延安市退耕还林及植被恢复工程生态服务功能评价

赵 瑾，王得祥，杨 航，李文根，罗 琦，张晓梅

(1.西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌 712100；2.陕西省退耕还林工程管理中心，西安 710082 )

我国退耕还林工程于1999年开始实施，是一项涉及区域庞大、政策性强、群众高度参与、投资最大的生态服务功能建设工程[1]，其实施目的是为了恢复被破坏的植被、减少水土的流失、保护生物多样性、改善日渐恶化的生态环境及增加农民的收入[2]。随着我国社会发展和经济水平的提升，退耕还林工作已由前期的大规模推进模式，转向成果巩固阶段[3]，全面精确地评价这些年实施退耕还林工程所取得的生态服务功能价值，能为新一轮退耕还林工程的实施提供重要的理论依据和技术指导。

延安市地处黄土高原干旱半干旱地区，环境气候条件差，加之近代过度放牧、滥垦滥伐、人口过量承载，林草植被遭到较大破坏，水土流失问题日益严重，使其成为黄土高原地区生态最为脆弱的地区之一[4]。“黄土高原治理，延安是一个重点”，全市13个县区全部被列入国家退耕还林试验示范点[5]，因此，对延安退耕还林工程生态服务功能进行量化以评估其效益，在全国范围内具有典型的代表性。截止目前，延安市退耕还林工程研究较多，但多集中在植被覆盖度、土地利用类型变化等方面，如陈雅如等[6]研究延安市退耕前后土壤保持功能后认为，土地利用变化对延安市土壤保持功能起到了明显作用，促进了延安环境的改善；张小勇[7]比较分析延安市1999—2008年植被恢复成效发现，植被指数明显改善的地区占总面积的21.27%，中度改善地区占61.64%；冯迪等[8]评估延安市安塞县生态效益时指出，退耕还林工程成效显著。仝小林等[9]从涵养水源、净化大气、保护生物多样性等三方面评估延安市生态效益发现，退耕还林工程在涵养水源、净化空气和保护生物多样性等三个方面的生态服务功能价值，与退耕实施的年限有密切的正相关关系，他们都没有综合、全面、系统地对延安市整体退耕还林工程所产生的各类生态效益进行评估与分析。为此，我们依据《退耕还林工程生态效益监测与评估规范》(LY/T 2573-2016)[10]，应用森林生态系统服务功能分布式测算方法，从固碳释氧、净化大气环境、生物多样性保护、涵养水源、保育土壤、积累林木营养物质等6个方面，对延安市近16 a退耕还林成效进行全面评估，以期有助于全面、客观、系统地评价退耕还林工程成效，并为退耕还林工程绿色GDP量化生态补偿、区域性生态安全评估等提供参考和依据。

1 研究区概况

延安市位于陕西省北部的黄土高原丘陵沟壑区，北纬35°21′～37 °31，东经107°41′～110 °31′，分别与陕西省咸阳市、铜川市、榆林市，山西省临汾市，甘肃省庆阳市相接壤，总面积37 029 km2；全市呈现西北高、东南低的地势，所以导致山势河流皆是西北向东南，海拔800～1 800 m、平均1 200 m；洛河、延河、清涧河、仕望河、汾川河是境内的干流，都属于黄河水系。

延安市地处干旱半干旱地区，是典型的暖温带大陆性季风气候，春季少雨干燥，夏季炎热多雨，秋季降温明显，冬季雨雪较少，光热资源较充足，年均降水量在490.5～663.8 mm之间，多集中在7-9月，多为阵雨，西南向东北逐渐减少。虽土壤、光照、雨热、年降水量基本可以为林木生长提供理论可能，但降水不均，水土流失，地下水资源不丰富，埋藏深不易开发利用等客观因素，导致延安地区植被稀少，覆盖率较低[4]。

2 研究方法

2.1 评估方法

按林种可以将延安市退耕还林工程划分为生态林、灌木林、经济林等3种植被类型，其生态林包含林种较多；按植被恢复方式型将延安市退耕还林工程划分为退耕地还林、宜林荒山荒地造林、封山育林3种类型[11]，参考《退耕还林工程生态效益监测与评估规范》(LY/T 2573—2016)以及《森林生态系统服务功能评估规范》( LY/T 1721 - 2008)[9]，基于分布式测算方法，核算延安市生态服务功能的物质量与价值量(表1)。

2.2 评估指标体系

评估指标体系中一级指标包括涵养水源、固碳释氧、保育土壤、净化大气环境、保护生物多样性、林木积累营养物质等6个指标，其中涵养水源包括调节水量、净化水质功能；保育土壤包括固土、保肥；固碳释氧包括固碳、释放氧气；净化大气环境包括提供负氧离子、吸收氟化物、吸收硫化物、吸收氮化物、吸收PM2.5、吸收TSP等；林木积累营养物质包括固磷、固氮、固钾量；共计 18个二级指标[10]。

