四川省森林生态系统间接价值动态分析

周 洋， 周 强， 李 玫

(1.成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都610106； 2.成都大学信息科学与工程学院，四川 成都 610106)

四川省森林生态系统间接价值动态分析

周 洋1， 周 强2， 李 玫1

(1.成都大学建筑与土木工程学院，四川 成都610106； 2.成都大学信息科学与工程学院，四川 成都 610106)

依据林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范(LY/T 1721— 2008)》，采用四川省第7次森林资源清查资料及社会公共数据，以2009年为基准年，利用系统动力学的方法对2010—2025年四川省森林生态系统服务功能价值进行了动态分析。结果表明，到2025年，涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境总价值达到2 062.05×1010元，阔叶林各项服务功能价值增长速度较快，针叶林次之，竹林的增长速度最小。

森林生态系统；四川；价值；系统动力学

森林生态系统服务功能及其价值估算是当今研究的热点问题，正确评估森林生态系统服务功能的价值，能为森林资源的合理开发利用提供参考依据，促进森林生态系统朝着健康方向发展。COSTANZA等[1]首次对全球生物圈生态系统服务功能及其价值进行了估算。此后国外许多学者[2-6]先后从不同的角度对生态系统服务功能价值进行了评估。侯元兆等[7]首次对森林生态系统的涵养水源、净化空气与保持水土3项服务功能价值进行评估，得到其服务价值为林木产品价值的13倍。欧阳志云等[8]运用生态经济的方法，从涵养水源、有机物质的生产、维持大气平衡、营养物质储存、水土保持等方面对中国陆地生态系统服务的价值进行了估算。王兵等[9]对辽宁省森林生态系统进行了物质量和价值量的评估。肖强等[10]利用市场价值法和生产成本法定量评价了重庆市2006年和2011年森林生态系统服务功能价值，此研究仅对森林服务功能进行了2个时期的评价，并没有反映出服务功能价值动态变化。国内许多学者相继借鉴国外的理论与研究方法，对中国各省的森林生态系统服务功能价值进行评估并取得了一定的研究成果[11-16]。但是估算森林生态系统服务功能价值，大多评价仅限于静态, 动态评估研究还是空白，难以实现森林生态系统的动态管理。所以本研究在数据可获取的前提下，采用国家林业标准《森林生态系统服务功能评估规范》( LY/T1721—2008)，以2009年为基准年，对四川省2010—2025年各林型生态服务功能价值以及森林生态系统服务功能总价值进行动态分析与预测，并通过可行的情景方案设计，使得森林生态服务功能价值得以提高。正确客观的动态评估森林生态系统服务功能价值对于提高人们的森林保护意识有积极的意义，也为四川省林业可持续发展政策的制定与生态环境保护提供科学依据。

1 研究区概况

四川省地处中国西南部，位于东经97°21′～108°33′和北纬26°03′～34°19′，地处长江上游，东西长1 075 km，南北宽921 km，地貌类型复杂多样，主要是平原、丘陵、山地和高原四大类型，以山地为主要特色。研究区气候类型多，有利于农、林、牧综合发展。森林植被生长茂盛,是适合培育森林的地区。2009年，四川省林业用地面积2.39×107hm2,占全省用地面积的49.1%，其中有林地面积1.49×107hm2。森林覆盖率为30.79%，全省活立木蓄量1.7×109m3，有代表性的植被类型有针叶林、阔叶林和竹林。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究所用数据为四川省第7次和第8次森林资源清查数据，四川省林业统计年鉴，四川省统计年鉴，森林生态系统长期连续定位观测数据，社会公共数据以及公开发表的文献数据。

2.2 研究方法

2.2.1 系统建模 森林生态系统是一个大而且复杂的巨系统，森林生态系统服务价值分析涉及到森林类型、服务种类等多种因素，这些因素构成了复杂的系统，各因素之间相互影响，相互作用。应采用科学的手段进行整体性的系统研究。本研究采用系统动力学[17-18]的观点，对四川省森林生态的服务功能价值进行动态分析。运用模拟软件Vensim,根据森林面积、森林类型、各项服务功能等进行相关数学模型的构建。对四川省2010—2025年阔叶针、针叶林、竹林以及森林生态系统服务功能总价值进行预测与分析。时间步长为1a。该模型能模拟系统随时间变化的过程。

2.2.2 系统模型流程图 本研究将四川省森林分为针叶林、阔叶林、竹林3部分进行仿真。由于系统图比较庞大，以针叶林为例，本研究给出了针叶林各林龄面积变化系统图以及生态系统各项服务功能随幼龄林面积变化系统图。受人为和自然因素的影响,森林面积是动态变化的，有林地经过采伐或自然灾害可变为荒山荒地，荒山荒地经过造林变成有林地,各林龄森林面积也处在不断变化中。建模过程中一共选取了5个状态变量，180个辅助变量，45个常量，对四川省2010—2025年森林生态系统服务功能价值进行预测与分析。最后，从森林数量与质量出发设计出可行的情景方案，并对该方案下四川省森林生态系统服务功能进行仿真预测。建立的仿真模型如图1-a,图1-b。

2.3 森林生态系统服务功能总价值

根据每项服务功能的物质量和单位价值量来计算四川省森林生态系统服务功能总价值。计算公式如下：

E=∑Ei=wi×ei

(1)

式中：E为森林生态系统服务功能总价值，单位亿元·a-1；Ei为第i项服务功能价值，i=1，2，3，4，5，分别为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境；wi为第i项服务功能的物质量；ei为第i项的单位价值。

