吉林省西部地区杨树防护林功能价值研究

吉林省西部地区杨树防护林功能价值研究

随着人类对森林生态系统功能的不可替代性认识的逐步提高，关于森林资源核算的研究越来越受到重视。这方面的研究取得了显著进展。本研究对吉林省西部地区杨树人工防护林的功能效益价值进行了划分和估算,揭示了其功能结构及效益价值,以期为生态补偿提供依据和各级政府及林业主管部门提供参考。1吉林省西部地区的总结1.1阴山山地地貌吉林省西部地区位于42°49′～46°18′N、121°49′～127°4′E之间,总土地面积7.34万km2,占全省总土地面积的39.2%。其中:耕地256.00万hm2,占全省总耕地面积的63.2%;林地123.87万hm2;草原188.80万hm2;其余165.33万hm2为居住区、道路、水面、盐碱地、荒漠等。该区域地势平坦,海拔200m以下,部分地区不足100m,相对高差10～50m。年平均气温4.3℃～5.8℃,绝对最高气温38℃,绝对最低气温-40℃,年平均降水量400mm左右,无霜期160d,属于典型的温带大陆性半湿润半干旱气候。能够生长植被的土壤主要有黑土、黑钙土、栗钙土、盐碱土、草甸土、沼泽土、沙土等。1.2营造人工林,防止风固沙20世纪40年代以来,由于过度开垦农田和放牧,草场“三化”现象严重,导致生态环境恶化,风沙、干旱、盐碱等自然灾害发生普遍。为了控制该区域恶劣的生态环境,多年来营造了以防风固沙为主的大面积杨树人工林。目前,吉林省西部地区杨树人工林总面积达105.35万hm2,总立木蓄积4621.8万m3,详见表1。1.3防护结构前后的气候变化1.3.1大风日平均比较过去,该区域严重风害区最大风速达20～34m·s-1,一般风害区为16～20m·s-1,每年8级以上大风日平均为35.4d,最多为98.0d;目前最大风速减少到15～25m·s-1,一般情况下的平均风速为12～14m·s-1,平均每年8级以上大风日减少到19.0d。1.3.2蒸发量24倍该区域年平均降水量只有300mm左右,而蒸发量为降水量的3～4倍。目前虽然营造了大面积的杨树防护林,但干旱状况并未得到明显的转变。2森林功能和效率的组成2.1森林功能与价值对森林功能的划分,国内外不同的专家学者看法不一。Daily对生态系统服务功能和价值评估进行过专题研究;Costanza等人也曾对全球生态系统服务功能进行了详细划分和评估;毕绪岱等认为森林具有涵养水源、保护土壤、固碳放氧、保田增产、城市绿化、森林旅游、促进社会就业等功能;周晓峰等认为森林的功能包括经济效益和公益效益;朗奎建等认为森林具有涵养水源、水土保持、抑制风沙、改善小气候、吸收二氧化碳、释放氧气、净化大气、减轻水旱灾害、消除噪音、森林游憩、生物保护等功能;余新晓等认为森林包括直接经济价值和间接经济价值;赵杰等归纳了森林生态系统应具有的几方面功能效益,包括森林物质资源、水分调节、防护功能、气候调节、固碳制氧、生物多样性、森林景观、文化教育等;侯元兆等认为森林功能价值有两种表达方式:一是使用价值;二是非使用价值。笔者认为,森林的功能和价值可以概括为三个方面,即:经济功能与价值,进而产生经济效益;生态功能与价值,进而产生生态效益;社会功能与价值,进而产生社会效益。2.2防护林功能效益根据国内外不同专家学者对森林资源功能价值的研究结果,就吉林省西部地区单纯的杨树防护林来说,它一方面具有森林的一般功能;另一方面由于其结构简单,加之立地环境等方面的限制,又不具备森林所拥有的一些特殊功能,如生物多样性、森林景观与游憩等。该地区杨树防护林具有的功能效益可划分为:①经济效益:包括林地资源、立木资源;②生态效益:包括保育土壤(减少侵蚀、减少肥力流失、森林育土)、固碳制氧、净化环境(滞尘)、防护(改善农业小气候、防止风沙灾害)等功能;③社会效益:包括增加就业、防灾减灾等功能。