東北和內蒙古重點國有林區(qū)天然林保護工程生態(tài)效益分析

黃龍生,王兵,牛香,宋慶豐

(中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心,100091,北京)

東北和內蒙古重點國有林區(qū)天然林保護工程生態(tài)效益分析

黃龍生,王兵,牛香?,宋慶豐

(中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點實驗室北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心,100091,北京)

依據(jù)LY/T1721—2008《森林生態(tài)服務功能評估規(guī)范》,應用分布式測算方法,從涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護等6個方面,對東北和內蒙古重點國有林區(qū)天然林保護工程實施帶來的生態(tài)效益及價值進行分析。結果表明:1)天保工程實施期間,調節(jié)水量和固土量分別增加157.57億和2.38億t,保肥物質量、固碳量、釋氧量及林木積累營養(yǎng)物質量分別增加1 717.74萬、1 573.03萬、3 808.19萬和127.83萬t,提供負離子增加6.70×1025個,吸收污染物(SO2、HF、NOx)增加4.29億kg,吸滯TSP增加1 473.32億kg;2)每年天保工程生態(tài)效益總價值增加6 366.45億元,相當于天保工程總投資的3.53倍。東北和內蒙古重點國有林區(qū)天保工程的實施,顯現(xiàn)出巨大的生態(tài)效益和可持續(xù)發(fā)展的潛力,以期為后續(xù)天保工程的實施提供科學參考。

重點國有林區(qū);天然林資源保護工程;生態(tài)效益;東北;內蒙古

自2000年我國全面開始實施天然林資源保護工程以來,政府投入了巨額資金,用于林區(qū)基礎設施建設、林分撫育、人工更新和病蟲害防治等。天保工程的實施,旨在改善脆弱和不穩(wěn)定的環(huán)境狀況[1],這個堪稱世界上最大的生態(tài)恢復工程,實施后的生態(tài)效益如何,備受社會各界關注。

從20世紀30年代開始,一些國家相繼根據(jù)自身國情,開展巨大的林業(yè)生態(tài)工程建設。如美國“羅斯福工程”(RS)、蘇聯(lián)“斯大林改造大自然計劃”(SRN)、加拿大“綠色計劃”(GP)、日本“治山計劃”(CMP)以及北非五國“綠色壩工程”(GDFC)等[2]。這些工程在生態(tài)治理方面取得了顯著成效,在國際上產(chǎn)生重大影響。如“羅斯福工程”有效遏制美國中部6州草原“黑風暴”高頻爆發(fā)等生態(tài)問題,成為生態(tài)工程建設史上的典范?？v觀世界各國生態(tài)治理歷程,充分認識到,實施重大生態(tài)修復工程是應對生態(tài)危機及一系列生態(tài)難題的必由之路[3]。通過比較發(fā)現(xiàn),中國天保工程與國外重點生態(tài)工程,既有差異性又有相似性。差異性主要表現(xiàn)為天保工程較國外重點生態(tài)工程啟動時間短,但建設規(guī)模、資金投入和工程范圍大,體現(xiàn)了中國政府改善生態(tài)環(huán)境的決心,同時也表明中國天保工程建設任重道遠;相似性主要表現(xiàn)在這些工程都是為了解決因人類活動而造成的風沙危害和水土流失等問題[4]。

