森林的雨雪冰冻灾害不仅给林业带来重大的经济损失，同时也对森林生态系统服务功能造成了极大的破坏。受全球气候变化的影响，近年来森林雨雪冰冻灾害发生的强度和频率也有明显的上升趋势(Carter et al., 1995；Everham，1995；Brunet et al., 2003)。为减少雨雪冰冻灾害对森林造成的损失，了解雨雪冰冻灾害服务功能变化显得尤为重要。目前，国内外对此方面研究较少，且已有的报道也大多是对灾后的情况做相应方面的调查、分析与思考(赵晓飞等, 2004；李秀芬等，2005；骆有庆，2008；丁长青，2008)。然而，雨雪冰冻灾害作为森林生态系统中普遍存住的自然现象，其发生会对森林生态系统的健康、安全和稳定造成重要的影响。因此，开展雨雪冰冻灾害前后森林生态系统的水源涵养、碳汇功能、水分保持、生物多样性变化等方面的研究，对于提高森林生态系统健康等级，增强森林抵御各种自然灾害能力，合理调控和保护好现有的森林资源和指导林区的经营管理具有重要的意义。

1 南方雨雪冰冻灾害受损区域森林概况

2008年1月中旬，我国南方遭受了特大雨雪冰冻灾害。这次雨雪冰冻灾害持续时间之长、影响范围之广、危害程度之深、受灾情况之重，实属历史罕见。它不仅对交通运输、能源供应、电力传输、通讯设施、人民生活带来严重影响，也给林业造成了巨大损失。根据QuickBird、遥感2号、资源2号、SPOT5等高分辨率卫星遥感数据跟踪监测，及北京林业大学调研工作组、当地林业技术人员的调查结果，全国19个省(区、市)受雨雪冰冻灾害影响的森林面积超过0.67亿hm²。经初步统计分析，19个省(区、市)遭受雨雪冰冻危害的林地面积达0.21亿hm²，森林面积达0.19亿hm²，占受灾省(区、市)森林面积的17%，占全国森林面积的1/10。受灾的森林面积已超过退耕还林工程造林总面积，相当于全国5年人工造林总面积。超过20%的未成林造林地受到危害，面积达137.07万hm²，相当于我国2006年人工造林面积的一半。近60%的苗圃受到损害，面积达到14.33万hm²。从受灾的程度来看，19个省(区、市)遭受严重灾害〔林(竹、苗)木蓄积或株数损失量≥60%〕的林地面积0.07亿hm²，占全国受灾林地面积的1/3，其中仅湖南、江西、湖北、广西4省(区)的面积就占到全国遭受严重灾害林地面积的7成以上；遭受中度和轻度灾害〔林(竹、苗)木蓄积或株数损失量＜60%〕的林地面积0.14亿hm²，其中仅湖南、江西、湖北、广西4省(区)的面积就占到全国遭受中度和轻度灾害林地面积的1/2以上。

2 研究方法 2.1 数据来源

雨雪冰冻灾害森林资源受灾面积、受灾程度；中国森林生态系统定位研究网络(CFERN)所属各省份森林生态系统定位观测站对马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、阔叶树、竹林、经济林树种、湿地松(Pinus elloittii)、桉树(Eucalyptus sp.)等树种长期观测指标及数据(王兵等，2003)；公式中的参数参照与此次雨雪冰冻灾害受损程度相同或接近的以往受损森林生态系统的相应参数。

其他树种为马尾松、杉木、阔叶树、竹林、经济林树种、湿地松、桉树以外的树种。因马尾松、杉木、阔叶树、竹林、经济林树种、湿地松、桉树受灾情况比较严重，受灾情况比较清楚，为此把除这些树种以外的树种归为其他树种一类。

2.2 森林损失的生态服务功能价值计量

森林生态服务功能价值计量方法主要参照中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721-2008)(王兵等，2008b)。

2.2.1 涵养水源

森林生态系统水源涵养功能划分为2个指标，即调节水量指标和净化水质指标。

调节水量价值：森林生态系统调节水量价值根据水库工程的蓄水成本(影子工程法)来确定。

(1)

