雪峰山脉生态公益林生态服务功能评估

曾掌权， 黄 兢，黄忠良， 陈明皋， 曾 霞， 桂小杰， 李明红，杨 蕊， 夏江林， 匡代勇， 阳 清， 田育新

(1.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004； 2.湖南衡山森林生态系统定位观测研究站， 湖南 衡阳 421999；3.湖南南岳衡山国家级自然保护区管理局， 湖南 衡阳 421999)

生态系统服务功能是指自然生态系统通过维持其结构和功能的稳定性，生产出对人类的生存和发展有益的产品[1]。而森林生态系统服务功能是指森林生态系统及生态过程提供给人类生存的自然环境条件与效用[2]。森林是陆地生态系统的主体，对维持地球的生命、生态平衡、生物多样性、生物化学与水文循环，维护和改善生态环境，保护人类发展起着重要作用[3-5]。我国从不同的行政区尺度[6-12]、不同的区域范围[8-14]、不同的林分类型[11-15]对森林生态系统服务功能开展了大量相关研究，积累了森林生态系统服务功能评价的基础。

雪峰山脉是全部分布在湖南境内的大型山脉，是湖南省完全拥有的独立自然地理单元，公益林面积达151.69万hm2，占湖南省公益林面积的30.67%。开展对雪峰山脉公益林生态服务功能的评估，能更好地量化此区域生态公益林对社会经济发展的影响。

1 研究区概况

雪峰山脉地处108°47′13″─112°47′02″E， 26°15′25″─29°23′56″N，覆盖湖南省6个市29个县市区，山地冬冷夏凉、潮湿多雨。高居1 405 m处的雪峰山气象站年均温10.5 ℃，1月均温-0.5 ℃，7月均温18.3 ℃，年降水量1 780 mm，相对湿度87%，雾日247 d，年日照1 144 h，年积雪19 d。山地主要土壤为黄壤，分布在海拔200～1 000 m的地带，1 000～1 400 m的地带分布有黄棕壤，顶部为山地草甸土。地带性植被为常绿落叶阔叶林，人工林树种主要为杉木(Cunninghamialanceolata)、马尾松(Pinusmassoniana)。雪峰山脉紧邻武陵山脉，其生物地理区划和森林植被类型基本与武陵山脉相同，由于山脉走向和海拔高度的不同，雪峰山脉西南部呈现了较大的差别，并呈现承上启下的北亚热带向南亚热带过渡的地带特征，是我国“两屏三带”生态安全屏障骨架的重要组成部分，在发挥长江流域主体功能中具有重要作用。

2 研究方法

2.1 数据来源

雪峰山脉区域怀化市(洪江市、会同县、沅陵县、溆浦县、靖州县、芷江县、新晃县、辰溪县、鹤城区、中方县)，邵阳市(双清区、大祥区、北塔区、洞口县、隆回县、新邵县、邵阳县、绥宁县、邵东市、武冈市)，娄底市(娄星区、新化县、双峰县、涟源市、冷水江市)，益阳市(安化县、桃江县)，常德市(桃源县)，长沙市(宁乡市)等29个县市区2019年有151.69万hm2公益林。按照公益林资源统计结果划分为柏木(Cupressusfunebris)、混交林、檫木(Sassafrastzumu)、其它软阔类；樟树(Cinnamomumcamphora)、栎类、木荷(Schimasuperba)、其它硬阔类；枫香(Liqiuidambarformosana)、马尾松、其它松杉类、国外松、杉木、毛竹(Phyllostachysedulis)、灌木组15个优势树种(组)[16]。

2.2 测算方法

雪峰山脉公益林生态系统服务功能评估数据采用地面监测的方法，并结合雪峰山脉及周边森林生态站以及辅助观测点的监测结果。其中，森林生态站以国家林业和草原局森林生态站为主体[16]，依据中华人民共和国国家标准《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582—2020)[17]和《森林生态系统长期定位观测方法》(GB/T 33027—2016)[18]等获取公益林评估的生态数据集。选取涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境等5项森林生态系统功能分别开展测算，指标体系及相关计算公式参照文献[19]。

