南京市森林生态系统服务功能与价值评估

左松源,陈国富,左宗贵,李英升

(国家林业和草原局华东调查规划设计院,杭州 310019)

森林是陆地生态系统的重要组成部分[1],具有涵养水源、保持水土、防风固沙、固碳释氧、调节气候、维护生物多样性等生态功能[2],在维持生态安全、改善生态环境方面具有重要作用。国外森林生态系统服务功能的评估研究,始于20世纪初,最初评价的是森林涵养水源效益,后来扩展到农田防护效益及环境保护效益[3-4]。20世纪60年代初,对森林生态系统功能分类及综合评价体系得到进一步拓展,至70年代,森林生态服务功能评估方法和技术有了新的突破,分类及指标体系更加完善,在世界范围有了较快发展。我国森林生态功能价值评估研究,从20世纪70年代开始,虽然较西方国家起步晚,但进展较快。2008年国家林业局发布了《森林生态系统服务功能评估规范》[5],规范了评价标准,统一了评价指标及估值的基础数据来源,但在实施过程中,不同学者采用的评估研究数据源有所不同,分别有森林资源连续清查数据、森林资源规划设计调查数据或其他专项调查数据,所采用的评估方法也不尽一致,采用的指标体系各有侧重,评估的结果差异不大[6-7]。但是,以森林资源规划设计调查小班为评估基本单元对区域生态服务功能的评估研究较少。本文以南京市2018年森林资源规划设计调查小班为测算单元,对其生态系统服务功能与价值进行评估和分析,以期为精准提升森林质量提供参考。

1 研究区概况

南京市位于北纬30°14′～32°36′,东经118°22′～119°14′。东与扬州市仪征、镇江市句容、常州市溧阳交界,南与安徽省郎溪、宣城接壤,西与安徽省当涂、马鞍山、和县、全椒、滁县、来安等相邻,北与安徽省天长县毗邻。全市南北长、东西窄,成正南北向,南北直线距离150 km,宽50～70 km,南北两端东西宽约30 km。总面积6 582 km2。境内地貌类型多样,低山、丘陵、岗地、平原交错分布。南京市属北亚热带季风气候区,四季分明；夏热冬寒,春秋较短；日照充足,降水充沛,光热条件好,适宜各类林木生长。据2018年南京市森林资源规划设计调查成果数据统计(1)国家林业和草原局华东调查规划设计院.南京市森林资源规划设计调查成果.2018.,全市土地总面积658 200 hm2,其中,林地总面积169 360.98hm2,森林面积164 125.91hm2,森林覆盖率24.94%。全市活立木总蓄积10 032 510m3。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据来源包括:1)2018年南京市森林资源二类调查小班数据,共计小班171 922个,林地小班总面积168 757.88hm2。2)南京市2010年、2015年森林资源连续清查数据,其中2010年调查的样地数95个,总样木数5 260株；2015年调查的样地数110个,总样木数6 820株。3)2017年在南京市分别不同林木土壤类型布设的45个野外调查样地实测数据。4)《森林生态系统服务功能评估规范》[5]中的社会公共数据,以及权威机构公开发布的相关数据和学术期刊中发表的同类研究成果、行业标准和参数等相关数据和资料。

2.2 指标选取及计算

采用《森林生态系统服务功能评估规范》[5]中的指标和公式,主要从涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木营养积累、净化大气、调节温度、森林防护、生物多样性保护和森林游憩等9项森林生态功能,以及16个实物量指标和20个价值量指标评价南京市森林生态系统服务功能价值。为提高评估精度,通过调整系数对评估小班的生态功能进行修正和调整[8-9]。评估指标体系如表1所示。

表1 森林生态服务功能与价值评估指标Tab.1 Forest ecological service functions and value evaluation index

利用调整系数计算各类型功能生态功能,计算公式如下:

G调整后=K×G调整前

式中:G调整前和G调整后分别为调整前后的林分年生态功能评估值；K为调整系数。

2.3 调整系数

由于各小班蓄积量、枯枝落叶厚度、郁闭度等因子,其生态功能不同,故可以根据这些因子确定各类型小班的生态功能的调整系数。具体调整情况如下:

1) 针对乔木林、竹林和经济林等生态功能方面的指标用生态功能综合指数作为调整系数。

2) 针对灌木林、未成林和苗木林等其它林地的生态功能指数为0的情况,用小班植被总覆盖度作为调整各类型功能的系数。

调整系数计算公式如下:

k=Bij/Bi

式中:K为调整系数；Bi为小班类型i的平均生态功能指数(植被总覆盖率)；Bij为小班类型i中小班j的生态功能指数(植被总覆盖度)。Bi=1/Y,以此作为评定森林生态功能的定量指标,该指数小于等于1,数值越大,表明森林生态功能好；Y为各项评价因子综合得分,计算如下:

