森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探3———以海南岛尖峰岭热带森林为例肖　寒33　欧阳志云　赵景柱　王效科　(中国科学院生态环境研究中心,北京100080)【摘要】　以尖峰岭地区为研究区域,探讨了森林生态系统服务功能的内涵,并使用市场价值、影子工程、机会成本和替代花费等方法评价了海南岛尖峰岭地区热带森林生态系统服务功能的生态经济价值.结果表明,在尖峰岭地区,面积为44667.00hm 2的热带森林生态系统服务功能价值平均每年66438.49万元,其中林产品价值为7164.11万元,涵养水源价值为39429.21万元,保持土壤减少侵蚀价值为247.26万元,固定CO 2减轻温室效应的价值为1316.24万元,营养物循环价值为428.55万元,净化空气的价值为17853.12万元.关键词　生态系统服务功能　森林生态系统　生态服务价值　尖峰岭Forest ecosystem services and their ecological valu ation A case study of tropical forest in Jianfengling of H ainan is 2land.XIAO Han ,OU Y AN G Zhiyun ,ZHAO Jingzhu ,WAN G Xiaoke (Research Center f or Eco 2Environmental Sci 2ences ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100080).2Chin.J.A ppl.Ecol.,2000,11(4):481～484.This paper attempts to present forest ecosystem services and their indirect economic value of Jianfengling tropical forest in Hainan Island.The results show that average annual integrated ecosystem service value of Jianfengling tropical for 2est ,which covers 44667.00hm 2,adds up to 664.38million yuan (Chinese RMB ),of which ,about 71.64million yuan is of the output of standing trees and other forest products ,about 394.29million yuan of water 2holding ,about 2.47million yuan of soil conservation against erosion ,about 13.16million yuan of carbon fixation for reducing green house effect ,about 4.29million yuan of nutrient retention for N ,P ,K ,Ca and Mg ,about 178.53million yuan of air purification.K ey w ords Ecosystem services ,Forest ecosystem ,Ecoservice valuation ,Jianfengling mountain. 3中国科学院知识创新项目(RCEES9903)、国家自然科学基金重点项目(79930800)和国家自然科学基金资助项目(79670089). 33通讯联系人. 1999-10-12收稿,2000-05-29接受.1　引 言生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成与维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[5,12].生态系统为人类提供了食物、医药及其他工农业生产的原料,更重要的是支撑与维持了地球的生命支持系统,维持生命物质的生物地化循环与水文循环,维持生物物种与遗传多样性,净化环境,维持大气化学的平衡与稳定.人们已经认识到,生态服务功能是人类生存与现代文明的基础.研究发现科学技术能影响生态服务功能,但不能替代自然生态系统服务功能[6].由于人类对生态系统服务功能及其重要性不了解,导致了生态环境的破坏,从而对生态系统服务功能造成了明显损害,威胁人们的安全与健康,危及社会经济的发展.随着对可持续发展机制研究的深入,人们发现维持与保育生态服务功能是实现可持续发展的基础.近年来,国际上对生态系统服务功能的研究十分重视,生态学家、生态经济学家及其它相关领域的科学家共同合作,从生态系统过程、生态服务功能及其生态经济价值等多个方面开展综合研究,不断充实与丰富生态系统服务功能的内涵,探索其评价技术及生态经济价值的评估方法.