株洲市森林生态系统服务功能价值评估.docx

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株洲市森林生态系统服务功能价值评估

株洲市森林生态系统服务功能价值评估

钟智群，陈少波，苏勇，邓文韬，廖常乐，王婧菲

（株洲市林业局湖南株洲412007）

摘要：

采用株洲市“十二五”森林资源二类调查资料，根据国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范））（LY／T1721—2008）标准，对株洲市8种主要森林生态系统服务功能价值进行了评估。

结果表明：

8种森林生态系统服务功能总价值为787.57亿元/a，其中提供林产品67.72亿元/a，涵养水源416.52亿元/a，固土保肥43.83亿元/a，固碳释氧95.66亿元/a，积累营养物质5.35亿元/a，净化大气环境25.52亿元/a，生物多样性保护128.65亿元/a，森林游憩4.31亿元/a。

关键词：

森林生态；服务功能；价值评估

中图分类号：

文献标识码：

B文章编号：

森林是地球陆地最大的生态系统，其生态服务功能已成为近几十年来研究的热点［1－5］。

森林生态系统服务功能是森林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。

它主要包括森林在涵养水源、保育土壤、固氮释氧、积累营养物质、净化大气环境、森林保护、生物多样性保护和森林游憩等方面提供的生态服务功能[13]。

对森林生态系统服务功能做出正确的价值评估，能有效指导森林资源的合理利用和可持续发展，为维护森林生态系统的健康发展提供有力保障。

国外对生态系统服务价值的研究已有几十年历史，Constanza等人在世界上率先对全球生物圈生态系统服务功能价值进行了估算，他们估计全球生态系统的服务每年总价值为16～54万亿美元，平均为33万亿美元[8];Peter估计全球生态系统服务功能为3万亿美元/a[9]。

我国自上世纪80年代开始森林生态系统服务评价工作，大多数研究是借鉴国外的方法和评估指标体系[12]。

蒋延玲等（1999）、陈仲新等（2000）分别对我国森林生态系统和生态系统服务总价值进行了评估，其经济价值分别为117．401亿美元/a和77834．48亿元人民币／a。

韩素芸、田大伦、闫文德（2009）等对湖南省主要森林类型生态系统服务功能进行了研究；黄怀雄、赵红艳（2010）对长株潭地区森林生态系统固碳释氧进行了研究。

而对株洲市森林生态系统综合服务功能的研究未见报道。

本研究主要采用国家林业局2008年发布实施的林业行业标准《森林生态系统服务功能评价规范》（LY/T1721—2008）中的评估指标体系和评估公式，利用株洲市“十二五”森林资源二类调查成果资料，对株洲市森林生态系统服务功能进行价值评估，旨在为株洲市生态环境保护政策的制定，以及株洲市林业可持续发展提供参考依据，对合理经营森林资源有着十分重要的意义。

1研究区域概况

1.1自然地理概况

株洲市位于北纬26°03′05″～28°01′07″，东经112°57′30″～114°07′15″之间，地处罗霄山脉西麓，南岭山脉至江汉平原的倾斜地段上，市域总体地势东南高、西北低。

北中部地形岭谷相间，盆地呈带状展布；东南部均为山地，山峦迭障，地势雄伟。

水域637.27km2，占市域总面积的5.66%；平原1843.25km2，占16.37%；低岗地1449.86km2，占12.87%；高岗地738.74km2，占6.56%；丘陵1916.61km2，占17.02%；山地4676.47km2，占41.52%。

山地主要集中于市域东南部，岗地以市域中北部居多，平原沿湘江两岸分布。

区内属亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充沛、光热充足，风向冬季多西北风，夏季多正南风，年降水量1400-1700mm，年均气温17.2℃，年日照时数1677.1小时，无霜期286天以上。

土壤属中亚热带常绿阔叶林红壤、黄壤地带，在低山、丘陵和低丘岗地主要分布着以板页岩、花岗岩和第四纪红色粘土层发育的红壤和山地红黄壤，部分低丘岗地分布着紫色砂页岩发育的紫色土，其它土壤类型较少。

1.2森林资源概况

株洲市森林植被主要属中亚热带常绿阔叶林带，森林资源丰富，植物种类繁多，群落交错，分布混杂。

自然分布和引种栽培的植物约有106科、296属、884种。

其中珍稀乡土树种约有40余种。

截止2013年底，全市林地总面积738376.7ha。

其中有林地面积554722.3ha，占林地面积的75.13％，森林覆盖率60.41%；疏林地面积6441.9ha，占林地面积的0.87%；灌木林面积129646.4ha，占17.56%；宜林地面积13522ha，占1.83%。

