西藏公益林森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估研究*

達娃扎西，李小雙，聶峰

(1.西藏自治區(qū)林業(yè)調(diào)查規(guī)劃研究院，西藏 拉薩 850001；2.云南省林業(yè)和草原科學(xué)院，云南 昆明 650201)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，人類賴以生存的必要條件[1]。森林資源是我國重要的生態(tài)資源，森林生態(tài)系統(tǒng)對我國生態(tài)環(huán)境起著重要作用[2-3]。生態(tài)公益林是以保護和改善人類生存環(huán)境、保持生態(tài)平衡、保存物種資源、科學(xué)實驗、森林旅游、國土保安等需要為主要經(jīng)營目標(biāo)的森林和灌木林，是維護國家生態(tài)安全與生態(tài)可持續(xù)的重要組成部分[4]。積極推進生態(tài)公益林建設(shè)是我國為解決生態(tài)問題而采取的重大舉措[4]。西藏自治區(qū)森林資源豐富，是我國重要的國家安全屏障和生態(tài)安全屏障。西藏自治區(qū)公益林由自然植被和栽培植被組成，全區(qū)共有公益林植被類型20個，落葉闊葉灌叢面積最大，其次為寒溫性針葉林和常綠革葉灌叢，其他各類植被類型所占比例均較小。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成的維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[5]。根據(jù)知網(wǎng)檢索結(jié)果，目前環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、林學(xué)是國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究的主要學(xué)科，三者占總研究領(lǐng)域的65.09%。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的主要研究內(nèi)容，其研究多以中觀尺度區(qū)域結(jié)合時空變化，目前較普遍的研究包括地方生態(tài)補償[6-7]、土地利用[8-9]、景觀格局[10]等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究對象集中于濕地[11]、流域[12-13]。國家林業(yè)局編制的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T 1721—2008)[14](以下簡稱《規(guī)范》)提出了森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評估指標(biāo)體系，將其劃分為8個類別和15個評估指標(biāo)?？v觀森林生態(tài)服務(wù)功能評價領(lǐng)域，該評估指標(biāo)體系綜合各家之長、涉及層面較廣，基本覆蓋了目前森林生態(tài)服務(wù)功能所能定量化分析的內(nèi)容，是目前較完善的評估體系。已有利用此評估體系對不同空間尺度研究的成功案例[15-18]。

西藏公益林的研究主要側(cè)重于天然林的研究[19]，多圍繞西藏森林資源特點提出資源保護建議和生態(tài)補償體系建設(shè)策略[20]，以公益林為研究對象從定量分析的角度進行全區(qū)生態(tài)現(xiàn)狀研究的未見報道。本研究使用森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估指標(biāo)體系[14]，以西藏自治區(qū)生態(tài)公益林為研究對象，進行全區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究，以期為掌握西藏公益林的生態(tài)狀況，保護森林資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西藏自治區(qū)位于我國西南邊陲(26°50′～36°29′N、78°15′～99°07′E，)，國土面積120.223×104km2，約占我國陸地面積的1/8。其地勢由西北向東南傾斜，平均海拔在4 000 m以上，是世界上海拔最高的高原。受地形地貌及中低緯度地理位置和高空大氣環(huán)流影響，氣候復(fù)雜，形成了垂直地帶性分異明顯與地域差異大的氣候特點。西藏地處泛北極區(qū)系和古熱帶區(qū)系的交匯處，區(qū)系的遷移演化復(fù)雜，孕育了北半球從熱帶直到寒極的各種主要植被類型的代表，以及本區(qū)特有的植被類型。西藏自治區(qū)公益林地面積1 057.46×104hm2，占公益林成效監(jiān)測區(qū)(65個縣)林地面積的76.46 %。公益林森林面積1 026.55×104hm2，占公益林地面積的97.08%，其中森林自然植被占各類型植被面積99.48%，其中包括針葉林、闊葉林、灌叢和灌草等3個植被型組，面積分別為367.22×104hm2、61.25×104hm2和592.71×104hm2，分別占自然植被的35.96%、6.00%、58.04%；栽培植被只有木本類型1個植被型組，面積為5.37 ×104hm2，占栽培植被的100%。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源與指標(biāo)體系