3 结果与分析

3.1 公益林生态系统服务功能总物质量

根据湖南省公益林生态系统服务功能物质量评价方法[16]，对公益林涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质和净化大气环境等5个类别18个生态系统服务功能物质量指标进行了系统评价。雪峰山脉不同起源公益林生态系统服务功能总物质量见表1。

表1 雪峰山脉不同起源公益林生态系统服务功能总物质量Tab.1 Total quality of service function of public welfare forest of different origins ecosystem in Xuefeng mountains序号类别指标物质量天然林人工林合计1涵养水源调节水量/(亿m3·a-1)33.3829.3062.68固土/(万t·a-1)3 840.393 192.677 033.06固氮/(万t·a-1)4.153.357.502保育土壤固磷/(万t·a-1)0.940.761.70固钾/(万t·a-1)36.4332.3568.78固有机质/(万t·a-1)71.1356.18127.313固碳释氧固碳/(万t·a-1)168.83164.73333.56释氧/(万t·a-1)411.24389.59800.83积累氮/(万t·a-1)1.291.192.484林木积累营养物质积累磷/(万t·a-1)0.750.240.99积累钾/(万t·a-1)0.650.661.31吸收二氧化硫/(万t·a-1)12.3814.5526.93吸收氟化物/(万t·a-1)0.270.080.35吸收氮氧化物/(万t·a-1)0.460.400.865净化大气环境滞尘/(万t·a-1)198.00277.10475.10滞尘粗颗粒物PM10/(万t·a-1)3.464.317.77滞尘细颗粒物PM2.5/(万t·a-1)0.560.621.18提供负离子/(×1025个·a-1)0.880.601.48

由表1可知：雪峰山公益林生态系统涵养水源为62.68亿m3·a-1；固土为7 033.06万t·a-1；固定土壤氮、磷、钾和有机质分别为7.50 、1.70、68.78、127.31万t·a-1；固碳为333.56万t·a-1，释氧为800.83万t·a-1；林木积累氮、磷和钾分别为2.48、0.99、1.31万t·a-1；提供负离子为1.48×1025个·a-1，吸收污染物为28.14万t·a-1(吸收二氧化硫为26.93万t·a-1、吸收氟化物为0.35万t·a-1、吸收氮氧化物为0.86万t·a-1)，滞尘为475.10万t·a-1，滞纳PM10为7.77万t·a-1，滞纳PM2.5为1.18万t·a-1。

3.2 不同起源公益林生态系统服务功能物质量

森林起源亦称林分起源或林分成因，一般分为天然林和人工林两大类。雪峰山脉不同起源公益林生态系统服务功能总物质量结果见表1。由表1可知：(1)天然公益林涵养水源33.38亿m3·a-1、固土3 840·39万t·a-1、固定土壤氮4.15万t·a-1、固定土壤磷0.94万t·a-1、固定土壤钾36.43万t·a-1、固定土壤有机质71.13万t·a-1、固碳168.83万t·a-1、释氧411.24万t·a-1、林木积累氮1.29万t·a-1、林木积累磷0.75万t·a-1、林木积累钾0.65万t·a-1、提供负离子0.88×1025·a-1、吸收污染物13.11万t·a-1、滞尘198.00万t·a-1。(2)人工公益林涵养水源量29.30亿m3·a-1、固土3192.67万t·a-1、固定土壤氮3.35万t·a-1、固定土壤磷0.76万t·a-1、固定土壤钾32.35万t·a-1、固定土壤有机质56.18万t·a-1、固碳164.73万t·a-1、释氧389.59万t·a-1、林木积累氮1.19万t·a-1、林木积累磷0.24万t·a-1、林木积累钾0.66万t·a-1、提供负离子0.60×1025个·a-1、吸收污染物15.03万t·a-1、滞尘277.10万t·a-1。

3.3 不同行政区公益林生态系统服务功能物质量

雪峰山脉不同行政区公益林生态系统服务功能物质量列表2，由表2可知:涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、滞尘指标市级行政区排序均为怀化市>邵阳市>益阳市>娄底市>常德市>长沙市；产生负离子量和吸收污染物量排序略有改变，排序为怀化市>邵阳市>娄底市>益阳市>常德市>长沙市。各指标县级行政区排名前十五位的大体上为安化县、沅陵县、桃源县、新化县、洞口县、隆回县、溆浦县、新邵县、宁乡市、绥宁县、桃江县、芷江县、会同县、涟源市、双峰县。

