果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林與水土保持林生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值及生態(tài)功能量對(duì)比分析
——以黃土丘陵溝壑區(qū)葫蘆河流域?yàn)槔?/h1>
2022-12-07 12:03:52王輔，何倩，韓芬，張鶴，趙強(qiáng)
中國(guó)水土保持 2022年11期
王 輔，何 倩，韓 芬，張 鶴，趙 強(qiáng)
(平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所，甘肅 平?jīng)?744000)
長(zhǎng)期以來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估成為生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，并且取得了顯著成果，使人類越來(lái)越認(rèn)識(shí)到維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的極端重要性[1]。我國(guó)許多學(xué)者在借鑒國(guó)外理論與方法的基礎(chǔ)上，從不同角度和領(lǐng)域開(kāi)展了對(duì)不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究工作[1-3]。概括來(lái)講，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的技術(shù)路線主要有兩個(gè)：一是開(kāi)展區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究，從不同等級(jí)不同尺度入手，如全球范圍內(nèi)、國(guó)家尺度、省域或者某一城市等，此類研究一般將尺度范圍內(nèi)的多個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)綜合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)性分析和評(píng)估；二是從單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)入手，開(kāi)展更加深入和細(xì)化的研究，如專門針對(duì)農(nóng)田、森林、濕地、水體、草地等生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究。對(duì)于單一森林生態(tài)系統(tǒng)的研究，目前主要集中于大尺度天然林和生態(tài)林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值挖掘，對(duì)經(jīng)濟(jì)林的研究相對(duì)較少，而對(duì)于中小尺度范圍內(nèi)特定氣候條件下人工栽植的果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行專門研究則尚未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，目前大多數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究更側(cè)重于對(duì)單純的服務(wù)價(jià)值的挖掘，而缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)應(yīng)的生態(tài)功能量的挖掘，很容易將人們的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面而忽視其生態(tài)功能的意義和作用。一般意義上認(rèn)為，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林是在農(nóng)業(yè)用地上栽植的人工林，是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于生產(chǎn)鮮果產(chǎn)品，其首要屬性屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，主要作用是調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們忽視了果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在一定的栽植周期內(nèi)仍是具有穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)的人工林的屬性，也忽視了其所隱藏的巨大生態(tài)服務(wù)價(jià)值，自然也忽視了它所產(chǎn)生的巨大生態(tài)功能量，而這些生態(tài)功能量對(duì)于覆蓋度較低的黃土高原地區(qū)而言，其生態(tài)學(xué)意義毋庸置疑。特別在黃土高原干旱半干旱生態(tài)脆弱地區(qū)，挖掘果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值并分析與其服務(wù)價(jià)值相對(duì)應(yīng)的巨大生態(tài)功能量，解析其在水土保持生態(tài)方面的補(bǔ)償性作用和深層次影響，對(duì)協(xié)調(diào)黃土高原干旱半干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)與林業(yè)、人與自然之間的關(guān)系意義重大，很有必要。
1 區(qū)域概況
平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域位于平?jīng)鍪形鞑?，東西長(zhǎng)約102.36 km，南北寬約81.68 km，流域總面積3 701.67 km2，行政上屬于靜寧縣和莊浪縣范圍。該流域地處西北黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區(qū)，溝壑密度1.5～2.0 km/km2；屬中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均降水量484.7 mm，多年平均徑流深50.0 mm，林分生長(zhǎng)期(4—10月)多年平均蒸散量196.47 mm，干旱指數(shù)1.66；土壤類型主要為黃綿土，厚度10～50 m，質(zhì)地為重壤或中壤；植被類型為暖溫帶半干旱森林草原過(guò)渡帶，天然林分布稀少。近年來(lái)通過(guò)封山育林、人工造林等措施，全流域有林地總面積達(dá)到121 435.83 hm2，流域森林覆蓋率達(dá)到32.81%。隨著區(qū)域農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林得到迅速發(fā)展，栽植規(guī)模不斷擴(kuò)大，以優(yōu)質(zhì)紅富士蘋果(MaluspumilaMill.)為主要栽植品種。
2 果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林與水土保持林的差異性
在林業(yè)上，相對(duì)于用材林和生態(tài)公益林，經(jīng)濟(jì)林是以生產(chǎn)干鮮果品、食用油料、飲料、調(diào)香料、工業(yè)原料和藥材等為主要目的的林木，其中果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林是以生產(chǎn)鮮果為主要目的的經(jīng)濟(jì)林。水土保持林是為防止、減少水土流失而營(yíng)建的防護(hù)林，在調(diào)節(jié)地表徑流、固持土壤和改善局部小氣候等方面發(fā)揮著重要作用。在黃土丘陵溝壑區(qū)，水土保持林主要以小流域?yàn)閱卧植煌孛策M(jìn)行配置，梁峁頂及梁峁坡配置刺槐、油松、側(cè)柏、華北落葉松、山杏等與沙棘、檸條、紫穗槐等混交林，溝坡及溝底配置新疆楊、小葉楊、旱柳、刺槐等純林；而果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林普遍栽植在河谷川區(qū)、小流域溝道溝臺(tái)地、梁峁坡梯田，多為一定密度均勻分布。因此，從林型和用途來(lái)看，二者具有很大的差異性。
3 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林與水土保持林資源分布
