸡儿等；平原荒漠林优势树种为胡杨、梭梭、柽柳等；绿洲人工林优势树种有杨树、榆树、沙枣、苹果、核桃、巴旦木、红枣、香梨、杏等.从林地类型看，乔木林优势树种为天山云杉、西伯利亚落叶松、西伯利亚红松、西伯利亚冷杉、桦树、胡杨、杨树、榆树、沙枣等；灌木林优势树种有黑果小檗、刚毛忍冬、多刺蔷薇、黑果栒子、天山绣线菊、新疆方枝柏、锦鸡儿、梭梭、柽柳等；经济林优势树种有苹果、核桃、巴旦木、红枣、香梨、杏等.新疆三大林地类型及三大生态系统面积见表1.

表1 2014年新疆森林资源二类调查各森林生态系统面积Tab 1 Area of forest ecosystem of the second forest resource inventory in Xinjiang,2014

1.3 研究方法

1.3.1 数据来源

（1）分布在山区的新疆天山和阿尔泰山森林生态系统国家定位观测研究站、分布在平原荒漠区的新疆精河荒漠林和塔里木河胡杨林生态系统国家定位观测研究站、分布在绿洲的新疆阿克苏绿洲经济林生态系统国家定位观测研究站等5个站点获取的生态连清数据.（2）权威机构公布的社会公共数据.（3）2014年新疆森林资源二类调查数据.

1.3.2 评估方法

基于以上数据，依据国家林业行业标准《森林生态服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）[9]，从涵养水源、固碳释氧、保育土壤、积累营养物质、森林防护、净化大气和生物多样性保护等7个方面，对新疆三大林地类型和三大生态系统的生态服务功能物质量和价值量进行评估.

2 结果与分析

2.1 新疆森林生态系统服务功能总物质量

经估算，新疆森林每年涵养水源总量为43.77×108m3，固土总量为27 055.80×104t，保肥总量为641.15×104t，固碳总量为2 871.16×104t，释氧总量为3 994.75×104t，积累营养物质总量为146.14×104t，吸收污染物（二氧化硫、氮氧化物）和滞尘总量为3 816.34×104t，产生负离子总量为2 819.85×1022个，固沙总量为82 426.52×104t，作物增产总量为1 502.16×104t（表2）.

表2 新疆森林生态系统服务功能物质量Tab 2 Mass of forest ecosystem service functions in Xinjiang

从不同林地类型看，乔木林和灌木林的涵养水源功能总物质量分别占新疆森林涵养水源功能总物质量的64.32%和35.68%；乔木林、灌木林和经济林固土功能物质量分别占15.18%、78.97%和5.84%；保肥功能物质量分别占26.42%、60.35%和13.23%；固碳功能物质量分别占58.56%、35.06%和6.37%；释氧功能物质量分别占91.39%、7.33%和1.31%；积累营养物质功能物质量分别占41.88%、56.27%和1.84%；滞尘和吸收污染物功能物质量分别占83.37%、7.76%和9.01%；产生负离子功能物质量分别占83.31%、6.86%和9.83%；固沙功能物质量分别占10.07%、82.38%和7.55%；作物增产功能物质量分别占20.68%、51.26%和28.06%.乔木林固土功能分别是灌木林和经济林的0.19倍和2.60倍；保肥功能分别是0.43倍和2.00倍；固碳功能分别是1.67倍和9.18倍；释氧功能分别是12.47倍和69.58倍；积累营养物质功能分别是0.77倍和22.67倍；滞尘和吸收污染功能分别是10.94倍和9.25倍；产生负离子能力分别是12.15倍和8.48倍；固沙功能分别是0.12倍和1.33倍；作物增产分别是0.40倍和0.74倍.乔木林涵养水源功能是灌木林的1.80倍.

从新疆森林不同生态系统看，山地森林生态系统、平原荒漠林生态系统和绿洲人工林生态系统固土功能总物质量分别占新疆森林固土功能总物质量的4.10%、87.74%和8.15%；保肥功能物质量分别占23.16%、62.09%和14.77%；固碳功能物质量分别占28.58%、33.60%和37.82%；释氧功能物质量分别占27.65%、10.88%和61.46%；积累营养物质功能物质量分别占74.86%、3.94%和21.20%；滞尘和吸收污染功能物质量分别占64.90%、18.51%和16.58%；产生负离子能力分别占76.58%、11.27%和12.15%；固沙功能物质量分别占0.00%、89.09%和10.91%；作物增产功能物质量分别占0.00%、60.44%和39.56%.山地森林生态系统固土功能物质量分别是平原荒漠林和绿洲人工林生态系统的0.05倍和0.50倍；保肥功能物质量分别是0.37倍和1.56倍；固碳功能物质量分别是0.80倍和0.76倍；释氧功能物质量分别是2.54倍和0.50倍；积累营养物质功能物质量分别是19.02倍和3.53倍；滞尘和吸收污染功能物质量分别是3.50倍和3.91倍；产生负离子能力分别是6.79倍和6.30倍.

