1、赵志江青岛农业大学 题 目：中国森林生态系统能值与服务功能价值的关系 姓 名： 王赵晨 学 院： 园林与林学院 专 业： 林学 班 级： 2013级 学 号： 813311001 指导教师： 赵志江 目 录摘要 1Abstract 21 引言 32 研究方法与数据 42.1 数据来源 42.2 研究方法 43 结果与分析 63.1 森林生态系统能值分布 63.2 森林生态系统能值与服务功能价值之间的关系 73.3 中国森林生态系统服务功能价值的动态变化 94 结论 95 讨论 12参考文献 14中国森林生态系统能值与服务功能价值的关系林学2013级 王赵晨指导教师 赵志江摘要：本研究使用了全球
2、气温和降水数据从1901年到2009年,该国的1266块森林样本主要森林类型的数据作为基础数据,能值理论和生态系统服务功能理论,建立中国森林的价值观和服务功能价,1990年和2009年之间的函数关系,研究了中国森林服务功能价值密度的变化。结果表明,该函数关系应用于1994年在中国森林生态系统服务功能价值的结果,在空间分布程度评价结果具有较高的一致性。2009年全国林地网格数量比1990年增加了14.02%,森林生态系统服务功能价值的平均密度增加了54.46 USD/hm2。北京、上海、江苏、天津、河北森林生态系统服务功能价值的平均密度降低了86.87%,分别为85.45%和86.87%,46.
3、48%和23.07%。吉林、河南、湖南、江西、黑龙江、浙江平均密度的森林生态系统服务价值下降了71.35%,58.65%,52.70%和71.35%,分别为23.36%和22.03%。广西、西藏、甘肃、内蒙古、四川、云南、宁夏森林破坏更明显,这些省份的平均密度的森林生态系统服务价值下降了2.89% 22.36%。根据第四和第七次森林库存,一份报告显示,近年来我国森林面积增加。但结果表明,许多省份的森林生态系统服务功能价值密度较低,表明森林生态系统仍没有完全恢复。中国森林生态系统服务功能通常是低于平均水平的全球森林生态系统服务功能价值,我国森林生态环境并不Abstract: this study
4、 used the global temperature and precipitation data from 1901 to 1901, the countrys 1266 pieces of main forest types of forest sample data as basic data, emergy theory and the theory of ecosystem service function, establishing Chinas forest values and service function, the function relationship betw
5、een 1990 and 2009, the Chinese forest service function value density changes. Results show that the function relation between applications in China in 1994 the result of forest ecosystem service function value, the spatial distribution of degree evaluation result has high consistency. The 2009 natio
6、nal forest land grid number ratio increased by 14.02% in 1990, the average density of forest ecosystem service function value increased by 54.46 USD/hm2. Beijing, Shanghai, jiangsu, tianjin, hebei forest ecosystem service function value of the average density was reduced by 86.87%, 85.45% and 86.87%
7、, respectively, 46.48% and 23.07%. Jilin, heilongjiang, henan, hunan, jiangxi, zhejiang average density of forest ecosystem service value dropped by 71.35%, 58.65%, 52.70% and 71.35%, 23.36% and 22.03%, respectively. Guangxi, Tibet, gansu, Inner Mongolia, sichuan, yunnan, ningxia forest destruction
8、is more apparent, the province of the average density of forest ecosystem services value has fallen by 2.89% 22.36%. According to the fourth and the seventh time the forest inventory, according to a report in recent years our country forest area increased. But the results showed that the density of
