公益林生态系统服务价值及空间格局研究
——以清远市为例*

黄华蓉 张 亮

(1.广东省岭南院勘察设计有限公司，广东 广州 510599;2.广东省林业调查规划院，广东 广州 510520）

生态系统服务是指人类从生态系统中直接或间接获得关于生存或生活质量的利益。研究生态系统服务价值，有助于促进社会经济发展，在联系人类活动和自然系统方面发挥着重要的作用[1-3]，评估生态系统服务功能是当前研究的热点问题[4]，我国生态系统服务功能及价值研究始于上世纪80年代，现阶段的研究热点主要是从时空变化差异角度围绕森林资源进行价值核算及综合效益评价等[5-6]，森林生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，具备保育土壤、林木营养物质积累、涵养水源、净化大气环境、固碳释氧、保护生物多样性、森林防护等多种功能，为社会和地球的生命支持系统提供多样化的生态系统服务和产品等方面起着不可替代的作用[7-9]。公益林是维护生态安全、保持生态平衡与生物多样性的重要保障，是实现生态环境与社会发展相统一的关键和纽带。聚焦公益林生态系统服务功能研究，客观科学地对公益林的生态服务功能进行量化评估意义重大，有利于更好地发挥生态系统服务价值，建立健全公益林监测体系，计算与评估公益林生态系统服务价值是检验森林资源管理成效的重要手段[10-11]。为研究关于公益林的空间格局生态系统服务功能，本文以粤北地区重要的生态屏障——清远市公益林作为研究对象进行测算阐述。

1 研究区概况

清远市地理坐标介于23°26′56″～25°11′40″N、111°55′17″～113°55′34″E 之 间，位 于 广 东 省 中 北部，地处北江中下游、南岭山脉南侧与珠江三角洲的结合带上，南临广州、佛山，北接湖南省与广西壮族自治区，东与韶关市接壤，西与肇庆市为邻。全市一半以上地域是山区，地势自西北向东南倾斜，以山地、丘陵为主，平原分布于北江两岸的南部地区。独特的地理位置、奇特的地形地貌，孕育出个性鲜明的高山峡谷、河流湖泊、原始森林、溶洞温泉等奇特景观。属东亚亚热带季风气候区，年平均气温20.7℃，最低气温为1月份，最高气温为7 月份，年平均日照1 662.2 h，年平均降雨量1 900 mm，每年无霜期平均为314.4天。全市主要土地利用类型有森林、草地、农田、湿地、水域等。连续多年实现森林资源“双增”。土地类型多样，平原面积0.18 万km2，阶地面积0.23 万km2，丘陵面积0.54 万km2，山地面积0.81万km2。生物资源丰富，动植物共生竞长，有着中国南方珍稀动植物的物种基因库[12]。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究收集来自2021 年广东省林业局发布的森林资源数据中的公益林资源数据和清远市历年土壤养分、水土流失等相关数据。2021 年，全市林业用地面积138.9 万hm2，占国土总面积的72.96%，有林地面积105.2 万hm2，森林面积132.8 万hm2，覆盖率69.72%，森林蓄积量8 221.7 万m3。全市公益林59.4 万hm2，占林地面积42.76%。其中，水源涵养林面积最大，占比达45%，其次是水土保持林，占比36%，这两个林种，占比达到81%。自然保护林占比16%，环境保护林、护路林和其他防护林林种占比相对低。

2.2 生态系统服务功能研究方法

结合清远市公益林实际情况和研究目的，参考森林生态服务功能及其价值评估相关研究方法和计算公式[13-21]，从清远市公益林的保育土壤、林木营养物质积累、涵养水源、净化大气环境、固碳释氧、保护生物多样性 6 个方面选择 14 个指标，对其生态服务功能进行评价。

（1）公益林涵养水源价值主要体现在调节水量和净化水质上。调节水量和净化水质价值计算公式为:

U调、U净分别为年林分水量调节和净化水质价值(单位: 元/年)；A为林分面积，单位hm2；P为实测林外降水量，单位mm/a；E为实测林分蒸散量，单位mm/a；C为实测地表快速径流量，单位mm/a；C库为水库建设的单位水库容量投资(单位: 元/m3)；K为水质费用(单位: 元/t)，A为林分面积，单位hm2，F为森林生态系统服务功能修正系数。

（2）公益林保持水土价值功能主要包括两个方面，固土、保障土壤肥力。固土价值计算公式为：

U固土=AK土×（X2-X1）/ρ×F

U固土为年林分固土价值(单位: 元/年)，K土为挖掘和运送单位立方土方需要费用(单位:元/m3)，X1、X2则分别为有林地和无林地土壤侵蚀模数{单位: t/(hm2·年)}，ρ 为林地的土壤密度(单位: t/m3)。

公益林土壤保肥公式为：

U肥=A×(X2－X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3)

U肥为保障土壤肥力(氮、磷、钾、有机质等)的价值(单位: 元/年)，N、P、K、M分别为土壤中氮、磷、钾和有机质含量(%)，R1、R2、R3分别为磷酸二胺化肥氮、磷含量(%)、氯化钾化肥钾含量(%)，C1、C2、C3分别为磷酸二胺化肥、氯化钾化肥、有机质价格(单位: 元/t)。

（3）公益林释氧固碳价值主要包含释氧和固碳两个方面，释氧价值计算公式为：

U氧=1.19×A×B年×C氧×F

U氧为年林分释放氧气价值(单位: 元/年)，C氧为氧气价格(单位: 元/t)，B年为年林分净产出率{单位: t/(hm2·年)}。固碳价值计算公式为：

U碳=A×C碳× (1. 63R碳×B年+F土壤碳)

U碳为植被年固碳价值(单位: 元/年)，C碳为固碳价格(单位: 元/年)，R碳为碳在二氧化碳中所占比重，数值是 27.27%，B年为年林分净产出率{单位: t/(hm2·年)}，F土壤碳为本年内每单位面积林分土壤的固碳量{单位: t/(hm2·年)}。

（4）公益林林木积累营养物质价值是指植被通过从土壤中吸收其生长和代谢所需要的氮磷钾等营养元素，价值计算公式为：

U营养=A×B年×(N营养×C1/R1+P营养×C1/R2+K营养×C2/R3)

U营养为年林分吸收积累营养物质(如氮磷钾等)的价值(单位: 元/年)，N营养、P营养、K营养分别为林木氮、磷、钾含量(%)。

（5）公益林维持生物多样性价值计算公式为：

U生物=S生A

U生物为维持生物多样性价值(单位:元/年)，S生为单位面积内年物种耗费的机会成本{单位:元/(hm2·年)}。

（6）公益林改善大气质量价值计算公式为：

U负离子=5.256×1015×A×H×K负离子(Q负离子－600) /L

U负离子为年林分供给负离子价值(单位:元/年)，H为林分高度(单位:m)，K负离子为生产负离的费用(单位: 元/个)，Q负离子为供给负离子浓度(单位:个/cm)，L为负离子生命年限(单位:min)。吸收二氧化硫、氟氧化物、氮氧化物价值计算公式为：

U二氧化硫为林分年吸收二氧化硫量，单位个/a；Q二氧化硫为单位面积林分年二氧化硫的吸收量，单位为kg/（hm2·a）；A为林分面积，单位hm2，U二氧化硫、U氟化物、U氮氧化物分别为年林分吸取二氧化硫、氟化物和氟氧化物3 种元素价值(单位:元/年)，K二氧化硫、K氟化物、K氮氧化物则为治理二氧化硫、氟化物和氟氧化物3 种元素所需费用(单位:元/kg)，Q二氧化硫、Q氟化物、Q氮氧化物为每单位面积林分所吸取的二氧化硫、氟化物和氟氧化物数量{单位: kg/(hm2·年)}[22]。

