天保工程對(duì)東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)保育土壤生態(tài)效益的影響

黃龍生，王兵，牛香，宋慶豐

(中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100091；北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心，102206：北京)

天保工程對(duì)東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)保育土壤生態(tài)效益的影響

黃龍生，王兵?，牛香?，宋慶豐

(中國林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所 國家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100091；北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心，102206：北京)

為了直觀地反映天然林資源保護(hù)工程所帶來的生態(tài)效益，體現(xiàn)重大生態(tài)工程的巨大作用，實(shí)現(xiàn)林業(yè)及生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，依據(jù)LY/T1721—2008《森林生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》，應(yīng)用分布式測算方法，對(duì)東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程保育土壤物質(zhì)量及價(jià)值量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：1)截至2015年，9個(gè)優(yōu)勢樹種固土和保肥總量分別為13.17億t/a和8 203.72萬t/a，比天保工程實(shí)施前分別增加2.36億t/a和1 738.23萬t/a；2)9個(gè)優(yōu)勢樹種固土和保肥總價(jià)值分別為905.29和2 408.92億元/a，比天保工程實(shí)施前分別增加455.44和699.69億元/a；3)樺木林和闊葉混交林固土效益突出，而紅松林和樟子松林固土效益不顯著；落葉松林和闊葉混交林保肥效益均最好，樟子松林保肥效益較差；4)對(duì)森林實(shí)施保護(hù)，能有效改善其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，使森林保育土壤生態(tài)效益得到相應(yīng)的提升。研究為評(píng)估天保工程區(qū)森林的其他生態(tài)服務(wù)功能，以及后續(xù)天保工程的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

天然林保護(hù)工程； 東北和內(nèi)蒙古； 重點(diǎn)國有林區(qū)； 保育土壤； 生態(tài)效益

作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林對(duì)維持地圈和生物圈的動(dòng)態(tài)平衡，以及調(diào)節(jié)全球生物地球化學(xué)循環(huán)過程發(fā)揮著重要作用[1]。天然林是森林生態(tài)系統(tǒng)重要的自然本底類型，類型多樣、物種豐富和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有涵養(yǎng)水源、保育土壤和生物多樣性保護(hù)等諸多生態(tài)功能；同時(shí)，也為人類活動(dòng)提供必要的物質(zhì)資源[2]。我國的天然林資源大多分布在大江大河的源頭，以及農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)的周圍，因此，對(duì)流域生態(tài)穩(wěn)定和區(qū)域糧食安全起到重要的保障作用。我國自1998年開始天然林資源保護(hù)工程的試點(diǎn)工作，并于2000年正式啟動(dòng)。政府投入了巨額資金，用于林區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、林分撫育、人工更新和病蟲害防治等。天保工程的實(shí)施，旨在改善脆弱和不穩(wěn)定的環(huán)境狀況[3]，這個(gè)堪稱世界上最大的生態(tài)恢復(fù)工程，在帶來社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，必將產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益。

土壤是人類發(fā)展歷史長河中最早開發(fā)利用的生產(chǎn)資料，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)[4]。森林植被保育土壤的生態(tài)服務(wù)功能，主要通過植被保護(hù)土壤和改良土壤2個(gè)生態(tài)過程來實(shí)現(xiàn)，其對(duì)土壤的形成和發(fā)展影響很大；因此，研究植物與土壤間的關(guān)系意義重大[5]。我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，目前土壤侵蝕總面積達(dá)294.91萬km2，占國土面積的30.7%[6]，全國每年流失的土壤至少為50億t，并流失大量的氮、磷、鉀和微量元素肥料[7]。植被的保土保肥功能及生態(tài)服務(wù)不僅具有直接的生態(tài)價(jià)值，而且具有間接的乘數(shù)效應(yīng)和長期的生態(tài)功效[8]。相關(guān)學(xué)者對(duì)天然林、混交林和人工純林的土壤養(yǎng)分進(jìn)行分析，總體上，天然林和混交林在土壤養(yǎng)分改良方面優(yōu)勢明顯，利于土地生產(chǎn)力的提高，保水和保肥作用更好[9-12]。康文星等[13]對(duì)廣州城市森林涵養(yǎng)水源、固土保肥的功能及價(jià)值分析結(jié)果顯示，廣州市城市森林每年在蓄水、防洪、固土、保肥和改良土壤等功能上的價(jià)值高達(dá)8.322億元。

筆者以東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天然林為研究對(duì)象，結(jié)合LY/T1721—2008《森林生態(tài)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》(以下簡稱“規(guī)范”)[14]，從物質(zhì)量和價(jià)值量2個(gè)方面，研究天保工程實(shí)施對(duì)林區(qū)天然林保育土壤生態(tài)效益的影響，以期為合理評(píng)估天保工程實(shí)施產(chǎn)生的生態(tài)效益，提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程區(qū)位于E 117°06′～135°05′，N 41°25′～53°23′之間，主要分布于我國黑龍江省、吉林省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，東西距離約1 300 km，南北跨度達(dá)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)域位于亞歐大陸的東部，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(fēng)氣候?yàn)橹?，四季分明，雨熱同季，多年平均氣溫?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(nèi)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、溫帶針闊葉混交林和平原森林草原等。

