吉林省白石山林业局森林生态系统服务功能价值评估

管清成，徐丽娜，赵忠林，宋彦彦，张 言，李英爱

（1.吉林省林业勘察设计研究院，吉林 长春 130022；2.吉林松江源森林生态系统国家定位观测研究站，吉林 长春 130022）

森林生态系统具有涵养水源、保育土壤、固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护、森林游憩等多种生态服务功能，可为人类创造诸多福祉，对维护改善区域生态平衡至关重要[1-2]。当前，在全球气候变化的背景下，生态系统服务价值评估已由原来的探求社会环境变化对生态系统服务（供给、调节、支持和文化服务）的相关性分析，进一步扩展到森林生态系统自身的各项服务功能认识上。因此，如何客观合理量化森林生态系统的服务功能，进而分析社会价值成果背景下的环境变化，是当今全球范围内的研究热点问题之一[3]。

森林生态系统服务功能价值评估是运用生态学、经济学与社会学原理，与基础数据相结合，以直观的货币形式反映森林生态系统服务价值。生态模型法和价值转换法是其较为常见的评估方法[4]。近年来，国外众多研究人员基于“3S”技术相继开发了多种（如InVEST 模型[5]、GUMBO模型[6]、IBIS 模型[7]、ARIES 模型[8]）适合大尺度范围评估森林生态系统服务功能的模型，这些模型均需要大量评估数据与校正数据来调试模型在某一区域的适应性，但因其子模型的复杂性，对数据要求高，存在模拟精度较低等不足之处有待完善[9]；以实际市场法和替代市场法为代表的价值转化法，是森林生态系统服务评估的常用方法。分布式测算[10]以此方法原理为基础，结合生态系统定位研究站所监测到的水文、土壤、气象等多方面的连续数据，具有获取评估参数更快、更准的特点。因此，随着评估方法的不断改进与完善，在国家林区所颁布的统一规范下[11]，国内对森林生态系统服务功能价值评估开展了多项研究，使不同区域的评估结果有了更多的横向比较。而目前以国家尺度[12-13]或省级尺度[14-18]相关专著文献较多，自然保护区[19-21]与市县级尺度[22-26]也有相关报道，但区域小尺度研究特别是东北林区的相关研究较少[27-28]。

白石山林业局作为东北地区重要的国有林区，天然林资源分布集中，具有完整的温带森林生态系统。鉴于其生态区位的重要性，本研究基于白石山林业局森林资源二类调查数据和吉林松江源森林生态系统定位观测研究站监测数据，以《森林生态系统服务功能评估规范（LY/T 1721—2008）为依据，对白石山林业局森林生态服务功能价值进行评估，旨为该地区实行科学的森林经营提供参考依据，推动国有林区生态效益科学量化补偿机制和生态GDP 核算体系的构建。

1 研究区概况

白石山林业局地处吉林省东部山区，该区为威虎岭、张广才岭延伸部分，地理坐标127°22′～127°52′E，43°17′～43°51′N（图1），地形多为台地和鸡爪埠地。平均海拔高为600 m，最高海拔1 283.6 m，最低处海拔320 m。土壤以暗棕壤为主。该地区处于半湿润温带大陆性气候区。年平均气温为3.8℃。降水多集中在7、8月份，年平均降水量720 mm。全年无霜期110～120 d，林木生长期120 d 左右。植被类型属于长白山植物区系，主要树种有红松Pinus koraiensis、红皮云杉Picea koraiensis、鱼鳞云杉Picea jezoensis、白桦Betula platyphylla、蒙古栎Quercus mongolica、色木槭Acer mono、胡桃楸Juglans mandshurica和黄花落叶松Larix olgensis等；主要林下灌木有毛榛子Corylus mandshurica、刺五加Acanthopanax senticosus、五味子Schisandra chinensis、狗枣猕猴桃Actinidia kolomikta等。

根据白石山林业局森林资源二类调查数据可知，2015年研究区的森林面积为127 273.2 hm2，活立木蓄积量17 511 674 m3，森林覆盖率达95.67%。全局近熟林与成熟林的面积与蓄积量所占比重较大，中龄林也较多。对比分析在2004—2015年期间的森林资源数据可知（图2），11 a 间林地面积减少了1 218.9 hm2，蓄积量增加了2 334 575 m3，增幅为15.38%。幼龄林和中龄林面积、蓄积减少，近熟林、成熟林、过熟林面积、蓄积都有所增加；近熟林面积、蓄积增加幅度最大。

2 研究方法

2.1 数据参数来源

1）物质量的测算所需的评估参数主要由森林资源二类调查数据和松江源生态站野外监测及室内实验获得。包括降水量，蒸散量，土壤容重，土壤中的氮磷钾有机质含量，负离子浓度含量，吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物含量、滞纳PM10、PM2.5等。

2）价值量的测算数据来源于我国权威机构所公布的社会公共数据。本研究参照了2015年吉林省森林生态连清与生态系统服务研究与2014年退耕还林工程生态效益评估参数。主要数据包括水库库容造价、水质净化费用、挖取单位面积土方费用、固碳制造氧气价格等。

