甘肃省退耕还林工程生态效益评估

王红霞，王雪松，王　兵，李保玉，牛　香*

(1.国家林业局林产工业规划设计院，北京　100010；2.辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东　118002；

3.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京　100091；

4.国家林业局退耕还林办公室，北京　100714)

甘肃省退耕还林工程生态效益评估

王红霞1，王雪松2，王兵3，李保玉4，牛香3*

(1.国家林业局林产工业规划设计院，北京100010；2.辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东118002；

3.中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，北京100091；

4.国家林业局退耕还林办公室，北京100714)

摘要：基于分布式测算方法，对甘肃省退耕还林工程的生态效益进行了评估.结果表明，截至2013年，甘肃省退耕还林工程的生态效益总价值量为848.94 亿元·a-1，相当于工程自实施到2015年的总投资.6项功能的价值量由大到小的顺序为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化大气环境和营养物质积累. 各市(州)生态效益价值量排序为平凉市>庆阳市>陇南市>天水市>定西市>白银市>临夏州>张掖市>兰州市>酒泉市>武威市>甘南州>金昌市>嘉峪关市.说明甘肃省退耕还林工程取得了较好的生态效益，评估结果真实地反映出甘肃省退耕还林工程所取得的成果.

关键词：甘肃省；退耕还林工程；生态效益；评估

中图分类号：S 718.55+7

文献标志码：A

文章编号：1001-988Ⅹ(2015)03-0112-07

Evaluation of ecological effects of the project of conversion

of cropland to forest in Gansu Province

WANG Hong-xia1,WANG Xue-song2,WANG Bing3,LI Bao-yu4,NIU Xiang3

(1.Planning and Design Institute of Forest Products Industry,State Forestry Administration,Beijing 100010,China;

2.Institute of Forest Management of Liaoning Province,Dandong 118002,Liaoning,China;

3.Research Institute of Forest Ecology,Environment and Protection,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;

4.Office of Conversion of Cropland to Forest,State Forestry Administration,Beijing 100714,China)

Abstract:The ecological effects of the project of conversion of cropland to forest of Gansu Province was assessed with the distributed measurement method.The results show that the total ecological effects value of the project of conversion of cropland to forest of Gansu Province is 84.894 billion yuan annually.The total ecological effects value of the project of conversion of cropland to forest of Gansu Province in 2013 is far more than the total investment from 1999 to 2015.The order of the ecological effects value of 6 ecological services from large to small is water conservation,soil conservation,carbon fixation and oxygen released,biodiversity protection,atmosphere environmental purification,nutrient accumulation.The order of the ecological effects value of different cities of prefectures is Pingliang,Qingyang,Longnan,Tianshui,Dingxi,Baiyin,Linxia,Zhangye,Lanzhou,Jiuquan,Wuwei,Gannan,Jinchang and Jiayuguan.Evaluation results truly reflect achievement of the project of conversion of cropland to forest of Gansu Province,which show that the project of conversion of cropland to forest of Gansu Province has obtained the good ecological effects.

Key words:Gansu Province;project of conversion of cropland to forest;ecological effect;evaluation

0前言

甘肃省作为全国主要风沙源省份，区域生态环境恶劣.自1999年退耕还林工程实施以来，到2013年末，退耕还林工程累计完成建设任务189.69万 hm2.

甘肃省退耕还林工程建设后的生态效益大小是全社会关注的焦点.国家林业局退耕还林办公室指出，对退耕还林工程的生态效益评估对科学评价其建设成果和国家的投资效益具有重要意义，且在退耕还林工程新周期的开始阶段，针对甘肃省的生态遗留问题和当前面临的新问题，高水平地实施退耕还林工程，对于改善甘肃省乃至全国的生态环境具有重要的现实和深远意义[1].