美国生态学会组织了以Gretchen Daily 负责的研究小组,对生态系统服务功能进行了系统研究,并且形成了能反映当前这一课题研究最新进展的论文集[4],国际科学联合会环境委员会曾成立Constanza 负责的专门研究组以研究生物多样性间接经济价值及其评估方法,以及生物多样性与生态系统服务功能关系.Costanza 等13位科学家的研究认为全球生态系统服务的价值为16～54万亿美元・a -1,平均为33万亿美元・a -1[3],Pimentel 等[15]研究报道,全球仅水土流失导致水库淤积所造成的损失约60亿美元.分析与评价生态系统服务功能的生态经济价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前沿课题.在我国,生应用生态学报　2000年8月　第11卷　第4期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug.2000,11(4)∶481～484态系统服务功能研究起步较晚,在森林生态系统生态经济价值方面作了一些探索[7,8,12],但对生态系统过程与结构的深入分析不够,使生态服务功能及其生态经济价值缺乏可靠的生态学基础.1998年长江洪涝灾害使全国人民开始认识到生态系统在预防自然灾害中的巨大作用,保护与恢复生态系统功能,促进我国的可持续发展也开始成为各级决策部门的共识.因此,尽快开展生态系统服务功能及其生态经济价值的研究,为生态环境保护与建设提供决策依据,已成为当前实施可持续发展战略中所亟待开展研究的重要科学课题.本文探讨了热带森林生态系统服务功能的内涵,并结合海南岛尖峰岭地区热带森林生态系统特征及其生态过程,定量评价了尖峰岭地区热带森林生态系统服务功能价值,包括林产品生产、水源涵养、水土保持、CO2固定、营养物循环、空气净化等服务的生态经济价值,旨在为将自然资源和环境因素纳入国民经济核算体系而最终实现绿色G DP提供基础,为我国可持续发展的政策与生态环境保护提供科学依据.2　研究地区与研究方法211　研究区域概况尖峰岭地区位于海南岛的西南部乐东与东方两黎族自治县的交界处,108°46′～109°02′E,18°23′～18°52′N,总面积47227hm2.该地区属热带季风气候,5～10月为雨季,11～4月为旱季[16],年平均气温17～25℃,年平均降水量1300～3500mm[20],土壤类型有滨海沙土、燥红壤、砖红壤、砖黄壤、山地淋溶表潜黄壤等系列,全年空气湿度大,最低月平均相对湿度为83%,最高为91%[10].尖峰岭地区独特的气候和地形地质发育与保存了典型的热带森林生态系统,为海南岛乃至全球提供了多样的生态服务.212　研究方法21211林产品价值评估方法　林产品是指木材、果品、药材及其它工业原材料,采用市场价值法来评估其价值.FP=∑S i・V i・P i式中,FP为区域森林生态系统木材价值;S i为第i类林分类型的分布面积;V i为第i类林分单位面积的净生长量(m3);P i为i类林分的木材价值(元・m-3)[18](1998年价).21212涵养水源价值评估方法　用水量平衡法[7]来计算森林水源涵养量:W=(R-E)・A=θR・A式中,W为涵养水源量(m3・a-1);R为平均降雨量(mm・a-1); A为研究区域面积(hm2);E为平均蒸散量(mm・a-1);θ为径流系数.森林涵养水源的价值为年涵养水源量乘以水价,水价可用影子工程价格替代,即以1988～1991年全国水库建设投资测算的每建设1m3库容需投入成本费为0.67元[19].21213土壤保持价值评估方法　借助ArcView地理信息系统技术,运用水土流失方程修改式估算尖峰岭地区森林生态系统的土壤保持量,以潜在土壤侵蚀量与现实土壤侵蚀量[13]的差值表示生态系统土壤保持量.A c=R・K・L S・(1-C・P)式中,A c为土壤保持量(t・a-1);R为降雨侵蚀力指标;K为土壤可蚀性因子;L S为坡长坡度因子;C为地表植被覆盖因子; P为土壤保持措施因子.运用市场价值法,机会成本法和影子工程法计算因土壤侵蚀而导致的营养物质流失、土地废弃和泥沙淤积灾害所造成的损失,也即土壤保持价值.21214固定CO2的价值评估方法　考虑到森林生态系统是一个复杂生态系统,有植物的光合作用和呼吸作用,凋落物层的呼吸作用和土壤释放CO2的作用[9],因此:Q=S-R d-Rs式中,Q为CO2固定量(t・hm-2・a-1);S为净第一性生产力所同化的CO2量(t・hm-2・a-1);R d为凋落物层呼吸释放的CO2量(t・hm-2・a-1);Rs为土壤呼吸释放CO2量(t・hm-2・a-1).取碳税法和造林成本法两者的平均值来评价森林生态系统固定CO2的价值.21215营养循环价值评估方法　用森林对养分的持留来评估森林生态系统在营养元素循环的服务价值,主要考虑森林持留N、P、K、Ca、Mg的价值,养分持留量计算式如下.N=N i-No式中,N为养分持留量(kg・hm-2・a-1);N i为大气输入养分量(kg・hm-2・a-1);No为径流输出养分量(kg・hm-2・a-1).