陕西省退耕还林生态效益监测与评估初步分析

张晓梅，任斐鹏，陈永欣，孙金伟

(1.陕西省退耕还林工程管理中心，西安 710082；2.长江科学院 水土保持研究所，湖北武汉 430010；3.陕西省森林资源管理局，西安 710082)

2016-12-18

陕西省科学院重大项目(2016K-08)、应用基础研究项目(2004K-15)、(2012K-10)、(2014K-15)、青年人才培养项目(2015K-28)；陕西省科技厅农业攻关项目(2016NY-022)；西安市科技局现代农业推进专项(NC1206(2))。

张晓梅(1972-),女,陕西延川人,工程师,研究方向:退耕还林工程技术及管理。E-mail:358343672@99.com。

陕西省退耕还林生态效益监测与评估初步分析

张晓梅1，任斐鹏2，陈永欣3，孙金伟2

(1.陕西省退耕还林工程管理中心，西安 710082；2.长江科学院 水土保持研究所，湖北武汉 430010；3.陕西省森林资源管理局，西安 710082)

生态效益的监测与评估不仅是退耕还林工程有效性评价的重要环节，也是新一轮工程实施的重要理论基础。研究以陕西省为例，以1999-2014年退耕还林工程逐级统计数据和2个站点生态参数监测数据为基础，运用成熟、有效的森林生态服务评估体系和方法，对陕西省退耕还林生态效益进行了监测与初步核算。结果表明：(1)1999-2014年，陕西省退耕还林工程经历了先增后减的总体变化，共实施宜林荒山荒地造林128.11万hm2，退耕地还林的造林101.56万hm2，封山育林15.79万hm2；(2)生态效益物质量测算结果显示，退耕还林工程已在发挥重要的生态调节功能，包括涵养水源22.7亿m3·a-1，固碳383.40万t·a-1等；(3)生态效益价值量测算结果表明，陕西省退耕还林工程生态效益总价值为965.31亿元·a-1，以涵养水源价值量最高，为272.07亿元·a-1。因此，初步结果表明，工程已在发挥重要成效，且价值量巨大，研究可为重大工程生态效益监测与评估、生态系统管理和生态补偿等提供理论参考。

生态系统服务；生态监测；效益评估；退耕还林

前言

森林生态系统是陆地表层的重要组分，对于调节地球上土壤圈、大气圈、水圈和生物圈循环具有重要的意义。森林生态系统退化不仅导致生物多样性退化、土地生产力下降，而且诱发水土流失、土地荒漠化和沙漠化等严重的生态环境问题。生态恢复是一种生态系统的正向干扰，是维持生态系统健康及更新的重要过程，重大工程则是世界各国实施生态恢复的重要手段。重大工程生态恢复与人类福祉和人居环境关系密切，受到各国学者的广泛关注，相关工程效益的监测与评估是目前生态学的一个研究热点。

森林生态系统具有多种功能和多重效益，其不仅能够提供生产和生活必需物质，而且能够支持和维持地球生命系统，发挥涵养水源、生物多样性保护和大气调节等重要功能[1-2]。因此，目前森林生态系统服务及效益监测与评估主要针对两个方面：一是生态系统产出的各种原材料和产品，二是系统本身的调节服务、文化服务和支持服务等功能[3-4]。相应的生态系统服务功能监测与评价也主要从物质量和价值量的两种经典的方法开展[5]。相关研究进展方面，国外研究起步较早，监测和评估的理论与方法也相对完善，国内在全国尺度、区域尺度也开展了大量的研究[9]，取得了丰硕的成果，但是由于我国生态系统类型多样，区域差异大，不同学者选取的研究方法不同，因此，截止目前尚未形成统一、完整、有效的监测与评估理论和方法。

