本溪市森林虛擬水核算探討

王 璐

（大連水木工程管理有限公司，遼寧 大連 116033）

1 森林概況

本溪市擁有著名的山脈和河流、 茂密的植被，巍峨起伏的群山，是長(zhǎng)白山老支脈的西南延續(xù)——龍崗支脈，平均海拔約350m，山區(qū)占總面積的80%以上。 森林覆蓋率達(dá)76%，森林綠化率為75.1%，該區(qū)域具有紅松、油松、柞蠶、赤楊、樺樹(shù)、榆樹(shù)、柳樹(shù)等珍貴樹(shù)種。

1.1 林地面積

本溪市城市林業(yè)用地的土地面積為67.414萬(wàn)hm2，其中林地、疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃及無(wú)林地面積［1-6］分別為62.371，0.099，0.748，3.357， 0.018，0.820萬(wàn)hm2，分別占林業(yè)土地面積的92.52%，0.15%，1.11%，4.98%，0.03%，1.22%。 具體如表1。

表1 本溪市林業(yè)用地各地類(lèi)面積統(tǒng)計(jì)單位：萬(wàn)hm2

1.2 林種項(xiàng)目

本溪市防護(hù)林和用材林占比相對(duì)較高， 其他林種比例少，森林物種結(jié)構(gòu)在森林資源中不近合理，各類(lèi)林種的面積和蓄積量如表2。

表2 本溪市各林種面積和蓄積量及比例統(tǒng)計(jì)

1.3 齡組結(jié)構(gòu)

本溪市齡組結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)如表3。 在林分中，幼齡林和中齡林占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，占總面積的91%，蓄積量合計(jì)占84.6%，近熟林、熟林和過(guò)熟林相對(duì)較少，森林后備資源充足，但目前可利用量少。

表3 本溪市林分按齡組面積、蓄積量及比例統(tǒng)計(jì)

1.4 林分結(jié)構(gòu)

森林的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征稱(chēng)為林分， 森林樹(shù)種的組成、起源、森林林相或林層，森林類(lèi)型，森林樹(shù)齡，產(chǎn)量和其他因素大致相似。針、闊葉林面積及蓄積量統(tǒng)計(jì)如表4。

表4 本溪市針、闊葉林面積及蓄積量統(tǒng)計(jì)

本溪市針、 闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種面積與蓄積量如表5。 其中針葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種有落葉松、紅松、油松，其中落葉松面積10.783萬(wàn)hm2，蓄積量1020.27萬(wàn)m2，本溪市闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種有柞樹(shù)、胡桃楸、刺槐，其中柞樹(shù)面積35.839萬(wàn)hm2，蓄積量2444.336萬(wàn)m2。

表5 本溪市針、闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種不同林齡面積與蓄積量統(tǒng)計(jì)

2 森林虛擬水測(cè)度方法

虛擬水是指生產(chǎn)商品和提供服務(wù)所需要的水量［7］，森林虛擬水是指用于生產(chǎn)“森林”所消耗的水量，這主要是由于森林生長(zhǎng)過(guò)程中蒸騰所消耗水量［8-10］，與農(nóng)產(chǎn)品相比，森林蘊(yùn)含著更多的虛擬水資源，其蒸騰量計(jì)算公式如式（1）：

式中 Wgreen為單位面積森林生長(zhǎng)周期內(nèi)虛擬水量（m3/hm2）；f（X）為以林齡為自變量的森林年蒸騰量函數(shù)（m3/hm2·a）；N為森林生長(zhǎng)周期，即森林樹(shù)木的輪伐期。

由于生理特性和生長(zhǎng)環(huán)境的差異， 針葉林和闊葉林的蒸騰作用存在很大差異， 導(dǎo)致針葉林和闊葉林生長(zhǎng)所需水量差異也很大， 因此森林虛擬水研究需對(duì)針葉林和闊葉林分別進(jìn)行計(jì)算。 項(xiàng)目引用我國(guó)森林水文學(xué)科相關(guān)研究成果， 采用SPSS22擬合森林生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線， 通過(guò)不同類(lèi)型森林單位面積的蒸騰量公式計(jì)算出這兩類(lèi)森林生長(zhǎng)周期內(nèi)的總蒸騰量，最后得出森林的虛擬水量。

3 森林虛擬水計(jì)算

3.1 針葉林虛擬水計(jì)算

通過(guò)查閱相關(guān)研究成果整理出各種主要林種的年蒸騰量研究成果如表6，可看出針葉林不同樹(shù)種年蒸騰量差異較小， 而闊葉林樹(shù)種由于葉片面積大小差異較大，年蒸騰量差異較大。

表6 針葉林闊葉林各樹(shù)種年蒸騰量統(tǒng)計(jì)

本溪市境內(nèi)針葉林中落葉松所占比重最大，以落葉松為典型樹(shù)種，計(jì)算針葉虛擬水量。

由于不同林齡樹(shù)木的蒸騰量差異明顯， 根據(jù)下表得到不同林齡落葉松林地年蒸騰量研究成果，如表7，采用SPSS22擬合出落葉松生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線，得出擬合方程計(jì)算出針葉林的虛擬水量。