本研究利用西藏自治區(qū)2013—2018年1 244個1 000 m×1 000 m固定樣地(其中30個有林縣1 000 m×1 000 m大樣地762個，35個宜林縣1 000 m×1 000 m大樣地482個)調(diào)查結(jié)果，按照《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》[14]中評估指標(biāo)體系，構(gòu)建西藏生態(tài)公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值評估指標(biāo)體系，分為8個一級指標(biāo)，包括涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)、凈化大氣環(huán)境、森林防護、生物多樣性保護、森林游憩，在此基礎(chǔ)上劃分15個二級指標(biāo)，其中保肥、林木營養(yǎng)積累和吸收污染物3個二級指標(biāo)分別包含4個、3個和4個三級指標(biāo)(表1)。

表1 西藏生態(tài)公益林森林生態(tài)服務(wù)功能價值評估指標(biāo)體系Tab.1 Xizang ecological public welfare forest forest ecological service function value evaluation index system

由于森林類型不同，在生態(tài)服務(wù)功能的表現(xiàn)方面也各有側(cè)重，加之現(xiàn)有的基礎(chǔ)指標(biāo)評估參數(shù)的可得性，有部分參數(shù)無法直接獲得，本研究區(qū)域參考2004年西藏自治區(qū)國家公益林區(qū)劃界定和2008年地方重點公益林區(qū)劃界定資料確定。公益林數(shù)據(jù)采用2013—2018年西藏公益林建設(shè)材料(矢量化小班與數(shù)據(jù)庫)，并參考了大量已出版的科研文獻資料中的公共引用文獻和公共數(shù)據(jù)。因此，評估結(jié)果可能與西藏自治區(qū)的實際情況會存在一定偏差，但公共數(shù)據(jù)的使用也在一定程度上方便與全國及各地森林生態(tài)服務(wù)功能評估結(jié)果進行比較。

本研究主要根據(jù)天然林的更新演替階段進行年齡的劃分，即分為原生林和次生林，原生林為自然度I級和II級的林分，結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定，林分年齡大致在60 a以上；次生林則為自上世紀(jì)采伐后熱帶天然林更新起來的林分，林齡大致在60 a以下。對于人工林，因其所占比例不大，統(tǒng)一按照中齡林階段進行評估。

西藏公益林森林生態(tài)狀況部分從群落結(jié)構(gòu)和樹種結(jié)構(gòu)兩方面分析公益林森林結(jié)構(gòu)。森林自然度根據(jù)《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》中森林自然度劃分的5個等級進行計算[21-22]。森林健康根據(jù)林木的生長發(fā)育、外觀表象特征及受災(zāi)情況，從森林生產(chǎn)力、組織結(jié)構(gòu)、抵抗力和土壤狀況4個要素進行綜合評估[23]。森林生態(tài)功能參考《全國森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范，選取森林蓄積量、群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、植被總覆蓋度(郁閉度)、樹高和枯枝落葉厚度等計算得出[24-25]、森林景觀通過森林群落類型、層次結(jié)構(gòu)、古樹、森林色彩等因子調(diào)查。

1.2.2 指標(biāo)計算方法

涵養(yǎng)水源是森林的重要生態(tài)功能。森林涵養(yǎng)水源功能主要表現(xiàn)在截留降水、涵蓄土壤水分、補充地下水、調(diào)節(jié)河川流量、緩和地表徑流等。森林涵養(yǎng)水源實物量計算公式如下[14]。

G涵=10A(P-E-C)

式中：G涵為林分調(diào)節(jié)水量功能(m3/a)；A為林分面積(hm2)。其余字母所代表涵義及相應(yīng)單位參看《規(guī)范》。

森林涵養(yǎng)水源價值量包括調(diào)節(jié)水量價值量和凈化水質(zhì)價值量兩部分。調(diào)節(jié)水量價值量計算公式如下[14]。

U調(diào)=10C庫A(P-E-C)

式中：字母代表及相應(yīng)單位參照參考文獻[14]，下同。

凈化水質(zhì)價值量計算公式如下[14]。

U水質(zhì)=10KA(P-E-C)

保育土壤由保肥和固土兩個指標(biāo)來衡量其功能，保肥實物量計算公式如下[14]。

Gi=ANi(X2-X1)

保肥價值量計算公式如下[14]。

U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3)

固土實物量計算公式如下[14]。

G固土=A(X2-X1)