退耕还林工程是我国实施的一项重大生态恢复工程，科学评估退耕还林区域植被的恢复状况及其功能，不仅是工程实施有效性评估的重要环节，也是新一轮退耕还林工程实施的重要理论基础和技术参考。陕西省是我国最早实施退耕还林工程的省份之一，也是我国退耕还林工程建设的重点与核心省份。通过多年的工程建设，退耕还林工程的实施效果究竟如何，不仅是一个急需解决的科学问题，也是社会关注的热点。基于此，本研究针对陕西省退耕还林工程的生态效益开展了监测与评估，从退耕还林工程生态效益的物质量和价值量等方面开展了初步研究，以期为探索重大工程生态效益监测与评估提供参考。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

陕西省位于我国西北部，地处内陆腹地，地理位置31°42′～39°35′N、105°29′～111°12′E之间[10]。全省整体呈南北狭长，东西偏窄，地势南北高、中间低，由西向东倾斜的特点比较明显。有高原、山地、平原和盆地等多种地貌类型，气候多样，生态环境复杂。研究区北边是陕北高原，海拔900～1 500 m，约占陕西省土地面积的45%，最北部为毛乌素沙漠的南缘，往南为黄土高原丘壑区，北部的最南端有黄龙山和子午岭，全区气候干旱少雨，是陕西省退耕还林工程的重点和难点区域；中部为关中平原，海拔300～800 m，约占全省土地面积的19%，全区地势平坦，土地肥沃，是陕西省主要的粮食产区和城集镇聚集区；南部是秦巴山区，海拔1 000～3 700 m，约占全省土地面积的36%，气候湿润多雨，横跨我国的北方与南方，分属黄河和长江两大流域，是陕西省退耕还林工程实施的重点区域之一。

1.2 数据来源

1.2.1 资源量数据 本研究所用退耕还林工程量数据为逐级统计数据，时间跨度为1999-2014年，时间间隔为1 a。数据的覆盖范围包括陕西省安康市、宝鸡市、韩城市、汉中市、商洛市、铜川市、渭南市、西安市、咸阳市、延安市和榆林市共计11市；数据内容涉及工程实施面积、形成的郁闭度/覆盖度、地形地貌、坡度、降水量等，统计的工程类型涉及陕西省退耕还林中的退耕还林还草、宜林荒山荒地造林和封山育林3种类型。

1.2.2 生态参数 本研究所用生态参数主要来源于陕西省榆林市神木县和陕西省商洛市商南县两个退耕还林监测点。监测内容包括两大类：一类是基础信息，包括监测站地形地貌、气候土壤、退耕前后植被状况、群落结构、生物量、土壤理化性质、植被水文、水土流失、径流泥沙、面源污染和幼苗更新等相关信息；一类是监测点退耕还林还草、宜林荒山荒地造林和封山育林生态服务参数，包括涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和森林防护6个类别17个分项的主要参数。监测时段为2014年和2015年。另外，由于陕西省境内退耕还林监测点密度相对较小，因此研究过程中还借鉴了陕西省周边山西省、甘肃省、湖北省等相邻省份的相关数据[11]。

1.2.3 其它数据 除了资源量数据和生态参数以外，本研究还用到了陕西省的基础地理信息数据，本研究所用陕西省行政区划数据采用国家基础地理信息系统全国1∶400万数据，行政界线以该数据为主要依据。

1.3 研究方法

研究运用时空对比的分析方法，分析了陕西省退耕还林工程的资源量分布特点及趋势；生态效益监测依据《森林生态系统生物多样性监测与评估规范》(LY/T2241—2004)[12]和《森林生态系统长期定位观测方法》(LY/T 1952—2011)[13]、中国森林生态连清技术体系[14]；运用物质量和价值量评价方法和《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T1721—2008)[15]，从物质量和价值量两个方面评价陕西省退耕还林工程涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和森林防护6个类别17个分项的生态功能；运用GIS空间分析相结合的方法，分析了陕西省退耕还林工程生态效益的空间分布特征。