针对甘肃省退耕还林工程的生态效益评估，在已有的研究中，多是对甘肃省部分县、市的退耕还林工程进行生态效益评估[2-5]，或是就部分功能进行生态效益评估[6-10].对整个甘肃省退耕还林工程生态效益的评估尚未见报道.在评估方法方面，有专家针对我国退耕还林生态效益评估的不同方法进行了探讨[11]，然而，中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)[12]和《退耕还林工程生态效益监测评估技术标准与管理规范》(办退字[2013]16号)[13]的出台，使得我国森林生态效益的评估方法在国家尺度上得以统一.

文中以2013年的甘肃省退耕还林工程资源清查数据、退耕还林生态效益专项监测站和中国森林生态系统定位观测研究网络(CFERN)所属森林生态站所开展的长期定位监测数据集，以及权威机构公布的社会公共资源数据为基础，采用分布式测算方法，对甘肃省退耕还林工程的涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护6项功能的生态效益进行评估,以期为甘肃省新一轮退耕还林工程的实施及相关政策的制定提供理论依据和指导.

1研究区概况

甘肃省位于我国西北部地区，地处黄河中上游，介于N32°11′～42°57′,E92°13′～108°46′之间.地形狭长，地貌复杂多样，地势自西南向东北倾斜， 大致可划分为陇南山地、陇东陇南黄土高原和河西走廊3大区域,属大陆性温带季风气候.根据中国森林生态系统定位观测研究网络(CFERN)所属森林生态站长期定位观测数据可知，该地区年平均气温在0～14 ℃，由东南向西北降低；年均降水量约300 mm，降水各地差异很大，在42～760 mm，自东南向西北减少，降水各季分配不匀，主要集中在6—9月；年日照时数为1 700～3 300 h，自东南向西北增多.土壤类型较为丰富，以风沙土类为主.

根据调查得到，截止2013年末，甘肃省累计完成退耕还林工程建设任务189.69万hm2，其中，退耕地还林面积占总面积的35.26%，宜林荒山荒地造林面积占56.42%，封山育林面积占8.31%.林种类型方面，生态林占总面积的58.06%，经济林占16.64%，灌木林占25.29%.生态林中落叶松营造面积17.41万hm2，刺槐营造面积54.76万hm2，油松营造面积9.15万hm2，经济林主要以山杏为主，营造面积22.85万hm2.

2研究方法

2.1评估指标体系与公式

参考中华人民共和国林业行业标准《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)[12]和《退耕还林工程生态效益监测评估技术标准与管理规范》(办退字[2013]16号)[13]的评估指标和公式，开展涵养水源、保育土壤、固碳释氧、积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护功能的生态效益评估.具体评价指标包括调节水量、固土、保肥、固碳、释氧、林木营养物质积累、滞尘、吸附污染物、提供空气负离子和物种保育.

退耕还林工程生态效益评估分为物质量和价值量两个部分.物质量评估主要是从物质量的角度对退耕还林工程提供的各项服务进行定量评估；价值量评估是指从货币价值量的角度对退耕还林工程提供的服务进行定量评估.

退耕还林工程生态效益价值量评估中，由物质量转价值量时，部分价格参数并非评估年价格参数，因此需要使用贴现率(Discount rate)将非评估年价格参数换算为评估年份价格参数，以计算各项功能价值量的现价[14].

2.2评估方法

参考森林生态效益分布式测算方法[15]，建立甘肃省退耕还林工程生态效益评估分布式测算方法，即将甘肃省退耕还林工程按照地级行政区划分为14个一级测算单元；每个一级测算单元按照区县划分成86个二级测算单元；每个二级测算单元再按照不同退耕还林工程植被恢复类型分为退耕地还林、宜林荒山荒地造林和封山育林3个三级测算单元；按照退耕还林林种类型将每个三级测算单元再分为生态林、经济林和灌木林.最后，结合不同立地条件的对比观测，最终确定774个相对均质化的生态效益评估单元.

2.3数据来源

1)退耕还林生态效益专项监测站及中国森林生态系统定位观测研究网络(CFERN)所属森林生态站所开展的长期定位监测数据集；

2)2013年的甘肃省退耕还林工程资源清查数据集；

3)权威机构公布的社会公共资源数据.