近年來,針對天保工程實施,相關學者開展了對社會經(jīng)濟和環(huán)境影響的研究。例如:Xu Jintao等[5]在總結天保工程取得初步社會經(jīng)濟效益的同時,提出為了更好地貫徹實施天保工程,中國必須解決一系列的政策和技術問題;Shen Yueqi等[6]運用輸入輸出模型,衡量天保工程潛在的環(huán)境和經(jīng)濟影響,指出如果天保工程實施得當,其投資和調整是值得的,因其積極的影響,將遠遠抵消掉禁伐帶來的負面影響;Yin Runsheng等[7]通過查閱大量文獻資料,并通過矩陣耦合,對中國的退耕還林和天保工程的社會經(jīng)濟效益和環(huán)境影響進行分析得出,這兩大生態(tài)工程都取得了一定的積極效果,指出今后工作中應重視天保工程以及對環(huán)境的影響,并關注其實施的效果;A.Vi?a等[8]對中國天保工程的研究發(fā)現(xiàn),2000—2010年間,森林覆蓋率顯著增加,占到中國國土面積的1.6%,森林凈初級生產(chǎn)力增加量約為0.9Tg碳。關于我國不同地區(qū)天保工程的實施也有不少研究,例如:李衛(wèi)忠等[9]對秦嶺林區(qū)天保工程研究提出,工程實施過程中,主要面臨森林資源的保護與發(fā)展、培育與利用的矛盾、資金投入與生態(tài)效益補償機制等問題;國政等[10]對西南地區(qū)天保工程生態(tài)效益評價得出,該區(qū)天保工程實施10年以來,取得可觀的生態(tài)效益,2008年與1998年相比,凈增生態(tài)效益945 451.6億元;段紹光等[11]運用森林生態(tài)環(huán)境效益評價方法,對河南省天保工程區(qū)現(xiàn)有森林,以及工程實施所增加的森林生態(tài)效益進行了評價。

綜上所述,近年來,對天保工程實施的研究角度、方法和區(qū)域各異,難以進行對比,而系統(tǒng)地針對天保工程實施帶來生態(tài)效益的研究相對較少,尤其針對東北、內蒙古重點國有林區(qū)。為此,筆者依據(jù)國家林業(yè)局2008年頒布的LY/T 1721—2008《森林生態(tài)服務功能評估規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)[12],以東北、內蒙古重點國有林區(qū)天然林為研究對象,分析天保工程實施以來,對林區(qū)天然林生態(tài)效益的影響,以期為后續(xù)的天保工程實施提供科學參考。

1 研究區(qū)概況

東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程區(qū)主要分布于黑龍江省、吉林省和內蒙古自治區(qū)東部,位于E 117°06＇～135°05＇,N 41°25＇～53°23＇之間。東西距離約1 300 km,南北跨度達1 400 km。主要地貌類型有山地、丘陵、平原和高原,海拔在30～1 600 m之間。該區(qū)域位于亞歐大陸東部,大部分地區(qū)屬于中溫帶,只有北部少部分地區(qū)屬于寒溫帶。氣候以溫帶大陸性季風氣候為主,四季分明,雨熱同季。多年平均氣溫在-5～8℃之間。降水量分布季節(jié)和區(qū)域差異較大,東北天保工程區(qū)年平均降水量在400～600 mm之間,內蒙古東部降水量在150～450 mm之間。降水主要集中在5—9月份,占全年降水量的70%以上。土壤類型以暗棕壤、黑土和棕色森林土為主。植被類型主要包括寒溫帶針葉林、溫帶針闊混交林和平原森林草原等。

東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程區(qū)涵蓋龍江森工、大興安嶺林業(yè)集團、吉林省森工、長白山森工、吉林省保護經(jīng)營局、內蒙古森工和內蒙古嶺南八局等7個森工集團,工程區(qū)總面積3 589.97萬hm2,占全國國土面積的3.74%。該區(qū)天保工程自2000年實施以來,截至2015年,森林資源得到有效保護和恢復,森林總面積從2 673.42萬hm2增長到2 788.72萬hm2,總蓄積量從18.96億m3增加到23.30億m3。其中,中齡林、近熟林的面積和蓄積量增加明顯(圖1)。

圖1 天保工程區(qū)資源面積、蓄積變化Fig.1 Changes of the forest area and the volume in the area of natural forest protection project

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1 森林資源連清數(shù)據(jù)集來源于國家林業(yè)局東北、內蒙古重點國有林區(qū)森林資源二類調查,包含天保工程實施前(2000年)后(2015年)的資源數(shù)據(jù)。2.1.2 森林生態(tài)連清數(shù)據(jù)集來源于東北、內蒙古地區(qū)所屬CFERN的18個森林生態(tài)站長期、連續(xù)和定位觀測數(shù)據(jù)集,以及中科院等科研院所和高校在該區(qū)建設的輔助監(jiān)測站點、固定樣地(2000多個)和實驗基地。

