徐濤

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

河南長江流域防護林工程水土保持效益評價

徐濤

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

涵養(yǎng)水源和保育土壤是森林的主要生態(tài)功能。通過采用森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能實物量、價值量評估方法對長防林工程實施區(qū)域森林的水土保持效益進行的評價，結(jié)果表明，長防林工程實施后林地可調(diào)節(jié)水量12.936億m3，固土0.135億t，林地的水土保持效益價值達126.247億元。經(jīng)過20年的長防林工程建設(shè)，項目區(qū)內(nèi)森林資源快速增長，水土流失面積大幅度減少，工程建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的改善起到了明顯的作用。

長防林工程；水土保持；效益；評價

在20世紀八九十年代，為從根本上扭轉(zhuǎn)我國長江流域地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化的狀況，國務(wù)院于1988年批準將長江上游列為我國水土保持重點防治區(qū)，河南于1989年開始先后分兩期實施了長江流域防護林體系工程(以下簡稱“長防林工程”)。長防林工程是繼我國三北防護林體系建設(shè)工程之后又一個國家重點生態(tài)工程，截至目前，長防林工程已經(jīng)實施了近二十五年，定量評價長防林工程的效益是對工程實施效果的重要檢驗手段之一。

涵養(yǎng)水源、保持水土是森林生態(tài)功能的重要組成部分，目前國家林業(yè)局頒布的《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范》(LY/T1721-2008)對森林的涵養(yǎng)水源、保持土壤等多方面生態(tài)服務(wù)功能建立了指標體系，為研究水土保持效益提供了理論基礎(chǔ)。為了更好地評價工程實施的水土保持效益，實現(xiàn)森林生態(tài)效益價值貨幣化轉(zhuǎn)換，本文對河南長防林工程實施區(qū)域內(nèi)的水土保持效益進行了評價，研究結(jié)果對開展綠色GDP核算生態(tài)效益補償和生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然概況

河南長防林工程實施區(qū)域位于河南省西南部、南部和東南部，地理坐標介于110°48′—115°56′ E，31°23′—34°59′ N，工程區(qū)面積11.34萬km2。研究區(qū)地跨北亞熱帶和暖溫帶兩個氣候帶，年平均溫度10～15 ℃，年降水量600～1 400 mm。土壤主要有棕壤、黃棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土和風(fēng)沙土。流域內(nèi)多年平均徑流量257.2億m3，占全省總面積的77.7%，水資源較豐富。河流地表徑流年際年內(nèi)變化大，年內(nèi)分配不均。

工程區(qū)內(nèi)植被以伏牛山—淮河一線為界，植被類型由北向南依次為暖溫帶落葉闊葉林、北亞熱帶落葉闊葉林地帶和常綠地帶過渡。區(qū)域內(nèi)植被類型復(fù)雜，植物種類繁多，主要喬木樹種有櫟類、椴樹、楓楊、油松、華山松、馬尾松等，灌木主要有杜鵑、酸棗、荊條、黃櫨、連翹、六道木等。截至2008年，全區(qū)林業(yè)用地總面積287.88萬hm2，森林面積246.61萬hm2，森林覆蓋率21.76%[1]。

由于長期的耕作和人為破壞，特別是對森林資源的過度利用，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境極度惡化，水土流失加劇。1988年項目區(qū)內(nèi)水土流失面積高達225.91萬hm2，占區(qū)域總面積的19.9%，嚴重的生態(tài)惡化狀況阻礙和制約著流域經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 長防林工程建設(shè)情況

河南長防林工程建設(shè)共涉及11個省轄市、90個縣(市、區(qū))，總面積11.34萬km2，占全省總面積的67.9%。工程分兩個工期(一期為1989—2000年，二期2001—2008年)，一期工程建設(shè)總規(guī)模23.15萬hm2，其中人工造林16.27萬hm2，封山育林6.88萬hm2；二期工程建設(shè)總規(guī)模23.55萬hm2，其中人工造林21.34萬hm2，封山育林1.92 hm2，包括其他配套工程0.29萬hm2。

2 數(shù)據(jù)來源

森林資源、水土流失相關(guān)數(shù)據(jù)采用河南省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查體系以及工程實施區(qū)歷年長防林工程監(jiān)測數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)采用國內(nèi)公開發(fā)表文獻的相關(guān)數(shù)據(jù)[1-4]。

3 研究方法

水土保持效益分為水源涵養(yǎng)和保育土壤兩方面，借助森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能實物量、價值量評價方法，分析長防林工程的水土保持效益及價值[5]。

3.1 水土流失變化分析計算

以長防林工程未實施年度為基準，與工程實施后的水土流失面積進行比對，兩者差值為工程實施減少的水土流失面積。計算公式如下：

ΔW=W實施后-W實施前

(1)

