森林生态系统具有涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等多种服务功能（王兵等，2009）。生态系统服务功能是当前国际上科学研究的热点和前沿（李文华等，2009）。Costanza等（1997）对全球尺度的生态系统服务功能进行了分类和评估，将生态系统服务功能分为17种类型，并按10种生物群系估算出全球生态系统服务功能的年总价值为16万亿~54万亿美元之间，平均为33万亿美元。尽管对该评估工作以及结果存在争论（David et al., 1997；Serafy，1998），但这次评估工作使人们对生态系统服务功能有了一个新的认识，也为今后的生态系统服务价值评估提供了参考（陈仲新等，2000；余新晓等，2005；谢高地等，2006）。我国自20世纪后期开始对森林生态系统服务功能进行评价工作，大多数研究是借鉴国外的一些方法。陈仲新等（2000）按照Costanza等（1997）的分类方法与经济参数对中国生态系统功能与效益进行价值估算，得出我国2000年生态系统效益总价值为7.78万亿元人民币，其中陆地年生态系统效益价值为5.61万亿元，海洋年生态系统效益价值为2.17万亿元。随后许多研究者在不同尺度和不同生态系统类型上对生态系统服务功能价值进行了研究（吴钢等，2001；谢高地等，2003；靳芳等，2005）。由于研究者的侧重点和使用的评估指标体系不同，评估公式不统一，导致评估结果不具有可比性。本次评估工作依据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，2008），基于我国第7次森林资源清查数据及中国森林生态系统定位研究网络（CFERN）长期定位观测数据，对我国森林生态系统生态服务功能进行了评价，为正确评价森林在生态环境建设中的作用、绿色GDP核算及生态补偿机制建立提供依据。

1 研究方法

本次研究参照由国家林业局2008年发布并实施的《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721-2008）（王兵等，2008），对2009年中国森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳制氧、营养物质积累、净化大气环境和保护生物多样性6项主要生态服务功能进行评估（王兵等，2008；Guo et al., 2008）。由于欠缺港澳台地区的相关数据，本次全国森林生态系统服务功能评估不含以上地区。

1.1 数据来源

本研究数据来源于：1）中国森林生态系统定位研究网络（CFERN）所属的森林生态站，包括200多个辅助观测点和500多个补充观测点按照森林生态系统定位观测指标体系（LY/T 1606-2003）进行检测获得的长期定位观测数据，基本覆盖了中国主要的地带性植被分布区；2）国家林业局第7次（2005—2009年)森林资源清查数据；3）我国统计局、物价局等权威机构公布的社会公共数据，本次计算参照《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1271-2008）中推荐使用的社会公共数据。

1.2 评估指标体系与计算公式

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）（王兵等，2008）。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（林木积累N，P，K指标）、净化大气环境（生产负离子指标、吸收污染物指标和滞尘指标）和生物多样性保护（物质保育指标）。

1.2.1 涵养水源

涵养水源功能主要指森林生态系统对大气降水的调节作用，根据其监测和评估的特点划分为2个指标。

调节水量价值：

式中：U_m为林分年调节水量价值（元·a^-1）；P为降水量（mm·a^-1）；E为林分蒸散量（mm·a^-1）；C为地表径流量（mm·a^-1）；C_v为水库建设单位库容投资（元·m^-3）；A 为林分面积（hm²）。

净化水质价值：

式中：U_wq为林分年净化水质价值（元·a^-1）；K为水的净化费用(元·t^-1）。

1.2.2 保育土壤

森林中活地被层和凋落物层的存在，消弱了降水对表土的冲击和侵蚀。森林保育土壤的功能包括森林固土和森林保肥2个指标。

固土价值：

式中：U_sm为林分年固土价值（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）；C_s为挖取和运输单位体积土方所需费用（元·m^-3）；ρ为林地土壤密度（t·m^-3）。

