云南銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估

楊明偉，邢德選，張定燦，陳大祥，何 丁，李榮賽，周曉玲

(云南銅壁關(guān)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)局，云南 德宏 678400)

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類(lèi)賴以生存的自然環(huán)境條件與作用[1]。在自然生態(tài)系統(tǒng)中，森林生態(tài)系統(tǒng)作為主體，承擔(dān)著水源涵養(yǎng)、凈化空氣等多個(gè)方面的重要作用。自1997年《自然》雜志上第一次系統(tǒng)地論述了全球的森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果以來(lái)[2]，國(guó)外就逐漸興起了這方面的研究熱潮，歷經(jīng)二十余年的發(fā)展至今，關(guān)于這方面的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)熱點(diǎn)話題，研究區(qū)域逐步由大尺度的研究轉(zhuǎn)為以省、區(qū)(市)或單個(gè)自然保護(hù)地的小區(qū)域研究，評(píng)估數(shù)據(jù)采集、評(píng)估方法選取、評(píng)估指標(biāo)的確定也在逐步完善和統(tǒng)一，尤其是自國(guó)家林業(yè)和草原局林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LY/T 1721-2008《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[3]、GB/T 38582-2020《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[4]頒布后，使得這方面的評(píng)估價(jià)值和結(jié)果更具有針對(duì)性和準(zhǔn)確性。相關(guān)研究也對(duì)于加深森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的評(píng)估起到了積極的促進(jìn)作用，對(duì)引起人們關(guān)注森林生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)效益起到了重要的引導(dǎo)作用[5]，為地方政府、自然生態(tài)管理者提供了更為詳盡的數(shù)據(jù)，為生態(tài)保護(hù)決策的制定提供了更為可靠的理論支撐。

文章基于《規(guī)范》，選取銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)所屬區(qū)域多年來(lái)的林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合前人研究成果進(jìn)行森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估，旨在完善銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)本底數(shù)據(jù)方面的欠缺，為地方政府和管理部門(mén)在今后的管理和發(fā)展決策過(guò)程中提供數(shù)據(jù)支撐，為測(cè)算地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，提高生態(tài)影響力，構(gòu)建我國(guó)西南生態(tài)安全屏障，詮釋“綠水青山變?yōu)榻鹕姐y山”的具體過(guò)程提供理論和數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)域概況

云南銅壁關(guān)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處北緯23°54′30″～25°20′24″，東經(jīng)97°31′40″～98°06′36″，位于云南省西部，德宏州境內(nèi)，保護(hù)區(qū)沿中緬邊界向南延伸，長(zhǎng)度達(dá)137 km，呈狹長(zhǎng)的條狀地形，由盈江、隴川、瑞麗“兩縣一市”的大娘山、銅壁關(guān)、隴把、戶永山、南畹河和植物園6個(gè)片區(qū)共同組成，總面積51 650.5 hm2。保護(hù)區(qū)是以保護(hù)阿薩姆娑羅雙、東京龍腦香等為代表的熱帶雨林景觀及其生境，以及白眉長(zhǎng)臂猿、綠孔雀、蜂猴、印度穿山甲、花冠皺盔犀鳥(niǎo)、萼翅藤、鹿角蕨、滇藏欖等眾多珍稀瀕危特有野生動(dòng)植物資源的森林生態(tài)類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)。海拔從210 m的河谷最低點(diǎn)，到最高點(diǎn)3 404.6 m的大雪山主峰，垂直高差3 194.6 m，孕育了雨林、季雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、稀樹(shù)灌木草叢、灌叢、竹林、草甸等8個(gè)植被類(lèi)型、18個(gè)植被亞型，47個(gè)群系，61個(gè)群落(群叢)，其中有林地49 560.9 hm2，無(wú)林地2 089.60 hm2，森林覆蓋率高達(dá)95.95%，活立木蓄積量約為625萬(wàn)m3。由于銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)地處我國(guó)植物區(qū)系古北界與印度馬來(lái)亞界的分化交匯和過(guò)渡地帶，區(qū)系地理成份十分復(fù)雜，加上氣候、水文等多方面的影響，保護(hù)區(qū)也成為了我國(guó)生物多樣性最為富集的區(qū)域之一(表1，圖1)。

圖1 云南銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林類(lèi)型分布Fig.1 Distribution of forest types in Tongbiguan Nature Reserve

表1 各森林類(lèi)型面積Tab.1 Area of each forest type hm2

2 研究方法

對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)的方法主要有2種：物質(zhì)量評(píng)價(jià)法和價(jià)值量評(píng)價(jià)法[6]。根據(jù)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林資源現(xiàn)狀，并參考相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，本文采用GB/T 38582-2020《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》指標(biāo)體系，采用市場(chǎng)價(jià)值、影子工程等方法對(duì)支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、文化服務(wù)4個(gè)服務(wù)類(lèi)別，保育土壤、林木養(yǎng)分固持等9個(gè)功能類(lèi)別，固土、保肥、氮固持等17個(gè)指標(biāo)類(lèi)別分別進(jìn)行定量評(píng)估，最后算出森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究選取銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)作為研究對(duì)象，數(shù)據(jù)來(lái)源有：

