麗林實驗林場水土保持林的生態效益分析

張 麗 解 放

(黑龍江省林業科學院，哈爾濱 150081)

1 前言

近年來，森林的生態效益逐漸受到了越來越多的關注。與傳統的木材經濟相比，生態效益的發揮更加受到重視和保護。面臨林業“兩危”的小興安嶺林區，通過實施“天保”工程對森林資源的保護，通過逐年減少森林的采伐量，使得森林的結構與功能得到進一步的恢復。與簡單的以木材采伐銷售的木材經濟相比，生態效益的發揮是一個隱性的存在，需要通過一定的轉換計算才能得到。在這樣的情況下，引導全社會正確地認識森林所蘊含的巨大生態效益，對于提高社會民眾對森林資源保護的關注度，調動林區林業主管部門和林區群眾保護森林資源的積極性，指導林業主管部門制定可持續發展的森林經營方案都具有非常重要的意義。

2 研究對象概況

黑龍江省林業科學院麗林實驗林場位于小興安嶺南坡北部，湯旺河上游林區，始建于1958年，系黑龍江省林業科學院設置在小興安嶺林區的一個永久性實驗基地。林場地理坐標為N48°74′～49°9′，E129°15′～129°30′，行政區域隸屬于伊春市五營區，施業區除東、北側與紅星林業局接壤外，其他部分都與五營林業局施業區相鄰。屬丘陵山地，海拔在300～500m。山脈地勢平緩，林場內主要河流有麗林河、小股營河、綜合店河，屬湯旺河水系。本區屬大陸性氣候兼有季風氣候特點，冬季漫長而嚴寒，夏季短而溫暖濕潤，日溫差和年溫差都很大，年溫差達44℃，年平均氣溫在0～2℃，年降水量為500～600mm，多集中7—9月。林場總面積為8 128hm2，其中林業用地為7 990hm2，占總面積的98.3%。林場實施森林分類經營，其中劃分有水土保持林597hm2。

3 水土保持林生態效益研究方法

3.1 森林水源涵養效益評價方法

森林水源涵養效益主要包括蓄水效益和凈化水質效益。森林蓄水效益在物理量計算上，本次研究采用截留計算法開展相關計算，蓄水量的計算公式表述如下：

W=(R+K+S)×A

(式1)

式中：W——年森林蓄水總量(t)；R——單位面積林冠層年截留降雨量(t/hm2)；K——單位面積枯落物層年持水量(t/hm2)；S——單位面積土壤層年最大蓄水量(t/hm2)；A——林分面積(hm2)。

林冠層截留降雨量計算公式為：

R′=R×Ri/10

(式2)

式中：R′——單位面積林冠層年截留降雨量(t/hm2)；R——大氣降雨量(mm)；Ri——林冠層年降雨截留率(%)。

土壤層的蓄水量以土壤層的最大蓄水量為準，計算方法如下：

S=1.0g/cm3×10 000m2×K×L

(式3)

式中：K——土壤總孔隙度(%)；L——土層深度(m)。

蓄水效益的貨幣化(V1)采用影子工程法，以水庫工程的蓄水成本來確定。因為森林涵養水源與水庫蓄水的本質類似，其蓄水價值應根據蓄積1t水的建水庫花費為標準，其計算公式為：

V1=W×K1

(式4)

式中：K1——水庫單位庫容造價(元/m3)。

以森林蓄水量的40%計算森林凈化水質的效益，采用替代法計算進行效益的貨幣化用(V2)，以城市居民用水平均價格(3.0元/m3)為參數進行計算。

V2=W×K2×40%

(式5)

式中：K2——居民用水平均價格(元/m3)

水源涵養效益(U1)為蓄水效益(V1)與凈化水質效益(V2)之和，即：

U1=V1+V2

(式6)

3.2 保育土壤效益研究方法

森林保土能力采用減少淤積泥沙的方法進行計算，采用有林地和無林地的侵蝕差異來計算，即假定在無林情況下的土壤侵蝕總量，減去現有林地的土壤侵蝕總量。

根據蓄水成本來計算森林保土功能的經濟效益(V3)。

V3=AC(X2-X1)/ρ

(式7)

式中：V3——森林年保土效益(元)；X1——有林地平均土壤侵蝕模數(t/hm2)；X2——無林地平均土壤侵蝕模數(t/hm2)；A——林地面積(hm2)；ρ——泥沙的平均密度(g/cm3)；C——水庫單位庫容造價(元/m3)。

由于森林具有水土保持作用，使林地的土壤侵蝕大大降低，因而土壤中的N、P、K、Ca、Mg等元素和其他有機物也得以保留，所減少的營養物質損失量等于減少的土壤侵蝕量乘以土壤中各營養物質的含量。因此，森林保肥效益(V4)可以通過計算因林地存在而減少的土壤侵蝕量中的N、P、K養分及有機質的價值來體現，計算公式為：

V4=A(X2-X1)(NC1/R1+PC1/R2+KC2/R3+MC3)

(式8)

式中：V4——年保肥價值(元)；X1——有林地平均土壤侵蝕模數(t/hm2)；X2——無林地平均土壤侵蝕模數(t/hm2)；A——林地面積(hm2)；N——土壤平均含N量(%)；P——土壤平均含P量(%)；K——土壤平均含K量(%)；M——土壤有機質平均質量分數(%)；R1——磷酸二銨含N量(%)；R2——磷酸二銨含P量(%)；R3——氯化鉀含K量(%)；C1——磷酸二銨平均價格(元/t)；C2——氯化鉀平均價格(元/t)；C3——有機質平均價格(元/t)。