據(jù)調(diào)查，平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林資源分布見(jiàn)表1。截至2020年底，平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林栽植面積達(dá)到107 768.26 hm2，占總土地面積的29.11%，年產(chǎn)量達(dá)到134.6萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值47.11億元；水土保持林106 520.00 hm2，占總土地面積的28.78%。
表1 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林資源分布
4 數(shù)據(jù)來(lái)源
提取相同周期數(shù)據(jù)，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012—2020年莊浪縣和靜寧縣的政府報(bào)告和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，水保林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012—2020年平?jīng)鍪兴帘３止珗?bào)數(shù)據(jù)。價(jià)格參數(shù)選用國(guó)家權(quán)威部門發(fā)布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)及現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)。生態(tài)功能相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)內(nèi)相關(guān)森林生態(tài)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)資料。土壤侵蝕模數(shù)來(lái)源于平?jīng)鍪兴帘３忠?guī)劃數(shù)據(jù)，根據(jù)土壤侵蝕模數(shù)等值線圖查得，為避免固土量和保肥量過(guò)大或過(guò)小，選用中間值。果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林林分年凈生產(chǎn)力采用典型調(diào)查法，通過(guò)調(diào)查樹(shù)齡12 a單株年均凈生長(zhǎng)量確定，水保林林分年凈生產(chǎn)力按成林15 a刺槐林參考相關(guān)資料確定。固碳價(jià)值采用國(guó)際通用、國(guó)內(nèi)最普遍采用的瑞典碳稅法計(jì)算?；诹址置芏群蛦坦嗖莼旖唤M配結(jié)構(gòu)的影響，水土保持林的平均截流系數(shù)加大至18%。果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林平均林分高度取3.0 m，水保林平均林分高度取3.5 m。水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)參考本地區(qū)近5年新建水庫(kù)平均造價(jià)，取6.8元/m3。居民用水單價(jià)參照本地區(qū)現(xiàn)行居民用水單價(jià)，取6.0元/m3。降塵清理價(jià)格采用燃煤爐窯大氣污染物排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，為0.56元/kg。考慮到葫蘆河流域雖為國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、隴東黃土丘陵溝壑水土保持生態(tài)功能區(qū)、省限制開(kāi)發(fā)區(qū)域重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，但又不屬于國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)功能定位，在確定生物多樣性保護(hù)指數(shù)等級(jí)時(shí)，選擇與其生態(tài)功能相一致的Shannon-Wiener指數(shù)等級(jí)，本研究中果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林選擇5級(jí)(2≤指數(shù)<3)、水土保持林選擇4級(jí)(3≤指數(shù)<4)，其相對(duì)應(yīng)的價(jià)值分別按10 000元/hm2和20 000元/hm2進(jìn)行核算。負(fù)離子濃度值參考李印穎等[4]在陜西秦嶺以北的黃土高原林地的觀測(cè)值(4 645個(gè)/cm3)。
5 研究方法
依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(GB/T 38582—2020)，綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和水土保持原理，采用現(xiàn)行市場(chǎng)法、影子價(jià)格法、機(jī)會(huì)成本法、瑞典碳稅法等方法，結(jié)合國(guó)內(nèi)有關(guān)生態(tài)站現(xiàn)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，定量分析和定性評(píng)估相結(jié)合，估算、對(duì)比平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林的主要生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值和對(duì)應(yīng)的生態(tài)功能量。
5.1 涵養(yǎng)水源價(jià)值
涵養(yǎng)水源功能主要指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣降水的調(diào)節(jié)作用，根據(jù)其監(jiān)測(cè)和評(píng)估的特點(diǎn)，可劃分為調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)2個(gè)指標(biāo)。
5.1.1 調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值
生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值根據(jù)水庫(kù)工程的蓄水成本(影子工程法)來(lái)確定，其公式為
U調(diào)=10C庫(kù)A(P水-E-C)
(1)
式中：U調(diào)為年調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值，元/a；C庫(kù)為水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)，元/m3；P水為林外年降水量，mm/a；E為林分年蒸散量，mm/a；A為林分面積，hm2；C為林分年地表徑流量，mm/a。
5.1.2 凈化水質(zhì)價(jià)值
生態(tài)系統(tǒng)凈化水質(zhì)價(jià)值采用平?jīng)鍪芯用裼盟骄鶅r(jià)格計(jì)算，其公式為
U凈=10K水A(P水-E-C)
(2)
式中：U凈為年凈化水質(zhì)價(jià)值，元/a；K水為居民用水平均價(jià)格，元/m3；其余字母意義同上。
5.2 保育土壤價(jià)值
5.2.1 固土價(jià)值
固土價(jià)值可根據(jù)蓄水成本法，采用減少淤積泥沙的方法進(jìn)行計(jì)算，其公式為
U固=AC庫(kù)(X2-X1)/ρ
(3)
式中：U固為年固土價(jià)值，元/a；X1為林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；ρ為泥沙的平均容重，t/m3；其余字母意義同上。
5.2.2 保肥價(jià)值
保肥價(jià)值公式為
U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+
KC2/R3+MC3)/100
(4)
式中：U肥為年保肥價(jià)值，元/a；N、P、K、M分別為土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)的平均含量，%；R1為磷酸二銨含氮量，%；R2為磷酸二銨含磷量，%；R3為氯化鉀含鉀量，%；C1、C2、C3分別為磷酸二銨、氯化鉀和有機(jī)質(zhì)的平均價(jià)格，元/t；其余字母意義同上。
5.3 固碳釋氧價(jià)值
5.3.1 固碳價(jià)值
根據(jù)光合作用化學(xué)方程式，森林植被每積累1 g干物質(zhì)可以固定1.63 g的CO2、釋放1.19 g的O2，而CO2中碳的比例為27.27%，因此森林植被和土壤固碳價(jià)值的計(jì)算公式為