2 结果与分析

2.1 退耕还林工程量变化分析

从1999年到2014年陕西省退耕还林工程量变化可以看出(图1)，在陕西退耕还林工程实施以来，工程任务量数据经历了先增加后减少的总体趋势。另外，从不同植被恢复类型的对比来看，在1999年到2003年陕西省退耕还林以退耕还林还草和荒山地造林为主，2006年到2012年间，以荒山地造林和封山育林为主，2013年以后随着新一轮退耕还林工程的实施，退耕还林还草的资源量又开始增加。

截止2014年统计，陕西省退耕还林工程中，以宜林荒山荒地造林面积最大，为128.11万hm2，占工程总面积的52.2%，其次为退耕地还林的造林面积，为101.56万hm2，占工程总面积的41.4%，封山育林的造林面积最小，为15.79万hm2，占工程总面积的6.4%(图2)。另外陕西省退耕还林工程还存在林种类型之间的差异，根据监测结果显示，生态林所占比例最高，面积比例53.9%，经济林次之，面积比例24.6%，灌木林面积比例最低，为21.6%(图3)。

图1 陕西省退耕还林三种植被恢复类型工程量时序变化

图2 陕西省退耕还林三种植被恢复类型面积比例

图3 陕西省退耕还林三个林种类型面积比例

2.2 物质量评估结果分析

从物质量总量上来看，陕西省退耕还林工程涵养水源总物质量为22.7亿m3·a-1，固土总物质量为3 976.72万t·a-1，固定土壤氮、磷、钾和有机质总物质量分别为6.16万t·a-1、1.87万t·a-1、67.32万t·a-1和80.14万t·a-1；固碳总物质量为383.40万t·a-1，释氧总物质量为898.21万t·a-1；林木积累氮、磷、钾营养物质的总物质量分别为9.0829万t·a-1、1.136万t·a-1和5.645万t·a-1；提供负离子911.50×1022个·a-1，吸收污染物30 202.25万kg·a-1，滞尘3 354.80万t·a-1(其中包括吸滞TSP总物质量为2683.84万t·a-1，吸滞PM2.5为133.91万t·a-1)；防风固沙总物质量为5274.56万t·a-1。

从空间分布上来看，评估结果显示陕西省退耕还林工程生态效益物质量存在地市间的差异(图4)。其中涵养水源量较大的是安康市，达4.39亿m3·a-1，其次为延安市，达4.04亿m3·a-1，西安市涵养水源能力最低，仅为0.30亿m3·a-1；固土量和保肥量较大的是延安市和榆林市，达986.36万t·a-1和808.13万t·a-1，其次为安康市，达577.95万t·a-1，西安市最低，为57.83万t·a-1；固碳总物质量最高的是延安市，达41.8亿元·a-1，约占全省的20%，最少的是西安市，仅为2.30亿元·a-1；林木积累营养物质物质量较大的是延安市和榆林市，分别达455.05万t·a-1和2.3787万t·a-1，其次为安康市；提供空气负离子物质量均较大的是延安市和安康市，达234.06×1022个·a-1和126.75×1022个·a-1之间，其次为榆林市；防风固沙物质量较大的是宝鸡市和榆林市，达1 967.89万t·a-1和1 298.64万t·a-1，其次为安康市。总体上具有陕北高原生态效益高，中部关中平原城市群周边生态效益低的特点，与陕西省实施退耕还林工程的程度基本一致。

图4 陕西省退耕还林效益物质量空间分布

2.3 价值量评估结果分析

与物质量相比而言，生态效益的价值量更具有社会意义。从价值总量来看，陕西省退耕还林工程涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护和森林防护7项功能生态效益总价值为965.31亿元·a-1，相当于陕西一个中小城市一年的GDP总量。其中涵养水源价值量272.07亿元·a-1，占总价值量的28.2%；净化大气环境的价值量202.22亿元·a-1，占总价值量的20.9%；其中吸滞TSP和PM2.5的价值量分别为6.44亿元·a-1和109.36亿元·a-1，合计占净化大气环境价值量的57.3%；固碳释氧价值量172.35亿元·a-1，占总价值量的17.9%；生物多样性保护的价值量123.24亿元·a-1，占总价值量的12.8%；森林防护和林木积累营养物质的价值量分别为79.1亿元·a-1和28亿元·a-1，占总价值量的8.2%和2.9%。可以看出，陕西省退耕还林工程在涵养水源和净化大气等生态功能方面已在发挥重要的调节作用。

