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发布时间:2020-08-18 21:36:34

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作者:陆贵巧,程旭,张建华

出版社:河北科学技术出版社

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大连城市森林生态效益评价及动态仿真

大连城市森林生态效益评价及动态仿真试读:

前言

城市作为人类的聚居地,是人类技术进步、经济发展和社会文明的结晶,是以生态代谢过程为经络的空间地域系统。林业是陆地生态环境建设的主体,森林对保护、改善城市生态环境具有巨大的能动作用。随着城市化步伐的加快,城市森林应运而生。

近十多年来,我国的城市森林继承了中国古典园林“师法自然”、“天人合一”的精髓,并借鉴了国外城市森林发展的成功模式,其发展方兴未艾。城市森林作为一个与城市环境密切联系的生态系统,它广泛参与城市生态系统物质、能量的高效利用和社会、自然的协调发展,在系统自我调节中起重要作用,具有巨大的功能效益。

本书借鉴国内外有关城市森林研究的成果与实践经验,结合我国城市林业发展现状与趋势,总结了城市森林与城市林业的概念、内涵。同时依据生态学、城市生态学、生态经济学、水土保持学、植物生理学、森林经济学、环境经济学、系统动力学等基本理论对大连城市森林效益进行了深入研究。并在效益研究的基础上,利用系统动力学原理对大连城市森林整体效益进行了仿真。

本书在大连城市森林理论上有如下几方面创新:一是通过对大连市主要绿化树种的选择及个体生态效益初步分析,对今后大连城市绿化的树种配置及服务功能研究有重要意义。二是从个体效益与综合效益两大方面对大连城市森林生态效益进行测算与评价,首次对大连城市森林生态效益进行较系统、较深入的研究,为大连城市森林生态效益的研究提供参考依据。三是在相关研究成果的基础上,首次运用数量化理论模型、神经网络系统对大连城市森林水土保持效益进行估算。四是通过模型模拟,预测了各变量的发展趋势,可以为大连市森林规划、合理开发利用森林资源提供数据资料,而且为森林资源的保护和管理决策提供依据。

本书在编写过程中,得到了北京林业大学谢宝元教授的悉心指导;在资料搜集期间,得到了大连市林业局的大力支持;在模型构建及计算机软件的应用方面,得到了河北农业大学多位教授、专家的帮助和指教;在外业调查方面,得到了河北省林业局的支持与配合,特别是得到了河北省木兰林管局多名工程技术人员的支持。可以说,本书是北京林业大学、河北农业大学、大连市林业局、河北省木兰林管局集体智慧的结晶,是教学、科研、生产三位一体的成功实践。

限于作者知识结构的水平、实践经验存在的不足,本书关于城市森林生态效益的评价,尤其是研究生态效益与社会经济之间的相互作用还不够具体和系统。另外,城市森林生态效益价值评估理论和方法还不够成熟,评价结果差异还比较大。以上不足尚需广大读者提出宝贵意见,以便日臻完善。陆贵巧2008年5月

第一章 城市化下的城市林业

城市是一种以自然生态系统为基础,以人类技术和社会行为为主导,以生态代谢过程为经络的社会—经济—自然复合生态系统,是一种能流、物流、信息流和人流高速发展的空间地域系统。社会经济的发展和人类文明的进步使城市化(urbanization)成为一种必然趋势。20世纪50年代以后,城市化浪潮席卷全球,中国及世界范围内城市化进程极为迅速(表1-1)。由于低价的国际航空运输、数字化技术及自由化贸易促使世界经济以超常的速度在城市中发展,专家预计,2030年世界城市人口化将超过60%。目前,我国城市化水平已达到36.2%,预计到2010年和2020年将分别达到50%、60%,届时全国人口可能分别达到13.8亿和15.0亿,城市总人口达到6.9亿和9.0亿。

城市化是现代化的重要过程和标志,给社会带来长足进步的同时,也给城市带来了令人深感忧虑的社会环境问题,如人口爆炸、资源短缺、能源危机、住房紧张、就业困难、交通拥挤和环境恶化等。加上城市在开发和建设过程中,人为强度利用,大量排放烟尘、粉尘、SO等有毒气体及光化学烟雾,引起城市大气污染、水污染、土壤污2染、噪音污染、光污染、酸雨污染、热岛效应等一系列环境问题,严重恶化了城市及周边地区生态环境,加剧了生态失衡,影响了城市居民的身心健康,威胁着城市的生存与可持续发展。人们认识到“城市发展必须与自然共存”,以极大的热情探索“理想城市”的发展模式,以寻求解决城市化进程中出现的一系列矛盾。与此同时,生态学经过E.P.Odum和H.T.Odum兄弟的研究发展,生态系统理论已变的完整和充实,并逐渐为广大生态学家和人们接受。人们开始将人类自身放在生态系统之中,尝试利用生态学来解决人类面临的实际问题,以达到人类社会在经济生产和环境保护之间的协调发展。于是,20世纪60年代开始,一些发达国家把林业的研究重点转向城市,并逐步形成了现代林业的一个重要分支——城市林业(urban forestry)。

第二章 城市森林效益评价研究综述

1 城市森林的形成与发展

1.1 城市森林与城市林业的概念

城市森林与城市林业是相辅相成的两个概念,城市森林在广义上是一种森林生态系统,在狭义上是一种森林类型。而城市林业则是对城市森林的经营与管理的行业或学科。许多学者从不同角度提出城市森林和城市林业的概念,目前还没有统一的定义。

城市森林这一概念的提出已有40多年的历史,对其定义也各不相同。

Rowntree(1974)指出:在市区内如果某一地域具有2.8~225.5m/hm的立木地径面积,并且具有一定的规模,那么它将影响风、温度、降雨和影响动物的生活,这种森林可成为城市森林。

Grey(1978)等认为:城市森林包括了行道树、公园、街道游园、住宅区的所有树木,它是城市环境的重要组成。

美国学者Miller(1980)认为:城市森林是人类密集居住区内及周围所有植被的总和,它的范围涉及市郊小社区直至大都市。

高清(1984)认为:城市森林研究的范围包括,庭园木的建造,行道树的建造,都市绿化的造林与都市范围内风景林与水源涵养林的营造。

Gobster(1994)把城市森林定义为:城市内及人口密集的聚居区域周围所有木本植物及与其相伴的植物,是一系列街区林分的总和。

彭镇华(1999)考虑中国自然条件和城市环境现状及其特殊性,结合中国城市发展的趋势和特点认为:城市森林(urban forest)是指在城市地域内以改善城市生态环境为主,促进人与自然协调,满足社会发展需求,由以树木为主体的植被及其所在的环境所构成的森林生态系统,是城市生态系统的重要组成部分。

Erik Jorgensen(1964)最早提出:城市林业并非仅指城市树木的管理,而是指对受城市居民影响和利用的整个地区所有树木的管理,这个地区包括服务于城市居民的水域和供游憩的地区,也包括行政上划为城市范围的地区。

美国林业工作者协会城市森林组对城市林业所下定义“城市林业是林业的一个专门分支,是一门研究潜在自然、社会和经济福利学的城市科学,目标是城市树木的栽培和管理,任务是综合设计城市树木和有关植物以及培训市民,其范围包括城市水域、野生动物栖息地、户外娱乐场所、园林设计、地面污水处理、树木管理和木质纤维的生产等”,比较全面,切合实际,被世界各地城市林业学者接受并认可。

美国负责城市林业方面的副主席Q.Moll(1992)指出:城市林业是林业的一个分支,是一门年轻的学科,是在许多学科(城市规划、风景园林、园艺、生态学等)的基础上建立的,着重研究城市森林的生态、社会和公共卫生价值的一门新兴学科。城市林业将种植和管理树木作为自己的目标,对居民的健康、社会的文明和经济的发展起着现实和深远的影响。

张建国(1996)认为:城市林业是林业和园林的融合、扩大、提高和升华,是建设经营利用城市生态系统的行业。

刘森茂(1999)指出:城市林业是城市内及其周围的树木和相关植物的培植和管理,是城市居民生活、生存的需要,它把森林引入城市,让城市坐落在森林中,充分协调人类与森林的关系。

