青海省森林生态系统服务功能价值评估

青海省森林生态系统服务功能价值评估

森林资源作为世界上最宝贵的资源和人类生存的物质基础，其有效的保护和可持续管理已成为国际社会关注的主要政治和社会问题，受到了世界各国政府的前所未有的关注。森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,它不仅向人类提供木材及淀粉、蛋白质、油脂、胶、漆、维生素众多副产品,而且具有涵养水源、改良土壤、保持水土、减轻自然灾害、调节气候、净化环境、孕育和保存生物多样性等生态功能,同时还具有医疗保健、陶冶情操、旅游休憩等社会功能。本研究对青海省森林生态系统服务功能及其价值进行初步评估,以期为青海省可持续发展及森林资源的保护、规划等提供科学依据。1阴山山地河流植被分布特点青海省位于中国西部内陆地区,近于亚欧大陆中心地区。地理坐标为89°35′～103°4′,北纬31°39′～39°19′,东西长约1200km,南北宽约800km,总土地面积超过72万km2,占全国总土地面积的13.15%。青海省的森林资源贫乏,森林覆盖率仅有2.65%,不足全国平均值的1/5。森林植被分布于东经96°以东,主要江河及其支流的河谷两岸,森林分布海拔大多在2500～4200km,以寒温带常绿针叶林亚型为主,其次为落叶林植被型(多为原始林破坏后的次生类型)。这些针、阔叶林和大面积的高山灌丛,组成了长江、黄河上游各水系的天然水源涵养林,对青海省生态平衡起着重大作用。北部的祁连山区、柴达木盆地的许多内陆河流,分布着针、阔叶林和盐生灌丛、荒漠灌丛等植被类型,都是青海省农、牧业的天然屏障。青海省2003年第6次森林资源清查资料表明,青海省森林面积34.71万hm2,其中冷杉林面积400.00hm2、云杉林面积10.10万hm2、柏木林面积12.99万hm2、落叶松林面积1200.00hm2、油松林面积6000.00hm2、栎类面积300.00hm2、桦木林面积5.71万hm2、杨树林面积4.52万hm2、软阔类面积800.00hm2、经济林面积52.00万hm2,全省年森林蓄积增长量为49.39万m3。2评价指标体系和方法在西藏林芝森林定位研究的基础上,综合运用生态学、经济学理论方法,对青海省森林生态系统各种林型的主要生态功能及其价值进行研究分析,结合青海现有数据,选取适宜的评价指标构建评价指标体系,确定评价方法,定量分析和评估第6次森林资源清查青海省森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳制氧、营养积累、净化环境、生物多样性保护、森林游憩7项主要服务功能的物质量及其价值量。3资料与研究资料西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站多年连续观测研究的基础数据、其他科研院所在青海省做的相应研究资料和第6次(1999—2003年)青海省的森林资源清查数据。4西宁森林生态系统服务价值4.1网格法计算用户用水价格水源涵养功能主要是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,共划分为2个指标。即调节水量指标和净化水质指标。调节水量价值:森林生态系统调节水量价值根据水库工程的蓄水成本(影子工程法)来确定。U1=10CA(P-E)。(1)式中:U1为森林调节水量价值;C为水库库容造价;P为林外降水量;E为林分蒸散量;A为林分面积。净化水质价值:森林生态系统年净化水质价值采用网格法得出的全国城市居民用水平均价格计算。U2=10KA(P-E)。(2)式中:U2为森林年净化水质价值;K为居民用水平均价格;A为林分面积;P为林外降水量;E为林分蒸散量。库容造价根据1993—1999年《中国水利年鉴》平均水库库容造价为2.17元/t,折算为目前单位库容造价为6.1107元/t;采用网格法得到全国各大中城市的居民用水价格的平均值为2.09元/t。2004年,青海省涵养水源总量为34705.97万m3,调节水量价值为21.2077亿元,净化水质价值为7.2537亿元,林分调节水量和净化水质的总价值为28.4614亿元(表1)。