【专家视角】河北省森林生态产品价值评估及其空间分布驱动因素研究

河北省森林生态产品价值评估及其空间分布驱动因素研究

赵忠宝 ^1,2 ，李婧 ¹ ，刘小丹 ^1,3 ，柏祥 ^1,4 ，刘昊野 ⁵ ，徐晓娜 ⁶ ，耿世刚 ² ，鲁少波 ⁷

1.河北环境工程学院生态学系，河北 秦皇岛 066102

2.河北省农业生态安全重点实验室，河北 秦皇岛 066102

3.北京市水科学技术研究院，北京 100048

4.淄博职业学院，山东 淄博 255300

5.秦皇岛市气象局，河北 秦皇岛 066001

6.河北环境工程学院经济与管理系，河北 秦皇岛 066102

7.河北省林业和草原调查规划设计院，河北 石家庄 050056

森林是绿水青山和新质生产力的重要载体，也是生态产品、生态服务的主要生产者、供给者（尹伟伦，2007；王金南等，2021a；Wang et al.，2022）。森林生态产品是森林生态系统为人类生存和发展提供的有形的物质产品和无形的服务产品（吴联杯等，2024），不仅包括木材、林副特产品等有形的物质产品，还包括涵养水源、洪水调蓄、气候调节等无形的生态服务产品以及森林景观美学带动的森林文化服务产品。开展森林生态产品价值核算研究是践行“绿水青山就是金山银山”的重要举措，也是其生态产品价值实现的前提条件，是当前生态学、经济学和管理学等多学科研究的热点和难点之一（高晓龙等，2022；张林波等，2023；Wang et al.，2023a；吴联杯等，2024）。

与生态产品概念相近的国外研究主要是指生态系统服务（张林波等，2019；王金南等，2021b）。1997年，Costanza et al.（1997）首次对全球主要类型的生态系统服务功能的价值进行了全面评估，并将研究成果发表在Nature期刊上，引起了国际社会的广泛关注，从而推动了该领域深入、系统和广泛研究（Ma，2005）。根据目前国内外研究成果，有关森林生态产品核算指标体系仍不统一，目前常用评估指标体系有17类指标（Costanza et al.，1997）、23类指标（Millennium Ecosystem Assessment，2005）、18类指标（国家林业和草原局，2020）和12类指标（国家发展和改革委员会等，2022）等，其中后两类是中国不同领域的学者开展森林生态产品价值评估常用的指标体系，二者均上升为国家规范标准。由于国家规范标准中部分指标评估指标目前仍难以实现，导致大多数学者主动放弃该部分评估指标，也造成了评估结果的可比性相对较低。森林生态产品价值核算相对成熟的方法大致可分两类（谢高地等，2015），一类是基于单位服务功能价值的方法（国家林业和草原局，2020；国家发展和改革委员会等，2022），另一类是基于单位面积价值当量因子的方法（谢高地等，2015）。前者通过模型公式进行评估，该方法技术过程复杂，需要模型参数较多，可结合遥感和GIS技术进行数据耦合，能体现区域间生态环境的差异，核算结果精度相对较高；后者通过单位面积价值当量进行评估，只需森林面积即可，忽略了区域间生态环境的差异，计算过程较为简单，核算结果精度相对较低（杨海江等，2024）。由于森林分布的地域性及其生态系统服务功能的复杂性，再加上生态产品价值核算指标体系和方法不尽相同，目前学术界在方法学的适用性和评估标准的合理性上仍尚未达成一致，核算方法上仍存在技术瓶颈（Strand et al.，2018；丁振民等，2019；Sannigrahi et al.，2020；张林波等，2023）。森林抵御自然灾害的功能福祉在现有文献中仍未体现出来（薛冰等，2019；许庭毓等，2021），比如洪水调蓄、防风固沙等。另外，目前有关森林生态产品价值核算研究，大多关注其生态产品价值的量化研究，而对其空间分布的驱动因素研究较少（杨海江等，2024），且已有研究以定性（崔亚琴等，2019）或简单的回归分析为主（许庭毓等，2021）。森林生态产品及其价值往往受气候、地形、土壤和人为等因素的影响，简单的定性描述或简单的回归分析不足以反映其驱动因素，需要进一步具体量化研究。地理探测器是用来探测地理事物现象空间分异性的一种统计学方法，可定量分析单个驱动因子及因子交互作用对因变量影响的解释度（王劲峰等，2017），目前已在植被覆盖度（Peng et al.，2019）、NPP（Wang et al.，2023b；邵嘉豪等，2023）等方面研究得到了应用，也可应用于森林生态产品价值的空间分布驱动因素的研究。

