湖南省森林生态系统服务功能价值评估

罗佳, 黎蕾, 姜芸, 周小玲,*

湖南省森林生态系统服务功能价值评估

罗佳1, 黎蕾1, 姜芸2, 周小玲1,*

1. 湖南省林业科学院, 长沙 410004 2. 湖南省林业局, 长沙 410004

为量化湖南省森林资源发挥的生态效益, 阐释不同区域森林生态系统服务功能的空间格局特征。基于湖南省第九次森林资源清查数据, 采用分布式测算方法, 对湖南省森林生态系统服务功能进行评估。结果表明2018年湖南省森林生态系统服务功能价值量为9815.64 亿元·a-1。从9个评估指标来看, 以生物多样性保护的价值量最大, 达3298.92 亿元·a-1, 占全省森林生态系统价值量的33.61 %; 涵养水源价值量位居第二, 为2570.29 亿元·a-1, 占总量的26.19%; 森林康养价值量排第三, 为1097.00 亿元·a-1, 占总量的11.18%; 森林防护功能价值最低, 仅有0.84 亿元·a-1, 只占总量的0.01%。从全省14个市(州)的森林生态系统服务功能总价值由高到低最大的是怀化市, 为1475.36 亿元·a-1, 占全省的15.03%; 永州市次之, 为1172.24 亿元·a-1, 占全省的11.94%; 郴州市第三, 为1001.92 亿元·a-1, 占全省的10.21 %; 湘潭市的森林生态系统服务价值最低, 仅176.02 亿元·a-1, 只有全省价值量的1.79%。湖南省森林生态系统服务功能以生物多样性保护、涵养水源和森林康养为主; 各项森林生态系统服务功能价值量的空间格局分布大体上呈现西南>东北>中部的趋势。

湖南省; 涵养水源; 生物多样性保护; 净化大气; 价值评估

0 前言

森林作为陆地生态系统的主体, 是人类赖以生存的重要自然资源, 也是应对全球温室效应、生物多样性丧失、生态平衡被破坏等诸多环境问题和保护良好生态环境的重要基础[1]。生态系统服务功能即人类从生态系统中获得的效益[2], 是指森林生态系统与生态过程所形成及所维持人类赖以生存的自然环境条件与效用。自20 世纪80 年代开始, 对森林生态系统服务功能的量化和评价研究就引起了学者们广泛的重视[3], 相关的研究已在100 多个国家展开[4]。国内外对于森林生态系统服务功能以及价值评估的研究十分重视, 既有全球森林生态系统服务功能价值的研究, 也有案例研究[5-8]。近年来, 生态系统服务功能方面的研究更为全面系统, 如土地利用和覆盖对生态系统服务功能影响[9], 文中指出中国西南土地利用的变化使生态系统服务功能下降了1142.7万美元; 生态服务功能的时间变化规律[10]; 又如生物多样性对生态服务功能的影响[11]等。上述研究对森林生态系统各项服务功能及其价值进行了粗略估算, 但并不能精确地反映森林生态系统功能的真实状况, 也无法评估物种多样性损失的后果, 评估指标体系的多样, 评估结果之间差异较大。在中国范围内, 有对国家尺度[12-13]、国家重点林业生态工程[14]、省级[15-16]、市级[17-18]和保护区[19]等不同尺度的森林生态系统服务功能。森林资源二类调查是建立或更新森林资源档案, 制定森林采伐限额, 进行林业工程规划设计和森林资源管理的基础, 也是制定区域国民经济发展规划和林业发展规划, 实行森林生态效益补偿和森林资源资产化管理, 指导和规范森林科学经营的重要依据。湖南省作为中部地区森林资源面积最大的省份, 但至今还未基于森林资源二调数据对其森林生态系统服务功能、空间变化和生态安全进行系统的评估研究, 为明确不同区域森林生态系统服务功能的空间格局特征, 有助于全面阐释湖南省森林资源发挥的生态效益。因此, 本研究以湖南省2014—2018年第九次森林资源清查数据为基础, 依托湖南省周边的森林生态站, 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)[20], 选取涵养水源、保育土壤等9项功能对湖南省森林生态系统服务功能进行评估研究, 以全面系统评价湖南省森林功能、作用和贡献, 反映湖南省林业生态建设成果, 对确定森林在生态环境建设中的主体地位和作用具有非常重要的现实意义。

