森林生态系统是陆地生态系统的主体，具有涵养水源、保育土壤、林木营养物质积累、固碳制氧、保护生物多样性、净化大气环境、森林防护等多种功能^[1-3]，森林生态系统为人类带来了巨大的物质财富和精神财富，因此，森林生态系统的兴衰不仅直接影响生态环境，同时也影响着经济和社会的发展^[4-7]。客观科学地评估区域森林生态系统服务功能，对于提高人们的环境意识，促进生态补偿机制的建立，尽快将自然资源和环境纳入国民经济核算体系及正确处理社会经济发展与生态环境保护之间的关系具有重要的现实意义^[8-11]。伴随着经济的发展，人们逐步认识到生态服务功能是人类生存与现代文明的基础，科学技术能影响生态服务功能，但不能替代自然生态系统服务功能^[12-16]。随着对可持续发展机制研究的深入，人们发现维持与保育生态服务功能是实现可持续发展的基础，分析与评价生态系统服务功能的间接价值已成为当前生态学与生态经济学研究的前沿课题^[17-21]。Costanza等人利用了国际上已经使用的多种方法对全球16类生态系统的17项服务价值进行分类核算，得出全球生态系统平均服务价值每年为33万亿美元，这项研究结果在世界上引起了巨大的轰动，也是对全球生物圈生态系统服务价值最早最全的一次估算^[22-23]。日本林野厅利用数量化理论多变量解析方法，于1972、1991和2000年对其国内森林植被类型的六大类公益机能进行评估，计算的结果分别为12.82、39.2万亿日元和74.99万亿日元，并于1987年单独评价了东京圈内的森林价值，得出每公顷森林的生态效益价值为500万日元^[24-25]。2011年，英国500多名科学家费时2年多的时间对25项生态系统服务及其功能进行了评估，并编制了英国历史上第一次全面的评估报告^[26]。我国生态系统服务功能的评估工作从上世纪90年代中后期开始加快步伐，森林生态系统服务功能及其价值评估的研究工作得到逐步深化，并日趋完善。侯元兆等人第一次比较全面地对中国森林资源的价值进行评估计算，他的研究成为了国内生态系统服务评估的开端^[27]。李文华等系统地总结了生态系统服务功能研究的进展，以及研究所面临的瓶颈和难题等，并对中国生态系统服务功能的研究进行了回顾与展望，为日后该领域的研究进一步明确了方向^[28]。王兵等依据第三次、第四次、第五次和第六次森林资源清查数据对全国生态系统服务功能及其价值进行评估，得出的结果分别为717.401亿元、2.14、3.64万亿元和4.12万亿元；随后在评估方法逐步完善的基础上又进行了第七次和第八次全国森林生态系统服务价值的评估，得出的结果为10.01万亿元和12.68万亿元^{[29, 30]}。

泰山是以松栎林为典型代表的森林生态系统，是北方土石山区的典型区域，开展泰山森林生态系统服务功能的研究对泰山周边乃至整个北方土石山区森林生态服务功能的评价及其生态安全的评估都有着重要的现实意义。为了更加直观地了解泰山森林生态系统服务功能的价值，更好地保护、利用泰山森林植被，促进泰山森林生态系统良性发展，本文选取泰山森林生态系统典型植被为调查研究对象，依托泰山森林生态观测研究站为平台，依据中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》对泰山主要树种的服务功能进行评估研究。旨在能够更直观地了解泰山森林生态系统的服务功能价值，提高人们的生态环境意识，为泰山森林的经营管理提供指导，对泰山地区的可持续发展与生态环境建设提供帮助，对全国生态GDP核算和生态连清技术的研究提供科学依据。

1 研究区概况

本文以泰山森林生态系统观测研究站(E117°05′39″—117°09′26″，N36°17′58″—36°20′30″)(图 1)为研究平台。泰山位于山东省的中部，横亘于济南、泰安两市之间，主峰玉皇顶1545 m，是华北大平原的最高峰。该区地处暖温带大陆性季风气候区，多年平均气温为12.6 ℃，无霜期196 d，≥10 ℃的活动积温3821 ℃，多年平均降水量758 mm，降水集中在6—9月。土壤类型主要是棕壤土，pH值为6.0左右，呈微酸性；土层较薄，厚度为20—30 cm。泰山植被天然林面积较少且多为次生林，大部分为人工林，森林总面积9490 hm²左右。主要的树种有侧柏(Platycladus orientalis (L.) Franco)、麻栎(Quercus acutissima Carruth.)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、黑松(Pinus thunbergii Parl.)、赤松(Pinus densiflora)、油松(Pinus tabuliformis Carrière)等^[31]。