基于此，本研究将在前人研究的基础上，结合河北省森林资源数据、中国森林生态系统定位观测研究网络的数据、样地调查数据和气象数据等方面的数据，综合国内外评估指标体系和评估方法，根据评估数据的可获取性和评估方法的可实现性，建立包含洪水调蓄、防风固沙等抵御自然灾害的9项生态产品类型指标和19项核算指标，借助3S技术与IUEMS核算平台（韩宝龙等，2021）以及地理探测器模型，对河北省森林生态产品价值及其空间分布驱动因素进行研究，以期科学量化河北省森林生态服务对人类福祉和经济发展的贡献，为河北省生态产品价值实现机制建设和森林资源经营管理提供理论依据。

2.1 数据来源

数据来源包括：1）林分面积来源于2022年河北省林草资源综合监测数据；2）空间降水量、温度数据来源于河北省141个气象站点2018－2022年降水、温度数据并经克里金插值获得，地表径流量和蒸散发量数据由空间降水量数据乘以野外实测地表径流系数和蒸散系数获得；3）防风固沙气候侵蚀因子中的风因子和土壤湿度因子数据则利用河北省141个气象站点2018－2022年月均风速、降水和温度等数据，经克里金插值计算获得；4）防风固沙气候侵蚀因子中的雪盖因子采用中国西部环境与生态科学数据中心（http://westdc.westgis.ac.cn）的中国雪深长时间序列数据集计算获得；5）高程、坡度数据来源于DEM，植被覆盖因子经Landsat 8数据提取计算，DEM、Landsat 8数据来源于美国地质勘探局（http://glovis.usgs.gov）；6）防风固沙的土壤可蚀性因子和结皮因子中的土壤砂土、粉砂土、黏土等数据来自世界土壤数据库（https://www.fao.org/soils- portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/harmonized- world-soil-database-v12/en）；7）森林植被活立木蓄积生长率和出材率、森林植被和土壤固碳速率、生物多样性、土壤有机碳、土壤全氮、土壤磷、钾等数据来源于中国森林生态系统定位观测研究网络（CFERN）河北区域站点数据集以及野外样地实测数据；8）水果、坚果产量、旅游总收入、森林公园门票收入、GDP、人口等数据来源于2023年河北省统计年鉴及各地市2023年统计年鉴；9）森林生态系统吸收SO ₂ 、NO _x 、粉尘污染物的量参考《生态产品总值核算规范》；10）夜间灯光数据来源于美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心（http://ngdc.noaa.gov/eog/download. html）；11）权威机构公布的社会公共数据，主要数据如下，①木材和林果价格，通过当地市场、林农、果农询价（扣除人类劳动后价格），不同木材价格在300－1000 yuan·m ⁻³ （元·立方米 ⁻¹ ）之间，水果价格在1.5－2.5 yuan·kg ⁻¹ （元·千克 ⁻¹ ）之间，坚果价格在5－6 yuan·kg ⁻¹ 之间。②单位水库库容造价成本取值11.22 yuan·m ⁻³ 和水库清淤成本126 yuan·m ⁻³ （王兵等，2022）。③净化水质成本：河北省各市现行生活用水价格中平均污水处理价格，0.95－1.50 yuan·m ⁻³ 。④磷酸二铵价格（N 18%、磷 46%）、氯化钾价格来自农化招商网（http://www.198.tv），分别为3600、4000 yuan·t ⁻¹ （元·吨 ⁻¹ ）；有机肥（有机质含量45%）来自百度爱采购（https://b2b.baidu.com），为240 yuan·t ⁻¹ 。⑤治沙造林成本来自《河北省张家口市及承德坝上地区植树造林实施方案》治沙造林成本平均值，3.85×104 yuan·hm ⁻² （元·公顷 ⁻¹ ）。⑥碳汇交易价格，取2022年全国碳市场碳排放配额（CEA）交易价格的平均值56.07 yuan·t ⁻¹ ；氧气价格取河北省工业用氧价格的平均值1000 yuan·t ⁻¹ 。⑦SO2、NOx、粉尘治理价格，根据《河北省财政厅、河北省地方税务局关于我省环境保护税应税大气污染物和水污染物适用税额标准的通知》（冀财税[2017]95号），一档税额分别为10105、10105、1200 yuan·t ⁻¹ ，二档税额分别为6313、6313、1200 yuan·t ⁻¹ ，三档税额分别为5052.6、5052.6、1200 yuan·t ⁻¹ 。⑧单位面积物种资源保育价值来源于《森林生态系统服务功能评估规范》（GB/T 38582—2020）。