保育土壤的總效益(U2)為保土、保肥兩部分效益之和，即：

U2=V3+V4

(式9)

4 結果與分析

4.1 水源涵養效益

(1)林冠層截留降雨作用。

麗林實驗林場所在地區的年平均降水量為626.7mm，林冠層對大氣降雨的截留率平均值為35%，由此可計算得出單位面積的風景林對大氣降水的截留量為21.93t/hm2。

(2)枯落物層持水。

綜合前人研究可以得到伊春林區枯落物層平均持水量為25.61t/hm2，以此平均值進行研究計算。

(3)土壤層蓄水量。

綜合前人研究可以得到伊春林區土壤總孔隙度為56.54%，結合實地調查，麗林實驗林場平均土壤層厚度為0.5m。經過計算可以得到，麗林實驗林場水土保持林土壤層的蓄水量分別為2 827.00t/hm2。

(4)水源涵養總效益及其貨幣化轉換。

將截留量、蓄水量、面積的各項數值代入公式1進行計算，可以分別得到麗林實驗林場水土保持林每年可發揮的水源涵養總效益值分別為171.61萬t。

(1)蓄水效益的貨幣化。

蓄水效益的貨幣化(V1)采用影子工程法，以水庫的庫容造價進行換算，引用2009年《中國水利年鑒》的數據，平均水庫庫容造價為15元/t。經過計算可以得到蓄水效益轉換為貨幣量的值為2 574.15萬元/a。

(2)凈化水質效益的貨幣化。

以森林蓄水量的40%計算森林凈化水質的效益，采用替代法計算凈化效益的貨幣化用(V2)，以伊春地區城市居民用水平均價格3.0元/m3為參數進行計算，得到凈化水質效益的貨幣值為205.93萬元/a。

綜合蓄水效益和凈水效益可以得到水源涵養總效益的貨幣值為2 780.08萬元/a。

4.2 保育土壤效益

保育土壤效益主要是同無林地相比的固持土壤、減少土壤侵蝕、防止水土流失的價值和保持土壤肥力、減少土壤養分損失的價值。對風景林的保育土壤效益的評價分別從保土效益、保肥效益兩個方面進行。

(1)保土效益評價。

保土效益可以通過有林地和無林地的土壤侵蝕模數之差的綜合計算來間接獲得。綜合前人研究成果計算得到伊春地區有林地平均土壤侵蝕模數為235t/hm2·a-1，無林地平均土壤侵蝕模數為1 497t/hm2·a-1；泥沙的平均密度為2.7g/cm3。

經計算，每年可發揮的保土效益分別為27.90萬t。應用2009年《中國水利年鑒》中平均水庫庫容造價為15元/t的數據，將保土效益值進行貨幣化轉換，可以得到每年由于發揮其保土效益而產生的效益值為418.56萬元。

(2)保肥效益評價。

綜合前人研究結果計算，伊春林區土壤中平均含N量0.55%，平均含P量0.21%，平均含K量0.21%，有機質平均含量0.21%。

經計算，麗林實驗林場水土保持林每年可發揮的保肥效益分別為8 890.29t。將各種肥料元素分別用相應的肥料價格進行換算，可以間接地得到保肥效益的貨幣值。參考2010年伊春地區肥料銷售價格，將保肥效益進行貨幣化換算，每年可獲得的保肥效益貨幣值為7 382.02萬元，保肥效益中N、P、K以及有機質四部分的效益值及貨幣化值詳見表1。

表1 麗林實驗林場水土保持林保肥效益及貨幣化值

綜合以上對保土效益和保肥效益的計算，麗林實驗林場水土保持林可發揮的保育土壤效益值為7 800.58萬元/a。

4.3 水土保持效益與經濟效益對比分析

通過前文的計算，可以得到麗林實驗林場水土保持林每年可發揮的水土保持總效益達到了1.06億元(表2)。

表2麗林實驗林場水土保持林每年發揮的生態效益值

含蓄水源凈化水質保土效益保肥效益總效益值效益值(萬元)2574．15205．93418．567382．0210580．66

為了便于對比分析，按照木材價格對水土保持林的經濟效益也進行了計算。由統計數據可以得到，麗林實驗林場水土保持林現有林地面積597hm2，經過多年的禁伐保護，現均已進入中齡以上齡級，活立木總量蓄積為71 545.95m3。根據統計資料顯示，木材價格平均價為835元/m3，按材種出材率為70%計算，中齡林以上林分的活立木綜合價格為584.50元/m3。由此可以計算得出麗林實驗林場水土保持林活立木經濟效益為4 181.86萬元。

通過以上的計算可以發現，水土保持林每年可發揮的水源涵養效益是其單純的木材經濟效益三倍多，而且水源涵養效益是每年都可以穩定收獲的，而經濟效益只是一次性獲得，倘若一次性進行經濟效益收獲，要再次達到這個效益所需要的年限又將是一個非常長期的過程。從這個角度上來說，收獲的水源涵養效益應該是木材經濟效益的數百倍之多。

5 結論

以上研究再次證明了森林所具有的生態效益是極其巨大的，僅以生態效益中的水源涵養效益進行研究，在麗林實驗林場不到600hm2的水土保持林即可發揮1.06億元/a的效益，遠大于傳統的木材經濟效益。如果進行進一步的研究，綜合考慮麗林實驗林場所有經營類型的林地的全部生態效益的話，其計算結果將是更加巨大的。

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