9、forest ecosystem services value of many provinces is low, show that forest ecological system is still not fully recovered. Chinese forest ecosystem service function is usually lower than the average level of global forest ecosystem service function value, the forest ecological environment is not ide
10、al in our country, the negative impact of human activities on the ecological system. 1 引言自中国改革开放以来,我们的社会和经济的快速发展,肆意砍伐森林,导致森林生态系统的严重破坏。生态系统破坏气候和环境变化已经帮助科学家研究生态系统服务功能。到1990年代,人们意识到,人类在创造巨大的物质财富,也导致了全球生态系统损害,这会削弱和动摇社会发展的基础。因此,研究人员将研究方向生态系统物种多样性、全球变化和可持续发展的生态系统三个研究方向。21世纪初,生态系统评估,一千年实施,生态系统的价值评估成为研究热点之一
11、。目前,森林生态系统的价值评估方法主要有两个,即生态系统服务功能价值和理论价值。1997年,程度评估全球生态系统服务的价值,和世界各地的平均价值生态系统的服务功能1。从那时起,来自世界各地的学者根据这一方法评价多个生态系统在世界的不同地区,并取得了良好的效果2-11。然而,生态系统服务价值计算是基于选择的经济学评估成本、影子价格的方法,计算过程需要大量的气候、自然资源和经济方面的相关信息,数据访问是困难的、复杂的计算,计算长时间尺度是困难的。而热处理仿佛喑哑12能值理论与分析方法,生态系统和经济系统的资源、商品或服务的价值,如定量分析。产品或服务的形成过程中直接或间接地在一个有效的能源使用,什
12、么是有价值的(能值)。和任何形式的能源来自太阳能,太阳能作为基准来衡量各种能源可以价值。任何资源,产品或服务形成所需的太阳能的直接和间接应用,是太阳能(太阳能能值),单位为太阳能焦耳(即太阳能emjoules sej)。该方法解决了不同等级和不同类型的材料不同时,问题的分析和比较。在中国,中国学者,森林、草原和农田,其他城市生态系统能值研究1317。森林生态系统是重要的陆地生态系统。第七次全国森林资源根据库存和森林资源的状态报告,2004 - 2008年中国的森林覆盖面积为19.5亿款hm2,占中国土地面积的20.31%。森林生态系统的变化起着重要的作用对我国环境、生态。能值理论的生态系统评估
13、方法相对简单,数据访问是容易的,可以做长时间尺度的计算。如果可以找到森林生态系统价值和服务功能价值之间的关系,可以计算出森林生态系统的生态系统服务功能的价值,以解决生态系统服务功能锁,困难问题的计算复杂性。因此本文的研究目标是:1)能值理论和生态系统服务理论可以建立中国森林生态系统价值和森林生态系统服务价值之间的关系;2)在1990年和2009年中国森林生态系统服务功能价值密度进行了研究。在中国建立的森林生态系统能值和森林生态系统服务功能价值的函数关系,因为程度1是根据1994年的货币标准来估计全球陆地生态系统服务功能价值,保持数据的一致性,减少误差估算流程基础上,成立于1994年,是一个基准
14、在中国森林生态系统价值和森林生态系统服务功能价值的价值关系。2 研究方法与数据2.1 数据来源本研究选择气候研究中心的气象数据1901 20090.5 x 0.5网格分辨率的年降水量和年平均温度数据。植被地理科学的数据和资源,中国科学院研究所中国森林1266件样品的主要森林类型数据和1公里1995年国家电网数据的土地利用类型和欧洲航天局公布了1994年全球森林覆盖率数据,2009年全球土地利用类型。2.2 研究方法2.2.1根据yan-ling歌植被生物量数据计算18和沈Miaogen19中国森林生长季节的研究可以分为三个区域,计算实际蒸发大量的垃圾和净初级生产力。北部地区包括:黑龙江、吉林、
15、辽宁、内蒙古自治区、甘肃和新疆维吾尔自治区北部地区,中部地区,包括:山东、河北、北京、天津、陕西、江苏北部、安徽北部、河南的北部和东北部地区,北部和中部地区的陕西,宁夏回族自治区,南方大部分地区的甘肃、青海、西藏、四川西部地区的大部分地区,其余的南部。实际蒸散量:1901 20090.5 x 0.5网格分辨率的年降水量和年平均温度逐年数据,中国区域数据的提取和线性插值得出中国在1901 20090.1 x 0.1网格分辨率的年降水量和年平均温度数据。结合Turc9提出的模型来计算1090.1 x 0.1网格分辨率的实际蒸散量数据。计算公式是:式中：P为全年降水量(mm/a), T为年平均气温(
