1. 引言
净化大气效益是森林生态系统生态效益的重要组成部分之一,森林生态系统净化大气的作用主要是,森林植被通过光合作用、吸收CO2、释放O2,维持大气平衡和在植物抗性范围内吸收并减少硫化物、氮化物、卤素等有害物质的含量等 [1]。随着理论体系和技术手段的不断创新,对森林生态系统的生态效益研究经历了由感性认识到定性描述,再定量研究的过程 [2]。二十世纪八十年代以来,全国各地陆续建立了188个国家陆地生态系统定位观测研究站 [3],对各地生态系统的结构功能进行了长期、连续、定位观测和生态过程关键技术研究。2008年,国家林业局发布了《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008),使森林生态系统服务功能评估进入了新的阶段。
本文通过最近的森林资源二类调查数据,依据国家林业局2008年发布实施的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008),对洛南县森林生态系统净化大气效益进行初步评估,旨在为正确评价森林在生态环境建设中的作用、合理经营和利用本地区森林资源,充分发挥其生态效益提供依据。
2. 研究区概况
洛南县地处秦岭东段南麓,位于北纬33˚52'00~34˚25'58,东经109˚44'10~110˚40'06之间,是陕西省的重点林区县之一。其地貌总的特征是:南北高,中间低,山地为主,川原皆具,地势起伏较大。最高海拔2646 m,最低670 m,最大相对高差1976 m。气候属暖温带季风性湿润气候区,年平均气温11℃,年平均降雨量754.8 mm,年日照时间2075 h,无霜期210 d左右,土壤平均侵蚀模数610.2 t/km2。由于水、热条件随地势的变化,植被垂直分布规律显著。海拔1100米以下的河谷低山丘陵区是落叶阔叶林和针叶混交林,主要树种是栓皮栎和油松;海拔1100~1800米地带,以油松、华山松和尖齿栎为主;海拔1800~2100米间的主要树种是桦木类,间有华山松、山梅、椴和少量的油松及云杉;海拔2100~2646米间,以云杉、冷杉为主。呈现了典型的暖温带植被类型。
3. 数据与方法
3.1. 数据收集及处理
查阅研究区2009年森林资源二类调查小班数据库,收集研究区森林资源数据,本林区森林资源以中幼龄林为主,面积占98.1%,针叶林以油松为主,面积占99.7%,阔叶林以栎类为主,面积占88.4%,混交林以松栎混交为主,面积占99.8%,森林覆盖率61.3%。查阅文献资料,收集、估算研究区各森林类型生态参数。生态功能价值评估社会公共数据参照文献 [4],见表1。
3.2. 研究方法
参照国家林业局2008年发布实施的《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721-2008),依据森林资源二类调查数据和生态功能评价研究文献数据,对研究区森林生态系统固碳、释氧、净化SO2和滞尘4项森林生态系统净化大气效益进行评估。
3.2.1. 固碳效益
森林植被通过光合作用,可吸收和贮存大气中的CO2,从而维持大气中CO2平衡。森林生态系统是地球陆地生态系统的主体,是陆地碳的主要储存库。森林植被固碳效益评估公式 [4]为:
(1)
式中,G固碳为植被年固碳效益(元/a),C碳为固碳价格(元/t),1.63为计算系数,R为CO2中碳的含量,为27.27%,Ai为第i类森林面积(hm2),Bi为第i类森林净生产力(t/hm2∙a)。
3.2.2. 释氧效益
森林植被通过光合作用,在吸收CO2的同时,释放大量的O2,是森林生态系统维持大气平衡的重要服务功能。森林植被释氧效益评估公式 [4]为:
(2)
式中,G释氧为植被年释氧效益(元/a),1.19为计算系数,C氧为释氧价格(元/t),Ai为第i类森林面积(hm2),Bi为第i类森林净生产力(t/hm2∙a)。
3.2.3. 净化SO2效益
森林植被叶片上的气孔和枝条上的皮孔吸收SO2,在体内通过氧化还原过程,把其转化为无毒物质,是森林生态系统净化大气SO2的重要服务功能。森林生态系统净化SO2效益评估公式 [4]为:
(3)
式中,Vs为森林年净化SO2效益(元/a),W为SO2治理费用(元/t),Si为第i类森林净化SO2能力(t/hm2∙a),Ai为第i类森林面积(hm2)。
3.2.4. 滞尘效益
滞尘功能是携带各种粉尘的气流遇到森林,风速就会降低,一部分尘粒降落地面,另一部分就被树叶上的绒毛、粘液和油脂等粘住,达到阻滞、吸附、降低大气灰尘的作用。森林生态系统是减少、降低大气中各种颗粒物的良好的吸尘器。森林生态系统滞尘效益评估公式 [4]为:
(4)
式中,K为森林年滞尘效益(元/a),D为降尘清理费用(元/t),qi为第i类森林滞尘能力(t/hm2∙a),Ai为第i类森林面积(hm2)。