蒋有绪(1999)认为:城市林业是全方位为林业服务的林业体系,是城市现代化建设和管理的一个重要组成部分,是由点、块、带、网、片相结合形成的一个完整的景观系统。

李吉跃等(2001)认为:广义的城市林业是研究林业与城市环境(包括物质环境、人与空间环境、社会及商业环境、政治与法律环境等)之间的相互关系,综合设计与合理配植、管理树木及其他植物,改善城市环境,繁荣城市经济,维持城市可持续发展的一门科学。可以说,城市林业是林业与园林融为一体的多功能林业,是城郊一体化、林园一体化的高效林业,它既是园林的扩大,又是传统林业的升华。

1.2 国外城市森林的形成与发展

1.2.1 国外城市森林的形成和理论研究概述

城市森林是随着人们对城市污染认识的日益加深,在城市园林绿化的基础上产生的,城市森林的发展大致经历了以下几个阶段:(1)萌芽阶段(1962年以前)。城市森林起源于人们无意识的实践活动。公元前1500年,埃及人就开始移栽树木;1778年,英格兰人约翰.爱弗林发表了具有划时代意义的巨著《森林》;1924年,国际树木栽培协会成立,反映了人们开始有组织地研究街头绿地。在这漫长的无意识实践过程中,人们对城市树木的重要意义有了进一步的认识和提高,为城市林业概念的形成创造了条件。(2)兴起阶段(1962~1973年)。城市林业首先在北美兴起。1962年,美国肯尼迪政府在户外娱乐资源调查报告中,首先使用“城市森林”这一名词。1965年,加拿大多伦多大学Erik Jorgensen教授最早提出了“城市林业”的概念,并在该校率先开设了城市林业课程。1967年,美国农业和自然资源教育委员会出版《草地和树木在我们周围》一书,认为城市森林是以人为主体的森林生态系统,为城市林业的形成提供了应用依据。1968年美国娱乐和自然学居民咨询委员会主席向美国总统提出关于城市树木计划报告,美国官方承认了城市林业和城市森林的概念。1972年,美国国会通过《城市森林法》,林学会成立了城市林业专业组,城市林业在美国获得法律地位。(3)繁荣发展阶段(1973年以后)。1973年,国际树木栽培协会召开了城市林业会议,并于1978年成立了城市林业委员会。同年美国国会制定了《合作森林资助法》,其中第六部分是发展城市森林。自1978年以来,美国接连召开了35次全美城市林业会议,研究城市林业的发展。1979年,加拿大建立了第一个城市森林咨询处,研究、回答城市森林的有关问题,标志着在发达国家已经开始应用城市林业理论指导城市建设和改造。

北美城市林业的兴起与发展影响并带动了其他国家和地区。法国、德国和瑞士等国家也纷纷将城市森林在城市生活中的作用列为环境科学研究重点。1975年,德国通过了“联邦自然保护法案”。1992年在法国召开的第14届国际林业大会上,增设了“森林和树木社会、文化的景观功能”,对城市森林的栽培管护、作用和范围进行了广泛讨论。其他国家,如北欧的挪威、丹麦、俄罗斯,以及墨西哥、日本、奥地利、瑞典、新加坡、马来西亚等很多国家也都陆续开展了城市森林研究。许多国家有关院校开设了城市林业课程,并制定了比较完备的法律、法规体系,以保证城市森林健康、持续、稳定地发展。

1.2.2 国外城市森林建设现状

美洲国家注重城市林业中环境容量的研究,以便确定城市绿地环境的负载熵值,为城市建设的规划、设计和管理提供科学依据。美国城市森林的各种研究,从概念界定、效益分析到价值评估、管理策略等多是基于城市树木展开,其城市森林的基本格局是“从天空俯视,1/3是树冠,1/3是草地,1/3是建筑”,行道树是城市森林中维护、管理最为全面的类型。美国针对2787个城市进行了城市行道树统计调查,建立了以单株树木为主体的城市树木计算机管理系统,开发了城市树木的全树干生物量模型,研究了城市树木价值体系和评价方法。其他国家和地区也开展了城市森林建设项目,如亚特兰大为迎接1996年夏季奥运会实施了27个城市森林研究项目,以改善城市的自然景观和环境质量;1990年墨西哥城“每户一株树”绿色行动取得明显成效,市区共种植150万株树木;危地马拉市于1986年开展“绿色城市”运动,试图改善城市形象与生态环境;1988年厄瓜多尔的基多在NGO和美国和平组织资助下,实施城市林业强制性计划。

欧洲国家城市森林研究重点是城郊森林的户外活动和游憩功能以及保护和增加生物多样性功能,而且瑞典、俄罗斯等国家均采用近自然管理方式。德国在城市总体规划中较为先进,慕尼黑从1992年62起,预计用25年、14.3亿美元建设14个绿化带,共5.84×10hm,将城市绿地与周围景观连接起来,现在该城市和法兰克福、斯图加特、纽约堡周围都保留有大面积的森林绿地。英国1685年就有景观运动,18世纪开展空地运动来保护与改善环境;20世纪80年代中期开始实行城市林业发展项目,开展了全国性的城市森林建设,其中1987年9月实施的“伦敦森林”计划延续了15个月,植树14万株,扩大了城郊森林带,而且提高了市民对发展城市林业重要性的认识。迄今为止,欧洲已开展城市林业研究项目400多项,巴黎、波恩、哥本哈根等都有很成功的实例。此外,20世纪90年代欧洲建立了如欧洲国际联合会(IUFRO)等各类城市林业研究联合机构,这些机构以数据资源共享为宗旨,为开展欧洲城市林业研究提供了没有壁垒的“平台”。

日本于70年代出现全国规模的城市绿化高潮,在城市周围建立了以环境保护与森林游憩为主要目的的森林,并于1980年通过了“横滨21世纪计划”。香港也于1991年提出了绿化香港运动。

前苏联生态学家龙尼斯基提出了生态城市。上世纪80年代以来,国际社会普遍认为“生态城市”是未来城市的发展模式,各国相继付诸行动。目前,伦敦、华盛顿、亚特兰大、巴黎、莫斯科、堪培拉、华沙、香港、新加坡、东京等已相继开展森林城市的建设实践。

1.3 国内城市森林的形成与发展

1.3.1 国内城市森林的引入与理论研究

我国城市森林的研究起步较晚。1978年台湾大学森林系开设了城市林业课程,高清教授于1984年出版《都市森林学》。1989年中国林业科学研究院开始研究国外城市林业发展状况,首先将城市林业概念引入内地。1992年8月中国林学会在天津市召开了首届城市森林研讨会,12个城市的50多名代表从不同角度对城市森林的名称、概念、范围、规划布局及发展对策进行了深入的讨论,北京、上海、天津和14个沿海开放城市相继确定城市林业发展方向和重点。从1995年开始,全国有关院校开设了城市林业课程,国家也颁布了发展城市林业的一系列法律保障体系。中国林业部也于1995年制定了《中国21世纪议程——林业行动计划》,明确提出了我国发展城市林业的依据、目标和行动。同年,全国林业厅局长会议确定城市林业为“九五”期间林业工作的两个重点之一。2001年,由国家林业局负责,开展了国际层面的“中国可持续发展林业战略研究”,并于2003年全面完成,提出了未来中国林业以推动“三生态”发展的总体战略思路,并第一次明确提出实施中国城市林业发展的整体构想。2002年城市森林建设被国家林业局纳入中国可持续发展林业发展规划中,成为生态优先、生态建设和生态文明三生态战略的重要内容。此外,我国于2001年和2002年参加了两次“亚欧森林保护和可持续利用国际研讨会”,强调发展城市林业的重要性,并在2002年上海召开的城市森林与生态城市国际学术研讨会上,对城市林业的各个方面进行了广泛而深入的探讨,特别是2004年在中国苏州和北京举办的亚欧城市林业研讨会,是城市林业研究网络的重要里程碑。

城市林业的概念在国内一经提出,城市森林的研究就得到普遍重视并取得了积极进展和显著成效。1992年,国家科委和北京市科委下达了八五攻关课题“园林绿化生态效益的研究”,主要研究城市片林、专用绿地和居住区绿化的生态效益及植物配置的合理性。1994年,内蒙古自治区科委下达“内蒙古环保性生态园林模式研究”课题,研究了工厂绿化如何提高环境效益。1995年,广州市科委立项实施“广州市城市林业的现状调查与发展研究”,研究了城市森林的空间特征与发展趋势,建立了GIS支持下城市森林资源管理和计算机决策系统,对2010年城市林业的建设远景进行了系统规划。1996年,原林业部下达“城市林业结构与经营研究”项目,研究不同类型城市环境下,不同功能的城市森林类型、结构规划、营建模式和经营技术。同年,原林业部和北京市林业局共同下达“北京市城市林业发展战略研究”项目,研究北京城市林业可持续发展战略。1998年,中国林业科学研究院主持了由国家科技部、财政部和国家林业局支持立项的“中国森林生态网络体系建设研究”项目,率先在哈尔滨、大连、上海、合肥、厦门等9个城市,针对城市森林布局、树种选择与配置、树种生态效益等城市森林建设问题开展了比较系统的研究,并于2002年被国家科技部纳入国家“十五”科技攻关重大专项“生态农业技术体系研究与示范”项目,在全国16个典型城市系统地开展了城市森林建设的研究。这些研究为我国城市林业的发展建设在理论上起到了奠基性和开拓性的推动作用,在实践上起到了规范性和指导性的决策作用。

