青海省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估

森林資源作為世界上最寶貴的資源和人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其有效的保護和可持續(xù)管理已成為國際社會關(guān)注的主要政治和社會問題，受到了世界各國政府的前所未有的關(guān)注。森林生態(tài)系統(tǒng)是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,它不僅向人類提供木材及淀粉、蛋白質(zhì)、油脂、膠、漆、維生素眾多副產(chǎn)品,而且具有涵養(yǎng)水源、改良土壤、保持水土、減輕自然災(zāi)害、調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、孕育和保存生物多樣性等生態(tài)功能,同時還具有醫(yī)療保健、陶冶情操、旅游休憩等社會功能。本研究對青海省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值進行初步評估,以期為青海省可持續(xù)發(fā)展及森林資源的保護、規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。1陰山山地河流植被分布特點青海省位于中國西部內(nèi)陸地區(qū),近于亞歐大陸中心地區(qū)。地理坐標為89°35′～103°4′,北緯31°39′～39°19′,東西長約1200km,南北寬約800km,總土地面積超過72萬km2,占全國總土地面積的13.15%。青海省的森林資源貧乏,森林覆蓋率僅有2.65%,不足全國平均值的1/5。森林植被分布于東經(jīng)96°以東,主要江河及其支流的河谷兩岸,森林分布海拔大多在2500～4200km,以寒溫帶常綠針葉林亞型為主,其次為落葉林植被型(多為原始林破壞后的次生類型)。這些針、闊葉林和大面積的高山灌叢,組成了長江、黃河上游各水系的天然水源涵養(yǎng)林,對青海省生態(tài)平衡起著重大作用。北部的祁連山區(qū)、柴達木盆地的許多內(nèi)陸河流,分布著針、闊葉林和鹽生灌叢、荒漠灌叢等植被類型,都是青海省農(nóng)、牧業(yè)的天然屏障。青海省2003年第6次森林資源清查資料表明,青海省森林面積34.71萬hm2,其中冷杉林面積400.00hm2、云杉林面積10.10萬hm2、柏木林面積12.99萬hm2、落葉松林面積1200.00hm2、油松林面積6000.00hm2、櫟類面積300.00hm2、樺木林面積5.71萬hm2、楊樹林面積4.52萬hm2、軟闊類面積800.00hm2、經(jīng)濟林面積52.00萬hm2,全省年森林蓄積增長量為49.39萬m3。2評價指標體系和方法在西藏林芝森林定位研究的基礎(chǔ)上,綜合運用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)理論方法,對青海省森林生態(tài)系統(tǒng)各種林型的主要生態(tài)功能及其價值進行研究分析,結(jié)合青?，F(xiàn)有數(shù)據(jù),選取適宜的評價指標構(gòu)建評價指標體系,確定評價方法,定量分析和評估第6次森林資源清查青海省森林生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳制氧、營養(yǎng)積累、凈化環(huán)境、生物多樣性保護、森林游憩7項主要服務(wù)功能的物質(zhì)量及其價值量。3資料與研究資料西藏林芝高山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站多年連續(xù)觀測研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、其他科研院所在青海省做的相應(yīng)研究資料和第6次(1999—2003年)青海省的森林資源清查數(shù)據(jù)。4西寧森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值4.1網(wǎng)格法計算用戶用水價格水源涵養(yǎng)功能主要是指森林生態(tài)系統(tǒng)對大氣降水的調(diào)節(jié)作用,根據(jù)其監(jiān)測和評估的特點,共劃分為2個指標。即調(diào)節(jié)水量指標和凈化水質(zhì)指標。調(diào)節(jié)水量價值:森林生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量價值根據(jù)水庫工程的蓄水成本(影子工程法)來確定。U1=10CA(P-E)。(1)式中:U1為森林調(diào)節(jié)水量價值;C為水庫庫容造價;P為林外降水量;E為林分蒸散量;A為林分面積。凈化水質(zhì)價值:森林生態(tài)系統(tǒng)年凈化水質(zhì)價值采用網(wǎng)格法得出的全國城市居民用水平均價格計算。U2=10KA(P-E)。(2)式中:U2為森林年凈化水質(zhì)價值;K為居民用水平均價格;A為林分面積;P為林外降水量;E為林分蒸散量。