湖南省生态公益林效益评价

胡长清，陈晓萍，王福生

(1.湖南省林业厅，湖南 长沙 410007； 2.湖南省农林工业勘察设计院， 湖南 长沙 410007)

湖南省生态公益林效益评价

胡长清1，陈晓萍1，王福生2

(1.湖南省林业厅，湖南 长沙 410007； 2.湖南省农林工业勘察设计院， 湖南 长沙 410007)

通过对湖南生态公益林涵养水源、土壤保育、固碳、释氧和生物储能等生态效益的进行计算，结果表明：湖南省公益林生态效益总价值为2861.72亿元，其中涵养水源蓄水总量135.55亿t，价值为117.48亿元，不同林分类型中，涵养水源的能力有差异，强弱顺序为阔叶林>马尾松林>杉木林>灌木林>竹林>疏林地；减少水土流失14010.83万t，经济价值为132.30亿元，有林地较荒山荒地平均每年减少侵蚀量29.15t/hm2，直接经济价值4.94亿元，减少了N、P、K损失，直接增加营养元素N、P、K分别为590577.3、30866.5、148201.3t；固定吸收CO2总量19823.27万t，经济价值716.09亿元，各类型生态公益林固碳价值有显著差别，阔叶树固碳能力最大，毛竹和疏林地固碳能力最低；释放O2总量为17026.10万t，经济价值为1702.62亿元，各类型释氧能力有差别，但差别不大，松类释氧能力大于阔叶树，但差别不明显，毛竹的释氧能力最低；贮能效益价值为193.23亿元，各种生态公益林中针叶林的贮能能力最强。

生态公益林；固碳释氧；涵养水源；生物贮能；土壤保育；湖南省

生态公益林是以发挥生态效益、改善人类生存环境、维护生态平衡、保存物种资源、开展森林旅游和国土保安等需要为主要经营目标的森林和灌木林[1-4]。当前，全球自然资源趋于枯竭，生态环境日益恶化使人们对生态环境越来越重视。因此，建立完整的生态公益林体系是21世纪森林发展的主要方向。生态公益林能产生一些择伐木的木材及非木材林产品等直接经济效益，还有巨大的生态效益，在水源涵养、固土保肥、防风固沙、调节小气候、生物多样性保护、污染控制、净化环境、全球碳平衡、森林储能、改善生态及人类生存环境、保证经济建设健康发展等生态环境维护方面均有极其重要的作用[1-7]。湖南省生态公益林建设已有10年的历史，我们对其效益进行评价和分析，为促进湖南省生态公益林建设更好的发展提供参考。

1 研究地概况

湖南省位于长江中游，绝大部分省境在洞庭湖以南，故称湖南，湘江贯穿其南北，故简称湘；地处东经108°47′—114°15′，北纬24°38′—30°08′，国土总面积211829km2，其中，平原面积277.86万hm2，盆地面积294.12万hm2，丘陵地面积326.22万hm2，山地面积1084.72万hm2，水面面积135.37万hm2；共有耕地面积378.76万hm2。根据《湖南省生态公益林统计报表》，湖南省生态公益林(国家重点公益林和省级公益林)总面积4531733.0 hm2，占全省林地面积的35.0%；活立木蓄积量136534615.0 m3，占全省活立木总蓄积量的37.3%。在生态公益林中，乔木林2917946.8hm2，占生态公益林总面积的64.4%；竹林318853.9 hm2，占7.0%；疏林地39159.2 hm2，占0.9%；灌木林地1017722.2 hm2，占22.5%；未成林造林地142101.1 hm2，占3.1%；宜林地面积42431.7 hm2，占0.9%；无立木林地52949.2 hm2，占1.2%；苗圃地430.7hm2，其它辅助生产林地138.2hm2。

2 研究方法

根据现有森林生态效益评价方法的成熟程度和评价参数的可获取性，从涵养水源、保育土壤、固碳、释氧、森林植物储能量效益等5个方面对湖南省生态公益林效益进行评价。

2.1涵养水源

生态公益林的涵养水源价值包含森林的蓄水、调洪、增加水资源等价值。

(1)生态公益林蓄水价值评价的计算公式如下：

V1=Sbm(H-H0)

(1)

式中:V1——森林蓄水调洪的效益经济评价值；

S——森林面积；

H——森林蓄水调洪能力；

H0——无林地的蓄水调洪能力；

b——拦蓄1m3水的水库或堤坝修建费；

m——效益与投入比例。

(2)生态公益林调洪价值计算公式同森林蓄水价值评价，根据康文星、田大伦的研究[8]，森林的调洪能力比裸地高378～757t/hm2。

(3)增加水资源价值评价的计算公式如下：

V2=M(P1A+P2C)