本研究所有栅格和矢量数据均采用Krasovsky-1940-Albers投影坐标系，空间分辨率为30 m×30 m。

依据《生态产品总值核算规范》、《森林生态系统服务功能评估规范》（GB/T 38582—2020）和相关参考文献（见表1），结合数据的可获取性，建立包含林产品供给、涵养水源、土壤保持、防风固沙、固碳释氧、净化大气、生物多样性保护、森林康养9项生态产品类型指标和19项核算指标（表1）。

基于2.1中的数据，按照表1的核算公式，借3S技术手段和IUEMS核算平台（https://www.iuems.com/eco/news.html，中国科学学生态环境研究中心研发的生态产品价值核算网络平台），对数据进行处理、归类与耦合计算，核算河北省森林生态产品实物量和价值量，并统计、制图分析等。

森林生态产品价值空间分布格局影响因素分析采用地理探测器模型。该模型的主要作用是分析和揭示地理空间现象之间的空间关联性和交互作用。该模型的基本原理是如果某个自变量对因变量有重要影响，那么二者的空间分布应该具有相似性，其解释力和影响强度用q值来表示（王劲峰等，2017；邵嘉豪等，2023；Xu et al.，2024）。该模型有因子探测、交互探测、风险探测和生态探测等4个模块，本研究主要使用因子探测探测和交互探测模块，分析研究区内森林生态产品价值量的空间分布格局及其影响因素。森林生态产品价值空间分布往往受气象、地形、土壤和人为因素的影响，气象和土壤因子可影响植被的生长，地形因子可影响植被的分布，而人为因子对植被的影响具有正负效应，人均GDP、人口密度和夜间灯光指数在一定程度上可体现人类活动的强弱和干扰程度。因此，本研究在国内外学者研究的基础上（邵嘉豪等，2023；Xu et al.，2024）以及根据数据的可获取性，选取高程、坡度、年降水、年均温、土壤有机质、土壤全氮、人均GDP、人口密度和夜间灯光指数等9个探测因子。在ARCGIS 10.8软件中对9个探测因子进行栅格处理与重分类，根据研究区森林植被空间分布尺度大小、地理探测器模型的运行要求以及运算结果的精度要求（王劲峰等，2017），按照3 km×3 km创建渔网，提取渔网中心像元值，剔除无效值后共有20748个点，输入地理探测器进行计算。具体计算方法与步骤详见参考文献（王劲峰等，2017；邵嘉豪等，2023；Xu et al.，2024）。