根据泰山森林生态系统定位研究站长期、连续、定位观测研究数的据集以及第八次山东省森林资源生态服务功能评估和泰安市统计年鉴的数据^{[32, 33]}，可以将泰山森林生态系统的林分分为赤松林、黑松林、油松林、侧柏林、麻栎林、刺槐林、灌木林、经济林及针阔混交林(主要为麻栎黑松、麻栎赤松及刺槐侧柏混交林)和阔叶混交林(主要为麻栎刺槐混交林)10个树种组，不同树种组由于其生物学特征不同，反映出不同的生态功能，进而评估出不同林分的生态服务价值。

2 研究方法 2.1 泰山森林生态系统服务功能评估指标的选取及计算公式

本研究依据中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008) ^[34]，主要从森林生态系统的涵养水源、保育土壤、固碳制氧、积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护以及森林防护等7项功能进行评估计算，其指标体系详见表 1^{[10, 26, 35-37]}。

2.2 物质量与价值量转换的公共价格数据源

物质量向价值量转换过程中用到的参数主要是社会公共价格数据，社会公共数据主要采用我国权威机构公布的社会公共数据。本文参照全国第八次森林生态系统服务评估及中国森林资源核算研究类似的参数^[38-40]，主要数据如下：

① 水库库容造价参照第八次森林生态系统评估，取值为8.44元/t，城市的居民用水价格的取值为3.07元/t。

② 磷酸二铵含N量为14%；磷酸二铵含P量为15.01%；氯化钾含K量为50%。

③ 磷酸二铵价格为3300元/t，氯化钾化肥价格为2800元/t；有机质平均价格为800元/t。

④ 固碳价格, 参照第八次森林生态评估取值为1281元/t。

⑤ 二氧化硫排污费收费标准为1.85元/kg，氮氧化物排污费收费标准为0.97元/kg，一般性粉尘排污费收费标准为0.23元/kg。

⑥ 氧气价格, 采用中华人民共和国卫生部网站的氧气平均价格，1299.07元/t。

⑦ 负离子价格, 负离子价格根据台州科利达电子有限公司生产的适用范围30m²(房间高3m)、功率为6w、负离子浓度1000000个/cm³、使用寿命为10年、价格65元/个的KLD-2000型负离子发生器而推断获得，其中负离子寿命为10分钟，得到得负离子生产费用为9.46元/10¹⁸个。

⑧ 工业粉尘排污收费标准价格为240元/t。

⑨ 生物多样性保护价值按照Shannon-Wiener指数的方法进行计算，即：Shannon-Wiener指数＜1时，S_生为3000元hm^-2 a^-1；1≤Shannon-Wiener指数＜2，S_生为5000元hm^-2 a^-1；2≤Shannon-Wiener指数＜3，S_生生为10000元hm^-2 a^-1；3≤Shannon-Wiener指数＜4，S_生为20000元hm^-2 a^-1；4≤Shannon-Wiener指数＜5，S_生为30000元hm^-2 a^-1；5≤Shannon-Wiener指数＜6，S_生为40000元hm^-2 a^-1；指数≥6时，S生为50000元hm^-2 a^-1。

3 结果与分析 3.1 泰山森林生态效益核算结果

应用上述计算公式可以计算出泰山森林生态系统服务功能的物质量(表 2)和价值量(表 3)。从表 2可知，泰山森林生态系统的年涵养水源的物质量为901.55万m³；年固土的物质量为7.50万t；年固碳的物质量为0.97万t，年制氧的物质量为1.15万t；年提供负离子的物质量为8.08×10²²个，年吸收二氧化硫的物质量为7.59万t，年吸收氮氧化物的物质量为1.90万t，年滞尘的物质量为569.40万t/a；年积累营养元素的物质量为134.19kg；年固沙量为1.14万t。从结果可以看出泰山森林生态系统服务功能的物质量是相当可观的。