全市森林活立木蓄积量2101.75万m3。

其中杉木1036.47万m3，阔叶树728.18万m3，马尾松252.05万m3，湿地松66.44万m3，其它林木18.61万m3。

全市经济林面积81252.8ha,楠竹林面积72974.9ha。

从森林的年龄构成来看，幼龄林和中龄林比例大，分别占29.36％和35.35％；近熟林、成熟林和过熟林分别占20.90％、12.46％和1.95％。

株洲市生态公益林面积277095.5ha，商品林面积461281.2ha。

2研究方法

2.1评价范围、指标及数据来源

本研究以株洲市辖区范围自然生态系统为研究单元，对其中的主要森林生态系统（包括杉木林、阔叶林、马尾松林、国外松林、竹林、经济林、不含经济林的特灌林以及其他林分）服务功能产生的物质量及其经济价值进行研究，包括森林生态系统提供林产品以及涵养水源、土壤保持、营养物质循环、净化空气、固碳释氧和森林游憩等八项生态系统服务功能。

数据来源为株洲市“十二五”森林资源二类调查成果资料以及有关专家的研究成果。

2.2采用的计算方法和公式

本研究对森林生态系统提供的实物产品采取产量和市场价值法进行评估，对其它生态服务功能的评价采用国家林业局发布的《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721—2008）中的公式计算。

2.2.1森林生态系统提供林产品服务功能

指森林生态系统提供木材、食品、药材及其他工业原材料的功能。

本研究采用市场价值法来评估其价值。

具体计算方法是根据研究区域内生产各类林产品的单位面积产量乘以各种林分面积,得出年净生产量后,再乘以它们的市场价格,即可得出它们价值。

对于木材来说,在得出各林分的年净生长量后,以此净生长量直接与相应林分活立木的价格相乘即可得到活立木的价值。

根据株洲市森林提供林产品的实际情况，我们选择木材、楠竹、油茶和松脂等主要林产品作为评估对象。

2.2.1.1森林提供木材产品功能的评价方法

计算公式：

U1=Q1·P1·R1/S1

（1）

式中：

U1：

森林生态系统提供木材产品功能价值；Q1：

森林净初级生产量（t/a）；P1：

木材平均价格（元/m3）；R1：

森林综合出材率（%）；S1：

木材平均比重（0.48t/m3）。

2.2.1.2森林提供竹材产品功能的评价方法

计算公式：

U竹=A竹·P竹·R竹

（2）

式中：

U竹为竹林提供竹材价值（元/a）；A竹为竹林面积（ha）；P竹为竹材市场价格（元/根）；R竹为单位面积竹材产量。

2.2.1.3森林提供油茶产品功能价值评价方法

计算公式：

U油=R油·P油（3）

式中：

U油为森林生产油茶的价值（元/a）；R油为油茶年平均产量（t/a）；P油为油茶市场价格。

2.2.1.4森林提供松脂产品功能价值评价方法

计算公式：

U脂=A脂·P脂·R脂（4）

式中：

U脂为松脂价值（元/a）；A脂为可采松树面积（ha）；R脂为单位面积可采松脂数量（t/ha）；P脂为松脂市场价格（元/t）。

2.2.2森林生态系统涵养水源功能价值评价方法

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[13]。

主要功能表现在增加可利用水资源、净化水质和调节径流三个方面。

本研究将涵养水源分解为调节水量和净化水质2个指标进行计算。

1）调节水量价值：

Um=10CvA（P-E-C）（5）

式中：

Um为林分年调节水量价值（元/a），Cv为水库建设单位库容投资价格（元/m3）,A为林分面积，P为降水量（mm/a），E为林分蒸散量（mm/a），C为地表径流量（mm/a）。

2）净化水质价值：

Uwq=10KA（P-E-C）（6）

式中：

Uwq为林分年净化水质价值（元/a），K为水的净化费用（元/t）。

2.2.3森林生态系统保育土壤功能价值评价方法

森林中活地被物和凋落物截留降水，降低水滴对表土的冲击和地表径流的侵蚀作用；同时林木根系固持土壤，防止土壤崩塌泻溜，减少土壤肥力损失及改善土壤结构的功能[13]。

保育土壤分为固土价值和保肥价值2个指标。

1）固土价值：

利用有林地与无林地的土壤侵蚀模数差值和泥沙输移比值计算土壤的流失量，再通过清淤工程费用计算固土减淤功能价值。

计算公式：

Usm=ACs（X2-X1）/p（7）

式中：

Usm为林分年固土价值（元/a），Cs为挖取和运输单位体积土方所需费用（元/m3）,X2为无林地土壤侵蚀模数（t/ha·a）,X1为林地土壤侵蚀模数（t/ha·a），p为林地土壤密度（t/m3）。