式中：ΔW為水土流失面積變化量(萬hm2)；W實施后為長防林工程實施后水土流失面積(萬hm2)；W實施前為長防林工程實施前的水土流失面積(萬hm2)。

3.2 長防林工程涵養(yǎng)水源效益評價

森林涵養(yǎng)水源效益以“影子價格法”估算其價值，采用水庫工程的蓄水成本(替代工程法)。

3.2.1 調(diào)節(jié)水量

G調(diào)=10A(P-E-C)

(2)

式中：G調(diào)為林分調(diào)節(jié)水量(m3)；P為降水量(mm)；E為林分蒸散量(mm)；C為地表徑流量(mm)；A為林分面積(hm2)。

長防林工程實施區(qū)年降水量600～1 400 mm，多年平均降水量取900 mm；根據(jù)李本勇[3]等對薄山林場不同類型森林蒸散量的觀測，不同林分的平均蒸散量取平均值為487 mm；地表徑流與降雨具有顯著的相關(guān)性，根據(jù)宋軒[4]等建立林地降雨與徑流的關(guān)系，計算出林地的地表徑流量為136 mm。

3.2.2 涵養(yǎng)水源價值

U調(diào)=C庫G調(diào)

(3)

式中：U調(diào)為林分年調(diào)節(jié)水量價值(元)；C庫為水庫建設(shè)單位庫容投資(元m-3)。

按照工程替代法，單位庫容C庫根據(jù)1993—1999年《中國水利年鑒》平均水庫庫容造價為2.17元m-3，結(jié)合價格指數(shù)，單位庫容造價為6.11元m-3。

3.2.3 凈化水質(zhì)價值

U水質(zhì)=KG調(diào)

(4)

式中：U水質(zhì)為林分凈化水質(zhì)價值(元)，K為水的凈化費用(元m-3)。

3.3 長防林工程的固土效益評價

森林通過發(fā)達的根系網(wǎng)絡(luò)，固持土壤，減輕水土流失，減少水庫和河流的泥沙滯留和淤積，起到了人工取沙增加水庫壽命的作用。森林固土效益價值即是森林比無林地減少土壤侵蝕的量，用森林林地土壤侵蝕模數(shù)與無林地土壤侵蝕模數(shù)的差值乘以挖土取沙費用來估算森林固土價值。

3.3.1 固土效益實物量

G固土=A(X2-X1)

(5)

式中：G固土為林分年固土量(t)；X1為林地土壤侵蝕模數(shù)thm-2a-1；X2為無林地土壤侵蝕模數(shù)thm-2a-1。

根據(jù)宋軒[4]等對長防林不同植被類型水土流失的研究，無林地土壤侵蝕模數(shù)達32.65 thm-2a-1，而林地土壤侵蝕模數(shù)僅為3.6 thm-2a-1，相者相差近10倍。

3.3.2 固土價值

U固土=C土G固土/ρ

(6)

式中：U固土為林分年固土價值(元)；C土為挖取和運輸單位體積土方所需費用(元m-3)，取12.6元m-3；ρ為林地土壤容重(tm-3)，取1.18 tm-3。

3.3.3 保肥價值

U肥=A(X2-X1)(NC1/R1+PC2/R2+KC3/R3+MC4)

(7)

式中：U肥為林分年保持土壤肥力價值(元)；N為林分土壤平均含氮量(%)；P為林分土壤平均含磷量(%)；K為林分土壤平均含鉀量(%)；M為林分土壤有機質(zhì)含量；R1、R2、R3分為碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀的N、P、K化肥中的含量(%)；C1、C2、C3分別為碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀價格(元t-1)；C4為土壤中有機質(zhì)含量(%)。

據(jù)測定，全國范圍內(nèi)土壤中有機質(zhì)含量為1%，氮含量為0.37%，磷含量為0.010 8%，鉀含量為2.239%[7]。而N、P、K折算成碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀含量分別為5.571、3.373和1.667，根據(jù)研究區(qū)內(nèi)2009年各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料數(shù)據(jù)，得出碳酸氫銨、過磷酸鈣和氯化鉀價格分別為590、680和3 300元t-1；有機質(zhì)按薪材轉(zhuǎn)化土壤有機質(zhì)來計算，薪材轉(zhuǎn)化成土壤有機質(zhì)的比例一般為2∶1，薪材的機會成本價格為51.3元t-1[6]。

4 結(jié)果和分析

4.1 工程實施后區(qū)域內(nèi)水土流失的變化

森林具有的截留、增強土壤水分下滲、抑制地面蒸發(fā)、緩和地表徑流的作用，使得整個區(qū)域內(nèi)的水土流失面積得以減少。宋軒[4]等通過西峽灌溝徑流小區(qū)觀測數(shù)據(jù)得出，7—9月累計降雨量為379.6 mm，而徑流量僅為139.75 mm，徑流系數(shù)為0.16，森林對水源涵養(yǎng)作用非常明顯。