庫容造價根據(jù)1993—1999年《中國水利年鑒》平均水庫庫容造價為2.17元/t,折算為目前單位庫容造價為6.1107元/t;采用網(wǎng)格法得到全國各大中城市的居民用水價格的平均值為2.09元/t。2004年,青海省涵養(yǎng)水源總量為34705.97萬m3,調(diào)節(jié)水量價值為21.2077億元,凈化水質(zhì)價值為7.2537億元,林分調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)的總價值為28.4614億元(表1)。4.2森林固土價值及年保肥價值森林的存在,特別是森林中活地被層和凋落物層的存在,使降水被層層截留并基本上消除了水滴對表土的沖擊和地表徑流的侵蝕作用,各類森林植被地下部根系的固土保肥作用成為森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究的主要內(nèi)容之一。因此,森林保育土壤功能可分為森林固土功能和森林保肥功能2個方面。森林固土價值:森林固土作用可用減少淤積泥沙的方法進行計算。根據(jù)蓄水成本來計算森林固土功能的經(jīng)濟效益。U3=AC(X2-X1)/ρ。(3)式中:U3為森林年固土價值;X1為林地土壤侵蝕模數(shù);X2為無林地土壤侵蝕模數(shù);A為林分面積;ρ為泥沙的平均密度;C為水庫工程費用。森林年保肥價值:式中:U4為森林年保肥價值;X1為林地土壤侵蝕模數(shù);X2為無林地土壤侵蝕模數(shù);A為林分面積;N為土壤平均含氮量;P為土壤平均含磷量;K為土壤平均含鉀量;M為土壤有機質(zhì)平均質(zhì)量分數(shù);R1為磷酸二銨含氮量;R2為磷酸二銨含磷量;R3為氯化鉀含鉀量;C1為磷酸二銨平均價格;C2為氯化鉀平均價格;C3為有機質(zhì)平均價格。-1,年固土價值為3531.5050萬元·a-1,年保肥價值為8.7236億元·a-1。為此,青海省森林生態(tài)系統(tǒng)年保育土壤的價值為9.0768億元·a-1(表2)。4.3森林植被和土壤固碳價值森林生態(tài)系統(tǒng)是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體,是陸地碳的主要儲存庫。森林對現(xiàn)在及未來的氣候變化和碳平衡都具有重要影響。固碳:根據(jù)光合作用化學(xué)方程式,森林植被每積累1g干物質(zhì),可以固定1.63gCO2,釋放1.19gO2。在CO2中C比例為27.27%。森林植被和土壤固碳價值的計算公式為:U5=AC1(0.4445B+F)。(5)式中:U5為林分年固碳價值;B為林分凈生產(chǎn)力;C1為固碳價格;系數(shù)0.4445為1.63與27.27%的乘積;F為單位面積森林土壤年固碳量;A為林分面積。森林年釋放氧氣價值:U6=1.19C2AB。(6)式中:U6為林分年制氧價值;B為林分凈生產(chǎn)力;C2為氧氣價格;A為林分面積。固碳價格采用瑞典的碳稅率150美元(折合人民幣為1200元/t)-1,土壤固碳量為20.4652萬t·a-1,森林植被和土壤年固碳價值為11.8402億元·a-1。森林氧氣釋放量為209.2246萬t·a-1,釋放氧氣價值為20.9223億元·a-1(表3)。4.4年積累價值計算森林植被在其生長過程中不斷地從周圍環(huán)境中吸收N、P、K等營養(yǎng)物質(zhì),并貯存在體內(nèi)各器官內(nèi),本研究僅選取林木營養(yǎng)物質(zhì)(N、P、K)積累指標來反映此項功能。林木營養(yǎng)年積累價值采用以下公式計算:U7=AB(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3)。(7)式中:U7為林分年營養(yǎng)物質(zhì)積累價值;N為林木含氮量;P為林木含磷量;K為林木含鉀量;R1為磷酸二銨含氮量;R2為磷酸二銨含磷量;R3為氯化鉀含鉀量;C1為磷酸二銨價格;C2為氯化鉀價格;B為林分凈生產(chǎn)力;A為林分面積。-1,年增加P量為2456t·a-1,年增加K量為4403t·a-1。為此,青海省森林生態(tài)系統(tǒng)年增加N、P、K的價值為2.54億元·a-1(表4)。4.5負離子價值的計算森林凈化環(huán)境功能包括吸收二氧化硫能力、吸收氟化物能力、吸收氮氧化物能力、滯塵能力和提供負離子5個指標。吸收二氧化硫價值:森林的二氧化硫年吸收量由森林生態(tài)站直接測定獲得。U8=K1Q1A。(8)式中:U8為森林年吸收二氧化硫總價值;K1為二氧化硫的治理費用;Q1為單位面積森林二氧化硫吸收量;A為林分面積。吸收氟化物價值:森林氟化物吸收量由森林生態(tài)站直接測定獲得。U9=K2Q2A。(9)式中:U9為森林年吸收氟化物總價值;Q2為單位面積森林對氟化物的年吸收量;K2為氟化物治理費用;A為林分面積。吸收氮氧化物價值:森林對氮氧化物的年吸收量由森林生態(tài)站直接測定獲得。U10=K3Q3A。(10)式中:U10為森林年吸收氮氧化物價值;K3為氮氧化物治理費用;Q3為單位面積森林對氮氧化物年吸收量;A為林分面積。阻滯降塵價值:森林年阻滯降塵量由森林生態(tài)站直接測定獲得。U11=K4Q4A。(11)式中:U11為森林年滯塵價值;K4為降塵清理費用;Q4為單位面積森林年滯塵量;A為林分面積。