从表 3可知，泰山森林生态系统生态服务价值为18214.97万元/a，其中，涵养水源10376.84万元/a，保育土壤593.27万元/a，固碳制氧2736.38万元/a，林木积累营养物质241.32万元/a，净化大气环境197.84万元/a(其中，年提供负离子为50.99万元/a，年吸收二氧化硫14.05万元/a，年吸收氮氧化物1.84万元/a，滞尘130.96万元/a)，生物多样性保护3796万元/a，森林防护价值273.31万元/a。泰山森林生态系统服务功能的价值以涵养水源价值最大，其次为保护生物多样性价值和固碳制氧价值，最小的为净化大气环境价值。

从图 2中可以看出，涵养水源价值、保护生物多样性价值以及固碳制氧价值在生态系统服务功能价值的比例分别为56.97%、20.84%和15.02%，这3种价值占到泰山森林生态系统服务功能总价的92.83%，占有绝对的优势。泰山森林生态系统服务功能价值的排序为：涵养水源价值>保护生物多样性价值>固碳制氧价值>保育土壤价值>森林防护价值>林木营养积累价值>净化大气环境价值。

3.2 泰山不同林分类型的生态服务功能价值

从图 3中可以看出，泰山不同林分类型生态服务价值以松柏林和栎林的价值为主，其中以侧柏林的生态服务价值(4606.52万元)为最大，其次为麻栎林(3071.02万元)，最小的为经济林(203.45万元)。研究发现不同林分的生态服务价值呈现出松栎林大于其他林分的趋势。不同林分类型生态服务价值的排序为侧柏林(4506.52万元)>麻栎林(3071.02万元)>油松林(2591.17万元)>赤松林(2303.26万元)>刺槐林(1919.39万元)>黑松林(1631.48万元)>针阔混交林(863.72万元)>灌木林(556.62万元)>阔叶混交林(468.33万元)>经济林(203.45万元)，这与不同林分的自身的特性及其面积有着很大的关系。

3.3 泰山森林生态系统不同林龄的生态效益物质量及价值量

林木在不同的生长发育阶段具有的服务功能优势不同，可以把泰山森林生态系统按照林龄划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林5个生长发育阶段的林分，进而计算出不同林龄阶段的森林生态服务价值。计算结果详见表 4。

从表 4中可以看出不同林龄的森林生态服务价值之间存在着很大的差异性，其中，幼龄林为2575.49万元，中龄林为6436.22万元，近熟林为4832.67万元，成熟林为2764.51万元，过熟林为1606.07万元，不同林龄的森林生态服务价值以中龄林和近熟林为主，呈现中龄林>近熟林>成熟林>幼龄林>过熟林的规律。过熟林的生态服务价值总量虽然偏少，但其单位生态价值量最高，这与过熟林林分冠幅较大，郁闭度较好，枝干粗壮，根系错综复杂，林下枯落物丰富等因素有关。

图 4是泰山森林生态系统不同林龄树种生态效益价值的比例分布，从图中可以看出泰山森林生态服务功能价值以中龄林所占比例最大，达到了35%；其次为近熟林、幼龄林和成熟林，分别达到了27%、15%和14%；最后为过熟林，仅为9%。在泰山森林生态系统服务功能价值中，中龄林和近熟林占到总价值量的62%，其服务价值量最高。

4 讨论 4.1 泰山森林生态系统服务功能价值量显著

在泰山森林生态系统提供的涵养水源、保育土壤、固碳制氧、净化大气环境、保护生物多样性、林木营养积累、森林防护等7项服务功能的价值中，以涵养水源、森林防护、固碳制氧及保育土壤价值为主。这与李少宁等^[29]在江西大岗得到的其森林生态系统的主要服务价值是涵养水源，及王兵等^[30]在辽宁省的生态服务功能评估中得出的其森林生态系统主要服务功能价值是涵养水源、生物多样性保护和固碳制氧价值的结果相一致。这可能是因为泰山地区林木多以松栎林为主，森林植被较好，植被多为多浅根性，林下枯落物层较厚，可以涵养更多的水量。泰山作为中外名山，是世界文化与自然双重的遗产，拥有丰富的植被类型和特有的动植物品种，形成以松栎林为代表的植被分布特征，加之一些年代久远文化价值较高的名木古树，使得保护生物多样性的服务功能非常明显，其价值相对较高。泰山森林覆盖率已达到92%之多，成为泰山及周边地区的天然氧吧，“森林氧吧”也被称为生态文明时代的“金山银山”，其吸收二氧化碳制造氧气以及对人们的呼吸健康起着不可忽视的作用。泰山森林生态系统的保育土壤价值量相当可观，这与泰山地区森林覆盖率高，植被根系浅且错综复杂以及林下枯落物覆盖较厚有关；同时，这与全国水土保持区划中将泰山划归为鲁中南低山丘陵“土壤保持”区的划分相吻合，突出了泰山森林生态系统在保育土壤这一服务功能的重要作用。