式中：U₁为森林调节水量价值(元·a^-1)；C为水库库容造价(元·m^-3)；P为林外降水量(mm·a^-1)；E为林分蒸散量(mm·a^-1)；A为林分面积(hm²)。库容造价根据1993—1999年《中国水利年鉴》平均水库库容造价为2.17元·t^-1，折算为目前单位库容造价为6.110 7元·t^-1(国家统计局，1994；1995；1996；1997；1998；1999；2000)。

净化水质价值：森林生态系统年净化水质价值采用网格法得出的全国城市居民用水平均价格计算。

(2)

式中：U₂为森林年净化水质价值(元·a^-1)；K为居民用水平均价格(元·t^-1)。采用网格法得到2007年全国各大中城市的居民用水价格的平均值。

2.2.2 保育土壤

森林保育土壤功能可分为森林固土功能和森林保肥功能2个方面。

森林固土价值：森林固土作用可用减少淤积泥沙的方法进行计算。根据蓄水成本来计算森林固土功能的经济效益。

(3)

式中：U₃为森林年固土价值(元·a^-1)；X₁为林地土壤侵蚀模数(t·hm^-2a^-1)，X₂为无林地土壤侵蚀模数(t·hm^-2a^-1)；A为林分面积(hm²)；ρ为泥沙的平均密度(t·m^-3)；C为水库工程费用(元·m^-3)。

(4)

式中：U₄为森林年保肥价值(元·a^-1)；N为土壤平均含N量(%)，P为土壤平均含P量(%)，K为土壤平均含K量(%)，M为土壤有机质平均质量分数(%)；R₁为磷酸二铵含N量(%)，R₂为磷酸二铵含P量(%)，R₃为氯化钾含K量(%)；C₁为磷酸二铵平均价格(元·t^-1)，C₂为氯化钾平均价格(元·t^-1)，C₃为有机质平均价格(元·t^-1)。采用农业部“中国农业信息网"(http://www.agri.gov.cn)2007年春季平均价格，磷酸二铵价格为2 400元·t^-1，氯化钾价格为2 200元·t^-1，有机质价格为320元·t^-1。

2.2.3 固碳

根据光合作用化学方程式，森林植被每积累1 g干物质，可以固定1.63 g CO₂，释放1.19 g O₂。在CO₂中C比例为27.27%。森林植被和土壤固碳价值的计算公式为：

(5)

式中：U₅为林分年固碳价值(元·a^-1)；B₁为林分净生产力(t·hm^-2a^-1)；C₁为固碳价格(元·t^-1)；系数0.444 5为1.63与27.27%的乘积；F₁为单位面积森林土壤年固碳量(t·hm^-2a^-1)；A为林分面积(hm²)。固碳价格采用国际上普遍采用的碳税率150美元·t^-1(折合人民币为1 200元·t^-1)(中国生物多样性国情研究报告编写组，1998)。

(6)

式中：U₆为林分碳储量价值(元)；B₂为林分生产力(t·hm^-2)；F₂为单位面积森林土壤碳储量(t·hm^-2)。

2.2.4 生物多样性保护

由于我国纬度跨度大，南北的气温差异明显，形成了不同的森林植被类型，提供给生物不同生存和发展的场所和空间，且从南到北，生物多样性越来越丰富。采用生物多样性指数来计算森林生态系统保护生物多样性的功能。森林对生物物种资源的保护价值采用以下公式(王兵等，2008a)计算：

(7)

式中：U₇为森林生态系统的年生物物种资源保护价值；S为单位面积森林年生物物种资源保护价值；A为林分面积。根据Shannon-Wiener指数(H′)计算生物物种资源保护价值，共划分为6级。当指数小于1时，S为5 000元·hm^-2a^-1；1＜H′≤2时为10 000元·hm^-2a^-1；2＜H′≤3时为20 000元·hm^-2a^-1；3＜H′≤4时为30 000元·hm^-2a^-1；4＜H′≤5时为40 000元·hm^-2a^-1；H′>5时为50 000元·hm^-2a^-1。

