林业科学  2009, Vol. 45 Issue (4): 124-130   PDF    
0

文章信息

王兵, 马向前, 郭浩, 王燕, 冷泠.
Wang Bing, Ma Xiangqian, Guo Hao, Wang Yan, Leng Ling
中国杉木林的生态系统服务价值评估
Evaluation of the Chinese Fir Forest Ecosystem Services Value
林业科学, 2009, 45(4): 124-130.
Scientia Silvae Sinicae, 2009, 45(4): 124-130.

文章历史

收稿日期:2007-12-05

作者相关文章

王兵
马向前
郭浩
王燕
冷泠

中国杉木林的生态系统服务价值评估
王兵, 马向前, 郭浩, 王燕, 冷泠     
中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室 北京 100091
摘要: 采用森林生态系统定位研究网络台站多年连续观测数据和森林资源清查数据及公共数据对中国杉木林生态服务价值物质量和价值量进行详细评估。结果表明:1994—1998年和1999—2003年期间,中国杉木林生态服务总价值分别为15 643.82亿元·a-1和17 043.86亿元·a-1,单位面积价值分别为12.62万元·hm-2a-1和12.34万元·hm-2a-1,其中在所评估的六大服务项中各服务项的价值所占比例次序为涵养水源>积累营养物质>固碳释氧>生物多样性保护>净化大气环境>固土保肥。
关键词:生态系统服务价值    中国杉木林生态系统    评估    
Evaluation of the Chinese Fir Forest Ecosystem Services Value
Wang Bing, Ma Xiangqian , Guo Hao, Wang Yan, Leng Ling    
Key Laboratory of Forest Ecological Environment of State Forestry Adminstration Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, CAF Beijing 100091
Abstract: The forest ecosystem services evaluation is one of the hot spots on forest ecosystem research. We assessed the quantity value and the economic value of Chinese Fir (Cunninghamia lanceolata) forest ecosystem services on the basis of the long-term observation of several ecosystem research stations which belonged to the chinese forest ecosystem research network(CFERN), the data of forest resource in China and the data of social commonality. The research was carried out in three aspects (provide air anion, absorb pollutants and the dust catching property). The results showed that the total economic value of Chinese Fir forest ecosystem in 1994—1998 and 1999—2003 respectively are 15 643.82×108yuan·a-1 and 17 043.86×108yuan·a-1, the unit area quantity value respectively are 12.62×104 yuan·hm-2a-1 and 12.34×104 yuan·hm-2a-1. The sequence of the six services which we assessed is water supply > nutrition storage > carbon fixed and oxygen released > biodiversity conservation > atmosphere environmental purification > soil conservation.
Key words: ecosystem services value    Chinese Fir forest ecosystem    evaluation    

森林生态系统作为地球上结构最复杂、功能最多和最稳定的陆地生态系统在生态环境维持和改善方面起着不可替代的重要作用(王兵等,2008)。森林生态系统服务价值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,具有涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护、森林游憩等多种生态功能,所以森林的兴衰直接影响生态环境,从而直接关系到全球经济和社会的发展。

杉木(Cunninghamia lanceolata)是集经济、生态、社会效益于一体的优良树种,是其产区人民经济收入的重要来源和生态保障。近年来,森林生态服务价值评估正日益成为生态系统研究的热点,国内外的研究也取得了众多成果。自Costanza等(1997)开展了对全球生物圈生态系统服务价值的估算之后,森林生态服务价值评估工作有了里程碑式的进展。我国自20世纪80年代开始对森林生态系统服务价值进行评价工作,侯元兆等(1995)全面地对中国森林资源涵养水源、保育土壤、固碳释氧等价值进行了评估;欧阳志云等(1999)蒋延玲等(1999)陈仲新等(2000)张颖(2002)赵同谦等(2004)靳芳等(2005)余新晓等(2005)都对我国陆地生态系统或森林生态系统的服务价值进行了评估。随着经济的发展与社会的进步,人们对于杉木林生态系统在生态环境建设中的作用和地位的认识有了根本性的改变,但有关杉木林生态系统服务价值的研究仍处于起步阶段,对杉木林生态系统服务价值开展评估工作,使我们能在一个新的层面上来认识杉木林生态系统与人类的关系,进一步了解它的生态地位,有利于建立更加先进的杉木林管理思想, 明确科学的经营方针,制定合理经营方案,充分发挥杉木林的生态系统服务价值,为国家的生态安全和国民经济的可持续发展及绿色GDP评估和生态补偿机制研究等提供科学依据。

