Evaluation of ecosystem services for urban forests in Shanghai based on a distribution measurement methodology
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摘要: 基于森林生态系统连续观测与清查体系，依据中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》（LY/T1721-2008），并结合2016年上海市森林资源监测成果数据，对上海城市森林生态系统服务功能价值进行了评估.结果表明：2016年上海市森林生态系统服务功能总价值为125.8亿元，每公顷森林提供的价值量为12.75万元.8项森林生态系统服务功能价值量从大到小的顺序为：森林游憩（26.03%）>净化大气环境（22.03%）>固碳释氧（20.24%）>涵养水源（17.14%）>生物多样性保护（9.10%）>保育土壤（3.53%）>林木积累营养物质（1.84%）>森林防护（0.09%）.从研究结果来看，森林游憩功能的价值量最高.森林游憩、净化大气环境、固碳释氧和涵养水源是上海城市森林生态系统服务功能的主体功能，对于上海市营造宜居型城市及创建"生态之城"具有重要作用.Abstract: Using continuous observation and the inventory system for forest ecosystems, according to the People's Republic of China standard LY/T 1721-2008 Specifications for assessment of forest ecosystem services in China, combined with forest resource monitoring data from 2016, this study assessed the value of forest ecosystem services in Shanghai. The results showed that the total value of forest ecosystem services in urban forests in Shanghai in 2016 was 12.58 billion yuan and mean value was 127.5 thousand yuan per hectare. The value of the eight service functions was distributed as follows:forest recreation (26.03%), atmosphere environmental purification (22.03%), carbon fixation and oxygen released (20.24%), water conservation (17.14%), biodiversity conservation (9.10%), soil conservation (3.53%), forest nutrition storage (1.84%), contribution of forest to prevent natural calamities(0.09%). From the results of this study, the value of forest recreation was the highest. Forest recreation, atmosphere environmental purification, carbon fixation and oxygen release, and water conservation were the main functions of urban forest services in Shanghai; These features play an important role in building a livable city and establishing "an ecological city".
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Key words:
- urban forest /
- forest ecosystem services /
- value assessment /
- Shanghai
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图 1 上海市森林生态服务功能评估分布式测算方法流程图
Fig. 1 Distributed evaluation method of forest ecosystem services in Fujian Province