2）保肥价值：

按照有林地比无林地每年减少土壤侵蚀量中N、P、K的数量乘以N、P、K肥市场售价折算后带来的间接经济效益计算。

计算公式：

Uf=A（X2-X1）（NC1/R1+PsC1/R2+KsC2/R3+MsC3）（8）

式中：

Uf为林分年保肥价值（元/a）,N为林分土壤平均含氮量（%），C1为磷酸二铵化肥价格（元/t），R1为磷酸二铵化肥含氮量（%），Ps为林分土壤平均含磷量（%），R2为磷酸二铵化肥含磷量（%），Ks为林分土壤平均含钾量（%），C2为氯化钾化肥价格（元/t），R3为氯化钾化肥含磷量（%），M为林分土壤有机质平均含量（%），C3为有机质价格（元/t）。

2.2.4森林生态系统固氮释氧功能价值评价方法

指森林生态系统通过森林植被、土壤动物和微生物固定碳素、释放氧气的功能[13]。

森林固碳释氧包括固碳和释氧2个指标。

固碳释氧的价值评估要先计算出森林固碳释氧的物质量，然后再计算其价值量。

本研究采用光合作用方程式来计算固碳释氧量；固碳（CO2）价值量的计算方法采用人工固定CO2成本法；释氧价值量计算方法采用工业制氧法。

计算公式如下：

1）固碳指标：

Uc=ACc（1.63RcBa+Fsc）（9）

式中：

Uc为林分年固碳价值（元/a）；Cc为固碳价格（元/t）；Rc为二氧化碳中含碳质量分数，为27.27%；Ba为林分净生产力（t/ha·a）；Fsc为单位面积林分土壤年固碳量（t/ha·a）。

2）释氧指标：

Uo=1.19CoABa（10）

式中：

Uo为林分年释氧价值（元/a），Co为氧气价格（元/t）。

2.2.5森林生态系统积累营养物质功能价值评价方法

森林植物通过生化反应，在大气、土壤和降水中吸收N、P、K等营养物质并贮存在体内各营养器官的功能[13]。

森林积累营养物质功能对降低下游面源污染及水体富营养化有重要作用。

计算公式：

Un=ABa（NtC1/R1+PtC1/R2+KtC2/R3）（11）

式中：

Un为林分年营养物质积累价值（元/a），Nt为林木含氮质量分数（%），Pt为林木含磷质量分数（%），Kt为林木含钾质量分数（%）。

2.2.6森林生态系统净化大气环境功能价值评价方法

森林生态系统对大气污染物（如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、粉尘、重金属等）的吸收、过滤、阻隔和分解，以及降低噪音、提供负离子和萜烯类（如芬多精）物质等功能[13]。

本研究主要对森林提供负离子，吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物和阻滞粉尘指标来进行价值计算。