1 中国杉木林概况

杉木隶属杉科(Taxodiaceae),分布于秦岭以南,海拔2 000 m以下山坡和丘陵常见树种(中国树木志编委会,1978)。

杉木属常绿乔木树种,树冠高大,尖塔形;株高可达35 m,胸径可达2 m以上。树皮灰褐色,长条状脱落,大枝平展;小枝对生或轮生。杉木树干通直,高大,木材纹理直,材质轻软,结构细致,不开裂,耐腐蚀,为优良用材,是我国南方资源最丰富的木材树种之一,生长迅速,作为速生林已被大面积造林(耿伯介,1996南京林业学校,1985)。

近年来我国杉木林面积显著增加,从第5次森林资源清查(1994—1998年)的12 395 200 hm2,增长到第6次森林资源清查(1999—2003年)的13 815 900 hm2,增加了1 420 700 hm2,杉木林总面积占全国林地总面积的比例由8.07%增加到8.17%,增加了0.1个百分点(国家林业局,2005)。根据全国第6次森林资源清查结果,杉木分布在全国16个省市,其中江西、湖南、福建、广西、浙江、广东、贵州七省(自治区)的杉木林面积之和占全国总面积的89.83%, 江西、湖南和福建则分别占了20.94%,19.77%和13.79%(国家林业局,2005)。

2 研究方法

本文的研究方法参照文献(王兵等,2008)进行,按杉木林的自然分布区域以省份为单位将中国杉木林森林生态系统划分为16个单元(第5次森林资源清查时由于重庆还没有划分为直辖市,为15个单元,同时本文的计算由于没有港澳台相应的数据,故港澳台没有列入计算范围),按每个单元进行杉木林各个功能的物质量与价值量(除森林游憩功能外)的计算,最后将其各单元的价值量合并得到全国杉木林生态系统服务价值的总价值量。

2.1 数据来源

本文的研究数据来源有3个途径:1)中国森林生态系统定位研究网络(CFERN)所属多个森林生态站按照森林生态系统定位观测指标体系(LY/T 1606-2003)进行监测获得的科学、翔实而又准确的长期定位监测数据;2)国家林业局第5次和第6次全国森林资源清查数据;3)我国权威机构公布的社会公共数据(参照《森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721-2008)》中推荐使用价格)。

2.2 评估指标体系与计算公式

本文中评估指标包括涵养水源(调节水量指标和净化水质指标)、保育土壤(固土指标和保肥指标)、固碳释氧(固碳指标和释氧指标)、积累营养物质(积累营养物质指标)、净化大气环境(提供负离子指标、吸收污染物指标和滞尘指标)、生物多样性保护(物种保育)6类功能的11个指标,所采用的评估指标与计算公式均来自于《森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721-2008)》。其中生物多样性保护价值(洪伟等,1999郝占庆等,1994徐坤等,2005)根据Shannon-Wiener指数计算,共划分为7级:当指数≤1时,S生为3 000元·hm-2a-1;当1≤指数<2时,S生为5 000元·hm-2a-1;当2≤指数<3时,S生为10 000元·hm-2a-1;当3≤指数<4时,S生为20 000元·hm-2a-1;当4≤指数<5时,S生为30 000元·hm-2a-1;当5≤指数<6时,S生为40 000元·hm-2a-1;当指数≥6时,S生为50 000元·hm-2a-1

3 结果与分析 3.1 杉木林生态系统所提供的服务价值物质量评估结果 3.1.1 全国总物质量

1994—1998年和1999—2003年期间的杉木林生态系统各项服务价值的具体物质量见表 1。两期比较可知,涵养水源能力增加了9.09%;固土保肥方面,固土增加了11.99%,保持N能力增加了18.66%,保持P能力增加了17.10%,保持K能力增加了11.15%,保持有机质能力增加了12.31%;固碳释氧方面,固碳增加了12.33%,释氧增加了11.73%;积累营养物质方面,林木积累N增加了3.25%,积累P增加了7.69%,积累K增加了10.91%;净化大气环境方面,生产负离子能力增加了6.91%,吸收二氧化硫增加了10.45%,吸收氟化物增加了10.81%,吸收氮氧化物增加了9.03%,滞尘增加了11.45%。