1 研究区概况

湖南省位于E108°47′—114°15′, N24°38′— 30°08′之间, 东西宽度约为667 km, 南北长度约为774 km, 湖南省的总面积为21.18万km2。湖南省地处云贵高原向江南丘陵和南岭山脉向江汉平原过渡的地带, 总体上呈西高东低、南高北低, 三面环山、朝北开口的特征。湖南省属于典型的中亚热带季风性湿润气候区, 年平均气温在16—18 ℃之间, 全省多年平均年降水量为1450 mm。湖南境内河流众多, 河网密布, 其中“一湖四水”流域面积占湖南省国土总面积的96.6%。湖南省主要土壤类型有红壤和黄壤等。湖南省生物资源丰富多样, 是全国乃至世界珍贵的生物基因库之一, 有种子植物约5000种, 国家一级重点保护植物16种, 国家二级重点保护植物48种。湖南属亚热带常绿阔叶林区, 森林植被多样、组成丰富。湖南省共有 14个市(州)林业局、122 个县(区、市)林业局, 林业用地总面积1316.56万hm2。

2 研究方法

2.1 湖南省森林资源数据来源

湖南省森林生态效益评估采用的是第九次森林资源清查数据, 同时利用一类资源调查结果进行总控, 确定各地级市林地总面积以及各类林地面积。每个区/县按照森林资源统计结果, 划分为马尾松、国外松、杉木、柏木、水杉、杨树、桉树、栎类、樟木、榆树、木荷、枫香、其他硬阔类、檫木、泡桐、楝树、其他软阔类、经济林、竹林和灌木林 20个优势树种(组)。

2.2 森林生态效益评估指标及测算方法

湖南省森林生态数据主要来源于湖南省及周边森林生态系统长期定位观测研究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系统长期定位观测研究站为主体。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)[20]和《森林生态系统长期定位观测方法》(GB/T 33027—2016)[21]等获取湖南省森林生态连清数据集。选取涵养水源、保育土壤等8项功能类别分别开展测算, 指标体系及相关计算公式详情参照[20]。

2.3 社会公共数据来源

湖南省森林生态系统服务功能评估价值量时采用等效替代法和当量平衡法, 由物质量向价值量转化运用相关社会公共数据[22], 各参数具体如表1所示。

3 结果与分析

3.1 湖南省森林生态系统服务功能物质量

湖南省森林生态系统涵养水源总物质量为370.78 亿m3·a-1; 固土总物质量为26187.53 万t·a-1; 减少氮、磷、钾和有机质的流失总物质量分别为36.15万t·a-1、14.87 万t·a-1、348.27 万t·a-1和583.46 万t·a-1; 固碳总物质量为2637.78 万t·a-1, 释氧总物质量为7838.34 万t·a-1; 林木固持氮、磷、钾总物质量分别为18.34 万t·a-1、10.99 万t·a-1和15.28 万t·a-1; 提供负离子总物质量为9.84×1025个·a-1, 吸收污染物总物质量为178.09 万t·a-1(吸收二氧化硫总物质量为167.85 万t·a-1, 吸收氟化物总物质量为3.28 万t·a-1, 吸收氮氧化物总物质量为6.96万t·a-1), 滞尘总物质量为23731.92 万t·a-1(滞纳PM10总物质量为11.87 万t·a-1, 滞纳PM2.5总物质量为4.74 万t·a-1) (表2)。

表1 湖南省森林生态系统服务功能评估使用价格

续表

表2 湖南省各地市(州)森林生态系统服务功能物质量

图1 湖南省各市(州)森林生态系统服务功能物质量空间变化

Figure 1 spatial change of service function quality of forest ecosystem in cities (prefectures) of Hunan Province