运用市场价值法,以养分持留量与平均化肥价格的乘积表示营养循环价值.21216滞尘功能价值评估方法　运用替代花费法,以削减粉尘的成本来估算尖峰岭地区森林生态系统滞尘功能的价值.V d=Qd・S・Cd式中,V d为滞尘价值(万元・a-1);Qd为滞尘能力(t・hm-2・a-1);S为面积(hm2);Cd为削减粉尘成本(元・t-1).3　结果与讨论311　森林生态系统的生态服务功能森林生态系统的生态服务功能是指森林生态系统及其生态过程为人类提供的自然环境条件与效用.从复合生态系统的角度,森林生态系统不仅为人类提供林产品和生物资源,更重要的是它在维持生物多样性,调节水文,净化环境,维持土壤肥力等方面的功能,森林生态系统创造了适合于人类及其它生物生存繁衍的条件(图1).312　林产品价值林产品价值主要计算森林生产活立木的价值.根据全国主要树种标准序列活立木林价[19]和海南省森林2类调查所取得的林分净生长量,计算出尖峰岭地区热带森林生态系统平均每年生产活立木29.18×104m3,生态经济价值为7164.11万元.若完全按幼龄284应　用　生　态　学　报 11卷图1　森林生态系统服务功能内涵Fig.1Forest ecosystem services content.林计算或完全按成熟林计算,则该研究区域森林生态系统每年生产活立木11.76×104m3或33.04×104m3,相应的生态经济价值为2808.78万元或9171.98万元.313　涵养水源价值计算 根据陈步峰等[2]的定位研究,尖峰岭地区年降水量为1698.0～3502.6mm,多年平均降水量为2668.3 mm,年径流为227.4～1663.9mm,森林生态系统平均蒸散量占多年平均降水量的53.3%,径流系数为0.467.研究得到尖峰岭地区森林生态系统多年平均涵养水源能力为1246.1mm・hm-2・a-1,涵养水源总量为58849.56×104m3・a-1,其生态经济价值为39429.21万元・a-1.该研究区域森林生态系统涵养水源价值范围为7195.41～52649.28万元・a-1.314　保持土壤价值计算尖峰岭地区热带森林生态系统年土壤保持量为37.94×104t,其生态经济价值为247.26万元,其中森林生态系统减少废弃地的价值为1.20万元,减轻泥沙淤积价值为4.12万元,减少养分流失价值为241.94万元.315　固定CO2的价值计算根据李意德等[9]的研究,尖峰岭地区热带森林每年用于生态系统总第一性生产力所同化的CO2总量为74.28t・hm-2用于呼吸消耗的量为42.69t・hm-2,净第一性生产力所同化的CO2为31.59t・hm-2,另一方面,森林凋落物层每年通过呼吸而释放的CO2量为3.27t・hm-2,土壤呼吸的释放(不包括根系的呼吸)量为26.96t・hm-2.研究得到尖峰岭地区热带森林生态系统每年对大气中CO2的固定量为1.366t・hm-2,折合C为0.3725t・hm-2・a-1.运用瑞典碳税率[1,14],估计尖峰岭地区热带森林生态系统每年固定CO2价值为2190.21万元;使用中国造林成本251.40元・t-1C[19],估计尖峰岭地区热带森林生态系统每年固定CO2价值为442.26万元,取两种方法的平均值得到尖峰岭地区热带森林生态系统每年固定CO2的经济价值为1316.24万元.316　营养循环价值该项服务功能价值主要计算森林持留N、P、K、Ca、Mg养分的价值,根据陈步峰等[20]的研究,尖峰岭地区热带森林N、P、K、Ca、Mg的年均降雨输入量为78.4kg・hm-2・a-1,更新林总径流输出为56.7kg・hm-2・a-1,原始林总径流输出为28.8kg・hm-2・a-1.研究得到该区域更新林养分持留量21.6kg・hm-2・a-1,原始林养分持留量为49.6kg・hm-2・a-1,则尖峰岭地区热带森林生态系统每年营养循环价值为260.02～597.08万元,平均428.55万元.317　净化空气价值根据《中国生物多样性国情研究报告》,阔叶林对SO2的吸收能力值为88.65kg・hm-2・a-1,针叶林平均吸收能力值为215.60kg・hm-2・a-1,每削减1t SO2的投资成本为600元,则尖峰岭地区热带森林每年吸收SO2的价值为251.20～610.93万元,平均为431.07万元.据研究,针叶材的滞尘能力为33.20t・hm-2・a-1,阔叶林的滞尘能力为10.2t・hm-2・a-1,削减粉尘成本为170元・t-1[11].研究得到尖峰岭地区热带森林每年滞尘的价值为8189.16～26654.92万元,平均为17422.04万元,因此尖峰岭地区热带森林每年净化空气的总价值为8440.36～27265.85万元,平均为17853.12万元.318　尖峰岭地区热带森林生态系统服务功能海南岛尖峰岭地区热带森林生态系统服务功能价值平均每年为66438.49万元,其中直接使用价值为7164.11万元,间接使用价值为59274.38万元,间接使用价值是直接使用价值的8.27倍,表明森林生态系统的间接使用价值远大于其直接使用价值.