表 1 中国杉木林森林生态系统服务价值提供的物质量 Tab.1 The quantity value of Chinese Fir forest ecosystem services value

整个杉木林生态系统的服务价值总物质量两期相比较有了显著提高,与两期总面积11.46%的增幅相比,各项服务价值的增长量具有一定的可比性,也说明了整个杉木林生态系统服务价值良好的稳定性和持续性。

3.1.2 单位面积物质量

1994—1998年和1999—2003年期间的杉木林生态系统各项服务价值的单位面积物质量见表 2。两期相比,各项服务价值的单位面积价值总体上基本持平但稍有下降。具体来说调节水量降低了2.13%,保育土壤作用固土增加了0.25%,保肥方面减少N损失增加了6.44%,减少P损失增加了5.06%,减少K损失降低了0.29%,减少有机质损失增加了0.75%,固碳增加了0.36%,释氧降低了0.13%,林木积累N降低了7.50%,积累P降低了0.21%,积累K降低了1.08%,提供负离子降低了4.14%,吸收二氧化硫降低了0.90%,吸收氟化物降低了0.21%,吸收氮氧化物降低了2.06%,滞尘降低了0.01%。

表 2 中国杉木林森林生态系统服务价值提供的单位面积物质量 Tab.2 The unit area quantity value of Chinese Fir forest ecosystem services value

1994—1998年至1999—2003年期间,广东、江苏和四川3个省份减少的面积是其余13个省份新增种植面积的12.94%,同时新增的杉木林个别服务价值相对较弱导致了不同计算参数值两期的上下变化,最终造成了两期各项服务价值的单位面积价值的有增有减。

3.1.3 物质量各省分布状况

以1999—2003年为例(1999—2003年期间全国杉木林生态系统提供物质量的具体排序见表 3),从全国杉木林分布的18个省市涵养水源功能的物质量上来看,江西位于第1位,占全国总量的22.00%;湖南位于第2位,占20.33%;安徽位于第3位,占15.95%;福建位于第4位,占10.08%;广西位于第5位,占8.40%。后面由高到低依次为浙江、广东、贵州、四川、湖北、云南、重庆、江苏、陕西、河南和海南,其中前5位的省份杉木林涵养水源功能物质量之和占全国总和的76.78%,最后5位的杉木林涵养水源功能物质量之和仅占到全国总和的1.47%。

表 3 1999——2003年期间不同省(区、市)杉木林生态服务价值提供物质质量排序 Tab.3 The order at quantity in kind of Chinese Fir forest ecosystem services value in the period of 1999——2003

表 3可以看出,在服务价值评估的16项中,江西有10项排在第1位,湖南则有7项位于第2位,福建分别有3项排在第1位和第2位,这几个省在总体上都是最好的省份;而海南则是有13项位于最后,2项位于倒数第2名,和河南、陕西、江苏、重庆等省市一样位于全国的末位。这主要是由各省的杉木林面积决定的,另外南北纬度和东西经度上的差异也是其原因之一。

3.2 杉木林生态系统所提供的服务价值量评估结果 3.2.1 全国总价值量

1994—1998年期间中国杉木林生态系统服务总价值为15 643.820 8亿元·a-1,单位面积价值为12.620 9万元·hm-2a-1。其六大价值所占比例见图 1,其中涵养水源价值最大,占总价值34.77%;积累营养物质价值位于第2位,占28.57%;固碳释氧价值位于第3位,占17.06%;生物多样性保护价值列于第4位,占12.55%;净化大气环境价值位于第5位,占4.10%;固土保肥价值最少,占2.94%。

图 1 1994—1998年期间杉木林生态服务价值分布 Figure 1 The distribution of Chinese Fir forest ecosystem services value in the period of 1994—1998

1999—2003年期间中国杉木林生态系统服务总价值为17 043.859 1亿元·a-1,单位面积价值为12.336 4万元·hm-2a-1。其六大服务价值所占比例见图 2,其中涵养水源价值最大,在总价值占34.82%;积累营养物质价值位于第2位,占27.69%;固碳释氧价值位于第3位,占17.46%;生物多样性保护价值列于第4位,占12.75%;净化大气环境价值位于第5位,占4.19%;固土保肥价值最少,占3.08%。