表2 雪峰山脉不同行政区公益林生态系统服务功能物质量Tab.2 Service function material quality of public welfare forest ecosystem in different administrative regions of Xuefeng mountains序号行政区划涵养水源/(×108m3·a-1)保育土壤/(×104 t·a-1)固碳释氧/(×104 t·a-1)林木积累营养物质/(×104 t·a-1)净化大气环境生产负离子/(×1022个·a-1)吸收污染物/(×104 t·a-1)滞尘/(×104 t·a-1)长沙市宁乡市2.211 1245.742 940.804 10.147 854.713 11.075 117.478 2双清区0.025 92.784 80.471 00.001 50.653 10.014 20.226 5大祥区0.025 72.829 80.455 40.001 70.602 60.012 10.191 4北塔区0.083 19.122 81.454 10.005 12.091 90.043 60.685 7邵东市1.372 5153.582 924.958 50.089 635.470 70.726 011.785 2邵阳市新邵县2.613 2303.780 049.087 10.201 167.880 21.207 419.927 4邵阳县1.407 0167.163 923.590 60.086 337.376 00.719 911.211 4隆回县2.670 3287.568 045.894 40.181 655.813 61.248 223.029 1洞口县3.084 9346.740 058.349 50.238 667.218 01.376 725.129 2绥宁县2.165 8253.938 640.405 70.189 646.649 30.741 612.974 6武冈市1.193 4124.668 319.650 80.081 325.047 80.562 910.000 3常德市桃源县5.208 7606.475 193.952 80.418 8133.762 51.933 729.384 1益阳市桃江县2.135 7265.521 543.899 90.213 555.500 70.691 211.965 2安化县7.699 9854.732 8151.299 30.633 5162.557 53.524 663.887 8鹤城区0.695 474.754 612.079 60.053 316.314 80.305 54.940 8中方县1.627 6178.002 829.093 50.124 436.024 30.749 812.650 0沅陵县6.526 3682.319 4106.372 70.486 0145.721 22.858 246.628 5辰溪县1.744 4198.655 729.844 00.118 545.427 40.879 914.066 6怀化市溆浦县2.654 0305.574 148.934 00.186 363.554 61.388 623.784 0 会同县2.016 4230.813 237.963 90.167 748.413 10.865 214.775 0新晃县1.190 9127.640 520.656 10.083 529.248 80.586 09.762 0芷江县2.043 8216.842 436.485 80.156 144.956 00.953 915.951 0靖州县1.402 1156.217 724.731 70.108 137.306 30.622 39.943 1洪江市1.677 5194.975 830.165 40.130 941.190 50.756 612.551 4娄星区0.543 660.050 89.583 50.036 613.630 90.280 64.526 3双峰县1.749 0203.824 832.617 20.133 445.711 90.795 513.154 4娄底市新化县4.237 0474.787 874.021 20.302 299.864 52.021 935.301 0冷水江市0.694 881.066 311.713 10.049 218.974 20.297 84.348 5涟源市1.975 4222.880 235.856 70.153 547.823 60.897 214.845 0 合计62.675 47 033.057 51 134.391 64.779 71 479.499 128.136 2475.104 0

3.4 不同优势树种(组)公益林生态系统服务功能物质量

雪峰山脉不同优势树种(组)公益林生态系统服务功能物质量见表3。由表3可知：各指标排名前五位的基本上是杉木、马尾松、混交林、毛竹和灌木组。在林木积累营养物质指标上，马尾松低于毛竹和混交林。对于生产负离子指标，杉木低于马尾松。

3.5 公益林生态系统服务功能物质量流域空间分布格局

雪峰山脉不同流域公益林生态系统服务功能物质量见表4。由表4可知：雪峰山各流域公益林生态系统服务功能物质量，各指标排序基本上为沅江流域>资江流域>湘江流域(除滞尘量是沅江流域略低于资江流域以外)。

