黄河滩地杨树生态防护林生态系统服务的计量及其价值评估

论文摘要

生态系统生产功能下降、生物多样性减少、水旱灾害日益频繁、大气和水体污染加剧等等这些全球性和区域性的生态环境危机严重威胁到人类的生存与发展。黄河滩地生态防护林在区域经济发展、维持区域生态安全中发挥着越来越重要的作用。然而长期以来,人们只关心生态防护林的直接价值,即立木价值和林副产品的收益上,忽视了涵养水源、保育土壤、营养物质循环等间接效益。因此,适时研究现有黄河滩地生态防护林的结构和生态功能,既可提高人们对生态防护林的认识,也可为科学经营黄河滩区生态防护林提供理论依据。本文以济南市长清区黄河滩地的生态防护林为研究对象,选择生产上广泛应用的经营模式,采用专家咨询法构建了黄河下游滩区生态防护林生态系统服务的计量与价值评估指标体系,并采用空间代时间、定位观测与动态模拟相结合的方法,通过野外调查和资料收集,计量和评估了水源涵养、保育土壤、固碳释氧、净化环境等多种生态服务的功能及其价值。所获结论可黄河滩地生态防护林的可持续经营提供依据。主要结论如下:（1）计量与评估体系从森林生态系统服务的内涵入手,结合生态防护林的特点,建立了生态防护林生态系统服务计量和价值评估指标体系。从一定程度上填补了国内对生态防护林生态系统服务研究的空白。体系中一级指标3个,二级指标10个,三级指标21个。（2）防护林调节小气候作用同一品种相同密度的防护林防风效能随风力等级的提高而提高,而随林龄的增加而下降,8m风速范围内,最大防风效能超过60%以上;不同杨树品种之间的防风效能差异不显著。防风效能和风速之间存在正相关关系,模型拟合以Expotential Association的效果最优。生态防护林造林后,其调温增湿作用及其价值随林龄的增加而增强。其中增温作用林龄从2a到10a平均调节温度的幅度由0.1℃逐渐增大至2.03℃,各林龄的年调节温度价值分别为1512、6312、12768、16848、21072、26328、29328和30096和30528元·h-1·hm-2,调温耗电量、调温价值与林龄之间以Logistic模型拟合的效果最优;在增湿作用方面,林龄从2a到10a平均调节湿度的幅度由2%逐渐增大至3.35%,每公顷不同林龄的防护林每年增加湿度的价值依次为78.34、88.13、99.1、109.67、116.72、119.49、127.69、129.65和131.21元,增湿耗电量及其价值采用Expotential Association拟合效果较好;黄河滩地生态防护林的调温增湿价值合计分别为1590.34、6400.13、12867.1、16957.67、21188.72、26447.46、29455.69、30225.65和30659.21元·a-1·hm-2。（3）生物多样性长清黄河滩地造林后,生物多样性受到严重的影响。植物多样性不高,以草本植物为主,随着造林密度的减小有一定程度的增加;中林46品种的林地可以蕴含更多的多样性资源。黄河滩地生态防护林栖息蝗虫8种,优势种为短额负蝗、长额负蝗和日本蚱,区系成分广布种占62.5%,东洋种和古北种分别占12.5%和25%。蝗虫密度都在安全密度以下,与人工地面蝗虫防治相比,每年每公顷的抑蝗价值为166.3元。滩地防护林为喜鹊提供了营巢环境,营巢数量随林龄的增加而增加,从4a开始由0.08个/hm2增加9a的1.66个/hm2。从4a至9a,喜鹊控制害虫的价值依次由16元/hm2依次增加到46、110、148、222和332元/hm2。（4）涵养水源服务滩地造林改善了土壤的粒级组成和土壤水源涵养功能。防护林的水源涵养功能年均价值中,同一品种随密度的减小而减小,介于13164.6元/hm2和9910.0元/hm2之间;同一密度3m×8m的I107、L35、中荷1号和中林46林地之间,年际平均饱和蓄水量分别为1907.9、1863.9、1870.0和2128.9 t/hm2,年均蓄水价值分别为10901.4、10650.3、10685.3和12164.6元/hm2,中林46的涵养水源作用最大。（5）保育土壤生态防护林可以有效保育土壤,其中减少废弃地价值1.31元·hm-2·a-1,保持土壤肥力价值319.8元·hm-2·a-1,防止泥沙淤积的价值10.97元·hm-2·a-1;林龄2a至9a增加有机质的价值为335.44、1492.12、1893.20、4423.25、11321.42、13248.42、18287.79和32542.05元·hm-2·a-1;累计每年每公顷保育土壤的价值分别为667.52、1824.20、2225.28、4755.33、11653.50、13580.50、18619.87和32874.13元·hm-2·a-1。（6）净化环境生态防护林有较大的净化环境作用。