3.2 湖南省森林生态系统服务功能物质量空间变化

湖南省森林生态系统服务功能物质量空间分布如图2所示, 年涵养水源量在6.59 亿—57.55 亿m3之间; 年固土量在500 万—4100 万t之间; 年保肥量(减少氮、磷、钾和有机质流失)在17.46 万—152.53 万t之间; 年固碳量在46.86 万—409.39 万t之间; 年释氧量在139.25 万—1216.5 万t之间; 年林木养分固特(氮磷钾)量在0.8 万—6.93 万t之间; 年提供负离子量在0.17×1025—1.53×1025个之间; 年吸收污染物(吸收氟化物、氮氧化物和二氧化硫)量在3.16 万—27.64 万t之间; 年滞尘量在400 万—3700 万t之间。在怀化市、永州市、郴州市的森林生态系统各项服务功能物质量均分别位列前三位, 而在娄底市和湘潭市的森林生态系统各项服务物质量则均分别位列后两位。

图2 湖南省森林生态系统服务功能价值量总结果

Figure 2 total results of service value of forest ecosystem in Hunan Province

3.3 湖南省森林生态系统服务功能价值量

湖南省森林生态系统服务功能总价值量为9815.64 亿元·a-1(相当于2018年湖南省GDP的26.95 %, 36524.8 亿元), 每公顷森林提供价值量为9.33 万元·a-1。在湖南省9项森林生态系统服务价值的贡献中(图2), 价值量和所占比率从大到小的顺序为生物多样性: 3298.92 亿元·a-1, 33.61 %; 涵养水源: 2570.29 亿元·a-1, 26.19 %; 森林康养: 1097.00 亿元·a-1, 11.18 %; 林木产品供给: 826.30 亿元·a-1, 8.42 %; 固碳释氧: 790.58 亿元·a-1, 8.05 %; 净化大气环境: 772.29 亿元·a-1, 7.87 %; 保育土壤: 403.68 亿元·a-1, 4.11 %; 林木养分固持: 55.73 亿元·a-1, 0.57 %；以及森林防护：0.84亿元/年，0.01%。湖南省各项森林生态系统服务价值量所占总价值量的比例, 能够充分体现出本省所处区域森林生态系统以及森林资源结构的特点。

3.4 湖南省森林生态系统服务功能价值量空间变化

湖南省森林生态系统服务功能价值量空间分布如图3所示, 年涵养水源价值量在45.66 亿—398.92 亿元之间; 年保育土壤价值量在7.17 亿—62.66 亿元之间; 年固碳释氧价值量在14.05 亿—122.70 亿元之间; 年林木养分固持价值量在0.99 亿—8.65 亿元之间; 净化大气环境价值量在13.72 亿—119.86 亿元之间; 生物多样性保护价值量在58.61 亿—512.00 亿元之间；林木产品供给价值量在16.33—80.30亿元之间；森林康养价值量在19.49—170.26亿元之间。由于森林防护功能长沙市、湘潭市、衡阳市、张家界市和益阳市不涉及, 故也不列出。湖南省各市(州)森林生态系统服务功能价值量排序为怀化市>永州市>郴州市>昭阳市>湘西自治州>常德市>张家界市>衡阳市>株洲市>长沙市>益阳市>岳

阳市>娄底市>湘潭市。排前三的怀化市、永州市和郴州市森林服务功能价值量占全省森林生态系统服务功能价值量的37.18%, 排后两位的娄底市和湘潭市森林服务功能价值量仅占全省森林生态系统服务功能价值量的4.78%。从各项森林森林生态服务功能价值量来看, 各项功能价值量的空间格局分布大体上均呈现西南部>东北部>中部的趋势。