U碳=AC碳(0.444 5B年+F土壤碳)
(5)
式中：U碳為林分的年固碳價(jià)值，元/a；B年為林分的年凈生產(chǎn)力，t/(hm2·a)；C碳為固碳價(jià)格，元/t；系數(shù)0.444 5為1.63與27.27%的乘積；F土壤碳為單位面積森林土壤的年固碳量，t/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.3.2 釋氧價(jià)值
釋氧價(jià)值計(jì)算公式為
U氧=1.19AC氧B年
(6)
式中：U氧為林分的年釋氧價(jià)值，元/a；C氧為氧氣價(jià)格，元/t；其余字母意義同上。
5.4 林木養(yǎng)分固持價(jià)值
森林植被在其生長(zhǎng)過(guò)程中不斷地從周圍環(huán)境中吸收氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并貯存在各器官中。本研究?jī)H選取林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷、鉀)積累指標(biāo)來(lái)反映此項(xiàng)功能，其計(jì)算式為
U營(yíng)養(yǎng)=AB年(N營(yíng)養(yǎng)C1/R1+P營(yíng)養(yǎng)C1/R2+K營(yíng)養(yǎng)C2/R3)
(7)
式中：U營(yíng)養(yǎng)為年林木養(yǎng)分固持價(jià)值，元/a；N營(yíng)養(yǎng)、P營(yíng)養(yǎng)、K營(yíng)養(yǎng)分別為林木的氮、磷、鉀含量，%；其余字母意義同上。
5.5 凈化大氣環(huán)境價(jià)值
凈化大氣環(huán)境價(jià)值采用影子價(jià)格法，根據(jù)林木面積及林木對(duì)環(huán)境中有毒有害物質(zhì)、粉塵、噪聲、輻射等的減除能力計(jì)算。
5.5.1 吸收二氧化硫價(jià)值
森林年吸收二氧化硫總價(jià)值(U二氧化硫，元/a)公式為
U二氧化硫=K二氧化硫Q二氧化硫A
(8)
式中：K二氧化硫?yàn)槎趸虻闹卫碣M(fèi)用，元/kg；Q二氧化硫?yàn)閱挝幻娣e林分年吸收二氧化硫量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.2 吸收氟化物價(jià)值
森林年吸收氟化物總價(jià)值(U氟，元/a)公式為
U氟=K氟化物Q氟化物A
(9)
式中：K氟化物為氟化物的治理費(fèi)用，元/kg；Q氟化物為單位面積林分年吸收氟化物量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.3 吸收氮氧化物價(jià)值
森林年吸收氮氧化物總價(jià)值(U氮氧化物，元/a)公式為
U氮氧化物=K氮氧化物Q氮氧化物A
(10)
式中：K氮氧化物為氮氧化物的治理費(fèi)用，元/kg；Q氮氧化物為單位面積林分年吸收氮氧化物量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.4 滯塵價(jià)值
粉塵是大氣污染的主要指標(biāo)之一，樹(shù)木對(duì)大氣粉塵、灰塵有明顯的阻擋、過(guò)濾、吸附和滯留作用。據(jù)測(cè)定，闊葉林滯塵能力為10.11 t/(hm2·a)，針葉林為33.2 t/(hm2·a)[5]，本研究取闊葉林10.11 t/(hm2·a)進(jìn)行核算。
森林植被年滯塵價(jià)值(U滯塵，元/a)公式為
U滯塵=K滯塵Q滯塵A
(11)
式中：K滯塵為降塵清理費(fèi)用，元/kg；Q滯塵為單位面積林分年滯塵量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.5 提供負(fù)離子價(jià)值
林分年提供負(fù)離子價(jià)值(U負(fù)離子，元/a)公式為
U負(fù)離子=5.256×1015×AHK負(fù)離子(Q負(fù)離子-600)/L
(12)
式中：K負(fù)離子為負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用，元/個(gè)；Q負(fù)離子為林分負(fù)離子濃度，個(gè)/cm3；L為負(fù)離子存留時(shí)間，min；H為林分高度，m；其余字母意義同上。
5.6 生物多樣性價(jià)值
生物多樣性指生物及其環(huán)境所形成的生態(tài)復(fù)合體及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和，它是人類社會(huì)生存和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。生物多樣性功能價(jià)值用物種資源保育價(jià)值來(lái)評(píng)估，其計(jì)算公式為
U生=S生A
(13)
式中：U生為林分年物種資源保育價(jià)值，元/a；S生為單位面積林分年物種資源保育價(jià)值，元/(hm2·a)；其余字母意義同上。
6 結(jié)果與分析
(1)計(jì)算結(jié)果表明，2020年平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值為99.66億元，其中：涵養(yǎng)水源價(jià)值328 622.50萬(wàn)元(其中調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值174 580.70萬(wàn)元，凈化水質(zhì)價(jià)值154 041.80萬(wàn)元)，保育土壤價(jià)值124 648.63萬(wàn)元(其中固土價(jià)值63 440.94萬(wàn)元，保肥價(jià)值61 207.69萬(wàn)元)，固碳釋氧價(jià)值374 427.29萬(wàn)元(其中固碳價(jià)值115 886.92萬(wàn)元，釋氧價(jià)值258 540.37萬(wàn)元)，林木養(yǎng)分固持價(jià)值112 983.64萬(wàn)元，凈化大氣環(huán)境價(jià)值2 060.56萬(wàn)元(其中吸收二氧化硫價(jià)值1 146.44萬(wàn)元、吸收氟化物價(jià)值12.49萬(wàn)元、吸收氮氧化物價(jià)值40.74萬(wàn)元、滯塵價(jià)值61.01萬(wàn)元、提供負(fù)氧離子價(jià)值799.88萬(wàn)元)，生物多樣性價(jià)值53 884.13萬(wàn)元。從服務(wù)類別看，生態(tài)服務(wù)中調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最大，占70.75%，其次為支持服務(wù)價(jià)值，占23.84%，供給服務(wù)價(jià)值最小，占5.41%；從服務(wù)功能看，固碳釋氧功能價(jià)值最大，占37.57%，其他依次為涵養(yǎng)水源功能、保育土壤功能、林木養(yǎng)分固持功能、生物多樣性功能的價(jià)值，分別占32.97%、12.50%、11.34%、5.41%，凈化大氣環(huán)境功能價(jià)值最小，僅占0.21%(見(jiàn)表2)。本研究結(jié)論與國(guó)內(nèi)其他研究成果基本符合。與同期年產(chǎn)值對(duì)照表明，生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值是同期果品年產(chǎn)值的2.1倍。由此可見(jiàn)，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林不僅提供了大量的鮮果產(chǎn)品，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且其潛在的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和價(jià)值更不容忽視。
表2 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值結(jié)構(gòu)
2020年葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林涵養(yǎng)水源量(調(diào)節(jié)水源量)為25 676.6萬(wàn)m3，固土量21 553.7萬(wàn)t，保肥量22 846.9 t(其中土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別為1 724.29、3 233.05、1 508.76、16 380.78 t)，固碳量965 724.34 t，釋氧量2 585 403.66 t，林木養(yǎng)分固持量93 639.41 t(其中林木氮、磷、鉀固持量分別為52 577.117、4 127.955、36 934.338 t)，凈化大氣環(huán)境功能中吸收氣體污染物總量為10 381.32 t(其中吸收二氧化硫量9 553.66 t、氟化物量181.05 t、氮氧化物量646.61 t)、降塵量1 089.54 t、提供負(fù)離子量1.578 6×1024個(gè)，生物多樣性指數(shù)達(dá)到Shannon-Wiener指數(shù)5級(jí)(2≤指數(shù)<3)。