3结果与分析

3.1退耕还林工程生态效益评估

在甘肃省涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质和净化大气环境5个类别14个分项生态效益物质量的评估中，涵养水源物质量为327 026.60万m3·a-1；固土物质量为5 852.61万t·a-1，减少土壤氮、磷、钾和有机质流失量分别为21.19，11.76，162.37，3.04万t·a-1；固碳总量达258.83万t·a-1，释氧达575.32万t·a-1；林木积累氮、磷、钾总量分别为375.98，33.2，127.17万t·a-1；提供负离子量为1 089.79×1022个·a-1，吸收污染物19 680.38万kg·a-1，滞尘262.39亿kg·a-1.

甘肃省退耕还林工程生态效益总价值量为848.94亿元·a-1，其中各项评价指标的生态效益价值量及其所占比例如表1所示.涵养水源价值量占总价值量的比例最大，为44.34%；保育土壤、固碳释氧和生物多样性保护功能的价值量所占比例也较高，分别占总价值量的23.48%,12.71%和10.67%；净化大气环境和营养物质积累的价值量所占比例较小，分别为7.59%和1.21%.

表1　甘肃省退耕还林工程各项评价指标生态效益价值量及所占比例

涵养水源和保育土壤价值量约占甘肃省退耕还林工程生态效益总价值量的70%.这是由于实施退耕还林工程的首要目的是控制水土流失，减缓土地荒漠化.甘肃省荒漠化十分严重，土壤侵蚀面积达201 187 km2，占全省总面积的44.34%.因此在退耕还林工程的树种选择和配置模式上，更偏向于涵养水源、保育土壤功能较好的树种和配置模式.退耕还林固碳释氧效益与所营造的林种类型及林龄有关，高燕妮等[16]研究表明落叶阔叶林的净生产力高于针叶林.甘肃省在退耕还林工程中栽种的杨树较多，幼林龄面积比例为17%，中龄林面积比例为83%，林分处于生命活动旺盛期，相对于成熟或过熟林分，具有更高的固碳效率，进一步增加了甘肃省退耕还林林分的净生产力.根据固碳释氧生态效益价值量评估公式可知，在林分面积一定的情况下，净生产力是决定林分固碳释氧价值量大小的唯一因素.提高退耕还林林地的生物多样性，使其更接近于自然林，则是巩固退耕还林工程成果，增加退耕还林工程生态效益，促进退耕还林工程可持续发展的必要手段[14].由此可见，退耕还林工程目的的特殊性和人为的选择，决定了各项生态效益价值量间的比例关系.

表2是甘肃省不同植被恢复类型各项评价指标的生态效益价值量.可以看出，宜林荒山荒地的生态效益价值量最大，退耕地还林次之，封山育林最小，占总价值量的比例分别为58.17%，35.16%和6.67%.对各项生态效益评价指标而言，不同植被恢复类型的价值量也均表现为宜林荒山荒地造林>退耕地还林>封山育林.

甘肃省退耕还林工程不同林种类型各项评价指标的生态效益价值量评估结果如表3所示.可以看出，生态林的生态效益总价值量远远大于其余两种林种类型，为544.60亿元·a-1，占3种林种总价值量的64.15%；灌木林生态效益总价值量位居其次，占总价值量的20.47%；经济林生态效益总价值量最小，占总价值量的15.38%.就各项生态效益评价指标而言，生态林在各方面的价值量均明显大于经济林和灌木林.在涵养水源方面，经济林的生态效益略高于灌木林，除此之外，经济林各项评价指标的生态效益均低于灌木林.