(2)

式中：V2——森林增加水资源效益经济评价值；

M——森林增加水资源总量；

P1——农田灌溉单位水价格；

P2——工业供水单位水价格;

A——农田灌溉水的利用系数;

C——工业供水的利用系数。

2.2保育土壤

森林的土壤保育价值包括森林的固土、保肥、减少土地废弃地、改良土壤4个方面。在湖南，因森林破坏直接导致土地废弃地的情况很少发生。因此，在对森林土壤保育价值评价时，运用机会成本法和影子价格法，仅对森林的固土、保肥、改良土壤 3个方面进行效益评价。

(1)森林的固土效益根据其防止泥沙流失的效益计算。根据劳动成本法，以从河道或湖泊中挖取1t泥沙的费用来计算森林生态系统减少泥沙淤积灾害的经济效益[9]。

其计算公式如下：

V3=∑K·di·G·Si

(3)

式中:V3——固土效益值；

K——挖1t泥沙的费用(元)；

di——第i种森林较无林地减少的年侵蚀量(t/hm2)；

Si——第i种森林的面积(hm2)；

G——进入河道或水库中的泥沙占总泥沙流失量的比值(%)。

(2)森林的保肥效益根据有林地较无林地多保留纯N、P、K 等养分的量，折算成磷酸氢二铵和氯化钾等化肥量，再根据肥料售价计算保肥效益。其保肥效益值按⑷式进行计算，即：

V4=d·ss∑P1i·P2i·P3i

(4)

式中：V4——森林保肥效益评价值(元)；

d——森林较无林地减少的土壤年侵蚀量(t/hm2)；

S——森林面积(hm2)；

P1i——森林土壤中N、P、K的含量(%)；

P2i——纯N、P、K折算成化肥的比例；

P3i——各种化肥市场价(元/t)。

(3)改良土壤的效益主要由于森林凋落物而引起的N、P、K三种主要矿物养分的增加量，其效益评价计算方法和公式同“森林的保肥效益”。

2.3固碳

生态公益林的固定CO2包括森林植物固碳和森林土壤固碳2部分。

(1)计算固定CO2价值的方法采用碳税率法。根据森林固碳量及碳税率计算效益，计算公式为(5)式，即：

V5=G·R

(5)

式中：V5——固定CO2价值(元)；

R——为碳税率(元/t)；

G——森林固碳量(t)。

根据湖南省国家重点公益林和省级公益林森林资源现状和2008年生长量，分别计算生物总量和年度生物量。利用生物量及其固碳相应指标计算固碳量和固碳经济价值。

用森林增加的干物质量去推算森林光合作用释放氧气量时，应包括主干、枝、根等，即全部生物量，再通过总生物量计算固碳量及其经济价值。根据植物光合作用反应方程式：

6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2

推算出每制造成1t干物质要固定1.63t CO2，而CO2中含纯碳27.27%，即1t干物质可固0.44t纯碳。

(2)森林土壤吸收CO2的效益计量评价采用生产成本法。根据森林土壤较无林地少释放的二氧化碳量及工业消减CO2成本费用计算效益。计算公式如下：

V6=M·Q·P

(6)

式中：V6——土壤吸收CO2效益；

M——单位面积森林生长的生物量干质量(枝、叶、干、皮、根等)；

Q——森林土壤较无林地少释放的二氧化碳量；

P——工业消减CO2成本费用(人民币1030元/t)。

2.4释氧

森林释放O2的效益计量评价采用生产成本法。森林释放的氧气量根据O2工业生产成本费用计算效益。计算式如下：

V7=M·S·K·P

(7)

式中:V7——森林制氧效益值；

M——单位面积森林生长的生物量干质量(枝、叶、干、皮、根等)；

S——森林面积；

K——森林通过光合作用生产1t物质释放的氧气量；

P——工业每生产1t O2的生产成本费用。

对于森林通过光合作用生产1t有机物质(干质量)能排放多少O2是借助光合作用化学方程式，并通过光合作用产物(生物量)置换O2排放量的方法得出[10]。根据增加的生物量(干质量)和工业制造O2的生产成本费，计算森林释放O2的价值。通过光合作用生产1t干物质可释放1.39～1.423t O2，取平均数1.40t[9]；工业生产1t O2生产成本1000元(2007年春季O2平均价格为1000元/t[11])。

2.5森林植物储能量效益

森林植物储能量效益计量评价采用生产成本法，根据森林植物储能量及工业生产热能成本费用计算效益。

V8=J·P

(8)

