延安市退耕還林及植被恢復工程生態(tài)服務功能評價

趙 瑾，王得祥，楊 航，李文根，羅 琦，張曉梅

(1.西北農(nóng)林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100；2.陜西省退耕還林工程管理中心，西安 710082 )

我國退耕還林工程于1999年開始實施，是一項涉及區(qū)域龐大、政策性強、群眾高度參與、投資最大的生態(tài)服務功能建設工程[1]，其實施目的是為了恢復被破壞的植被、減少水土的流失、保護生物多樣性、改善日漸惡化的生態(tài)環(huán)境及增加農(nóng)民的收入[2]。隨著我國社會發(fā)展和經(jīng)濟水平的提升，退耕還林工作已由前期的大規(guī)模推進模式，轉(zhuǎn)向成果鞏固階段[3]，全面精確地評價這些年實施退耕還林工程所取得的生態(tài)服務功能價值，能為新一輪退耕還林工程的實施提供重要的理論依據(jù)和技術(shù)指導。

延安市地處黃土高原干旱半干旱地區(qū)，環(huán)境氣候條件差，加之近代過度放牧、濫墾濫伐、人口過量承載，林草植被遭到較大破壞，水土流失問題日益嚴重，使其成為黃土高原地區(qū)生態(tài)最為脆弱的地區(qū)之一[4]?！包S土高原治理，延安是一個重點”，全市13個縣區(qū)全部被列入國家退耕還林試驗示范點[5]，因此，對延安退耕還林工程生態(tài)服務功能進行量化以評估其效益，在全國范圍內(nèi)具有典型的代表性。截止目前，延安市退耕還林工程研究較多，但多集中在植被覆蓋度、土地利用類型變化等方面，如陳雅如等[6]研究延安市退耕前后土壤保持功能后認為，土地利用變化對延安市土壤保持功能起到了明顯作用，促進了延安環(huán)境的改善；張小勇[7]比較分析延安市1999—2008年植被恢復成效發(fā)現(xiàn)，植被指數(shù)明顯改善的地區(qū)占總面積的21.27%，中度改善地區(qū)占61.64%；馮迪等[8]評估延安市安塞縣生態(tài)效益時指出，退耕還林工程成效顯著。仝小林等[9]從涵養(yǎng)水源、凈化大氣、保護生物多樣性等三方面評估延安市生態(tài)效益發(fā)現(xiàn)，退耕還林工程在涵養(yǎng)水源、凈化空氣和保護生物多樣性等三個方面的生態(tài)服務功能價值，與退耕實施的年限有密切的正相關關系，他們都沒有綜合、全面、系統(tǒng)地對延安市整體退耕還林工程所產(chǎn)生的各類生態(tài)效益進行評估與分析。為此，我們依據(jù)《退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測與評估規(guī)范》(LY/T 2573-2016)[10]，應用森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能分布式測算方法，從固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境、生物多樣性保護、涵養(yǎng)水源、保育土壤、積累林木營養(yǎng)物質(zhì)等6個方面，對延安市近16 a退耕還林成效進行全面評估，以期有助于全面、客觀、系統(tǒng)地評價退耕還林工程成效，并為退耕還林工程綠色GDP量化生態(tài)補償、區(qū)域性生態(tài)安全評估等提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

延安市位于陜西省北部的黃土高原丘陵溝壑區(qū)，北緯35°21′～37 °31，東經(jīng)107°41′～110 °31′，分別與陜西省咸陽市、銅川市、榆林市，山西省臨汾市，甘肅省慶陽市相接壤，總面積37 029 km2；全市呈現(xiàn)西北高、東南低的地勢，所以導致山勢河流皆是西北向東南，海拔800～1 800 m、平均1 200 m；洛河、延河、清澗河、仕望河、汾川河是境內(nèi)的干流，都屬于黃河水系。

延安市地處干旱半干旱地區(qū)，是典型的暖溫帶大陸性季風氣候，春季少雨干燥，夏季炎熱多雨，秋季降溫明顯，冬季雨雪較少，光熱資源較充足，年均降水量在490.5～663.8 mm之間，多集中在7-9月，多為陣雨，西南向東北逐漸減少。雖土壤、光照、雨熱、年降水量基本可以為林木生長提供理論可能，但降水不均，水土流失，地下水資源不豐富，埋藏深不易開發(fā)利用等客觀因素，導致延安地區(qū)植被稀少，覆蓋率較低[4]。

