上海市森林生态服务价值评估与分析*

张桂莲

上海市园林科学规划研究院　上海　200232



上海市森林生态服务价值评估与分析*

张桂莲

上海市园林科学规划研究院上海200232

摘要：为了直观反映森林的生态服务功能，展示上海市森林建设和保护成就，为政府部门开展生态补偿工作提供科学依据，研究基于国家林业局行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)，构建适合上海市森林特征的指标体系，选用上海社会公共参数，评估其森林生态服务价值。结果表明：2014年上海市森林生态服务总价值为128.08亿元/a，其中，涵养水源、保育土壤、固碳释氧、调节气候、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价值分别为19.65亿元/a、3.78亿元/a、3.67亿元/a、40.18亿元/a、0.58亿元/a、6.04亿元/a、5.21亿元/a、11.86亿元/a和37.11亿元/a。单位面积森林的年产出价值为13.12万元/hm2·a，人均享受森林生态服务价值500余元。森林生态系统中，乔木林发挥着主导作用。可见，量化森林生态服务功能，能够指导上海城市林业的发展方向。关键词：生态系统服务，城市森林，价值评估，上海

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[1]。1997年，美国学者Daily主编的专著《Nature’s Services: Societal Dependence on Natural Ecosystems》出版发行，第一次比较全面、系统地研究了生态系统服务的各个方面，引起了广泛关注。同年，Nature杂志发表了Costanza等[2]的文章，将生态系统服务划分为17类，并评估得到整个生物圈所提供的生态服务价值平均为33万亿美元/年。全球生态系统服务货币化价值的公布，立即在全世界引发了人们的广泛讨论。2001年，联合国启动新千年生态系统评估项目(MA)[3]，综合评估生态系统变化对人类福祉产生的各种影响，并分析可以用于加强生态系统保护和提高生态系统满足人类需求的贡献和各种方案。历时4年的评估研究，全面揭示了各类生态系统的现状和变化趋势、未来变化的情景和应采取的对策。我国生态系统服务功能价值评估源于20 世纪80 年代，如张嘉宾等利用影子工程法等估算云南怒江等地保护土壤及涵养水源的价值[4]；90年代，许多学者开始进行系统的评估研究工作，如侯元兆、欧阳志云、王兵等对我国陆地系统和森林资源进行了涵养水源、防风固沙、净化空气等的估算评估工作[5-7]。21世纪以来，不同区域尺度的生态系统服务评估工作深入开展[8-10]，尤其是国家林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721-2008)的发布[11]，建立了我国统一的森林生态系统服务评估指标体系，有利于比较和分析不同地区的森林生态系统服务功能，推动了国内森林生态系统服务评估的发展。

本研究以上海市森林生态系统为研究对象，基于国家林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》，结合上海城市森林特征，分地类、林种及龄组对其进行价值量评估，分析不同类型森林生态服务功能差异，提出林业规划相关的建议，为政府部门制定相关政策、实施生态补偿提供科技支撑。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

上海地处长江三角洲东缘，地理坐标为N30°40′～31°50′，E120°50′～121°53′，行政区域陆地总面积为6 340.5 km2。境内除西南部有少数丘陵山脉外，整体地势为坦荡低平的平原，平均海拔高度约4 m。上海属北亚热带季风性气候，年均气温为15.8 ℃，年均降水量为1 145.1 mm。近十几年来，上海城市绿化建设取得了显著成果，2014年，森林覆盖率达到14.04%，建成区绿化覆盖率达到38.40%。但常住人口也在继续增加，2014年比2013年增加了10万多人，超过了2 425万。随之而来的机动车数量增加，能源消耗加剧，大气污染物的治理及城市环境压力依旧很大。

上海市森林99.99%为人工林，且中幼林比例约占郊区乔木林的90%以上。上海地带性植被为含有落叶成分的常绿阔叶林，常见的乔木树种约58种，小乔木或灌木树种约105种，主要优势树种有香樟、悬铃木、雪松、水杉、广玉兰、银杏等。

1.2 评估方法

基于国家林业局《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008)，选取涵养水源、保育土壤、固碳释氧、调节气候、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9个类别17个指标进行物质量和价值量评估。采用替代工程法、影子工程法、替代费用法等评估生态服务的价值量。计算过程参考规范的公式及参数设置，社会公共数据采用上海市2014年实际价格。

1) 涵养水源。森林涵养水源功能主要是指森林对降水的截留、吸收和贮存，将地表水转为地表径流或地下水的作用，主要功能表现在净化水质和调节径流两方面。降水量采用2014年上海市平均降雨量1 295.40mm，蒸散量按照不同森林类型蒸散率乘以降水量获得，林分地表径流一般为裸地的5%～25%，这里取15%进行估算。年调节水量价值采用接近水权市场价格法来核算森林持续供水价值，参考中国森林资源核算研究(2015)中水权市场交易价格算法，获得上海市水权市场交易价格为2.82元/ m3；水的净化费用采用污水处理费替代，根据上海市物价局数据，居民排污费价格为1.53元·t-1。