東北和內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程區(qū)涵蓋了龍江森工、大興安嶺林業(yè)集團(tuán)、吉林省森工、長白山森工、吉林省保護(hù)經(jīng)營局、內(nèi)蒙古森工和內(nèi)蒙古嶺南八局等7個(gè)森工集團(tuán)，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(shí)施以來，截至2015年，森林資源得到有效的保護(hù)和恢復(fù)，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。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源包括3個(gè)方面：1)森林資源連清數(shù)據(jù)集來源于國家林業(yè)局東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)森林資源二類調(diào)查，包含天保工程實(shí)施前(2000年)后(2015年)的資源數(shù)據(jù)；2)森林生態(tài)連清數(shù)據(jù)集來源于東北、內(nèi)蒙古地區(qū)所屬CFERN的18個(gè)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(shè)的輔助監(jiān)測站點(diǎn)、2 000多個(gè)固定樣地和實(shí)驗(yàn)基地；3)社會(huì)公共數(shù)據(jù)集來源于我國權(quán)威機(jī)構(gòu)公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)[15-20]。

2.2 計(jì)算方法

選取保育土壤為監(jiān)測指標(biāo)，依據(jù)《規(guī)范》采用分布式測算方法[21]，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(jié)合不同立地條件的對(duì)比觀測，確定出7 385個(gè)相對(duì)均質(zhì)化的生態(tài)服務(wù)測算單元。由于筆者對(duì)天保工程實(shí)施前后保育土壤的生態(tài)效益進(jìn)行了測算，所以最終確定的相對(duì)均質(zhì)化生態(tài)服務(wù)測算單元為14 770個(gè)，從而最大限度地考慮到研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間和空間上的差異性。

2.3 計(jì)算公式

依據(jù)《規(guī)范》中提供的方法，以東北、內(nèi)蒙古天保工程區(qū)落葉松(Larixspp.)、紅松(Pinuskoraiensis)、樟子松(Pinussylvestrisvar. mongolica)、櫟類(Quercusspp.)、樺木(Betulaspp.)、楊樹(Populusspp.)、針葉混交林(Coniferous mixed forest)、闊葉混交林(Broadleaf mixed forest)和針闊混交林(Mixed broadleaf-conifer forest)等9個(gè)優(yōu)勢樹種為研究對(duì)象，對(duì)其保育土壤生態(tài)效益進(jìn)行測算。采用研究區(qū)2期(2000和2015年)森林資源面積數(shù)據(jù)，分別評(píng)估天保工程實(shí)施前后的保育土壤生態(tài)效益，其中，2000和2015年研究區(qū)9個(gè)優(yōu)勢樹種總面積分別為2 568.43萬hm2和2 755.32萬hm2(表1)。研究區(qū)還涉及到如云杉(Piceaaspoerata)、冷杉(Abiesfabri(Mast.) Craib)、水曲柳(FraxinusmandschuricaRupr.)、胡桃楸(JuglansmandshuricaMaxim.)、黃檗(PhellodendronamurenseRupr.)、經(jīng)濟(jì)林(Economic forest)和灌木林(Shrub)等，但鑒于其總面積所占比重較小，故沒有在筆者研究中選用。

森林憑借龐大的樹冠、深厚的枯枝落葉層及強(qiáng)壯且成網(wǎng)絡(luò)的根系截留大氣降水，減少或免遭雨滴對(duì)土壤表層的直接沖擊，有效地固持土體，降低地表徑流對(duì)土壤的沖蝕，使土壤流失量大大降低；而且森林的生長發(fā)育及其代謝產(chǎn)物，不斷對(duì)土壤產(chǎn)生物理及化學(xué)影響，參與土體內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換與物質(zhì)循環(huán)，使土壤肥力提高，森林凋落物是土壤養(yǎng)分的主要來源之一：因此，筆者選用固土和保肥2個(gè)指標(biāo)，以反映森林保育土壤功能。計(jì)算公式如下：

G固土=A·(X2-X1)·F。

(1)

表1東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程區(qū)不同優(yōu)勢樹種相關(guān)生態(tài)參數(shù)(平均值)

Tab.1Ecological parameters in different stand types of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia (Average)