固土價值量計算公式如下[14]。

U固土=AC土(X2-X1)/ρ

固碳釋氧中，固碳實物量根據(jù)生物量乘以系數(shù)0.501 8計算得出碳儲量，包括喬木、灌木林、枯落物、灌木層、草本層等5部分的生物量計算。

喬木生物量根據(jù)喬木林小班平均樹高、平均胸徑，利用生物量模型計算小班單位蓄積生物量，將單位蓄積生物量(Bio)乘以小班蓄積量(V)得出小班喬木生物量。不同樹種類生物量計算可采用兩類模型計算，公式如下。

Bio=A×D2×HB

式中：Bio為生物量(kg/m3)；D為平均胸徑(cm)；H為平均樹高(m)；A、B為模型參數(shù)表。

灌木林生物量根據(jù)公益林小班灌木的平均高度和覆蓋度，利用生物量模型計算單位面積生物量，然后乘以小班面積得出小班灌木生物量。灌木林生物量統(tǒng)一采用此模型計算。

Bio=0.0569 28G1.254 37H0.662 068

式中：Bio為生物量(t/m3)；G為灌木蓋度(%)；H為灌木平均樹高(m)。

枯落物生物量模型根據(jù)2017年度西藏自治區(qū)生態(tài)公益林資源清查結(jié)果，按照喬木林優(yōu)勢樹種面積蓄積比例確立需要建立枯落物生物量模型的樹種(組)。按面積比例計算，冷杉(Abiesfabri)、云杉(Piceaasperata)、高山松(Pinusdensata)、云南松(Pinusyunnanensis)、闊葉混、針闊混所占比例分別為30.97%、26.41%、3.14%、5.03%、3.89%、1.31%。以上6個樹種(組)分別作為建模單元；其它針葉林、針葉混交林統(tǒng)一作為建模單元；針闊混交林統(tǒng)一作為建模單元(表2)。

表2 不同樹種(組)林分枯落物建模方程Tab.2 Modeling equations for forest litter of different tree species(groups)

灌木層生物量：灌木層生物量與喬木林樣地蓄積量之間的擬合函數(shù)計算，兩者存在顯著相關(guān)性。

y=-1.774ln(x)+11.314,R=0.56,n=25,P<0.05

式中：y為灌木層單位面積生物量(t/hm2)，x為單位面積蓄積量(m3/hm2)。

在草本層生物量中，草本層單位面積生物量分布與喬木林蓄積、生物量、灌木層生物量等因子之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系，且各齡組之間草本層生物量相差不大，因此以1 244個固定樣地計算草本層單位面積生物量的平均值(1.286 t/hm2)乘以喬木林面積換算得到全區(qū)喬下草本層生物量。

碳儲量價值量 固碳價格采用瑞典的碳稅率150美元/t(折合人民幣為1 035 元/t)，然后計算。

釋氧實物量計算公式如下[14]。

G氧=1.19AB年

釋氧價值量計算公式如下[14]。

U氧=1.19C氧AB年

林木營養(yǎng)積累實物量由氮、磷、鉀三者實物量計算得出，計算公式如下[14]。

G氮=AN營養(yǎng)B年

G磷=AP營養(yǎng)B年

G鉀=AK營養(yǎng)B年

積累營養(yǎng)物質(zhì)價值量計算公式如下[14]。

U營養(yǎng)=AB年(N營養(yǎng)C1/R1+P營養(yǎng)C1/R2+K營養(yǎng)C2/R3)

滯塵實物量計算公式如下[14]。

G滯塵=Q滯塵A

滯塵價值量計算公式如下[14]。

U滯塵=K滯塵Q滯塵A

降噪價值量計算公式如下[14]。

U噪音=K噪音A噪音

吸收二氧化硫?qū)嵨锪坑嬎愎饺缦耓14]。

G二氧化硫=Q二氧化硫A

吸收二氧化硫價值量計算公式如下[14]。

U二氧化硫=K二氧化硫Q二氧化硫A

吸收氟化物實物量計算公式如下[14]。

G氟化物=Q氟化物A

吸收氟化物價值量計算公式如下[14]。

U氟=K氟化物Q氟化物A

吸收氮氧化物實物量計算公式如下[14]。

G氮氧化物=Q氮氧化物A

吸收氮氧化物價值量計算公式如下[14]。

U氮氧化物=K氮氧化物Q氮氧化物A

吸收重金屬實物量計算公式如下[14]。

G重金屬=Q重金屬A

吸收重金屬價值量計算公式如下[14]。

U重金屬=K重金屬Q(mào)重金屬A

提供負離子實物量計算公式如下[14]。

G負離子=5.256×1 015×Q負離子AH/L

提供負離子價值量計算公式如下[14]。

U負離子=5.256×1015×AHK負離子(Q負離子-600)/L

年森林防護實物量計算，可將農(nóng)田防護林森林防護的實物量折算為農(nóng)作物產(chǎn)量(t/a)；防風(fēng)固沙林可折算為牧草產(chǎn)量(t/a)。