(1)森林生態(tài)連清數(shù)據(jù)集

(2)森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)

(3)國(guó)家權(quán)威部門(mén)發(fā)布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)(表2)

表2 社會(huì)公共數(shù)據(jù)(換算后)Tab.2 Social public data (after conversion)

(4)中國(guó)林業(yè)年鑒(2018)

(5)德宏州統(tǒng)計(jì)年鑒(2018)

(6)德宏年鑒(2019)

(7)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)科考報(bào)告

(8)衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)

(9)銅壁關(guān)保護(hù)區(qū)矢量數(shù)據(jù)(2000大地坐標(biāo)系)

2.2 評(píng)估內(nèi)容

2.2.1支持服務(wù)

1)保育土壤

(1)固土

G固土=A×(X2-X1)

U固土=G固土×C土/P

式中：G固土為評(píng)估林分年固土量；A為林分面積；X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)；X1為實(shí)測(cè)林分有林地土壤侵蝕模數(shù)；C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用；P為土壤容重。

結(jié)合丁劍宏[7]云南省土壤侵蝕分布特征及動(dòng)態(tài)變化的研究，判別侵蝕程度時(shí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)最小原則，應(yīng)該將評(píng)價(jià)單位判別為較高級(jí)別的侵蝕程度，取全國(guó)土壤侵蝕分類(lèi)級(jí)別的強(qiáng)度級(jí)對(duì)應(yīng)水、風(fēng)蝕模數(shù)上限8 000 t/km2進(jìn)行計(jì)算[8]。有林地的現(xiàn)實(shí)土壤侵蝕模數(shù)參考靳芳[9]、孔維健[10]、魯紹偉[11]的相關(guān)研究(表3)；土壤容重取1.5 g/cm3。

表3 不同森林類(lèi)型計(jì)算參數(shù)Tab.3 Calculation parameters of different forest types

(2)保肥

包涵減少氮流失、減少磷流失、減少鉀流失、減少有機(jī)質(zhì)流失4個(gè)項(xiàng)目

GN=A×N×(X2-X1)

GP=A×P×(X2-X1)

GK=A×K×(X2-X1)

G有機(jī)質(zhì)=A×M×(X2-X1)

U肥=GN×C1/R1+GP×C1/R2+GK×C2/R3+G有機(jī)質(zhì)×C3

式中：GN、GP、GK、G有機(jī)質(zhì)分別為評(píng)估林分固持土壤減少的氮流失量、磷流失量、鉀流失量、有機(jī)質(zhì)流失量；N、P、K、M分別為林分中土壤含氮量、含磷量、含鉀量、含有機(jī)質(zhì)量；U肥為評(píng)估林分土壤保肥價(jià)值；C1為磷酸二銨化肥價(jià)格；R1、R2分別為磷酸二銨化肥含氮量、含磷量；C2為氯化鉀化肥價(jià)格；R3為氯化鉀化肥含鉀量；C3為有機(jī)質(zhì)價(jià)格。

根據(jù)《土壤學(xué)》[12]、中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)公布數(shù)據(jù)及化肥說(shuō)明書(shū)，評(píng)估林分土壤及化肥中氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量(表4)。

表4 氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量Tab.4 Content of nitrogen, phosphorus, potassium and organic matter

2)林木養(yǎng)分固持

G氮=A×N營(yíng)養(yǎng)×B年

G磷=A×P營(yíng)養(yǎng)×B年

G鉀=A×K營(yíng)養(yǎng)×B年

U氮=G氮×C1

U磷=G磷×C1

U鉀=G鉀×C2

式中：G氮、G磷、G鉀分別為評(píng)估林分年氮固持量、磷固持量、鉀固持量；A為林分面積；N營(yíng)養(yǎng)、P營(yíng)養(yǎng)、K營(yíng)養(yǎng)分別為林木氮、磷、鉀元素含量；B年為林分凈生產(chǎn)力；U氮、U磷、U鉀分別為評(píng)估林分氮、磷、鉀固持價(jià)值。

林木氮、磷、鉀元素含量參考趙同謙[13]等人的研究成果(表4)，林分凈生產(chǎn)力參考吳鵬[14]等人對(duì)中國(guó)西南地區(qū)森林生物量的研究成果，取值天然林值為13.38 t/(hm2·a)。

2.2.2調(diào)節(jié)服務(wù)

1)涵養(yǎng)水源

(1)調(diào)節(jié)水量

G調(diào)=10A×(P水-E)

