Analysis of the evolution characteristics of forest resources and ecosystem services functions in Hainan Province

海南岛（18°10′—20°10′N，108°37′—111°03′E）位于中国最南端，属于热带季风海洋性气候，全年暖热，雨量充沛，干湿季分明。年均气温在22～27℃之间，年均降雨量可达1 500～2 000 mm，为热带森林的生长发育提供了优越的水热条件。海南岛是我国热带生物多样性的关键地区，拥有中国最完整、连片面积最大的热带雨林生态系统。森林类型丰富多样，主要包括热带低地雨林、热带山地雨林、热带季雨林、热带针叶林（如南亚松林）以及沿海的红树林等^[2]。海南岛的热带雨林在类型、外貌及群落结构等方面差异性较大，森林生物多样性极其丰富，造就了其在全球热带雨林保护中的特殊地位。其中，岛内有尖峰岭、吊罗山、霸王岭、黎母山、五指山、鹦哥岭6大主要林区，8个国家级森林公园及9个国家级自然保护区，这些地区是海南岛热带森林和生物多样性富集的区域^[15]。

依据国家标准《森林生态系统服务功能评估规范》（GB/T38582-2020）^[14]，开展海南省森林生态系统涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木养分固持和净化大气环境等5项功能19个指标类别的实物量评估（图1）。相关评估公式，如表1所示。

Figure 1.  Assessment indicator system for forest ecosystem service functions in Hainan Province

森林资源数据来源于第3次～第9次全国森林资源清查清查报告^[16-22]；造林数据来源于1988—2018年中国林业统计年鉴；森林生态数据来源于海南省内的森林生态站（尖峰岭生态站、文昌生态站、霸王岭生态站和五指山生态站）长期监测数据，利用在本区域开展研究公开发表文献中的数据作为重要补充，并依据生态服务修正系数，对站点数据向全省尺度进行了转换^[23-24]。

利用Pearson相关分析方法，对森林资源变化与生态系统服务功能提升的关系进行分析，并进行显著性检验。

自1984年以来，海南省森林面积和蓄积量持续增加（图2-A），森林面积自第三次清查期的86.64×10⁴ hm²，增长至第9次清查期的194.49×10⁴ hm²，增长幅度达到了124.48%；森林蓄积量自第3次清查期的58.14×10⁷ m³，增长至第9次清查期的153.40×10⁷m³，增长幅度达到了163.84%。由此可见，森林蓄积量增长幅度高于森林面积，说明海南省森林质量在不断的提升。

Figure 2.  Changes in forest resources in Hainan Province

森林质量是综合评价森林结构与功能状态的指标，用森林覆盖率与单位面积蓄积量2个指标来表征，能够反映森林的数量规模与结构健康程度。自第3次清查期以来，海南省森林覆盖率分别为25.40%、31.27%、39.56%、48.87%、51.98%、55.38%和57.36%（图2-B），34年来增加了31.96%，略高于第4次的森林覆盖率。森林单位面积蓄积量作为森林多方面状况的“晴雨表”，是衡量森林质量的重要指标之一^[25]，海南省森林单位面积蓄积量三十余年来呈现出先降低再升高的趋势（图3-C），与全国森林单位面积蓄积量变化趋势基本相同^[26]。

Figure 3.  Afforestation area in Hainan Province during Forest Resource Inventory

34年来，海南省天然林面积占比逐年降低，而人工林则出现不断上升的趋势（图2-D）。就实际面积而言，天然林面积从第3次清查期间的26.02×10⁴ hm²，上升到第九次清查期间的54.09×10⁴ hm²，增长了1倍。其占比逐渐降低的原因，主要是因为海南省人工林面积急速增长所致（图4），第4次～第9次清查期间，累计造林面积为66.75×10⁴ hm²。海南省由于其特殊的地理区位和气候条件，省内营造了大面积的人工林，主要以经济林为主。据第9次森林资源清查报告显示，海南省人工乔木林各优势树种（组）中，以橡胶林、桉树林和其他经济林林面积最大，三者合计为105.39×10⁴ hm²，占人工乔木林面积的比例为88.08%。