表7 華北不同林齡落葉松林地年蒸騰量統(tǒng)計(jì)

擬合得到的蒸發(fā)量與林齡之間的關(guān)系如式（2），模型擬合優(yōu)度R2為0.944，擬合優(yōu)度高。

f（x）=57.992+18.279x+21.367x2-0.638x3（2）

圖1顯示的是落葉松生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線，呈倒“U”型。

圖1 華北落葉松生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線

目前，在森林經(jīng)營(yíng)類(lèi)型中，種植落葉松所需的平均年齡約30 年，因此，以30年為落葉松林輪作期，根據(jù)30年林齡落葉松的總蒸騰量，由式（2）進(jìn)行計(jì)算，得出落葉松單位面積虛擬水量公式為：

最終， 計(jì)算得出華北地區(qū)針葉林單位面積虛擬水量7.3萬(wàn)m3/hm2，年均虛擬水量2433.33m3/hm2。 根據(jù)華北地區(qū)ET0多年均值（1014mm）及本溪市的ET0多年均值（849mm）的比值，得到本溪市針葉林單位面積年均虛擬水量2034.97m3/hm2。

3.2 闊葉林虛擬水計(jì)算

本溪市闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種有柞樹(shù)、胡桃楸和刺槐。其中，柞樹(shù)面積35.839萬(wàn)hm2，蓄積量2444.336萬(wàn)m3。本溪市境內(nèi)柞樹(shù)面積占比最大， 所以選取柞樹(shù)作為闊葉林的典型樹(shù)種。收集文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，不同林齡柞樹(shù)林地年蒸騰量如表8。

表8 不同林齡柞樹(shù)林地年蒸騰量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表8中的數(shù)據(jù)，用SPSS22擬合柞樹(shù)各年的蒸發(fā)蒸騰量曲線，擬合方程如式（4），擬合R2為0.966，擬合優(yōu)度高。

f（x）=121.183+309.387x-7.584x2+0.053x3（4）

圖2是柞樹(shù)生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線， 呈倒“U”型。

圖2 柞樹(shù)生長(zhǎng)周期內(nèi)年蒸騰量曲線

目前培育柞樹(shù)所需要的平均年限在50年左右。因此，取50年為柞樹(shù)林輪伐期，根據(jù)50年林齡柞樹(shù)的總蒸騰量， 得出柞樹(shù)單位面積虛擬水量公式如式（5）：最終，計(jì)算得出闊葉林50年林齡柞樹(shù)單位面積總虛擬水量15.96萬(wàn)m3/hm2，年均虛擬水量3192m3/hm2。

3.3 本溪市林地總虛擬水

由于本溪市針闊混交林面積比例較小， 面積和蓄積量?jī)H合計(jì)的1.26%和1.22%， 因此主要計(jì)算針葉林和闊葉林各自的虛擬水量， 不再對(duì)混交林的虛擬水量單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。

受數(shù)據(jù)獲取所限， 本溪市2010，2015，2018年針葉林、闊葉林面積及其總虛擬水量如表9。

表9 本溪市森林虛擬水量統(tǒng)計(jì)

由表9可知，本溪市針葉林與闊葉林的面積在逐年加大，森林資源向好的方向發(fā)展，所蘊(yùn)含的虛擬水量也在逐年攀升； 針葉林與闊葉林虛擬水量都有小幅增加， 兩種類(lèi)型森林的虛擬水量保持在1∶5的水平。 森林虛擬水總量由2010年的17.393億m3增加至2018年17.607億m3，平均每公頃森林消耗2927m3虛擬水。

對(duì)比森林虛擬水量和主要農(nóng)作物虛擬水量可發(fā)現(xiàn)， 除人參外的各種農(nóng)作物單位面積虛擬水量是森林單位面積虛擬水量的1～2倍；而森林虛擬水總量是農(nóng)作物虛擬水總量的6～7倍。農(nóng)作物與森林虛擬水變化趨勢(shì)相同，虛擬水消耗能力大于森林，但由于森林所占面積大， 本溪市農(nóng)林產(chǎn)業(yè)虛擬水總量仍以森林虛擬水占據(jù)較大比重。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）森林虛擬水主要指森林生長(zhǎng)過(guò)程中因蒸發(fā)和分散而消耗的水資源量，它由土壤蒸發(fā)、林冠蒸發(fā)和森林蒸騰耗水量組成。因此，影響森林蒸發(fā)和消散的因素相當(dāng)復(fù)雜，氣候、地理環(huán)境和森林自身?xiàng)l件決定了許多因素相互交織、相互影響。

（2）本文針對(duì)本溪境內(nèi)多山地、森林資源豐富的特征，基于虛擬水理論，核算了本溪市各產(chǎn)業(yè)的虛擬水量，更全面、真實(shí)地表征各個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)水資源的利用情況，這對(duì)全面核算水資源量、進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)與水資源規(guī)劃和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃都提供了新思路，為調(diào)整林產(chǎn)品貿(mào)易政策、 產(chǎn)業(yè)政策和水資源政策提供了理論支撐。