2.1.3 社會公共數(shù)據(jù)集其來源于我國權威機構公布的社會公共數(shù)據(jù)[13-18]。

2.2 評估指標與計算公式

研究選取的監(jiān)測評估指標體系主要包括:涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、林木積累營養(yǎng)物質、凈化大氣環(huán)境和生物多樣性保護等6項20個指標。相關計算公式主要依據(jù)《規(guī)范》和LY/T 2241—2014《森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測與評估規(guī)范》[19]。最后,從物質量和價值量2個部分,對東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程生態(tài)效益進行評估。

2.3 評估方法

依據(jù)《規(guī)范》,采用分布式測算方法[20],將研究區(qū)域按照生態(tài)功能區(qū)、林業(yè)局、優(yōu)勢樹種組和林齡,結合不同立地條件的對比觀測,確定7 385個相對均質化的生態(tài)服務評估單元。由于筆者對天保工程實施前后的生態(tài)效益進行了評估,最終確定的相對均質化生態(tài)服務評估單元個數(shù)為1萬4 770個,從而最大限度地考慮到研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的時間和空間上的差異性。

東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程生態(tài)效益的物質量和價值量測算,依據(jù)分布式測算方法,具體步驟:首先,將收集到的生態(tài)功能區(qū)尺度定位觀測數(shù)據(jù),按不同林業(yè)局進行分類,對同一林業(yè)局的觀測數(shù)據(jù),按照對應的優(yōu)勢樹種組再次劃分;其次,依據(jù)《規(guī)范》和《森林生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性監(jiān)測與評估規(guī)范》中,關于各評估指標的物質量和價值量計算公式和參數(shù),測算同一林業(yè)局不同優(yōu)勢樹種組、不同林齡的物質量和價值量;最后,匯總不同林業(yè)局、不同優(yōu)勢樹種組的物質量和價值量,最終得到整個天保工程生態(tài)效益的物質量和價值量。

3 結果與分析

3.1 天保工程生態(tài)效益物質量

東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程自2000年實施以來,截至2015年,生態(tài)效益明顯,其物質量評估結果見表1?？梢钥闯?天保工程實施期間,調節(jié)水量增加157.57億t/a,增幅30.21%;固土量增加2.38 t/a,增幅21.10%;固N、P、K和M量分別增加69.82萬、22.85萬、443.88萬和1 181.20萬t/a,增幅分別為25.27%、16.01%、24.59%和26.15%;固碳量增加1 573.03萬t,增幅26.98%;釋氧量增加3 808.19萬t,增幅25.34%;林木積累N、P和K量分別增加90.53萬、11.44萬和25.87萬t/a,增幅分別為45.84%、46.20%和26.56%;提供負離子個數(shù)增加6.70×1025個,增幅24.74%;吸收污染物(森林吸收二氧化硫、氟化物和氮氧化物的物質量之和)增加4.29億kg,增幅11.22%;滯塵增加1 473.32億kg,增幅21.08%;滯納PM10物質量增加3 452.97萬kg,增幅35.80%;滯納PM2.5物質量增加511.33萬kg,增幅18.13%。

表1 東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程生態(tài)效益物質量Tab.1 Ecological effects of the NFPP in the key state-owned forest districts in the Northeast China and Inner Mongolia_

黑龍江省、吉林省和內蒙古自治區(qū)多年平均水資源總量分別為810億、607.41億和561.32億m3[21-23];東北地區(qū)主要河流松花江、遼河和黑河的徑流量分別為706.70億、19.56億和22.03億m3/a[17]。天保工程實施期間,涵養(yǎng)水源量占這3個省(自治區(qū))水資源總量的7.96%,占東北地區(qū)3個主要河流徑流量的21.06%?？梢?天保工程的實施,對東北、內蒙古地區(qū)的水資源保護作用顯著。