2.3 数据来源

本研究数据分为三部分，分别为延安市各年度退耕还林林种、退耕模式的面积，来源于延安市退耕还林办公室统计年鉴(1999—2015)；计算退耕还林生态服务功能价值的各项生态指标，来源于相关研究文献；将物质量转化为价值量的各项指标的市场价格，来源于国家及权威部门发布的公共数据，主要数据如下：

根据第八次森林生态系统评估，水库库容造价取值8.44 元·t-1，城市的居民用水价格取值3.07元·t-1。

酸二铵含氮量14%、含磷量15.01%，氯化钾含钾量50%；磷酸二铵价格为3 300元·t-1，氯化钾价格2 800元·t-1；有机质价格为800元·t-1。

表1 延安市退耕还林工程生态服务功能评价公式

固碳价格：1 281元·t-1；二氧化硫排污收费为1.85元·kg-1，氮氧化物排污收费为0.97元·kg-1，一般性粉尘收费为0.23元·kg-1；氧气价格采用卫生部网站上的氧气平均价格，为1 299元·t-1；负离子价格(生产费用)为每1 018个负离子9.46元；工业粉尘排污收费标准为240元·t-1。

物多样性保护价值按照Shannon-Wiener指数方法计算，Shannon-Wiener指数<1时，S生为3 000元·hm-2·a-1；1≤Shannon-Wiener指数<2，S生为5 000元·hm-2·a-1；2≤Shannon-Wiener指数<3，S生为10 000元·hm-2·a-1；3≤Shannon-Wiener指数<4，S生为20 000元·hm-2·a-1。

3 结果与分析

3.1 延安市退耕还林工程面积动态变化

3.1.1 不同退耕类型动态变化 如表2所示，截止2015年，延安市退耕还林工程累积造林64.26万公顷，其中退耕地还林面积为36.99万公顷，宜林荒山荒地造林面积为25,63万公顷，封山育林面积为1.64万公顷，分别占总退耕还林面积的58%，40%，2%。如图1所示，2002年退耕还林工程面积最大，2006-2013年总体造林面积较小，随着工程的不断深入，退耕地还林面积在不断减少。

3.1.2 退耕还林工程不同退耕林种面积动态变化 按林种分，退耕还林工程可分为生态林、经济林、灌木林三种。1999-2015年，延安市各年度生态林、经济林、灌木林面积动态变化如图2所示，生态林所占整个退耕还林面积最大，灌木林次之，经济林最少。生态林造林面积以2002—2005年间最大，均大于4万公顷。经济林面积以2002年、2003年相对较大。

表2 截止到2015年延安市退耕还林工程实施情况 (104 hm2)

图1 延安市1999-2015年退耕还林各类型面积变化

图2 延安市1999-2015年退耕还林各林种面积变化

3.2 延安市退耕还林工程生态服务功能物质量与价值量

3.2.1 延安市3种植被恢复类型的生态服务功能价值核算 从表3看出，截止2015年延安市退耕还林工程涵养水源总物质量为15.79×108m3·a-1，以退耕地还林模式涵养水源的物质量8.97×108m3·a-1最多；固土总物质量为1 028.87×104t·a-1；固碳总物质量为208.55×104t·a-1，释氧总物质量558.34×104t·a-1；提供负离子总物质量71.89×1022个·a-1，滞尘总物质量为912.49×104t·a-1，吸收PM2.5物质量为36.36×104t·a-1，吸收TSP为727.32×104t·a-1。延安的退耕还林工程的生态服务功能物质量相当可观，在不同的退耕模式中，以退耕地还林模式所占物质量最大，并呈现出退耕地还林>宜林荒山荒地>封山育林的变化趋势。

表3 3种植被恢复类型的生态服务功能物质量

续表3

指 标退耕地还林宜林荒山荒地造林封山育林总计净化大气环境/(104 t·a-1)提供负氧离子∗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滞尘516.83373.2222.42912.49吸滞TSP413.59298.6815.03727.32吸滞PM2.520.6714.930.7536.36

注：*提供负氧离子单位为1022个·a-1。

三种植被恢复类型的生态服务功能价值量及其占总价值量比例分别是退耕地还林地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，各项评价指标都表现出，不同植被恢复类型的价值量也表现为退耕地还林>宜林荒山荒地造林>封山育林的规律。

表4 3种植被恢复类型的生态服务功能价值量 单位：108元·a-1

3.2.2 延安市退耕还林工程3种林种类型的生态服务功能价值 如表5所示，延安市退耕还林工程中，生态林是3种林种中生态服务功能物质量最多的，其后依次为经济林和灌木林。

