中国环境科学
CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE
1999年　第19卷　第3期　Vol.19 No.3 1999



长白山自然保护区森林生态系统间接经济价值评估
薛达元　包浩生　李文华
摘要：使用市场价值法、影子工程法、机会成本法和替代花费法等对长白山自然保护区森林生态系统的功能价值进行了经济评估.评价结果表明,保护区总的生态功能价值为176465.94万元,其中活立木生产量价值10777.43万元,涵养水源价值69741.2万元,保护土壤减少侵蚀的价值2307.02万元,固碳以减缓温室效应的价值87716.6万元,林分持留N、P、K养分价值4338.88万元,降解SO2和防治病虫害价值1584.73万元.
关键词：自然保护区；森林生态系统；生物多样性；间接价值；长白山
中图分类号：X826.2 文献标识码：A 文章编号：1000- 6923(1999)03- 0247- 06
A valuation study on the indirect values of forest ecosystem in Changbaishan Mountain Biosphere Reserve of China.
XUE Da-yuan1, BAO Hao-sheng2, LI Wen-hua3 
(1.Nanjing Institute of Environmental Science, the State Environmental Protection Administration of China, Nanjing 210042,China；2.The Research Center of Natural Resources, Nanjing University, Nanjing 210093, China；3.Commission for Integrated Survey of Natural resources, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China). China Environmental Science. 1999, 19(3)：247～252
Abstract：In this paper, the market valuation method, shadow engineering method, opportunity cost method and substitute expense method are used to value the functions of the forest ecosystem of Changbaishan Mountain Biosphere Reserve. The valuation results reveal that the total ecological function value of the nature reserve in 1996 is estimated up to about 1,765 million yuan (Chinese RMB) per annum, of which, about 108 million yuan is of the output of standing trees, about 697 million yuan of water conservancy, about 23 million yuan of soil conservation to control erosion, about 877 million yuan of carbon fixation for reducing green house effect, about 43 million yuan of nutrient retention for N, P and K, and about 16 million yuan of SO2 degradation and control of diseases and pests.
Key words：nature reserve；forest ecosystem；biodiversity；indirect value；Changbaishan Mountain
　　自然保护区资源的间接价值可理解为由于自然保护区生态学功能的发挥,为人类社会提供的间接有益作用.这种间接价值是自然保护区现有保护价值的一个重要组成部分.长白山自然保护区是一个以森林生态系统为主要保护对象的世界生物圈保护区.其总面积196 465hm2,其中有林地面积167 081hm2,森林覆盖率85％,且多为原始森林.生态效益的量化研究已引起国内外学者的特别关注[1-3],本文试图通过对长白山案例的研究,揭示保护区的这种间接价值.
1 森林生态系统间接价值的含义
　　森林生态系统间接价值即森林的生态功能价值,是指森林生态系统发挥出的对人类、社会和环境有益的全部效益和服务功能.它包括森林生态系统中生命系统的效益、环境系统的效益、生命系统与环境系统相统一的整体综合效益.森林的生态效益往往不能直接用货币的形式表现出来,然而却可用间接的方法来计量.对一个森林生态系统类型的自然保护区来说,其间接价值主要表现在光合作用、涵养水源、防止水土流失、保护野生动植物、固定CO2、释放氧气、净化大气、减少病虫害等方面(图1).

图1 森林生态效益示意
Fig.1 Sketch map for ecological benefits of forests
2　长白山保护区森林生态系统的间接价值
2.1 生产有机物
　　森林生态系统的有机物生产主要体现在木材产量上,对于一般的森林,其木材生产是最主要的直接价值,由于自然保护区内禁止林木砍伐,一般不形成木材市场产品,其有机物产品仅能以活立木形式存在,成为森林生态系统间接价值的组成部分,其价值体现在活立木的年生产量和蓄积量.
2.2 涵养水源与保护土壤
　　森林涵养水源的价值主要表现在增加有效水量,改善水质和调节径流.由于森林生态系统的存在,长白山二道白河森林流域地下径流量高达86％,直接径流量仅占14％,枯水季节径流量远高于同期降水量[4].同时,保护区的森林能有效地减小土壤侵蚀.
2.3 固定CO2和释放O2
　　森林与大气中的物质交换主要是CO2和O2的交换,即森林固定并减少大气中的CO2,同时提供并增加大气中的氧气.长白山自然保护区有16万多hm2的森林,对维持地球大气中的CO2和O2的动态平衡、减少温室效应有着巨大的不可替代的作用.
2.4 营养物质循环与养分积累
　　森林生态系统的养分循环发生在生物组分、大气组分和土壤组分之间.其中,生物组分与土壤组分之间的养分交换过程是最主要的过程,养分循环主要是在生物库、枯枝落叶库和土壤库之间进行.