1.3.2 国内城市森林建设实践

近十多年来,我国借鉴了国外城市森林发展的成功模式,继承了中国古典园林“师法自然”、“天人合一”的精髓,在各级政府和有关部门的积极推动下,城市森林建设实践蓬勃兴起。

1988年吉林省长春市兴建了我国第一个省级“森林城”;1991年辽宁省阜新市兴建了第一个地级“森林城”;1997年湖南省娄底市兴建第一个县级“森林城”,目前这3个城市已被国家林业局正式批准为建设森林城市的重点市区。随后,浙江、海南、云南、江西、湖北等省均提出建设生态省、市,许多城市开展了城市森林规划建设:北京制定了“园林化大都市”、“绿色奥运”、“数字首都林业”建设目标及“一城、两带、三网、多点”的北京林业工程建设布局。上海开展了“上海现代城市森林规划研究”,按照“林网化与水网化”建设理念,提出了“三网、一区、多核”的上海城市森林发展布局。同时,天津、济南、合肥、西安开展了“环城绿带工程”建设;沈阳开展了南运河绿化带建设;兰州市开展了南北山绿化工程。福州市要建设“三山两湖一塔”绿链;长沙市要将山、水、洲和公园融为一体;呼和浩特市到2010年要形成以主城为核心的拱卫城市空间格局。广东省以广州市的“花城”计划、中山市的城乡一体化方向、佛山市的绿化屏障决议,开创了具有广东特色的城市林业发展道路。甘肃白银市、河南濮阳市、福建福清市等一批中等城市也开展了城市森林规划,安徽省马鞍市于1996年完成了九峰环一湖的生态城市规划,怀宁县也于2002年提出了“一城、一湖、两片、三网”的总体森林布局,为我国县级城市开展森林建设提供了范例。此外,南京、大连、珠海、深圳、杭州、贵阳、昆明、哈尔滨、扬州、常州、成都、唐山、张家港、秦皇岛、襄樊、十堰、日照等许多城市也致力于发展城市森林,广州、厦门、西安、长春、大连、深圳等城市绿化率已超过30%。另外,江苏扬州市的“水上花园”、厦门的“海上公园”、遵义市的“绿色画卷”、重庆的“山水园林城市”及“清山绿水”两大战略工程建设等战略目标,均为我国城市森林发展展示了一幅美好的前景。

2 城市森林效益评价研究进展

2.1 城市森林效益研究进展

城市森林作为一个与城市环境密切联系的生态系统,它广泛参与城市生态系统物质、能量的高效利用和社会、自然的协调发展,在系统自我调节中起着重要作用,具有巨大的功能效益。有关森林功能效益的提法很多,从国外的文献资料来看,日本、韩国及美国等国家都认为森林具有经济和公益两方面的效能,森林的公益效能又分为环境效能与文化效能。而我国认为森林具有经济、社会和生态三大效益,三者结合为综合功能效益,即城市森林本身所具有的经济、生态效用性以及在城市生态过程中为人类提供的物质、心态和生态效果性的效益总和。其中生态功能是城市林业研究的主要内容,是城市生态系统研究的热点之一,也是我国城市森林建设迫切需要开展的研究之一。

森林生态效益的研究始于20世纪50年代,而城市森林生态效益的研究尚处于起步阶段,缺乏系统性和规范性,只是仅针对某一方面进行零散的研究。国内对城市森林生态效益的研究工作起源于对园林绿化生态效益的研究,早期的相关工作是对绿化调节小气候、固碳释氧、改善空气质量方面的研究。(1)调节小气候。热岛效应是城市气候的显著特征之一,不少研究证明城市绿地具有调节城市小气候,降低城市热岛效应作用,目前研究热岛效应主要有四类方法,常用绿地与对照地空气湿度、温度、CO浓度、太阳辐射强度、风速等气候因子变化来反映绿地改善热岛2效应效果。李俊祥对上海外环线以内地区进行城市地表温度与绿地系统相关性研究,表明城市绿地能大大减缓周围的热岛效应;陈键从太阳辐射、温度、相对湿度研究了北京夏季绿地小气候效应,表明城市绿化覆盖率低于37%,对气温改善很不明显,理想的绿化覆盖率要达到40%以上,如果市区的绿化覆盖率达到50%,夏季的酷热现象可根本改变;祝宁等运用生态效应场理论研究了城市绿地对城市温度、湿度、CO等因素的影响,证明了乔灌草结构绿地降温、增湿效应大于2单纯的灌木绿地。(2)固碳释氧。地球上60%以上的O来自陆地植物的光合作2用,许多文献报道城市森林对维持大气碳氧平衡具有重要作用。固碳释氧的测定常与蒸腾吸热同时进行,柴一新等对哈尔滨绿化植物、梁立军等对杭州园林植物的固碳释氧和蒸腾吸热量进行了测定;杨士弘研究了广州市8种绿化树种碳氧平衡和降温增湿效应,并探讨了城市绿地定额指标问题;李辉等对北京地区不同类型绿地固碳释氧和降温增湿效应进行了动态研究,证明以乔木为主的乔灌草多层结构绿地效果最显著。(3)杀菌作用。植物具有一定的杀菌作用,减少空气中的含菌量。空气中含菌量通常用自然沉降法和室内水插法测定。褚涨阳测试了12种树木的杀菌作用,证明植物杀菌能力成熟叶>幼叶,且室内水插法在排除外界影响方面优于自然沉降法。复层结构绿地杀菌作用明显优于草坪,这是因为复层结构绿地与草坪单位面积三维绿量差异所致,最高差异5~39倍。(4)滞尘作用。城市植物具有明显的滞尘作用。陈玮、何兴元等对东北城市针叶树,齐淑艳、徐文铎对沈阳常见绿化树种的滞尘能力进行了研究,结果均表明,各树种都有一定的滞尘能力,但树种之间存在差异。张新献对北京城市居住区三种不同结构类型绿地的滞尘效益测定分析后,除得出与上述两次研究相同结论外,还证明以乔木为主的复层结构绿地能最有效地起到滞尘效果;祝宁、赵勇也证明了这一结论。(5)吸收SO等净化空气。目前各地通过不同方法开展了对植物2吸收SO等有毒污染物的研究,丁金才通过测定空气中污染气体含量、2韩素梅通过实地测定和熏烟实验、广州市通过测定绿地植物硫储量和净生产量中的硫量,讨论了各地城市树木对大气中硫的净化作用。植物吸收SO能力与植物本身的生物、生态学特性有关,也与植物树形、2高度、叶量、叶面积相关,而且乔木净化效应>灌木。植物除吸收SO外,还通过过滤空气、吸收怪味、土壤储蓄CO等途径来改善空22气质量。

在城市森林其他功能方面也有一些研究,如涵养水源、保持水土、固土保肥、改土培肥、消除噪音、净化水质、景观游憩、减轻水旱灾害、减少能源消耗、保护野生生物、保护文物古迹等,但对这些方面多是简单的阐述,深入系统研究的很少。

目前对城市森林效益做全面系统的研究不多,谢维在辽宁省抚顺市3个不同功能区对环城林净化空气、滞尘、杀菌和减噪效应做了检测分析;陈自新、张新献等定量计算了北京城市近郊8区绿地固碳释氧、蒸腾吸热、滞尘、杀菌、抗污、耐荫、抗寒等指标,并比较了不同类型绿地功能效益大小,突破了以往国内对个体绿地进行零散研究的局限。