表5 3种林种类型的生态服务功能物质量

表6显示，延安市退耕还林工程不同林种类型生态服务功能总价值量为生态林257.46×108元·a-1、占总价值量的64.6%，灌木林96.85×108元·a-1、占总价值量24.3%，经济林44.18×108元·a-1、占总价值量11.1 %。各项生态服务功能评价指标，生态林均明显大于经济林和灌木林。另外，延安市退耕还林工程生态服务功能总价值量398.44×108元·a-1中，涵养水源价值量最大(181.81×108元·a-1)、占比最高(45.6%)，固碳释氧价值量也较大、占比也较高(80.86×108元·a-1，20.3%)，林木积累营养物质价值量及其占比最低(11.31×108元·a-1，2.8%)，保育土壤价值量及其占比也较低(16.45×108元·a-1，4.1%)，净化大气环境价值量(53.54×108元·a-1)、生物多样性保护价值量(54.53×108元·a-1)接近，占比也接近，说明延安市退耕还林工程不同生态服务功能对总价值量的贡献不同，以涵养水源价值、固碳释氧价值为主体(二者合计占比为65.9%)，保育土壤价值和净化大气环境价值贡献很小(二者合计占比为6.9%)。

表6 3个林种类型的生态服务功能价值量 单位：108元·a-1

4 讨论与结论

4.1 讨论

4.1.1 延安市退耕还林工程生态服务功能以涵养水源和固碳释氧为主 在延安市退耕还林工程森林生态系统所提供的涵养水源、净化大气、林木积累营养物质、固碳释氧、保育土壤、保护生物多样性6项服务功能中，以涵养水源、固碳释氧为主，这与宝鸡市退耕还林工程[11]、儋州市退耕还林工程[2]、河北省退耕还林工程[12]生态效益研究结果一致。延安市降雨多形成暴雨，受黄土高原土壤特性影响，极易发生侵蚀，导致水土流失、土壤肥力下降和河流泥沙淤积，随着林草植被覆盖率的增加，通过林冠截流、地上枝叶及枯枝落叶层拦截降水，滞留地表径流，从而减少了降雨径流量[13]，保持了土壤水分，控制了水土资源的流失，有效防止土地的荒漠化，退耕还林工程成效显著，地表植被的快速恢复，使得植被涵养水源功能不断增强。森林生态系统是陆地生态系统的主体和最大的陆地碳库，在固定碳素、释放氧气，减缓大气中温室气体CO2浓度上升、调节全球碳平衡和改善气候方面发挥着不可替代的作用[14]。

4.1.2 延安市退耕还林工程以退耕地还林模式生态服务功能价值最大 延安市退耕还林工程按照退耕地还林、宜林荒山荒地造林和封山育林3种模式进行恢复，在生态服务功能价值上呈现出退耕地还林>宜林荒山荒地造林>封山育林的规律。退耕地还林是在生产力低下的坡地、坡耕地区域中进行，遵循自然规律，因地制宜，其坡耕地无论在土层厚度还是地形、土壤条件都比较优越，相对于宜林荒山荒地造林和封山育林植被恢复模式，其生态服务功能价值更高[15]，同时，根据生态服务功能评估公式可知，造林面积是决定退耕还林生态工程的主要因子。在延安市退耕还林工程的实施过程中，不同实施阶段有不同的造林任务，这与退耕还林工程的政策实施密切相关。

4.1.3 延安市退耕换林工程以生态林的效益最大 研究发现延安市退耕还林工程以生态林生态服务功能价值最大，并呈现生态林>经济林>灌木林规律。生态林主要目的是减少水土流失和防风固沙，营林面积是影响其生态效益价值量的主要因素。退耕还林政策内容中，要求退耕还林工程以营造生态林为主，营造的生态林面积比例不得低于退耕总面积的80%，经济林比例不得超过20%，并且在不同林种中，其林木的平均生产力与各种生态参数也不尽相同，生态林复层的立体结构也使其生物量明显多于经济林和灌木林[16]。综合以上因素，才使得延安市退耕还林工程中生态林所产生的效益最大。

4.2 结论及建议

(1)延安市退耕还林生态服务功能价值量评估结果显示，延安市退耕还林工程已经发挥着重要的生态服务功能。延安市退耕还林工程生态服务功能价值量为398.449 2×108元·a-1，不同生态服务功能价值量及其占总价值量比例由高到低依次为涵养水源价值量(181.8104×108元·a-1，45.6%)>固碳释氧价值量(80.86×108元·a-1，20.3%)>保护生物多样性价值量(54.53×108元·a-1，13.7%)>净化大气的价值量(53.54×108元·a-1，13.4%)>保育土壤价值量(16.45×108元·a-1，4.1%)>林木积累营养物质价值量(11.31亿元·a-1，2.8%)。

(2)不同植被恢复类型的生态服务功能价值量表现为退耕地还林>宜林荒山荒地造林>封山育林的规律，分别占总价值量的比例58.2%，39.6%和2.1%。建议退耕还林工程后续实施的过程中，进一步推广宜林荒山荒地造林模式，不能单纯的采取“封起来”的措施，要实行“封造”结合，采取人工介入和适当干扰等形式，加快植被的恢复。

(3)不同林种类型的生态服务功能价值量表现为生态林>灌木林>经济林的规律，其生态服务功能价值量分别占总价值量的64.6%、24.3%和11.1%。协调经济林和生态林比例时应兼顾生态环境改善、农业结构调整和农民脱贫致富等因素，做到综合考虑、统筹规划且相互衔接，最终达到退耕还林还草与农民生计平衡的目的。