(2)經(jīng)核算，葫蘆河流域水土保持林2020年生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值為106.40億元，其中：涵養(yǎng)水源價(jià)值324 816.12萬(wàn)元(其中調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值172 558.56萬(wàn)元，凈化水質(zhì)價(jià)值152 257.56萬(wàn)元)，占30.53%；保育土壤價(jià)值123 204.85萬(wàn)元(其中固土價(jià)值62 706.11萬(wàn)元、保肥價(jià)值60 498.74萬(wàn)元)，占11.58%；固碳釋氧價(jià)值389 733.06萬(wàn)元(其中固碳價(jià)值120 624.13萬(wàn)元、釋氧價(jià)值269 108.93萬(wàn)元)，占36.63%；林木養(yǎng)分固持價(jià)值117 602.16萬(wàn)元，占11.05%；凈化大氣環(huán)境價(jià)值2 168.47萬(wàn)元(其中吸收二氧化硫價(jià)值1 133.16萬(wàn)元、氟化物價(jià)值12.35萬(wàn)元、氮氧化物價(jià)值40.26萬(wàn)元，滯塵價(jià)值60.31萬(wàn)元，提供負(fù)離子價(jià)值922.39萬(wàn)元)，占0.20%；生物多樣性價(jià)值106 520.00萬(wàn)元，占10.01%。
(3)對(duì)比2020年果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，在二者面積接近情況下，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值僅比水土保持林少6.74億元，差別不大。由于二者在林分結(jié)構(gòu)上的差異，水土保持林在提供負(fù)離子和物種資源保育方面的服務(wù)功能價(jià)值大于果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林。由此可以看出，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，還為區(qū)域水土保持和生態(tài)環(huán)境提供了幾乎和生態(tài)公益林同樣巨大的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，它既能夠調(diào)整本地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，貢獻(xiàn)數(shù)量可觀的地方GDP，又能夠維持區(qū)域生態(tài)貢獻(xiàn)足夠的GEP，具有雙重價(jià)值貢獻(xiàn)。因此，葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的栽培與管理應(yīng)該受到足夠的重視。
(4)提取水土保持林和果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林涵養(yǎng)水源(僅調(diào)節(jié)水量)、保育土壤兩項(xiàng)與水土保持密切相關(guān)的功能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)探討果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林相對(duì)于水土保持林在水土保持方面的功能作用及大小，結(jié)果表明：①涵養(yǎng)水源。2012—2020年期間，水土保持林累計(jì)涵養(yǎng)水源總量為173 440.1萬(wàn)m3，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)涵養(yǎng)水源總量為192 329.9萬(wàn)m3，相差18 889.8萬(wàn)m3，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林。②保育土壤。水土保持林累計(jì)固土總量為145 607.4萬(wàn)t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)固土總量為161 465.9萬(wàn)t，相差15 858.5萬(wàn)t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林；水土保持林累計(jì)保肥總量為154 343.9 t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)保肥總量為171 153.9 t，相差16 810.0 t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林。具體各年度主要生態(tài)功能量對(duì)比見(jiàn)表3。
表3 2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林主要生態(tài)功能量對(duì)比
7 結(jié)論與討論
(1)研究結(jié)果表明，在黃土丘陵溝壑區(qū)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林雖然在林型和用途方面具有很大的差異性，但在保育土壤和林分養(yǎng)分固持方面的支持服務(wù)功能價(jià)值以及在涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境方面的調(diào)節(jié)服務(wù)功能價(jià)值和在生物多樣性方面的供給服務(wù)功能價(jià)值的貢獻(xiàn)方面沒(méi)有顯著差異。可見(jiàn)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林同樣具有生態(tài)公益林的生態(tài)服務(wù)功能，對(duì)區(qū)域水土保持和生態(tài)環(huán)境具有很大的補(bǔ)償作用；在黃土丘陵溝壑區(qū)，一定規(guī)模的果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林覆蓋，改變了區(qū)域土地利用空間格局，使有限的林草植被的連續(xù)性和延展性大大增強(qiáng)，有利于本地區(qū)物種資源保育和繁衍，維持并增強(qiáng)了本地區(qū)的生物多樣性，促進(jìn)人與自然和諧共生。由于植被覆蓋對(duì)于黃土高原生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)和防治水土流失的極端重要性，因此在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)時(shí)必須首先考慮果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林調(diào)整可能帶來(lái)的生態(tài)公益損失。
(2)與同期果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林年產(chǎn)值對(duì)照表明，其生態(tài)服務(wù)總價(jià)值是同期果品年產(chǎn)值的2.1倍，說(shuō)明果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在提供大量的鮮果產(chǎn)品的同時(shí)，同樣具有巨大的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，其對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)大于對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)。