图 2 上海市各区森林生态系统服务功能总价值量的空间分布
Fig. 2 Spatial distribution of the total value of forest ecosystem services in different districts and county in Shanghai
图 3 上海市各区森林生态系统服务功能总价值量排序
Fig. 3 Value ranking of forest ecosystem services in different districts and counties in Shanghai
表 1 森林生态系统服务功能评估指标及公式
Tab. 1 Evaluation indicators and formulae for assessing forest ecosystem services
功能 指标 计算公式 参数说明 涵养水源 调节水量 $U_{\mbox {调}}=10C_{\mbox{库}} ·A·$
$(P-E-C) F d$$U_{\mbox {调}}$为实测森林年调节水量价值, 元/a; $C_{\mbox{库}}$为水库库容造价, 元/m$^{3}$; $A$为林分面积, hm2; $P$为实测林外降水量, mm/a; $E$为实测林分蒸散量, mm/a; $C$为实测地表快速径流量, mm/a; $F$为森林生态功能修正系数; $d$为贴现率 净化水质 $U_{\mbox{水质}} =10K_{\mbox {水}} ·A· (P-E-C) ·F· d$ $U_{\mbox {水质}}$为实测林分净化水质价值, 元/a; $K_{\mbox {水}}$为水的净化费用, 元/m$^{3}$ 保育土壤 固土 $U_{\mbox {固土}} =A· C_{\mbox{土}}$
$·(X_2 -X_1) ·F· d/\rho $$U_{\mbox{固土}}$为实测林分年固土价值, 元/a; $C_{\mbox{土}}$为挖取和运输单位体积土方所需费用, 元/m$^{3}$; $X_{1}$为有林地土壤侵蚀模数, t/(hm$^{2} $a); $X_{2}$为无林地土壤侵蚀模数, t/(hm$^{2} $a); $\rho $为土壤容重, g/cm$^{3}$ 保肥 $U_{\mbox{肥}}=A· (X_1 -X_2)$
$·(\frac{N· C_1 }{R_1 }+\frac{P· C_1 }{R_2 }+\frac{K· C_2 }{R_3 }$
$+·M· C_3) ·F· d$$U_{\mbox{肥}}$为实测林分年保肥价值, 元/a; $N$为森林土壤平均含氮量, %; $P$为森林土壤平均含磷量, %; $K$为森林土壤平均含钾量, %; $M$为森林土壤有机质含量, %; $R_{1}$为磷酸二铵化肥含氮量, %; $R_{2}$为磷酸二铵化肥含磷量, %; $R_{3}$为氯化钾化肥含钾量, %; $C_{1}$为磷酸二铵化肥价格, 元/t; $C_{2}$为氯化钾化肥价格, 元/t; $C_{3}$为有机质价格, 元/t 固碳释氧 固碳 $U_{\mbox {碳}}=A· C_{\mbox {碳}} (1.63·$ $R_{\mbox {碳}} {B·}_{\mbox {年}}+F_{\mbox {土壤碳}})$
$ ·F· d$$U_{\mbox{碳}}$为实测林分年固碳价值, 元/a; $B_{\mbox{年}}$为实测林分净生产力, t/(hm$^{2} $a); $F_{\mbox{土壤碳}}$为单位面积森林土壤年固碳量, t/(hm$^{2} $a); $C_{\mbox{碳}}$为固碳价格, 元/t; $R_{\mbox{碳}}$为CO$_{2}$中碳的含量, 为27.27% 释氧 $U_{\mbox{氧}}= \mbox{1.19} C_{\mbox{氧}} ·A· B_{\mbox{年}} ·F· d$ $U_{\mbox{氧}}$为实测林分年释氧价值, 元/a; $C_{\mbox{氧}}$为制造O$_{2}$的价格, 元/t 林木积累
营养物质林木积累
营养物质$U_{\mbox{营养}} =A·B· $
$(\frac{N_{\mbox{营养}} · C_1 }{R_1 }+\frac{P_{\mbox{营养}} · C_1 }{R_2 }$$+\frac{K_{\mbox{营养}} · C_2 }{R_3 }) ·F· d$$U_{\mbox{营养}}$为实测林分N、P、K年增加价值, 元/a; $N_{\mbox{营养}}$为实测林木含氮量, %; $P_{\mbox{营养}}$为实测林木含磷量, %; $K_{\mbox{营养}}$为实测林木含钾量, %; $R_{1}$为磷酸二铵含氮量, %; $R_{2}$为磷酸二铵含磷量, %; $R_{3}$为氯化钾含钾量, %; $C_{1}$为磷酸二铵化肥价格, 元/t; $C_{2}$为氯化钾平化肥价格, 