2.2 城市森林效益经济评价研究进展

2.2.1 城市森林生态效益经济评价

上述对城市森林功能效益的研究多从某些环境因子入手,通过绿地与其他土地类型的比较来证实植被对城市环境具有改善作用,是研究城市植被生态效益的基础工作。随着经济的发展,生态学家认识到森林是可持续发展的基础,而森林资源有价是可持续发展的前提,城市绿化不能完全作为福利事业来经营,城市森林的功能效益只有用经济价值的形式来表现,才能使人们更好地认识和了解城市森林的功能作用。合理开发利用森林资源,正确认识和评价森林的生态服务功能及其综合效益,实现森林生态效益补偿机制,是加快城市林业可持续发展的必需。(1)国内外森林生态效益评价研究进展。20世纪50年代开始,许多国家均在开展森林生态系统综合效益评价。前苏联在20世纪50年代末,曾提出以森林公益效能的作用程度与自然形成的公益效能最大作用程度之比对森林的生态效益进行评价;日本林野厅20世纪70年代通过“森林公益效能计量调查”对全国森林进行了公益效能的计量和评价,这次评价引起了世界各国的广泛注意。此外,德国、法国、印度、南非等国都在森林资源效益研究方面做了一些工作,而对森林生态系统公益的经济价值评估则是在20世纪80年代末随着经济的发展而逐渐兴起。目前,对生态效益经济评价的研究越来越受到林业经济学家和生态学家的重视,很多国家已开展了这方面的研究工作并取得了一些成果。以Daily主编的《生态效益:人类社会对自然生态系统的依赖性》一书为标志,一个研究生态效益经济估价的热潮在西方兴起。国外生态效益经济评价方面的研究,主要分两个学派,以Costanza等人为代表的“生态经济学派”认为生态功能价值可以计算“总”价值,提出恰当的计算方法为:市场价格法和替代成本法,并且在1997年估算了全球16种主要生态系统的17种生态系统公益的总价值,而以Pearce等人为代表的“环境经济学派”认为生态功能价值难以计算“总”价值,恰当的计算方法为支付意愿法(WTP)。

20世纪60年代开始,我国相继在东北、四川等地开展了生态系统的定位计量研究,积累了一定计量参数资料。而国内对森林生态效益系统的评价见于1990年中国林学会召开的森林综合效益计量评价学术讨论会。这一时期,很多林业经济工作者和生态学者的相关理论和案例研究大量涌现。孔繁文第一次系统地研究了森林资源核算问题,大体形成了中国森林资源核算研究的整体框架;侯元兆第一次比较全面地对中国森林资源价值进行了评估。此外,毕绪岱、周晓峰、王树森、李忠魁、康文星等用不同方法分别评价了河北省、黑龙江、北京市、辽宁省、湖南省森林的几项生态系统公益价值,这些研究虽由定性向定量化迈进了一步,但多集中在某地区几项效益的评估。之后,郎璞玫用市场逼近理论构造了12种森林生态功能评价的货币量空间模型。

综合研究之后,各国涌现出大量分别研究单项生态功能的案例。对森林涵养水源的评价研究较早、较深入的国家主要有前苏联、美国和日本,前苏联20世纪50年代末就提出了作用系数评价方法。我国对水源涵养林效益研究始于日本林野厅1973年发表的“森林公益效能计量——绿色效益调查”,主要采用等效价值替代法评价。前苏联学者还通过农田增产的经济效果,来评价森林改善小气候而对农田起到防护的效益。国内对森林农田防护效益的研究始于20世纪80年代,大部分还是延续了前苏联的一些做法,并在森林固沙防护效益和改良土壤效益等方面进行了研究和完善。前苏联、日本和我国在评价森林保持水土方面做了大量工作,尤其近十年国内许多学者从多方面提出了许多关于森林水土保持效益评价的思路和计量方法,其中环境效益——费用分析法是最常见的评价方法。另外,森林固碳量的主要评价方法用生物量法和蓄积量法,净化大气效益用替代法评价。20世纪80年代以来,世界各国相应开展了森林生物多样性价值评价的研究,主要采用条件价值法、直接市场评价法和机会成本法。(2)城市森林生态效益经济评价研究概况。城市森林的价值有功能价值和法律价值,1942年,美国的CTLA最早提出和发展了计算单株树木价值和效益的公式:树木的价值=基本价值×地径面积×树种%×植物生长情况%×所在位置,并用城市森林补偿价值法,对道路林、居住区城市森林及整个城市的森林价值进行了研究。对城市森林生态效益评价起步晚、报道少,主要通过以森林生态功能的再生产费用、森林所带来的效益和森林生态功能丧失带来的收入损失3种评估途径,采用以上森林生态效益评价方法,蒋建辉评价了城市森林的几种功能效益,提出城市森林可持续性模式;田国行运用生态分析方法,对郑州市拟增绿地生态效益进行评价,并提出绿地结构的最佳配置模式。建立评价指标完成城市森林生态效益的评价是一种可行方法。上海、合肥、厦门、哈尔滨等正在着手构建综合评价指标,其他学者也做了探讨性研究,但目前综合指标体系的建立仍不成熟。

在研究手段上,应用3S技术和计算机模型评价城市森林效益是一个热点,1995年华盛顿市Bellevne社区Mcpherson应用计算机模型C-BAT分析城市树木效应,证明城市森林产出与投入比大于1,对城市环境的影响是积极的。中国科学院沈阳应用生态研究所结合航片,利用Arcview和Citygreen模型对沈阳树木园的植被结构和生态效益进行了综合评价和模拟预测;胡志斌、韩红霞,分别用Citygreen模型和GIS技术评价了城市森林碳储存、碳吸收、各种大气污染物的移除等生态效益价值。3S技术的应用为城市森林生态效益评价提供了广阔的前景。

2.2.2 城市森林社会效益经济评价

从目前的文献资料来看,还没有形成一个明确、权威的森林社会效益的定义,笔者认为,森林社会效益是森林被社会利用后产生的除森林本身的经济、生态价值以外的效果性总和。城市森林社会效益的认识可以追溯到18世纪的德国,主要由对森林美学的研究引起。森林美学价值是伴随着户外游憩业的发展而产生。20世纪50年代,户外游憩业首先在经济发达国家全面兴起,20世纪60年代中期,以美国为中心开始了“景观评价”研究,70年代得到了快速发展,涌现出大量风景评价方法。前苏联、美国、德国、日本等在这方面的研究较多,主要研究森林的旅游和保健功能,采用的评价方法归纳为效果评价法和消耗评价法。1959年,美国学者M Clawson利用消费者剩余理论提出了一种根据旅行费用来评价森林旅游价值的方法(TCM),另外,随机评估法(CVM)也是评价森林游憩效益的常用方法,这两种方法已被英、美等一些国家政府机构定为森林游憩价值评估的标准方法。经过近40年的发展,心理物理学派Daniel和Boster提出的美景度(SBE)评判法也成为城市森林景观效益评价的常用方法。国内对城市森林社会效益的评价始于20世纪70年代,主要是在森林外部特征、季相变化、搭配组合和名木古树等方面,评价其观赏和科研价值。对森林游憩价值的评估虽有些探索性的零星研究,但大多还是延用了国外的做法。另外,森林提供就业机会和森林的科学、文化、历史价值也被人们认可,前者的评价方法主要采用投入产出法和指数法,后者主要用指标评价法、条件价值法和综合模型评价法。愈孔坚认为心理物理学派是最科学可靠的方法,并用其建立了森林公园风景质量评价的数学化模型;吴楚材根据专家学派理论,利用层次分析法制定了中国森林公园等级划分标准;王幼臣采用加权评分对湖南省张家界森林公园社会服务效益进行了定性和定量评价;张颖对北京市森林社会效益进行了评价,并计算出已知部分价值为13.53亿元。这些研究使城市森林社会效益的评价理论、指标体系及评价方法的研究取得了很大进展,但多为单因素分析,对城市森林社会效益的综合评价还处于起步阶段,评价还缺乏统一的标准和方法。