另外，从空间分布上来看，不同功能的生态效益价值量存在区域间的差异(图5)。在生态效益总价值量方面，最高的是延安市，达218.38亿元·a-1，生态效益总价值量约占全省的22.6%，最小的是西安市，为13.09亿元·a-1，生态效益总价值量仅占全省生态效益总价值总量的1.4%。各单项生态功能效益价值方面，涵养水源价值量方面，较高的是安康市和延安市，分别达52.72和48.41亿元·a-1，合计涵养水源价值量约占全省的37.2%，最小的是西安市，仅为3.84亿元·a-1，涵养水源价值量仅占全省涵养水源价值总量的1.4%；保育土壤价值量较高的是榆林市和延安市，分别达18.22和23.38亿元·a-1，保育土壤价值量约占全省的47.1%，最小的是西安市，仅为1.20亿元·a-1，保育土壤价值量仅占全省保育土壤价值总量的1.4%；固碳释氧价值量最高的是延安市，达41.8亿元·a-1，占全省价值量的1/5，最小的为西安市，仅为2.30亿元·a-1，占全省固碳释氧价值总量的1.3%；林木营养物质积累价值量最高的是延安市，达7.54亿元·a-1，占全省的26.9%；最小的是西安市，仅为0.43亿元·a-1，占全省林木营养物质积累价值总量的1.5%；净化大气环境价值量最高的是榆林市，达41.92亿元·a-1，占全省的20.7%，最小的是西安市，仅为2.57亿元·a-1，占全省净化大气环境价值总量的1.3%；生物多样性保护价值量最高的是延安市，达29.02亿元·a-1，占全省的23.5%。分布最少的是西安市，仅为1.37亿元·a-1，占全省生物多样性保护价值总量的1.4%；森林防护价值量最高的是延安市，达29.52亿元·a-1，占全省的37.3%。分布最少的是商洛市，仅为0.97亿元·a-1，占全省森林防护价值总量的1.2%。

图5 陕西省退耕还林效益价值量空间分布

3 结论与讨论

(1)生态效益监测结果显示，1999-2014年陕西省退耕还林工程实施宜林荒山荒地造林128.11万hm2，退耕地还林的造林101.56万hm2，封山育林15.79万hm2。退耕还林工程量有明显的时间变化差异，2002年左右达到最大值，1999-2002年呈现波动增加趋势，2002-2012年总统呈现波动下降趋势，2013年以后有出现缓慢增加。分析原因这与国家退耕还林政策的变化密切相关。另外，退耕还林植被恢复方式也存在时间上的差别，在1999年到2003年以退耕还林还草和荒山地造林为主，2006年到2012年间，以荒山地造林和封山育林为主，2013年以后退耕还林还草的数量有所增加。这一变化趋势，实质上反映了退耕还林工程治理重心的变化，早期以坡耕地、荒山治理为主，随着工程实施的深入，通过一段时间的发展，进入了以生态保护为主的发展时期。

(2)陕西省退耕还林生态效益物质量评估结果显示，陕西省退耕还林工程已经在发挥重大的生态效益。其中在水土保持方面，工程涵养水源总物质量为22.7亿m3·a-1，固土总物质量为3 976.72万t·a-1；在生物固碳方面，固碳总物质量为383.40万t·a-1，释氧总物质量为898.21万t·a-1；在林产品供给方面，林木积累氮、磷、钾营养物质的总物质量分别为9.0829万t·a-1、1.1360万t·a-1和5.645万t·a-1；在大气调节方面，提供负离子911.50×1022个·a-1，吸收污染物30 202.25万千克·a-1，滞尘3 354.80万t·a-1；另外，工程还发挥着重大的防风固沙功能，总物质量为5 274.56万t·a-1。从空间差异上来看，不同生态效益物质量存在区域间的差异，具有陕北高原生态效益高，中部关中平原城市群周边生态效益低的特点。