16、oC)。净第一生产力数据获取：根据Miami模型22计算得出。公式如下：式中：NPP为净第一生产力，单位：g/m3。生物凋落量：根据王斌23建立的中国主要森林类型生物量和年凋落量之间的函数关系得出。生物量数据：植被生物量 (BIO) 由上一年的生物量 (BIO0) 和当年群落增长量 (BIO)组成，根据王斌23的研究，净第一生产力 (NPP) 可以近似的等于群落生长量 (BIO) 和年凋落量 (L)。由此可以推算出生物量 (BIO) 为上一年的生物量 (BIO0) 与当年净第一生产力 (NPP) 的和减去上一年的凋落量 (L)。2.2.2 森林生态系统能值根据能值理论对森林生物量进行动态模拟1
17、2-13, 23-26，应用全国1266块森林样地主要森林类型数据、在计算实际蒸散量时线性内插得出中国 19012009年0.10.1网格分辨率逐年的年降水量和年平均温度数据模拟中国 1994 年森林生物量分布并计算出其能值。再根据1995年中国1 km网格土地利用数据将非森林格点赋值为0。具体获取方法如下：式中：EN(BIO)：森林生物量所具有的能量，单位：J/(hm2a)；EM(BIO)：森林能值，单位：sej；Tr(BIO)：太阳能值转换率，单位：sej/J；S(BIO)：格网内有林地面积，单位：hm2。2.2.3 森林生态系统服务功能根据Costanza1, 27等人对1994年全球生
18、态系统服务与自然资本价值的研究并结合NASA公布的与之对应的0.250.25网格分辨率土地利用类型覆盖数据 (ISLSCPII) 估算出1994年中国森林生态系统服务功能价值。由于服务功能价值数据是按照IGBP计划土地利用类型覆盖数据的分类方法，将全球陆地分为17种土地利用类型，每个格网所对应的土地利用类型均对应一个服务功能价值的均值。所以本研究先将土地利用类型覆盖数据差值为0.1 0.1 网格分辨率，提取每个网格下所有土地利用类型服务功能价值的总值，再判断网格的土地利用类型，不考虑非森林网格 (图 1)。随后将森林生态系统服务功能价值、森林生态系统能值和所在地理坐标，以省为单位，建立森林生态
19、系统服务功能价值与森林能值之间的关系。由于上海、天津有林地网格数很少，所以将其分别与江苏和河北合并共同建立关系。3 结果与分析3.1 森林生态系统能值分布根据能值动态模型模拟结果 (图2)，1994年中国森林能值储备情况南方优于北方。从各省森林生态系统能值的空间分布看，森林能值分布基本与森林面积分布情况相一致。其中各省森林生态系统的平均森林能值密度以西藏自治区最高，为2.87E+17 sej/hm2；其次是青海省、福建省、和江西省，分别为2.28E+17 sej/hm2、2.21E+17 sej/hm2和1.86E+17sej/hm2；上海市、江苏省和山东省森林生态系统的平均森林能值密度最低，
20、分别为8.31E+16 sej/hm2、7.80E+16 sej/hm2和 1.84E+16 sej/hm2。但从各省有森林生态系统的森林能值总量来看，其分布与森林能值密度略有差异。森林能值总量最高的省份是云南省，为3.61E+24sej，其次是西藏自治区、黑龙江省和四川省，分别为 3.59E+24sej、3.16E+24sej和2.92E+24sej，森林能值最少的地区为江苏省、天津市和上海市，分别为2.07E+22sej、2.60E+21sej和2.99E+19sej。由此可见，森林生态系统能值的高低不仅受森林能值密度的影响，还受森林面积影响。森林生态系统能值总量的空间分布和森林生态系统的
21、服务功能的空间分布具有较高的一致性 (图1、图2)。3.2 森林生态系统能值与服务功能价值之间的关系基于 1994 年平均森林生态系统能值密度数据和森林服务功能价值的栅格数据，结合经纬度坐标，建立森林能值密度与服务功能价值的关系 (表1)。其中FSV为森林生态系统服务功能价值 (forest ecosystemservicevalue)，单位为 USD/ hm2；X 为经度；Y 为纬度；DEN为森林能值密度，即EN(BIO) Tr(BIO)，单位为 1E+15 sej/hm2。相关显著性检验中均在 0.01水平上显著相关(P 0.01)。基于森林生态系统能值与服务功能的关系，模拟1994 年中
22、国森林生态系统服务功能价值密度的平均价值。模拟结果显示，1994年我国森林生态系统服务功能价值密度在 0.31011.19USD/(hm2a)，其变化规律与 Costanza1和陈仲新、张新时3估算的结果相一致(图 3)。但是单位面积森林生态服务功能价值的均值低于Costanza1和陈仲新、张新时3估算的结果。森林覆盖数据比较粗糙、生物量数据较少都是导致计算结果产生偏差的主要原因。3.3 中国森林生态系统服务功能价值的动态变化基于中国1994年森林生态系统能值和服务功能价值建立的关系，估算出1990年和2009 年中国森林生态系统服务功能价值密度。由于我国还未公布 2000 年以后的中国土地覆
23、盖数据中各土地利用类型在栅格中所占面积的数据，所以没有对森林生态系统服务功能价值的总价值进行估算。通过逐栅格计算发现，2009年全国有林地栅格数目比1990年增长14.02%，其中有13个省份、直辖市的平均森林服务功能价值密度呈上升趋势，有19个省份、直辖市平均森林生态系统服务功能价值密度呈降低趋势 (图4、图5)。全国平均森林生态系统服务功能价值密度由1990年229.50 USD/hm2增长到2009年282.96 USD/hm2。其中，除黑龙江、内蒙古和辽宁四省外，南方地区提供的森林服务功能大于北方地区，这与我国森林空间分布规律和生物多样性相一致。到2009年为止，各省、市森林生态系统服
