2006—2016年甘肃省森林生态系统服务功能价值动态变化研究

张晓庆，赵万奎，陈智平，赵方圆，李晓兵，闫月娥，李珍存

（1.甘肃省林业调查规划院，兰州 730020；2.甘肃省生态环境监测监督管理局，兰州 730020）

森林生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，成为全球碳循环中重要的碳库和丰富的基因库、蓄水库和能源库，在固碳释氧、水源涵养、维持生物多样性、保持生态平衡、应对全球气候变化等方面起着不可替代的作用［1-3］，具有重要的生态效益和经济价值［4］。森林生态系统服务功能是森林生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用［5］。森林生态系统服务功能的定量评估较好地反映了生态系统和自然资源不可替代的重要性，有助于人们了解森林生态系统服务功能，利于生态系统的保育以及退化生态系统的恢复［6］。随着可持续发展战略的提出，森林生态系统服务功能的研究工作逐渐发展成为研究热点［7］，学者们先后对森林生态系统服务功能的维持机制［8］、权衡协同关系［9］、价值评估［10］、价值时空特征［11］、价值变化及其驱动力［12］等方面进行了深入研究，尤其国家林业局发布了《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721—2008）（后简称《规范》），中国森林生态系统服务功能分类有了较为统一的参考和规范［13，14］，学者们利用LY/T 1721—2008在全国、省、市级以及自然保护区等不同尺度上对中国森林生态系统服务功能进行了大量的价值评估工作［15-18］。森林生态系统服务功能的研究已经成为当前生态学和经济学交叉领域的研究热点之一。

甘肃省地域狭长，资源组合类型多样，地理要素在空间上的变化复杂，生态系统的过渡性特征明显。从阿尔金山、祁连山、甘南高原到岷山，形成了一个弧形带，其气候、土壤、植被等自然要素也产生了极为明显的差异，部分地区的生态功能不仅对当地的可持续发展具有重要意义，对全国的生态安全也有重大影响［19］。目前，甘肃省不同林区森林生态价值评估研究初有成效，局域尺度上，学者们分别对甘肃省祁连山、小陇山、白龙江、子午岭、白水江国家级自然保护区等森林生态系统的服务功能价值进行了研究［20-24］；区域尺度上，张岑等［25］利用第四次森林资源清查统计结果，定量评价了甘肃省森林生态系统服务功能的经济价值，王顺利等［26］基于甘肃省森林资源连续清查第五次复查，利用LY/T 1721—2008中的指标，完成了甘肃省主要优势树种森林生态系统服务功能价值的评估研究工作。这些研究对于加深森林生态系统服务价值的评估起到了积极的促进作用，也对引起人们关注森林生态系统的服务效益具有重要的引导意义。

近年来，随着甘肃省森林资源的不断变化，其森林生态系统服务功能和价值也在发生变化，需掌握最新的森林资源生态系统服务功能总价值，不断地摸索甘肃省森林生态系统服务功能价值的时空动态变化规律。鉴于此，本研究根据甘肃省森林资源连续清查第五次复查、第六次复查、第七次复查，依据国家林业行业标准LY/T 1606—2003、LY/T 1721—2008，对甘肃省森林资源功能和价值进行评估，旨在了解甘肃省森林生态系统的服务功能价值及其动态变化，为地方政府制定生态补偿措施提供理论与数据支持，为甘肃省的生态建设、环境保护以及可持续发展战略提供决策依据，在提高社会对森林生态系统重要性的认识，引起人们关注生态系统的服务效益等方面具有重要的引导意义。