2) 保育土壤。森林凭借庞大的树冠、深厚的枯枝落叶层及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冲蚀，使土壤流失量大大降低。而且森林的生长发育及其代谢产物不断对土壤产生物理及化学影响，参与土体内部的能量转换与物质循环，使土壤肥力提高，森林是土壤养分的主要来源之一。选用2个指标，即固土指标和保肥指标，反映森林保育土壤的功能。土壤侵蚀模数参考上海市及中国土壤侵蚀研究成果来确定不同植被类型的土壤侵蚀模数[12-13]，挖取和运输单位体积土方所需费用采用《上海市园林工程预算定额》数据35.7元/m3，土壤容重为各植被类型样地取样测定数据，松类1.43 t/m3，杉类1.37 t/m3，硬阔1.38 t/m3，软阔1.33 t/m3，针叶混1.39 t/m3，阔叶混1.43 t/m3，针阔混1.39 t/m3，竹林1.46 t/m3，经济林1.43 t/m3，灌木林1.41 t/m3。养分含量参考上海市林业碳汇计量监测体系建设实测数据及浙江、江西等亚热带地区不同森林类型土壤养分含量平均值[8,14]。

3) 固碳释氧。森林固碳释氧量是根据植物光合作用中干物质形成的化学方程式进行测算。林木每吸收(固定)1.63 t CO2，释放1.19 t O2。灌木林和竹林由于短期内达到生长高峰期，生物量变化较小，本研究未将其纳入固碳释氧计算之内。森林固定CO2量采用林分蓄积量转换法，不同龄组生长率和消耗率实测如表1。各树种含碳系数来自实测值，部分来自参考文献[15-17]，分别为松(0.51)、杉(0.50)、硬阔(0.48)、软阔(0.44)、针叶混(0.51)、阔叶混(0.49)、针阔混(0.50)、竹林(0.50)、经济林(0.47)。参考《省级温室气体编制指南(试行)》，上海全林生物量转换系数加权平均值为1.874，上海基本木材密度加权平均值为0.392 t·m-3。

表1　乔木林各龄组蓄积量年均生长率(GR)和消耗率(CR)(%)

4) 调节气候。城市绿化植物具有遮阳蔽荫、蒸发蒸腾和减低温室效应的作用，对调节和改善小气候有着极为重要的意义。这里选取降温作为调节小气候的指标，用空调降温所耗电能价值替代城市森林降低热岛效应价值进行评估。一般考虑面积为14.4 m2，空间为43.2 m3的居民住宅，平均每降温1℃，每日需用电1 Kwh左右。2014年上海市居民第一阶段电价为0.617元·Kwh-1，以夏季70d需要使用空调降温进行估算。

5) 积累营养物质。森林植被是生态系统物质循环中重要的循环库，森林植被通过生化反应吸收氮、磷、钾等营养物质，并储存在体内各器官。林木积累营养物质价值主要通过每年树木吸收的营养物质(N、P、K)，折合成磷酸二铵和氯化钾，即得到林木营养年积累价值。

6) 净化大气环境。城市大气中的有害物质主要包括二氧化硫、氟化物、氧化亚氮等有害气体和粉尘，这些有害气体在空气中的过量集聚会导致人体呼吸系统疾病、中毒、形成雾霾天气和酸雨，损害人体健康与环境。森林能有效吸收这些有害气体和阻滞粉尘，还能释放氧气与萜烯物，从而起到净化大气作用。评估选择释放负离子、吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、降低噪音和滞尘6个指标反映森林净化大气环境的能力。不同森林类型单位面积提供负离子能力见参考文献[18-19]，单位面积吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物以及滞尘数据来源于1998年《中国生物多样性国情研究报告》[20]，降噪数据参考张庆费等的研究[21]。

7) 森林防护。参考多位学者对上海防护林的农田增产效益研究[22-23]，采用15%作为粮食作物增产率，估算农田防护林的生态效益；参考我国学者对海岸防护及减灾防护的生态效益研究，估算沿海防护林的消浪护堤价值和防灾减灾价值。

8) 生物多样性保护。根据上海市森林生态系统Shannon-Wiener多样性指数的计算，参考评估规范中不同等级多样性指数所对应的单位面积年物种损失的机会成本，估算得出生物多样性的保育价值。