4.2 泰山森林生态系统松栎林的服务功能价值较高

泰山森林生态系统以侧柏林和麻栎林的服务功能价值最高，且呈现出松栎林生态服务价值相对高于其他林分的变化趋势。这可能是因为侧柏和麻栎单位面积生态服务功能价值较大；其次，泰山是以松栎林为典型代表植被，其中的侧柏和麻栎林的面积相对较大，分布较广，使得测算中其生态效益相对突出，因此，呈现出侧柏林和麻栎林的服务功能价值最高的结果。松栎林生态服务价值相对高于其他林分的原因可能是泰山地处北方土石山区，土层比较浅薄，营养物质相对贫瘠，而松栎类等作为浅根性植被具有耐干旱、耐瘠薄，生命力顽强的特点，适合于在泰山地区生长；其次，早期泰山地区植被曾被破坏，在恢复泰山地区的植被时，当地政府下大力气进行了人工植树造林，造林的树种多以松栎栎林为主，这些树种表现出良好的适地适树的特征，能够很快适合当地的生存环境，种植以后快速生长起来，成为泰山森林生态系统的主要植被，所以呈现出松栎类植被生态服务价值较高的趋势。

4.3 泰山森林生态系统以中龄林服务价值最高

研究发现泰山森林生态服务价值以中龄林价值最高，并呈现出中龄林>近熟林>幼龄林>成熟林>过熟林的变化规律。这主要是因为泰山地区的大部分植被是在20世纪五六十年代人工种植的，经过了几十年的生长轮替，很多林木已经达到了中龄或者成熟的阶段，这使得中龄林在泰山森林植被中面积相对较大，在生态服务价值测算中处于较高的位置。过熟林的生态服务价值虽然排在最后，但其单位面积的价值却相对较高，这主要是因为过熟林的冠幅较大，林木较高，根系丰富，枯落物层较厚，单位面积涵养水源、固碳制氧、净化大气环境和保育土壤等的服务功能较强；其次，过熟林多是大树，且又多为名木古树，历史悠久，文化价值深厚，提供的生物多样性防护价值很高，这些因素促使过熟林的单位面积的生态服务价值最高。

5 结论

本文从涵养水源、保育土壤、固碳制氧、净化大气环境、林木营养物质积累、生物多样性保护以及森林防护7项服务功能对泰山森林生态系统服务功能及其价值进行了定量评估，得出主要的结论如下：

(1) 泰山森林生态服务价值量为18214.97万元/a，不同的服务功能价值量的大小顺序为：涵养水源>保护生物多样性>固碳制氧>保育土壤>森林防护>林木营养积累>净化大气环境，从排序可知泰山森林生态系统以涵养水源、生物多样性保护和固碳制氧价值为主。

(2) 泰山森林生态系统不同林种的生态效益大小顺序为：侧柏林>麻栎林>油松林>赤松林>刺槐林>黑松林>针阔混交林>灌木林>阔叶混交林>经济林，以侧柏林为最多，经济林最小，松栎林的生态服务价值相对高于其他林种。泰山森林生态系统在兼顾经济林等经济效益的同时，可适度强化松栎林的发展，突出泰山地区特色林木的生态效益，对泰山区域生态文明建设发挥重要作用。

(3) 泰山森林生态系统不同林龄的生态服务价值以中龄林为主，并呈现中龄林>近熟林>幼龄林>成熟林>过熟林的服务价值变化规律，过熟林的生态服务价值虽然在本研究中排在最后，但其单位面积的生态服务价值最高。在泰山森林的经营管理中，在加强对幼龄林和中龄林的保护与管理的同时，要注重对成熟林和过熟林的开发与保护，在不影响充分利用土地资源和其他植被生长的前提下，应尽可能的保留成熟林和过熟林的数量，发挥古树名木在旅游、生态以及经济效益中的作用。