1 研究区概况和研究方法

1.1 研究区概况

甘肃省地处黄土高原、青藏高原和内蒙古高原的交汇地带，分属黄河流域、长江流域及内陆河流域，地理位置为92°13′—108°46′E，32°31′—42°57′N，海拔1 500～3 000 m。地形狭长，东西长1 655 km，南北宽530 km，地势自西南向东北倾斜，地形地貌复杂，分布有山地、高原、冰川、沙漠、戈壁等多种地貌类型。气候类型多样，从南向北包含亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性（干旱）气候和高原高寒气候四大气候类型。大部分地区气候干燥，干旱、半干旱区占总面积的75%。年平均气温0～15℃，年降水量在36.6～734.9 mm，多集中在6—8月，占全年降水量的50%～70%。甘肃省森林植被类型丰富多样，分布有温带草原带和温带荒漠带、暖温带落叶阔叶林带、亚热带常绿阔叶林带等，主要分布有栎类（Quercusspp.）、油松（PinustabuliformisCarr.）、云杉（PiceaasperataMast.）、桦木（Betulaspp.）、冷杉［Abies fabri（Mast.）Craib］、杨树（PopulusL.）、落叶松［Larix gmelinii（Rupr.）Kuzen.］、柏木（CupressusfunebrisEndl.）等北方树种。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源 数据源来自于甘肃省森林资源连续清查第五次复查（2006年）、第六次复查（2011年）、第七次复查（2016年）和权威机构公布的社会公共资源数据，中国林业统计年鉴（2011、2016年），甘肃省政府新闻办公室2011年7月13日召开的《甘肃省森林生态系统服务功能价值评估》新闻发布会成果数据［以甘肃省森林资源连续清查第五次复查（2006年）为基准测算］。

1.2.2 评估方法 依据国家林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》里的具体评估指标体系、计算公式，对2006、2011、2016年甘肃省森林生态系统的涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、保护生物多样性和森林游憩等8项功能进行了价值评估，分析数据变化情况。参数主要来源于祁连山森林生态站长期连续定位监测数据。

2 结果与分析

2.1 甘肃省森林生态系统服务功能总价值及变化

2006—2016年，甘肃省森林生态系统服务功能总价值分析（图1）表明，森林生态系统服务功能总价值呈递增趋势，其中，2006年总价值较低，为1 825.92亿元，2016年总价值最高，为2 072.84亿元。10年期间，甘肃省森林生态系统服务功能总价值增加了246.92亿元，增长了13.52%，年均增加24.69亿元，年均增长率为1.42%。单位面积提供的服务功能价值也呈递增趋势（图2），2006年为3.14万元/hm2，2011年为3.17万元/hm2，2016年为3.25万元/hm2。单位面积森林每年提供的功能价值增加了0.11万元/hm2，增长率为3.5%，年均价值增加了0.01万元/hm2，年均增长率为0.38%。

图1 森林生态系统服务功能总价值

图2 森林生态系统服务功能单位面积价值

2.2 甘肃省森林生态系统不同服务功能价值及其动态变化

森林生态系统各服务功能价值分析（图3）表明，不同服务功能价值均呈递增趋势。其中，涵养水源、保育土壤、固碳释氧和生物多样性保护4项价值总量均位列前四，比重大于总价值的90%，在甘肃省森林生态系统总价值中占有主体地位。2006年和2011年各项生态服务功能价值所占比例由大到小依次为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化环境、积累营养物质、森林防护、森林游憩。2016年森林游憩和森林防护的价值所占比例发生了变化，功能价值由大到小的顺序为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化环境、积累营养物质、森林游憩、森林防护。在所有年份中，前6项森林生态系统服务功能价值所占比例排列顺序未变，表现为涵养水源＞保育土壤＞固碳释氧＞生物多样性保护＞净化环境＞积累营养物质。

图3 森林生态系统服务各功能价值

2.2.1 涵养水源价值动态变化 涵养水源功能与价值评估分析结果（表1）表明，森林生态系统涵养水源功能调节水量、调节水量价值、净化水质价值和涵养水源功能价值都呈递增趋势，2006—2016年，森林生态系统涵养水源功能年调节水量由99.35亿m3增加到110.25亿m3，增加了10.90亿m3，增长率为10.97%；调节水量价值由607.07亿元增加到673.70亿元，增加了66.63亿元，增长率为10.98%；净化水质价值由207.63亿元增加到230.42亿元，增加了22.79亿元，增长率为10.98%；涵养水源功能价值由814.71亿元增加到904.12亿元，增加了89.41亿元，增长率为10.97%。2006—2016年，森林涵养水源功能价值分别占当年的44.62%、44.36%、43.62%，所占比例均超过当年价值总量的40%，说明森林对甘肃省的水质调节、净化水质方面发挥着巨大的作用。