2.5 降解污染物与防治病虫害
　　森林能够吸收二氧化硫、氟化氢、氯气和其它有害气体,还具有降低光化学烟雾污染和净化放射性物质的作用.长白山保护区的森林对附近城市工业区和周围工厂的污染降解及降尘起到了一定的作用.通过鸟类与环境的复杂生态关系,还能有效地防治森林病虫害.
3　森林生态系统间接价值的评价方法
3.1 活立木年生产量评价方法
　　年生产量主要指森林的活立木年生长量,其经济价值评估可使用市场价值法,具体计算方法是根据自然保护区内各类林分的现有蓄积量乘以各林分天然成熟林的年净生长率,得到各林分单位面积的年净生长量(m3),以此净生长量直接与活立木林价(元/m3)相乘而得到各林分年活立木价值.
3.2 涵养水源价值评估方法
　　长白山森林涵养水源的价值可用年涵养水源总量(m3)乘以每立方水的价格.前者的估计可通过计算森林区域的年径流量而得到.假定年径流量等于森林涵养水源量,则长白山保护区森林涵养水源总量可用长白山地区的年径流量 (mm/a)乘以森林面积而求得.即:
年平均径流量=年平均降水量－年平均蒸散量
　　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1 m3库容需投入成本费为0.67元.
3.3 保护土壤价值评估方法
　　森林保护土壤的价值可用无林条件下土壤侵蚀和土壤肥力丧失的经济损失量替代.
3.3.1 土壤侵蚀总量的计算 可采用有林地和无林地的侵蚀差异来计算.日本学者通过实验测得,火山岩土壤有林地和无林地的侵蚀差异比为0.01:10.0(mm/a),火山灰土壤有林地和无林地的侵蚀差异比为0.10:50(mm/a).鉴于长白山为火山岩土壤和火山灰土壤,且与日本纬度相近,可参照日本的侵蚀差异比平均值30 mm/a.用此参数乘以长白山保护区的森林面积,即得无林地情况下的土壤侵蚀总量.
3.3.2 废弃土地的损失 在求得土壤侵蚀总量后,以土壤表土平均厚度0.6m作为森林土层厚度来估算废弃土地面积,再用机会成本法计算求得因土地废弃而失去的年经济价值 (全国林业年均收益282.17元/hm2).
3.3.3 土壤肥力丧失量 根据土壤总侵蚀量,进一步计算因土壤流失而丧失的土壤有机质和氮、磷、钾养分,使用市场肥料价格算出损失土壤肥力的经济价值(平均化肥价格2549元/t, 1990年不变价).因无适当的替代价格,本文未计算有机质价值.
3.4 固定CO2和释放O2价值评估方法
　　根据保护区内各林分单位面积植物年净生长量,可算出各林分每年单位面积所固定的CO2量.再用年固定CO2总量与单位CO2固定量的价格相乘,得到固定CO2的总经济价值.释放O2与固定CO2为同一过程,为不重复计算可略去O2价值评估.
3.4.1 CO2固定量的计算 根据植物光合作用方程式,植物光合作用时,利用6772太阳能,吸收264 g CO2和108 g水,生产出180 g葡萄糖和193 g O2,然后180 g葡萄糖再转变为162 g多糖在植物体内贮存.即植物每生产1 g干物质需要1.63 g CO2.
3.4.2 单位CO2固定量的价格 计算固定CO2价值的方法主要有碳税率法和造林成本法.西方一些国家使用碳税制限制CO2等温室气体的排放,如挪威税率为227美元/tC;瑞典CO2税率大约150美元/tC;美国1990年引入的税率仅为15美元/tC.环境经济学家们往往使用瑞典税率[1,2].
　　也有人使用造林成本法计算森林固C价值.Titus[3]的研究表明,造林成本为38美元/tC.而Myers[5]认为,每年碳债权为130美元/hm2.根据我国人工营造杉木、马尾松、落叶松、泡桐、杨树、按树等的成本,固定1t纯C成本为250元[6].
3.5 营养循环价值评估方法
　　主要计算林分持留N、P、K养分的价值.根据植物的年净生长量,测定其中N、P、K元素的比例, 计算林分一年生长中从土壤吸收的养分,再测定每年凋落物归还土壤的养分.
　　林分持留养分＝林分从土壤中吸收养分－林分凋落物归还养分－雨水淋洗养分
　　总养分积累价值＝总林分面积×单位面积的养分持留量×养分价格(N、P、K)
3.6 污染物降解和防治病虫害价值评估方法
　　仅计算森林生态系统对SO2的净化作用,使用单位面积森林吸收SO2的平均值乘以保护区森林面积,得到每年保护区森林吸收SO2总量,再根据近年污染治理工程中削减单位重量SO2的投资成本,算出吸收SO2的总价值.使用保护区外林区防治森林病虫害的单位面积费用来替代其免于病虫害危害的生态效益.