3森林功能价值的估计理论和方法3.1经济价值的估计理论和方法3.1.1林地价值估算综合目前林地价值核算方法,根据吉林省西部地区杨树防护林林地现状,选择现行市场价法中的立地法作为林地价值的估算方法,即对林地资产进行价值评估,根据林地实际的交易案例价格,用立地指数或立地级进行修正,计算出林地资产的价值。3.1.2森林价值元林木价值的计算公式为:V=AQP式中:V:林木价值(元);A:森林面积(hm2);Q:立木蓄积(m3·hm-2);P:平均立木价格(元·m-3)。3.2评价生态效应价值的理论和方法3.2.1森林经营土壤的价值森林保育土壤价值应包括:森林减少土壤侵蚀价值、森林减少土壤肥力流失的价值和森林培育土壤的价值。3.2.1.单位土地侵蚀后的价值式中:V:森林防止与减少土壤侵蚀价值;S:森林防护面积;V1:单位土地侵蚀前的价值;V2:单位土地侵蚀后的价值;a:森林保土作用系数,即森林实际保土面积与森林防护面积的比值(a≥1)。3.2.1.土壤流失元素155式中:P:森林保持土壤肥力的价值;W:森林保持的土壤流失量;Rj:单位侵蚀物中第j种养分元素的含量;Aj:第j种养分元素在标准化肥中的含量;Cj:第j种标准化肥的价格。3.2.1.3.森林管理土壤的价值计算公式为:V=(V1-V2)式中V:森林的育土价值;V1:森林提高土壤肥力后农作物的收益;V2:原有肥力条件下农作物的收益。3.2.2森林固碳与固碳反应的物理和价值3.2.2.不同树种的立木材积森林碳汇分为地上部分和地下两个部分,地上主要包括林木、林下植物和森林枯落物;地下主要包括林地土壤和植物根系等。森林碳汇的测量方法主要有生物量法、蓄积量法、森林土壤碳测定法等。Peyron等通过用不同树种的立木材积乘以它们的换算因子计算出碳汇量,1m3木材=0.28t碳(针叶树和杨树);Dupouey等的研究结果为:阔叶树和杨树树叶为3.40t碳·hm-2,地被植物为1.00t碳·hm-2,森林土壤为70.00t碳·hm-2。世界许多国家在研究碳排放所造成的气候变化和环境损坏时,都是用10美元·t-1碳来估算森林碳汇的价格,世行也使用这一价格。3.2.2.活性物质释放培养方法植物能利用28.3J的光能吸收二氧化碳264g和水108g,生成葡萄糖180g和氧193g,然后再将葡萄糖转化成多糖162g(纤维素和淀粉)。由此推算,植物每生产1g干物质可释放1.2g氧气。森林制造氧气的价格以工业制氧的成本价格的1/2～1/10进行计算。3.2.3森林净化环境森林生态系统净化环境的功能包括森林吸收空气中有害气体SO2、NOX、Cl2,滞留飘降尘,减少病菌,减弱噪音等功能。森林净化环境的实物量和价值量估算,目前通常采用剂量——反应法进行环境损害价值的评估。即通过一定的手段评估森林生物多样性的变化给接受者造成影响的物理效果,并进而通过市场价格(影子价格)对这种变化进行评估。3.2.4防护林防护价值vp防护林对环境的防护功能主要体现在改善小气候和抵御风害、防止荒漠化等方面。改善小气候的最终效果集中反映在农、牧业产量的增加上;抵御风沙、防止荒漠化功能主要指在干旱的沙漠化和半沙漠化地区或风害影响严重地区的灾害减轻程度。因此,对防护林的防护价值(VP)进行核算时,将其分为相互独立而又不乏联系的3个部分,即:VP1:农田防护林防护价值;VP2:防风固沙林防护价值;VP3:牧场防护林防护价值。因此,防护林防护功能的年总经济价值为:VP=VP1+VP2+VP3。3.2.4.防护林防护林vp1的测定农田防护林防护价值VP1等于防护功能作用的实物量EB与单位实物量的货币价值MV的乘积,其计算公式为:VP1=EB·MV多年来各地许多观测结果表明,一般农田防护林的增产作用为15%～20%,每公顷防护林平均防护农田10.8hm2,每公顷每年增产粮食9360.0kg;实际增产幅度在1590.0～19702.5kg之间变动。