黑龍江省和吉林省水力侵蝕面積為10萬7 995 km2,其中,輕度、中度、強烈、極強烈和劇烈侵蝕分別占49.50%、25.36%、14.81%、7.63%和2.70%;風力侵蝕面積為2萬2 216 km2,其中,輕度、中度、強烈和極強烈侵蝕分別占57.42%、28.42%、14.05%和0.11%[24]。參考SL 190—2007《土壤侵蝕分類分級標準》[25],經(jīng)測算可知,黑龍江和吉林省年平均土壤侵蝕量達4.64億t,天保工程實施期間,固土增加量占這2個省年平均土壤侵蝕量的51.29%。由此可知,天保工程的實施,對東北、內蒙古重點國有林區(qū)森林固土生態(tài)效益提升明顯,對該區(qū)域土壤侵蝕的防護作用突出。

根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2015》,黑龍江省、吉林省和內蒙古自治區(qū)3個省區(qū)的GDP總和以及單位GDP能耗,推算出3個省區(qū)2014年能源消費總量為3.73億t標準煤,再經(jīng)碳排放轉換系數(shù)[26-27]換算,可得出這3個地區(qū)2014年碳排放總量為2.79億t。天保工程實施期間,森林固碳增加量占這3個地區(qū)碳排放總量的5.64%,2015年的固碳量占這3個地區(qū)碳排放總量的26.53%。由此可知,天保工程實施對東北、內蒙古地區(qū)碳排放的調控作用比較顯著。

據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2015》,黑龍江省、吉林省和內蒙古自治區(qū)2014年二氧化硫排放量分別為47.22萬、37.23萬和131.24萬t;氮氧化物排放量分別為73.06萬、54.92萬和125.83萬t;煙(粉)塵排放量分別為79.35萬、47.51萬和102.15萬t。而天保工程實施期間,森林吸收二氧化硫、氮氧化物和TSP的增加量分別占3個地區(qū)對應污染物排放總量的17.94%、1.30%和64.33倍。說明天保工程實施,對凈化大氣環(huán)境起到一定的作用,但其吸收二氧化硫和氮氧化物功能仍需加強;滯塵功能的結果是基于實驗計算得出,反映的是森林潛在的滯飽和塵量,表明天保工程實施對森林滯塵作用明顯。

3.2 森林生態(tài)系統(tǒng)服務價值量比較

3.2.1 總價值東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程實施前,生態(tài)效益總價值為12 282.79億元(表2);天保工程實施后,生態(tài)效益總價值為1萬8 649.24億元。其中:涵養(yǎng)水源價值最高,占生態(tài)效益總價值量的28.03%;生物多樣性保護的價值次之,占總價值的20.12%;林木積累營養(yǎng)物質的價值最低,僅占3.70%;天保工程實施后,各項生態(tài)功能價值比例排序同之前基本一致。

表2 東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程生態(tài)效益價值量Tab.2 Values of ecological effects of the NFPP in the key state-owned forest districts in Northeast China and Inner Mongolia

天保工程實施期間,東北、內蒙古重點國有林區(qū)生態(tài)效益總價值增加6 366.45億元,相當于天保工程總投資(1 802.09億元)[28]的3.53倍;因此,天保工程實施所帶來的生態(tài)效益,遠超過國家的投資。

3.2.2 各區(qū)域價值黑龍江省天保工程實施前后生態(tài)效益價值對比,生物多樣性保護價值增加明顯(表3),由工程實施前的第3位上升至第2位,可見天保工程的實施,對黑龍江省生物多樣性保育生態(tài)效益提升較明顯。天保工程實施期間,黑龍江省生態(tài)效益總價值增加3 433.97億元,相當于全省2015年GDP總量(15 083.70億元)的22.77%,2015年的生態(tài)效益總價值占全省GDP的68.08%。