優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies有林地土壤侵蝕模數(shù)Soilerosionmodulusinforestland/(t·hm-2·a-1)無林地土壤侵蝕模數(shù)Soilerosionmodulusinnon-forestland/(t·hm-2·a-1)土壤含氮量NNitrogencontentinsoil/%土壤含磷量PPhosphoruscontentinsoil/%土壤含鉀量KKaliumcontentinsoil/%土壤含有機(jī)質(zhì)量MOrganicmattercontentinsoil/%200020152000201520002015200020152000201520002015落葉松林Larixspp.forest0.970.4727.2634.430.3020.5450.1540.1791.2262.2130.0581.543紅松林Pinuskoraiensisforest2.710.4636.3443.500.1780.5720.4600.3012.0623.6050.0471.539樟子松林Pinussylvestrisvar.mon-golicaforest0.970.4627.2634.430.0710.4780.0410.1990.8912.1880.0441.339櫟類Quercusspp.forest2.590.4635.3442.500.2480.4020.1130.9191.9342.6620.0460.059樺木林Betulaspp.forest1.330.4634.3441.500.1900.5630.1150.1431.6352.1860.0320.945楊樹林Populusspp.forest2.690.4736.1843.340.2020.5330.0960.1291.5601.9040.0421.201針葉混交林Coniferousmixedforest1.000.4735.8643.090.2650.6410.1250.6531.4303.0940.0490.104闊葉混交林Broadleafmixedforest1.010.4634.9342.760.2500.4960.1420.2681.7793.0540.0410.087針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest1.000.4633.9741.050.5150.6240.1390.6281.2702.9490.0490.102

U固土=A·C土·(X2-X1)·F/ρ。

(2)

GN=A·N·(X2-X1)·F，GP=A·P·(X2-X1)·F。

(3)

GK=A·K·(X2-X1)·F，
G有機(jī)質(zhì)=A·M·(X2-X1)·F。

(4)

U肥=A·(X2-X1)·(N·C1/R1+P·C1/R2+
K·C2/R3+M·C3)·F。

(5)

式中：G固土為實(shí)測林分年固土量，t/a；A為林分面積，hm2；X1、X2分別為有、無林地土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；F為森林生態(tài)功能修正系數(shù)；U固土為實(shí)測林分年固土價(jià)值，元/a；C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用，元/m3；ρ為土壤密度，g/cm3；GN、GP、GK和G有機(jī)質(zhì)分別為森林固持土壤而減少的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)流失量，t/a；N、P、K和M分別為森林土壤平均氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；U肥為實(shí)測林分年保肥價(jià)值，元/a；R1、R2分別為磷酸二銨化肥含氮、磷量；R3為氯化鉀化肥含鉀量，%；C1為磷酸二銨化肥價(jià)格，元/a；C2為氯化鉀化肥價(jià)格，元/a；C3為有機(jī)質(zhì)價(jià)格，元/a。

研究中涉及的各優(yōu)勢樹種的相關(guān)生態(tài)參數(shù)，如X1、X2、ρ、N、P、K和M等，是基于上述各森林生態(tài)站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，且按研究區(qū)內(nèi)各森工集團(tuán)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，涉及到的數(shù)據(jù)量大，鑒于文章整體篇幅，故在此取各自平均值(表1)。涉及各優(yōu)勢樹種面積以及相關(guān)的社會(huì)公共數(shù)據(jù)，分別見表2和表3。

表2東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程區(qū)不同優(yōu)勢樹種面積

Tab.2Area in different stand types of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia

優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies面積Area/104hm220002015落葉松林Larixspp.forest974.24895.60紅松林Pinuskoraiensisforest39.7127.17樟子松林Pinussylvestrisvar.mongoli-caforest37.3134.21櫟類Quercusspp.forest161.47151.28樺木林Betulaspp.forest570.36667.62楊樹林Populusspp.forest52.0763.37針葉混交林Coniferousmixedforest72.3261.06闊葉混交林Broadleafmixedforest456.28615.02針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferfor-est204.68239.99總計(jì)Total2568.432755.32

3 結(jié)果與分析

3.1 物質(zhì)量變化

3.1.1 固土物質(zhì)量 不同優(yōu)勢樹種不同時(shí)期固土物質(zhì)量見表4。可以看出：東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程實(shí)施前(2000年)、后(2015年)9個(gè)優(yōu)勢樹種的固土物質(zhì)量均不相同。其中，2個(gè)時(shí)期楊樹、樺木和櫟類等闊葉樹種單位面積固土量，均大于落葉松、紅松和樟子松等針葉樹種。

表3東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程區(qū)保育土壤生態(tài)效益社會(huì)公共數(shù)據(jù)

Tab.3Social public data for soil conservation of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia

名稱Name單位Unit2015年數(shù)值Numericalvaluesin2015來源及依據(jù)SourceandbasisC土(Yuan·m-3)66.40 依據(jù)2002年黃河水利出版社出版《中華人民共和國水利部水利建設(shè)工程預(yù)算定額》(上冊)中,人工挖土方Ⅰ和Ⅱ類土類每100m3需42工時(shí),人工費(fèi)依據(jù)HLJD-JZ—2010《黑龍江省建筑工程計(jì)價(jià)定額》,人工工日單價(jià)53元/工日,貼現(xiàn)至2015年為66.40元/工日。Accordingtothe“PeoplesRepublicofChi-naMinistryofWaterConservancyonwaterconservancyconstructionprojectbudgetquota”(I)pub-lishedbyYellowRiverWaterConservancyPressin2002,thatmanualexcavationofearthworktypeIandIIneeds42hper100m3.Laborcostisaccordingtothe“Heilongjiangconstructionprojectvaluationnorm”(HLJD-JZ—2010),artificiallaborpriceis53Yuan/d,andthediscountis66.40Yuan/duntil2015.R1%14.00R2%15.01 化肥產(chǎn)品說明DescriptionofchemicalfertilizerproductR3%50.00C1(Yuan·t-1)3535.11 根據(jù)中國農(nóng)資網(wǎng)(http://www.ampcn.com),2008年黑龍江省磷酸二銨市場價(jià)格2570元/t貼現(xiàn)至2015年。AccordingtotheChineseagriculturalnet(http://www.ampcn.com),themarketpriceofDAPinHeilongjiangprovincewas2570Yuan/tin2008,whichwasdiscounteduntil2015.C2(Yuan·t-1)3012.41 根據(jù)中國化肥網(wǎng)(http://www.fert.cn),2008年黑龍江省氯化鉀化肥市場價(jià)格2190元/t貼現(xiàn)至2015年。AccordingtoChinachemicalfertilizernet(http://www.fert.cn),themarketpriceofpotassi-umchloridefertilizerinHeilongjiangprovincewas2190Yuan/tin2008,whichwasdiscounteduntil2015.C3(Yuan·t-1)857.78 根據(jù)中國農(nóng)資網(wǎng)(http://www.ampcn.com),2013年雞糞有機(jī)肥的春季平均價(jià)格800元/t貼現(xiàn)至2015年。AccordingtotheChineseagriculturalnet(http://www.ampcn.com),theaveragepriceofchickenmanurewas800Yuan/tin2013,whichwasdiscounteduntil2015.

注：C土為挖取和運(yùn)輸單位體積土方所需費(fèi)用；R1、R2分別為磷酸二銨化肥含氮、磷量；R3為氯化鉀化肥含鉀量；C1為磷酸二銨化肥價(jià)格；C2為氯化鉀化肥價(jià)格；C3為有機(jī)質(zhì)價(jià)格。Note:C土=The cost of digging and transporting unit earthworks.R1=Nitrogen content of diammonium phosphate fertilizer.R2= Phosphorus content of diammonium phosphate fertilizer.R3=Potassium content of potassium chloride fertilizer.C1=The price of diammonium phosphate fertilizer.C2=The price of potassium chloride fertilizer.C3=The price of organic matter.

表49種不同優(yōu)勢樹種固土效益及價(jià)值

Tab.4Soil fixation and its value of 9 different dominant tree species

優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies固土物質(zhì)量Soilfixation固土價(jià)值量Valueofsoilfixation20002015期間Duration20002015期間Duration單位面積固土量Soilfixationperarea/(t·hm-2)總固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)單位面積固土量Soilfixationperarea/(t·hm-2)總固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)總固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)單位面積固土價(jià)值Valueofsoilfixationperarea/(Yuan·hm-2)總固土價(jià)值Totalvalue/(108Yuan·a-1)單位面積固土價(jià)值Valueofsoilfixationperarea/(Yuan·hm-2)總固土價(jià)值Totalvalue/(108Yuan·a-1)總固土價(jià)值Totalvalue/(108Yuan·a-1)落葉松林Larixspp.forest36.4135472.1339.5435412.18-59.941413.02137.682397.53214.7377.05紅松林Pinuskoraiensisforest41.241637.7748.921329.38-308.391482.615.892921.157.942.05樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicaforest37.661405.1937.801293.06-112.121307.904.882003.136.962.08櫟類Quercusspp.forest47.687698.8653.038022.27323.412048.6033.083940.3859.6126.53樺木林Betulaspp.forest49.0727987.3752.6335136.827149.461933.10110.263893.71259.94149.68楊樹林Populusspp.forest50.522630.4559.983800.881170.432105.0110.964029.7325.5414.58針葉混交林Coniferousmixedforest41.442996.7849.603028.4731.691649.4211.932987.8418.246.31闊葉混交林Broadleafmixedforest42.9419592.7451.8231870.2112277.472149.5698.093889.78239.21141.12針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest42.488694.6149.3011831.633137.021811.5337.083046.7773.1236.04總計(jì)Total108115.89131724.9123609.02449.85905.29455.44