3 森林生态效益价值评价的理论基础与基本方法

3.1 森林生态效益价值评价的理论基础

由于不同学者对价值概念有不同的理解,对森林生态效益价值评价而采用的理论基础也有所不同,归纳起来有以下几种观点:(1)森林生态效益价值的计量评价要以马克思主义的政治经济学原理为基础。具体地说,马克思主义的劳动价值论、级差地租理论和节约理论,是研究森林生态效益价值计量方法和计量模型的理论基础。部分学者认为,森林生态效益价值计量,应以森林发挥某种效能的作用所投入的劳动量为基础。采用这种方法时,具体计算必须在获得理想的社会效果所投入的社会必要劳动时间的基础上进行。这种观点考虑了森林生态效益作为一种服务商品,其价值实现的条件,实质上是第二种含义的社会必要劳动时间决定森林生态效益价值量。但它不能解释天然林可以为人类提供理想的社会效果而是否具有价值的问题。而另一部分学者认为,森林生态效益价值应以这种环境要素为社会提供的级差地租、劳动节约或社会再生产这些环境要素所必须投入的社会必要劳动时间作为计量依据。(2)森林生态效益价值评价应以最佳效能理论为基础,其主要内容是:当一种资源或生产成果有若干效能或效能组合时,应利用它对社会影响或国民建设作用最大的效能或效能组合;当几种资源或生产成果可以在社会发展或国民经济建设中发挥同样作用时,应利用劳动量消耗最小的资源或生产成果。据此,进行森林生态效益价值计量研究,不能就森林谈森林,而必须综合考虑与之有关的各项生产活动及其经济指标。因此,森林生态效益价值的大小,不能由森林自身的价值来表示,而必须借助等效物,采用替换法来评价森林生态效益价值的大小。这是目前国内外研究中采用较多的计量评价方法。(3)在市场经济条件下,森林生态效益价值大小取决于环境供求状况和森林生态效益要素使用者所获得的效用量两个方面。即森林生态效益价值的大小同森林多寡密切相关,因此,应根据森林生态效益要素使用者所获得的实际效用的数量与效用单位价格乘积作为森林生态效益价值大小。但有人认为效用是一种主观概念,在实际中难以准确计量。这种方法虽然在理论上完美无缺,但在实际操作中缺乏准确性。(4)在森林生态效益评价中应抛弃人为主观因素的干扰,采用客观的价值通约“能值”进行综合评价。他们认为,人类社会和自然界的一切资源财富皆遵循能量等级原理。太阳能是最原始和最基本的能源形式,一切物质的能量均直接或间接地来自于太阳能。能值分析的方法是以太阳能值为基本的度量单位,以能量定律、系统学和系统生态学为理论基础将生态系统和经济系统的各种形式的能量(风能、水能和生物能等)换算为太阳能来评价自然过程和人类经济活动,对自然系统和经济系统的资源、服务和商品的价值进行定量分析。这种理论为人类评价森林综合效益提供了一种新的思路,是对森林效益评价理论发展的贡献,但是,离开人的需要谈森林价值问题,较难为人们所接受,同时其中存在的技术问题也还有待进一步的研究。

3.2 森林生态效益价值评价的基本方法

森林生态效益价值评价常用的方法有:直接市场法、市场替代法、效益费用分析法(BCA)、条件价值法(CVM)、能值分析法及专家咨询评分加权法等。

3.2.1 直接市场法

直接市场法是用市场价格度量环境和资源价值的环境价值评价方法。采用这种方法的前提是市场价格必须正确反映资源的稀缺性。如果存在价格扭曲,就必须对价格进行必要的调整。直接市场价值法的具体评价方法主要有以下几种:(1)生产率变动法,又叫生产函数法(Production function method)。是利用生产率的变动来评价环境状况的影响,进而评价环境价值的方法。(2)人力资本法和疾病成本法。人力资本法是专门评价森林变化对人类健康影响的方法。其内容包括死亡、疾病或病休造成的收入损失、医疗开支增加,以及精神或心理上的代价。疾病成本法利用损害函数反映环境污染对健康的影响,也称为“剂量-反应模型”(Dose-response)。所谓剂量就是环境中的污染浓度,所谓反应是指其对健康的影响(如呼吸道疾病等),它可以用脱离岗位的天数、活动受限制的天数以及死亡等指标来衡量,这些指标的货币化就是疾病造成的健康损害。(3)机会成本法(Opportunity cost approach)。在环境评价中,很多评价技术都可划归机会成本法。所谓机会成本法,就是用收入或收入损失替代环境价值。

此外,属于市场价值法范畴的还有有效成本法、防护费用法、重置成本法和影子价格法等,这里不再一一分析。

3.2.2 市场替代法(Surrogate market approaches)

在环境价值评价时,应用市场价值法的必要前提是:环境变化既可以度量又可以用市场价格测算。然而在现实中,环境的有些变化是无法直接用市场价格计量的。此时就要采用间接的市场价格来替代,这就是替代市场法。替代市场法主要有享乐评价法、工资差额法、旅行费用法等。(1)享乐评价法(Hedonic Pricing Method)。简称HPM法,这种方法是用资产价格的变化来评价环境价值。比如住房,其价格包括三部分内容,即房屋建造的价格、住房所处地区生活条件(如交通、商业网点、社会化服务)的价格,以及住房周围的环境状况(如空气质量、噪音高低、绿化条件以及户外景观等)的价格。如果前两个方面基本相同,只有后一部分存在差异,就可以用住房价格的差异作为环境价值评价。该方法的应用主要有两个步骤,一是建立住房舒适性评价方程,二是建立支付意愿方程。(2)工资差额法。这种方法用工资水平的差异来评价环境的价值。其依据是:工作场所环境条件的差异(如噪声的高低,是否接触污染物等)会影响劳动者对职业的选择。在其他条件相同时,劳动者会选择工作环境较好的职业。为了吸引劳动者从事环境条件比较差的职业,厂商不得不从工资、工时、休假等方面补偿环境污染给劳动者造成的损失,所以工资差异也可用来评价环境价值。(3)旅行费用法(Travel Cost Method)。简称TCM,它是评估非市场物品最早的技术,起源于1947年,但真正引用到文献直到1958年和1966年(Knetsch, etal.,1966)。TCM是通过观察人们的市场行为来推测他们显示的偏好,寻求利用相关市场的消费行为来评估环境物品的价值,它通过旅行费用(如交通费用、门票和旅游点的花费等)而代替进入景点的价格,并通过这些费用资料,求出环境物品的消费者剩余。

因此,TCM的最大贡献是揭示并计算出某一环境物品的消费者剩余。

3.2.3 效益费用分析法(BCA)

效益费用分析法(Benefit-cost analysis)是环境价值评价中最基本的分析方法。作为现代福利经济学中常用的方法,其目标是提高资源配置效率。效益费用分析的计量尺度是货币值,但它的分析对象并不局限于实际发生的费用。一般来说,对社会经济福利有贡献的各种活动,用社会交易中准备放弃的等价商品和劳务的货币值来计量;对经济福利有害的影响,用必须给社会补偿的等价商品和劳务的货币值来计量。

效益费用分析有静态分析和动态分析之分。所谓静态分析就是不考虑时间因素对效益和费用的影响,当时间因素可以忽略不计时,静态分析是十分有用的。在时间因素很重要的情形下,必须采用动态效益费用分析。具体的做法是将未来各年的价值转化为现值,使各年的效益和费用具有可比性。这种转化称为贴现(Discounting),用于贴现的利率称为贴现率,选择适宜的贴现率对于提高动态分析的准确性具有重要作用。

效益费用分析在应用上需要两个条件。第一,环境变动的正负效应具有可测性,即环境改善或恶化所带来的正、负效应是可以度量的。第二,诱发环境状态变化的费用也具有可测性。这些数据有的可以从相关的财务或统计报表中直接获取,有的可以通过问卷调查间接获取。

效益费用分析方法的应用并不难,难的是对效益和费用的界定和计量,这是环境价值评价的关键所在。

3.2.4 条件价值法(CVM)(1)基本概念与理论基础。条件价值法(Contingent Valuation Method),也称意愿调查评估法,是典型的陈述偏好法。条件价值法通过调查,推导出人们对环境资源的假想变化的评价。当缺乏真实的市场数据,甚至无法通过间接地观察市场行为来赋予环境资源以价值时,只好依靠建立一个假想的市场来解决。条件价值法试图通过直接向有关人群样本提问来发现人们是如何给一定的环境变化定价的。由于这些环境变化及其反映它们价值的市场都是假设的,故其又被称为假想评价法(Hypothetical Valuation meth-od)。

在条件价值评估法中有两个广泛应用的概念,即对某一环境改善效益的支付意愿(Willingness to pay,简称WTP)和对环境质量损失的接受赔偿意愿(Willingness to ac-

cept简称WTA)。条件价值法通常将一些家庭或个人作为样本,询问他们对于一项环境改善措施或一项防止环境恶化措施的支付意愿,或者要求住户或个人对忍受环境恶化而接受赔偿的意愿。与直接市场评价法和揭示偏好法不同,条件价值法不是基于可观察到的或间接的市场行为,而是基于调查对象的回答。他们的回答告诉我们在假设的情况下,他们将采取什么行为。调查过程一般通过问卷或面对面询问的方式进行。直接询问调查对象的支付意愿或接受赔偿意愿是条件价值评估法的特点。