式中:Xi为第i项评价因子的类型得分值(类型I、II、III、IV、V,分别取1,2,3,4,5)；Wi为权重。

3 结果与分析

3.1 涵养水源功能及价值

森林涵养水源功能年调节水量[10](净化水质量)89 918.68万t/a,年涵养水源产生价值1 703 059.84万元/a,占总效益的53.85%,其中调节水量产生价值1 360 469.67万t/a,净化水质产生价值342 590.17万元/a。

森林单位面积调节水量5 328.37t/hm2,单位面积价值量100 917.37元/hm2。各主要地类或森林植被类型单位面积蓄水能力及价值量如表2所示。

表2 不同地类或森林植被类型平均蓄水能力与价值量Tab.2 Average water storage capacity and value of different land types or forest vegetation types

从表2可以看出,单位面积调水量及价值量按地类分,乔木林占主要优势,其次是竹林和经济林。

3.2 保育土壤功能及价值

森林的植物组成多样、空间结构合理,能有效减缓水、风、日照等对土壤的侵蚀,防止水土流失[11-13]。2018年,全市森林固定土壤651.88万t/a,减少流失和增加土壤养分氮6 775.41t、磷2 747.87t、钾124 698.3 t、有机质143 722.5 t。固土保肥价值总计118 921.06万元/a,其中年产生固土价值16 528.30万元/a,年保肥价值102 392.76万元/a(表3)。

表3 不同地类或森林类型的固土总量Tab.3 Total soil consolidation of different land types or forest types

森林单位面积固土量38.63 t/hm2,单位面积固土价值979.41元/hm2；森林单位面积保肥量1.65t/hm2,单位面积保肥价值6 067.43元/hm2。各主要地类或森林植被类型单位面积固土保肥能力及价值量如表4所示。

表4 不同地类或森林植被类型平均固土保肥能力与价值量Tab.4 Average soil fixation and fertility retention capacity and value of different land types or forest vegetation types

从表4可以看出,南京市年固土量顺序为乔木林>经济林>竹林>灌木林>其它林地,乔木林占88.01%；年保肥量与固土量结果基本一致。

3.3 固碳释氧功能及价值

2018年,南京市森林年固碳量57.63万t/a,释放氧气134.06万t/a；发挥生态效益总价值240 051.05万元/a,其中固碳价值81 146.07万元/a,释放氧气价值158 904.98万元/a。

按主要地类分:乔木林固碳释氧191.69万t/a,占84.62%；竹林固碳释氧28.94万t/a,占12.78%；经济林固碳释氧3.97万t/a,占1.75%；灌木林固碳释氧1.04万t/a,占0.47%；其它林地固碳释氧0.89万t/a,占0.39%。具体结果如表5所示。

表5 同地类或森林类型的固碳释氧总量Tab.5 Total carbon fixation and oxygen release of different land types or forest types

森林单位面积固碳释氧量13.42t/hm2,单位面积固碳释氧价值14 224.58元/hm2。各主要地类或森林植被类型单位面积固碳释氧量如表6所示。

表6 不同地类或森林植被类型平均固碳释氧量与价值量Tab.6 Average carbon fixation and oxygen release and value of different land types or forest vegetation types

从以上分析可以看出,森林年固碳释氧量为乔木林>竹林>经济林>灌木林>其它林地,而单位面积固碳释氧能力为竹林>乔木林>灌木林>其它林地>经济林。

3.4 积累营养物质功能及价值

森林植被在其生长过程中不断地从周围环境中吸收N,P,K等营养物质,并贮存在体内各器官内。森林植物枯落物分解后能够培肥土壤,进一步提高土壤肥力,森林生态系统营养物质积累主要通过每年树木吸收的营养物质(N,P,K)来体现[14-15]。2018年,全市林木积累营养物质1.84万 t/a,积累营养物总价值18 196.30万元/a(表7)。

表7 不同地类或森林类型营养物质积累量Tab.7 Nutrient accumulation of different land types or forest types

森林单位面积营养物质积累0.11t/hm2,单位面积价值量1 078.25元/hm2。

从树种或地类结构来看,森林年营养物质积累量乔木林>竹林>经济林>灌木林>其它林地,而单位面积营养物质积累量,竹林最大,达0.20t/hm2,其次为阔叶林0.13t/hm2,最低为经济林0.01t/hm2。