(3)陕西省退耕还林生态效益价值量评估结果显示，陕西省退耕还林工程生态效益总价值为965.31亿元·a-1，相当于陕西一个中小城市一年的GDP总量。其中，涵养水源价值量最高，为272.07亿元·a-1；净化大气环境的价值量次之，为202.22亿元·a-1；其中吸滞TSP和PM2.5的价值量分别为6.44亿元·a-1和109.36亿元·a-1；固碳释氧价值量172.35亿元·a-1；生物多样性保护的价值量123.24亿元·a-1；森林防护和林木积累营养物质的价值量分别为79.1亿元·a-1和28亿元·a-1。从空间差异上来看，生态效益总价值量最高的是延安市，达218.38亿元·a-1，生态效益总价值量约占全省的22.6%，最小的是西安市，为13.09亿元·a-1。

研究过程中可以看到，通过多年的建设，陕西省境内的生态环境监测网络得到了很大的发展，但是开展退耕还林工程效益监测的站点却不多见，相关的监测站网建设工作严重滞后，建议加强相关站点建设、增设相关内容监测。另外，从初步的研究结果来看，随着陕西省退耕还林生态工程生态效益的发挥，已向工程实施区提供了重要的生态产品和生态服务，对改善工程区生态环境发挥了重要的作用。但是还应该注意到，生态工程效益存在着区域之间的差异，特别是在大城市聚集的区域，往往是退耕还林工程生态效益的低估区，这一信息警示人们要协调好城市发展和生态保护之间的关系。

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[15] 森林生态系统服务功能评估规范:LY/T1721—2008[s].北京:中国标准出版社,2008:1-12.

EcologicalBenefitMonitoringandEvaluationofSlopeLandConversionPrograminShaanxiProvince

ZHANG Xiao-mei1, REN Fei-peng2, CHENG Yong-xin3, SUN Jin-wei2

(1.SlopeLandConversionProjectManagementCenterofShaanxi,Xi’an,Shaanx, 710082; 2.ChangjiangRiverScientificResearchInstitute,SoilandWaterConservationInstitute,Wuhan,Hubei430010;3.ShannxiForestResourcesAdministratuionBurea,Xi’an,Shaanxi7100082)

Monitoring and assessment of ecological benefits is not only an important link to the effectiveness of evaluation on slope land conversion program, but also is an important theoretical base for new round project implementation. Shaanxi province is taken as a case in this study. The data is based on statistical data step by step and ecological parameters data measured in two monitoring stations of the project from 1999 to 2014. Ecological benefits was monitored and evaluated by using forest ecological service assessment system. The result showed that: i) the returning farmland increased at first, and then turned to decrease. The whole area of waste hills or unclaimed lands returned to afforestation is 128.11 million hm2. The area of farmland converted to forest is 101.56 million hm2. The area of close hillsides to facilitate afforestation is 15.79 million hm2; ii) ecological benefits includes water conservation which is about 22.7 billion m3/year, carbon sequestration 383.40 million t/year; iii) the whole ecological benefits value is 965.31 billion yuan/year. The value of water resources conservation is highest which is 272.07billion yuan/year. The result suggested that Slope Land Conversion Program has played a good effect, with huge amount of ecological benefit, providing a theoretical reference for the ecological benefits of monitoring and evaluation, ecosystem management and ecological compensation.

Ecosystem service; ecological monitoring; benefit evaluation; returning farmland to forest

S326.20

A

1001-2117(2017)03-0046-07