其中净化水质的价值为6775.28元hm-2a-1;9a或10a固碳释氧价值介于11146.9～19684.91元hm-2a-1,滞尘价值为1718.7元hm-2a-1。（7）直接实物产品的计量与价值杨树个体生长曲线均呈“S”型,林分材积生长与密度成反比关系。长清黄河滩地杨树生态防护林树高和胸径方程以多项式方程为最优,单木材积和林分的材积生长的最优拟合方程为Logistic模型,各模型的相关系数均达0.99以上。造林初期间作1～3a,密度大于625株/hm2的林地通常只间作1a,可获得纯收入6599.25～10420.37元/hm2,低密度林地可以适当延长间作期1～2a。8a时不同密度的立木产品和木材剩余物价值依次是3m×3m>3m×5m>4m×6m>4m×4m>3m×8m。品种间相比I107和中林46最受欢迎并广泛栽植。滩地防护林2a到10a时,3m×3m、3m×4m、3m×5m、4m×6m的中林46累计价值分别为16.62、10.74、10.31、12.00万元/hm2,9a的3m×8m的中林46、L35、I107和中荷1号分别为10.12、9.34、11.48和9.93万元/hm2。林龄6～9a时林木年收益达到最大,其后1～3a内更新利用可以获得最大经济效益。因此生产上通常在7～9a主伐更新。（8）生态防护林生态服务总价值长清区生态防护林生态系统服务功能给人类带来了巨大的经济价值,主要从活立木蓄积、林副产品方面给人类带来直接的福利;同时,还对起着涵养水源、保育土壤、气体调节、净化环境和气候调节等作用。其中单位面积生态防护林的生态系统服务的直接价值和间接价值比值介于1.74和9.28之间。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 生态系统服务内涵与内容
• 1.1 生态系统服务的概念
• 1.2 生态系统服务研究的内容
• 1.2.1 生态系统服务分类
• 1.2.2 生态系统服务的形成及其变化机制
• 1.2.3 生态系统服务价值化
• 2 生态系统服务研究的发展历程
• 2.1 萌芽阶段（20 世纪80 年代以前）
• 2.2 理论和方法的完善阶段（20 世纪80 年代～20 世纪90 年代中期）
• 2.3 应用阶段（20 世纪90 年代中期开始）
• 3 生态系统服务研究理论与方法进展
• 3.1 生态系统服务的物质量测度
• 3.2 生态系统服务价值评估理论
• 3.2.1 生态系统服务价值评估的能量学基础
• 3.2.2 生态系统服务价值评估的的经济学理论
• 3.3 生态系统服务价值评估方法
• 3.3.1 生态系统服务的计量与价值评估方法
• 3.3.2 生态系统服务价值评估方法的争议
• 3.3.3 生态系统服务价值评估方法的改进
• 4 典型生态系统生态服务的研究进展
• 4.1 旅游风景区、自然保护区的生态服务
• 4.2 森林生态系统的生态服务
• 4.3 农田生态系统的生态服务
• 4.4 荒漠生态系统的生态服务
• 4.5 湿地生态系统的生态服务
• 5 生态系统服务计量与评价存在的问题及展望
• 5.1 存在的主要问题
• 5.1.1 缺乏统一的评估体系和标准
• 5.1.2 现有评估理论和方法的局限性
• 5.2 研究展望
• 5.2.1 评价指标体系的研究
• 5.2.2 生态系统服务动态监测与模型
• 5.2.3 新技术的应用
• 5.2.4 国民经济核算体系的修正和绿色GDP 的建立
• 6 本研究的内容、意义和创新点
• 6.1 研究的内容
• 6.2 研究的意义
• 6.2.1 有助于提高人们对滩区生态防护林生态功能的认识
• 6.2.2 可为国家的生态环境建设提供宏观决策依据
• 6.2.3 有利于生态补偿和碳交易政策的实施
• 6.2.4 丰富了生态系统服务研究的理论与实证案例
• 第二章 黄河滩地杨树防护林服务计量和评估指标体系的研究
• 1 研究方法
• 1.1 研究总体思路
• 1.2 指标体系建立方法
• 2 结果分析
• 2.1 评价指标筛选的基本原则
• 2.2 评价指标体系的建立
• 2.2.1 评价指标体系第一轮咨询
• 2.2.2 评价指标体系的第二轮咨询
• 2.2.3 评价指标体系的第三轮咨询
• 2.3 评价指标因子的说明
• 2.4 生态服务项目的计量与价值评估方法
• 3 小结
• 3.1 构建了黄河滩地生态防护林生态系统服务的计量与评价体系
• 3.2 规范了黄河滩地生态防护林生态系统服务的计量与评价方法
• 第三章 黄河滩地杨树生态防护林气候调节计量与评估
• 1 研究区域概况
• 1.1 自然地理
• 1.2 气候条件
• 1.3 社会经济条件
• 1.4 自然资源
• 2 材料与方法
• 2.1 小气候效应的测定与分析
• 2.1.1 测定方法
• 2.1.2 分析方法
• 2.2 黄河滩地生态防护林小气候调节价值评价方法
• 2.2.1 调温增湿价值评价