条件价值评估法已经演义出若干种技术,其中一些常见于市场研究中,所有这些技术都试图弄清人们对待环境状况所赋予的货币值。在很多情形下,它是唯一可用的方法。例如用于森林资源的选择价值和存在价值。(2)价值评估技术。条件价值评估法所采用的评估方法大致可分为三类:直接询问调查对象的支付意愿或接受赔偿意愿;询问调查对象对表示上述意愿的商品或服务的需求量,并从询问结果推断出支付意愿或接受赔偿意愿;通过对有关专家进行调查的方式来评定环境资产的价值。表2-1概括了几种常用的条件价值评估法。

①投标博弈法。投标博弈法(Bidding game approach)要求调查对象根据假设的情况,说出他对不同水平的环境物品或服务的支付意愿或接受赔偿意愿。投标博弈法被广泛应用于对公共物品的价值评估方面。在实际应用过程中,投标博弈法又可分为单次投标博弈和收敛投标博弈。在单次投标博弈中,调查者首先要向被调查者解释要估价的环境物品或服务的特征及其变动的影响,例如,砍伐或保护天然林所可能产生的影响,以及保护天然林的具体办法;然后询问被调查者,为了改善保护该天然林他最多愿意支付多少钱(即最大支付意愿);或者反过来询问被调查者,他最少需要多少钱才愿意接受该森林被砍伐的事实(即最小接受赔偿意愿);在收敛投标中,被调查者不必自行说出一个确定的支付意愿。

②比较博弈法。比较博弈法(trade-off game)又称权衡博弈法,它要求被调查者在不同的物品与相应数量的货币之间进行选择。在环境资源的价值评估中,通常给出一定数额的货币和一定水平的环境商品或服务的不同组合。该组合中的货币值,实际上代表了一定量的环境物品或服务的价格。给定被调查者一组环境物品或服务以及相应价格的初始值,然后询问被调查者愿意选择哪一项。被调查者要对二者进行取舍。根据被调查者的反应,不断提高(或降低)价格水平,直至被调查者认为选择二者中的任意一个为止。此时,被调查者所选择的价格就表示他对给定量的环境物品或服务的支付意愿。此后,再给出另一组组合,比如环境质量提高了,价格也提高了,然后重复上述的步骤。经过几轮询问,根据被调查者对不同环境质量水平的选择情况,进行分析,就可以估算出他对边际环境质量变化的支付意愿。

③无费用选择法。无费用选择法(costless choice)通过询问个人在不同的物品或服务之间的选择来估算环境物品或服务的价值。该法模拟市场上购买商品或服务的选择方式,给被调查者两个或多个方案,每一个方案都不用被调查者付钱,从这个意义上,对被调查者而言是无费用的。在含有两个方案的调查中,需要被调查者在接受一笔赠款(或被调查者熟悉的商品)和一定数量的环境物品或服务之间作出选择。如果某个人选择了环境物品,那么该环境物品的价值至少等于被放弃的那笔赠款(或商品)的数值,可以把放弃的赠款(或商品)作为该环境物品的最低估价。如果改变上述的赠款数(或商品),而环境质量不变,这个方法就变成一种投标博弈法了。但是,其主要区别在于被调查者不必支付任何东西。如果被调查者选择了接受赠款(或商品),则表明被评价的环境物品或服务的价值低于设定的接受赠款额。(3)使用条件价值法需要注意的问题。在设计意愿调查方案时,需要特别注意3个统计方面的问题:

①样本数目的确定。通常要求样本数要足够多,以便能反映出被调查区域的人群的情况。实际数目是由所预期的反应多样性程度、希望的准确性等级及估计不回答的比率来决定的。一般情况下,要在进行正式调查之前进行预调查,以便最终确定样本数量和调查问题或问卷的设计。

②对异常答卷的处理。通常情况下,要把那些特别极端的答案从有效问卷中剔除,因为这些异常答卷可能是不真实的或是对问题的错误回答。这可以用诸如5%~10%的中心剔除点等方法来摘除那些极端的回答,或者用回归技术评估出一个出价曲线(Des-

vousges et al.,1987).

③信息的汇总。把估计出的平均支付意愿(或接受赔偿意愿)乘以相关的人数,即可简单得出总支付意愿(或接受赔偿意愿)。然而,如果作为样本的人群不能代表总人群的情况,那么就要建立起对支付意愿(或接受赔偿意愿)的出价与一系列独立变量(诸如收入、教育程度等)之间的关系式,用以估算总人口的支付意愿值。

3.2.5 能值分析法

20世纪80年代,以美国著名系统生态学家、能量分析先驱Howard T.Odum为首提出了“能值”概念理论(Odum H.T.1996;蓝盛芳,1993),从本质上揭示了环境与经济、资源与商品和劳务的内在联系,为森林的综合效益评估提供了新思路和新方法。(1)基本概念和原理。能值分析(Energy analysis)的理论认为,人类社会和自然界的一切资源财富皆遵循能量等级原理。太阳能是最原始和最基本的能源形式,一切物质的能量均直接或间接地来自于太阳能(蓝盛芳,1993)。能值分析的方法即以太阳能值为基本的度量单位,以能量定律、系统学、系统生态学为理论基础,将生态系统和经济系统的各种形式的能量归为太阳能来评价自然过程和人类经济活动,对自然系统和经济系统的资源、服务或商品的价值进行定量分析。能值可以衡量和比较不同类别、不同等级能量的真实价值。其基本概念主要有(Odum H.T.1993,1996):

能值——任何资源、产品或服务形成过程中,直接和间接投入应用的某种能量的量,即形成某种物质所需要的能量之和。单位为enjoule。

太阳能值(Solar Energy)——资源(产品与服务)形成过程中,所投入的全部能量所相当的太阳能之量。单位为太阳能焦耳(Solar enjoule,缩写为sej)。

太阳能值转换率(Solar Energy transformity)——每形成一个能量单位的资源(产品和服务)所需要的太阳能值,称为能值转换率。太阳能值转换率是度量某种能量能质的尺度。在生态系统的生物链中,能量从量多而能值低的等级向量少而能值高的等级流动和转化(Odum H.T.,1992;张耀辉,1997)。能值转换率越高,表明该类型能量的能值越高,在能量系统中所处的等级越高,如太阳光的能值转换率为1,风能为623,雨能为8888(H.T.Odum,1995)。

能值/货币比率——指单位货币相当的能值量,单位为sej·美-1元。一个国家和地区的能值/货币比率是年能值利用总量与国民生产总值GNP的比率。

能值货币(宏观经济价值)——指某种物品的能值相当于多少循环流动的货币。

能流、物流与价值流(货币流)三种流量的综合与相互换算,长期以来一直困扰着人们,能值正是在这方面扮演了重要的角色,它可以使三种流量沟通和相互换算(蓝盛芳,1993)。以能值为量纲做定量分析研究,可以计算出一系列反映生态与经济效率的能值综合指标体系。(2)森林能值分析的基本方法。森林的能值分析评价,就是对森林生态系统的能流、物流和货币流进行能值综合分析评估,把三者转化成能值货币值(宏观经济价值),客观体现森林的经济效益和生态环境效益,反映其真实贡献。

森林的能值分析可以通过森林生态系统主要能量及其能值的计算,并转换计算成能值货币值,从而定量评估森林的生态效益。其步骤:-1-1

森林的能量(j)×太阳能值转换率(sej·j·g)=森林的太阳能值(sej)-1

森林的太阳能值(sej)/[能值/货币比率(sej·美元)]=森林的能值货币值($)。

其中森林能量的折算可采用闻大中(1985,1986,1987)、骆世明(1987),H.T.Odum(1987,1995)和蓝盛芳(1995)的计算方法,太阳能值转换率可引用H.T.Odum的研究,能值/货币比率引用国家或地区的当年值。具体可以通过以下3个步骤来进行:

①森林生态系统能值图的绘制。确定系统的主要能量来源、系统内的主要成分及各成分间的过程与关系(流动、储存、相互作用、生产、消费等)(蓝盛芳,1993),绘制系统能值图。如热带雨林生态系统的能源包括太阳能、风能、雨水能、矿物质等,森林作为生产者,吸收、应用低能值的能量聚集和转化成木材和林副产品,并形成森林环境,通过与人类的劳动、物质投入、消费等的交流和相互作用,形成能量流动和转换(Odum H.T.1995)。