吉林省天保工程實施前后生態(tài)效益價值對比,凈化大氣環(huán)境價值量增加明顯,由工程實施前的第5位上升至第4位,可見天保工程的實施,對吉林省凈化大氣環(huán)境生態(tài)效益提升較明顯。天保工程實施期間,吉林省生態(tài)效益總價值增加716.81億元,相當于全省2015年GDP總量(14 274.11億元)的5.02%,2015年的生態(tài)效益總價值占全省GDP的19.54%。

表3 各省天保工程生態(tài)效益價值量Tab.3 Values of ecological effects of the NFPP in each province______________(108Yuan)

內蒙古自治區(qū)天保工程涵蓋內蒙古東四盟市,凈化大氣環(huán)境價值量增加明顯,由工程實施前的第5位上升至第4位,可見天保工程的實施,對內蒙古地區(qū)凈化大氣環(huán)境生態(tài)效益提升較明顯。天保工程實施期間,內蒙古地區(qū)生態(tài)效益總價值增加2 215.67億元,相當于自治區(qū)2015年GDP總量(18 032.79億元)的12.29%,2015年的生態(tài)效益總價值占自治區(qū)GDP的31.01%。

綜上所述,天保工程的實施,對于各省區(qū)的生態(tài)效益提升顯著,不同地區(qū)的不同生態(tài)功能項提升幅度各不相同。從各省區(qū)生態(tài)效益總價值的增幅來看,內蒙古地區(qū)增幅最大,為65.63%,其次是黑龍江省,增幅為50.24%,吉林省增幅較小,為34.59%。

4 結論與討論

1)天保工程實施期間,調節(jié)水量增加157.57億t,占東北地區(qū)3個主要河流年徑流量的21.06%;固土量增加2.38 t,占這黑龍江省和吉林省總平均土壤侵蝕量的51.29%;保肥物質量增加1 717.74萬t;固碳量增加1 573.03萬t,占3省份碳排放總量的5.64%;釋氧量增加3 808.19萬t;林木積累營養(yǎng)物質增加127.83萬t;提供負離子個數(shù)增加6.70×1025個;吸收污染物(指森林吸收二氧化硫、氟化物和氮氧化物的物質量之和)增加4.29億kg;滯塵增加1 473.32億kg,是3個省份煙(粉)塵排放總量的64.33倍。

2)截至2015年,東北、內蒙古重點國有林區(qū)的生態(tài)效益總價值占同期(第8次全國森林資源清查)黑龍江、吉林和內蒙古3個省區(qū)生態(tài)服務價值的84.68%。該區(qū)域面積不足全國國土面積的4%,但其生態(tài)效益占同期全國森林生態(tài)效益價值總量[29]的14.71%。天保工程實施期間,3個省份生態(tài)效益價值增加6 366.45億元,是整個天保工程總投資(1 802.09億元)的3.53倍。由此可見:東北、內蒙古重點國有林區(qū)天保工程生態(tài)效益,在全國森林生態(tài)效益中占居重要地位,在改善生態(tài)環(huán)境方面,發(fā)揮了顯著的正效益;同時,也充分表明國家實施天保工程這一重大戰(zhàn)略決策的前瞻性和正確性。

3)從研究結果來看,天保工程是緩解我國東北、內蒙古重點國有林區(qū)森林植被持續(xù)退化、天然林嚴重砍伐以及森林保護與經(jīng)濟發(fā)展突出矛盾的有效途徑。東北、內蒙古重點國有林區(qū)70%以上為中幼林,從樹木的生物學和生態(tài)學特性來看,隨著這些中幼林逐漸發(fā)育成熟,森林生態(tài)系統(tǒng)的蓄積量及各項生態(tài)效益功能的發(fā)揮,還有很大的增長空間,意味著隨時間的推移,天保工程將發(fā)揮出更高的生態(tài)效益,發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

4)天保工程實施針對的是全國天然林,筆者只是基于東北、內蒙古重點國有林區(qū)而展開的天保工程生態(tài)效益研究;因此,如黃河流域、長江流域、新疆和海南等地區(qū)的天保工程生態(tài)效益研究,也是今后工作重點,最終形成全國范圍內的天保工程生態(tài)效益研究成果,進而為國家生態(tài)建設提供科學服務。