保肥价值：

式中：U_f为林分年保肥价值（元·a^-1）；N为林分土壤含氮质量分数（%）；P_s为林分土壤含磷质量分数（%）；K_s为林分土壤含钾质量分数（%）；M_s为林分土壤含有机质质量分数（%）；R₁为磷酸二铵化肥含氮质量分数（%）；R₂为磷酸二铵化肥含磷质量分数（%）；R₃为氯化钾化肥含钾质量分数（%）；C₁为磷酸二铵化肥价格（元·t^-1）；C₂为氯化钾化肥价格（元·t^-1）；C₃为有机质价格（元·t^-1）。

1.2.3 固碳释氧

森林生态系统是地球陆地生态系统的主体，是陆地碳的主要储存库。森林固碳释氧包括2个指标。

固碳指标：

式中：U_c为林分年固碳价值（元·a^-1）；B_a为林分净生产力（t·hm^-2a^-1）；C_c为固碳价格（元·t^-1）；R_c为CO₂中含碳质量分数，为27.27%；F_sc为单位面积林分土壤年固碳量（t·hm^-2a^-1）。

释氧指标：

式中：U_o为林分年释氧价值（元·a^-1）；C_o为氧气价格（元·t^-1）。

1.2.4 积累营养物质

森林植被在生长过程中不断地从周围环境中吸收N，P和K等营养元素，并贮存在植物体的各器官内，文中选取林木营养物质（N，P和K）的积累指标来反映此项功能。公式为：

式中：U_n为林分年营养物质积累价值（元·a^-1）；N_t为林木含氮质量分数（%）；P_t为林木含磷质量分数（%）；K_t为林木含钾质量分数（%）。

1.2.5 净化大气环境

森林净化大气环境功能从提供负离子、吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物和滞尘5个指标体现出来。

提供负离子指标：

式中：U_ni为林分年提供负离子价值（元·a^-1）；K_ni为每个负离子生产费用（元）；Q_ni为林分负离子密度（个·cm^-3）；L为负离子寿命（min）；H为林分高度（m）；

吸收二氧化硫指标：

式中：U_so为林分年吸收二氧化硫价值（元·a^-1）；K_so为二氧化硫治理费用（元·kg^-1）；Q_so为单位面积林分年吸收二氧化硫量（kg·hm^-2a^-1）。

吸收氮氧化物指标：

式中：U_hf为林分年吸收氟化物价值（元·a^-1）；K_hf为氟化物治理费用（元·kg^-1）；Q_hf为单位面积林分年吸收氟化物量（kg·hm^-2a^-1）。

吸收氟化物指标：

式中：U_no为年吸收氮氧化物总价值（元·a^-1）；K_no为氮氧化物治理费用（元·kg^-1）；Q_no为单位面积林分年吸收氮氧化物量（kg·hm^-2a^-1）。

滞尘指标：

式中：U_dc为林分年滞尘价值（元·a^-1）；K_dc为降尘清理费用（元·kg^-1）；Q_dc为单位面积林分年滞尘量（kg·hm^-2a^-1）。

1.2.6 生物多样性保护

生物多样性保护功能的物种保育指标计算首次采用Shannon-Wiener指数计算方法, 公式为：

式中：U_s为林分年物种保育价值（元·a^-1）；S_s为单位面积年物种损失的机会成本（元·hm^-2a^-1）；

S_s（表示依据生物多样性指数来划分的物种保育价值参数）按照Shannon-Wiener指数划分为6个等级：当指数＜1时，S_s为5 000元·hm^-2a^-1；当1≤指数＜2时，S_s为10 000元·hm^-2a^-1；当2≤指数＜3时，S_s为20 000元·hm^-2a^-1；当3≤指数＜4时，S_s为30 000元·hm^-2a^-1；当4≤指数＜5时，S_s为40 000元·hm^-2a^-1；当指数≥5时，S_s为50 000元·hm^-2a^-1。