4 讨论

本研究显示湖南省十二五期间森林生态系统服务功能总价值量为9815.64 亿元·a-1, 而黄翔[23]对湖南省森林生态系统服务功能价值评估的结果为9052.35 亿元·a-1。本研究的核算结果大于该评估结果, 原因是本研究用了9项指标, 而黄翔[23]的评估缺少生物多样性保护指标、林木产品供给和森林防护指标; 在不同功能之间也有差异, 但均以涵养水源价值最大; 本研究森林游憩价值排所有功能的第五位, 而黄翔[23]的研究森林游憩排最后一位, 而且本研究的森林游憩价值是黄翔[23]评估结果中森林游憩价值的7.32倍, 原因是黄翔[23]的研究只考虑森林带来的直接价值, 未考虑森林产生的间接价值, 而间接价值是直接价值的3—6倍。本研究的年固碳释氧价值排第六, 为321.72亿元·a-1, 而黄翔[23]的固碳释氧评估结果为2896.32亿元·a-1, 高于本研究中固碳释氧价值9倍, 这主要在于两者选用的社会经济数据有差异, 本研究选用的是瑞典碳税价格和氧气制造价格, 而黄翔[23]选用的价格可能高于本价格。本研究的净化大气环境功能价值也高于黄翔[23]的研究结果, 这是因为本研究中增加了森林滞纳PM10和PM2.5的价值, 并且以大气污染物当量值中炭黑尘污染当量值和湖南省应税污染物应税额度计算得到。黄翔[23]的研究也为涉及湖南省森林生态系统服务功能的空间格局分析。

图3 湖南省各市(州)森林生态系统服务功能价值量空间变化

Figure 3 Spatial change of service value of forest ecosystem in cities (prefectures) of Hunan Province

各地级市的每项功能以及总的森林生态系统服务价值量的分布格局, 与湖南省各地级市森林资源自身的属性和所处地理位置有直接的关系。湖南省是南方重点林区之一, 森林资源面积较大, 在千万公顷以上, 庞大的森林资源对社会经济的发展具有重要的支撑作用。湖南省地势南高北低, 东(湘东)、南(湘南)、西(湘西)三面环山, 森林资源丰富, 中部丘陵、盆地起伏, 北部湖泊、平原交错, 而湖南省森林资源由于所处地区不同, 呈现出从湘东、湘南和湘西向北逐渐递减的趋势。湖南省森林生态系统服务在各市(州)的分布格局存在着规律性。

第一, 各市(州)间森林生态系统服务的大小排序与森林面积大小排序大体一致, 呈紧密的正相关关系, 除了株洲市和张家界市外, 其余地级市的森林生态系统服务总价值排序与森林面积大小排序是一致的, 张家界市在森林生态系统服务总价值量上超过株洲市的总价值量, 主要是张家界市在涵养水源、净化大气环境和生物多样性保护方面更有优势。张家界位于湖南省西部水资源丰富山区并且阔叶林面积较大, 还拥有武陵源世界自然遗产地及我国第一个国家森林公园, 森林生态系统的生物多样性极为丰富。第二, 与各地级市所处的地理位置有关。湘西北逆时针方向至湘东南区域(简称湘西北——东南区)依次分布有西北的武陵山脉, 西部的雪峰山脉, 南部的五岭山脉以及东南部的罗霄山脉, 这一地区群山环绕, 降雨充沛, 森林面积较大且森林质量较好; 湘北地区洞庭湖防护林区, 湿地面积也较大, 降雨充沛、森林面积相对小于湘西南地区; 湘中及湘东地区由于多为丘陵和城市聚集地, 有长株潭城市群, 森林资源面积相对小于湘西南山区[24]。第三, 与降雨量有关, 降雨量与森林生态效益呈正相关关系。由于各地级市所处的地理区位不同, 降雨量也存在差别。据《2017年湖南省水资源公报》显示, 全省多年平均年降水量1449.8 mm, 降水时空分布不均, 全省区域分布呈现三高二低, 高值区分别为: 南岭-罗霄山脉、雪峰山和八大公山等山区, 降水量在1800—2700 mm左右。降雨量在一定程度上也是影响森林生态系统服务功能的重要环境驱动因子。另一方面, 降雨量的大小还会影响植被生长状况和森林质量的高低, 进而影响到不同树种生物量的变化[25]。湖南省降雨量分布总的趋势是中东部和南部降雨量大, 西部小于东部, 山区多于丘陵, 山地迎风坡多于背风坡由评估公式可以看出, 降雨量是森林生态系统涵养水源功能的一项重要评估指标, 北部和南部森林的涵养水源量高于西部, 北部和南部降雨量高于西部是重要的原因之一。降雨量还与森林滞纳TSP、PM10和PM2.5量的高低有直接关系, 降雨量较大可以大量的清洗植物叶片的颗粒物。第四, 与生态建设土地利用政策息息相关。湖南省生态环境建设按水系划为六大块, 即湘江流域、资水流域、沅水流域、澧水流域、洞庭湖区和其他水系。不同水系生态建设的重点与政策略有不同。由于不同的土地利用状况对森林生态系统的保护和管理方式不同, 对湖南省森林生态系统服务功能的影响也不同。第五, 与人为干扰有关, 湖南省的湘西北山原山地区、湘西山地区、湘南丘山区和湘东山丘区农业生产的自然地理条件较差, 经济相对落后, 但其森林植被资源丰富, 人为干扰相对较少, 其森林生态系统服务功能在全省范围内相对较高。