就林龄结构变化而言，中幼龄林面积呈现出持续降低的趋势，近熟林、成熟林和过熟林面积则恰恰相反，三者总面积占比逐渐增加，从第3次清查期的12.33%，增加了到第9次清查期的40.85%（图3-E）。说明在林业政策的实施下，毁林现象逐渐得到遏制，森林资源得到了有效的保护，林龄结构逐渐合理。

30余年来，海南省森林生态系统调节水量、固土量、保肥量、固碳量、林木养分固持量、提供负离子量、吸收污染气体量和滞尘量实物量均出现了明显的上升趋势（表2），其增长幅度分别为263.50%、177.29%、208.63%、168.40%、162.09%、296.15%、216.43%和243.95%。其中，调节水量、提供负离子量和滞尘增长幅度最大，表明海南省森林生态系统在水源供给、调蓄洪水和人居生活环境改善方面的作用较为显著，为自贸区的建设提供了优良的生态环境和物质保障，有助于海南要实现到2035年成为生态环境质量和资源利用效率居于世界前沿的国家生态文明试验区的目标^[27]。

34年来，海南省森林资源发生了显著的变化，森林面积和蓄积量持续增长、森林覆盖率和单位面积蓄积量不断提升、森林结构明显改善。其原因主要有以下几个方面：政策与制度驱动、经济发展与产业结构转型驱动、社会与民生驱动和自然与地理条件驱动。其中，人类活动对森林具有双重影响：一方面可能导致森林退化，另一方面通过可持续管理措施可维护生态系统完整性^[28]。

政策与制度因素是驱动森林资源变化的关键力量，其作用主要体现在国家实施的系列林业生态工程所推动的大规模造林活动方面，为森林资源数量的持续增长奠定了基础^[29]。其中，在第6次全国森林资源清查期间，海南省森林面积与森林覆盖率增幅最为显著，主要归因于该时期中国相继启动的退耕还林与天然林资源保护两大生态工程。从造林面积来看，第四次至第6次清查期间的累计造林面积占近34年总造林面积的62.75%。值得注意的是，由于新造林分多处于幼龄阶段，导致第6次清查期间单位面积蓄积量出现一定程度下降，同时幼龄林与人工林面积在林分结构中的占比相应上升。

除造林活动外，森林资源清查技术的调整也是引起资源统计结果变化的重要因素。在第五次清查期间，单位面积蓄积量同样呈现下降趋势，其主要原因在于森林郁闭度的认定标准由0.3调整为0.2^[26]，该标准放宽显著推动了森林统计面积的快速增长。与第4次清查相比，第五次清查期间海南省森林面积增幅达26.54%，为各期之最。然而，因郁闭度标准降低而新增纳入森林范畴的有林地，其林分密度与单位面积蓄积量普遍偏低。根据人工造林一般3～8年可郁闭成林的规律估算，经查阅1989—1998年的中国林业统计年鉴中关于海南省的造林数据，在第5次清查期间能够实现郁闭的造林面积约为5.43～16.23万hm²，而该期森林面积较第四次清查增加28.30万hm²。据此推断，郁闭度标准调整对森林面积增加的贡献率为8.94%～16.23%。该部分新增森林资源中，人工造林面积占比为42.16%～44.28%，也就意味着其中天然林资源较多，这也是第5次清查期间天然林面积占比出现明显上升的主要原因之一。

森林面积与蓄积量的最快增长时间段上存在差异，二者变化曲线的交点为第7次清查期。主要是因为前期造林面积较大，这部分森林资源经过一段时间的生长之后，由幼龄林阶段进入到中龄林，甚至成熟林阶段，蓄积量进入了快速累积期。此外，森林经营方式的改变，是森林单位面积蓄积量变化的主要原因。森林经营方式已经由凭借造林面积增加来提升森林蓄积量的单一方式，转变为造林和可持续经营兼顾。因为依靠提升森林覆盖率来改善森林质量十分困难^[30]，要构建适应中国森林资源发展特征的可持续森林经营技术体系，用以增强森林生态系统质量和生产力^[31]。就森林固碳和提供其他生态系统服务而言，森林蓄积水平的提高才是根本。毕竟，扩大森林面积，即使是很显著的扩大，并不意味森林单位面积蓄积水平就会提高。同时，人工林面积占比增加，会带来海南热带雨林国家公园内森林景观、野生动植物栖息地破碎化的问题。同时，某些速生树种需水量大，可能导致地下水位下降；长期单一经营还会造成土壤养分失衡，依赖化肥维持生长^[32]。