元/t; $B$实测林分净生产力, t/(hm$^{2} $a) 净化大气环境 提供负离子 $U_{\mbox{负离子}} =5.256\times 10^{15} ·A·H· K_{\mbox{负离子}} Q_{\mbox{负离子}} -600 ·F·/L ·d$ $U_{\mbox{负离子}}$为实测林分年提供负离子价值, 元/a; $K_{\mbox{负离子}}$为负离子生产费用, 元/个; $Q_{\mbox{负离子}}$为实测林分负离子浓度, 个/cm$^{3}$; $L$为负离子寿命, min; $H$为林分高度, m 吸收SO$_{2}$ $U_{\mbox{二氧化碳}} =K_{\mbox{二氧化碳}} ·Q_{\mbox{二氧化碳}} ·A·F· d$ $U_{\mbox{二氧化碳}}$为实测林分年吸收SO$_{2}$价值, 元/a; $K_{\mbox{二氧化碳}}$为SO$_{2}$的治理费用, 元/kg; $Q_{\mbox{二氧化碳}}$为单位面积实测林分年吸收SO$_{2}$量, kg/(hm$^{2} $a) 吸收氟化物 $U_{\mbox{氟化物}} =K_{\mbox{氟化物}}· Q_{\mbox{氟化物}} ·A·F· d$ $U_{\mbox{氟化物}}$为实测林分年吸收氟化物价值, 元/a; $Q_{\mbox{氟化物}}$为单位面积实测林分年吸收氟化物量, kg/(hm$^{2} $a); $K_{\mbox{氟化物}}$为氟化物治理费用, 元/kg 净化大气环境 吸收氮氧化物 $U_{\mbox{氮氧化物}} =K_{\mbox{氮氧化物}} ·Q_{\mbox{氮氧化物}} ·A·F· d$ $U_{\mbox{氮氧化物}}$为实测林分年吸收氮氧化物价值, 元/a; $K_{\mbox{氮氧化物}}$为氮氧化物治理费用, 元/kg; $Q_{\mbox{氮氧化物}}$单位面积实测林分年吸收氮氧化物量, kg/(hm$^{2} $a) 滞尘 $U_{\mbox{滞尘}} =({Q·}_{\mbox{滞尘}} -{Q·}_{{\rm PM}_{10} } -{Q·}_{{\rm PM}_{2.5} })· K_{\mbox{滞尘}} ·F· d+{U·}_{{\rm PM}_{10} } +{U·}_{{\rm PM}_{2.5} } $ $U_{\mbox{滞尘}}$为实测林分年滞尘价值, 元/a; ${Q·}_{{\rm PM}_{10} } $为单位面积实测林分年滞纳PM$_{10}$量, kg/(hm$^{2} $a); ${Q·}_{{\rm PM}_{2.5} } $为单位面积实测林分年滞纳PM$_{2.5}$量, kg/(hm$^{2} $a); $Q_{\mbox{滞尘}}$为单位面积实测林分年滞尘量, kg/(hm$^{2} $a); $K_{\mbox{滞尘}}$为降尘清理费用, 元/kg 滞纳PM$_{10}$ ${U·}_{{\rm PM}_{10} } =10· {C·}_{{\rm PM}_{10} }· $
$ {Q·}_{{\rm PM}_{10} } ·A· {n}·$
$F·{LAI} ·{d}$${U}_{{\rm PM}_{10} } $为实测林分年滞纳PM$_{10}$价值, 元/a; ${C}_{{\rm PM}_{10} } $为由PM$_{10}$所造成的健康危害经济损失(治疗上呼吸道疾病的费用), 元/kg; ${Q}_{{\rm PM}_{10}}$为林分单位叶面积滞纳PM$_{10}$量, g/m2; $n$为洗脱次数; LAI为叶面积指数 滞纳PM$_{2.5}$ ${U·}_{{\rm PM}_{2.5} } =$
$10· {C·}_{{\rm PM}_{2.5} } · {Q·}_{{\rm PM}_{2.5} } ·$
$ A· {n} ·F ·{LAI} ·{d}$${U}_{{\rm PM}_{2.5} } $为实测林分年滞纳PM$_{2.5}$价值, 元/a; ${C}_{{\rm PM}_{2.5} } $为由PM$_{2.5}$所造成的健康危害经济损失(治疗下呼吸道疾病的费用), 元/kg; ${Q}_{{\rm PM}_{2.5} } $为实测林分单位叶面积滞纳PM$_{2.5}$量, g/m2 森林防护 森林防护 $U_{\mbox{农田防护}} =V·M·K$ $U_{\mbox{农田防护}}$为实测林分农田防护功能的价值量, 元; $V$为稻谷价格, 元/kg; $M$为农作物、牧草平均增产量, kg/a; $K$为平均1 hm2农田防护林能够实现的农田防护面积为19 hm2 生物多样性保护 物种保育 $U_{\mbox{生物}}= S_{\mbox{生}} ·A· d$