图1 吉林省白石山林业局地理位置Fig.1 Geographical position of Baishishan forestry bureau Jilin province

图2 白石山林业局森林蓄积与面积的动态变化Fig.2 Changes of the forest volume and area in Baishishan forestry bureau

2.2 评估指标与计算公式

依据《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T 1721—2008）提供的方法与计算公式[11]（表1），结合野外调查数据与室内实验实测数据，本研究选取了6 类项功能20 项指标，定量计算分析了涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护的物质量与价值量。

2.3 数据处理

使用Excel 2010 和地理信息系统软件ArcGIS 10.0 对数据进行处理、计算、作图分析。

3 结果与分析

3.1 白石山林业局森林生态系统服务功能的测算结果

物质量结果：通过计算可知（表2），白石山林业局森林生态系统涵养水源、保育土壤及固碳释氧的物质量较为可观。参照相关专著[13]可知，白石山林业局森林生态系统的调节水量占吉林市40.81 亿m3总量的7.47%，占吉林省保护经营局（白石山、黄泥河、八家子和安图林业局）天然林资源保护工程实施后涵养水源量8.66 亿m3的35.22%；固土量占吉林省保护经营局固土量1 860.48 万t 的17.20%，减少氮、磷、钾及有机质流失的总量为26.20 万t，占吉林省保护经营局127.38 万t 的20.57%；固碳、释氧量分别占吉林省保护经营局固碳（89.88 万t）33.05%、释氧（226.78 万t）30.98%。

表1 白石山林业局森林生态系统服务功能评估指标与计算公式Table 1 Evaluation indicator formula for assessing forest ecosystem services in Baishishan forestry bureau

价值量结果：经计算可知，白石山林业局森林生态系统服务总价值量为111.39 亿元（表2），占吉林市GDP 总量（2 455.20 亿元）的4.54%。占2015年吉林省森林生态系统服务总价值8 432.42 亿元/年[15]的1.32%。白石山林业局森林生态系统的生物多样性保育在各项服务价值量中所占比例最高，占吉林省保护经营局生物多样性总价值73.97 亿元[13]的54.85%。涵养水源功能价值位居第二，占吉林省保护经营局森林涵养水源总价值59.81%。其他4 项森林生态系统服务价值的贡献，从大到小依次为固碳释氧、保育土壤、净化大气环境、林木积累营养物质。其各项服务功能总价值量的分布趋势与吉林省保护经营局基本一致。

3.2 不同林型的森林生态系统服务功能价值量结果分析

不同林型的森林生态系统的各项服务功能价值量中（表3），阔叶混交林提供服务的价值量最大，占总价值量78.23%；其次为针阔混交林，占总价值量12.1%；提供价值量最小的林型为灌木林，仅为9.57 万元。单位面积价值量分别为阔叶混交林＞柞树林＞红松林＞杨树林＞针阔混交林＞胡桃楸林＞落叶松林＞樟子松林＞水曲柳林＞桦类＞云冷杉＞灌木林，这与不同树种的植物特性、林分净生产力和森林面积均存在较大关系[18-19]。

表2 白石山林业局森林生态系统服务功能测算结果Table 2 Evaluation of forest ecosystem services in Baishishan forestry bureau

表3 白石山林业局不同林型森林生态系统服务价值量评估结果Table 3 Value of forest ecosystem services of different forest types in Baishishan forestry bureau 108元·a-1

3.3 不同林龄的森林生态系统服务功能价值结果分析

由表4可知，各林龄的服务功能价值总量占总服务功能价值的比列依次为成熟林32.79%＞近熟林29.54%＞中龄林21.87%＞幼龄林10.43%＞过熟林5.37%。除保育土壤功能外，成熟林所提供的其他几项功能服务价值量均高于其它林龄，这与露水河林区森林森林生态系统不同林龄的保育土壤价值量分布趋势基本一致。不同林龄的森林生态系统保育土壤价值存在的差异，与其林下植被对土壤肥力的保护有关。过熟林的森林面积虽然较小，但是其单位面积所提供的服务功能价值量较高，仅低于成熟林单位面积所提供的服务价值0.82 万元，这与过熟林随着林分蓄积的增长、林冠结构、枯落物厚度及土壤结构处于相对稳定的状态有关。

表4 白石山林业局不同林龄的森林生态系统服务价值量评估结果Table 4 Value of forest ecosystem services of different forest age in Baishishan forestry bureau 108元·a-1

3.4 白石山林业局的森林生态系统服务功能在吉林省的价值分析

由表5可知，生物多样性保育价值：白石山林业局（36.42%）＞露水河林业局（21.23%）＞吉林省（18.22%）。这是因为吉林省森林资源分布不均，由东向西森林率概率呈递减趋势[29]。而白石山林业局处于吉林省长白山东部山区，区内蕴藏着许多我国北方区系种类和珍稀古树，其濒危指数、特有种指数及古树指数均较高。涵养水源价值：吉林省（25.84%）＜白石山林业局（33.84%）＜露水河林业局（51.66%）。这是因为白石山与露水河林业局的典型植被均以天然阔叶混交林与针阔混交林为主，林下植被类型复杂，蒸散量较小，对大气降水有很好的截留、吸收和贮存作用，地表径流得到有效调节。因此，白石山林业局的森林生态系统服务功能在吉林省的生态功能价值中占有重要地位。