计算公式：

1）提供负离子指标：

Uni=[5.256×1015×AHKni（Qni-600）]/L（12）

式中：

Uni为林分年提供负离子价值（元/a），H为林分高度（m），Kni为每个负离子生产费用（元），Qni为林分负离子密度（个/cm3）,L为负离子寿命（分钟）。

2）吸收二氧化硫指标：

Uso=KsoQsoA（13）

式中：

Uso为林分年吸收二氧化硫价值（元/a），Kso为二氧化硫治理费用（元/kg），Qso为单位面积林分年吸收二氧化硫量（kg/ha·a）。

3）吸收氮氧化物指标：

Uhf=KhfQhfA（14）

式中：

Uhf为林分年吸收氮氧化物价值（元/a），Khf为氮氧化物治理费用（元/kg），Qhf为单位面积林分年吸收氮氧化物量（kg/ha·a）。

4）吸收氟化物指标：

Uno=KnoQnoA（15）

式中：

Uno为林分年吸收氟化物价值（元/a），Kno为氟化物治理费用（元/kg），Qno为单位面积林分年吸收氟化物量（kg/ha·a）。

5）滞尘指标：

Udc=KdcQdcA（16）

式中：

Udc为林分年滞尘价值（元/a），Kdc为降尘清理费用（元/kg），Qdc为单位面积林分年滞尘量（kg/ha·a）。

2.2.7森林生态系统生物多样性保护功能价值评价方法

森林生态系统为生物物种提供生存与繁衍的场所，从而对其起到保护作用的功能[13]。

主要为物种保育功能价值。

计算公式：

Us=SsA（17）

式中：

Us为林分年物种保育价值（元/a），Ss为单位面积年物种损失的机会成本（kg/ha·a）。

2.2.8森林生态系统森林游憩功能价值评价方法

森林生态系统为人类提供休闲和娱乐的场所，使人消除疲劳、愉悦身心、有益健康的功能而产生的价值[13]。

森林游憩价值包括直接价值和间接价值，其间接价值远远大于直接价值。

影响森林游憩价值的因素很多，其评估方法也很多。

广为流行的评估方法是旅行费用法和条件价值法。

但不管哪种方法，操作起来都很复杂，评估方法之间的评估结果也相差很大。

本研究将综合考虑，选择合适的评估方法对株洲森林游憩功能价值进行评估。

3结果

3.1森林生态系统提供林产品功能价值

经计算，株洲市森林生态系统提供林产品总价值为67.721亿元（详见表3-1）。

3.1.1木材价值

森林净初级生产量Q1（不含竹林、经济林和特灌林）采用黄怀雄、赵红艳（2010）的研究，不同林分的净生产力（森林的净干重增长量t/ha·a）如下:

阔叶树5.44,杉木5.25,松木4.27,竹林11.98,经济林1.98,灌木林4.13[16]；森林综合出材率R1取50%；森林面积为“十二五”森林资源二类调查数据；木材价格P1综合2013-2014年全国主要城市木价格行情数据为1350元/m3。

则计算得出木材价值为34.795亿元/a。

3.1.2竹材价值

竹林面积A竹根据“十二五”二类调查数据，株洲市竹林面积为72963.9ha；竹材市场价格P竹取2014年湖南省和广东省毛竹市场平均价格：

12元/根；单位面积竹材产量R竹按株洲市竹林平均生产150根/ha·a计算。

则计算得出竹材价值为1.314亿元/a。

3.1.3油茶价值

油茶年平均产量R油根据株洲市林业局统计年报，2011、2012、2013年产量分别为7987.8吨、9984.8吨、12931.6吨，三年平均为10301.4吨；油茶市场价格P油取近几年株洲市油茶平均价格80000元/t。