式中：V8——森林植物储能效益值；

P——工业生产热能成本费用；

J——森林植物储能量。

其计算公式如下：

J=∑Qi·Wi

(9)

式中:J——森林植物储能量；

Qi——某种森林植物每1t生物量含热量；

Wi——某种森林的生物量干质量(枝、叶、干、皮、根等)。

根据周毅等对广东省生态公益林生态环境价值计量及评估结果[12]，不同森林类型的森林植物储能率为：针叶林20720.72MJ/t，竹类19272.07MJ/t，阔叶树18887.53MJ/t，计算各森林植被类型的森林植物储能量。

2.6湖南省生态公益林效益总价值

湖南省生态公益林效益总价值为以上5个指标的价值之和，其计算公式如下：

(10)

式中：V——生态公益林效益总价值；

Vi——各分项效益价值。

3 结果与分析

3.1生态公益林涵养水源价值

全省生态公益林涵养水源蓄水总量135.55亿t，价值为117.48亿元，其中国家重点公益林涵养水源总量113.27亿t，价值为98.19亿元；省级公益林涵养水源总量22.28亿t，价值为19.29亿元。详见表1。由表1可知，不同林分类型中，涵养水源的能力有差异，强弱顺序为阔叶林>马尾松林>杉木林>灌木林>竹林>疏林地。

3.2生态公益林土壤保育价值

湖南省生态公益林的固土作用减少水土流失14010.83万t，有林地较荒山荒地平均每年减少侵蚀量29.15t/hm2，固土效益价值为4.94亿元，年土壤保育效益为：增加纯N 590577.32t，纯P 30866.47t，纯K 148201.30t，折合肥料为磷酸氢二铵503.60万t，氯化钾29.55万t；减少土壤流失14010.83万t；土壤保育总值为132.30亿元。详见表2、表3。

表1 森林涵养水源价值Tab.1 Thevalueofforestwaterconservation优势树种面积(hm2)合计蓄水调洪增加水资源价值(亿元)蓄水量(亿t)价值(亿元)蓄水量(亿t)价值(亿元)蓄水量(亿t)价值(亿元)蓄水量(亿t)杉木788262.125.9229.7215.3814.416.375.974.179.34马尾松1050983.427.2232.7616.2515.225.415.075.5612.47阔叶树1078701.339.6244.5724.3722.849.548.945.7112.79竹林318853.99.6711.265.845.462.142.021.693.78疏林39159.21.031.200.620.580.230.220.180.40灌木林1017722.214.0216.047.697.214.113.852.224.98合计4293682.1117.48135.5570.1565.7227.8026.0719.5343.76

表2 森林土壤保育价值Tab.2 Thevalueofforestsoilconservation事权等级面积(hm2)固土保肥量和改良土壤土壤保育总价值(亿元)固土量(万t)价值(亿元)增加营养元素(t)折算肥料(万t)价值(亿元)NPK磷酸二铵氯化钾合计4293682.114010.834.94590577.330866.5148201.3503.629.55127.36132.3

表3 湖南省重点生态公益林不同土地类型的土壤侵蚀量Tab.3 ThesoilerosionofdifferenttypesscalelandofkeyecologicalforestinHunan(t/hm2)地类年侵蚀量比荒山荒地减少侵蚀量有林地4.8529.15疏林地7.1426.86未成林造林地9.8524.15苗圃地8.4025.60荒山荒地34.00

3.3生态公益林固碳价值

生态公益林固定CO2包括森林植物固碳和森林土壤固碳2部分。湖南省公益林总生物量12161.50万t，固碳经济价值716.09亿元，其中：森林植物固定吸收CO2总量19823.27万t，折碳 5406.33万t，固碳经济价值为556.85亿元人民币；森林土壤较无林地少释放CO2总量5668.49万t，折碳1545.96万t，价值159.24亿元。详见表4。由表4可知，各类型生态公益林固碳价值有显著差别，阔叶树固碳能力最大，毛竹和疏林地固碳能力最低。

表4 不同林分固碳量及其效益Tab.4 Thecarbonfixationofdifferentforesttypes优势树种面积(hm2)活立木蓄积(万m3)生物量(万t)吸收和固定CO2(万t)固碳量(万t)效益(亿元)土壤吸收森林植物土壤吸收森林植物土壤吸收森林植物总计杉类 788262.14715.292748.551154.014480.13314.731221.8532.42125.85158.27松类1050983.45060.842961.481538.634827.21419.631316.5143.22135.6178.82阔叶树1078701.33884.292898.722509.054724.92684.291288.6170.48132.73203.21毛竹318853.92512.171464.35466.82386.89127.31650.9713.1267.0580.17灌木和疏林10568812088.43404.09928.3995.6295.62合计4293682.116172.5912161.55668.4919823.241545.965406.33159.24556.85716.09