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Table 1. Social public data sheet for functional value assessment
表1. 功能价值评估社会公共数据表
4. 结果与分析
4.1. 固碳效益
参照方精云 [5]、马长欣 [6]等研究成果,各森林类型净生产力为,针叶林(油松) 3.597 t/hm2∙a,阔叶林(栎类) 7.282 t/hm2∙a,针阔混交林(松栎混交) 7.644 t/hm2∙a,按公式(1)计算研究区森林生态系固碳效益结表2。
表2显示,研究区森林生态系统年固碳量30.76万吨,年固碳效益达3.69亿元,固碳功能排序为:阔叶林 > 针叶林 > 混交林,主要是研究区针叶林、阔叶林面积比例较大。
4.2. 释氧效益
参照表2净生产力数据,按公式(2)计算研究区森林生态系统释氧效益见表3。
表3可以看出,研究区森林生态系统年释氧量82.349万吨,年释氧效益达8.23亿元,释氧功能排序为:阔叶林 > 针叶林 > 混交林。
4.3. 净化SO2效益
参考《中国生物多样性国情研究报告》 [7],针叶林对SO2的净化能力值为215.60 kg/hm2∙a,阔叶林的净化能力值为144 kg/hm2∙a,混交林的净化能力取两者的平均值179.8 kg/hm2∙a,按公式(3)计算研究区森林生态系统净化SO2效益见表4。
表4显示,研究区森林生态系统年净化SO2量2.63万吨,年净化SO2效益达3155.7万元,净化SO2功能排序为:针叶林 > 阔叶林 > 混交林。
4.4. 滞尘效益
参考《中国生物多样性国情研究报告》 [7],针叶林滞尘能力为33.20 t/hm2∙a,阔叶林的滞尘能力为68 t/hm2∙a,混交林的滞尘能力取两者的平均值50.6 t/hm2∙a,按公式(4)计算研究区森林生态系统滞尘效益见表5。
表5可以看出,研究区森林生态系统年滞尘量627.391万吨,年滞尘效益达9.41亿元,滞尘功能排序为:阔叶林 > 针叶林 > 混交林,主要是阔叶林单位面积滞尘能力较高。
5. 结论与讨论
1) 森林生态系统净化大气功能是维护人类社会可持续发展的重要保障,研究区森林生态系统净化大气总效益为21.65亿元/a,按4项不同净化大气功能排序为:滞尘(9.41亿元) > 释氧(8.23亿元) > 固碳(3.69亿元) > 净化SO2 (0.32亿元)。效益非常显著。
2) 研究区不同类型森林生态系统净化大气效益,针叶林为9.8176亿元/a,阔叶林10.2733亿元/a,混交林为1.5615亿元/a。
3) 不同类型森林生态系统净化大气效益存在较大差异,阔叶林明显高于针叶林,因此,研究区森林经营活动中,在保证林区主要优势种油松、华山松、栓皮栎、尖齿栎等各占适当比例的基础上,发展
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Table 2. Assessment of carbon sequestration benefits in forest ecosystems
表2. 森林生态系统固碳效益评估表
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Table 3. Assessment of carbon sequestration benefits in forest ecosystems
表3. 森林生态系统固碳效益评估表
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Table 4. Forest ecosystem purification sulfur dioxide benefit evaluation table
表4. 森林生态系统净化SO2效益评估表
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Table 5. Forest ecosystem dust retention benefit evaluation table
表5. 森林生态系统滞尘效益评估表
皂荚、黄连木、香椿、楸树等阔叶树种,不仅可增加本林区的生物多样性,促进森林植被的演替过程,也可提高森林生态系统的净化功能。
4) 森林生态系统中的生物通过代谢作用使大气中的污染物数量减少,浓度下降,毒性减轻直至消失、负离子浓度增加,是生态系统为人类提供的一项重要生态服务功能。本研究受数据和条件的限制,仅评估了森林生态系统固碳、释氧、净化SO2和滞尘4项净化大气功能,也未评估不同龄组森林类型净化大气效益,有待今后进一步深入和完善。