2 结果与分析 2.1 涵养水源功能

本次评估结果(表 1）表明：我国森林生态系统涵养水源总量为4 947.66亿m³·a^-1，调节水量价值为30 233.68亿元·a^-1, 净化水质价值为10 340.62亿元·a^-1，总涵养水源价值为40 574.30亿元·a^-1。由表 1可以看出：四川和云南涵养水源价值最大，分别为5 492.23亿和4 266.17亿元·a^-1，天津和上海2地涵养水源价值最小，分别为7.47亿和7.39亿元·a^-1。

2.2 保育土壤功能

本次评估结果（表 2）表明：我国森林生态系统固土能力为70.35亿t·a^-1，固土价值为861.52亿元·a^-1，保肥价值为9 059.04亿元·a^-1，保育土壤价值为9 920.59亿元·a^-1。黑龙江、西藏和内蒙古森林保育土壤价值量最大在1 000亿元·a^-1以上，分别为1 248.00亿、1 050.63亿和1 005.00亿元·a^-1，上海和天津森林保育土壤价值量最小，均为1.52亿元·a^-1。

2.3 固碳释氧功能

本次评估结果（表 3）表明：我国森林生态系统固碳物质量为3.59亿t·a^-1，固碳价值为4 303.42亿元·a^-1，释氧物质量为12.24亿t·a^-1，释氧价值为11 290.13亿元·a^-1，固碳释氧价值为15 593.55亿元·a^-1。黑龙江和云南固碳释氧价值最大，分别为1 777.29亿和1 680.72亿元·a^-1，天津和上海最小，分别为6.84亿和4.38亿元·a^-1（表 3）。

2.4 林木营养积累功能

本次评估结果（表 4）表明：我国森林对N，P和K的积累量分别为981.43万、125.81万和542.38万t·a^-1，得出林木营养物质积累价值为2 077.06亿元·a^-1。内蒙古和黑龙江的森林林木营养物质积累价值量最大，分别为361.82亿和314.83亿元·a^-1，天津和宁夏最小，分别为1.59亿和1.52亿元·a^-1（表 4）。

2.5 净化大气环境功能

中国森林生态系统生产负离子量为168.09×10²⁵ 个·a^-1；吸收二氧化硫物297.45亿kg·a^-1，氟化物10.81亿kg·a^-1，氮氧化物15.13亿kg·a^-1；滞尘量为5 014.13亿kg·a^-1，森林生态系统净化大气环境价值为7 931.90亿元·a^-1；内蒙古净化大气环境价值最大为1 097.15亿元·a^-1，上海最小为1.30亿元·a^-1（表 5）。

2.6 生物多样性保护功能

本次评估按照Shannon-Wiener指数计算方法对全国森林生态系统生物多样性保护价值进行计算。中国森林生态系统生物多样性保护功能价值为24 050.23亿元·a^-1，云南和四川森林生态系统生物多样性保护价值最大，分别为2 697.77亿和2 309.51亿元·a^-1，天津和上海最小，分别为6.58亿和6.49亿元·a^-1（表 6）。

2.7 中国森林生态系统生态服务功能总价值

综上所述，2009年中国森林生态系统服务功能总价值为100 147.61亿元·a^-1。6项功能价值表现为涵养水源＞生物多样性保护＞固碳释氧＞保育土壤＞净化大气环境＞积累营养物质，各单项服务功能占总价值量的比例分别为40%，24%，16%，10%，8%和2%。森林生态系统服务功能总价值排在前2位的省份为四川和云南，分别为10 590.48亿和10 257.22亿元·a^-1。天津和上海最小，分别为26.11亿和23.09亿元·a^-1。我国森林生态系统服务总价值空间格局分布特点为：1）北方地区总价值普遍低于南方地区，东部地区普遍高于西部地区；2）森林生态系统服务价值较大的省级行政区分布在西南部地区（四川和云南）和东北地区（黑龙江和内蒙古）以及南部（广东、广西和福建）；3）森林生态系统总价值量较小的省级行政区分布在西北地区（青海、宁夏和新疆）以及面积较小的北京、天津、上海和重庆市。