表1 森林生态系统涵养水源功能与价值评估

2.2.2 保育土壤功能价值动态变化 保育土壤功能主要包括固土和保肥两个方面。保育土壤功能价值分析（表2）表明，2006—2016年，森林生态系统保育土壤功能年固土量、年减少氮流失量、年减少磷流失量、年减少钾流失量、固土价值、保肥价值等皆呈递增趋势。森林生态系统保育土壤功能固土量由1.66亿t增长到1.87亿t，增长了0.21亿t，增长率为12.65%；年减少的氮流失量由32.07万t增长到37.22万t，增长了5.15万t；年减少磷流失量由32.31万t增长到37.23万t，增长了4.92万t；减少的钾流失量由531.31万t增长到610.83万t，增加了79.52万t；固土价值由22.10亿元增长到24.45亿元，增长了2.35亿元，增长率为10.63%；林分保肥价值由358.71亿元增长到412.80亿元，增长了54.09亿元，增长率为15.08%；固土保肥总价值由380.8亿元增长到437.24亿元，增长了56.44亿元，增长率为14.82%。2006—2016年，保育土壤功能价值分别占当年的20.86%、20.81%、21.09%，所占比例均超过当年价值总量的20%。

表2 森林生态系统保育土壤功能与价值评估

2.2.3 固碳释氧功能价值动态变化 森林是陆地上最大的储碳库和最经济的吸碳器。森林固碳释氧功能的评估包括固碳量、释氧量两部分。对其动态变化分析结果（表3）表明，森林固碳释氧功能亦呈递增趋势，其中，2006—2016年，甘肃省森林固碳量由758.09万t增长到873.47万t，增长了115.38万t，增长率为15.22%；森林释氧量由1 598.19万t增长到1 858.38万t，增长了260.19万t，增长率为16.28%；固碳释氧价值由250.79亿元增长到290.65亿元，增长了39.86亿元，增长率为15.89%。2006、2011、2016年，固碳释氧价值分别占当年总价值量的13.73%、14.01%、14.02%。

表3 森林生态系统固碳释氧功能与价值评估

2.2.4 生物多样性保护功能价值动态变化 甘肃省森林生态系统生物多样性保护功能价值2006年为215.70亿元，2011年增长至238.20亿元，2016年达242.13亿元。2006—2011年，生物多样性保护功能价值增加了22.50亿元，增长率为10.43%。2011—2016年，生物多样性保护功能价值增加了3.93亿元，增长率为1.65%。2006—2016年生物多样性保护功能价值增加了26.43亿元，增长率为12.25%。

2.2.5 其他功能价值动态变化 森林生态系统积累营养物质功能、净化大气环境功能、森林防护功能和森林游憩价值4项价值的总和小于当年估算总价值的10%。这4项功能价值中，净化大气环境价值量相对较大，森林游憩价值相对最少。结果（表4）表明，甘肃省森林生态系统积累营养物质价值逐年呈递增趋势。其中，从2006年到2016年，积累营养物质价值由25.01亿元增加至29.71亿元，净增加了4.70亿元，增长率为18.79%。2006—2016年净化大气环境价值由119.36亿元增长到131.38亿元，增长了12.02亿元，增长率为10.07%。森林防护价值由17.24亿元增长到18.50亿元，增加了1.26亿元，增长率为7.31%。但是，从2011年到2016年，森林防护价值由18.86亿元减少到18.50亿元，减少了0.36亿元，减少率为1.91%。2006—2016年，森林游憩价值从2.31亿元增长到19.10亿元，增加了16.79亿元，增长了7倍。

表4 森林生态系统积累营养物质、净化大气环境、森林防护、森林游憩价值

3 讨论

3.1 甘肃省森林生态系统功能总价值变化分析

森林生态系统服务功能是森林生态系统服务与森林生态系统功能的综合［27］，不仅给人类提供生产生活中所必需的物质资源，还发挥涵养水源、固碳释氧、保护生物多样性等多种生态功能［28］。甘肃省森林生态系统服务功能价值评估表明，2006—2016年生态系统服务功能总价值呈递增趋势；涵养水源、保育土壤、固碳释氧和生物多样性保护的价值量之和的占比均超过当年总价值的90%，是甘肃省森林生态系统服务的重要组成部分。这与王顺利等［26］的研究结果基本一致，与兰洁等［10］对新疆天然林生态系统服务功能价值评估的功能价值大小顺序相似。原因如下：①甘肃省实施了天然林资源保护、三北防护林、退耕还林、重点公益林等各类国家重点林业工程，加大了森林资源保护力度，这些工程的实施，有效增加了甘肃省森林资源面积，改善了区域生态环境，森林质量得到提升，因此，森林生态系统服务功能总价值呈递增趋势。②涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护功能等是森林生态系统的主要服务功能，因而一直占据森林生态系统功能价值的前几位。此外，退耕还林工程实施时，侧重于选择保水、保土功能较好的树种，这也是导致涵养水源、保育土壤功能较高的原因之一。因此，监测期内三期数据价值评估涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护价值均占生态系统服务功能价值的前4位，并呈逐年递增趋势。森林生态系统在保护甘肃省土壤资源稳定性、防止水土流失、维持地区生态平衡等方面，具有重要作用，区域资源开发中，应加强森林资源的管理及合理利用，防止过度开发森林资源。