表2　甘肃省退耕还林工程不同植被恢复类型生态效益价值量

表3　甘肃省退耕还林工程不同林种类型生态效益价值量

根据生态效益评估公式可知，林地面积和单位面积价值量的大小是退耕还林生态效益的决定性因子.Zhang 等[17]研究发现随着林地面积增加，森林生态系统的价值量呈上升趋势.宜林荒山荒地造林、退耕地还林和封山育林面积占退耕还林总面积的比例分别为57%,35%和8%,生态林、经济林和灌木林面积所占比例分别为58%,17%和25%，与各自生态效益价值量所占比例基本一致，面积所占比例较高的类型，其价值量所占比例也较高.但生态林的生态效益价值量所占比例比其面积所占比例高6.15%，经济林和灌木林生态效益价值量所占比例分别比其面积所占比例低1.62%和4.53%.这是由于与经济林和灌木林相比，生态林多为林分结构复杂复层林，能够有效拦截降水，且其根系也在地下形成了更为错综复杂的立体结构，大大增加了对降水的截持，具有更好的水土保持效益.研究表明冠层和地表凋落物能够有效减少水土流失[18-20].生态林复层的立体结构也使得其生物量明显高于经济林和灌木林，因此其固碳释氧、林木积累营养物质等效益也均较高.从以上分析来看，生态林的单位面积价值量显著高于其余两种林分类型.

3.2地级市(州)退耕还林工程生态效益评估

甘肃省各市(州)退耕还林工程各评估指标的生态效益价值量及排序如表4所示.可以看出，平凉市、庆阳市、陇南市、天水市和定西市的生态效益总价值量排在全省前列，其价值量占全省总价值量的比例分别为17.41%,15.58%,15.41%,14.09%和12.79%，其后依次为白银市(6.25%)、临夏州(5.60%)、张掖市(2.81%)、兰州市(2.48%)、酒泉市(2.23%)、武威市(2.23%)和甘南州(1.92%).金昌市和嘉峪关市生态效益总价值量占全省生态效益总价值量的比例最小，分别为1.02%和0.18%.

王顺利等[21]研究发现森林生态系统服务功能总物质量与其森林面积密切相关，单位面积物质量是次要因素.退耕还林面积较大的平凉市、陇南市、庆阳市、天水市和定西市，其生态效益总价值量及各生态服务指标价值量均较高.

以价值量所占比例较高的涵养水源和保育土壤效益为例,就某个市(州)而言，如果其某个林种面积所占比例较大，相应的该林种涵养水源和保育土壤价值量所占比例也较大.但在不同的市(州)，随着某林种面积比例的增加，其价值量增加的幅度不同.

究其原因，主要因为气候和地形地貌是决定林分分布和生长的关键因子[22-24]，各市(州)气候及地形地貌的差异导致不同林种在不同地区的单位面积价值量不同.在降水条件较好的东部和南部城市(如庆阳、陇南、平凉和天水等)，大面积营造的生态林长势较好，形成了多层复合结构，具有良好的植被覆盖，能够发挥出较好的生态效益，单位面积价值量大于经济林和灌木林.在年平均降水量仅100 mm左右的河西地区，地貌类型以戈壁荒漠为主，风沙侵蚀也较为严重.由于气候和生态环境恶劣，营造的生态林长势较差.而灌木林树种抗旱，耐瘠薄，对环境的适应性强，在不适应乔木树种的地方广泛分布，且成活率高，生长良好，能够发挥出较好的生态效益，因此在气候和生态环境恶劣的地区，灌木林的单位面积生态效益反而好于生态林与经济林.

表4　甘肃省市(州)退耕还林工程各评价指标生态效益价值量及排序

4结论与讨论

4.1讨论

1)甘肃省退耕还林工程涵养水源和保育土壤价值量占甘肃省退耕还林工程总价值量的比例较高，截至2013年甘肃省退耕还林涵养水源和保育土壤价值量占该省退耕还林工程生态效益总价值量的67.82%，这与王顺利等[21]对甘肃省森林生态系统服务的评估结果不一致.这是由于涵养水源和保育土壤是甘肃省退耕还林工程的首要任务，在树种营造时更注重其水土保持功能.文中的评估结果正反映了退耕还林工程的主要目的，说明甘肃省退耕还林工程的设计和实施较为合理.