U調(diào)=G調(diào)×C庫(kù)

式中：G調(diào)為評(píng)估林分年調(diào)節(jié)水量；A為林分面積；P水為林地降水量；E為林分蒸發(fā)量；U調(diào)為評(píng)估林分年調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值；C庫(kù)為水資源市場(chǎng)交易價(jià)格。

根據(jù)《銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)綜合科考報(bào)告》[15]數(shù)據(jù)，保護(hù)區(qū)年均降雨量取1 508 mm，林地蒸發(fā)量為749.3 mm。

(2)凈化水質(zhì)

G凈=10A×(P水-E)

U凈=G凈×K水

式中：U凈為評(píng)估林分凈化水質(zhì)價(jià)值；K水為水的凈化費(fèi)用。

2)固碳釋氧

(1)固碳

G碳=G植被固碳+G土壤固碳

G植被固碳=1.63R碳×A×B年

G土壤固碳=A×S土壤

U碳=G碳×C碳

式中：G碳為評(píng)估林分生態(tài)系統(tǒng)年固碳量；G植被固碳、G土壤固碳分別為評(píng)估林分植被年固碳量、土壤年固碳量；S土壤為林分土壤固碳量；R碳為二氧化碳中碳的含量，為27.27%；C碳為固碳價(jià)格。

S土壤為林分土壤固碳量，參考李曉曼、康文星[16]等人關(guān)于不同森林類(lèi)型土壤年固碳方面的研究，對(duì)西南地區(qū)天然林保護(hù)工程綜合效益評(píng)價(jià)研究，取值為針葉林0.672 7 t/(hm2·a)、闊葉林1.646 6 t/(hm2·a)、竹林0.461 7 t/(hm2·a)。

(2)釋氧

G氧=1.19A×B年

U氧=G氧×C氧

式中：G氧為評(píng)估林分年釋氧量；U氧為評(píng)估林分年釋放氧氣價(jià)值；C氧為氧氣價(jià)格。

3)凈化大氣環(huán)境

(1)提供負(fù)離子

G負(fù)離子=5.256×1015Q負(fù)離子×A×H/L

U負(fù)離子=5.256×1015×A×H×K負(fù)離子×(Q負(fù)離子-

600)/L

式中：G負(fù)離子為評(píng)估林分年提供負(fù)離子數(shù)；Q負(fù)離子為林分負(fù)離子濃度；H為林分高度；L為負(fù)離子壽命；K負(fù)離子為負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用。

林地中負(fù)離子濃度參考國(guó)政[17]等人對(duì)西南地區(qū)天然林保護(hù)工程綜合效益評(píng)價(jià)研究，取值為2 121.4個(gè)/cm3；林分高度參考二調(diào)數(shù)據(jù)(表3)，負(fù)離子壽命為10 min。

(2)吸收氣體污染物及滯塵

吸收氣體污染物包括吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物三個(gè)指標(biāo)。

G二氧化硫=Q二氧化硫×A

U二氧化硫=G二氧化硫×K二氧化硫

G氟化物=Q氟化物×A

U氟化物=G氟化物×K氟化物

G氮氧化物=Q氮氧化物×A

U氮氧化物=G氮氧化物×K氮氧化物

U滯塵=K滯塵×Q滯塵×A

式中：G二氧化硫、G氟化物、G氮氧化物分別為評(píng)估林分年吸收二氧化硫量、氟化物量、氮氧化物量；U二氧化硫、U氟化物、U氮氧化物分別為評(píng)估林分年吸收二氧化硫價(jià)值、氟化物價(jià)值、氮氧化物價(jià)值；K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物分別為二氧化硫、氟化物、氮氧化物的治理費(fèi)用；K滯塵為降塵清理費(fèi)用；Q滯塵為單位面積森林年滯塵量；單位面積吸收二氧化硫(Q二氧化硫)、氟化物(Q氟化物)、氮氧化物(Q氮氧化物)、滯塵(Q滯塵)值(表3)。

2.2.3供給服務(wù)

1)生物多樣性及物種資源保育

U生=S生×A

式中：U生為評(píng)估林分年物種資源保護(hù)價(jià)值；S生為單位面積物種資源保育價(jià)值。

根據(jù)2008年基于Shannon-Wiener指數(shù)評(píng)估法的研究[18]，云南省單位面積物種多樣性保育價(jià)值取值為24 234.6元/hm2。

2)林木產(chǎn)品供給

參照《評(píng)估規(guī)范》，森林生態(tài)系統(tǒng)提供的產(chǎn)品主要包括木材產(chǎn)品和非木材產(chǎn)品兩大類(lèi)，可采用市場(chǎng)價(jià)值法來(lái)評(píng)估其價(jià)值。由于銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)所轄區(qū)域?yàn)閲?yán)格管控區(qū)域，同時(shí)也是生態(tài)紅線保護(hù)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)幾乎不存在林下產(chǎn)品種植等活動(dòng)，因此在林木產(chǎn)品的計(jì)算上，本研究采用保護(hù)區(qū)林地蓄積量的年增長(zhǎng)量(m3)乘以相應(yīng)活立木的價(jià)格368元/m3[16]作為林木產(chǎn)品供給價(jià)格總值。