②森林生态系统能值分析表的编制。通过系统能流的分析,确定能值分析的具体项目,然后编制系统能值分析表一般通用的能值分析表格式见表2-2。

表2-2中,第2项(原始数据)一般为能量(j)、物质(g)或货币(美元)单位,表2-2中的项目即森林生态系统内主要的成分,可以包括林分的年龄、面积、生物量、蓄积量、生物多样性(乔、灌、草种类、微生物、昆虫及其他动物种类)、植物特有种、珍稀濒危种、林分内用材类、药材类、香料类、食用类、纤维类、观赏类植物的比率和数量、土壤有机质等,以及人类的劳动投入、物质投入(肥料、机械施工等)和市场运作。

③森林生态系统的能值分析评价。通过森林能值分析表,即可对森林生态系统的各项投入、产出、生产、消费等能值进行逐一分析。根据H.T.Odum的研究,热带森林一棵幼苗的能值货币值为19美元,2一棵成年树的能值货币值为2250美元,lhm的原始森林的能值货币值为90000美元,153个树种的能值货币值为590亿美元(Odum H.T.1995)。见表2-3。

太阳光是最原始的自然能,能值转换率为1,风为663,人工林幼树为6700。树木的遗传基因由于处在能量系统中高等级位置,其能值转换率很高(表2-2)。由表2-2可以看出,由于热带高温高湿的2优越条件,环境对森林的投入较高,太阳、风、雨水对1hm热带人工林投入的能值货币值达373美元,而人力与物质投入仅80美元,21hm热带人工林产生的美学游憩价值(人类进入森林游览)其能值货币值为273美元,如果再加上其他价值,如生产木材的经济价值、改善和保护环境的生态价值及其他社会价值,其效益是巨大的。

3.2.6 专家咨询评分加权法

首先由专家确定综合评价指标,然后确定评价3要素(社会、生态、经济)各自所占的权重,同时对要素中每个评价因子也确定它们各自的权重值,最后通过公式进行计算。专家咨询评分加权法主要包括:层次分析法(The analytic hierarchy process)和Delphi法。

专家咨询法具有定性与定量相结合的优点,对于一些难以定量的效益来说,不失为一种可行的方法,特别是对于确定各效益的权重具有重要意义。但该方法是基于专家的经验而作出的判断,因此,专家的选择至关重要。

3.3 森林生态效益价值评价研究的趋势和方向

目前,人们对森林生态效益价值评价的研究已经取得了较大进展,但仍存在不少问题,有待进一步的深入研究。一是需要进一步研究各种效益计量评价的理论基础,使其更趋完善和严密;二是森林生态效益具有多重性和交叉性,需要全面地研究计量评价体系,使之既具完备性(指标体系反映森林生产力中的各项因子没有遗漏),又具独立性(指标体系中各单项指标,即各效益计量值不重叠);三是需要对各效益的交互作用及叠加效应进行深入研究;四是需要进一步研究森林生态效益的补偿标准;五是需要进一步研究能充分发挥森林生态效益的理想森林类型;六是需要进一步研究森林生态效益价值交换的有效机制。

第三章 研究地区概况及研究路线

1 研究地区概况

1.1 自然条件

大连市位于辽东半岛南端,是我国重要的港口、工业、商贸和旅游城市,也是沿海最开放、最具活力、生态环境建设最突出的城市之一。它位于北纬38°43′~40°10′、东经120°58′~123°31′之间。全市共22辖6区4县(市),市域面积12753 km,其中市区面积为2414 km,22建成区面积224 km,城市规划控制区面积为4064 km。进入20世纪90年代以来,大连市秉承“不求最大,但求最好”的城市发展理念,按照自身的地理区位和自然环境基础条件,努力把大连市城区、郊区和外围县(市)建设成完整的、高质量的、统一的城市生态系统。

1.1.1 地质地貌

大连市区大地构造位于中朝准地台的东北部,二级构造单元为胶辽台隆。基底和基层中的太古界地层发育,有着古老的岩石和复杂的构造,是亚洲最古老的地块之一。在漫长的地质演化过程中,经历多次的构造变动,形成了由山地—丘陵—台地—海蚀阶地组成的现代地貌类型及其结构,千山余脉自北北东向南南西纵贯境内,构成本区的地形地貌的“主脊”。(1)山地地貌。分布于大连地区的北部,主要集中在庄河北部、瓦房店东北部及普兰店北部等,地貌形态为中、小起伏的低山和中山,多为流水侵蚀剥蚀而成,山势陡峻,大部分在海拔500m以上;河谷多为深切的“V”型谷地,一般发育有河漫滩和三级阶地;山体大都由古老的变质岩或各期花岗岩组成。其中中山起伏高度在500~800m之间,山体相对高差较大,分布面积较小,山坡坡度一般大于25°;海拔小于800m的低山分布面积较大,大部分围绕中山外围分布,主要集中于瓦房店东部、庄河北部和普兰店北部,多为大连地区河流水系的分水岭和发源地。

山地地貌构成大连地区的一级阶梯,由于山地景观优美,成为大连市重要的旅游资源。位于庄河与盖州市交界的步云山海拔高度1130m,是辽东半岛的最高峰。山体由石英岩、夹娟云母石英片岩、石英砂岩等变质岩构成,质地坚硬,抗风化能力强,形成了层峦叠嶂、怪石嶙峋的地貌景观。位于步云山东南的仙人洞地区已辟为国家级自然保护区,毗邻的冰峪沟地区是大连市著名的山水风景名胜区、金州大黑山也已批为国家级森林公园。(2)丘陵地貌。大连地区丘陵地貌发育典型,面积最大,海拔在500m以下,相对高差小于200m,山坡浑圆和缓,广泛分布在山地外围和半岛南端。其中起伏高度大于100m的高丘陵主要分布在瓦房店东部,向南至大黑山附近,碧流河两岸以及大连与旅顺之间的低山外围,其岩性复杂,多由太古界、元古界的变质结晶岩类构成:半岛南端的高丘陵为石英岩和石英岩夹板岩组成,丘顶基岩裸露,风化物堆积于坡麓。在金州湾和普兰店湾沿岸发育有石灰岩高丘陵和较典型的喀斯特地貌。沿海的高丘陵大多成为旅游风景区,如大孤山半岛、大连城区南部风景区、旅顺口南部风景区等。相对高差低于100m的低丘陵主要分布于普兰店、金州的黄海沿岸以及瓦房店和大连市城区,多由古生代、远古代和太古代的混合花岗岩组成,风化物多为黏土夹砾石,第四纪残坡积层较厚,有利于经济作物的生长,是本区种植苹果、桃、葡萄、山楂、板栗等多种温带水果最主要的地貌单元。(3)台地与平原地貌。台地是指起伏大于30m、顶部平缓、边坡较陡的丘岗状地貌单元,多零星分布于山地丘陵外围、海岸带内侧和山前洪积地带。按其成因可分为:侵蚀剥蚀台地,主要分布于庄河至大连、大连至瓦房店沿线一带,其中大连市郊区营城子一带的台地比较典型,主要是由太古界、元古界变质的结晶岩类组成;冲洪积台地,分布于甘井子区辛寨子东部、金州大黑山山前冲洪积扇部位,主要由冲洪积泥沙夹砾石组成,台面多被覆黄土和红黏土并为冲沟切割;在沿海一带分布有海蚀台地,大连郊区夏家河子两岸还发育有黄土台地等。

大连地区平原面积较小,多零星分布于河谷和沿海地带。从其成因分析,河谷平原主要是由山地丘陵区河流冲积而成,地表平坦,表层多为亚砂土和粉细砂组成,下部为砂砾石;洪积平原是由一系列坡度和缓的山麓洪积扇连接而成,其成因为山区季节性河流地洪积作用,其中金州大黑山南麓的洪积平原较典型。另外在一些大河入海口处还发育有三角洲平原,如庄河的青堆子镇、金州的大窑湾、复州河口等。

1.1.2 气候要素分析

大连市地处中纬度西风带东岸,大气环流应以西风为主,但因海陆冬夏热力性质不同,导致本区温压场季节变化显著,冬季盛行来自干冷的偏北风,夏季多来自海洋热而湿的偏南风,形成了本区大陆性季节气候特征。由于大连地区北部为山地地貌,可在一定程度上阻挡或减弱冬季的偏北风,而东、南、西三面临海,则可加大海洋的调节作用。这样使得大连市的气候又兼有一定的海洋性气候特点。同时由于千山余脉呈南北向纵贯大连市中部,使得黄海沿岸和渤海沿岸在气温和降水等方面产生较大差异。因此形成了大连市东部为暖温性湿润大陆性季风气候,西部则为暖温性亚湿润大陆性季风气候。-21