表5 吉林省不同地区森林生态系统服务功能价值量†Table 5 Value of forest ecosystem service function in different areas of Jilin province 108 元·a-1

4 结论与讨论

4.1 白石山林业局森林生态系统服务功能特征

1）白石山林业局森林生态系统服务功能中，是以生物多样性保育和涵养水源功能为主。与省级尺度下黑龙江省[16]森林生态连清与生态系统服务研究、辽宁省退耕还林工程生态效益的研究结果基本一致。从黄龙生等[30-31]的研究中了解到，天保工程实施后，东北和内蒙古重点国有林区的保育土壤功能得到了有效的提升。所以，随时间推移，该地区森林生态系统保育土壤的效益与作用将会更加明显。森林游憩方面，该地区目前的旅游开发处于初级阶段，所创造的价值较低，2015年森林游憩仅117.8 万元，占总价值量111.39亿元的份额甚小；森林防护方面，由于白石山林业局所发挥的农田防护与防风固沙效益很小。因此，这两项功能并未计入白石山林业局森林生态系统服务功能总价值量。

2）不同林型的生态系统服务功能中，阔叶混交林与针阔混交林的服务功能发挥了主要作用。这与刘胜涛对泰山不同林分类型生态服务价值以松柏林和栎林为主、阔叶混交林价值最低的结果相反。原因是不同地区的典型植被不同，由于环境、土壤理化性质的差异，植被的适应性不同。适应性较强的植被逐渐演替为该地区的主要森林植被类型，其生态服务功能随之表现较高。但与王慧等[32]对长白山森工集团天保工程生态效益变化及张志旭[33]对河北灵雾山自然保护区的研究结果一致。这是因为长白山林区原始天然阔叶混交林与针阔混交林较多，对水热条件的良好适应性使其蓄积量较大、林分净生产力较大，枯落物层对土壤养分和有机质的增加作用较强，所以相应的各项服务功能价值也远远大于其他林型。

各龄组中，成熟林价值量最高。而刘胜涛等[19]对泰山的研究中是以中龄林价值最高。这主要由于不同区域的森林植被演替与经营时间有所差异。泰山大部分植被种植于20世纪五六十年代，而白石山林业局的森林资源多为原始林，成熟林林木处于生长旺盛期，一部分近熟林自然生长为成熟林，因此成熟林所创造的价值量最高，近熟林其次。虽然过熟林的价值量最低，但其单位面积的价值量较高。

4）吉林省的主要生态地理区域是由东部长白山林区、中部农林复合区、西部荒漠化及湿地组成。白石山林业局所处的东部地区水热条件好，森林植被覆盖率高，林木生长量高，这些因素使该地区的森林生态系统的各项服务功能较强。但由于森林生态系统是一个动态的、不断进行群落演替的过程，短时间尺度的监测数据具有一定的局限性，对测算结果的精确性有一定的影响。此外，森林生态系统具有一定的空间异质性，相同的森林生态系统在不同立地条件及社会经济背景下，其服务功能价值也存在一定的差异。因此，为更加准确科学的进行价值评估研究，需长时间监测、实时更新各指标的生态参数，并且针对各项功能指标测算所引用公共数据参数有待进一步细化。

4.2 区域小尺度的评估方法与展望

本研究所采用的评估方法，对规范中的一些方法进行了修正和完善。如引进森林生态功能修正参数[31]，对评估所需生物量的参数进行修正；在森林生态系统物质量向价值量转换过程中，一些服务功能价值测算所需的价格参数并不是当年的实际价格参数，又利用贴现率[34]换算成当年的价格参数。然后通过松江源生态站的定位观测与实验及同一时间段的森林生态资源二类野外调查的高效结合，使在小尺度下的森林生态服务功能价值评价研究所需的一手实验参数难度、评价时间和成本等因素得到了有效解决。最后按照分布式测算方法进行逐级测算，将最小测算单元细化到林龄。运用遥感ArcGIS 技术手段，进行由点到面的数据尺度转换。将点上以小班为单位的实测数据转换至面上测算数据，由此得到本次汇总单元的测算数据。这种方法充分考虑到了不同区域、不同尺度的森林植被特征，使评估结果的客观性与可利用性得到了提高。

此外，森林生态系统价值评估方法还存在另一种估算方法，即在上文所提到的需要输入必要参数和基础数据的模型估算法。从李丽等[4]对生态模型法的功能、适用范围、优缺点的详细说明总结、及黄从红等[35]对评估模型的数据参数需求及评估结果的不确定性的讨论，可以看出这些由国外研发机构研发的模型，在我国存在模型原理不适用等问题。因此，要实现通过模型反演来验证不同区域森林生态系统服务功能价值评估结果的可信性，尚需进行深入研究。