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Evaluation of ecological effects of the natural forest protection program in key state-owned forest districts in Northeast China and Inner Mongolia

HUANG Longsheng,WANG Bing,NIU Xiang,SONG Qingfeng
(Research Institute of Forest Ecology and Environment Protection,Chinese Academy of Forestry;Key Laboratory of Forest Ecology and Environment,State Forestry Administration;Beijing Collaborative Innovation Center for Eco-environmental Improvement with Forestry and Fruit trees,100091,Beijing,China)

[Background]Due to the bitter experiences from the severe flood calamity in 1998,China initiated the natural forest protection project(NFPP).It aims to improve the environmental conditions of weak and unstable,and has been called the world's largest ecological restoration project.For implementing the NFPP,government has invested huge sum of money for forest infrastructure construction,forest tending,artificial renewal and pest control;naturally,all sectors of society would have concerned what are the ecological effects after its implementation.[Methods]Based onⅡforest resources in key state-owned forest districts in Northeast China and Inner Mongolia in 2000 and 2015, and compiling with the forest ecosystem services assessment specification(LY/T1721—2008)and thedistributed measurement method,we evaluated the ecological effects and economic value of this ecological restoration project in key state-owned forest districts in Northeast China and Inner Mongolia.Total 6 ecological functions were evaluated before and after the implementation of NFPP,i.e.,water conservation,soil conservation,carbon sequestration and oxygen release,forest nutrient accumulation, atmosphere environmentalpurification,andbiodiversityprotection.[Results]1)Duringthe implementation of NFPP,the increment of the amount of water regulation and soil fixation was 157.57× 108and 2.38×108t,respectively.The amount of fertility maintenance,carbon fixation,oxygen release, and forest nutrient accumulation increased by 1 717.74×104,1 573.03×104,3 808.19×104,and 127.83×104t,respectively.The amount of negative ion supply,pollutant absorption,and dust detaining increased by 6.70×1025,4.29×108kg,and 1 473.32×108kg,respectively.2)Values of each ecological function both showed an increasing trend,the total value of this ecological restoration project increased RMB 636.645 billion Yuan and it was 3.53 times as much as the total investment of the NFPP.3)The total value of ecological benefits in the provinces from high to low rate growth was Inner Mongolia(65.63%),Heilongjiang(50.24%),and Jilin(34.59%).4)The implementation of the NFPP in the key state-owned forest districts in Northeast China and Inner Mongolia showed great potential for ecological benefit and sustainable development.This ecological restoration project was an effective way to alleviate the continuous degradation of forest vegetation,the serious deforestation of natural forests and the prominent contradiction between forest protection and economic development in this study area.[Conclusion]Over time,the NFPP will play better ecological benefits and great potential for development.Study on ecological effects of the NFPP in the Yellow River,Yangtze River and the Xinjiang and Hainan areas is also the focus of future work.Accordingly and wishfully,it will provide scientific reference for the follow-up of the NFPP.

the key state-owned forest districts;natural forest protection project;ecological effects; Northeast China;Inner Mongolia

S718.5

:A

:2096-2673(2017)01-0089-08

10.16843/j.sswc.2017.01.011

2016- 07- 04

2016- 11- 21

項目名稱:林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“東北森林生態(tài)要素全指標體系觀測技術研究”(201404303);科技創(chuàng)新服務能力建設-協(xié)同創(chuàng)新中心-林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心(2011協(xié)同創(chuàng)新中心)(市級)(CEFF-PXM2016_014207_ 000038)

黃龍生(1988—),男,博士研究生。主要研究方向:森林生態(tài)系統(tǒng)長期觀測與網(wǎng)絡管理。E-mail:xyhls1988@ 163.com

?通信作者簡介:牛香(1982—),女,博士,副研究員。主要研究方向:森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估。E-mail:niuxiang@caf.ac.cn