2.2.4文化服務(wù)與森林康養(yǎng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年云南省各類(lèi)自然保護(hù)地創(chuàng)造的森林旅游類(lèi)年收入已超過(guò)50億元[19]。由云南省各類(lèi)自然保護(hù)地總面積約為56 345 km2，可得出全省森林旅游業(yè)單位面積平均收入。本次研究采用云南省平均水平評(píng)估保護(hù)區(qū)在森林旅游方面的價(jià)值。

3 結(jié)果與分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算公式與參數(shù)設(shè)置，從支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、文化服務(wù)4個(gè)方面的多項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算出保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，結(jié)果見(jiàn)表5、表6。

表5 云南銅壁關(guān)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)物質(zhì)量評(píng)估結(jié)果Tab.5 Evaluation results of forest ecosystem biomass in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

表6 云南銅壁關(guān)省級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)價(jià)值評(píng)估結(jié)果Tab.6 Evaluation results of forest ecological value in Tongbiguan Provincial Nature Reserve of Yunnan 元

續(xù)表6

3.2 結(jié)果分析

3.2.1總價(jià)值量

根據(jù)上述估算結(jié)果，銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)年森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值約80.64億元，單位面積價(jià)值約15.61萬(wàn)元/(hm2·a)，參考華朝朗[20]等人對(duì)云南省保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究，銅壁關(guān)單位面積價(jià)值量是云南省保護(hù)區(qū)平均水平的1.27倍。

從經(jīng)濟(jì)價(jià)值構(gòu)成來(lái)看，直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值由供給服務(wù)與森林康養(yǎng)兩部分構(gòu)成，總價(jià)值約為12.45億元，占總價(jià)值的15.44%；間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值包括支持服務(wù)與調(diào)節(jié)服務(wù)兩部分，總價(jià)值約68.2億元，占總價(jià)值的84.56%。說(shuō)明間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)高于直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值，生態(tài)系統(tǒng)的潛在服務(wù)能力更為重要，今后的發(fā)展過(guò)程中應(yīng)當(dāng)著重于從此方面進(jìn)行保護(hù)和發(fā)掘。

根據(jù)德宏統(tǒng)計(jì)年鑒顯示，2018年德宏州國(guó)民生產(chǎn)總值約381.06億元。由此可見(jiàn)，德宏州良好的自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的價(jià)值不可小覷，是“綠水青山就是金山銀山”理論在德宏這一區(qū)域的最好闡釋?zhuān)\(yùn)用好這座天然寶庫(kù)將對(duì)德宏州今后發(fā)展產(chǎn)生重要意義。

3.2.2各分量之間比較

計(jì)算結(jié)果顯示，按照功能類(lèi)別來(lái)看，各分量之間的價(jià)值量為：涵養(yǎng)水源>固碳釋氧>生物多樣性價(jià)值>保育土壤>凈化大氣>森林康養(yǎng)>林木養(yǎng)分固持>木材產(chǎn)品供給，與前人在其他地區(qū)的研究結(jié)果基本一致(圖2)。

圖2 各分量單位面積價(jià)值比較Fig.2 Comparison of value per unit area of each component

4 討論

本文選取了支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)、森林康養(yǎng)4個(gè)服務(wù)類(lèi)別，共17項(xiàng)具體指標(biāo)對(duì)銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，其中防風(fēng)固沙項(xiàng)目未進(jìn)行估算統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，銅壁關(guān)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值約為80.65億元/a。在本次估算中，受到部分?jǐn)?shù)據(jù)缺乏的影響，灌木林作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分未納入估算體系；在部分指標(biāo)的使用上，由于缺乏實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，多選用西南地區(qū)臨近區(qū)域的數(shù)據(jù)，但仍有部分指標(biāo)采用前人對(duì)于我國(guó)大尺度研究的均衡值，對(duì)于估算精度會(huì)有一定影響。通過(guò)本次估算，可以看出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值中，不僅僅是林木價(jià)值，更多地還體現(xiàn)在水源涵養(yǎng)、固碳釋氧等間接價(jià)值中，由此可見(jiàn)，銅壁關(guān)自然保護(hù)區(qū)作為我國(guó)西南生態(tài)安全屏障中的一部分，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值上具有非常大的潛力，在對(duì)于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)方面也將會(huì)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用，在未來(lái)的發(fā)展與保護(hù)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)更加注重于整體保護(hù)，并且注重于間接使用價(jià)值的發(fā)掘和利用。