截至2015年，9個(gè)優(yōu)勢樹種總固土量為13.17億t/a，比天保工程實(shí)施前增加2.36億t/a，表明天保工程的實(shí)施，對(duì)東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天然林整體固土生態(tài)效益提升明顯。此外，落葉松、紅松和樟子松的總固土量，均比天保工程實(shí)施前有所下降，這可能是由于在此期間，對(duì)天然林的生態(tài)間伐，致使該部分林分面積減少，進(jìn)而影響固土量的總體增加。

3.1.2 保肥物質(zhì)量 不同優(yōu)勢樹種不同時(shí)期保肥物質(zhì)量見表5。由表5可知，截至2015年，9個(gè)優(yōu)勢樹種保肥總量為8 203.72萬t/a，比天保工程實(shí)施前增加1 738.23萬t/a。天保工程實(shí)施期間，減少N、P、K和M流失的總量，分別為71.71、25.22、437.00和1 204.30萬t/a。9個(gè)優(yōu)勢樹種中，單位面積減少N流失量最大的是闊葉混交林(146.06 kg/hm2)，樟子松林最小(104.95 kg/hm2)；單位面積減少P流失量最大的是櫟類(64.32 kg/hm2)，樟子松林最小(49.40 kg/hm2)；單位面積減少K流失量最大的是櫟類(988.58 kg/hm2)，樟子松林最小(586.12 kg/hm2)；單位面積減少M(fèi)流失量最大的是櫟類(2 273.10 kg/hm2)，針葉混交林最小(1 688.23 kg/hm2)。9個(gè)優(yōu)勢樹種單位面積總保肥量從大到小排序依次為櫟類(3 462.24 kg/hm2)>楊樹林(3 203.93 kg/hm2)>闊葉混交林(3 169.70 kg/hm2)>樺木林(3 150.12 kg/hm2)>紅松林(2 826.54 kg/hm2)>落葉松林(2 778.69 kg/hm2)>針闊混交林(2 569.96 kg/hm2)>針葉混交林(2 563.14 kg/hm2)>樟子松林(2 506.44 kg/hm2)。9個(gè)優(yōu)勢樹種單位面積減少N、P、K和M流失量，比天保工程實(shí)施前均有所增加，表明天保工程實(shí)施，給各優(yōu)勢樹種保肥帶來的效益明顯。綜合比較9個(gè)優(yōu)勢樹種2個(gè)時(shí)期減少營養(yǎng)元素流失量，櫟類、楊樹林以及闊葉混交林保肥效益較好，樟子松林保肥效益較差。

表59種不同優(yōu)勢樹種保肥量

Tab.5Fertility maintenance function of 9 different dominant tree species

優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies減少N流失Reductionofsoilnitrogenloss減少固P流失Reductionofsoilphosphorusloss20002015期間Duration20002015期間Duration單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)總量Total/(104t·a-1)落葉松林Larixspp.forest93.7291.31109.4798.046.7346.2145.0253.6748.073.05紅松林Pinuskoraiensisforest92.923.69106.352.89-0.8044.321.7657.411.56-0.20樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est90.853.39104.953.590.2042.611.5949.401.690.10櫟類Quercusspp.forest111.1717.95136.2420.612.6657.919.3564.329.730.38樺木林Betulaspp.forest112.0263.89120.6480.5416.6559.4933.9361.8241.277.34楊樹林Populusspp.forest117.166.10132.568.402.3055.122.8760.123.810.94針葉混交林Coniferousmixedforest93.346.75109.576.69-0.0647.023.4055.853.410.01闊葉混交林Broadleafmixedforest114.2552.13146.0689.8337.7061.2627.9563.3038.9310.98針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest99.4320.35111.1726.686.3346.279.4750.3812.092.62總計(jì)Total265.56337.2771.71135.34160.5625.22優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies減少K流失Reductionofsoilkaliumloss減少M(fèi)流失Reductionofsoilorganicmatterloss20002015期間Duration20002015期間Duration單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)單位面積量Amountperarea/(kg·hm-2)總量Total/(104t·a-1)總量Total/(104t·a-1)落葉松林Larixspp.forest478.42466.1604.11541.0474.941609.441567.982011.451801.46233.48紅松林Pinuskoraiensisforest511.6720.32624.1116.96-3.361574.0462.512038.6755.40-7.11樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est451.8616.86586.1220.053.191401.4152.291765.9660.418.12櫟類Quercusspp.forest921.91148.86988.58149.550.691878.81303.372273.10343.8740.50樺木林Betulaspp.forest897.04511.63957.87639.49127.861727.46985.272009.801341.78356.51楊樹林Populusspp.forest880.5945.85972.4061.6215.771860.8596.892038.85129.2032.31針葉混交林Coniferousmixedforest592.5442.85709.4943.320.471496.35108.211688.23103.08-5.13闊葉混交林Broadleafmixedforest811.82370.42896.90551.61181.191805.75823.932063.441269.05445.12針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest539.49110.42611.14146.6736.251616.36330.831797.26431.33100.50總計(jì)Total1733.312170.31437.004331.285535.581204.30