3.5 净化大气环境功能及价值

森林在大气生态平衡中起着“除污吐新”的作用,植物通过叶片拦截、富集和吸收污染物质,提供负离子和萜烯类物质等,对大气环境污染具有净化作用[16-17]。2018年,全市森林提供负氧离子8.60×1023个/a,吸收污染物18 883.5 t/a,滞尘粉尘量248.36万t/a,净化大气效益价值总计133 867.50万元/a；森林单位面积提供负离子5.09×1018个/hm2,单位面积价值量16.45元/hm2；森林单位面积吸收污染物111.9 t/hm2,单位面积价值量427.36元/hm2；森林单位面积滞尘量14.67 t/hm2,单位面积价值量2 200.5元/hm2。

乔木林各树种结构类型单位面积净化大气能力如表8所示；各主要地类单位面积净化大气能力如表9所示。

表8 乔木林各树种(组)结构类型单位面积净化大气能力Tab.8 The air purification ability of each tree species structure type per unit area of arbor forest

表9 乔木林各主要地类单位面积净化大气能力Tab.9 Air purification ability of each main type of arbor forest per unit area

从以上析可以看出,森林年净化大气能力:单位面积提供负离子能力竹林>乔木林>其它林地>灌木林>经济林；单位面积吸收污染物能力乔木林>竹林>经济林>其它林地>灌木林；单位面积滞尘能力乔木林>竹林>经济林>其它林地>灌木林。从树种(组)结构来看,单位面积净化大气能力,针叶混提供负离子最大,达7.3×1018个/hm2,针阔混吸收污染物能力最大,达171.36 t/hm2,松类滞尘能力最大,达35.34 t/hm2。

3.6 调节温度功能及价值

森林能有效降低气温、增加湿度,调节气候,缓解城市热岛效应[17]。2018年,全市森林年调节温度价值为6 401.62万元/a。

3.7 生物多样性保护功能及价值

2018年,全市森林生物多样性[18-20]保护总价值为247 334.39万元/a,阔叶林的物种保育价值占64.62%。

按主要地类分:乔木林年物种保育价值235 633.7万元/a,占95.27%；竹林年物种保育价值3 934.79万元/a,占1.59%；经济林年物种保育价值4 917.29万元/a,占1.99%；灌木林年物种保育价值1 866.3万元/a,占0.75%；其它林地提供年物种保育价值982.33万元/a,占0.40%。

乔木林各主要树种(组)结构年物种保育价值:松16 596.89万元/a,占7.04%；杉5 736.54万元/a,占2.43%；阔159 833万元/a,占67.83%；针叶混5 277.79万元/a,占2.24%；阔叶混48 189.44万元/a,占20.45%。

全市年物种保育价值乔木林>经济林>竹林>灌木林>其它林地,而单位面积物种保育价值乔木林>灌木林>竹林>经济林>其它林地。

3.8 森林防护

经测算,2018年,全市森林防护效益总计79 755.61万元/a。

3.9 森林游憩

经相关单位统计以及非门票景点人数估算,南京市2018年森林游憩价值总计452 550万元,其中收费门票森林游憩价值量60 551万元,非收费门票森林游憩价值量391 999万元。

4 讨论与结论

4.1 讨论

1) 本文以森林资源二类调查小班为测算单元,进行森林生态服务功能与价值评估,通过生态功能调整系数对评估小班的生态功能进行修正和调整,可提高评估精度,同时,利用GIS技术,实现了森林生态功能分布状况的直观化、可视化,为开展森林生态服务功能与价值评估探索了新的方法。

2) 因南京市域范围较大,布设45个样地偏少,存在普遍代表性不强。要进一步提高全市森林生态服务价值评估精度,应根据评估范围的大小,适当增加布设外业样地数量,以进一步提高评估精度和普遍代表性。

3) 为进一步完善森林生态服务功能评估内容,应结合南京城市森林的特点,增加反映南京市森林特点的评估指标和方法,逐步形成南京市森林生态服务评估的地方规范和本地化的参数体系。同时,进一步开展森林生态服务功能及价值评估的相关技术研究,为年度化生态功能评估提供技术支撑。

4.2 结论

经测算,至2018年,南京市森林生态服务价值量为300.01亿元/a,森林单位面积价值17.78万元/hm2。南京市各生态服务功能总效益排序为水源涵养效益>森林旅游效益>生物多样性效益>固碳释氧效益>净化大气效益>保育土壤效益>森林防护效益>林木营养积累效益>调节温度效益。其中森林在水源涵养、森林旅游、生物多样性和固碳释氧效益之和占到总效益的88.09%。由此可见,南京市森林生态服务功能效益以水源涵养、森林旅游、生物多样性和固碳释氧占主要优势。