中国平原林业工程的生态服务功能价值研究

李志沛，张宇清，朱清科，郑 慧，冯靖宇，陈作州

（北京林业大学水土保持学院，水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京 100083）

生态系统为人类提供了赖以生存和发展的多种产品以及维持人类生命的支持系统,生态系统服务功能是人类社会赖以生存和发展的基础[1-6]。近年来，生态系统服务功能的研究已经取得了令人瞩目的进展[7-19]。特别是森林作为陆地生态系统的主体，在全球生态系统中发挥举足轻重的作用，其服务功能的价值评估是研究的一个热点，但很少有人关注农田林网、农林间作、四旁植树等平原林业的生态服务功能。

随着全球环境意识、生态意识的增强，林业的社会地位大大提高。特别是在平原地区，林业不仅承担着国土生态安全，还承担着粮食安全，林产品供给等多重职能。平原林业是我国林业建设事业的一个重要组成部分。它在改善农业生态环境，调整农村经济结构，保证农业稳产高产，增加森林资源和林副产品，促进农业全面发展，提高群众生活水平方面有着重要的作用[20]。建国以来，我国政府一直十分重视平原区林业建设，经过50年以上的不断完善，现已基本形成以农田防护林为主体，辅以农林（果）间作、成片造林，带、网、片、点相结合多树种、多林种、多层次、多模式和多功能的农林复合系统，不仅发挥林业本身的直接经济效益，而且通过调节局地小气候，为农业生产提供了重要生态保障[23]。本研究以平原林业为研究对象，探讨其生态服务功能及其经济价值，为森林生态系统服务功能价值研究提供了一些基础理论的补充，同时也科学地评价平原林业建设所取得的成就，对平原地区经济社会科学发展，具有十分重要的战略指导意义。

1 研究区概况

我国平原地域辽阔，主要分布在东北、华北、长江中下游、珠江三角洲等地区，包括26个省（市、自治区），186个市，共958个平原县、半平原县和部分平原县。研究区内耕地面积4 937.2万hm2，总人口50 709万人，全区林业总产值3 324.2亿元，农民人均纯收入3 687元。平原地区的水肥等自然条件相对较好，是全国重要的粮、棉、油生产基地，同时也是我国重要的木材生产基地。通过几十年的努力，平原地区森林覆盖率由1987年的7.3%提高到现在的15.7%[21]。特别是以林业重点工程为带动，以农田防护林体系为主体，以村镇绿化（含城镇）为基础，结合通道绿化、河流干渠绿化，使广大平原地区造林面积迅速增加，造林质量明显提高，生态环境明显改善。

2 研究方法

2.1 数据来源

本研究数据主要来自《全国平原林业功效调查》项目，实际统计数据为全国26个省，177个市，868个县；还有一些前人研究成果。同时，参考《全国平原绿化工程建设规划》，将26个省（直辖市、自治区）分为六个大区，详见表1。

表1 全国平原地区省（市、自治区）分区

2.2 我国平原林业工程的生态服务功能价值核算方法

近年来，国际上对生态系统服务功能的研究十分重视，生态学家、生态经济学家及相关领域的科学家共同合作，从生态系统过程、生态服务功能及其生态经济价值等多个方面开展综合研究，不断充实与丰富生态系统服务功能的内涵，探索其评价技术及生态经济价值的评估方法。

2.2.1 评估指标选择 在充分考虑平原林业生态系统背景特征的基础上，通过认真分析国内外相关评估指标体系，采用频度分析法结合专家咨询法，筛选指标和构建适合的平原林业生态系统服务功能评价指标体系（见表2），主要从林产品、保育土壤、固碳制氧、净化空气、防风固沙、森林游憩6个方面9个指标对平原林业生态系统服务功能价值进行估算。由于生物多样性等服务功能缺少相关数据，难以找到合适的评估方法及指标体系，在此暂不列入研究范围。

表2 平原林业生态系统服务功能价值评估指标体系

2.2.2 提供林产品功能 林产品价值属于直接价值，可采用市场价值法来评估其价值：

式中：E1——平原林业生产木材的价值（元）；Si——第i省份的林业用地面积（hm2）；Vi——第i省份单位面积木材蓄积量的年增长量（m3/a）；P——木材市场平均价格；f——出材率（取65%）。