2.2 新疆森林生态系统服务功能单位面积物质量

新疆森林每年每公顷涵养水源量为357.63 m3；固土23.33 t；保肥0.55 t；固碳2.46 t；释氧3.43 t；林木积累营养物质0.13 t；吸收污染物和滞尘3.27 t；产生负离子2.42×1018个；固沙70.73 t；作物增产1.29 t（表3）.

表3 新疆森林生态服务功能单位面积物质量Tab 3 Per unit mass of forest ecosystem service functions in Xinjiang

乔木林单位面积涵养水源物质量是灌木林的5.87倍；其单位面积固土物质量是灌木林和经济林的0.63倍和0.77倍；保肥功能物质量分别是1.43倍和0.59倍；固碳功能物质量分别是5.44倍和2.74倍；释氧功能物质量分别是40.61倍和20.72倍；积累营养物质功能物质量分别是2.42倍和6.74倍；滞尘和吸收污染功能物质量分别是35.66倍和2.76倍；产生负离子能力分别是39.91倍和2.53倍；固沙功能物质量均是0.40倍；作物增产功能物质量分别是1.31倍和0.21倍.

从新疆森林不同生态系统看， 山地森林生态系统单位面积固土物质量是平原荒漠林和绿洲人工林的0.11倍和0.18倍；保肥功能物质量分别是0.89倍和0.57倍；固碳功能物质量分别是2.03倍和0.28倍；释氧功能物质量分别是6.06倍和0.16倍；积累营养物质功能物质量分别是45.41倍和1.28倍；滞尘和吸收污染功能物质量分别是8.36倍和0.55倍；产生负离子能力分别是16.55倍和2.93倍.

图1 新疆森林生态系统各项服务功能价值占比Fig 1 The proportion of each function value of forest ecosystem service functions in Xinjiang

2.3 新疆森林生态服务功能总价值

2014年新疆森林生态系统7项服务功能的总价值为4 890.80×108元.各功能价值依次为森林防护(2 215.05×108元）>固碳释氧（959.62×108元）>生物多样性保护（619.09×108元）>涵养水源（507.00×108元）>保育土壤（379.92×108元）>林木积累营养物质（105.74×108元）>净化大气环境（104.22×108元），各功能占比见图1.从不同林地类型看，灌木林、乔木林和经济林生态服务功能价值分别占总价值的54.66%、36.96%和8.38%.从不同生态系统看，平原荒漠林、山地森林和绿洲人工林生态服务功能价值分别占54.37%、23.68%和21.95%.

灌木林各项服务功能价值依次为森林防护>生物多样性保护>保育土壤>涵养水源>固碳释氧>积累营养物质>净化大气（图2）.

图2 灌木林各项服务功能价值占比Fig 2 The proportion of each function value of shurb forest ecosystem service functions

图3 乔木林各项服务功能价值占比Fig 3 The proportion of each function value of arbor forest ecosystem service functions

乔木林各项服务功能价值依次为固碳释氧>涵养水源>森林防护>生物多样性保护>积累营养物质>净化大气>保育土壤（图3）.

经济林各项功能价值依次为森林防护>保育土壤>固碳释氧>净化大气>积累营养物质（图4）.

图4 经济林各项服务功能价值占比Fig 4 The proportion of each function value of economic forest ecosystem service functions

图5 山地森林各项服务功能价值占比Fig 5 The proportion of each function value of mountain forest ecosystem service functions

图6 平原荒漠林各项服务功能价值占比Fig 6 The proportion of each function value of plain desert forest ecosystem service functions

图7 绿洲人工林生态系统各项服务功能价值占比Fig 7 The proportion of each function value of oasis man-made forest ecosystem service functions

山地森林生态系统各项服务功能价值排序依次为涵养水源>固碳释氧>生物多样性保护>净化大气>保育土壤>积累营养物质（图5）.

平原荒漠林生态系统各项服务功能价值排序依次为森林防护>生物多样性保护>保育土壤>固碳释氧>净化大气>积累营养物质（图6）.