相關(guān)研究表明，不同森林類型的土壤養(yǎng)分之間存在很大差異[22-24]。陸珠琴等[25]對(duì)浙江縉云公益林固土保肥效益評(píng)價(jià)研究發(fā)現(xiàn)，不同林分類型的固土保肥能力差異顯著，其順序?yàn)殚熑~林>針闊混交林>毛竹林>松林>杉木林>灌木林。何蓉等[26]研究無量山自然保護(hù)區(qū)南段4種森林土壤的肥力水平發(fā)現(xiàn)，常綠落葉闊葉混交林>山頂苔蘚矮林>中山濕性常綠闊葉林>溫涼性針葉林。劉西軍等[27]對(duì)安徽省老山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同森林土壤養(yǎng)分分布規(guī)律研究得出，土壤有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是闊葉林，特別是落葉闊葉林，最低的為針葉林；同時(shí)，這些研究結(jié)果也與筆者不同優(yōu)勢樹種保肥效益規(guī)律類似。

3.2 價(jià)值量變化

3.2.1 固土價(jià)值 不同優(yōu)勢樹種不同時(shí)期固土價(jià)值見表4?？梢钥闯觯簴|北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程實(shí)施前(2000年)、后(2015年)，9個(gè)優(yōu)勢樹種的固土價(jià)值均不相同。各優(yōu)勢樹種天保工程實(shí)施后的單位面積固土價(jià)值，均高于天保工程實(shí)施前。天保工程實(shí)施后，9個(gè)優(yōu)勢樹種的固土價(jià)值依次為樺木林(259.94億元/a)>闊葉混交林(239.21億元/a)>落葉松林(214.73億元/a)>針闊混交林(73.12億元/a)>櫟類(59.61億元/a)>楊樹林(25.54億元/a)>針葉混交林(18.24億元/a)>紅松林(7.94億元/a)>樟子松林(6.96億元/a)，固土總價(jià)值為905.29億元/a。由此可知，天保工程實(shí)施以來，樺木林和闊葉混交林固土效益突出，而紅松林和樟子松林固土效益不是很顯著。天保工程實(shí)施期間，9個(gè)優(yōu)勢樹種的固土總價(jià)值增加455.44億元/a。

3.2.2 保肥價(jià)值 不同優(yōu)勢樹種不同時(shí)期保肥價(jià)值見表6?？梢钥闯觯瑬|北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)天保工程實(shí)施前(2000年)、后(2015年)，9個(gè)優(yōu)勢樹種的保肥價(jià)值均不相同。天保工程實(shí)施后同實(shí)施前相比，9個(gè)優(yōu)勢樹種減少N、P、K和M流失的總價(jià)值分別增加205.88、76.56、283.42和133.83億元/a。

由表6可知，天保工程實(shí)施后，9個(gè)優(yōu)勢樹種中，單位面積減少N流失價(jià)值最大的是闊葉混交林(2 997.71億元/a)，針闊混交林最小(1 905.48億元/a)；單位面積減少P流失價(jià)值最大的是闊葉混交林(1 207.05億元/a)，針闊混交林最小(919.61億元/a)；單位面積減少K流失價(jià)值最大的是闊葉混交林(4 198.26億元/a)，樟子松林最小(2 184.45億元/a)；單位面積減少M(fèi)流失價(jià)值最大的是闊葉混交林(1 922.05億元/a)，樟子松林最小(1 263.47億元/a)。

由計(jì)算可得，天保工程實(shí)施后，9個(gè)優(yōu)勢樹種保肥價(jià)值排序依次為落葉松林(676.78億元/a)>闊葉混交林(634.96億元/a)>樺木林(624.38億元/a)>針闊混交林(168.14億元/a)>櫟類(148.81億元/a)>楊樹林(61.38億元/a)>針葉混交林(49.99億元/a)>樟子松林(22.26億元/a)>紅松林(22.22億元/a)；各優(yōu)勢樹種保肥總價(jià)值為2 408.92億元/a，比天保工程實(shí)施前，各優(yōu)勢樹種保肥總價(jià)值增加699.69億元/a。

3.2.3 保育土壤價(jià)值 保育土壤價(jià)值為固土價(jià)值與保肥價(jià)值之和。通過計(jì)算可得，截至2015年，9個(gè)優(yōu)勢樹種的保育土壤價(jià)值依次為落葉松林(891.51億元/a)>樺木林(884.32億元/a)>闊葉混交林(874.17億元/a)>針闊混交林(241.26億元/a)>櫟類(208.42億元/a)>楊樹林(86.92億元/a)>針葉混交林(68.23億元/a)>紅松林(30.16億元/a)>樟子松林(29.22億元/a)；各優(yōu)勢樹種保育土壤總價(jià)值為3 314.21億元/a，比天保工程實(shí)施前，保育土壤總價(jià)值增加1 155.13億元/a。