图 2 1999—2003年期间杉木林生态服务价值分布 Figure 2 The distribution of Chinese Fir forest ecosystem services value in the period of 1999—2003

两期相比,总的价值量有显著增加,单位面积价值量却有小幅度下降, 降幅为2.25%,这主要是由于杉木林新增面积较大引起的总价值量增加,然而由于新增的杉木林在整个杉木林中的服务价值较小,导致了单位面积价值量的下降。但是各个价值项在总价值中所占的比例大小与位次基本保持不变,说明了整个杉木林生态系统服务价值具有较好的稳定性。

3.2.2 价值量各省分布状况

1994—1998年与1999—2003年期间中国杉木林生态服务总价值在各省的分布状况见图 3。由图可知,1994—1998年期间排在前5位的省份分别是江西、湖南、广西、福建和浙江,各自所占比例分别为25.53%,15.55%,10.53%,10.29%和9.26%,后5位的省份分别是湖北、江苏、陕西、河南和海南,各自所占比例分别为1.42%,0.30%,0.21%,0.09%和0.04%。1999—2003年期间排在前五位的省份分别是江西、湖南、广西、福建和浙江,各自所占比例分别为25.52%,14.75%,10.90%,10.43%和9.24%,后5位的省份分别是重庆、江苏、陕西、河南和海南,各自所占比例分别为1.21%,0.29%,0.21%,0.09%和0.05%。

图 3 不同省(区、市)杉木林生态服务价值所占比例 Figure 3 The value proportion of Chinese Fir forest ecosystem services value in provinces A:安徽Anhui; B:福建Fujian; C:广东Guangdong; D:广西Guangxi; E:贵州Guizhou; F:海南Hainan; G:河南Henan; H:湖北Hubei; I:湖南Hunan; J:江苏Jiangsu; K:江西Jiangxi; L:陕西Shaanxi; M:四川Sichuan; N:云南Yuannan; D:浙江Zhejiang; P:重庆Chongqing.下同The same below.

总体来看,两期各省杉木林生态服务总价值所占全国总价值的比例及其排序基本没有太大变化,呈现出较强的与种植面积正向关的规律性。

从各省两期单位面积服务的价值量(图 4)看,1994—1998年和1999—2003年期间排在前5位的省份次序没有变化,均为安徽、江苏、江西、广东和广西,其单位面积服务的价值量分别为:1994—1998年期间为257 555.00,201 035.27,150 332.45,145 577.43和140 511.28元·hm-2a-1,1999—2003年期间为258 956.22,232 188.32,150 332.45,141 339.19和134 712.68元·hm-2a-1;两期中位于后5位的省份和次序基本没有变化,分别为陕西、湖北、河南、福建和湖南(湖南、福建)其单位面积服务功能的价值量分别为:1994—1998年期间为61 577.96,72 952.69,75 795.61,93 331.93和99 904.18元·hm-2a-1,1999—2003年期间为61 577.96,72 952.69,75 795.61,92 026.82和93 331.93元·hm-2a-1。呈现出中国杉木林生态系统服务价值在纬度由高纬度到低纬度上的增长趋势以及在经度上由西到东的增长趋势等规律,也说明了杉木林生态系统的服务价值直接受到在不同纬度和经度上水热分布状况的影响。

图 4 不同省(区、市)杉木林生态系统服务单位面积价值量 Figure 4 The unit area quantity value of Chinese Fir forest ecosystem services value in provinces
4 结论与讨论

对1994—1998年和1999—2003年两期中国杉木林生态系统生态服务价值物质量和价值量评估结果表明:

1) 中国杉木林生态系统具有重要的生态服务价值,其物质量和价值量从1994—1998年到1999—2003年期间呈稳步增长态势。1994—1998年和1999—2003年间的中国杉木林生态系统总物质量和价值量均呈增长趋势。如总物质量中涵养水源方面增加了9.09%;总价值量从1994—1998年的15 643.396 2亿元·a-1到1999—2003年的17 043.324 3亿元·a-1,相比增加了8.95%。