4.2森林固土价值及年保肥价值森林的存在,特别是森林中活地被层和凋落物层的存在,使降水被层层截留并基本上消除了水滴对表土的冲击和地表径流的侵蚀作用,各类森林植被地下部根系的固土保肥作用成为森林生态系统服务功能研究的主要内容之一。因此,森林保育土壤功能可分为森林固土功能和森林保肥功能2个方面。森林固土价值:森林固土作用可用减少淤积泥沙的方法进行计算。根据蓄水成本来计算森林固土功能的经济效益。U3=AC(X2-X1)/ρ。(3)式中:U3为森林年固土价值;X1为林地土壤侵蚀模数;X2为无林地土壤侵蚀模数;A为林分面积;ρ为泥沙的平均密度;C为水库工程费用。森林年保肥价值:式中:U4为森林年保肥价值;X1为林地土壤侵蚀模数;X2为无林地土壤侵蚀模数;A为林分面积;N为土壤平均含氮量;P为土壤平均含磷量;K为土壤平均含钾量;M为土壤有机质平均质量分数;R1为磷酸二铵含氮量;R2为磷酸二铵含磷量;R3为氯化钾含钾量;C1为磷酸二铵平均价格;C2为氯化钾平均价格;C3为有机质平均价格。-1,年固土价值为3531.5050万元·a-1,年保肥价值为8.7236亿元·a-1。为此,青海省森林生态系统年保育土壤的价值为9.0768亿元·a-1(表2)。4.3森林植被和土壤固碳价值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。森林对现在及未来的气候变化和碳平衡都具有重要影响。固碳:根据光合作用化学方程式,森林植被每积累1g干物质,可以固定1.63gCO2,释放1.19gO2。在CO2中C比例为27.27%。森林植被和土壤固碳价值的计算公式为:U5=AC1(0.4445B+F)。(5)式中:U5为林分年固碳价值;B为林分净生产力;C1为固碳价格;系数0.4445为1.63与27.27%的乘积;F为单位面积森林土壤年固碳量;A为林分面积。森林年释放氧气价值:U6=1.19C2AB。(6)式中:U6为林分年制氧价值;B为林分净生产力;C2为氧气价格;A为林分面积。固碳价格采用瑞典的碳税率150美元(折合人民币为1200元/t)-1,土壤固碳量为20.4652万t·a-1,森林植被和土壤年固碳价值为11.8402亿元·a-1。森林氧气释放量为209.2246万t·a-1,释放氧气价值为20.9223亿元·a-1(表3)。4.4年积累价值计算森林植被在其生长过程中不断地从周围环境中吸收N、P、K等营养物质,并贮存在体内各器官内,本研究仅选取林木营养物质(N、P、K)积累指标来反映此项功能。林木营养年积累价值采用以下公式计算:U7=AB(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3)。(7)式中:U7为林分年营养物质积累价值;N为林木含氮量;P为林木含磷量;K为林木含钾量;R1为磷酸二铵含氮量;R2为磷酸二铵含磷量;R3为氯化钾含钾量;C1为磷酸二铵价格;C2为氯化钾价格;B为林分净生产力;A为林分面积。-1,年增加P量为2456t·a-1,年增加K量为4403t·a-1。为此,青海省森林生态系统年增加N、P、K的价值为2.54亿元·a-1(表4)。4.5负离子价值的计算森林净化环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、滞尘能力和提供负离子5个指标。吸收二氧化硫价值:森林的二氧化硫年吸收量由森林生态站直接测定获得。U8=K1Q1A。(8)式中:U8为森林年吸收二氧化硫总价值;K1为二氧化硫的治理费用;Q1为单位面积森林二氧化硫吸收量;A为林分面积。吸收氟化物价值:森林氟化物吸收量由森林生态站直接测定获得。U9=K2Q2A。(9)式中:U9为森林年吸收氟化物总价值;Q2为单位面积森林对氟化物的年吸收量;K2为氟化物治理费用;A为林分面积。吸收氮氧化物价值:森林对氮氧化物的年吸收量由森林生态站直接测定获得。U10=K3Q3A。(10)式中:U10为森林年吸收氮氧化物价值;K3为氮氧化物治理费用;Q3为单位面积森林对氮氧化物年吸收量;A为林分面积。阻滞降尘价值:森林年阻滞降尘量由森林生态站直接测定获得。U11=K4Q4A。(11)式中:U11为森林年滞尘价值;K4为降尘清理费用;Q4为单位面积森林年滞尘量;A为林分面积。