通过Pearson相关分析方法对海南省森林资源与生态系统服务功能进行了相关分析，并建立了相关系数矩阵（表3），并进行了显著性检验。从中可以清晰地识别出不同森林资源要素对各生态系统服务功能的驱动作用存在显著差异。在调节服务方面，涵养水源功能与成过熟林面积表现出极显著正相关（r=0.636，P＜0.01），同时与森林总面积也呈现极显著正相关（r=0.569，P＜0.01），表明成熟林分的结构和规模对水源涵养功能发挥的作用最强；固土服务也与成过熟林面积极显著正相关（r=0.688，P＜0.01），进一步印证了高郁闭度、深层根系的老龄林在土壤保持功能的显著作用。在供给与支持服务方面，固碳功能与单位面积蓄积量（r=0.549，P＜0.01）和总蓄积量（r=0.543，P＜0.01）均呈现极显著正相关，说明林木生物量积累速率是影响碳储存能力的重要因素；提供负离子服务则与成过熟林面积相关性最高（r=0.573，P＜0.01），反映出森林康养功能与林分成熟度的高度相关。值得注意的是，吸收污染气体功能与各结构指标的相关性普遍较弱，其中与森林面积、单位面积蓄积量和覆盖率的关系表现为（r=0.385，P＜0.05）显著相关，说明该功能可能更易受森林资源的数量、生产力和树种组成等要素影响。

所以，森林资源面积与蓄积量和成熟度共同调控着生态系统服务功能的供给格局，其中成过熟林在多项服务中均发挥重要作用，凸显其在森林可持续经营中的特殊生态价值。

森林数量（面积和蓄积量）的增长是主要驱动因素，而森林质量提升和结构改善的作用也不容忽视，最终均作用于生态系统服务的发挥。Wang等^[33]认为，植被恢复对土壤环境及碳库具有积极影响，主要是因为林分结构趋于复杂化发展，群落结构较为稳定^[34]。徐珂^[35]认为，以生物量计算森林生态系统服务价值具有方法的科学性和结果的可靠性，生物量的高生长与森林生态系统服务功能的增强密切关联^[36-37]，且随着蓄积量不断累积，生态功能逐步提升^[38-40]。森林蓄积量增长意味着碳储量同步增加，李奇^[41]量化了森林植被碳储量的增加对涵养水源能力提升的驱动作用，认为碳储量增加了42.56%，涵养水源能力提升了20.85%。

有研究表明，林分蓄积与林龄之间存在正相关关系^[37,42]，但其增长速率呈现为由快变慢的趋势，年轻森林以“效率取胜”，老龄森林以“稳态持久”^[43]。有林地面积与蓄积量的增加，林龄组成比例向中龄林、近熟林的倾斜，都表明森林生态系统的质量得到了提高^[44]，森林生态系统服务功能才能更好的发挥。林龄对植被和土壤固碳量的影响作用最大，其中，土壤碳储量与林龄的之间关系显著^[45]。王贤会^[46]的研究结果表明，林龄与土壤蓄水能力也呈现出正相关性，当林分完全郁闭后，土壤蓄水能力得以充分发挥，其土壤抗蚀能力也会随之提升。

过去30多年（1984—2018），在林业生态工程的驱动下，海南省森林资源在面积、蓄积量和覆盖率上均呈现持续增长的趋势，同时林分结构不断优化，中幼龄林占比下降而近熟林、成熟林和过熟林占比上升，标志着海南省森林生态系统从单纯的规模扩张进入了质量与结构同步提升的发展新阶段。

本研究评估的各项生态系统服务功能实物量均呈现出逐步增长的趋势，尤其在调节水量、净化大气环境等方面增幅最为显著，与森林数量的增加和结构的优化紧密相关。相关分析表明，成过熟林面积和单位面积蓄积量是驱动服务功能提升的关键因素。