(3)由于缺乏本地區(qū)必要的生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)本研究對(duì)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行修正，難免會(huì)出現(xiàn)人為誤差，從而影響研究成果的精度，但這并不改變分析結(jié)果的方向性和指向性。
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王 輔，何 倩，韓 芬，張 鶴，趙 強(qiáng)
(平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所，甘肅 平?jīng)?744000)
長(zhǎng)期以來(lái)，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估成為生態(tài)系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，并且取得了顯著成果，使人類越來(lái)越認(rèn)識(shí)到維系生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展的極端重要性[1]。我國(guó)許多學(xué)者在借鑒國(guó)外理論與方法的基礎(chǔ)上，從不同角度和領(lǐng)域開(kāi)展了對(duì)不同類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的研究工作[1-3]。概括來(lái)講，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的技術(shù)路線主要有兩個(gè)：一是開(kāi)展區(qū)域尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究，從不同等級(jí)不同尺度入手，如全球范圍內(nèi)、國(guó)家尺度、省域或者某一城市等，此類研究一般將尺度范圍內(nèi)的多個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)綜合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)性分析和評(píng)估；二是從單項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)入手，開(kāi)展更加深入和細(xì)化的研究，如專門針對(duì)農(nóng)田、森林、濕地、水體、草地等生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究。對(duì)于單一森林生態(tài)系統(tǒng)的研究，目前主要集中于大尺度天然林和生態(tài)林的生態(tài)服務(wù)價(jià)值挖掘，對(duì)經(jīng)濟(jì)林的研究相對(duì)較少，而對(duì)于中小尺度范圍內(nèi)特定氣候條件下人工栽植的果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行專門研究則尚未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，目前大多數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究更側(cè)重于對(duì)單純的服務(wù)價(jià)值的挖掘，而缺乏對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值相對(duì)應(yīng)的生態(tài)功能量的挖掘，很容易將人們的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)移到經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面而忽視其生態(tài)功能的意義和作用。一般意義上認(rèn)為，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林是在農(nóng)業(yè)用地上栽植的人工林，是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于生產(chǎn)鮮果產(chǎn)品，其首要屬性屬于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，主要作用是調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，增加農(nóng)民收入。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們忽視了果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在一定的栽植周期內(nèi)仍是具有穩(wěn)定林分結(jié)構(gòu)的人工林的屬性，也忽視了其所隱藏的巨大生態(tài)服務(wù)價(jià)值，自然也忽視了它所產(chǎn)生的巨大生態(tài)功能量，而這些生態(tài)功能量對(duì)于覆蓋度較低的黃土高原地區(qū)而言，其生態(tài)學(xué)意義毋庸置疑。特別在黃土高原干旱半干旱生態(tài)脆弱地區(qū)，挖掘果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值并分析與其服務(wù)價(jià)值相對(duì)應(yīng)的巨大生態(tài)功能量，解析其在水土保持生態(tài)方面的補(bǔ)償性作用和深層次影響，對(duì)協(xié)調(diào)黃土高原干旱半干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)與林業(yè)、人與自然之間的關(guān)系意義重大，很有必要。
1 區(qū)域概況
平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域位于平?jīng)鍪形鞑?，東西長(zhǎng)約102.36 km，南北寬約81.68 km，流域總面積3 701.67 km2，行政上屬于靜寧縣和莊浪縣范圍。該流域地處西北黃土高原中部的黃土丘陵溝壑區(qū)，溝壑密度1.5～2.0 km/km2；屬中溫帶半干旱大陸性氣候，多年平均降水量484.7 mm，多年平均徑流深50.0 mm，林分生長(zhǎng)期(4—10月)多年平均蒸散量196.47 mm，干旱指數(shù)1.66；土壤類型主要為黃綿土，厚度10～50 m，質(zhì)地為重壤或中壤；植被類型為暖溫帶半干旱森林草原過(guò)渡帶，天然林分布稀少。近年來(lái)通過(guò)封山育林、人工造林等措施，全流域有林地總面積達(dá)到121 435.83 hm2，流域森林覆蓋率達(dá)到32.81%。隨著區(qū)域農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林得到迅速發(fā)展，栽植規(guī)模不斷擴(kuò)大，以優(yōu)質(zhì)紅富士蘋果(MaluspumilaMill.)為主要栽植品種。
2 果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林與水土保持林的差異性
在林業(yè)上，相對(duì)于用材林和生態(tài)公益林，經(jīng)濟(jì)林是以生產(chǎn)干鮮果品、食用油料、飲料、調(diào)香料、工業(yè)原料和藥材等為主要目的的林木，其中果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林是以生產(chǎn)鮮果為主要目的的經(jīng)濟(jì)林。水土保持林是為防止、減少水土流失而營(yíng)建的防護(hù)林，在調(diào)節(jié)地表徑流、固持土壤和改善局部小氣候等方面發(fā)揮著重要作用。在黃土丘陵溝壑區(qū)，水土保持林主要以小流域?yàn)閱卧植煌孛策M(jìn)行配置，梁峁頂及梁峁坡配置刺槐、油松、側(cè)柏、華北落葉松、山杏等與沙棘、檸條、紫穗槐等混交林，溝坡及溝底配置新疆楊、小葉楊、旱柳、刺槐等純林；而果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林普遍栽植在河谷川區(qū)、小流域溝道溝臺(tái)地、梁峁坡梯田，多為一定密度均勻分布。因此，從林型和用途來(lái)看，二者具有很大的差異性。
3 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林與水土保持林資源分布