大连地区太阳总辐射值为0.91~1×105 kJ·cm·a-,在空间上从西南向东北方向递减,庄河最低,一年当中以5月总辐射值最大,12月最低。年平均气温在8.4~10.5 ℃之间,由西南向东北递减,最高值在大连市区,最低值在庄河桂云花;最热月为8月,月均温在23.2~24.4℃之间,l月最冷,月均温为-4.7~-9.4℃;年极端最高气温为35.8℃,年最低气温为-29.3℃;气温年差在28.7~31.8℃之间,市区、旅顺、长海气温年差较小,为28.6℃,其他地区则均在30℃以上;气温日差自南向北递增,平均在8~10℃之间,长海最小,约为0.9~4.7℃;以最低气温≥2℃为标准,无霜期为156~211天,其中市区,长海最长,庄河桂云花最短;≥10℃积温为2980~3440℃,平均气温稳定在10℃的初日在4月18~19日,终日在10月13~29日,持续日数达176~191天,空间分布上南部的市区、旅顺、金州积温最多,北部桂云花最少。

大连市年平均降水量在600~790mm之间;在地区分布上东部多于西部,北部多于南部,总体上呈现自西南向东北递增的趋势,西部为600mm左右,东部可达700~800mm,多雨中心在庄河的北部山区,最多可达1000mm,金州地区年降水量最少,多年平均值仅为600mm;各地降水量年际变化较大,多雨年可达1000~1200mm,少雨年仅为300~400mm;降水量集中在夏季,约占全年的64%~70%,冬季仅占3%~5%;年平均蒸发力(彭曼公式)为670~940mm;干燥度庄河为0.9,其余地区在1.2~1.4之间;比较降水量和蒸发力来看,只有庄河是水分盈余区,年平均盈余量在75~107mm之间,其余均为亏缺区。近几年大连连续干旱,降水偏少,给城市用水带来极大的压力。

大连市四季气候特点明显。春季气温回升快,3月中旬日平均气温可稳定在0℃以上;空气干燥,春季平均降水量仅为70~110mm,占年降水两的12%~15%;多大风天气,6级或6级以上大风日数南部为29~35天,北部为15~20天。夏季气温平和,最热8月平均气温24℃,日最高气温≥30℃的最长连续日数为10~12天,无盛夏酷暑;夏季盛行东南风,潮湿多雾,沿海地区雾日多达25天以上,最长持续日数可达8~10天;夏季降水集中,平均季降水量为350~700mm,占全年总量的60%~70%,降水日数多达30~40天。秋季气候凉爽,气温下降较慢,10月中旬始见秋霜;秋季降雨骤减,降水量80~150mm,只占年降水量的15%~20%,但常有冰雹出现。冬季因受海洋调节,冬无严寒,最冷月1月平均气温南部在-4.5~-6℃之间,北部为-7℃~-9.5℃之间,日最低气温≤-10℃的大数南部近为20~45天,北部稍长一些,为45~85天;冬季降水极少,季降水量不足40mm,占年降水量的5%;受蒙古高压的影响,冬季盛行偏北风,沿海大风日数多达35~70天,并时有寒流侵袭。总之,大连市气候温和,冬无严寒,夏无酷暑,降水集中,季风明显。

1.1.3 水文与水资源(1)地表水。大连地区以千山山脉的南延部分为骨架,地势北高南低,形状北宽南窄,中部隆起,形成两个倾斜面,东南向的黄海倾斜面较长而平缓,西北向的渤海倾斜面短而陡。区内地表河流多发源于中脊,呈放射状东西向分流。境内共发育河流200余条,多为季节性河流,流程较短,多独流入海,河道比降大,汛期陡涨陡落,调22蓄能力较低。集水面积在200 km以上的有9条,100 km以上的有322条,50 km以上的有65条(大连市主要河流状况见表3-1)。它们分别注入黄海和渤海,构成黄海流域水系和渤海流域水系,其中黄海流域面积占大连总面积地2/3,渤海流域占1/3。

内河流主要由雨水补给,因此降水直接决定着河流的水文特点。年径流量的地理分布基本上与年降水量分布相一致,东北部地区平均年径流深可达600mm,而西部渤海沿岸则只在200mm左右;同时本区地表径流具有明显的丰枯交替的季节变化,其中6~9月的径流量占全年的80%以上。(2)地下水。本区地下水补给主要来源于大气降水的下渗,但因地表径流在时空上过于集中,且河流短小,独流入海,其下渗量受到限制;再加上大连地区地处辽东半岛丘陵区南部,基岩主要以花岗岩、变质岩为主,其分布面积占全面积的52.6%,石英岩、砂页岩、板岩占42.4%,灰岩只占5%;因此本区地下水主要依赖于基岩裂隙水和部分岩溶水,属于地下水贫乏区。

根据岩石含水介质特性,本区地下水主要分为四种类型。一是松散岩类空隙水,多呈带块状分布于山麓、山间谷地、河谷阶地及滨海三角洲地区,主要储存在河流冲洪积沙砾石层,以及坡洪积夹石砾亚砂土松散堆积物中,具有储水均匀、水质优良、埋藏较浅、易于开采等特点,对农灌供水具有重要意义,但分布较少;二是碳酸盐岩类裂隙岩溶水,集中分布于西南滨海灰岩地区的断裂破碎带、向斜构造轴部以及岩层不整合接触带等灰岩构造发育部位,含水层主要由前古生界与古生界的灰岩、泥灰岩、白云岩、硅质结核灰岩等组成,埋藏较深,水质较好,是本区基岩地下水储量较丰富、供水意义较大的类型之一,尤其对于大连市地表水贫乏的南部地区,相对集中富集的裂隙岩溶水一直是大连城区供水的主要地下水源;三是层状碎屑岩类裂隙水,主要分布在瓦房店、大连南部、庄河北部及大小长山岛等地的低山丘陵区,该类裂隙水主要富集于前古生界石英岩、板岩、砂岩、泥灰岩、页岩、沙砾岩等岩层的风化裂隙和构造裂隙中,埋藏较深,水质较好,但地下水储量较少;四是块状岩类裂隙水,集中在大连市东部的普兰店、庄河境内,分布面积最广,主要富集在火成岩和变质岩等岩体的成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙中,富水性较差,储水量较少。另外在岩脉断裂带和接触带地段常形成较好的储水构造,地下水量较丰富。

1.1.4 区域植被群落(1)植物区系特征。大连市属于华北植物区系,从地带性植被类型来看,处于暖温带夏绿阔叶林地带北部的落叶栎林亚地带,辽东半岛亚区。野生及常见栽培的微管束植物共有152科、666属、1747种(包括亚种、变种及变型)。该区植物区系是在自然历史因素、现代自然地理因素和人为因素等综合影响下,长期发展演化的结果,植物组成成分复杂多样,但华北植物区系成分占主导地位,据统计与北京地区相比,科、属、种的相同比率分别高达84%、68%和40%。

赤松(Pinus densiflora)作为华北植物区系的代表性针叶树种,是辽东半岛和山东半岛亚地区的重要标志植物,在本区分布广泛,以北部和东北部最集中,其中庄河仙人洞一带尚有保存完好的天然赤松林群落,树龄多在百年以上。油松(Pinus tabulaefor-mis)是华北植物区系的另一代表性针叶树种,仅在北部山区有部分天然次生林,大部分地区为人工林。华北植物区系的代表性阔叶树种麻栎(Quercus acutissima)、槲栎(Q.acutissima)、辽东栎(Q.liaotungensis)、栓皮栋(Q.varabilis)、栎树(Q.dentata)、栗(Castanea mollissima)等栎属植物,在本市分布相当广泛,成为本市阔叶林中的优势种,多生长在山地丘陵地区,其中栓皮栎以庄河仙人洞和金州大黑山等地较集中,栗树在仙人洞有天然林分布。荆条(Viter chinensis)、酸枣(Zizyphns jujuba)、扁担木(Grewia parvifllora)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)等华北植物区系的代表性灌木和草本植物,是本区主要灌丛草本植被的建群种和优势种,主要分布在哈大线

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