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退耕还林生态效益评价分析

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摘要:生态效益的评估不仅是退耕还林工程有效性评价的重要环节,也是新一轮工程实施的重要理论基础。为了对陕西富县在退耕还林工作开展以来所取得的生态效益进行评价,通过自1999年以来县内退耕还林面积等有效数据,采用影子工程法和影子价格法,对该县退耕还林在涵养水源、固碳释氧、净化空气和保护生物多样性四个方面的生态效益价值做了计算与评价,获得的结论数据,可为当地退耕还林工程的宏观管理决策提供理论依据。截至到2017年底,富县共完成退耕还林工程营造林19627hm2,计算结果表明,富县退耕还林工程取得了显著的生态效益,项目实施后所产生的生态效益总价值为250649.38万元,且随着退耕年限的增长而增加,为当地经济和社会的发展起到了积极的推动作用,其中:固碳释氧(153779.67万元)>保护生物多样(67270.76万元)>涵养水源(26440.93万元)>净化空气(3158.02万元),且分别占总生态效益价值的比重为61.35%,26.84%,10.55%和1.26%,表明富县退耕还林工程中,固碳释氧生态效益价值最高,净化空气价值最低,说明退耕还林工程对富县区域水资源保护和缓解或消除局部缺氧、改善局部地区空气质量具有明显的促进作用。此外,三种植被恢复类型中,以退耕地的生态效益价值最高(119024.87万元),其次为益林荒山荒地(108380.48万元),封育的生态效益价值最低(23244.08万元)。

关键词:退耕还林;生态效益;富县;影子工程

退耕还林工程是20世纪末中国政府为改善现有生态环境状况所采取的一项重大措施,为我国生态环境状况的改善和国家的经济建设做出了突出贡献。实践证明,退耕还林是实现陕北地区生态环境脆弱区生态环境恢复的重要途径之一,因地制宜地保护好这个地区的生态环境,将对整个黄河流域的经济和社会发展,改善居民生活环境条件起到非常重要的作用[1]。陕西省是1999年开始率先在全国实施退耕还林工程的省份之一,截至到2017年底,富县共完成退耕还林工程营造林19627hm2,退耕地面积合格率达到100%,全县生态状况得到明显改善,县内水土流失得到有效抑制,并丰富和增加了当地森林植被,取得了显著的生态效益,为当地经济和社会的发展起到了积极的推动作用。生态效益的评估不仅是退耕还林工程有效性评价的重要环节,也是新一轮工程实施的重要理论基础[2]。为了对陕西富县在退耕还林工作开展以来所取得的生态效益做出计算与评价,通过自1999年以来县内退耕还林地的有效增加面积(表1),参考相关计算标准后,对该县退耕还林工作带来的生态效益价值做了估算,其获得的结论数据,可为当地退耕还林工程的宏观管理决策提供理论依据。

1研究区概况

陕西省富县位于陕北黄土高原南部,洛河中上游子午岭林区,东经108°29′26″—109°42′58″,北纬35°44′03″—36°23′16″,总面积4180.36km2。富县地处陕北黄土高原沟壑区与丘陵沟壑区交错地带,地质构造属华北陆台的鄂尔多斯地台,因长期的水蚀、风蚀及重力剥蚀等外营力的作用,演变成现在的塬、梁、川、沟、峁等沟壑纵横的黄土区特有的地貌特征,土壤成土母质多为黄土性物质。富县属中纬度半干旱地区,大陆性暖温带季风气候,年均气温8.3℃,极端最高气温38.7℃,≥10℃的活动积温年均为3085.4℃,年日照时数平均2478.4h,年降水量500~600mm,降水主要集中在7、8、9三个月,约占全年降水量的60%。富县属渭河一级支流洛河水系,生态区位十分重要,在全国生态环境建设总体布局中属“黄河上中游地区”,是全国生态环境建设的重点地区,境内主要河流有洛河、葫芦河,均属渭河水系。森林植被属暖温带落叶阔叶林地带中北部落叶林亚带,以天然次生林为主。

2研究方法

2.1数据来源

所有数据均来源于陕西富县退耕还林办公室,为退耕还林工程开展以来,年度任务下达后完成上报数据。

2.2效益评价方法

近年来,国内外许多学者采用多种方法对退耕还林工程生态效益价值进行了计量研究[3-9],但国内外至今仍没有统一的计量标准。刘胜涛等[10]人的研究表明,陕西省退耕还林工程生态效益以涵养水源、净化大气环境、固碳释氧和保护生物多样性为主,因此,本次生态效益价值计算中,以上述四项生态功能生态效益价值为主,参照《退耕还林工程生态效益监测评估技术与管理规范》附录中《退耕还林工程生态效益实物量评估公式及参照设置》,运用影子工程法对富县退耕还林生态效益价值进行计算[11]。