提供负离子价值:国内外研究证明,当空气中负离子达到600个/cm3以上时,才能有益人体健康,所以本研究林分年提供负离子价值采用如下公式计算,U12=52.56×1014AHK5(Q5-600)/L。(12)式中:U12为林分年提供负离子价值;K5为负离子生产费用;Q5为林分负离子浓度;A为林分面积;L为负离子存留时间。根据国家发展与改革委员会等四部委2003年第31号令《排污费征收标准及计算方法》中北京市高硫煤二氧化硫排污费收费标准为1.20元/kg,氟化物排污费收费标为0.69元/kg,氮氧化物排污费收费标准为0.63元/kg,一般性粉尘排污费收费标准,为0.15元/kg。负离子价格根据台州科利达电子有限公司生产的适用范围30m2(房间高3m)、功率为6W、负离子密度100万个/cm3、使用寿命为10a、价格65元/个的KLD-2000型负离子发生器而推断获得,负离子寿命为10min,电费为0.4元/度。计算得出生产负离子费用为5.8185元/1018个。根据公式(9)、(10)、(11)、(12)得到2004年青海省森林生态系统吸收二氧化硫75865.60t·a-1,吸收氟化物608.81t·a-1,吸收氮氧化物2082.60t·a-1,滞尘901.6万t·a-1,负离子个数为2875.87×108亿个,森林净化环境价值为14.5417亿元·a-1(表5)。4.6生物物种资源上的保护价值生物多样性是指生物及其环境所形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和,它是人类社会生存和可持续发展的基础。由于我国纬度跨度大,南北的气温差异明显,形成了不同的森林植被类型,提供给生物不同生存和发展的场所和空间,且从南到北,生物多样性越来越丰富,采用生物多样性指数来计算森林生态系统保护生物多样性的功能。森林对生物物种资源的保护价值采用以下公式计算,U13=SA。(13)式中:U13为森林生态系统的年生物物种资源保护价值;S为单位面积森林年生物物种资源保护价值;A为林分面积。根据Shannon-Wiener指数(H′)计算生物物种资源保护价值,共划分为6级。当指数小于1时,S为5000元/(hm2·a);1<H′≤2时为10000元/(hm2·a);2<H′≤3时为20000元/(hm2·a);3<H′≤4时为30000元/(hm2·a);4<H′≤5时为40000元/(hm2·a);5以上时为50000元/(hm2·a)。根据公式(13)得到2004年青海省森林生态系统生物多样性保护价值为67.92亿元。其中冷杉为0.08亿元,云杉为20.20亿元,柏木为25.98亿元,落叶松为0.12亿元,油松为0.60亿元,栎类为0.06亿元,桦木为11.42亿元,杨树为9.04亿元,软阔类为0.16亿元,经济林为0.26亿元。4.7冲突单位的收益森林游憩是森林的主要功能之一,其价值计算根据青海省自然保护区、森林公园全年直接收益数据,根据青海省林业局提供的数据得到2004年青海省自然保护区与森林公园的收益为408.62万元·a-1。5森林生态系统服务功能评估综上所述,2004年青海省森林生态系统服务功能价值为155.35×108元·a-1。其中,生物多样性保护价值最大,占生态服务总价值的43.72%;固碳制氧价值占21.09%;涵养水源价值占18.32%;净化环境价值占9.36%;保育土壤价值占5.84%;营养积累价值占1.64%;森林游憩价值最小,占0.03%,各项服务功能价值量排序为生物多样性保护>固碳制氧>涵养水源>净化环境>保育土壤>营养积累>森林游憩。应当指出的是,森林生态服务功能是广泛的,由于受科学技术水平、计量方法和监测手段的限制,目前尚无法对森林生态系统服务每项功能都一一计量,其价值体现仍然是不完全的,评价也必然是部分的,但这一数值依然清楚地说明了青海省森林生态系统在维系和促进当地社会经济持续发展和环境保护中的巨大作用。从青海省不同树种提供的服务功能价值来看,杨树单位面积提供的服务功能价值最大为4.95万元/hm2;经济林单位面积提供的服务功能价值最小为2.80万元/hm2。2004年青海省不同树种单位面积提供的服务功能价值排序为杨树>软