提供負離子價值:國內(nèi)外研究證明,當(dāng)空氣中負離子達到600個/cm3以上時,才能有益人體健康,所以本研究林分年提供負離子價值采用如下公式計算,U12=52.56×1014AHK5(Q5-600)/L。(12)式中:U12為林分年提供負離子價值;K5為負離子生產(chǎn)費用;Q5為林分負離子濃度;A為林分面積;L為負離子存留時間。根據(jù)國家發(fā)展與改革委員會等四部委2003年第31號令《排污費征收標準及計算方法》中北京市高硫煤二氧化硫排污費收費標準為1.20元/kg,氟化物排污費收費標為0.69元/kg,氮氧化物排污費收費標準為0.63元/kg,一般性粉塵排污費收費標準,為0.15元/kg。負離子價格根據(jù)臺州科利達電子有限公司生產(chǎn)的適用范圍30m2(房間高3m)、功率為6W、負離子密度100萬個/cm3、使用壽命為10a、價格65元/個的KLD-2000型負離子發(fā)生器而推斷獲得,負離子壽命為10min,電費為0.4元/度。計算得出生產(chǎn)負離子費用為5.8185元/1018個。根據(jù)公式(9)、(10)、(11)、(12)得到2004年青海省森林生態(tài)系統(tǒng)吸收二氧化硫75865.60t·a-1,吸收氟化物608.81t·a-1,吸收氮氧化物2082.60t·a-1,滯塵901.6萬t·a-1,負離子個數(shù)為2875.87×108億個,森林凈化環(huán)境價值為14.5417億元·a-1(表5)。4.6生物物種資源上的保護價值生物多樣性是指生物及其環(huán)境所形成的生態(tài)復(fù)合體及與此相關(guān)的各種生態(tài)過程的總和,它是人類社會生存和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。由于我國緯度跨度大,南北的氣溫差異明顯,形成了不同的森林植被類型,提供給生物不同生存和發(fā)展的場所和空間,且從南到北,生物多樣性越來越豐富,采用生物多樣性指數(shù)來計算森林生態(tài)系統(tǒng)保護生物多樣性的功能。森林對生物物種資源的保護價值采用以下公式計算,U13=SA。(13)式中:U13為森林生態(tài)系統(tǒng)的年生物物種資源保護價值;S為單位面積森林年生物物種資源保護價值;A為林分面積。根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)(H′)計算生物物種資源保護價值,共劃分為6級。當(dāng)指數(shù)小于1時,S為5000元/(hm2·a);1<H′≤2時為10000元/(hm2·a);2<H′≤3時為20000元/(hm2·a);3<H′≤4時為30000元/(hm2·a);4<H′≤5時為40000元/(hm2·a);5以上時為50000元/(hm2·a)。根據(jù)公式(13)得到2004年青海省森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性保護價值為67.92億元。其中冷杉為0.08億元,云杉為20.20億元,柏木為25.98億元,落葉松為0.12億元,油松為0.60億元,櫟類為0.06億元,樺木為11.42億元,楊樹為9.04億元,軟闊類為0.16億元,經(jīng)濟林為0.26億元。4.7沖突單位的收益森林游憩是森林的主要功能之一,其價值計算根據(jù)青海省自然保護區(qū)、森林公園全年直接收益數(shù)據(jù),根據(jù)青海省林業(yè)局提供的數(shù)據(jù)得到2004年青海省自然保護區(qū)與森林公園的收益為408.62萬元·a-1。5森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估綜上所述,2004年青海省森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值為155.35×108元·a-1。其中,生物多樣性保護價值最大,占生態(tài)服務(wù)總價值的43.72%;固碳制氧價值占21.09%;涵養(yǎng)水源價值占18.32%;凈化環(huán)境價值占9.36%;保育土壤價值占5.84%;營養(yǎng)積累價值占1.64%;森林游憩價值最小,占0.03%,各項服務(wù)功能價值量排序為生物多樣性保護>固碳制氧>涵養(yǎng)水源>凈化環(huán)境>保育土壤>營養(yǎng)積累>森林游憩。應(yīng)當(dāng)指出的是,森林生態(tài)服務(wù)功能是廣泛的,由于受科學(xué)技術(shù)水平、計量方法和監(jiān)測手段的限制,目前尚無法對森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)每項功能都一一計量,其價值體現(xiàn)仍然是不完全的,評價也必然是部分的,但這一數(shù)值依然清楚地說明了青海省森林生態(tài)系統(tǒng)在維系和促進當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護中的巨大作用。從青海省不同樹種提供的服務(wù)功能價值來看,楊樹單位面積提供的服務(wù)功能價值最大為4.95萬元/hm2;經(jīng)濟林單位面積提供的服務(wù)功能價值最小為2.80萬元/hm2。2004年青海省不同樹種單位面積提供的服務(wù)功能價值排序為楊樹>軟