3 结果与分析

3.1 清远市公益林生态系统服务价值量

经计算，清远市公益林生态服务功能价值量为912.29 亿元·a-1，按照价值量大小排序如下: 涵养水源(622.10 亿元)＞固碳释氧(100.27 亿元)＞保育土壤(87.88 亿元)＞林木积累营养物质(60.72亿元)＞维持生物多样性(33.12 亿元)＞净化大气环境(8.20 亿元)，具体价值量和占比见表2 和图2。其中，涵养水源调节水量价值总量为503.67亿元·a-1，占比55.21%，价值量远大于其他功能项指标。说明从测算结果可以看出，清远市公益林在涵养水源量、固碳释氧、保育土壤、林木积累营养物质这几方的服务功能方面效果较为显著，价值量高，但在维持生物多样性和净化大气环境方面的生态服务功能还有待进一步开发。

表2 清远市公益林生态系统服务价值量Table 2 Service value of Qingyuan public welfareforest ecosystem

图1 清远市公益林生态系统服务价值各类型及其比例Figure 1 Types and proportions of service value of public welfare forest ecosystem in Qingyuan city

3.2 清远市公益林生态系统服务功能各林种价值量

按照公益林林种类型对清远公益林生态系统服务价值进行分类和计算，由测算结果可知，区域生态系统服务价值量主要是体现在水源涵养和水土保持，总价值量分别为176.01 亿元和143.51亿元，约占总量80.68%，说明水源涵养林和水土保持林是清远公益林生态系统服务功能主要贡献者。如表3 所示，各林种生态系统服务价值量大小为：水源涵养林＞水土保持林＞自然保护林＞环境保护林＞护路林＞其他防护林。

表3 清远公益林不同功能林种类型生态系统服务价值量Table 3 Ecosystem service value of Qingyuan public welfare forest types with different functions

3.3 清远市公益林各区域生态系统服务价值空间分布格局及特征

清远市按照行政区划分为：清城区、清新区、佛冈县、阳山县、连山壮族瑶族自治县、连南县、英德市、连州市8 个县（市）。清远市公益林生态系统服务价值空间布格局特征以总价值的大小进行表征阐明 (图2) 。各县（市）公益林生态系统服务价值均以调节水量功能为主，基本占单位总价值量一半左右。各县（市）价值量大小为：阳山县＞英德市＞连州市＞清新区＞连山壮族瑶族自治县＞连南县＞佛冈县＞清城区。中部的阳山县和英德市为清远市公益林生态系统服务总价值贡献程度较高，南部的清城区和佛冈县提供的生态系统服务价值总体较低。

图2 清远市各县 (市) 公益林生态系统服务总价值量Figure 2 Total value of non-commercial forest ecosystem services in counties (cities) of Qingyuan city

3.4 清远市各区域公益林功能林种生态系统服务价值量空间分布

清远各区域公益林不同功能林种占比如图3所示，分布图如图4 所示。其中，阳山县是水源涵养林和其它防护林的主要分布区域；英德市是水土保持林、自然保护林和其他防护林的主要分布区域；清新区是护路林的主要分布区域，且各功能林种分布齐全；清城区主要分布护路林，其他功能林种分布占比低；佛冈县、连山县和连南县主要分布水源涵养林、水土保持林、环境保护林和自然保护林，但分布占比都较低；连州市是环境保护林的主要分布区域，水源涵养林的分布占比仅次阳山县；各区域都有分布水源涵养林，环境保护林在各区域分布比较均衡。

图3 清远市公益林各区域功能林种占比Figure 3 Proportion of functional forest types in different regions of Qingyuan Public Welfare Forest

图4 清远市公益林各区域林种分布Figure 4 Distribution of forest species in various regions of Qingyuan Public Welfare Forest