2 研究方法

2.1 評估方法

按林種可以將延安市退耕還林工程劃分為生態(tài)林、灌木林、經(jīng)濟林等3種植被類型，其生態(tài)林包含林種較多；按植被恢復方式型將延安市退耕還林工程劃分為退耕地還林、宜林荒山荒地造林、封山育林3種類型[11]，參考《退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測與評估規(guī)范》(LY/T 2573—2016)以及《森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范》( LY/T 1721 - 2008)[9]，基于分布式測算方法，核算延安市生態(tài)服務功能的物質(zhì)量與價值量(表1)。

2.2 評估指標體系

評估指標體系中一級指標包括涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、保育土壤、凈化大氣環(huán)境、保護生物多樣性、林木積累營養(yǎng)物質(zhì)等6個指標，其中涵養(yǎng)水源包括調(diào)節(jié)水量、凈化水質(zhì)功能；保育土壤包括固土、保肥；固碳釋氧包括固碳、釋放氧氣；凈化大氣環(huán)境包括提供負氧離子、吸收氟化物、吸收硫化物、吸收氮化物、吸收PM2.5、吸收TSP等；林木積累營養(yǎng)物質(zhì)包括固磷、固氮、固鉀量；共計 18個二級指標[10]。

2.3 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)分為三部分，分別為延安市各年度退耕還林林種、退耕模式的面積，來源于延安市退耕還林辦公室統(tǒng)計年鑒(1999—2015)；計算退耕還林生態(tài)服務功能價值的各項生態(tài)指標，來源于相關研究文獻；將物質(zhì)量轉(zhuǎn)化為價值量的各項指標的市場價格，來源于國家及權(quán)威部門發(fā)布的公共數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)第八次森林生態(tài)系統(tǒng)評估，水庫庫容造價取值8.44 元·t-1，城市的居民用水價格取值3.07元·t-1。

酸二銨含氮量14%、含磷量15.01%，氯化鉀含鉀量50%；磷酸二銨價格為3 300元·t-1，氯化鉀價格2 800元·t-1；有機質(zhì)價格為800元·t-1。

表1 延安市退耕還林工程生態(tài)服務功能評價公式

固碳價格：1 281元·t-1；二氧化硫排污收費為1.85元·kg-1，氮氧化物排污收費為0.97元·kg-1，一般性粉塵收費為0.23元·kg-1；氧氣價格采用衛(wèi)生部網(wǎng)站上的氧氣平均價格，為1 299元·t-1；負離子價格(生產(chǎn)費用)為每1 018個負離子9.46元；工業(yè)粉塵排污收費標準為240元·t-1。

物多樣性保護價值按照Shannon-Wiener指數(shù)方法計算，Shannon-Wiener指數(shù)<1時，S生為3 000元·hm-2·a-1；1≤Shannon-Wiener指數(shù)<2，S生為5 000元·hm-2·a-1；2≤Shannon-Wiener指數(shù)<3，S生為10 000元·hm-2·a-1；3≤Shannon-Wiener指數(shù)<4，S生為20 000元·hm-2·a-1。

3 結(jié)果與分析

3.1 延安市退耕還林工程面積動態(tài)變化

3.1.1 不同退耕類型動態(tài)變化 如表2所示，截止2015年，延安市退耕還林工程累積造林64.26萬公頃，其中退耕地還林面積為36.99萬公頃，宜林荒山荒地造林面積為25,63萬公頃，封山育林面積為1.64萬公頃，分別占總退耕還林面積的58%，40%，2%。如圖1所示，2002年退耕還林工程面積最大，2006-2013年總體造林面積較小，隨著工程的不斷深入，退耕地還林面積在不斷減少。

3.1.2 退耕還林工程不同退耕林種面積動態(tài)變化 按林種分，退耕還林工程可分為生態(tài)林、經(jīng)濟林、灌木林三種。1999-2015年，延安市各年度生態(tài)林、經(jīng)濟林、灌木林面積動態(tài)變化如圖2所示，生態(tài)林所占整個退耕還林面積最大，灌木林次之，經(jīng)濟林最少。生態(tài)林造林面積以2002—2005年間最大，均大于4萬公頃。經(jīng)濟林面積以2002年、2003年相對較大。

表2 截止到2015年延安市退耕還林工程實施情況 (104 hm2)