$·H·=-\Sigma^x_{i=1}P_i{\rm log}_2P_i$$U_{\mbox{总}}$为实测林分年生物多样性保护价值, 元/a; 为$i$区某优势树种(组)所占比例; $x$为$i$区优势树种数量; $S$为单位面积物种多样性保护价值量, 元/(hm$^{2} $a).本研究根据Shannon-Wiener指数计算生物多样性价值, 共划分7个等级:当指数$ < $1时, $S_{\mbox{生}}$为3000元/(hm$^{2} $a); 当1$\le $指数＜2时, $S_{\mbox{生}}$为5000元/(hm$^{2} $a)当2$\le $指数＜3时, $S_{\mbox{生}}$为10000元/(hm$^{2} $a); 当3$\le $指数＜4时, $S_{\mbox{生}}$为20000元/(hm$^{2} $a); 当4$\le $指数＜5时, $S_{\mbox{生}}$为30000元/(hm$^{2} $a); 当5$\le $指数＜6时, $S_{\mbox{生}}$为40000元/(hm$^{2} $a); 当指数$\ge $6时, $S_{\mbox{生}}$为50000元/(hm$^{2} $a) 森林游憩 森林游憩 $U_r=\Sigma(Y_i+Y_i')$ $U_{r}$为森林游憩功能的价值量, 元/a; $Y_{i}$为$i$区收费公园的门票收入, 元; $Y_{i}$为$i$区非收费公园的门票收入, 元; $i$为上海市$i$区 
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表 2 2016年上海市森林生态系统服务功能测算结果
Tab. 2 Evaluation of forest ecosystem services in Shanghai in 2016
各区 涵养水源 保育土壤 固碳释氧 林木积累营养物质 物质量/(104m3) 价值量/(104元) 物质量 价值量/(104元) 物质量/(104t) 物质量/(104元) 物质量/(102t) 价值量/(104元) 固土/(104t) 保肥/(102t) 固碳 释氧 中心城区 733.43 7 805.46 12.67 20.40 1 707.23 1.98 4.73 8 405.25 7.35 785.81 闵行区 1 206.43 39 263.09 21.10 33.89 8 105.71 3.21 7.66 42 157.79 12.42 3 972.11 宝山区 1 004.69 56 058.35 16.69 27.06 11 102.04 3.56 8.80 71 123.72 13.57 6 126.16 嘉定区 1 280.81 19 805.58 21.69 35.22 4 229.84 4.17 10.20 2 6162.38 15.77 2 409.04 浦东新区 3 689.29 19 822.89 61.60 96.36 4 166.18 9.90 23.75 23 002.86 37.36 2 121.16 金山区 1 546.73 19 210.77 24.37 37.63 3 994.66 3.87 9.26 20 176.51 13.22 1 878.47 松江区 1 861.00 10 692.34 32.03 51.19 2 233.87 6.07 14.79 15 528.85 22.74 1 437.29 青浦区 1 862.63 13 630.97 31.85 50.10 2 894.25 5.38 12.97 18 039.26 20.01 1 668.40 奉贤区 1 805.11 12 839.42 30.49 47.12 2 791.81 4.75 11.36 13 617.97 17.65 1 322.55 崇明区 5 267.43 16 461.01 85.46 132.16 3 198.01 16.53 40.18 16 449.76 58.49 1 375.77 合计 20 257.55 215 589.88 337.95 531.13 44 423.60 59.42 143.70 254 664.35 218.58 23 096.76 各区 净化大气环境 森林防护 生物多样性保护 森林游憩 提供负离子 吸收污染物 滞纳TSP 物质量/t 价值量/(104元) 价值量/(104元) 价值量/(104元) 物质量/(1024个) 价值量/(104元) 价值量/(104 kg) 价值量/(104元) 价值量/t 价值量/(104元) 中心城区 0.20 106.05 44.18 170.66 349.46 14 884.82 0.00 0.00 4 250.10 216 828.94 闵行区 0.33 425.86 71.39 765.65 541.13 54 129.26 19.02 69.96 20 750.02 62 262.96 宝山区 0.25 624.45 57.64 1 130.19 481.68 50 456.08 232.75 466.10 29 398.56 3 162.93 嘉定区 0.32 240.78 74.46 427.03 587.74 34 366.25 