3.1 河北省森林生态产品实物量与价值量分析

根据表1中核算公式及2.1中相关数据计算得出（表2），河北省森林植被2022年总的出材量为221.33×10 ⁴ m ³ ，苹果、桃、梨、葡萄、大枣等非木质产品年产量分别为264.70×10 ⁴ 、388.50×10 ⁴ 、167.40×10 ⁴ 、133.90×10 ⁴ 、77.50×10 ⁴ t；年涵养水源量为122.60×10 ⁸ m ³ ，年净化水质量为29.89×10 ⁸ m ³ ，涵养水源量是全省20座大型水库及45座中型水库蓄水量的2.81倍（河北省水利厅，2022），用数据诠释了森林是绿色水库的科学论断；年洪水调蓄量为67.31×10 ⁸ m ³ ，相当于河北省最大水库潘家口水库总库容量的2.30倍（河北省水利厅，2022）；年土壤保持量为3.73×10 ⁴ t，保持土壤营养物质N、P、K和有机质流失量分别为48.49×10 ⁴ 、27.75×10 ⁴ 、225.07×10 ⁴ 、1634.46×10 ⁴ t；年防风固沙量为2.41× 10 ⁸ t；年吸收SO ₂ 量为24.52×10 ⁴ t，吸收NO _x 量为15.76×10 ⁴ t，滞纳粉尘量为63.35×10 ⁴ t；年固定二氧化碳量为1.00×10 ⁸ t。2022年河北省能源消耗消费总量为32590.07×10 ⁴ t标准煤（河北省统计局，2023），根据涂华等（2014）推荐的标准煤二氧化碳排放系数2.57进行计算，2022年河北省二氧化碳排放量为8.38×10 ⁸ t，森林生态系统对河北省碳中和的贡献率约为11.93%，具有较强的碳中和能力。

根据森林植被年实物量数据，经价值量公式计算与统计（表2），2022年，河北省森林生态产品总价值量为4618.41×10 ⁸ yuan（元）。各项生态产品价值量及占总价值比例由大到小分别如下：涵养水源为1413.68×10 ⁸ yuan，占30.61%；洪水调蓄为755.11× 10 ⁸ yuan，占16.35%；固碳释氧为566.17×10 ⁸ yuan，占12.26%；森林康养为535.02×10 ⁸ yuan，占11.58%；土壤保持为498.90×10 ⁸ yuan，占10.80%；生物多样性保护为428.00×10 ⁸ yuan，占9.27%；林产品供给为359.97×10 ⁸ yuan，占7.79%；净化大气为34.97×10 ⁸ yuan，占0.76%；防风固沙为26.59×10 ⁸ yuan，占0.58%。可以看出，河北省森林生态产品在涵养水源、洪水调蓄、固碳释氧、森林康养和土壤保持方面的作用显著。

根据全省森林生态产品实物量和价值量核算结果，利用ARCGIS分区统计工具和EXCEL表格统计功能，对不同林分类型和林龄类型对应的森林生态产品实物量和价值量进行统计和计算（表3），河北省不同林分类型生态产品价值量介于34.40－3281.24×10 ⁸ yuan∙a ⁻¹ 之间，乔木林提供价值量最大，为3821.24×10 ⁸ yuan∙a ⁻¹ ，占总价值的82.74%；其次是灌木林和经济林，价值量分别为700.03×108、500.04×108 yuan∙a ⁻¹ ；疏林地最小，为34.40×108 yuan∙a ⁻¹ 。在乔木林地中，价值量最大的是栎类林，其次是桦类林，再次是油松林，三者生态产品价值占乔木林总生态产品价值的40.07%，说明栎类、桦类和油松三者在河北省森林生态服务功能中发挥着重要作用。乔木林生态产品价值量的大小顺序为栎类>桦类>油松>软阔类>落叶松>杨树类>刺槐>硬阔类>侧柏>针阔混>阔叶混，这与不同乔木林林分面积有关外，还与其自身生物学特性有关。