9) 森林游憩。根据国内外的研究，森林游憩的价值可分为利用价值和非利用价值两大类，本研究利用影子价格法评估利用价值量。对于收费公园，森林游憩的价值量直接按照公园门票收入计量；对于非收费公园，其游憩价值量参考收费公园，单一人次的游憩价值按照15元计算。

2 结果与分析

2.1 森林生态系统服务总价值

图1　2014年上海市森林生态系统服务价值构成

根据计算结果，2014年上海市森林生态系统服务总价值为128.08亿元/a(图1)，单位面积森林的年产出价值为13.12万元/hm2·a。其中，调节气候价值量最大，为40.18亿元/a，占森林总服务价值的31.38%；其次为森林游憩，价值为37.11亿元/a，占总价值的28.97%；另外，城市森林的涵养水源价值达19.65亿元/a，占总价值的15.34%；生物多样性保护、净化大气环境、森林防护、保育土壤、固碳释氧所产生的价值分别占总价值的9.26%、4.72%、4.06%、2.95%和2.86%，其价值量分别为11.86亿元/a、6.05亿元/a、5.21亿元/a、3.78亿元/a和3.679亿元/a；营养物积累服务的价值相对较低。从评估结果看，2014年，上海市森林生态系统服务价值构成中，调节气候、森林游憩、涵养水源和生物多样性保护4项生态服务价值占到总价值的

84.95%，在上海市森林生态服务中发挥重要作用。

2.2 不同类型森林生态服务价值

除森林防护和森林游憩服务外，其他服务分不同地类、不同森林类型进行评估，结果见表2。从表2可以看出，乔木林中杉类面积所占比例11.11%，其生态服务价值总量较小(9.248亿元/a)，但其单位面积价值量最大(11.524万元/hm2·a)；面积比重最大的硬阔林(64.24%)生态服务价值占居首位(51.409亿元/a)，其单位面积价值与杉类相当(11.077万元/hm2·a)；针叶混交林面积最小(占比0.04%)，生态服务价值最低(0.018亿元/a)，但其单位面积价值并不是最低。不同森林类型单位面积生态服务价值排序为杉木林>硬阔林>软阔林>阔叶混交林松林>针叶混交林>松类>针阔混(表2)。

表2　不同类型林分生态系统服务年价值

从不同林分单位面积生态服务价值看，杉类与硬阔类林分价值最高，软阔类次之，针阔混最低。前7类生态服务(涵养水源、保育土壤、固碳释氧、调节气候、净化大气环境、积累营养物质和生物多样性保护)单位面积平均价值为10.42万元/ hm2·a，低于广东省鹤山市(16.07万元/ hm2·a)[24]、湖南省永州市(13.73万元/ hm2·a)[25]等，高于安徽省池州市(8.21万元/ hm2·a)[26]、江苏省苏州市(6.83万元/ hm2·a)[27]、云南省玉溪市(3.45万元/ hm2·a)[28]等。调节气候服务价值在城市解缓热岛效应中发挥巨大的作用，其它省市的生态服务评估中少有报道。涵养水源服务价值在永州、苏州、玉溪、池州、禹州等多数城市中排列首位[25-29]，保育土壤服务功能在鹤山和天津等少数城市发挥了首要作用[9，30]，生物多样性保护价值在永州和苏州等城市中仅次于涵养水源功能价值[25,27]。森林游憩价值计算方法多样，但在城市生态系统中服务价值巨大[29-31]。本研究针对上海沿海城市，森林防护考虑了农田防护，沿海消浪护堤作用及森林的消灾减灾功能，评估方法根据单位面积或单位长度的服务价值乘以总的防护林面积进行了估算，有待进一步完善。

从不同生态服务类型来看，调节气候服务价值最大(占比31.37%)，单位面积森林降温作用明显(5.562万元/hm2·a)；其次为森林游憩服务，价值为37.108亿元/a (占比28.97%)。单位面积森林各类服务价值排序为：调节气候>涵养水源>生物多样性保护>净化大气环境>固碳释氧>保育土壤>积累营养物质。由于森林游憩是按公园数和非公园数进行的评估，未统计实际游憩面积，没有计算单位面积森林游憩服务的价值；森林防护价值估算采用农田防护林面积和沿海防护林长度进行的，无法估算单位面积的防护价值。

3 讨论

3.1 单位面积价值量有待提升

造成上海市森林单位面积生态服务价值偏低的原因主要有3点：首先，上海市森林兼具“沿海、城市、平原地区”特征，全市99.99%的森林为人工林，林分结构较为简单，多数为近年来的新造林，生态功能有待进一步发挥，且大都市水热条件及区域环境都不及自然林分布较广的广东鹤山及湖南永州等。其次，国内外还没有形成统一的、针对城市森林生态服务的评估体系，目前的评估所参考的资料、评估指标和评估方法多数基于国内针对自然林的规范，但社会数据在应用时选取城市地方参数及适时更新数据。如固碳价值的计算采用2014年上海市环境能源交易所碳排放交易平台配额平均成交价38.13元/t，比国家规范中推荐价格(1 200元/t)小很多。第三，由于数据及评估方法的限制，有些指标计算不够全面，如森林的滞尘未详细划分PM2.5、PM10及TSP(颗粒物)等，各治理费用存在差距，价值量化时未详细考虑。