年森林防護價值量計算公式如下[14]。

U防護=AQ防護C防護

物種保育價值量計算公式如下[14]。

U生物=S生A

森林游憩價值量用森林旅游活動的直接收益衡量，其計算公式如下[14]。

U游=P游M游Y游

2 結(jié)果與分析

2.1 西藏自治區(qū)公益林森林生態(tài)狀況

2.1.1 森林結(jié)構(gòu)

(1)群落結(jié)構(gòu) 在西藏自治區(qū)1 026.55×104hm2的公益林森林面積中，具有喬木、灌木和草本3個植被層的完整結(jié)構(gòu)森林面積294.49×104hm2，占公益林森林面積的28.69%；具有喬木、灌木或草本兩個植被層的較完整結(jié)構(gòu)森林面積604.08×104hm2，占58.84%；僅有喬木一個植被層的簡單結(jié)構(gòu)森林面積127.98×104hm2，占12.47%。公益林森林群落結(jié)構(gòu)以較完整結(jié)構(gòu)為主，其次為完整結(jié)構(gòu)。公益林森林按起源各群落結(jié)構(gòu)面積見表3。

表3 公益林不同森林起源的各群落結(jié)構(gòu)面積Tab.3 The area of each community structure in the origin of the public welfare forest

(2)樹種結(jié)構(gòu) 全區(qū)公益林中，喬木林面積432.96×104hm2，以針葉純林為主，占比73.47%。其中，天然喬木林以針葉純林為主，占天然喬木面積的74.06%；人工喬木林闊葉純林為主，占人工喬木林面積的74.27%。全區(qū)喬木林中針葉純林(含相對純林)、闊葉純林(含相對純林)和混交林面積分別占82.97%、10.18%和6.85%，比例為83︰10︰7。反映出西藏公益林喬木樹種呈現(xiàn)以天然、頂級群落的純林為主。公益林喬木林面積按樹種結(jié)構(gòu)統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 公益林不同林型的喬木林面積Tab.4 Statistical table of public welfare forest arbor forest area according to tree species structure

2.1.2 森林自然度

在1 026.55×104hm2公益林森林面積中，森林自然度Ⅰ級的原始或接近原始的天然森林占56.92%；自然度較高的次生林(自然度為Ⅱ級和Ⅲ級)面積占38.00%；殘次林和第一代次生林(自然度為Ⅳ級)及各種人工森林類型所占比例很小，面積只占5.08%；森林類型以地帶性原始頂極森林類型居多?？傮w而言，公益林大都處于演替的高級階段，受人為干擾較小，需要重點保護。按自然度級劃分的面積分布情況見表5。

表5 不同自然度級的公益林森林面積Tab.5 Statistical table of forest area distribution of public welfare forests according to natural degree levels

2.1.3 森林健康

在公益林森林面積1 026.55×104hm2中，健康森林面積1 012.61×104hm2，占98.64%；亞健康森林面積13.51×104hm2，占1.32%；中健康森林面積3 087.48 hm2，占0.03%；不健康森林面積為1 117.30 hm2，占0.01%。公益林森林以健康森林占絕對主體，這表明西藏公益林森林生態(tài)系統(tǒng)處于高效、穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.4 森林生態(tài)功能

在公益林森林面積1 026.55×104hm2中，森林群落結(jié)構(gòu)完整、植被覆蓋度高的高等級生態(tài)功能區(qū)域面積158.55×104hm2，占總面積的15.44%；森林群落結(jié)構(gòu)較完整、植被覆蓋度一般的中等森林生態(tài)功能面積861.07×104hm2，占83.88%；森林群落結(jié)構(gòu)不完整、植被覆蓋度低的區(qū)域為低等森林生態(tài)功能區(qū)域，其面積為6.93×104hm2，占0.68%。公益林森林生態(tài)功能以高等、中等面積為主，占99.32%，整體森林生態(tài)功能屬于中上水平。