圖1 延安市1999-2015年退耕還林各類型面積變化

圖2 延安市1999-2015年退耕還林各林種面積變化

3.2 延安市退耕還林工程生態(tài)服務功能物質(zhì)量與價值量

3.2.1 延安市3種植被恢復類型的生態(tài)服務功能價值核算 從表3看出，截止2015年延安市退耕還林工程涵養(yǎng)水源總物質(zhì)量為15.79×108m3·a-1，以退耕地還林模式涵養(yǎng)水源的物質(zhì)量8.97×108m3·a-1最多；固土總物質(zhì)量為1 028.87×104t·a-1；固碳總物質(zhì)量為208.55×104t·a-1，釋氧總物質(zhì)量558.34×104t·a-1；提供負離子總物質(zhì)量71.89×1022個·a-1，滯塵總物質(zhì)量為912.49×104t·a-1，吸收PM2.5物質(zhì)量為36.36×104t·a-1，吸收TSP為727.32×104t·a-1。延安的退耕還林工程的生態(tài)服務功能物質(zhì)量相當可觀，在不同的退耕模式中，以退耕地還林模式所占物質(zhì)量最大，并呈現(xiàn)出退耕地還林>宜林荒山荒地>封山育林的變化趨勢。

表3 3種植被恢復類型的生態(tài)服務功能物質(zhì)量

續(xù)表3

指 標退耕地還林宜林荒山荒地造林封山育林總計凈化大氣環(huán)境/(104 t·a-1)提供負氧離子?40.99629.9950.89971.89吸收SO23.372.170.155.69吸收HF0.200.090.010.30吸收NOX0.170.120.010.30滯塵516.83373.2222.42912.49吸滯TSP413.59298.6815.03727.32吸滯PM2.520.6714.930.7536.36

注：*提供負氧離子單位為1022個·a-1。

三種植被恢復類型的生態(tài)服務功能價值量及其占總價值量比例分別是退耕地還林地232.03×108元·a-1、58.2%，宜林荒山荒地造林地157.88×108元·a-1、39.6%，封山育林地8.53×108元·a-1，2.1%。如表4所示，各項評價指標都表現(xiàn)出，不同植被恢復類型的價值量也表現(xiàn)為退耕地還林>宜林荒山荒地造林>封山育林的規(guī)律。

表4 3種植被恢復類型的生態(tài)服務功能價值量 單位：108元·a-1

3.2.2 延安市退耕還林工程3種林種類型的生態(tài)服務功能價值 如表5所示，延安市退耕還林工程中，生態(tài)林是3種林種中生態(tài)服務功能物質(zhì)量最多的，其后依次為經(jīng)濟林和灌木林。

表5 3種林種類型的生態(tài)服務功能物質(zhì)量

表6顯示，延安市退耕還林工程不同林種類型生態(tài)服務功能總價值量為生態(tài)林257.46×108元·a-1、占總價值量的64.6%，灌木林96.85×108元·a-1、占總價值量24.3%，經(jīng)濟林44.18×108元·a-1、占總價值量11.1 %。各項生態(tài)服務功能評價指標，生態(tài)林均明顯大于經(jīng)濟林和灌木林。另外，延安市退耕還林工程生態(tài)服務功能總價值量398.44×108元·a-1中，涵養(yǎng)水源價值量最大(181.81×108元·a-1)、占比最高(45.6%)，固碳釋氧價值量也較大、占比也較高(80.86×108元·a-1，20.3%)，林木積累營養(yǎng)物質(zhì)價值量及其占比最低(11.31×108元·a-1，2.8%)，保育土壤價值量及其占比也較低(16.45×108元·a-1，4.1%)，凈化大氣環(huán)境價值量(53.54×108元·a-1)、生物多樣性保護價值量(54.53×108元·a-1)接近，占比也接近，說明延安市退耕還林工程不同生態(tài)服務功能對總價值量的貢獻不同，以涵養(yǎng)水源價值、固碳釋氧價值為主體(二者合計占比為65.9%)，保育土壤價值和凈化大氣環(huán)境價值貢獻很小(二者合計占比為6.9%)。

表6 3個林種類型的生態(tài)服務功能價值量 單位：108元·a-1

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

4.1.1 延安市退耕還林工程生態(tài)服務功能以涵養(yǎng)水源和固碳釋氧為主 在延安市退耕還林工程森林生態(tài)系統(tǒng)所提供的涵養(yǎng)水源、凈化大氣、林木積累營養(yǎng)物質(zhì)、固碳釋氧、保育土壤、保護生物多樣性6項服務功能中，以涵養(yǎng)水源、固碳釋氧為主，這與寶雞市退耕還林工程[11]、儋州市退耕還林工程[2]、河北省退耕還林工程[12]生態(tài)效益研究結(jié)果一致。延安市降雨多形成暴雨，受黃土高原土壤特性影響，極易發(fā)生侵蝕，導致水土流失、土壤肥力下降和河流泥沙淤積，隨著林草植被覆蓋率的增加，通過林冠截流、地上枝葉及枯枝落葉層攔截降水，滯留地表徑流，從而減少了降雨徑流量[13]，保持了土壤水分，控制了水土資源的流失，有效防止土地的荒漠化，退耕還林工程成效顯著，地表植被的快速恢復，使得植被涵養(yǎng)水源功能不斷增強。森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體和最大的陸地碳庫，在固定碳素、釋放氧氣，減緩大氣中溫室氣體CO2濃度上升、調(diào)節(jié)全球碳平衡和改善氣候方面發(fā)揮著不可替代的作用[14]。