2.2.3 保育土壤功能 平原区由于植被的存在，特别是林木，减少了地表土壤侵蚀及肥力损失。林木凭借庞大的树冠、强壮且成网络的根系，截留大气降水，减少或免遭雨滴对土壤表层的直接冲击，有效地固持土体，降低了地表径流对土壤的冲蚀，使土壤流失量大大降低。

本研究先通过土壤侵蚀模型，分别估算研究区现实土壤侵蚀量和潜在土壤侵蚀量，从而得到土壤保持量；在参考《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190-2007）的基础上，确定六个分区的现实土壤侵蚀模数和潜在土壤侵蚀模数，然后计算出平原林业工程覆盖区的现实土壤侵蚀量、潜在侵蚀量、减少的土壤侵蚀量；再通过机会成本和替代工程法从减少养分流失（保护土壤肥力）、减轻泥沙淤积灾害两个方面来评价平原林业工程保育土壤的经济价值。

式中：Ai——第i省份的土壤保持量[t/（hm2·a）]；Ap——潜在土壤侵蚀量[t/（hm2·a）]；Ar——现实土壤侵蚀量[t/（hm2·a）]。

（1）减少养分流失的价值：水土流失带走了土壤中的养分，主要是N、P、K等。根据以下模型可计算保护土壤养分的价值量：

式中：E2——植被保持土壤养分价值量；Ai——第i省份的土壤保持物质量（t/a）；Cij——第i省份的土壤中N、P、K的含量；Pj——含N、P、K的标准化肥的市场价格；Bj——N、P、K在标准化肥中的含量。

地表层土壤中全N、P、K平均含量是0.046%、0.136%、2.238%。土壤侵蚀造成的N、P、K大量损失，其价值可通过增加使用化肥的费用来代替N、P、K损失的价值，即用替代市场法来计算减少养分流失的价值。根据市场调查，磷酸二铵和氯化钾的市场价分别为2 200元/t和1 400元/t，其中，N、P、K在化肥中的含量分别为：28/132，31/132，39/75。

（2）森林减少泥沙淤积价值测算：

式中：E3——植被防止泥沙淤积价值量（元/年）；Ai——第i省份土壤保持物质量（t/a）；C——水库工程费用（元/m3）；ρ——土壤容重（t/m3）。

根据资料，1 m3库容需投入成本费5.714元，土壤容重ρ取1.3 t/m3。

2.2.4 固碳制氧功能 本研究应用基于蓄积量法、生物量法的生物清单法，来推算林木的生物量。然后用林木的平均碳密度与生物量相乘可以得到林木的碳储量，再根据碳元素在二氧化碳分子质量中的比例，就可以得到林木二氧化碳固定量。但需要说明的是本文中碳储量仅指林木的活生物量，并未包括枯死木、下木层、草本层、枯枝落叶层以及森林土壤层等的碳库。计算公式如下：

式中：C是林木固定CO2量；Vi为某省的平原林业的林木年均蓄积量；Di是树干密度；Ri是树干生物量占乔木层生物量的比例；ρCi是树木的含碳率；PC是森林固定CO2的成本价值；E4是固碳价值（万元/a）。

R值选取了王效科研究的结果作为本研究的树干生物量占乔木层生物量比例，R值为0.518 3[25]。在过去大量研究中，研究者大多采用平均含碳率0.5[26-27]，也有采用平均含碳率0.45[28-29]，本研究结合实际情况，最终选取含碳率0.5。树干木材密度选取0.45 t/m3[30-31]。

根据光合作用反应方程式可知，植物每生产1 g干物质需要1.62 g CO2，释放1.2 g O2。然后通过下式评价：

式中，E5是制氧价值（万元/a）；PO森林释放O2的成本价值。

参照文献[24]，制氧成本用工业生产氧气的价格400元/t进行估算；固定CO2成本采用碳税法计算，使用瑞典的碳税率150美元/t，将其转化成固定CO2率，即固定CO2成本为40.91美元/t来进行估算[19]。

2.2.5 净化空气功能 净化空气的研究主要集中在滞尘和有害气体的吸收上，有害气体以SO2为主。常用公式：

式中，E6、E7——净化SO2和滞尘价值（万元/年）；Qs、Qd——吸收SO2和滞尘能力[t/（hm2·a）；Si——第i省份林业用地面积（hm2）；Cs、Cd——净化SO2和削减粉尘成本（元/t）。