3.7 森林生态系统功能总间接价值的评估
　　各间接价值评估方法见表1,总间接经济价值等于各项功能价值之和.即:
　　总间接价值 = 活立木价值 + 涵养水源价值 + 保护土壤价值 + 固定CO2价值 + 养分积累价值 + 污染物降解价值 + 免于病虫害危害的价值(表1).
4 间接经济价值计算
4.1 森林年生物生产量价值计算
　　由于植物年生产量主要体现在木材的生产量,因此,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立木林价[1]和吉林省林分净生长量标准,计算出该保护区每年生产活立木324227.62m3,总价值11487.04万元.减去每年砍伐木材的销售价值,1996年净生物生产量价值为10777.43万元.
表1 间接功能价值类型与评估方法
Table 1 Categories and valuation methods for indirect functional values
间接价值类型功能指示物评价方法计算途径
年生物生产量
水源涵养
保护土壤
固定CO2
营养循环
污染物降解
防治病虫害木材活立木
森林土壤保持水分
减少土壤侵蚀
减缓温室效应
吸收并持留养分
吸收SO2
免于病虫害危害市场价值法
影子工程法
机会成本法
市场价值法
市场价值法
生产成本法
替代花费法
市场价值法林分蓄积量×年净生长率×活立木价格
年径流量×单位蓄水量水库建设成本
减少侵蚀的土地面积×单位林地面积的正常收益;养分流失量×市场化肥价格
CO2固定量×碳税率/造林成本
持留N、P、K量×化肥价格
吸收SO2量×削减单位SO2的工程成本
森林面积×保护区外单位面积森林每年用于防治病虫害的成本

4.2 涵养水源价值计算
　　长白山天池气象站、和平营子雨量站和二道白河水文站三个不同海拔高度地点的平均年降水量分别为1332.9、814.1和726.3mm,算出该地区多年平均降水量为957.8mm.根据范世香等人[4]研究,长白山北坡温泉至二道镇区间完整森林生态系统平均耗散水量约占多年平均降水量的35％,径流系数为0.65.则:
　　R(年径流量)＝年降水量×径流系数=957.8×0.65 ＝623 (mm)
　　R总(年径流总量)=单位年径流量×长白山自然保护区森林总面积＝623×167081＝104091.46(万m3)
　　涵养水源总价值＝年径流总量×单位蓄水量的库容成本＝104091.46(万m3) ×0.67 (元/m3) ＝69741.28 万元
4.3 保护土壤价值计算
4.3.1 林地减少土壤侵蚀的价值 该价值＝废弃土地面积 ×林业生产平均效益＝(土壤侵蚀总量/a÷土壤表土平均厚度)×林业生产平均效益＝(有林地与无林地的侵蚀量×林地面积/土壤表土平均厚度)×林业生产平均效益＝30 (mm/a)×167081(hm2)÷0.6 (m)×282.17 (元/ hm2.a) ＝235.73 (万元/a)
4.3.2 林地减少N、P、K养分流失的价值 根据许广山等人[7]的土壤养分测定,长白山自然保护区红松阔叶混交林地0～60cm土壤库中有效性N、P、K总量分别约为276、375、868 kg / hm2,而红松云冷杉林地分别为237.86、25.48和163.22 kg/hm2,两者平均求得0～60cm土壤层中N、P、K总量为972.69 kg/ hm2.
　　减少养分流失价值＝年废弃土地面积×单位面积土层中N、P、K总量×化肥替代价格 ＝8354.05 (hm2/a)×972.69 (kg / hm2)×2549 (元/t)＝2071.29(万元/a)
　　因此,保护土壤总价值为上述两者之和,即:235.73 + 2071.29 = 2307.02万元
4.4 固定CO2的价值计算
　　本文使用碳税率和造林成本两种方法计算,前者使用瑞典碳税率,即 150美元/tC,折为1245元/tC;后者使用中国造林成本(生物量成本)250元/tC.碳税率方法算出每年固C价值为146179.8万元;造林成本法为29253.4万元.两种方法平均值为87716.6万元(表2).
4.5 营养循环价值计算
　　营养循环价值主要计算林分持留养分的价值,它取决于森林面积、单位森林面积养分持留量以及化肥替代价格.为计算方便,将长白山保护区森林近似地分为红松阔叶混交林和红松云冷杉林,根据测定的年净养分持留量[7],计算出长白山自然保护区森林生态系统年养分持留总量为17021.895 t,再以平均化肥价格2549元/t计算出养分积累总价值为4338.88万元/a (表3).