3.4生态公益林释氧价值

根据表2中森林干物质量的计算结果和生产1t干物质释放的氧气量及工业生产1t氧气生产成本进行计算，湖南省公益林释放O2总量为17026.10万t，释氧经济价值为1702.62亿元。2008年，湖南省森林生长量占总量的6.63%。2008年度，湖南省公益林森林释放O2总量为934.99万t，经济价值为93.49亿元。详见表5。由表5可知，各类型释氧能力有差别，但差别不大，松类释氧能力大于阔叶树，但差别不明显，毛竹的释氧能力最低。

3.5生态公益林生物储能量效益

根据表2中森林干物质量的计算结果和不同森林类型的森林植物储能率及工业生产热能1MJ生产成本(0.008元)，计算得出湖南省公益林森林储能24153.44 亿MJ，储能效益价值为193.23亿元，各种生态公益林中针叶林的储能能力最强。2008年度，湖南省国家和省级公益林森林储能1601.37亿MJ，储能效益价值为12.81亿元。详见表5。

3.6湖南省生态公益林生态效益评价结果

根据以上对湖南省生态公益林涵养水源、固土保肥、 改良土壤、 净化大气和生物储能等生态功能的分析计算， 湖南省公益林生态效益总价值为2861.72亿元。

表5 释氧量和生物储能及其效益Tab.5 TheoxygenreleaseanditsbenifitandCarbonstorageandbenift优势树种活立木蓄积(万m3)生物量(干重)(万t)释氧量生物储能释放O2(万t)效益(亿元)森林植物储能率(MJ/t)储能(亿MJ)储能效益(亿元)杉类4715.292748.553847.97384.8020720.725695.1945.56松类5060.842961.484146.07414.6120720.726136.4049.09阔叶树3884.292898.724058.21405.8218887.535474.9843.80毛竹2512.171464.352050.09205.0119272.072822.1022.58灌木林、疏林2088.402923.76292.3819272.074024.7732.20合计16172.5912161.5017026.101702.6298873.1124153.44193.23其中2008年1072.24667.85934.9993.4913110.581601.3712.81

4 结论与讨论

2008年湖南省生态公益林生态效益总价值为2861.72亿元，生态效益价值的大小依次为释氧>固碳>生物储能>土壤保育>涵养水源，其中固碳、释氧2项生态效益占湖南省生态公益林总效益的84.51%，是湖南省森林生态系统的主要功能。

(1) 涵养水源效益。湖南省生态公益林不同林分类型中，涵养水源的能力有差异，强弱顺序为：阔叶林>马尾松林>杉木林>灌木林>竹林>疏林地。生态公益林在湖南省四水流域的防洪减灾、水质净化方面做出了巨大的贡献。不同林分类型由于其树种组成、林龄、立地条件和经营措施等综合因素的影响，其林分的涵养水源效应存在一定程度的差异[13]。在湖南省生态公益林中，疏林地的涵养水源能力最差，其次是竹林和灌木林，针叶林和阔叶林涵养水源的能力最强。

(2)固碳与释氧效益。各类型生态公益林固碳价值有显著差别，阔叶树固碳能力最大，毛竹和疏林地固碳能力最低；各类型释氧能力有差别，但差别不大，松类释氧能力大于阔叶树，但差别不明显，毛竹的释氧能力最低。

(3)土壤保育效益。有林地较荒山荒地平均每年减少侵蚀量29.15t/hm2，固土量14010.83万t，直接经济价值4.94亿元，减少了N、P、K损失，直接增加营养元素N、P、K分别为590577.3、30866.5、148201.3t，土壤保育总价值132.30亿元。

(4)生物量与能量的综合分析能更好地衡量不同生态系统或不同植物类型的结构与功能的基础，对研究林分的物质循环和能量流动，以及适时开发和利用林分具有重要意义[14]。能量是生态学功能研究中的基本概念之一，植物热值是植物含能产品能量水平的一种度量，可以反映植物对太阳辐射能的利用状况，湖南省生态公益林中针叶林的储能能力最强。

湖南省生态公益林建设取得了巨大的成就，很好的发挥了生态效益的能力，其中针叶林在涵养水源、固碳释氧、生物储能方面都有很强的功能，为湖南省的经济社会可持续发展提供了可靠的基础。由于技术水平、研究手段、资料等方面的限制，很难对生态公益林的生态效益进行十分准确的计量评价，对公益林的生态效益有待于进一步研究。

[1] 李士美.森林生态系统水源涵养服务流量过程研究[J].自然资源学报, 2010(4): 585-593.