3.2.4.防护林防风固沙价值防风固沙林的防护价值主要表现在抑制沙压农田、牧场的价值上。国内研究结果表明:“三北”地区每年每公顷防风固沙林的防护价值为36.30元。目前,防护林防风固沙价值核算方法主要是市场评价法,基本思路是以现有固沙林地同固沙前的沙地和无林沙地进行比较,通过观测流动沙丘的移动速度,来计算防护林固定沙源、阻止沙丘移动、减少沙化土地的数量,进而计算固沙价值。用整个林业生产周期内从这部分土地上获得的产品的价值来代替防护林免除沙压农田和牧场的价值。3.2.4.草牧场防护林经济效益计算草牧场防护林采用生产函数法估算其防护价值,即计算在防护林防护下牧草增产量的价值,主要通过单位面积放牧的实际收益来计算。受防护的草场1a养羊的净收入价值的计算公式为:ZB=(P1-P0)×n式中:ZB:草牧场防护林改良草场增加载畜量的价值;P1:有防护林庇护草场1a养羊的净收益;P0:无防护林庇护草场1a养羊的净收益;n:防护林发挥作用的年份。另一方面可计算因防护而消减灾害的节约价值。如周凤燕等在计算科尔沁沙地草牧场防护林效益时,提出了计算其因防风而削减灾害的经济节约价值。计算公式:ZA=N×M×P式中:ZA:草牧场防护林因防风而削减灾害的经济节约价值;N:防护林建造前单位面积年均受有害风次数;M:受益区域内每次风力平均降级大小;P:平均每级有害风造成的损失。3.3森林社会效益评价内容从现有资料看,目前国内外还没有形成一个明确的、权威的森林社会效益的定义,主要是对森林社会效益内涵的描述、列举,还缺乏一个本质性的、明确的界定。总结国内外一些专家和学者的观点,森林社会效益的评价内容主要包括:森林提供的就业机会、防灾减灾、森林游憩和森林的科学文化历史价值。至于其它的评价内容目前还没有形成统一认识。森林社会效益评价方法包括:价值法、效益法、效能法。4吉林省西部布局柳树林效率4.1评估防护林林的价值4.1.1黑土/钙土复合胶结充填料吉林省西部地区有杨树防护林105.35万hm2,其中:黑土11.10万hm2;黑钙土54.40万hm2;栗钙土6.37万hm2;砂土33.48万hm2。4.1.2长期承包转让价2004～2005年宜林土地和皆伐林地出租和长期承包转让价格分别为:黑土价格年租金平均为1500元·hm-2,长期承包(25a)转让价为1.6万元·hm-2;黑钙土和沙土年租金平均为650元·hm-2,长期承包(25a)转让价为0.8万元·hm-2;栗钙土年租金为250元·hm-2,长期承包(25a)转让价格为0.4万元·hm-2。吉林省林业行政主管部门规定,杨树防护林的轮伐期为25a,故长期承包一般为1个轮伐期。4.1.3a转让价值吉林省西部地区防护林林地土壤类型、面积、年租金、长期承包(25a)转让价值详见表2。从表2可以看出,吉林省西部地区有杨树防护林林地105.35万hm2,如果全部出租或转让,则年总租金为7.54亿元,长期承包(25a)转让总价值可达90.61亿元。4.2估算防护林资源的价值4.2.1不同林龄单位生长和林木生长情况吉林省西部地区杨树防护林总蓄积4621.8万m3,其中:10a生以下幼龄林蓄积为234.5万m3,10～20a生中龄林蓄积619.2万m3,20a生以上近、成、过熟林蓄积为3768.1万m3。该地区杨树防护林各林龄段的面积、蓄积、出材量、价格及价格系数详见表3。从表3可以看出,吉林省西部地区105.35万hm2的防护林蓄积量为4621.8万m3,可出材2555.6万m3,估算总价值为122.65亿元。4.2.2立木材积积从表3可以看出,4621.8万m3的立木蓄积减去2555.6万m3的立木材积,其差值2066.2万m3可视其为立木蓄积剩余物,这部分剩余物在吉林省西部地区基本上作为烧柴来利用。若按当地烧柴价格50元·m-3计算,则立木蓄积剩余物总价值应为10.33亿元。