據(jù)調(diào)查，平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林資源分布見(jiàn)表1。截至2020年底，平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林栽植面積達(dá)到107 768.26 hm2，占總土地面積的29.11%，年產(chǎn)量達(dá)到134.6萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值47.11億元；水土保持林106 520.00 hm2，占總土地面積的28.78%。
表1 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林資源分布
4 數(shù)據(jù)來(lái)源
提取相同周期數(shù)據(jù)，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012—2020年莊浪縣和靜寧縣的政府報(bào)告和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，水保林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012—2020年平?jīng)鍪兴帘３止珗?bào)數(shù)據(jù)。價(jià)格參數(shù)選用國(guó)家權(quán)威部門發(fā)布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)及現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)。生態(tài)功能相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)內(nèi)相關(guān)森林生態(tài)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)資料。土壤侵蝕模數(shù)來(lái)源于平?jīng)鍪兴帘３忠?guī)劃數(shù)據(jù)，根據(jù)土壤侵蝕模數(shù)等值線圖查得，為避免固土量和保肥量過(guò)大或過(guò)小，選用中間值。果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林林分年凈生產(chǎn)力采用典型調(diào)查法，通過(guò)調(diào)查樹(shù)齡12 a單株年均凈生長(zhǎng)量確定，水保林林分年凈生產(chǎn)力按成林15 a刺槐林參考相關(guān)資料確定。固碳價(jià)值采用國(guó)際通用、國(guó)內(nèi)最普遍采用的瑞典碳稅法計(jì)算?；诹址置芏群蛦坦嗖莼旖唤M配結(jié)構(gòu)的影響，水土保持林的平均截流系數(shù)加大至18%。果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林平均林分高度取3.0 m，水保林平均林分高度取3.5 m。水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)參考本地區(qū)近5年新建水庫(kù)平均造價(jià)，取6.8元/m3。居民用水單價(jià)參照本地區(qū)現(xiàn)行居民用水單價(jià)，取6.0元/m3。降塵清理價(jià)格采用燃煤爐窯大氣污染物排放收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，為0.56元/kg。考慮到葫蘆河流域雖為國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、隴東黃土丘陵溝壑水土保持生態(tài)功能區(qū)、省限制開(kāi)發(fā)區(qū)域重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，但又不屬于國(guó)家自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)功能定位，在確定生物多樣性保護(hù)指數(shù)等級(jí)時(shí)，選擇與其生態(tài)功能相一致的Shannon-Wiener指數(shù)等級(jí)，本研究中果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林選擇5級(jí)(2≤指數(shù)<3)、水土保持林選擇4級(jí)(3≤指數(shù)<4)，其相對(duì)應(yīng)的價(jià)值分別按10 000元/hm2和20 000元/hm2進(jìn)行核算。負(fù)離子濃度值參考李印穎等[4]在陜西秦嶺以北的黃土高原林地的觀測(cè)值(4 645個(gè)/cm3)。
5 研究方法
依據(jù)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(GB/T 38582—2020)，綜合運(yùn)用生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和水土保持原理，采用現(xiàn)行市場(chǎng)法、影子價(jià)格法、機(jī)會(huì)成本法、瑞典碳稅法等方法，結(jié)合國(guó)內(nèi)有關(guān)生態(tài)站現(xiàn)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，定量分析和定性評(píng)估相結(jié)合，估算、對(duì)比平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林的主要生態(tài)功能服務(wù)價(jià)值和對(duì)應(yīng)的生態(tài)功能量。
5.1 涵養(yǎng)水源價(jià)值
涵養(yǎng)水源功能主要指生態(tài)系統(tǒng)對(duì)大氣降水的調(diào)節(jié)作用，根據(jù)其監(jiān)測(cè)和評(píng)估的特點(diǎn)，可劃分為調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)2個(gè)指標(biāo)。
5.1.1 調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值
生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值根據(jù)水庫(kù)工程的蓄水成本(影子工程法)來(lái)確定，其公式為
U調(diào)=10C庫(kù)A(P水-E-C)
(1)
式中：U調(diào)為年調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值，元/a；C庫(kù)為水庫(kù)庫(kù)容造價(jià)，元/m3；P水為林外年降水量，mm/a；E為林分年蒸散量，mm/a；A為林分面積，hm2；C為林分年地表徑流量，mm/a。
5.1.2 凈化水質(zhì)價(jià)值
生態(tài)系統(tǒng)凈化水質(zhì)價(jià)值采用平?jīng)鍪芯用裼盟骄鶅r(jià)格計(jì)算，其公式為
U凈=10K水A(P水-E-C)
(2)
式中：U凈為年凈化水質(zhì)價(jià)值，元/a；K水為居民用水平均價(jià)格，元/m3；其余字母意義同上。
5.2 保育土壤價(jià)值
5.2.1 固土價(jià)值
固土價(jià)值可根據(jù)蓄水成本法，采用減少淤積泥沙的方法進(jìn)行計(jì)算，其公式為
U固=AC庫(kù)(X2-X1)/ρ
(3)
式中：U固為年固土價(jià)值，元/a；X1為林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；X2為無(wú)林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；ρ為泥沙的平均容重，t/m3；其余字母意義同上。
5.2.2 保肥價(jià)值
保肥價(jià)值公式為
U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+
KC2/R3+MC3)/100
(4)
式中：U肥為年保肥價(jià)值，元/a；N、P、K、M分別為土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)的平均含量，%；R1為磷酸二銨含氮量，%；R2為磷酸二銨含磷量，%；R3為氯化鉀含鉀量，%；C1、C2、C3分別為磷酸二銨、氯化鉀和有機(jī)質(zhì)的平均價(jià)格，元/t；其余字母意義同上。
5.3 固碳釋氧價(jià)值
5.3.1 固碳價(jià)值
根據(jù)光合作用化學(xué)方程式，森林植被每積累1 g干物質(zhì)可以固定1.63 g的CO2、釋放1.19 g的O2，而CO2中碳的比例為27.27%，因此森林植被和土壤固碳價(jià)值的計(jì)算公式為
U碳=AC碳(0.444 5B年+F土壤碳)
(5)