5 结论

湖南省森林生态系统服务功能总价值为9815.64 亿元·a-1, 各项服务功能价值量为生物多样性最大, 涵养水源价值第二, 森林康养价值排第三, 林木养分固持和森林防护价值排最后两位, 林木产品供给价值、固碳释氧价值、净化大气环境价值和保育土壤价值排在四至七位。湖南省14个市(州)年森林生态系统服务功能价值量中怀化市的价值量最高, 达1475.36 亿元·a-1。各市(州)年森林生态系统服务功能空间变化特征差异显著。森林生态系统服务功能价值量空间变化表现为西南最大, 东北次之, 中部最小的变化趋势。

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Evaluation of service function of forest ecosystem in Hunan province

LUO Jia1, LI Lei1, JIANG Yun2, ZHOU Xiaoling1,*

1. Hunan Academy of Forestry Sciences, Changsha 410004, China 2. Hunan Forestry Bureau, Changsha 410004, China

In order to quantify the ecological benefits of forest resources in Hunan Province, the spatial characteristics of forest ecosystem service functions in different regions are explained. Based on the ninth forest resources inventory data of Hunan Province, the service function of forest ecosystem in Hunan Province was evaluated by using the distributed measurement method. The value of forest ecosystem services was 9815.64 million yuan·a-1in 2018 in Hunan Province. From the nine evaluation indicators, the value of biodiversity was the largest, reaching 329.892 billion yuan·a-1, accounting for 33.61% of the total value; the value of water conservation is the second, 257.029 billion yuan a-1, accounting for 26.19 % of the total value; the value of forest convalescent is the third, accounting for 109.700 billion yuan a-1, accounting for 11.18% of the total value; forest protection function value was the lowest, only 0.084 billion yuan·a-1, accounting for 0.01% of the total value. From 14 cities in the Hunan province, Huaihua city had the highest total value of forest ecosystem services, which was 147536 million yuan·a-1, accounting for 15.03% of the province; Yongzhou city was the second, which was 117.22 billion yuan·a-1, accounting for 11.94% of the province; Chenzhou city was the third, which was 100.192 billion yuan·a-1, accounting for 10.21% of the province. Xiangtan city had the lowest value of forest ecosystem services, which was only 17.602 billion yuan·a-1, only the province 1.79% of the total value. The functions of forest ecosystem service in Hunan province were the largest in biodiversitywater conservation andforest convalescent; the spatial distribution of the service value of each forest ecosystem showed a trend of Southwest > Northeast > Central.

Hunan Province; forest; ecosystem; service function; value assessment

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.009

S719

A

1008-8873(2022)04-070-08

2020-08-11;

2020-08-26

湖南省林业科技计划项目(XLKPT201710); 湖南省重点研发计划项目(2017NK2223); 湖南省林业科技创新专项(XLK201970, HNGYL-2019-01); 国家重点研发计划(2017YFC0505506)

罗佳(1983—), 女, 湖南省长沙市人, 高级工程师, 博士, 从事生态学研究; E-mail: luojia993@sina.com

通信作者:周小玲(1963—), 女, 湖南省湘潭市人, 研究员, 博士, 从事生态学研究; E-mail: 846841108@qq.com

罗佳, 黎蕾, 姜芸,等. 湖南省森林生态系统服务功能价值评估[J]. 生态科学, 2022, 41(4): 70–77.

Luo Jia, Li Lei, Jiang Yun, et al. Evaluation of service function of forest ecosystem in Hunan province[J]. Ecological Science, 2022, 41(4): 70–77.