2)甘肃省自产水资源贫乏，水资源地区分布不均，年内分配不均，年际变化大[25].多年平均水资源总量为289.4亿m3·a-1，入境水资源量为287.3亿m3·a-1，出境水资源量为482.3亿m3·a-1[26].截至2013年，甘肃省退耕还林工程涵养水源总物质量为32.70亿m3·a-1，占甘肃省年平均水资源总量的11.30%.甘肃省年平均输沙量为54 694万t·a-1[27]，截至2013年甘肃省退耕还林固土总物质量达到5 852.61万t·a-1，占甘肃省年平均输沙量的10.7%.可见退耕还林工程的实施对甘肃省的水土资源保护起到了一定作用，且由于甘肃省退耕还林林分多处于中林龄阶段，因此，随着退耕时间的延长，其发挥的生态效益将更大.尽管如此，甘肃省的水土流失现状仍然不能得到完全解决，所以在新一轮的退耕还林工程中应加强退耕还林力度，在增加退耕还林面积的同时，充分考虑该省的气候及地貌条件，因地制宜地营造适合的林种，并加强造林后的管理和维护工作，确保造林成活率及林地质量.

3)甘肃省自1999年退耕还林工程实施至2008年底，国家累积投入工程建设资金123.78亿元[28].在2008—2015年的退耕还林工程巩固阶段，总投资为100.75亿元，其中中央专项资金为57.64亿元[29].截至2013年，甘肃省退耕还林工程创造的生态效益总价值量为848.94亿元·a-1，2013年创造的生态效益价值量即远远超过退耕还林工程自实施到2015年的总投资.

4.2结论

1)甘肃省退耕还林工程涵养水源物质量为327 026.60万m3·a-1；固土物质量为5 852.61万t·a-1，减少土壤氮、磷、钾和有机质流失量分别为21.19，11.76，162.37和3.04万t·a-1；固碳总量达258.83万t·a-1，释氧量达575.32万t·a-1；林木积累氮、磷、钾量分别为375.98，33.2和127.17万t·a-1；提供负离子总量为1 089.79×1022个·a-1，吸收污染物19 680.38万kg·a-1，滞尘262.39亿kg·a-1.

截至2013年，甘肃省退耕还林工程涵养水源总物质量占到甘肃省年平均水资源总量的11.30%，固土总物质量占该省年平均输沙量的10.7%，退耕还林工程的实施对甘肃省的水土资源保护起到了一定作用.

2)甘肃省退耕还林工程生态效益总价值量为848.94亿元·a-1.其中涵养水源价值量占总价值量的比例最大，为44.34%；其下依次为保育土壤、固碳释氧、生物多样性保护、净化大气环境和营养物质积累，其价值量所占比例分别为23.48%，12.71%，10.67%，7.59%和1.21%.

3)不同植被恢复类型的生态效益价值量表现为宜林荒山荒地造林>退耕地还林>封山育林，占总价值量的比例分别为58.17%，35.16%和6.67%.

4)不同林种类型的生态效益价值量表现为生态林>灌木林>经济林，其生态效益价值量分别占总价值量的64.15%，20.47%和15.38%.

5)各市(州)退耕还林工程生态效益价值量排序为平凉市>庆阳市>陇南市>天水市>定西市>白银市>临夏州>张掖市>兰州市>酒泉市>武威市>甘南州>金昌市>嘉峪关市，其生态效益价值量占总价值量的比例分别为17.41%,15.58%,15.41%,14.09%,12.79%,6.25%,5.60%,2.81%,2.48%,2.23%,2.23%,1.92%,1.02%和0.18%.

总体来说，甘肃省退耕还林工程取得了较好的生态效益，评估结果真实地反映出甘肃省退耕还林工程已取得的成果及存在的问题，增加了工程投资者在新一轮退耕还林工程中的投资信心，为工程管理部门在新一轮退耕还林工程中方案的制定提供了依据.

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(责任编辑惠松骐)

作者简介：王红霞(1970—)，女，河南洛阳人，工程师，学士.主要研究方向为林业规划、咨询与评估.

基金项目:国家林业公益性行业科研专项资助项目(201204101)

收稿日期：2014-10-23;修改稿收到日期:2015-01-16

E-mail:nishifeng2006@126.com

*通讯联系人，女，助理研究员, 博士.主要研究方向为森林生态系统服务功能评估.E-mail：niuxiang@caf.ac.cn.