3 结果与分析 3.1 雨雪冰冻灾害对森林生态系统涵养水源的影响

森林因雨雪冰冻导致树干弯曲、干(冠)折及掘根，削弱了森林对降水的阻拦作用，增加了洪水流量与洪峰流量，减少了产汇流时间，从而导致森林涵养水源功能降低。通过测算，19个省(区、市)受灾前森林生态系统涵养水源量为792.52亿t·a^-1，涵养水源价值为6 190.98亿元·a^-1；受灾后森林生态系统涵养水源量为475.51亿t·a^-1，涵养水源价值为3 714.58亿元·a^-1；雨雪冰冻灾害使森林资源损失水源量为317.01亿t·a^-1，涵养水源损失价值为2 476.40亿元·a^-1。从各省份雨雪冰冻灾害水源涵养服务功能受损情况来看，湖南、江西损失最为严重，水源涵养服务功能损失价值分别为633.02亿元·a^-1与586.78亿元·a^-1，不同树种涵养水源服务功能损失价值排序为马尾松＞杉木＞阔叶树＞竹林＞其他树种＞经济林树种＞湿地松＞桉树(表 1)。

3.2 雨雪冰冻灾害对森林生态系统保育土壤的影响

由于灾害造成的森林植被的破坏，导致森林水土保持功能降低，地表坡面土壤容易被水侵蚀，灾前高度郁闭的针叶林如杉木林，林下植被盖度非常低甚至缺少活地被层，严重受损的林分经清理后，更容易发生水土流失。通过测算，19个省(区、市)受灾前森林生态系统减少土壤侵蚀量为4.00亿t·a^-1，水土保持价值为615.29亿元·a^-1；受灾后森林生态系统减少土壤侵蚀量为2.44亿t·a^-1，水土保持价值为379.31亿元·a^-1；雨雪冰冻灾害使森林生态系统土壤侵蚀量增加1.56亿t·a^-1，水土保持价值损失235.98亿元·a^-1。从各省份雨雪冰冻灾害水土保持服务功能受损情况来看，湖南、浙江损失最为严重，水土保持服务功能损失价值分别为32.86亿元·a^-1与25.66亿元·a^-1，不同树种水土保持服务功能损失价值排序为马尾松＞阔叶树＞杉木＞竹林＞其他树种＞经济林树种＞湿地松＞桉树(表 2)。

3.3 雨雪冰冻灾害对森林生态系统固碳能力与碳储量的影响

森林对现在及未来的气候变化和碳平衡都具有重要影响，森林每年的碳固定量约占整个陆地生物碳固定量的2/3，为工业节能减排，促进社会经济可持续发展拓展了空间。冰雪灾害导致南方各省(区、市)一定区域范围内的森林蓄积量下降，一方面影响森林的碳汇能力，另一方面影响森林的碳储量。

通过测算，19个省份受灾前森林生态系统固碳能力为0.90亿t·a^-1，根据瑞典碳税法1 200元·t^-1计算，受灾前森林生态系统固碳能力价值为1 075.17亿元·a^-1；受灾后森林生态系统固碳能力为0.45亿t·a^-1，其价值为539.37亿元·a^-1；雨雪冰冻灾害使森林资源损失固碳能力0.45亿t·a^-1，损失价值为535.80亿元·a^-1。从各省份雨雪冰冻灾害固碳能力受损情况来看，湖南、江西损失最为严重，固碳能力损失价值分别为125亿元·a^-1与108.40亿元·a^-1，不同树种固碳能力损失价值排序为杉木＞马尾松＞竹林＞阔叶树＞其他树种＞湿地松＞经济林树种＞桉树(表 3)。

受灾损失碳储量为2.06亿t，损失价值为2 475.98亿元。从各省份雨雪冰冻灾害碳储量受损情况来看，江西、湖南损失最为严重，碳储量损失价值分别为533.07亿元·a^-1与377.06亿元·a^-1，不同树种碳储量损失价值排序为杉木＞马尾松＞其他树种＞竹林＞阔叶树＞经济林树种＞湿地松＞桉树(表 4)。

3.4 雨雪冰冻灾害对森林生态系统生物多样性的影响

生物多样性是指生物及其环境所形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和。森林生态系统为生物物种提供生存与繁衍的场所，从而对其起到保育作用。此次雨雪冰冻灾害导致部分林木主干折断，甚至连根拔起，上层林木树冠不复存在，下木也存在主干和枝条折断的现象，森林的垂直结构发生很大变化，生物量大为减少，野生动物栖息地部分丧失，生物多样性降低。