则计算得出油茶价值为8.241亿元/a。

3.1.4松脂价值

可采松树面积A脂，根据国家《松脂采集规程》规定，胸径20cm以上的松树才能采集松脂，胸径20cm以上的马尾松和湿地松都已达到近成熟。

根据“十二五”森林资源二类调查资料，株洲市近熟林以上马尾松和湿地松面积分别为31595.1ha和4472.0ha。

单位面积可采松脂数量R脂，据有关专家研究，可采松脂马尾松和湿地松单株年贮量为4.5kg[19]，按1200株/ha计算，单位面积松脂年贮量为5.4t/ha·a。

P脂为松脂市场价格（元/t），据调查，2012-2013年松脂平均市场价格为12000元/t。

则计算得出松脂价值为23.371亿元/a。

表3-1株洲市森林生态系统提供林产品功能价值

林产品种类

森林面积（ha）

提供林产品数量

价格

价值（亿元/a）

木材

257.75万m3

1350元/m3

34.795

竹材

72974.9

1094.62万根

12元/根

1.314

油茶

81252.8

10301.4t

80000元/t

8.241

松脂

36067.1

194762t

12000元/t

23.371

合计

——

——

——

3.2森林生态系统涵养水源功能价值

森林生态系统涵养水源功能价值包括调节水量价值和净化水质价值。

经评估，株洲市森林生态系统涵养水源量为460753.38万t/a，价值为416.521亿元/a（详见表3-2）。

年平均降水量P：

查阅株洲市气象资料得出株洲市年平均总降雨量为1550mm。

年平均蒸散量E：

本研究取我国亚热带森林蒸散率O.481～O.660[20]的平均值0.57计算，得出株洲市森林的平均蒸散量为883.5mm。

水的净化费用K：

取当前株洲市水价2.93元/t。

水库建设单位库容投资价格Cv：

根据《森林生态系统服务功能评估规范》，单位库容造价为6．11元/t。

地表径流量C：

根据韩素芸等的研究资料计算[21]，湖南省森林平均地表径流量（C）为3.4mm/a。

林分面积A：

二类调查最新数据为694847.5ha。

表3-2株洲市森林生态系统涵养水源功能价值

功能

面积（ha）

涵养水源量（万t/a）

价格（元/t）

价值（亿元/a）

调节水量

694847.5

460753.38

6.11

281.520

净化水质

694847.5

460753.38

2.93

135.001

合计

694847.5

460753.38

——

3.3森林生态系统固土保肥功能价值

森林的固土保肥功能分为固土和保肥2个指标。

经计算，株洲市森林生态系统固土保肥总价值为43.831亿元/a。

具体计算如下。

3.3.1固土价值

无林地土壤侵蚀模数X2采用康文星，田大伦的研究成果，为37.58t/ha·a[22]。

有林地土壤侵蚀模数X1：

综合采用欧阳志云和康文星、田大伦的研究成果，阔叶林地0.73t/ha·a、杉木林地为2.17t/ha·a、马尾松林地1.85t/ha·a、国外松林地2.15t/ha·a、特灌林地0.52t/ha·a[22]，竹林地和经济林地0.5t/ha·a[2]，其它林地以柏树林地、杨树林地、桉树林地和三杉林地土壤侵蚀量的平均值2.31t/ha·a作为估算依据。

挖取和运输单位体积土方所需费用Cs：

根据《森林生态系统服务功能评估规范》，人工挖土方I和Ⅱ土类每100m3需42个工时，按平均每工时80元计算，得挖取单位体积土方费用为33.6元/m3。

土壤密度p：

为1.2t/m3[21]。

计算结果见表3-3.

表3-3株洲市森林生态系统固土量和固土价值计算表

森林

类型

林分面积

（A）

（X2）

（X1）

X2-X1

固土量

（t/a）

土方费用（Cs）

（P）

固土价值

（亿元/a）

杉木林

200387

37.58

2.17

35.41

7095703.67

33.6

1.2

1.987

阔叶树

181550.3

37.58

0.73

36.85

6690128.56

33.6

1.2

1.873

马尾松

56949.4

37.58

1.85

35.73

2034802.06

33.6

1.2

0.570

国外松

27322.5

37.58

2.15

35.43

968036.18

33.6

1.2

0.271

其它

15546.2

37.58

2.31

35.27

548314.47

33.6

1.2

0.154

竹林

72974.9

37.58

0.5

37.08

2705909.29

33.6

1.2

0.758

经济林

81252.8

37.58

0.5

37.08

3012853.82

33.6

1.2

0.844

特灌林

58864.4

37.58

0.52

37.06

2181514.66

33.6

1.2

0.611

合计

——

——

——

33.6

1.2

由表3-3得出，株洲市森林生态系统固土量估算结果为2523.73万t/a，固土价值为7.068亿元/a。

3.3.2保肥价值

林分土壤平均氮含量（N）为0.1775%、磷含量（Ps）为0.0569%、钾含量（Ks）为1.7204%、有机质含量（M）为3.8204%[21]。

磷酸二铵化肥价格（C1）、氯化钾化肥价格（C2）、有机质价格（C3）：

采用农业部《中国农业信息网》2014年秋季平均价格,分别为为2700元/t、2200元/t;600元/t（草炭土中含有机质90%）,折合为有机质价格为667元/t）。

市场相应产品磷酸二铵化肥含氮量（R1）为14%、磷酸二铵化肥含磷量（R2）15.01%、氯化钾化肥含钾量（R3）50%。

表3-4株洲市森林生态系统保肥量估算表

森林类型

森林面积

（ha）

固土量

（t/a）

保N量

（t/a）

保P量

（t/a）

保K量

（t/a）

保有机质量

（t/a）

杉木林

200387

7095703.67

12594.87

4037.46

122074.49

271084.26

阔叶树

181550.3

6690128.6

11874.98

3806.68

115096.97

255589.67

马尾松

56949.4

2034802.1

3611.77

1157.80

35006.74

77737.58

国外松

27322.5

968036.2

1718.26

550.81

16654.09

36982.85

其它

15546.2

548314.47

973.26

331.99

9433.20

20947.81

竹林

72974.9

2705909.29

4802.99

1539.66

46552.46

103376.56

经济林

81252.8

3012853.82

5347.82

1714.31

51833.14

115103.07

特灌林

58864.4

2181514.66

3872.19

1241.28

37530.78

83342.59

合计

表3-5株洲市森林生态系统保肥价值估算表

森林类型

保N价值

（万元/a）

保P价值

（万元/a）

保K价值

（万元/a）

保有机质价值

（万元/a）

保肥价值

（万元/a）

杉木林

24290.106

7262.586

53712.776

18081.320

103346.788

阔叶树

22901.75

6847.46

50642.67

17047.83

97439.71

马尾松

6965.56

2082.65

15402.97

5185.10

29636.28

国外松

3313.79

990.80

7327.80

2466.76

14099.15

其它

1877.001

597.184

4150.608

1397.219

8022.012

竹林

9262.909

2769.542

20483.082

6895.217

39410.75

经济林

10313.653