24、务功能价值密度平均值最高的是海南、台湾和云南，分别为1689.19 USD/hm2、900.66 USD/ hm2和540.58 USD/hm2；其次是辽宁、黑龙江和内蒙古，分别是433.88 USD/hm2、424.83 USD/hm2和401.53 USD/hm2，各省、市平均森林生态系统服务功能价值密度最低的是天津、北京、江苏和上海，分别是59.83USD/hm2、50.42 USD/hm2、21.80 USD/hm2和14.11 USD/hm2。从森林生态系统服务功能价值密度的变化量来看，北京、湖南、河南和黑龙江四个地区森林生态系统服务功能价值密度平均值减少最多，海南、台湾、安徽和辽宁
25、四个地区平均森林生态系统服务功能价值密度增长最多。从空间分布上，城市化水平较高地区，森林生态系统破坏最为严重。如上海、北京、江苏、天津、河北，平均森林生态系统服务功能价值密度分别减少了86.87%、 85.45%、81.99%、46.48%和 23.07%；其次是长江中、下游地区和黄河下游沿岸地区以及东北的北部和中部地区，河南、湖南、吉林、江西、黑龙江和浙江平均森林生态系统服务功能价值密度分别下降71.35%、58.65%、52.70%、34.56%、23.36%和22.03%；我国广西、西藏、甘肃、内蒙古、四川、云南、宁夏森林破坏也比较明显，平均森林生态系统服务功能价值密度分别下降了22.3
26、6%2.89%不等；其他地区的森林生态系统服务功能价值密度均有不同程度的增长。以上结果显示，造成森林生态系统服务功能价值密度降低的主要原因是由于这些地区人类活动频繁、持续的城市扩张和长期发展农业导致的。根据全国第4次和第7 次森林清查报告显示，近年来我国森林面积持续增加，但是森林服务功能价值密度仍处于下降趋势，这说明森林生态系统的恢复比较缓慢，在这期间我国对森林生态系统破坏的速度远大于对其恢复的速度，森林保护和可持续发展工作需要长时期的进行下去。4 结论本文基于能值理论和生态系统服务功能理论，建立中国森林生态系统能值与服务功能价值密度之间的函数关系，并研究1990年和2009年中国森林生态系统
27、服务功能价值密度及其变化。研究结果显示：（1）基于森林能值、服务功能价值密度和坐标数据，建立我国森林生态系统能值与服务功能价值的关系，其相关显著性检验均在0.01水平上显著相关。模拟1994年中国森林生态系统服务功能价值密度的平均价值为 0.31011.19 SD/(hm2a), 其变化规律与Costanza1和陈仲新、张新时3估算的结果相一致。但是单位面积森林生态服务功能价值的均值低于Costanza1和陈仲新、张新时3估算的结果。(2) 对 1990 年和 2009 年单位面积森林生态系统服务功能价值变化进行分析，2009 年全国平均森林生态系统服务功能价值密度比1990年增加了54.46
28、 USD/hm2。但各省份的分析结果显示，与1990年相比，2009年我国有13个省份 (直辖市) 的平均森林服务功能价值密度呈上升趋势，19个省份 (直辖市) 的平均森林服务功能价值密度呈下降趋势。其中平均森林服务功能价值密度下降的最多的是北京、湖南、河南和黑龙江四个地区，上升最多的是海南、台湾、安徽和辽宁四个地区。(3) 从空间分布上，城市化水平较高地区森林生态系统破坏最为严重，仅上海和北京平均森林生态系统服务功能价值密度下降就分别下降了86.87%和5.45%；其次是长江中、下游地区和黄河下游沿岸地区以及东北的北部和中部地区，河南、湖南、吉林、江西、黑龙江和浙江平均森林生态系统服务功能价
29、值密度下降71.3522.03%不等；西部和南部的边远地区森林生态系统也有不同程度的破坏，广西、西藏、甘肃、内蒙古、四川、云南、宁夏平均森林生态系统服务功能价值密度分别下降了22.36%2.89%不等；其他地区均有不同程度的增长。5 讨论生态系统的服务功能价值已受到人们的重视，而起评估的方法也有很多。本研究只是初步根据森林生态系统能值和服务功能价值，按照省级建立森林能值与服务功能价值的关系。为将来生态系统服务功能价值评估提供新思路：找出生态系统能值与服务功能价值的关系，建立生态系统服务功能价值模型，简化繁琐的估算方法。研究过程中发现到目前为止我国森林面积虽然很大，但是其生态环境并不理想，人类活
30、动对森林生态系统的影响巨大；我国森林生态系统服务功能价值略低于全球平均水平。在经济高速发展的同时应减少森林砍伐，提倡植树造林，加强对森林生态系统的保护。研究过程中还有很多不足之处，由于森林服务功能资料是应用Costanza1的研究结果，即全球森林服务功能价值的平均值，不能按照森林类型建立函数关系。其次森林类型根部数据比较粗糙，生物量数据较少，在估算森林能值时也存在一些误差，在接下来的研究工作中会对此进行改进。参考文献 (References)1 Costanza R, Arge R d et al. The value of the worlds ecosystem services and
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