133.65 22.32 10 873.39 7 226.64 浦东新区 0.78 241.49 199.19 416.56 1 430.52 22 890.59 159.75 18.06 10 746.50 2 431.88 金山区 0.28 183.58 77.04 374.05 368.91 21 173.69 84.40 366.11 10 275.36 6 781.94 松江区 0.43 137.49 111.16 221.21 898.15 17 999.39 50.97 101.93 5 638.93 19 127.85 青浦区 0.44 177.36 108.46 285.44 603.97 22 447.64 41.24 58.53 7 305.95 2 073.00 奉贤区 0.34 185.96 97.08 273.59 472.52 18 410.25 835.96 8.33 7 041.38 5 851.81 崇明区 1.11 158.28 293.44 297.49 1 211.30 13 647.93 1 064.28 36.96 8 177.18 1 659.68 合计 4.48 2 481.30 1 134.04 4 361.87 6 945.38 270 405.90 2 622.02 1 148.30 114 457.37 327 407.63
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表 3 上海市森林生态系统服务功能价值量
Tab. 3 Value of forest ecosystem services in urban forests in Shanghai
功能项 价值量/(×108元) 比例/% 涵养水源 21.56 17.14 保育土壤 4.44 3.53 固碳释氧 25.47 20.24 林木积累 2.31 1.84 营养物质 净化大气环境 27.72 22.03 森林防护 0.11 0.09 生物多样性保护 11.45 9.10 森林游憩 32.74 26.03 合计 125.80 100
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表 4 2016年上海市不同优势树种(组)生态系统服务功能价值量
Tab. 4 Value of forest ecosystem services of different dominant tree species/groups in Shanghai in 2016
×104元 各优势
树种(组)合计 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 森林游憩 阔叶混交林 193 933.02 31 095.76 6 456.22 85 432.37 7 827.49 46 976.17 16 145.01 樟木林 191 973.29 40 348.37 11 582.85 38 602.30 5 186.30 68 282.97 27 970.50 硬阔类 113 408.66 25 199.04 6 329.78 24 108.56 3 239.03 37 063.65 17 468.60 灌木林 98 761.39 32 352.18 5 399.38 13 736.63 419.87 33 980.32 12 873.01 果树类 89 103.07 27 828.25 4 806.09 17 006.71 2 290.40 25 568.30 11 603.32 软阔类 84 234.23 30 328.32 3 410.94 21 301.51 1 010.95 18 969.19 9 213.32 水杉林 46 121.72 5 464.57 1 619.33 18 544.33 1 100.43 13 599.37 5 793.69 针阔混交林 38 945.11 8 096.12 1 881.07 10 406.87 954.41 12 760.83 4 845.81 竹林 29 976.16 7 550.33 1 263.26 10 479.37 165.65 6 694.41 3 823.14 杉类 28 963.45 3 605.97 1 220.56 12 237.06 726.16 8 169.40 3 004.30 松类 11 866.81 3 162.69 307.04 2 468.64 144.13 4 458.53 1 325.78 针叶混交林 2 194.12 558.28 147.08 340.00 31.94 725.93 390.89 合计 929 481.03 215 589.88 44 423.60 254 664.35 23 096.76 277 249.07 114 457.37
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