从单位面积森林生态系统服务功能价值来看，排在前2位的为海南和广东2省，价值为6.25万元·hm²a^-1, 单位面积价值量最小的为新疆1.61万元·hm²a^-1（表 7）。其特点为：1）各省级行政区单位面积森林生态系统服务功能价值量为4.00~5.00万元·hm²a^-1；2）单位面积价值量较高的省级行政区主要分别在南部沿海地区（海南、广东和广西），单位面积价值量较低的省级行政区主要分布在西北地区（甘肃、青海、宁夏和新疆）和中部地区（天津、北京和河南）。

3 结论与讨论

本研究依据我国第7次森林资源清查数据和森林生态定位检测结果评估得出，2009年我国森林生态系统生态6项服务功能的总价值为100 147.61亿元·a^-1。其中涵养水源价值为40 574.30亿元·a^-1；保育土壤价值为9 920.59亿元·a^-1；固碳释氧价值为15 593.55亿元·a^-1；林木营养物质积累价值为2 077.06亿元·a^-1；净化大气环境价值为7 931.90亿元·a^-1；生物多样性保护价值为24 050.23亿元·a^-1。

总体来说，总价值量和单位面积价值量表现为我国南方地区高于北方地区，东部地区高于西部地区；海南和新疆单位面积的价值差别最大，海南省单位面积价值约为新疆自治区单位面积价值的4倍。森林生态系统服务功能的价值与森林面积、森林类型以及森林质量有着密切关系，这也是造成我国各省级行政区森林生态系统服务功能价值分布不均的主要原因。森林植被的年生长量是决定森林发挥生态系统服务功能大小的主要因子。目前森林碳储量估算的普遍方法是直接或间接测算森林生物量再乘以生物量中碳元素的含量（含碳系数），国际上常用的含碳系数为0.45~0.5（李海奎等，2010）。中国森林生态系统服务功能空间分布规律和中国森林植被碳库的空间分布规律基本一致，即中国森林植被碳库主要集中于东北和西南地区，占全国森林植被碳库总量的一半以上，华东、中南地区以及西北和华北地区森林碳库相对较小（徐新良，2007）。

森林生态系统服务功能价值和森林生产力也有一定的关系。生产力高、林分质量高、健康状况良好的森林所产生的服务功能就高。长白山地区云杉（Picea jezoensis var. komarovii）+冷杉（Abies nephrolepis）林年生产力为6.3 tC·hm^-2a^-1，黑龙江落叶松（Larix gmelinii）林地的年生产力达9.6 tC·hm^-2a^-1，均高于暖温带地区典型森林生态系统的年生产力，如北京地区辽东栎（Quercus wutaishanica）林年生产力为4.8 tC·hm^-2a^-1，秦岭油松（Pinus tabulaeformis）林年生产力为3.6 tC·hm^-2a^-1（吴雅琼等，2007）。我国森林生态系统健康指数高的地区主要分布在热带雨林季雨林以及天然林分布的区域，而蒙新地区和暖温带林区的健康指数较低，且在全国区域内由南到北逐渐降低（肖风劲等，2003）。温度、降水等自然条件以及森林面积和健康状况是造成各省级行政区森林生态系统服务功能差异的主要原因。

森林生态系统价值评估对于森林保护、森林可持续经营以及生态补偿有着重要意义。森林生态系统服务功能及其价值评估利于较好地解决生态效益补偿的定量化问题（冯艳芬等，2009）。对森林生态系统服务进行有效补偿，可对森林特别是私有林经营与保护提供资金来源，实现经济效益与环境效益双赢（吴水荣等，2009）。

由于受学科背景、技术方法、研究区域资料收集等因素限制，更深入地研究森林生态系统服务功能评价工作仍面临一些问题。对森林生态系统结构和功能生态过程的研究有助于提高森林生态系统功能评估的准备性，因此有必要加强对森林生态系统的长期定位研究。本次森林生态系统服务功能评估工作是按国家林业局颁布实施的统一标准进行的，并未考虑林龄、林分起源类型等因素，因此评估指标体系和方法完善仍是今后森林生态系统服务功能评价的研究重点。