研究中,我们对每个项目尽可能给出估计值的范围,如果所有值都采用最低值,则尖峰岭地区热带森林每年的生态系3844期 肖　寒等:森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探 统服务价值为19394.09万元,相反,如果所有值都采用最高值,则其每年的生态系统服务价值为92121.66万元.因此,尖峰岭地区热带森林每年的生态系统服务价值为19394.09～92121.66万元.这一结果清楚地说明了森林生态系统服务是地球贡献于人类福利的一个重要部分.人类必须开始在决策过程中对这些生态系统服务的森林存量予以足够的权重,否则人类目前及未来将会受到严重的伤害.森林生态系统服务功能价值的计算误差主要来自项目遗漏误差和单位资源功能价值误差,本研究仅计算森林生态系统服务功能的直接经济价值和部分间接经济价值,而忽略了其它生态服务功能价值,如生态旅游价值、生物多样性维持价值等,这是受当前研究方法和基础数据局限所致,这对总计算结果的影响是负性的.由于缺乏整个研究区域的生态系统响应函数,本文在选用基础数据时首先选用尖峰岭地区典型区域研究成果,其次选用全国研究的相应数据,这必然会导致误差,表明我们在生态系统服务功能价值计算方法和生态系统响应函数方面尚需进一步研究.参考文献1Anderson D.1990.Carbon fixing from and economic perspective.Forestry Commission’s First Economics Research Conference,Y ork University.2　Chen B2F(陈步峰),Zeng Q2B(曾庆波)and Huang Q(黄　全).1998.Hydrological effect of tropical mountain rain forest ecosystem on Jianfengling,Hainan Island canopy leaching and hydrochemical storage.Acta Ecol Si n(生态学报),18(4):364～370(in Chinese)3　Costanza R.1997.The value of the world’s ecosystem services and natural capital.N at ure,287:253～2604　Daily G.1997.Natures Services:Societal Dependence on Natural E2 cosystems.Washington,DC:Island Press.5　Daily G.1997.What are ecosystem services?In:Daily G ed.Natures Services:Societal Dependence on Natural Ecosystems.Washington, DC:Island Press.1～106　Ehrlich PR and Ehrlich AH.1981.Extiction.New Y ork:Ballantine. 7　K ong F2W(孔繁文)and He N2H(何乃惠).1991.China forest re2 source accounting.Proceeding of Scandinavian Forest Economics Bian2 nual Meeting.8　Li J2C(李金昌)and K ong F2W(孔繁文).1991.Resource Account2 ing and Sustainable Development.Beijing:China Environmental Sci2ence Press.9Li Y2D(李意德),Wu Z2M(吴仲民)and Zeng 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Biosphere Reserve in Notheast China.Beijing:China Environmental Science Press.(in Chinese)20　Zeng Q2B(曾庆波),Li Y2D(李意德)and Chen B2F(陈步峰).1997.Researches on Tropical Forest Ecosystems.Beijing:China Forestry Press.14作者简介　肖　寒,男,1972年生,在读博士,主要从事区域生态服务功能研究,GIS与遥感应用研究,保护区规划及管理研究.发表论文5篇.E2mail:xh222@484应　用　生　态　学　报 11卷。