長防林工程區(qū)域內(nèi)水土流失面積統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 長防林工程實施前后水土流失面積統(tǒng)計

自1989年以來，長防林工程實施后兩期的水土流失面積比1988年水土流失面積分別減少了36.83萬hm2和89.95萬hm2，下降幅度分別達16.30%和39.82%。

河南省長防林工程二期新增造林面積46.70萬hm2，工程建設(shè)取得了歷史性的發(fā)展，區(qū)域內(nèi)森林覆蓋率由1988年的8.96%提高到2008年的21.76%。工程恢復(fù)和擴大了當?shù)厣种脖唬糁茀^(qū)域水土流失的發(fā)生，改善了區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進了農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

4.2 長防林工程水源涵養(yǎng)效益

由公式(2)～(4)計算長防林工程水源涵養(yǎng)量及其價值，結(jié)果見表2。

表2 長防林工程水源涵養(yǎng)量及價值

采用水庫工程的蓄水成本(替代工程法)，計算出河南長防林工程水源涵養(yǎng)量為12.936億m3，水源涵養(yǎng)價值達106.075億元。

4.3 長防林工程保育土壤效益

由公式(5)～(7)計算出長防林工程固土量及其土壤保持價值，結(jié)果見表3。

表3 長防林工程土壤保持價值

根據(jù)表3計算結(jié)果可以看出，河南長防林工程固土量達0.135億t，固土價值和保肥價值共計20.172億元。

5 結(jié)論

5.1 由于工程區(qū)域內(nèi)林地面積持續(xù)增加，在森林植被蓄水保土作用下，對比法表明，工程實施后區(qū)域內(nèi)水土流失面積比工程實施前水土流失面積共減少89.95萬hm2。

5.2 利用森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對長防林工程的水土保持價值進行計算，長防林工程分別調(diào)節(jié)水量12.936億m3、固土量0.135億t，水土保持水源涵養(yǎng)和土壤保持價值效益共計126.247億元。

5.3 生態(tài)服務(wù)功能評價方法在定量評價工程水土保持效益時，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的選取對評價結(jié)果影響較大，長防林工程在河南省內(nèi)分布區(qū)域廣，跨區(qū)域范圍相對較大，今后應(yīng)加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的監(jiān)測，開展更為詳細的基礎(chǔ)工作研究，可以提高工程實施區(qū)域定量評價精度。

[1] 師永全，菅根柱，趙義民，等．河南省長江流域防護林體系工程建設(shè)成效自評價報告[R]．鄭州：河南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，2009

[2] 王兵，李良厚，魯紹偉，等．河南省林業(yè)生態(tài)效益價值評估(2008年度)[R]．北京：國家林業(yè)局中國森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究網(wǎng)絡(luò)中心，河南省林業(yè)科學(xué)研究院，北京林業(yè)大學(xué)，2009

[3] 李本勇，孫衛(wèi)華．薄山林場森林植被涵養(yǎng)水源價值評估[J]．河南林業(yè)科技，2013，33(3)8-9，61

[4] 宋軒，李樹人，王玉森，等．長江中游防護林工程區(qū)不同植被類型水土流失研究[J]．河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報2000，34(2)：122-126

[5] LY/T1721-2008．森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估規(guī)范[S]．北京：中國標準出版社，2008

[6] 閆峰陵，雷少平，羅小勇，等．丹江口庫水土保持的生態(tài)服務(wù)功能價值估算研究[J] ．長江流域資源與環(huán)境，2010，19(10)：1205-1210

[7] 侯元兆，張佩昌，王琦，等．中國森林資源核算研究[M] ．北京:中國林業(yè)出版社，1995

Benefit Evaluation of Soil and Water Conservation forYangtze River Protection Forest Project in Henan Province

Xu Tao

(Changjiang Survey, Planning, Design and Research Co. Ltd., Wuhan 430010, China)

Water conservation and soil conservation are the main water conservation benefits for woodland.The benefit of soil and water conservation in the forestland of Yangtze River protection forest by the evaluation method for physical volume and value of forest ecosystem services in Henan province were evaluated.Result shows that：the water conservation is 1.239 6 billion cubes and soil conservation is 13.5 million tons.The value of water conservation benefits in the forestland reaches 12 624 700 000 Yuan.After 20 years of construction of project, the forest resource increase rapidly and the area of soil and water losses reduced substantially in the project area.Therefore, the construction of project has a significant improvement effect on the ecology environment.

the project of Yangtze River protection forest;soil and water conservation;benefit;evaluation

1005-5215(2015)01-0041-03

2014-11-11

徐濤(1982-)，男，湖北荊州人，工程師，主要從事水土保持規(guī)劃設(shè)計工作.

S774

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.01.015