2) 中国杉木林生态系统的生态服务价值在不同省份之间存在着相对的差异。各省杉木林生态系统单位面积上的生态服务价值存在较大差异,这主要是由于杉木林的分布范围较大,涵盖了16个省市,北起陕西、河南,南到广东、海南,西自四川、云南,东到福建、浙江,在这些省市中,水热条件由于纬度和经度的不同,导致了各省之间杉木林的生长状况不同,最终引起不同省份之间的杉木林的生态服务价值有了相对较大的差异。

3) 本次评估是在CFERN所属各森林生态站长期监测获得的试验数据基础上进行的,相对而言有着较为充分的数据支持,这为最后研究结果的可信度提供了有力的保障,相信在以后的森林生态系统服务价值评估工作中,长期连续监测数据的使用将会使研究结果更为精确和可信。

4) 本次的评估指标体系和评估方法采用了森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721-2008),社会公共数据采用了权威部门发布的数据,尽量充分地考虑了与森林生态系统服务价值关系密切的各项指标,基本上能够反映森林生态系统健康的真实状态,增加了研究结果的可信度。

目前为止,有关森林生态系统服务价值的评估还处于一个探索阶段,国内外还未有一个被多数人都认可的成熟的评估指标体系,特别是关于单一树种生态服务价值详细评估方面的研究还为数不多。本文也是一个尝试性的研究,希望能抛砖引玉,为建立理想的评估指标体系提供参考,本次评估没有将杉木林年龄、起源等对生态服务价值影响考虑在内,因此在以后的研究中还需要进一步完善评估方法,这也是未来森林生态服务价值研究工作中应该深入考虑的问题。

参考文献(References)
陈仲新, 张新时. 2000. 中国生态系统效益的价值. 科学通报, 45(1): 17-22. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2000.01.004
耿伯介. 1996. 中国植物志(第九卷)(第一分册). 北京: 科学出版社.
国家林业局. 2005. 2005中国森林资源报告. 北京: 中国林业出版社.
郝占庆, 陶大立. 1994. 长白山北坡阔叶红松林及其次生白桦林高等植物物种多样性比较. 应用生态学报, 5(1): 16-23. DOI:10.3321/j.issn:1001-9332.1994.01.013
洪伟, 吴承祯. 1999. Shannon-Wiener指数的改进. 热带亚热带植物学报, 7(2): 120-124.
侯元兆, 王琦. 1995. 中国森林资源核算研究. 世界林业研究, 8(3): 51-56.
蒋延玲, 周广胜. 1999. 中国主要森林生态系统公益的研究. 植物生态学报, 23(5): 426-432. DOI:10.3321/j.issn:1005-264X.1999.05.006
靳芳, 鲁绍伟, 余新晓. 2005. 中国森林生态系统服务功能及其价值评价. 应用生态学报, 16(8): 1531-1536. DOI:10.3321/j.issn:1001-9332.2005.08.029
南京林业学校. 1985. 树木学. 北京: 中国林业出版社.
欧阳志云, 王效科, 苗鸿. 1999. 中国陆地生态系统服务功能及其生态经济价值的初步研究. 生态学报, 19(5): 607-613. DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.1999.05.004
王兵, 杨锋伟, 郭浩, 等. 2008.森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721-2008).北京: 中国标准出版社. http://www.csres.com/detail/186732.html
徐坤, 谢应忠, 李生宝, 等. 2005. 宁夏南部半干旱黄土丘陵区不同整地方式下草地植物群落稳定性分析. 农业科学研究, 26(2): 9-13. DOI:10.3969/j.issn.1673-0747.2005.02.003
余新晓, 鲁绍伟, 靳芳, 等. 2005. 中国森林生态系统服务功能价值评估. 生态学报, 25(8): 2096-2102. DOI:10.3321/j.issn:1000-0933.2005.08.038
张颖. 2002. 中国森林生物多样性评价. 北京: 中国林业出版社.
赵同谦, 欧阳志云, 郑华, 等. 2004. 中国森林生态系统服务功能及其价值评价. 自然资源学报, 19(4): 480-491. DOI:10.3321/j.issn:1000-3037.2004.04.010
中国树木志编委会. 1978. 中国主要树种造林技术. 北京: 农业出版社.
Costanza R, d'Arge R, Rudolf de Groot, et al. 1997. The value of the world's ecosystem services and natural capital. Nature, 387: 253-260. DOI:10.1038/387253a0