式中：U碳為林分的年固碳價(jià)值，元/a；B年為林分的年凈生產(chǎn)力，t/(hm2·a)；C碳為固碳價(jià)格，元/t；系數(shù)0.444 5為1.63與27.27%的乘積；F土壤碳為單位面積森林土壤的年固碳量，t/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.3.2 釋氧價(jià)值
釋氧價(jià)值計(jì)算公式為
U氧=1.19AC氧B年
(6)
式中：U氧為林分的年釋氧價(jià)值，元/a；C氧為氧氣價(jià)格，元/t；其余字母意義同上。
5.4 林木養(yǎng)分固持價(jià)值
森林植被在其生長(zhǎng)過(guò)程中不斷地從周圍環(huán)境中吸收氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并貯存在各器官中。本研究?jī)H選取林木營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(氮、磷、鉀)積累指標(biāo)來(lái)反映此項(xiàng)功能，其計(jì)算式為
U營(yíng)養(yǎng)=AB年(N營(yíng)養(yǎng)C1/R1+P營(yíng)養(yǎng)C1/R2+K營(yíng)養(yǎng)C2/R3)
(7)
式中：U營(yíng)養(yǎng)為年林木養(yǎng)分固持價(jià)值，元/a；N營(yíng)養(yǎng)、P營(yíng)養(yǎng)、K營(yíng)養(yǎng)分別為林木的氮、磷、鉀含量，%；其余字母意義同上。
5.5 凈化大氣環(huán)境價(jià)值
凈化大氣環(huán)境價(jià)值采用影子價(jià)格法，根據(jù)林木面積及林木對(duì)環(huán)境中有毒有害物質(zhì)、粉塵、噪聲、輻射等的減除能力計(jì)算。
5.5.1 吸收二氧化硫價(jià)值
森林年吸收二氧化硫總價(jià)值(U二氧化硫，元/a)公式為
U二氧化硫=K二氧化硫Q二氧化硫A
(8)
式中：K二氧化硫?yàn)槎趸虻闹卫碣M(fèi)用，元/kg；Q二氧化硫?yàn)閱挝幻娣e林分年吸收二氧化硫量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.2 吸收氟化物價(jià)值
森林年吸收氟化物總價(jià)值(U氟，元/a)公式為
U氟=K氟化物Q氟化物A
(9)
式中：K氟化物為氟化物的治理費(fèi)用，元/kg；Q氟化物為單位面積林分年吸收氟化物量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.3 吸收氮氧化物價(jià)值
森林年吸收氮氧化物總價(jià)值(U氮氧化物，元/a)公式為
U氮氧化物=K氮氧化物Q氮氧化物A
(10)
式中：K氮氧化物為氮氧化物的治理費(fèi)用，元/kg；Q氮氧化物為單位面積林分年吸收氮氧化物量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.4 滯塵價(jià)值
粉塵是大氣污染的主要指標(biāo)之一，樹(shù)木對(duì)大氣粉塵、灰塵有明顯的阻擋、過(guò)濾、吸附和滯留作用。據(jù)測(cè)定，闊葉林滯塵能力為10.11 t/(hm2·a)，針葉林為33.2 t/(hm2·a)[5]，本研究取闊葉林10.11 t/(hm2·a)進(jìn)行核算。
森林植被年滯塵價(jià)值(U滯塵，元/a)公式為
U滯塵=K滯塵Q滯塵A
(11)
式中：K滯塵為降塵清理費(fèi)用，元/kg；Q滯塵為單位面積林分年滯塵量，kg/(hm2·a)；其余字母意義同上。
5.5.5 提供負(fù)離子價(jià)值
林分年提供負(fù)離子價(jià)值(U負(fù)離子，元/a)公式為
U負(fù)離子=5.256×1015×AHK負(fù)離子(Q負(fù)離子-600)/L
(12)
式中：K負(fù)離子為負(fù)離子生產(chǎn)費(fèi)用，元/個(gè)；Q負(fù)離子為林分負(fù)離子濃度，個(gè)/cm3；L為負(fù)離子存留時(shí)間，min；H為林分高度，m；其余字母意義同上。
5.6 生物多樣性價(jià)值
生物多樣性指生物及其環(huán)境所形成的生態(tài)復(fù)合體及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和，它是人類社會(huì)生存和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。生物多樣性功能價(jià)值用物種資源保育價(jià)值來(lái)評(píng)估，其計(jì)算公式為
U生=S生A
(13)
式中：U生為林分年物種資源保育價(jià)值，元/a；S生為單位面積林分年物種資源保育價(jià)值，元/(hm2·a)；其余字母意義同上。
6 結(jié)果與分析
(1)計(jì)算結(jié)果表明，2020年平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值為99.66億元，其中：涵養(yǎng)水源價(jià)值328 622.50萬(wàn)元(其中調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值174 580.70萬(wàn)元，凈化水質(zhì)價(jià)值154 041.80萬(wàn)元)，保育土壤價(jià)值124 648.63萬(wàn)元(其中固土價(jià)值63 440.94萬(wàn)元，保肥價(jià)值61 207.69萬(wàn)元)，固碳釋氧價(jià)值374 427.29萬(wàn)元(其中固碳價(jià)值115 886.92萬(wàn)元，釋氧價(jià)值258 540.37萬(wàn)元)，林木養(yǎng)分固持價(jià)值112 983.64萬(wàn)元，凈化大氣環(huán)境價(jià)值2 060.56萬(wàn)元(其中吸收二氧化硫價(jià)值1 146.44萬(wàn)元、吸收氟化物價(jià)值12.49萬(wàn)元、吸收氮氧化物價(jià)值40.74萬(wàn)元、滯塵價(jià)值61.01萬(wàn)元、提供負(fù)氧離子價(jià)值799.88萬(wàn)元)，生物多樣性價(jià)值53 884.13萬(wàn)元。從服務(wù)類別看，生態(tài)服務(wù)中調(diào)節(jié)服務(wù)價(jià)值最大，占70.75%，其次為支持服務(wù)價(jià)值，占23.84%，供給服務(wù)價(jià)值最小，占5.41%；從服務(wù)功能看，固碳釋氧功能價(jià)值最大，占37.57%，其他依次為涵養(yǎng)水源功能、保育土壤功能、林木養(yǎng)分固持功能、生物多樣性功能的價(jià)值，分別占32.97%、12.50%、11.34%、5.41%，凈化大氣環(huán)境功能價(jià)值最小，僅占0.21%(見(jiàn)表2)。本研究結(jié)論與國(guó)內(nèi)其他研究成果基本符合。與同期年產(chǎn)值對(duì)照表明，生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值是同期果品年產(chǎn)值的2.1倍。由此可見(jiàn)，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林不僅提供了大量的鮮果產(chǎn)品，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，而且其潛在的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和價(jià)值更不容忽視。
表2 平?jīng)鍪芯硟?nèi)葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值結(jié)構(gòu)
2020年葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林涵養(yǎng)水源量(調(diào)節(jié)水源量)為25 676.6萬(wàn)m3，固土量21 553.7萬(wàn)t，保肥量22 846.9 t(其中土壤氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別為1 724.29、3 233.05、1 508.76、16 380.78 t)，固碳量965 724.34 t，釋氧量2 585 403.66 t，林木養(yǎng)分固持量93 639.41 t(其中林木氮、磷、鉀固持量分別為52 577.117、4 127.955、36 934.338 t)，凈化大氣環(huán)境功能中吸收氣體污染物總量為10 381.32 t(其中吸收二氧化硫量9 553.66 t、氟化物量181.05 t、氮氧化物量646.61 t)、降塵量1 089.54 t、提供負(fù)離子量1.578 6×1024個(gè)，生物多樣性指數(shù)達(dá)到Shannon-Wiener指數(shù)5級(jí)(2≤指數(shù)<3)。