截至2015年，各優(yōu)勢樹種單位面積保育土壤價(jià)值依次為闊葉混交林(1萬4 214.85元/hm2)>櫟類(1萬3 777.10元/hm2)>楊樹林(1萬3 714.33元/hm2)>樺木林(1萬3 246.47元/hm2)>針葉混交林(1萬1 176.56元/hm2)>紅松林(1萬1 095.97元/hm2)>針闊混交林(1萬52.84元/hm2)>落葉松林(9 954.00元/hm2)>樟子松林(8 409.69元/hm2)。由此可知，天保工程實(shí)施以來，闊葉混交林和櫟類保育土壤效益突出，而樟子松林保育土壤效益不是很顯著。

表69種不同優(yōu)勢樹種保肥價(jià)值

Tab.6Fertility maintenance value of 9 different dominant tree species

優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies減少N流失Reductionofsoilnitrogenloss減少固P流失Reductionofsoilphosphorusloss20002015期間Duration20002015期間Duration單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)落葉松林Larixspp.forest1602.78156.172211.18198.0441.87802.1678.161045.6393.6515.49紅松林Pinuskoraiensisforest1751.946.962501.746.80-0.16828.143.291155.223.14-0.15樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est1578.595.892003.136.961.07796.002.97955.523.320.35櫟類Quercusspp.forest2180.5135.212956.7744.739.52992.1016.021190.5118.011.99樺木林Betulaspp.forest2028.13115.682541.83169.6954.01968.8355.261170.6378.1522.89楊樹林Populusspp.forest2195.2811.432685.4317.025.59994.895.181172.317.432.25針葉混交林Coniferousmixedforest1585.8211.472180.2713.311.84811.575.87991.036.050.18闊葉混交林Broadleafmixedforest2257.81103.032997.71184.3581.321004.7645.851207.0574.2328.38針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest1705.5234.911905.4845.7310.82825.1616.89919.6122.075.18總計(jì)Total480.75686.63205.88229.49306.0576.56優(yōu)勢樹種Dominanttreespecies減少K流失Reductionofsoilkaliumloss減少M(fèi)流失Reductionofsoilmatterloss20002015期間Duration20002015期間Duration單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)單位面積價(jià)值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)總價(jià)值量Total/(Yuan·a-1)落葉松林Larixspp.forest1831.86178.492901.87259.981.411066.64103.931397.79125.1921.26紅松林Pinuskoraiensisforest2348.519.333038.888.26-1.071195.654.751478.974.02-0.73樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est1543.755.762184.457.591.831037.213.871263.474.390.52櫟類Quercusspp.forest3491.5456.383939.7159.603.221395.8722.541749.7426.473.93樺木林Betulaspp.forest3430.00195.644024.78268.6973.051270.7472.481615.51107.8535.37楊樹林Populusspp.forest3516.6818.314111.7726.067.751532.667.981715.0810.872.89針葉混交林Coniferousmixedforest2366.9717.123680.7522.475.351088.097.871336.678.160.29闊葉混交林Broadleafmixedforest3662.29167.124198.26258.1891.061320.1160.241922.05118.257.96針闊混交林Mixedbroadleaf-coniferforest2154.9844.112705.5164.9320.821127.0823.071475.4735.4112.34總計(jì)Total692.26975.68283.42306.73440.56133.83

4 結(jié)論與討論

1)天保工程的實(shí)施，對(duì)東北、內(nèi)蒙古重點(diǎn)國有林區(qū)9個(gè)主要優(yōu)勢樹種保育土壤生態(tài)效益的提升較明顯，各優(yōu)勢樹種保育土壤總價(jià)值達(dá)3 314.21億元/a，比天保工程實(shí)施前，保育土壤總價(jià)值增加1 155.13億元/a；其中，樺木林和闊葉混交林固土效益突出，而紅松林和樟子松林固土效益不是很顯著；落葉松林和闊葉混交林保肥效益均最好，樟子松林保肥效益較差；闊葉混交林和櫟類保育土壤效益突出，而樟子松林保育土壤效益不是很顯著。

2)天保工程的實(shí)施，提升了森林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤功能，其他學(xué)者也有類似研究。劉璨等[28]研究天保工程對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益的影響得出，天保工程實(shí)施后，四川省鹽邊和峨邊2縣的水土流失面積減少9.37%和3.70%，從1998年至2001年，固土保肥生態(tài)效益不斷增長，并且隨時(shí)間的推移，這種效益將越來越明顯。李國偉等[29]對(duì)長白山林區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究時(shí)得出，天保工程的實(shí)施，均提升了森林保育土壤的物質(zhì)量和價(jià)值。歐陽志云等[30]對(duì)中國國家生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估發(fā)現(xiàn)，通過天保工程和退耕還林工程的實(shí)施，2000年到2010年期間，全國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中，固土功能增加12.90%。由此可知，對(duì)森林實(shí)施保護(hù)，能有效改善其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，使森林保育土壤生態(tài)效益得到相應(yīng)的提升。