2.1.5 森林景觀

森林群落完整、層次結(jié)構(gòu)豐富、古樹分布集中和森林色彩豐富程度等4個維度結(jié)果疊加得出森林景觀評價，由高到低分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級。其中公益林森林景觀等級Ⅰ級的面積202.49×104hm2，占19.73%；景觀等級Ⅱ級的面積309.81×104hm2，占30.18%；景觀等級Ⅲ級的面積298.65×104hm2，占29.09%；景觀等級Ⅳ級的面積215.60×104hm2，占21.00%。森林景觀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級的面積占79.00%，全區(qū)公益林以原始林或原始次生林占優(yōu)勢，林相和季相色彩豐富，四季絢麗繽紛，景觀特色多樣。

2.2 公益林森林生態(tài)效益系統(tǒng)服務(wù)價值評估

2.2.1 生物量、碳儲量

全區(qū)公益林(有林地、疏林地和灌木林地)總生物量108 621.5×104t，總碳儲量5.45×104t。

2.2.2 年生態(tài)服務(wù)功能實物量

全區(qū)公益林生態(tài)服務(wù)功能實現(xiàn)涵養(yǎng)水源、固土保肥、固碳釋氧、凈化大氣、滯塵減噪和生物多樣性保護等的年實物量共4 966 986.1×104t。生態(tài)公益林年生態(tài)服務(wù)功能實物量詳見表6。

表6 生態(tài)公益林年生態(tài)服務(wù)功能的實物量Tab.6 Physical scale of annual ecological service functions of ecological public welfare forests ×104t

2.2.3 年生態(tài)服務(wù)功能價值量

全區(qū)公益林生態(tài)服務(wù)功能折算為價值共為65 780 044.9×104元/a。生態(tài)公益林年生態(tài)服務(wù)功能價值量詳見表7。

表7 生態(tài)公益林年生態(tài)服務(wù)功能的價值量Tab.7 Annual ecological service function value scale of ecological public welfare forests ×104元/a

3 討論與結(jié)論

本研究采用森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估的理論和方法，以西藏自治區(qū)全區(qū)公益林本底調(diào)查、抽樣調(diào)查、年度更新調(diào)查成果為基礎(chǔ)，輔以森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站的長期觀測數(shù)據(jù)集及社會公共數(shù)據(jù)，綜合運用生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等理論方法，以遙感、地理信息系統(tǒng)等為工具，采用產(chǎn)量-價格法、直接市場法等方法，測算森林生態(tài)效益實物量和價值量。

通過分析西藏自治區(qū)公益林森林生態(tài)狀況和公益林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，綜合得出以下結(jié)論。

(1)全區(qū)公益林總體森林生態(tài)狀況較好，主要體現(xiàn)在森林群落結(jié)構(gòu)整體完整性較高；樹種結(jié)構(gòu)上天然頂級純喬木林有主導(dǎo)優(yōu)勢；森林自然度高的天然森林占比達一半以上；健康森林面積占絕對主導(dǎo)地位。

(2)西藏自治區(qū)公益林的年生態(tài)服務(wù)功能實物量較大，其中公益林的固水量實物量最大，占總體實物量的95%以上。

(3)全區(qū)公益林年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量高，總價值量達到6 578×108元，尤其在固水、凈化水質(zhì)和森林防護3個方面的價值量在全區(qū)總價值量中的占比尤為突出，為全區(qū)的經(jīng)濟和社會發(fā)展提供了堅實的生態(tài)基礎(chǔ)。

(4)全區(qū)公益林的碳儲量高，說明全區(qū)公益林森林具有較高的碳匯價值和碳匯潛力。

隨著國家森林生態(tài)效益補償機制的建立，有關(guān)公益林建設(shè)與管理的法律、條例和辦法逐步建立和完善，我國公益林建設(shè)步入快速健康發(fā)展的軌道。西藏自治區(qū)公益林森林整體生態(tài)狀況良好，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值總量較大，對促進西藏的生態(tài)文明建設(shè)，保障區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義，對確保我國的國土安全、生態(tài)安全有不可替代的重要作用。推進公益林持續(xù)監(jiān)測、加強公益林管理，加快構(gòu)建穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)、充分發(fā)揮公益林的服務(wù)功能，為建設(shè)國家生態(tài)安全屏障和建設(shè)美麗西藏服務(wù)。