2.2.1涵养水源效益森林在陆地生态系统中涵养水源能力最大,被誉为“绿色水库”。我国森林平均蒸发量占降水量的30%~80%[12],计算时取70%。由于森林涵养水源和水库蓄水的原理非常类似,因此,运用影子工程法计算涵养水源效益的价值,即以人工建造1m3水库的费用为标准来估算森林的蓄水价值,因此,利用水量平衡原理可推出延安市退耕还林水源涵养量的计算公式为:R=(1-70%)×P×S×C库×10-4。式中:R为研究区退耕还林涵养水源价值(万元•a-1);P为研究区年平均降水量(mm•a-1);S为退耕还林合格效益计算面积(hm2);C库为水库建设单位库容投资,包括占地拆迁补偿、工程造价、维护费用等(元•m-3),参照第八次森林生态系统评估,水库库容造价取值为8.44元•m-3。

2.2.2固碳释氧效益退耕还林的固碳释氧效益,主要是植物通过光合作用固定CO2,释放O2的效益估算。根据光合作用方程式计算得,植物每生产1g干物质可固定1.63gCO2,同时释放1.19g的O2。计算时,林地的CO2固定量和O2释放量要分别减去农作物的净第一性生产力才能得出有效的退耕还林工程固碳释氧效益。根据目前国际上通用的碳税率标准150美元•t-1和我国的实际造林成本250元•t-1,平均值770元•t-1[13]作为碳税标准,计算公式分别为:Rco2=(NPPf-NPPc)×S×1.63×770×10-4。Ro2=(NPPf-NPPc)×S×1.19×770×10-4。式中:Rco2为退耕还林地固定CO2效益(万元);Ro2为退耕还林地的释放O2效益(元);NPPf为森林净第一性生产力(干物质量,hm-2•a-1);NPPc为耕地净第一性生产力(干物质量,hm-2•a-1);S为退耕还林合格计算面积(hm2)。据周广胜[14]等人的有关研究,我国针阔混交林的净第一性生产力(NPP)约为6.3~8.2tDM•hm-2a-1),落叶阔叶林为7.3~9.0tDM•hm-2a-1,富县退耕还林植被类型为针阔混交,但针叶树占的比重极小,因此,森林净第一性生产力取平均值7.3tDM•hm-2a-1;延安地区的农作物的产量基本相同,因此,以延安安塞县净第一生产力值为参考,取值为7.3tDM•hm-2a-1[15]。

2.2.3净化环境效益森林生态系统的净化环境效益主要通过SO2吸收和阻滞降尘两方面评估获得。(1)吸收SO2效益[16]利用面积—吸收能力法,即同类型的森林单位面积吸收SO2能力和对应的面积相乘计算出森林吸收SO2的含量,然后应用影子价格,即治理SO2的成本计算森林吸收SO2的价值。其公式为:Vs1=Cs•Ri•Si×10-4。式中:Vs1为森林吸收SO2的价值(万元);Cs为治理SO2的单位成本(元•kg-1);Ri为不同类型森林单位面积吸收SO2量(kg•hm-2);Si为退耕还林效益面积(hm2)。(2)阻滞降尘价值效益[16]退耕还林会增加植被的覆盖度,使空气中的细小颗粒物沉降于地面,有的粗糙的叶面也能吸收灰尘。采用面积—滞尘能力法来计算森林滞尘量,即:不同类型的森林单位面积的阻滞降尘的能力和对应的面积相乘,从而得出森林阻滞降尘的物质量。最后根据等效替代法,即人工削减粉尘成本来实现森林阻滞降尘的价值。其公式为:Vs2=Cd•Li•Si×10-4。式中:Vs2为森林阻滞降尘价值(万元);Cd为人工削减粉尘的成本(元•t-1);Li为林木单位面积滞尘能力(kg•hm-2);Si为退耕还林效益计算面积(hm2);富县退耕还林树种中,栽植以刺槐(Robiniapseudoacacia)、杨树(Populus)等阔叶林为主,因此,根据《中国生物多样性国情研究报告》[17],阔叶林吸收SO2能力为88.65kg•hm-2,阻滞降尘能力是10.11kg•hm-2;二氧化硫排污费收费标准为1.85元•kg-1,一般性粉尘排污费收费标准为0.23元•kg-1。