[2] 韩素芸,田大伦,闫文德,等.湖南省主要森林类型生态服务功能价值评价[J].中南林业科技大学学报,2009,29(6):6-13.

[3] 王敏,李贵才,仲国庆,等.区域尺度上森林生态系统碳储量的估算方法分析[J].林业资源管理, 2010(2): 107-112.

[4] 刘璨.森林固碳与释氧的经济核算[ J].南京林业大学学报,2003, 27(5): 25-29.

[5] GUAN Lili, ZHOU Xiaoyong, LUO Yan. A review on the study of plant caloric value in China [J].Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(4):4.

[6] 王效科,冯宗炜,欧阳志云.中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究[J].应用生态学报, 2001, 12 (1): 13-16.

[7] Dixon R K, Brown S, Houghton R A, et al. Carbon Pools and Flux of Global Forest Ecosystems [J]. Science, 1994, 263: 185-190.

[8] 康文星,田大伦.湖南省森林公益效能的经济评价Ⅰ森林的木材生产效益与水源涵养效益[J].中南林学院学报，2001, 21(3): 13-17.

[9] 康文星,田大伦.湖南省森林公益效能的经济评价Ⅱ森林的固土保肥、改良土壤和净化大气效益[J]. 中南林学院学报，2001, 21(4):1-4.

[10] 康文星,田大伦.湖南省森林公益效能经济评价Ⅲ森林的净化空气效益[J]. 中南林学院学报，2002, 22(1):7-10.

[11] 工业用氧气项目可行性研究报告[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/ebd4983c5727a5e9856a6199.html,2011-10-06.

[12] 周毅，甘先华，王明怀，等. 广东省生态公益林生态环境价值计量及评估[J].中南林学院学报， 2005， 25 (1)：9-14.

[13] 成向荣.间伐对生态公益林冠层结构及土壤养分的影响[J].生态环境学报, 2010, 19(2): 355-359.

[14] 肖文发,聂道平.我国杉木林生物量与能量利用率的研究[J].林业科学研究, 1999, 12(3): 237-243.

EvaluationofecologicalbenefitsofecologicalforestinHunanProvince

HU Changqing1, CHEN Xiaoping1, WANG Fusheng2

(1.Froestry Department of Hunan Province, Changsha 410004, China; 2.Hunan Agriculture Forestry Industry Investigation Design Institute, Changsha 410007, China)

The assessment of five public benefits of the ecological forest in Hunan Province were conducted: saving of water, preventing soil erosion, fixing carbon and releasing oxygen and carbon storage. The results show that: The total value of ecological benefits of ecological forest is 286.172 billion yuan (RMB), of which 11.748 billion yuan for saving of water 13.55 billion t. In different stand type, the differences in ability of saving water, the strength of the order is broad-leaved forest>Pinusmassoniaplantation> Chinese fir plantation> shrub> bamboo plantation> open forest land. The ecological forest reduced 13.230 billion yuan for preventing soil erosion 140.1083 million t, and the forest land reduce average annual erosion 29.15 t /hm2more than barren hills and wasteland, reduce 494 million yuan of economic value directly, reduce nutrients N, P, K losses and increase N, P, K directly, 590577.3 t,30866.5 t and 148201.3 t respectively. The ecological forest reduce 71.609 billion yuan and 19.82327 million t for carbon fixation. There significant difference in carbon fixation ability of those ecological forest type, the broad-leaved forest has strongest carbon fixation ablity, and the bamboo and open forest is lowest. The ecological forest increase 170.062 billion yuan and releasing oxygen 170.0261 million t, there are no significant difference in releasing oxygen ability, the ability of pine is stronger than broad-leaved forest in no significant difference, and the bamboo is lowest. The carbon storage value is 19.323 billion yuan, and the coniferous forest has strongest releasing oxygen ability in those ecological forests.

ecological forest; fixing carbon and releasing oxygen; saving of water; carbon storage; preventing soil erosion; Hunan Province

2011-10-09

2011-10-12

湖南省重点生态公益林科技支撑项目(20100228)

胡长清(1964-)，湖南省湘潭县人，教授。湖南省林业厅党委副书记、副厅长。

S 718.55+7

A

1003-5710(2011)05-0004-05

10. 3969/j. issn. 1003-5710. 2011. 05. 002

(文字编校：唐效蓉，龚玉子)