4.1.2 延安市退耕還林工程以退耕地還林模式生態(tài)服務功能價值最大 延安市退耕還林工程按照退耕地還林、宜林荒山荒地造林和封山育林3種模式進行恢復，在生態(tài)服務功能價值上呈現(xiàn)出退耕地還林>宜林荒山荒地造林>封山育林的規(guī)律。退耕地還林是在生產(chǎn)力低下的坡地、坡耕地區(qū)域中進行，遵循自然規(guī)律，因地制宜，其坡耕地無論在土層厚度還是地形、土壤條件都比較優(yōu)越，相對于宜林荒山荒地造林和封山育林植被恢復模式，其生態(tài)服務功能價值更高[15]，同時，根據(jù)生態(tài)服務功能評估公式可知，造林面積是決定退耕還林生態(tài)工程的主要因子。在延安市退耕還林工程的實施過程中，不同實施階段有不同的造林任務，這與退耕還林工程的政策實施密切相關。

4.1.3 延安市退耕換林工程以生態(tài)林的效益最大 研究發(fā)現(xiàn)延安市退耕還林工程以生態(tài)林生態(tài)服務功能價值最大，并呈現(xiàn)生態(tài)林>經(jīng)濟林>灌木林規(guī)律。生態(tài)林主要目的是減少水土流失和防風固沙，營林面積是影響其生態(tài)效益價值量的主要因素。退耕還林政策內(nèi)容中，要求退耕還林工程以營造生態(tài)林為主，營造的生態(tài)林面積比例不得低于退耕總面積的80%，經(jīng)濟林比例不得超過20%，并且在不同林種中，其林木的平均生產(chǎn)力與各種生態(tài)參數(shù)也不盡相同，生態(tài)林復層的立體結(jié)構(gòu)也使其生物量明顯多于經(jīng)濟林和灌木林[16]。綜合以上因素，才使得延安市退耕還林工程中生態(tài)林所產(chǎn)生的效益最大。

4.2 結(jié)論及建議

(1)延安市退耕還林生態(tài)服務功能價值量評估結(jié)果顯示，延安市退耕還林工程已經(jīng)發(fā)揮著重要的生態(tài)服務功能。延安市退耕還林工程生態(tài)服務功能價值量為398.449 2×108元·a-1，不同生態(tài)服務功能價值量及其占總價值量比例由高到低依次為涵養(yǎng)水源價值量(181.8104×108元·a-1，45.6%)>固碳釋氧價值量(80.86×108元·a-1，20.3%)>保護生物多樣性價值量(54.53×108元·a-1，13.7%)>凈化大氣的價值量(53.54×108元·a-1，13.4%)>保育土壤價值量(16.45×108元·a-1，4.1%)>林木積累營養(yǎng)物質(zhì)價值量(11.31億元·a-1，2.8%)。

(2)不同植被恢復類型的生態(tài)服務功能價值量表現(xiàn)為退耕地還林>宜林荒山荒地造林>封山育林的規(guī)律，分別占總價值量的比例58.2%，39.6%和2.1%。建議退耕還林工程后續(xù)實施的過程中，進一步推廣宜林荒山荒地造林模式，不能單純的采取“封起來”的措施，要實行“封造”結(jié)合，采取人工介入和適當干擾等形式，加快植被的恢復。

(3)不同林種類型的生態(tài)服務功能價值量表現(xiàn)為生態(tài)林>灌木林>經(jīng)濟林的規(guī)律，其生態(tài)服務功能價值量分別占總價值量的64.6%、24.3%和11.1%。協(xié)調(diào)經(jīng)濟林和生態(tài)林比例時應兼顧生態(tài)環(huán)境改善、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)民脫貧致富等因素，做到綜合考慮、統(tǒng)籌規(guī)劃且相互銜接，最終達到退耕還林還草與農(nóng)民生計平衡的目的。