2.2.4保护生物多样性效益有研究表明[18],森林采伐造成游憩及生物多样性的价值损失值为400美元•hm-2,全球社会性对保护我国森林资源的支付意愿为112美元•hm-2,因此陕西富县退耕还林后所产生的效益估算公式为:R=512×6.92×S×10-4。其中S为退耕还林合格计算面积(hm2);6.92为当前美元汇率。

3结果与分析

经调查,富县退耕还林工程栽植林木绝大部分为阔叶树种,一般在3年后才能发挥相应的生态效益。因此,2015年后的新增退耕还林面积不再计入本次生态效益评价范围。生态效益有效计算面积见表2。计算结果表明(表3),陕西省富县自1999年退耕还林项目开展以来,项目的实施带来了巨大的生态效益价值。截止2017年底,富县退耕还林产生的生态效益总价值为250649.3779万元,其中,固碳释氧(153779.67万元)>保护生物多样(67270.76万元)>涵养水源(26440.93万元)>净化空气(3158.02万元),分别占生态效益总价值的61.35%,26.84%,10.55%和1.26%,以固碳释氧和涵养水源所产生的效益值最高,净化空气所产生的生态效益价值最小,说明退耕还林工程对富县区域水资源保护和缓解或消除局部缺氧、改善局部地区空气质量具有明显的促进作用。 随着退耕还林工作的开展,其产生的生态效益价值连年增加,计算结果显示(图1),生态效益总价值以2005年的增幅最大,比上一年增加了191.93%,其次是2004年与2006年,增长率分别为116.28%与41.44%,同时,以2009年的增长率最低,为1.01%,其次为2014年和2015年,增长率分别为2.11%和2.48%。这主要是由于年度退耕还林任务量的不同导致。根据生态效益评估公式可知,造林面积是决定退耕还林生态效益的主要因子。由于退耕还林工程每年几乎都有大量的新增加的林地面积,且林木发挥的生态效益是可持续的,可逐年累积,因此生态效益总价值随着退耕年限的增长呈增加趋势。生态效益价值增加量都与当年林地有效增加面积有关,而2000年、2007年、2014年没有相关的退耕还林任务,因此,2003年、2010年、2017年所产生的生态效益总价值与前一年保持一致。陕西富县退耕还林项目中,植被恢复类型以退耕地,宜林荒山荒地,以及封育三种形式为主,计算结果表明(图2),以退耕地的生态效益价值最高(119024.87万元),其次为益林荒山荒地(108380.48万元),封育的生态效益价值最低(23244.08万元)。这主要是由于自富县开展退耕还林工作以来,县内植被恢复类型以退耕地和宜林荒山荒地为主,封育的面积最小,分别占退耕还林工程林地总面积的47.49%,43.24%和9.27%。

4结论与讨论

自1999年退耕还林项目在陕西实施后,为富县带来了巨大的生态效益,截止2017年底,项目累计退耕还林增加总面积为19627hm2,所产生的生态效益总价值为250649.38万元,且随着年份的增长而显著增加。列入计算价值的各项生态功能中,其所产生的生态效益价值由高到低依次为固碳释氧(153779.67万元)>保护生物多样(67270.76万元)>涵养水源(26440.93万元)>净化空气(3158.02万元),以固碳释氧所产生的生态效益值最高,净化空气所产生的生态效益价值最低。近年来,已有很多学者参考不同的方法与标准对退耕还林区的生态效益做了研究与评价,认为退耕还林地区生态环境普遍较为脆弱,退耕还林工程的实施显著改善了区域生态环境。但也有研究提出了退耕还林工程实施过程中伴随的一些生态问题,如在流域中上游阶段涵养水源能力提升的同时也导致了流域径流量下降进而出现下游的水资源供给的问题[19],在植物蒸腾作用的影响下,对比退耕地与坡耕地之间的土壤储水,退耕地森林的蒸腾量大于坡耕地农作物,最终出现土壤储水的负补偿现象等[20]。因此,对于区域退耕还林生态效益价值的评价,在肯定其产生巨大的生态效益的同时,对于其带来的生态问题的评价,也是未来退耕还林生态效益评价中不容忽视的一部分。

参考文献

[1]石建华,喻理飞,孙保平.陕北地区退耕还林可持续经营途径探讨[J].林业资源管理,2014(6):31-32.

[2]张晓梅,任斐鹏,陈永欣,等.陕西省退耕还林生态效益监测与评估初步分析[J].陕西林业科技,2017,3:46-52.

作者:张巧红 冯艳霞 刘艳 单位:陕西省延安市富县林业工作站

退耕还林生态效益评价分析责任编辑:张雨    阅读:人次

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