4.3防护边坡的价值估算4.3.1防护林培育效果吉林省西部地区土壤侵蚀主要为风蚀。据观测,一般情况下林带有效防护距离为树高的20～25倍,平均可降低风速20%～30%。乾安县大师乡在900hm2农田上营造了82hm2杨树防护林带(占所庇护农田面积的9.1%),使根本不能正常耕种的跑风地变成了良田;由于林带背风面风速减小,随风飘来的有机质降落下来,使林带庇护范围内土壤耕作层中的物理粘粒增多。据测定,在树高5～20倍处,物理粘粒增加59%～79%,有机质含量提高15%～36%,作物生长发育情况明显好于空旷地带。按林带平均宽40m(含片林折算部分)、有效防护距离为树高的20倍、平均树高为10m计算,则该地区105.35万hm2杨树防护林总长度为26.35万km2,所庇护的面积应为5.28万km2,占西部地区土地总面积的71.9%。按吉林省西部地区防护林建造后25a内受防护面积表层土壤侵蚀平均减少5cm计算,则5.28万km2土地减少土壤侵蚀总量为26.40亿m3;该地区耕地表层土壤平均容重为1.33t·m-3,按此计算,所减少的土壤侵蚀重量为35.13亿t,折合减少土壤侵蚀量为665.34t·hm-2。该地区土壤表土平均厚度按60cm计算,每公顷表层土壤重量为7980t·hm-2,则每公顷减少的665.34t的土壤侵蚀折合为0.08hm2土地面积。据此,该地区受杨树防护林庇护的5.28万km2土地减少的土壤侵蚀总面积为42.24万hm2,按平均土地价格1.6万元·hm-2计算(因风蚀的表层土壤均为最好的,故按最高的价格计算),则因减少土壤侵蚀所挽回的总价值为67.58亿元。4.3.2土壤总干重的测定根据大量元素氮、磷、钾在土壤中的含量(每100g干土)分别为0.10g、0.07g、1.40g,按表层土壤平均容重1.33t·m-3计算,推算出42.24万hm2土壤的总干重为33.71亿t,则上述3种大量元素的含量分别为氮337.1万t、磷236.0万t、钾4719.4万t,合计为5292.5万t。按氮磷钾全效化肥500元·t-1(2004年冬季市场综合平均售价)计算,吉林省西部地区受杨树防护林庇护的5.28万km2土地减少肥力流失总价值为264.63亿元。4.3.3森林凋落物测定森林凋落物归还林地后,通过土壤微生物、动物的分解转换为土壤养分,使森林土壤肥力增加。由于凋落物的分解转换机制复杂,许多养分含量缺乏完整的实测数据。因此,这里仅以森林凋落物中的N、P、K的含量为依据计算森林育土价值。阔叶林中的N、P、K元素的年回归量一般分别为8.65kg·km-2、3.77kg·km-2、9.88kg·km-2,按此计算,吉林省西部地区105.35万hm2杨树防护林25a的N、P、K元素回归量分别为22.78万t、9.93万t和26.02万t,合计为58.73万t。按氮磷钾全效化肥500元·t-1计算,N、P、K元素总回归量折合人民币2.94亿元。4.4防护成本的估算防护林的防护功能价值主要体现在改善农业小气候的价值和抵御风害所带来的经济价值两个方面。4.4.1粮食产出情况农防林各种效益作用综合反映在粮食增产上。据德惠市布海乡观测,树高10m、4～6行杨树透风林带,在庇护区20倍树高范围内,增产面积(扣除地头、排水沟、耕田路、林带胁地面积)为89.7%～95.6%;农作物增产率分别为:谷子18%、大豆19%、玉米31%、高梁34%。在榆树市喇嘛甸乡,营造农防林前有1600hm2农田,产量一直不高、不稳,1973年营造农防林后,无霜期延长了7～10d;在耕地有减(造林占地)无增的情况下,粮食单产由造林前的105kg,1977年增加到208kg,1979年增加到244kg。德惠市达家沟乡郝家村从1959年开始,在585hm2耕地上造起了全长30km、58条林带、形成56个网眼的防护林带,实现林网化后,粮食产量比造林前提高了2倍。