3)筆者僅僅從森林生態(tài)系統(tǒng)保育土壤一項(xiàng)功能來研究天保工程實(shí)施帶來的生態(tài)效益，并未對(duì)研究區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)諸多服務(wù)功能，如涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、生物多樣性保護(hù)和凈化大氣環(huán)境等進(jìn)行整體系統(tǒng)研究。森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能多樣，對(duì)其整體功能的研究，可將自然資源同環(huán)境因素很好地納入國民經(jīng)濟(jì)核算體系當(dāng)中，為“生態(tài)GDP”和“森林生態(tài)效益補(bǔ)償機(jī)制”的建立，提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。因此，作為世界上最大的生態(tài)修復(fù)工程，對(duì)天保工程實(shí)施所產(chǎn)生的生態(tài)效益進(jìn)行系統(tǒng)的研究，是未來工作的重點(diǎn)。

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EvaluationontheinfluenceofnaturalforestprotectionprogramonsoilconservationandecologicalbenefitsinKeyState-ownedForestDistrictsinNortheastChina-InnerMongoliaArea

HUANG Longsheng，WANG Bing，NIU Xiang，SONG Qingfeng

(Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry，Key Laboratory of Forest Ecology and Environment，State Forestry Administration，100091，Beijing,China;Beijing Collaborative Innovation Center for Eco-environmental Improvement with Forestry and Fruit Trees, 102206, Beijing，China)

BackgroundIn recent years, China has carried out a series of major ecological restoration projects, such as the Three-north Forest Protection Project (TFPP), Natural Forest Protection Program (NFPP) and Grain for Green Project(GTGP).The government invested huge funds for the construction of these projects. The soil conservation and the ecological benefits of these ecological restoration projects have aroused widespread concern.MethodsThere have 7 forest industry groups in the NFPP area of the Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia. The total area of the project is 3 589.97×104hm2. Three data sets were combined. First, the forest resources inventory data set; second, forest ecological inventory data set and third, the social public dataset issued by authoritative organizations in China. Then, the ecological benefits and economic values of the study area before and after the NFPP based on the function of soil conservation and ecological benefits were assessed with the forest ecosystem services assessment specification (LY/T 1721-2008) and the distributed measurement method. In addition, the study area was according to the ecological function areas, forestry bureau and dominant tree species and age, combined with the comparative observation of different site conditions to determine relatively homogeneous estimates of ecosystem services unit as 14 770. Thus, the temporal and spatial diversity of forest ecosystems in the study area was considered.Results1) Up to the 2015, the total amount of the 9 dominant trees species of soil fixation and fertility maintenance was 131 724.91×104t/a and 8 203.72×104t/a, respectively. Compared with the prior to the implementation of NFPP, it increased 23 609.02×104t/a and 1 738.23×104t/a, respectively. 2) The value of the 9 dominant trees species of soil fixation and fertility maintenance was 905.29×108RMB Yuan/a and 2 408.92×108RMB Yuan/a, respectively. It increased 455.44×108RMB Yuan/a and 699.69×108RMB Yuan/a, respectively, when compared with the prior to the implementation of NFPP. 3) The soil fixation in eco-benefits ofBetulaspp. forest and broadleaf mixed forest were significant, while that in thePinuskoraiensisforest andPinussylvestrisvar.mongolicaforest was not so. The fertility maintenance in theLarixspp. forest and broadleaf mixed forest had the best eco-benefits, but theP.sylvestrisvar.mongolicaforest had the poor eco-benefits. 4) Forest protection effectively improved the ecosystem service function, so that the eco-benefits of forest conservation can be improved.ConclusionsOver time, with the implementation of the NFPP, the soil conservation function of forest in this study area and even the national NFPP’s area must have a significant improvement. Of course, other ecological services function of the NFPP’s area also needs further study. Accordingly, it will provide scientific reference for the evaluation of ecological benefits for the follow-up of this project.

Natural Forest Protection Project; Northeast China-Inner Mongolia; the Key State-owned Forest Districts; soil conservation; ecological effects

S718.5

A

2096-2673(2017)05-0067-11

10.16843/j.sswc.2017.05.009

2017-02-20

2017-04-11

項(xiàng)目名稱： 林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“東北森林生態(tài)要素全指標(biāo)體系觀測技術(shù)研究”(201404303)；科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)-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(jí))(PXM2017_014207_000043)

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(luò)管理。E-mail:xyhls1988@163.com

?

王兵(1965—)，男，博士，研究員。主要研究方向：森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估。E-mail:wangbingcfern@163.com

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(wù)功能評(píng)估。E-mail:niuxiang@caf.ac.cn