根据公式(7)，按照Shannon-Wiener多样性指数法计算其生物多样性物种保育价值，通过受灾前后Shannon-Wiener指数的变化，采用面积、指数加权平均，得到各省份受灾前森林生态系统生物多样性价值为2 525.98亿元·a^-1，受灾后生物多样性价值为1 133.24亿元·a^-1，雨雪冰冻灾害使森林资源损失生物多样性价值为1 392.74亿元·a^-1。从各省份雨雪冰冻灾害森林生物多样性受损情况来看，福建、江西损失最为严重，森林生物多样性损失价值分别为295.81亿元·a^-1与247.87亿元·a^-1，不同树种森林生物多样性损失价值排序为马尾松＞阔叶树＞杉木＞竹林＞其他树种＞经济林树种＞湿地松＞桉树(表 5)。

4 结论 4.1 不同森林生态服务功能的损失价值

此次雨雪冰冻灾害造成生态服务功能损失的价值为7 117亿元。其中，水源涵养损失价值最大，占生态服务总价值的34.796%；森林碳储量损失价值占34.790%；生物多样性损失价值占19.569%；森林年固碳能力损失价值占7.529%；保育土壤损失价值最小，占3.316%(表 6)。各项服务功能损失价值量排序为水源涵养＞森林碳储量＞生物多样性＞森林年固碳能力＞保育土壤。应当指出的是，森林生态服务功能是广泛的，由于受科学技术水平、计量方法和监测手段的限制，目前尚无法对此次雨雪冰冻灾害受损森林生态系统每项服务功能都一一计量，因此其受损价值评估是不完全的，但这一数值依然清楚地说明了森林生态系统在维系和促进社会经济持续发展和环境保护中的巨大作用。另外，此次雨雪冰冻灾害对森林资源的潜在影响将是长期的，其影响程度还难以定论。为此，本结果所反映的灾区灾情和损失情况，以及灾害对森林资源的影响分析仅是初步的。

4.2 不同省份森林生态系统服务功能的损失价值

从各省份雨雪冰冻灾害受损生态服务功能来看，湖南、江西、湖北、广西、安徽、浙江、贵州、广东和福建9省(区)灾情较为严重，受灾林地面积合计达0.18亿hm²，占全国受灾林地面积的85%，其中，江西与湖南森林生态系统服务功能损失价值最大，分别为1 499.8亿元和1 463.75亿元。江苏、陕西和青海森林生态系统服务功能损失价值最小，分别为58.96、53.42与1.06亿元。此次各省份受损森林生态系统服务功能价值损失排序为江西＞湖南＞广西＞浙江＞湖北＞贵州＞广东＞福建＞甘肃＞安徽＞云南＞四川＞重庆＞河南＞新疆＞江苏＞陕西＞青海(图 1)。

4.3 不同树种森林生态系统服务功能的损失价值

从各省份雨雪冰冻灾害受损不同树种生态服务功能来看，马尾松、杉木是重点受灾省的主要乡土树种，数量大、分布广，此次受灾面积最大，损失情况也最为严重。19省(区、市)马尾松受灾面积474.47万hm²，占19省(区、市)马尾松总面积的37%，相当于全国马尾松林总面积的1/4；特别是湖南和贵州两省马尾松受灾面积占到全省马尾松的70%。杉木受灾面积约占全国杉木林面积的30%，达392.47万hm²。马尾松林生态服务功能价值损失为1 570.16亿元，杉木林生态服务功能价值损失为1 466.23亿元。此次雨雪冰冻灾害不同树种生态服务功能价值损失排序为马尾松＞杉木＞阔叶树＞竹林＞其他树种＞经济林＞湿地松＞桉树(图 2)。

要想短期内对受损森林生态系统进行修复重建是一个世界性难题，需要多学科、多部门的通力协作，恢复技术和机理等问题也有待解决。冰雪灾害后引发森林资源次生灾害的隐患极高，有效减少和避免火灾、病虫害、水土流失等次生灾害发生的难度极大，任务艰巨。因此有效改善受灾森林质量，提高生态服务功能将是一个长期复杂的系统工程，如何采取科学合理技术措施，尽可能缩短森林生态系统修复过程，需要深入研究、稳妥实施。