绿洲人工林生态系统各项服务功能价值排序依次为固碳释氧>森林防护>保育土壤>积累营养物质>生物多样性保护>净化大气（图7）.

2.4 新疆森林生态服务功能单位面积价值

2014年新疆森林生态服务功能单位面积价值为5.73×104元/hm2，其中森林防护功能单位面积价值量最高，为1.90×104元/hm2，分别是固碳释氧、生物多样性保护、涵养水源、保育土壤、积累营养物质和净化大气环境功能价值的2.31倍、3.58倍、4.37倍、5.83倍、20.94倍和21.25倍.从不同林地类型看，单位面积价值量最高的为乔木林，是经济林和灌木林的2.20倍和1.31倍.从不同生态系统看，单位面积价值量最高的为绿洲人工林，是山地森林和平原荒漠林的2.63倍和2.72倍（表4）.

表4 2014年新疆森林生态系统各项服务功能单位面积价值（单位：104元/hm2）Tab 4 Per unit value of each service function of forest ecosystem in Xinjiang,2014(Unit: 104CHY /hm2)

3 讨论与结论

本研究以新疆森林资源二类调查、新疆5个森林生态系统国家定位观测研究站获取的生态连清数据及社会公共数据为数据来源，依据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）[9]确定的监测评估方法，对2014年新疆森林生态系统服务功能进行监测评估，结果表明：2014年新疆森林生态系统7项服务功能的总价值为4 890.80×108元.其中涵养水源价值为507.00×108元；保育土壤价值为379.92×108元；固碳释氧价值为959.62×108元；营养物质积累价值为105.74×108元；净化大气环境价值为104.22×108元；生物多样性保护价值为619.09×108元；森林防护价值为2 215.05×108元.从林地类型看，灌木林、乔木林和经济林的生态服务功能价值分别占总生态价值的54.66%、36.96%和8.38%.从生态系统看，平原荒漠林、山地森林和绿洲人工林生态服务功能价值分别占总价值的54.37%、23.68%和21.95%.2014年新疆森林生态服务功能单位面积的价值为5.73×104元/hm2，灌木林、乔木林和经济林单位面积价值分别为3.19×104元/hm2、8.68×104元/hm2和5.32×104元/hm2.从生态系统看，平原荒漠林、山地森林和绿洲人工林生态服务功能单位面积价值分别为3.62×104元/hm2、3.74×104元/hm2和9.82×104元/hm2.

不同林地类型和不同生态系统其发挥的主导生态功能不同.乔木林以固碳释氧为主导功能，单位面积价值为2.93×104元/hm2，占平均价值的43.00%；灌木林和经济林以森林防护为主导功能，单位面积价值分别为1.90×104元/hm2和4.15×104元/hm2，各占平均价值的59.56%和78.00%.

山地森林生态系统以涵养水源为主导功能，单位面积价值为1.63×104元/hm2，占平均价值的44.41%；平原荒漠林生态系统以森林防护为主导功能，单位面积价值为2.40×104元/hm2，占平均价值的66.29%；绿洲人工林以固碳释氧为主导功能，单位面积价值为4.41×104元/hm2，占平均价值的44.90%.

与采用同样评估方法计算出的长白山林区[10]、浙江省庙山坞林区[20]、甘肃省森林[18]、北京山地森林及广西桉树林[21−23]生态系统服务功能价值相比，新疆森林最突出的功能为森林防护，这与新疆实际情况较为相符.尤其是南疆盆地，被大面积沙漠和戈壁所包围，在绿洲分布的大面积防护林对提高森林覆盖率、减少风沙灾害及其造成的农作物减产等起到了积极作用[24].

新疆发挥涵养水源功能的植被主要是分布在山区的森林，平原区蒸发量是降雨量的上百倍，植物生长的水分来源主要为地下水和灌溉用水，所以平原区森林的涵养水源功能基本可以忽略[24].与山区灌木林相比，乔木林具有更高的截留能力和较低的地表径流系数，所以整个区域乔木林涵养水源能力高于灌木林.乔木林固碳释氧功能相对较高是由于平原区乔木林中以速生人工树种为主，年净生产力较高.灌木林，如梭梭、柽柳等都分布在绿洲外围，在阻挡风沙前进方面具有不可替代的作用.经济林由于镶嵌在绿洲内部，树木高大，盖度较高，在增加经济收入的同时，也发挥了重要的防风固沙和减少作物产量受风、水灾害影响的作用.