本溪市森林虛擬水核算探討

王 璐

（大連水木工程管理有限公司，遼寧 大連 116033）

1 森林概況

本溪市擁有著名的山脈和河流、 茂密的植被，巍峨起伏的群山，是長白山老支脈的西南延續——龍崗支脈，平均海拔約350m，山區占總面積的80%以上。 森林覆蓋率達76%，森林綠化率為75.1%，該區域具有紅松、油松、柞蠶、赤楊、樺樹、榆樹、柳樹等珍貴樹種。

1.1 林地面積

本溪市城市林業用地的土地面積為67.414萬hm2，其中林地、疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃及無林地面積［1-6］分別為62.371，0.099，0.748，3.357， 0.018，0.820萬hm2，分別占林業土地面積的92.52%，0.15%，1.11%，4.98%，0.03%，1.22%。 具體如表1。

表1 本溪市林業用地各地類面積統計單位：萬hm2

1.2 林種項目

本溪市防護林和用材林占比相對較高， 其他林種比例少，森林物種結構在森林資源中不近合理，各類林種的面積和蓄積量如表2。

表2 本溪市各林種面積和蓄積量及比例統計

1.3 齡組結構

本溪市齡組結構統計如表3。 在林分中，幼齡林和中齡林占據優勢地位，占總面積的91%，蓄積量合計占84.6%，近熟林、熟林和過熟林相對較少，森林后備資源充足，但目前可利用量少。

表3 本溪市林分按齡組面積、蓄積量及比例統計

1.4 林分結構

森林的內部結構特征稱為林分， 森林樹種的組成、起源、森林林相或林層，森林類型，森林樹齡，產量和其他因素大致相似。針、闊葉林面積及蓄積量統計如表4。

表4 本溪市針、闊葉林面積及蓄積量統計

本溪市針、 闊葉林優勢樹種面積與蓄積量如表5。 其中針葉林優勢樹種有落葉松、紅松、油松，其中落葉松面積10.783萬hm2，蓄積量1020.27萬m2，本溪市闊葉林優勢樹種有柞樹、胡桃楸、刺槐，其中柞樹面積35.839萬hm2，蓄積量2444.336萬m2。

表5 本溪市針、闊葉林優勢樹種不同林齡面積與蓄積量統計

2 森林虛擬水測度方法

虛擬水是指生產商品和提供服務所需要的水量［7］，森林虛擬水是指用于生產“森林”所消耗的水量，這主要是由于森林生長過程中蒸騰所消耗水量［8-10］，與農產品相比，森林蘊含著更多的虛擬水資源，其蒸騰量計算公式如式（1）：

式中 Wgreen為單位面積森林生長周期內虛擬水量（m3/hm2）；f（X）為以林齡為自變量的森林年蒸騰量函數（m3/hm2·a）；N為森林生長周期，即森林樹木的輪伐期。

由于生理特性和生長環境的差異， 針葉林和闊葉林的蒸騰作用存在很大差異， 導致針葉林和闊葉林生長所需水量差異也很大， 因此森林虛擬水研究需對針葉林和闊葉林分別進行計算。 項目引用我國森林水文學科相關研究成果， 采用SPSS22擬合森林生長周期內年蒸騰量曲線， 通過不同類型森林單位面積的蒸騰量公式計算出這兩類森林生長周期內的總蒸騰量，最后得出森林的虛擬水量。

3 森林虛擬水計算

3.1 針葉林虛擬水計算

通過查閱相關研究成果整理出各種主要林種的年蒸騰量研究成果如表6，可看出針葉林不同樹種年蒸騰量差異較小， 而闊葉林樹種由于葉片面積大小差異較大，年蒸騰量差異較大。

表6 針葉林闊葉林各樹種年蒸騰量統計

本溪市境內針葉林中落葉松所占比重最大，以落葉松為典型樹種，計算針葉虛擬水量。

由于不同林齡樹木的蒸騰量差異明顯， 根據下表得到不同林齡落葉松林地年蒸騰量研究成果，如表7，采用SPSS22擬合出落葉松生長周期內年蒸騰量曲線，得出擬合方程計算出針葉林的虛擬水量。