表2　长白山自然保护区森林固定CO2及其价值
Table 2 Value for CO2 fixation of forest in Changbaishan Reserve



植被类型生长量标　准(t/hm2. a)面　积(hm2)总生长量(t/a)固定CO2量 (t/a)折合纯C(t/a)固C效益(万元)
碳税法 (1245元/tC)造林成本法 (250元/tC)
阔叶红松林20.1965835.9961329228.72166642.7591323.273619.714783.1
云冷杉林13.4580295.8651079979.31760366.2480441.659815.012011.0
亚高山岳桦林5.156018.63130995.9550523.413788.91716.7344.7
高山灌丛2.38392.924935.161524.3416.051.810.4
落叶松林9.509523.18990470.30147466.640246.85010.71006.2
白桦山杨林14.197591.00107716.29175577.647918.95965.91198.0
合 计　169657.582639325.54302100.81174135.4146179.829253.4

注:生长量标准依李文华等的测定结果[8];各植被类型的面积依据中国科学院生态定位站的统计资料,其中阔叶红松林面积中包括杂木林面积
表3　长白山自然保护区森林生态系统养分积累价值
Table 3 Values for nutrient accumulation of the forest in the Changbaishan Reserve
林　分林分面积(hm2)林分净持留养分(t/a)养分总量(t/a)总价值(万元/a)
NPK
红松阔叶混交林类88968.8162952.875293.5971291.8274538.2991156.812
红松云冷杉林类80295.8657868.192990.0483625.35812483.5983182.069
合计169264.68110821.0651283.6454917.18517021.8954338.881

4.6 污染物降解和减少病虫害价值计算
4.6.1 污染物降解价值 根据《中国生物多样性国情研究报告》,每削减1 t SO2的投资成本为600元,据此算出森林消除SO2的效益.
　　降解SO2效益＝森林面积×单位森林面积SO2吸收量×削减单位重量SO2成本 ＝167081 (hm2)×152.13 (kg/hm2.a)×600(元/t)＝1525.08(万元/a)
4.6.2 森林病虫害防治价值　林业部统计数据表明,1994年和1995年全国用于防治森林病害、虫害和鼠害的总费用分别为26185.9万元和33409.3万元.如以1995年防治费用计算,平均林地防治费用为3.57元/hm2.
　　病虫害防治价值＝森林面积×单位面积防治费＝167081(hm2)×3.57(元/hm2.a)＝59.65(万元/a)
　　污染降解与病虫害防治年总价值＝1525.08＋59.65＝1584.73(万元/a)
4.7 间接价值总量计算结果
　　长白山自然保护区生物多样性总的间接价值为上述各项生态功能价值之和,即:
　　总间接价值 ＝活立木生长量价值＋涵养水源价值＋保护土壤价值＋固C价值＋持留养分价值＋降解SO2和防治病虫害价值＝10777.43(万元)＋69741.28(万元)＋2307.02(万元)＋87716.6(万元)＋4338.88(万元)＋1584.73(万元)＝176465.94万元
5　结　语
　　文中几种生态功能价值只是长白山自然保护区森林生态系统所有生态功能间接价值的一部分,尚有许多类型的间接价值由于计算的复杂性和技术上的困难难以评估,但它们无疑也是不能忽视的.例如,长白山自然保护区的大片原始森林对周围地区农业生产具有小气候调节作用;保护区促进了生物群体的遗传稳定性和变异度,其中孕育着丰富的遗传多样性;它还提供了野生动物的栖息生境等.可见森林生态系统的间接生态服务类型十分复杂,本文评估仅是其中一部分,且由于方法不太成熟,并非完全评估出其真正效益,还有待于今后进一步深入研究.
作者简介：薛达元(1955-),男,江苏姜堰人,博士,现在澳大利亚昆士兰大学经济系从事博士后研究工作.主要从事生物多样性保护和自然保护区管理研究.被ESCAP和UNDP多次聘用为生物多样性国际咨询专家.主持“八五”、“九五”国家科技攻关专题和多项部级及跨部委生物多样性重大科研项目,获国家和部级科技进步奖5项(其中4项为第一获奖人).出版专著、译著9部,发表论文60余篇.
作者单位：薛达元　国家环境保护总局南京环境科学研究所,江苏 南京210042；现在澳大利亚昆士兰大学经济系从事博士后研究　(Postdoctoral Research Fellow,Department of Economics,The University of Queensland,Brisbane Qld 4072,Australia)
　　　　　包浩生　南京大学自然资源研究中心,江苏 南京210093；
　　　　　李文华　中国科学院自然资源综合考察委员会,北京 100101
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收稿日期：1998-09-04