(2)經(jīng)核算，葫蘆河流域水土保持林2020年生態(tài)功能服務(wù)總價(jià)值為106.40億元，其中：涵養(yǎng)水源價(jià)值324 816.12萬(wàn)元(其中調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值172 558.56萬(wàn)元，凈化水質(zhì)價(jià)值152 257.56萬(wàn)元)，占30.53%；保育土壤價(jià)值123 204.85萬(wàn)元(其中固土價(jià)值62 706.11萬(wàn)元、保肥價(jià)值60 498.74萬(wàn)元)，占11.58%；固碳釋氧價(jià)值389 733.06萬(wàn)元(其中固碳價(jià)值120 624.13萬(wàn)元、釋氧價(jià)值269 108.93萬(wàn)元)，占36.63%；林木養(yǎng)分固持價(jià)值117 602.16萬(wàn)元，占11.05%；凈化大氣環(huán)境價(jià)值2 168.47萬(wàn)元(其中吸收二氧化硫價(jià)值1 133.16萬(wàn)元、氟化物價(jià)值12.35萬(wàn)元、氮氧化物價(jià)值40.26萬(wàn)元，滯塵價(jià)值60.31萬(wàn)元，提供負(fù)離子價(jià)值922.39萬(wàn)元)，占0.20%；生物多樣性價(jià)值106 520.00萬(wàn)元，占10.01%。
(3)對(duì)比2020年果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，在二者面積接近情況下，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值僅比水土保持林少6.74億元，差別不大。由于二者在林分結(jié)構(gòu)上的差異，水土保持林在提供負(fù)離子和物種資源保育方面的服務(wù)功能價(jià)值大于果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林。由此可以看出，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，還為區(qū)域水土保持和生態(tài)環(huán)境提供了幾乎和生態(tài)公益林同樣巨大的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值，它既能夠調(diào)整本地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，貢獻(xiàn)數(shù)量可觀的地方GDP，又能夠維持區(qū)域生態(tài)貢獻(xiàn)足夠的GEP，具有雙重價(jià)值貢獻(xiàn)。因此，葫蘆河流域果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林的栽培與管理應(yīng)該受到足夠的重視。
(4)提取水土保持林和果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林涵養(yǎng)水源(僅調(diào)節(jié)水量)、保育土壤兩項(xiàng)與水土保持密切相關(guān)的功能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)探討果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林相對(duì)于水土保持林在水土保持方面的功能作用及大小，結(jié)果表明：①涵養(yǎng)水源。2012—2020年期間，水土保持林累計(jì)涵養(yǎng)水源總量為173 440.1萬(wàn)m3，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)涵養(yǎng)水源總量為192 329.9萬(wàn)m3，相差18 889.8萬(wàn)m3，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林。②保育土壤。水土保持林累計(jì)固土總量為145 607.4萬(wàn)t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)固土總量為161 465.9萬(wàn)t，相差15 858.5萬(wàn)t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林；水土保持林累計(jì)保肥總量為154 343.9 t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林累計(jì)保肥總量為171 153.9 t，相差16 810.0 t，果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林>水土保持林。具體各年度主要生態(tài)功能量對(duì)比見(jiàn)表3。
表3 2012—2020年水土保持林與果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林主要生態(tài)功能量對(duì)比
7 結(jié)論與討論
(1)研究結(jié)果表明，在黃土丘陵溝壑區(qū)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林和水土保持林雖然在林型和用途方面具有很大的差異性，但在保育土壤和林分養(yǎng)分固持方面的支持服務(wù)功能價(jià)值以及在涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境方面的調(diào)節(jié)服務(wù)功能價(jià)值和在生物多樣性方面的供給服務(wù)功能價(jià)值的貢獻(xiàn)方面沒(méi)有顯著差異。可見(jiàn)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林同樣具有生態(tài)公益林的生態(tài)服務(wù)功能，對(duì)區(qū)域水土保持和生態(tài)環(huán)境具有很大的補(bǔ)償作用；在黃土丘陵溝壑區(qū)，一定規(guī)模的果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林覆蓋，改變了區(qū)域土地利用空間格局，使有限的林草植被的連續(xù)性和延展性大大增強(qiáng)，有利于本地區(qū)物種資源保育和繁衍，維持并增強(qiáng)了本地區(qū)的生物多樣性，促進(jìn)人與自然和諧共生。由于植被覆蓋對(duì)于黃土高原生態(tài)脆弱地區(qū)生態(tài)和防治水土流失的極端重要性，因此在調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)時(shí)必須首先考慮果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林調(diào)整可能帶來(lái)的生態(tài)公益損失。
(2)與同期果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林年產(chǎn)值對(duì)照表明，其生態(tài)服務(wù)總價(jià)值是同期果品年產(chǎn)值的2.1倍，說(shuō)明果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林在提供大量的鮮果產(chǎn)品的同時(shí)，同樣具有巨大的生態(tài)服務(wù)價(jià)值，其對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)大于對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的貢獻(xiàn)。
(3)由于缺乏本地區(qū)必要的生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)本研究對(duì)果樹(shù)經(jīng)濟(jì)林生態(tài)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行修正，難免會(huì)出現(xiàn)人為誤差，從而影響研究成果的精度，但這并不改變分析結(jié)果的方向性和指向性。
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