• 2.2.2 防风价值评价
• 3 结果分析
• 3.1 黄河滩地生态防护林的防风效能分析
• 3.1.1 不同造林年龄的中林46 杨防护林的防风效能
• 3.1.2 不同造林品种的防护林防风效能分析
• 3.2 防护林调节温度的效益评价与价值核算
• 3.2.1 防护林调节温度的效益计量
• 3.2.2 防护林调节温度的价值评估
• 3.3 防护林调节湿度的效益计量与价值评估
• 3.3.1 防护林调节湿度的评价
• 3.3.2 防护林调节湿度的价值评估
• 3.3.3 防护林调温增湿度的价值
• 4 小结
• 4.1 黄河滩地杨树生态防护林的防风效能
• 4.2 黄河滩地杨树生态防护林的调节温度作用
• 4.3 黄河滩地杨树生态防护林的调节湿度作用
• 4.4 黄河滩地杨树生态防护林的调温增湿作用价值累计
• 第四章 黄河滩地杨树生态防护林群落多样性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 调查方法
• 1.1.1 植物多样性调查
• 1.1.2 蝗虫多样性调查
• 1.2 α多样性测度方法
• 1.3 多样性数据的插补及延长
• 2 结果分析
• 2.1 不同造林密度的草本植物多样性分析
• 2.1.1 丰富度的变化
• 2.1.2 多样性的变化
• 2.1.3 均匀度的变化
• 2.2 不同品种杨树防护林的多样性
• 2.3 黄河滩地杨树生态防护林的蝗虫多样性
• 2.3.1 黄河滩地生态型
• 2.3.2 黄河滩地不同生境中蝗虫群落组成
• 2.3.3 黄河滩地不同生境中蝗虫区系组成
• 2.3.4 滩地防护林蝗虫群落多样性分析
• 2.3.5 不同防护林生境蝗虫群落的相似性分析
• 2.3.6 黄河滩地防护林的抑蝗价值核算
• 2.4 滩地防护林的鸟类多样性
• 3 小结
• 3.1 黄河滩地杨树生态防护林植物多样性
• 3.2 黄河滩地杨树生态林蝗虫多样性
• 3.3 黄河滩地杨树生态林鸟类多样性
• 第五章 涵养水源功能的计量与价值评估
• 1 材料与方法
• 1.1 样地设置
• 1.2 调查方法
• 1.2.1 土壤物理性状测定方法
• 1.2.2 涵养水源价值的测算方法
• 2 结果分析
• 2.1 不同林龄中林46 杨树林下土壤的水源涵养功能
• 2.2 不同密度中林46 杨树林下土壤的水源涵养功能
• 2.3 杨树连作林地的土壤涵养水源功能
• 2.4 不同杨树栽培品种的水源涵养功能
• 2.5 杨树生态林土壤蓄水价值评估
• 2.5.1 涵养水源物质量的测评
• 2.5.2 涵养水源的价值评估
• 3 结论
• 第六章 保育土壤
• 1 材料与方法
• 1.1 防风固沙测定
• 1.2 土壤化学性质
• 1.3 土壤微生物
• 1.4 土壤酶活性
• 1.5 保育土壤的价值评价
• 2 结果分析
• 2.1 滩地防护林减少侵蚀效应的计量与评估
• 2.1.1 杨树生态林减少废弃地及其价值
• 2.1.2 杨树生态林减少土壤肥力损失的价值
• 2.1.3 减少泥沙淤积的间接经济价值
• 2.2 滩地防护林保持土壤有机质的计量与评估
• 3 小结
• 第七章 净化环境功能计量与评价
• 1 材料与方法
• 1.1 净化水质功能
• 1.1.1 森林净化水量计算方法
• 1.1.2 净化水质价值计算
• 1.2 净化空气
• 1.2.1 固碳释氧量的计算
• 1.2.2 固碳释氧价值评价方法
• 1.2.3 滞尘
• 2 结果分析
• 2.1 净化水质土壤净化水质价值评价
• 2.2 固碳释氧价值评价
• 2.2.1 固碳释氧物质量评价
• 2.2.2 固碳释氧价值评价
• 2.3 滞尘价值评价
• 3 小结
• 第八章 杨树生态防护林生态系统实物产品的计量与价值评估
• 1. 材料与方法
• 1.1 样地概况
• 1.2 研究方法
• 1.2.1 林木生长量的测定及价值评估
• 1.2.2 农产品计量与价值评价
• 1.2.3 林副产品价值评价
• 2. 结果分析
• 2.1 滩地杨树生态防护林的林木生产量及其价值评估
• 2.1.1 滩地杨树生态防护林的林木高生长过程及其模拟分析
• 2.1.2 滩地杨树生态防护林林木产品价值评估
• 2.2 间作农作物的计量与评估
• 2.3 滩地防护林林副产品的计量与价值评估
• 2.3.1 木材剩余物价值评价
• 2.3.2 林下放牧的价值评估
• 2.4 滩地防护林的直接实物价值评估
• 3. 结论与讨论
• 3.1 黄河滩地杨树生态防护林林木生长过程
• 3.2 黄河滩地杨树生态防护林实物产品的价值评估
• 3.3 黄河滩地杨树生态防护林实物产品的价值累计
• 第九章 讨论
• 第十章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况