经前文测算，中部的阳山县和英德市的公益林生态系统服务价值最高，南部的清城区和佛冈区公益林生态系统服务价值最低。水源涵养林、水土保持林和自然保护林是清远市公益林功能林种生态系统服务价值的前三贡献者，占总价值量80.67%，主要分布在阳山县和英德市，清城区和佛冈区分布最少，且清城区和佛冈区其它林种分布也较低，西南部的清新区和北部的连山壮族瑶族自治县、连南县、连州市的高价值功能林种分布较均衡，通过这些测算得出空间格局分布大体上均呈现中部＞北部＞南部的趋势结论。

4 结论与讨论

依据《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T38582—2020)，结合清远市公益林资源调查数据以及国家权威部门公布的社会公共数据，从涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护6 项生态服务功能以清远市公益林为例的生态系统服务功能空间格局进行研究，得出以下主要结论：

（1）清远市公益林生态系统服务功能总价值量为912.29 亿元·a-1，各项服务功能价值量从大到小排序为: 涵养水源＞固碳释氧＞保育土壤＞林木积累营养物质＞维持生物多样性＞净化大气环境。清远市生态系统服务功能主要以涵养水源、固碳释氧、保育土壤为主，特别是涵养水源服务功能价值量占总价值量68.20%。这与清远市降水充沛、森林覆盖率高、地表地下水资源丰富有关。

（2）清远市的公益林林种上，各功能林种价值量排序为水源涵养林＞水土保持林＞自然保护林＞环境保护林＞护路林＞其他防护林。这些林种合理搭配，蓄持水分功能强，调节气候效能高，吸收二氧化碳能力大。能够大力涵养水源保持水土，有效吸收营养物质，在清远公益林养护上采取有效措施进行管理和保护。

（3）清远市 8 个县（市）年公益林生态系统服务功能价值量中，各县（市）公益林生态系统服务功能价值量排序为：阳山县＞英德市＞连州市＞连山壮族瑶族自治县＞清新区＞连南县＞佛冈县＞清城区，表明清远市各县（市）公益林生态系统服务功能空间格局存在异质性，公益林生态服务功能较弱的县（市）应抓住清远市生态建设政策实施的契机，努力提升自身生态服务功能，进而使得清远市各县（市）公益林生态系统服务功能相协调。

（4）根据水源涵养林、水土保持林、自然保护林、环境保护林、护路林和其他防护林功能林种在清远市公益林8 个县（市）的分布占比分析和清远各县（市）的生态系统服务价值，得出空间格局分布大体上均呈现中部＞北部＞南部的趋势，阳山县北部、英德市西北部、连州市东南部连片的公益林水源涵养林和水土保持林林种分布较广，各功能林种分布较均衡，林种结构更加优化合理，对于改善区域土壤质量、蓄积水源、水土保持、净化大气、积累营养元素、森林旅游等功能价值提升具有重要作用，经营管理水平相对较高，一定程度上促进了公益林服务价值水平的提升。各县（市）公益林生态系统服务功能空间格局存在异质性，南部清城区和佛冈县各功能林种分布少，这将导致该区域公益林质量和价值相对较低，在发挥生态系统价值时存在较大局限性。

生态系统服务是沟通森林生态系统自然过程与人类社会的主要通道。为有效提高公益林生态系统服务能力，各部门应当因地制宜，因材施策，发挥各功能林种优势，强化保护与管理双重措施，积极培育生态服务价值较高的林种，如增加水源涵养林、水土保持林这些林种的覆盖率，各林种合理布局，提升该区域生态系统服务价值和能力[23]。完善全省各区市生态系统服务的排序和监督体系，抓住地方生态建设政策实施的契机，对公益林进行管护成效评价，努力提升自身生态服务功能，并缩小各地区之间生态系统服务能力价值存在的显著差距，激励生态系统服务能力较落后的区域发展，进而提高不同地区应对各类风险的水平和能力。