德惠市达家沟乡杏山村和菜园子乡张家沟村,在迎风坡面300m以上的梯田田埂上栽灌木,隔5个灌木带栽1带杨树,这样既保住了田埂,又降低了风速,使部分地块的粮食增产达3倍多。吉林省西部地区大宗粮食作物为玉米,总种植面积179.2万hm2,按每公顷产值1625元计算,总产值为29.12亿元;其它杂粮种植面积76.8万hm2,按每公顷产值1325元计算,产值为10.18亿元,则粮食生产年产值为39.30亿元。按年平均增产25%的总产值计算,其增产总值为9.83亿元;扣除25%生产成本,则256.0万hm2农田受105.35万hm2防护林防护取得的粮食实际增产价值每年约为7.37亿元。按25a计算,则粮食增产的总价值为184.25亿元。4.4.2直接经济效益吉林省西部地区草原面积共约180万hm2,草原年平均收入为1000元·hm-2,按防护林建成后减少草原损失率20%计算,可挽回36万hm2草原面积损失,则防风固沙林每年减少草原的直接经济损失为3.6亿元。按25a计算,则减少草原的直接经济损失为90.00亿元。4.5固碳与估算的关系4.5.1总固碳量与林地面积根据杨树1m3立木蓄积=0.28t碳和林地固碳量70t碳·hm-2计算,吉林省西部地区杨树防护林总立木蓄积为4621.8万m3,则固碳量为1.29亿t;林地面积105.35万hm2,则固碳量为7.37亿t,总固碳量为8.66亿t。按世行10美元·t-1价格计算,则固碳总价值为716.18亿元。4.5.2吸氧量和吸放氧量根据植物每生产1g干物质可产生1.2g氧气计算,1m3杨树蓄积可得到0.66t干物质,则4621.8m3蓄积可折合成3050.4万t干物质。由此计算出产生氧气的量为3660.5万t,扣除防护林吸收消耗氧气的数量(占放氧量的20%),净放氧量为2928.4万t。防护林产生氧气的价格为0.4万元·t-1(按工业制氧价格1.6万元·t-1的1/4计算),则防护林产生氧气的总价值为1171.40亿元。4.6滞尘功能的估算方法确定,根据一般单吉林省西部地区自然环境比较恶劣,人口稀少,产业主要以农、林、牧为主,缺少工业,历史上一直属于贫困地区。因此,一些工业化污染(包括噪音)在这一区域就显得微不足道,对环境影响最大的当属大风刮起的飘降尘。由于无法建立空气飘降尘与健康之间的关系方程,在此,采用替代花费法,以削减飘降尘的成本估算森林滞尘功能的价值。计算公式为:Vd=Qd·S·Cd式中:Vd:滞尘价值(万元·a-1);Qd:滞尘能力(t·km-2·a-1);S:森林面积(km2);Cd:削减粉尘成本(元·t-1)。按照阔叶林的滞尘能力为10.2t·km-2·a-1、削减粉尘成本为170元·t-1计算,则该地区防护林每年滞尘的价值为0.18亿元,25a滞尘总价值为4.50亿元。4.7防护社会评价4.7.1造林和采伐季节临时雇工目前,吉林省西部4市16个县(市、区)有林业干部为2332人,职工2.18人,造林和采伐季节临时雇工12万个工作日。按林业干部每人每年工资0.96万元、职工0.60万元、雇工每天30元计算,则该地区林业每年增加就业的总价值为1.89亿元,25a增加就业总价值为47.25亿元。4.7.2防护林建造前后沙目前评价防护林防止风沙灾害价值比较直观的方法主要在于对风沙为害的减灾效益方面。防止风沙灾害效益包括:防护林建造前后房屋及用电设施的损坏和耕地及草原的风蚀面积的减少等方面。防护林对风沙为害的减灾效益为:R=aC式中:R:防护林对风沙为害减灾效益(元);a:减灾系数,可视森林结构及生长状况而定,一般为0.6～0.9;C:防护林建造前后平均风沙危害造成的年经济损失差值(元)。根据吉林省西部地区防护林结构及生长状况,本研究选择a=0.6。其建造后风沙灾害年均损失减少值估计在4.52亿元(经验估计数值)。因此,初步估算