表7 華北不同林齡落葉松林地年蒸騰量統計

擬合得到的蒸發量與林齡之間的關系如式（2），模型擬合優度R2為0.944，擬合優度高。

f（x）=57.992+18.279x+21.367x2-0.638x3（2）

圖1顯示的是落葉松生長周期內年蒸騰量曲線，呈倒“U”型。

圖1 華北落葉松生長周期內年蒸騰量曲線

目前，在森林經營類型中，種植落葉松所需的平均年齡約30 年，因此，以30年為落葉松林輪作期，根據30年林齡落葉松的總蒸騰量，由式（2）進行計算，得出落葉松單位面積虛擬水量公式為：

最終， 計算得出華北地區針葉林單位面積虛擬水量7.3萬m3/hm2，年均虛擬水量2433.33m3/hm2。 根據華北地區ET0多年均值（1014mm）及本溪市的ET0多年均值（849mm）的比值，得到本溪市針葉林單位面積年均虛擬水量2034.97m3/hm2。

3.2 闊葉林虛擬水計算

本溪市闊葉林優勢樹種有柞樹、胡桃楸和刺槐。其中，柞樹面積35.839萬hm2，蓄積量2444.336萬m3。本溪市境內柞樹面積占比最大， 所以選取柞樹作為闊葉林的典型樹種。收集文獻發現，不同林齡柞樹林地年蒸騰量如表8。

表8 不同林齡柞樹林地年蒸騰量統計

根據表8中的數據，用SPSS22擬合柞樹各年的蒸發蒸騰量曲線，擬合方程如式（4），擬合R2為0.966，擬合優度高。

f（x）=121.183+309.387x-7.584x2+0.053x3（4）

圖2是柞樹生長周期內年蒸騰量曲線， 呈倒“U”型。

圖2 柞樹生長周期內年蒸騰量曲線

目前培育柞樹所需要的平均年限在50年左右。因此，取50年為柞樹林輪伐期，根據50年林齡柞樹的總蒸騰量， 得出柞樹單位面積虛擬水量公式如式（5）：最終，計算得出闊葉林50年林齡柞樹單位面積總虛擬水量15.96萬m3/hm2，年均虛擬水量3192m3/hm2。

3.3 本溪市林地總虛擬水

由于本溪市針闊混交林面積比例較小， 面積和蓄積量僅合計的1.26%和1.22%， 因此主要計算針葉林和闊葉林各自的虛擬水量， 不再對混交林的虛擬水量單獨進行計算。

受數據獲取所限， 本溪市2010，2015，2018年針葉林、闊葉林面積及其總虛擬水量如表9。

表9 本溪市森林虛擬水量統計

由表9可知，本溪市針葉林與闊葉林的面積在逐年加大，森林資源向好的方向發展，所蘊含的虛擬水量也在逐年攀升； 針葉林與闊葉林虛擬水量都有小幅增加， 兩種類型森林的虛擬水量保持在1∶5的水平。 森林虛擬水總量由2010年的17.393億m3增加至2018年17.607億m3，平均每公頃森林消耗2927m3虛擬水。

對比森林虛擬水量和主要農作物虛擬水量可發現， 除人參外的各種農作物單位面積虛擬水量是森林單位面積虛擬水量的1～2倍；而森林虛擬水總量是農作物虛擬水總量的6～7倍。農作物與森林虛擬水變化趨勢相同，虛擬水消耗能力大于森林，但由于森林所占面積大， 本溪市農林產業虛擬水總量仍以森林虛擬水占據較大比重。

4 結語

（1）森林虛擬水主要指森林生長過程中因蒸發和分散而消耗的水資源量，它由土壤蒸發、林冠蒸發和森林蒸騰耗水量組成。因此，影響森林蒸發和消散的因素相當復雜，氣候、地理環境和森林自身條件決定了許多因素相互交織、相互影響。

（2）本文針對本溪境內多山地、森林資源豐富的特征，基于虛擬水理論，核算了本溪市各產業的虛擬水量，更全面、真實地表征各個產業對水資源的利用情況，這對全面核算水資源量、進行水資源評價與水資源規劃和區域經濟發展規劃都提供了新思路，為調整林產品貿易政策、 產業政策和水資源政策提供了理論支撐。