3.2 甘肃省森林生态系统不同服务功能价值动态变化分析

森林生态系统8项服务功能价值较全面地反映了森林生态系统的服务功能价值［29，30］。2006—2016年甘肃省8项服务功能价值及各功能价值的功能指标都呈逐年递增趋势。原因如下：①甘肃省各类护林工程的实施以及生态用水补偿机制的建立，控制了水土流失并缓解了土地荒漠化。因此，森林调节水量、净化水质、涵养水源功能价值逐年增加，森林固土量、固氮量、固磷量、固钾量等也逐年升高，致使森林生态系统服务功能的涵养水源和保育土壤服务功能价值升高。②退耕还林、天然林资源保护、三北防护林体系建设等工程实施以来，甘肃省森林覆盖率逐年增加，由2006年的10.42%增长到2016年的11.33%，提高约0.91个百分点。森林覆盖率的提高，森林涵养水源的效能增加，增加地表径流量和地下水径流量，有效减少了水土流失，这也是甘肃省森林生态系统服务价值增长的主要原因之一。同时，随着森林覆盖率的增加，森林作为旅游资源的游憩功能逐步得以更好地体现，森林游憩服务价值得以迅速增长。③在森林覆盖率提高的同时，甘肃省强化特殊生态区域治理工作，实施了森林抚育及公益林管护等工程，提高了森林资源的质量。随着生境质量的变好，生境内的物种多样性增加，增强了森林的各项生态服务功能。因此，森林的固碳释氧功能、生物多样性保护功能、净化大气环境功能、积累营养物质功能及森林防护功能增强。④退耕还林、人工造林实施以来，树种多处于幼龄林和中龄林阶段，植物生长多处于旺盛生长期，能够吸收更多二氧化碳，释放氧气［31］，因此，森林生态系统的固碳释氧功能发挥作用较大，其固碳量和释氧量逐年增加。鉴于此，在全省资源保护和管理中应侧重于种植单位面积生态功能服务价值较高的冷杉、栎类、阔叶混、华山松等树种，以提升森林生态系统的总体服务功能价值。

4 小结

森林生态系统服务功能价值的动态变化不仅反映了生态系统服务功能价值的时空变化，也体现了区域森林生态系统保护的重要作用。说明森林生态系统不仅给人类提供各种林产品和林副产品等直接经济价值，同时具有涵养水源、固碳释氧等多种更重要的间接服务功能价值。2006—2016年甘肃省森林资源得到了有效保护，森林生态系统8项功能价值呈增长态势，其中，涵养水源、保育土壤、固碳释氧和生物多样性保护这4项功能发挥作用均较大，价值量之和的占比接近总价值的90%。森林游憩价值的迅猛增长，表明人民群众对优美生态环境、高品质生活的向往逐步变得更加强烈，森林旅游正在成为一种健康时尚的生活方式，发挥越来越重要的作用，逐步满足人民对高品质生活的需求。

本研究对甘肃省森林生态系统服务功能价值进行了初步评估，但仅限于对连续三期森林清查数据进行了初步动态评价，并没有反映区域内森林生态系统服务功能的空间异质性。后续研究还应探索更多不同监测期内不同地域森林生态系统服务功能价值的空间动态变化。此外，在评价过程中尚未考虑气象因素、土地利用变化、林地管护措施等众多影响因素，还应在典型区域开展固定监测样地布置和样品监测，考虑不同优势树种的龄组、林种等多方面因素，不断提高估算参数的合理性和精度，能够更加真实地反映甘肃省森林生态系统服务功能的价值，以便为今后进一步开展森林健康经营、扩大生态建设规模和提升建设质量提供一定的理论依据，为评估、考核国家重点生态工程效益提供更多的参考。