3.2 评估指标与评估方法有待完善

考虑到森林在城市生态系统中的特殊服务结构，评估指标和评估方法需要进一步完善。如考虑城市特色，指标选取体现居民直观感受，如降温、遮荫、舒适度、美学等；评估方法不简单照搬自然林，如涵养水源价值在城市中可选用排水管网的建设费用进行替代等；另外，森林在城市中的社会价值也可纳入，如提升房产价值、促进就业等，以提高评估结果的准确性。再者，评估手段需要不断改进。目前，利用计算机和3S技术已经发展了许多模型，如Citygreen、Itree、UFORE等国际城市森林生态效益模型[32-34]，但这些模型都是基于美国城市及树种，应用时需进行修正，且Citygreen只提供了碳储存及碳吸收、减少暴雨径流、清除大气污染物、节能以及提供野生动植物生境等5个方面。针对国内城市，需研发新的评估模型，形成规范化的评估体系，并实现评估结果的预测功能，提高在林业行业发展规划及区域造林规划中的实际应用性。

3.3 城市林业发展重点有待重视

近10年来，上海抓住了农业结构调整、举办世博会、城市化发展和社会主义新农村建设等历史机遇，滚动实施了三轮林业发展三年计划，持续推进生态公益林和经济果林建设，森林覆盖率从1999年的3.17%提高到2014年的14.04%，初步建成了“环、楔、廊、园、林”的生态网络系统，实现了林业跨越式发展。但对于人口密集的大都市，森林覆盖率的增长空间非常有限，提高森林生态服务功能成为今后林业发展的重点。2009年，依托森林资源数据，采用国家林业局标准，上海市森林生态系统服务价值评估结果为74.42亿元。2013年评估结果为116.19亿元，2014年较2013年增加了11.89亿元，说明上海市森林在生态环境建设中发挥的作用在不断增强。

4 结语

2014年上海市森林生态服务价值为128.08亿元，单位面积森林年产出价值为13.12万元/hm2.a，人均享受森林生态服务价值500余元。从城市林业发展的长远角度看，上海市近几年新增造林都处于幼龄林阶段，且混交林(13.51%)比例远低于纯林(86.49%)。经营管理需从发挥森林生态服务角度出发，将提升生态服务功能作为营林管理的重点，制定发展目标及具体管理措施，形成森林结构与功能布局并重的管理策略。对未来林业发展规划的制定，考虑将生态服务价值作为衡量林业成果的一个重要指标，确保生态服务的高效发挥，实现上海市自然、社会与经济的和谐发展。

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Valuation and Analysis of Urban Forest Ecological Services in Shanghai

Zhang Guilian

(Shanghai Landscape Gardening Research Institute, Shanghai, 200232, China)

Abstract:In line with theForestEcosystemServicesAssessmentStandard(LY/T1721-2008), an industry standard issued by the State Forestry Administration, the study selected the index system that is adapted to the forest characteristics in Shanghai and also adopted the social public parameters to valuate the urban forest ecological services of Shanghai, so as to visually reflect the ecological services and functions, demonstrate the achievements in forest development and protection in Shanghai and provide scientific basis for government authorities to promote the ecological service payment. The results showed that the forest ecological services were totally valuated at 12808 million yuan, while water conservation, soil conservation, carbon fixation and oxygen release, regulating climate, nutrient element accumulation, air purification, forest protection, biodiversity conservation and forest recreation were valuated at 1965 million, 378 million, 367million, 4018 million, 58 million, 604 million, 521 million, 1186 million and 3711 million, respectively. The average annual value of unit-area forest ecological services was 131 200 yuan·hm-2·a-1, and the per capita forest ecological service was valuated at approximately 500 yuan. In forest ecosystem, arbor plays a leading role.The quantitative valuation of forest ecological services will be used to guide the urban forest development In Shanghai.

Key words:ecosystem services, urban forest, valuation, Shanghai

收稿日期：2015-12-24

*基金项目：上海市绿化和市容管理局科技项目“上海绿地林地湿地生态服务价值综合评估体系与特色指标研究”(G150208)

作者简介：张桂莲(1976-)，女，博士，主要从事城市生态学、森林生态学、生态系统模拟相关的研究工作。E-mail：371209698@qq.com

DOI：10.3969/j.issn.1672-4925.2016.03.007