表3 雪峰山脉不同优势树种(组)公益林生态系统服务功能物质量Tab.3 Service function material quality of public welfare forest ecosystem in different dominant tree species (groups) of Xuefeng mountains序号优势树种组涵养水源/(×108m3·a-1)保育土壤/(×104 t·a-1)固碳释氧/(×104 t·a-1)林木积累营养物质/(×104 t·a-1)净化大气环境生产负离子/(×1022个·a-1)吸收污染物/(×104 t·a-1)滞尘/(×104 t·a-1)1杉木16.466 31 779.509 0356.719 51.317 80.270 18.665 2175.274 52马尾松13.152 51 465.537 9243.222 80.702 20.351 38.425 3138.669 03国外松1.176 1124.929 722.727 10.063 50.031 10.753 512.287 44柏木2.191 5178.156 119.954 70.126 10.018 60.673 017.747 35樟树2.073 1217.409 733.563 50.132 80.054 60.644 87.133 46栎类2.356 6246.443 830.340 70.197 90.075 40.697 97.720 27枫香0.476 551.725 08.134 70.023 90.004 40.061 21.090 48檫木0.642 665.008 710.401 50.057 50.020 70.244 92.097 59木荷0.257 126.991 54.246 00.023 10.004 10.037 90.690 410毛竹6.965 4993.917 9156.649 20.827 10.219 61.386 423.301 611混交林9.977 3985.302 6164.097 60.830 40.214 23.823 558.206 012其它硬阔类1.593 0164.065 025.019 20.143 80.020 60.260 84.575 313其它软阔类1.266 3130.788 121.016 30.094 00.039 50.508 46.214 414其它松杉类0.057 85.991 11.100 30.004 90.001 20.039 30.614 115灌木组4.023 3597.281 437.198 50.234 70.154 11.914 119.482 816合计62.675 47 033.057 51 134.391 64.779 71.479 528.136 2475.104 3

表4 雪峰山脉不同流域公益林生态系统服务功能物质量Tab.4 Service function material quality of public welfare forest ecosystem in different watersheds of Xuefeng mountains序号流域涵养水源/(×108 m3·a-1)保育土壤/(×104 t·a-1)固碳释氧/(×104 t·a-1)林木积累营养物质/(×104 t·a-1)净化大气环境生产负离子/(×1022个·a-1)吸收污染物/(×104 t·a-1)滞尘/(×104 t·a-1)1湘江6.479 1732.498 5118.861 50.471 3161.879 53.048 450.003 92资水27.243 43 074.349 0504.844 92.085 2629.050 812.446 5217.688 73沅江28.952 93 226.2 100510.685 22.223 2688.568 812.641 3207.411 74合计62.675 47 033.057 51 134.391 64.779 71 479.499 128.136 2475.104 3

4 结论与讨论

(1)对雪峰山脉公益林生态系统服务功能进行定量评估，2019年雪峰山公益林涵养水源62.68亿m3·a-1；固土7 033.06万t·a-1；固碳释氧1134.39万t·a-1；林木积累营养物质4.779 7万t·a-1；提供负离子1.48×1025个·a-1，吸收污染物28.14万t·a-1，滞尘475.10万t·a-1。

(2) 在雪峰山脉各地级市行政区公益林中，各物质量指标均为怀化市最大，长沙市最小，这主要与纳入到雪峰山脉统计的公益林的面积有关。各县级行政区中，各个指标排在前三位的均为安化县、沅陵县和桃源县，这主要与3县的公益林面积较大相关，同时也与各县公益林的质量相关。

(3)在雪峰山脉公益林天然林和人工林中，各物质量指标相差不大，除了净化大气环境中个别指标人工林的值高一点外，大部分指标是天然林略高于人工林。雪峰山脉公益林优势树种组主要是杉木和马尾松，这从各物质量指标也可看出杉木和马尾松在雪峰山脉的主要地位，这与雪峰山脉是湖南省主要的木材产区有关。在今后公益林的管护中，需要加大在杉木和马尾松林地中引进阔叶树种，从而形成混交林，以提高其生态服务功能。