3 结果与分析

3.1 森林生态系统服务功能逐年总价值

对建立的模型进行有效性验证与参数调整，其结果与第7次和第8次森林资源清查的变化趋势一致，模型有效。以2009年为基准年，模拟出2010—2025年针叶林、阔叶林及竹林的森林涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境各项的服务价值以及四川省森林各服务功能总价值的变化情况(图2)。由图2可知，2010—2025年四川省森林生态系统总服务价值是逐年增加的，从2010年的3 933.3×109元上升到2025年的2 062.05×1010元。涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境各项服务价值也呈增长趋势。服务功能价值最大的是保育土壤，价值最小的是积累营养物质。

a:不同龄组森林面积变化关系;b:幼龄林面积变化的动力学关系

a:The change of forest area in different age groups;b:Dynamics of young forest area

图1四川省森林生态服务功能及其价值系统仿真图:以幼龄林为例(针叶林部分)
Fig.1ThesystematicflowchartofforestecosystemservicefunctionandvauleinSichuan:withyoungforestasanexampleof(coniferousforestpart)

3.2 各林型生态服务功能逐年总价值

针叶林、阔叶林及竹林的森林涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境各项的服务价值如图3-图5所示，由图3-图5可知，2010—2025年，3种林型未来服务功能价值变化不一，主要是因为3种林型本身的面积变化不同。由于阔叶林面积大，使得阔叶林各项服务功能价值的增加幅度较快，其次是针叶林，最小是竹林。针叶林及竹林各项服务价值是逐年增加的，其中阔叶林的固碳释氧价值是先增加后减小，主要是因为2010年阔叶林中龄林比重比较大，随着时间的推移，慢慢步入成熟林，因而固碳释氧能力下降，导致了固碳释氧价值的先增加后减小。2014年固碳释氧价值降低到450×109元。

图2 2010—2025年森林生态系统服务功能价值Fig.2 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in Sichuan

图3 2010—2025年针叶林各项服务功能价值Fig.3 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in coniferous forest

图4 2010—2025年阔叶林各项服务功能价值Fig.4 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in broad-leaved forest

3.3 提高森林生态系统服务功能价值的方法

遵循四川省林业的总体规划，从森林数量与质量出发设计出可行的情景方案一，即从2015年起，植树造林，且每年增加10%的幼龄林面积。经模拟，如图6所示，到2025年，森林生态系统服务功能总价值达到2 127.1×1010元。涵养水源价值增加5.2%。保育土壤价值增加3.9%，固碳释氧价值增加1.9%，积累营养物质价值增加7.1%，净化大气环境价值增加1.8%。该方案可以一定程度地提高森林生态系统服务功能价值，此结果为四川省林业规划提供了合理依据。

图5 2010—2025年竹林各项服务功能价值Fig.5 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 in bamboo forest

图6 方案—2010—2025年森林生态系统服务功能价值Fig.6 Forest ecosystem service function vaule in the year of 2010—2025 of scenario 1

4 结论与讨论

(1)四川省森林生态系统提供的水源涵养、保育土壤、固碳制氧、林木营养物质积累以及净化大气环境各项服务功能价值以及总价值正在逐年增加。

(2)运用系统动力学的方法，建立森林面积、森林类型、各项服务功能等相关数学模型。以2009年为基准年，模拟出2010—2025年四川省森林生态服务功能的价值。

(3)3种林型未来服务功能价值变化不一，主要是因为3种林型本身的面积变化不同。由于阔叶林面积大，使得阔叶林各项服务功能价值的增加幅度较快，其次是针叶林，最小是竹林。

(4)从森林的数量与质量出发，设定了可行的情景方案，在此方案下，到2025年，四川省生态系统服务功能价值可达到2 127.1×1010元。

本研究运用系统动力学建模的方法得到了2010—2025年四川省森林生态系统服务功能价值，并针对实际状况，设定了提高生态系统服务功能价值的措施，使得森林生态系统的服务价值得以提高。但结果只给出每年的价值数量，缺乏对结果的空间展示。下一步应该着重放在对结果进行空间特性及可视化等方面的研究，这样可进一步明确区域内生态系统重要性差异及其空间分布特征, 确定优先保护的地区和区域。

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DynamicanalysisofforestecosystemservicesvaluesinSichuanProvince

ZHOU Yang1， ZHOU Qiang2， LI Mei1

(1.School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106， China； 2.School of Information Science and Engineering， Chengdu University, Chengdu 610106， China)

According to theSpecificationsforAssessmentofForestEcosystemServicesinChina(LY/T 1721—2008)， and based on the seven forest resource investigation data of Sichuan Province and social public data， using the method of system dynamics, a dynamic analysis was made on the forest ecosystem services values in Sichuan Province in the year of 2010—2025 with 2009 as the base year.The results show that the total value of water conservation, soil conservation, carbon fixed and oxygen released, forest nutrition storage and air environmental purification has reached 2 062.05×1010yuan in the year of 2025.The total value of the services increased year by year. The service values of broad-leafed forests increased faster, next name the coniferous forests, and bamboo forest came the last.

forest ecosystem; Sichuan; value; system dynamics

2016-05-02

中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室开放基金项目(20141062)

周 洋(1982-)，女，辽宁铁岭人，讲师，博士，主要从事环境生态水文学方面的研究。

1000-2340(2017)04-0503-05

X171.3

A

(责任编辑：朱秀英)