根据“中国生物多样性国情研究报告”，不同林种对SO2的吸收能力在88.65～215.60 kg/（hm2·a），因此本文吸收SO2能力取152.125 kg/（hm2·a），减少SO2的成本为600元/t。据研究[22]，不同林种滞尘能力为10.20～33.2 t/（hm2·a），因此本文滞尘能力取21.7 t/（hm2·a），削减粉尘的成本为170元/t。

2.2.6 防风固沙功能 可用平原地区受保护农作物的增产量折算成防风固沙的服务功能的价值。

式中，E8——防风固沙服务功能价值量（元／a）；Qi——第i省份农作物的产量；P——农作物单价；f——有防护林保护农作物增产率。参考大量国内研究资料，适中地取农作物增产率为15%。

2.2.7 森林游憩功能 森林游憩功能（E9）参考《全国平原林业功效调查》，用森林旅游收入来估算森林旅游生态服务功能价值。

2.2.8 平原林业生态系统服务功能总价值 平原林业生态系统服务功能总价值为以上6大功能中的9个指标评价价值之和。

式中：E为平原林业生态服务功能总价值（万元/a；Ei为第i项服务功能价值（万元/a）。

3 结果与分析

3.1 平原林业生态服务功能价值总量

根据以上评价方法，得出平原林业6类生态服务功能的总经济价值3 157.98亿 元／a（详见表3）。

由表3可看出，在各项生态服务功能价值中，按其贡献大小顺序依次为：净化空气>保育土壤>固碳制氧>防风固沙>提供木材>森林游憩；其中净化空气、保育土壤和固碳制氧功能对生态系统价值的贡献最大，分别是948.41亿元、903.15亿元和556.88亿元，占平原林业生态服务功能总价值的30.03%、28.60%和17.63%（图1）；另外，提供木材的价值是306.77亿元，占总价值的9.71%。由此可知，平原林业生态系统不仅为社会提供直接林产品，还具有巨大的生态和社会价值，而且这种价值对当地社会的贡献远远大于林副产品价值。因此，在自然条件优越的平原区的开发利用过程中，不能只注重眼前的直接经济利益而忽视了其他方面的效益，应全面考虑林业建设的综合效益，使其发挥最大的作用。

表3 平原林业生态服务功能价值评价 （亿元/a）

图1 我国平原林业各项生态服务功能的贡献

3.2 平原林业生态服务功能价值的区域分布

我国平原分布广阔，各地自然条件不尽相同，经济发展状况不同，林木生长状况差异很大，因此各地的单位面积上生态服务价值量大小不一。我国平原地区，单位面积上提供的生态服务功能价值平均为12 587.38元/（hm2·a），西南地区高达18 534.46元/（hm2·a），华北地区最低，为10 963.77元/（hm2·a）（图2）。

图2 全国六大分区单位面积生态服务价值量

4 结论与讨论

由于平原地区开发历史长，森林资源稀少，生态环境十分脆弱，特别是干热风、低温冻害、风蚀沙化等自然灾害频繁发生，因此平原林业要在注重生态功能的基础上，注重全面发挥多种功能，即生态、经济、社会效益兼顾。

在平原林业生态服务功能中，提供木材的价值占总价值的9.71%，而净化空气、保育土壤和固碳制氧功能都远大于这个值，由此可见，发展平原林业的价值不仅仅表现在为人类的生产和生活提供原材料，更重要的是一些间接的生态服务价值，如保育土壤、固碳制氧、防风固沙、净化空气等方面。为此，各级政府部门在制定各项政策时，应考虑各项服务功能价值，合理利用与经营森林资源，最终达到森林可持续利用的目的。我国平原分布广阔，单位面积上提供的生态服务功能价值在10 963.77～18 534.46元/（hm2·a），因此本研究对平原林业的分类经营、分区施策具有一定的指导意义。

由于受科学技术水平、计量方法、研究手段和地方数据收集的限制，目前无法对平原林业生态服务功能所有功能进行十分确切的评价，有一些功能价值未在本研究中体现，如降低噪音、生物多样性保护和文化等，因此本文平原林业生态服务功能价值估算量低于实际价值量。虽然对平原林业生态服务功能的评价只是部分的，但这些初步探索依然在很大程度上反映平原林业在维护区域生态安全、社会经济发展中发挥着巨大的作用，也为生态系统服务功能评价的科学研究提供了有益的补充。

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