天保工程对东北和内蒙古重点国有林区保育土壤生态效益的影响

黄龙生，王兵，牛香，宋庆丰

(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室，100091；北京林果业生态环境功能提升协同创新中心，102206：北京)

天保工程对东北和内蒙古重点国有林区保育土壤生态效益的影响

黄龙生，王兵†，牛香†，宋庆丰

(中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 国家林业局森林生态环境重点实验室，100091；北京林果业生态环境功能提升协同创新中心，102206：北京)

为了直观地反映天然林资源保护工程所带来的生态效益，体现重大生态工程的巨大作用，实现林业及生态的可持续发展，依据LY/T1721—2008《森林生态服务功能评估规范》，应用分布式测算方法，对东北和内蒙古重点国有林区天保工程保育土壤物质量及价值量进行评估。结果表明：1)截至2015年，9个优势树种固土和保肥总量分别为13.17亿t/a和8 203.72万t/a，比天保工程实施前分别增加2.36亿t/a和1 738.23万t/a；2)9个优势树种固土和保肥总价值分别为905.29和2 408.92亿元/a，比天保工程实施前分别增加455.44和699.69亿元/a；3)桦木林和阔叶混交林固土效益突出，而红松林和樟子松林固土效益不显著；落叶松林和阔叶混交林保肥效益均最好，樟子松林保肥效益较差；4)对森林实施保护，能有效改善其生态系统服务功能，使森林保育土壤生态效益得到相应的提升。研究为评估天保工程区森林的其他生态服务功能，以及后续天保工程的实施提供科学依据。

天然林保护工程； 东北和内蒙古； 重点国有林区； 保育土壤； 生态效益

作为陆地生态系统的主体，森林对维持地圈和生物圈的动态平衡，以及调节全球生物地球化学循环过程发挥着重要作用[1]。天然林是森林生态系统重要的自然本底类型，类型多样、物种丰富和结构复杂，具有涵养水源、保育土壤和生物多样性保护等诸多生态功能；同时，也为人类活动提供必要的物质资源[2]。我国的天然林资源大多分布在大江大河的源头，以及农业主产区的周围，因此，对流域生态稳定和区域粮食安全起到重要的保障作用。我国自1998年开始天然林资源保护工程的试点工作，并于2000年正式启动。政府投入了巨额资金，用于林区基础设施建设、林分抚育、人工更新和病虫害防治等。天保工程的实施，旨在改善脆弱和不稳定的环境状况[3]，这个堪称世界上最大的生态恢复工程，在带来社会经济效益的同时，必将产生巨大的生态效益。

土壤是人类发展历史长河中最早开发利用的生产资料，是人类赖以生存的物质基础[4]。森林植被保育土壤的生态服务功能，主要通过植被保护土壤和改良土壤2个生态过程来实现，其对土壤的形成和发展影响很大；因此，研究植物与土壤间的关系意义重大[5]。我国是世界上水土流失最严重的国家之一，目前土壤侵蚀总面积达294.91万km2，占国土面积的30.7%[6]，全国每年流失的土壤至少为50亿t，并流失大量的氮、磷、钾和微量元素肥料[7]。植被的保土保肥功能及生态服务不仅具有直接的生态价值，而且具有间接的乘数效应和长期的生态功效[8]。相关学者对天然林、混交林和人工纯林的土壤养分进行分析，总体上，天然林和混交林在土壤养分改良方面优势明显，利于土地生产力的提高，保水和保肥作用更好[9-12]。康文星等[13]对广州城市森林涵养水源、固土保肥的功能及价值分析结果显示，广州市城市森林每年在蓄水、防洪、固土、保肥和改良土壤等功能上的价值高达8.322亿元。

笔者以东北和内蒙古重点国有林区天然林为研究对象，结合LY/T1721—2008《森林生态服务功能评估规范》(以下简称“规范”)[14]，从物质量和价值量2个方面，研究天保工程实施对林区天然林保育土壤生态效益的影响，以期为合理评估天保工程实施产生的生态效益，提供科学参考。

1 研究区概况

东北和内蒙古重点国有林区天保工程区位于E 117°06′～135°05′，N 41°25′～53°23′之间，主要分布于我国黑龙江省、吉林省和内蒙古自治区东部，东西距离约1 300 km，南北跨度达1 400 km。主要地貌类型有山地、丘陵、平原和高原，海拔在30～1 600 m之间。该区域位于亚欧大陆的东部，大部分地区属于中温带，只有北部少部分地区属于寒温带。气候以温带大陆性季风气候为主，四季分明，雨热同季，多年平均气温在-5～8 ℃之间。降水量分布季节和区域差异较大，东北天保工程区年平均降水量在400～600 mm之间，内蒙古东部降水量在150～450 mm之间，降水主要集中在5—9月份，占全年降水量的70%以上。土壤类型以暗棕壤、黑土和棕色森林土为主。植被类型主要包括寒温带针叶林、温带针阔叶混交林和平原森林草原等。

东北和内蒙古重点国有林区天保工程区涵盖了龙江森工、大兴安岭林业集团、吉林省森工、长白山森工、吉林省保护经营局、内蒙古森工和内蒙古岭南八局等7个森工集团，工程区总面积3 589.97万hm2，占全国国土面积的3.74%。该区天保工程自2000年实施以来，截至2015年，森林资源得到有效的保护和恢复，森林总面积从2 673.42万hm2增长到2 788.72万hm2，总蓄积量从18.96亿m3增加到23.30亿m3，其中，中龄林、近熟林的面积和蓄积量增加明显。

2 材料与方法

2.1 数据来源

数据来源包括3个方面：1)森林资源连清数据集来源于国家林业局东北、内蒙古重点国有林区森林资源二类调查，包含天保工程实施前(2000年)后(2015年)的资源数据；2)森林生态连清数据集来源于东北、内蒙古地区所属CFERN的18个森林生态站长期、连续和定位观测数据集，以及中科院等科研院所和高校在该区建设的辅助监测站点、2 000多个固定样地和实验基地；3)社会公共数据集来源于我国权威机构公布的社会公共数据[15-20]。

2.2 计算方法

选取保育土壤为监测指标，依据《规范》采用分布式测算方法[21]，将研究区域按照生态功能区、林业局、优势树种组和林龄，结合不同立地条件的对比观测，确定出7 385个相对均质化的生态服务测算单元。由于笔者对天保工程实施前后保育土壤的生态效益进行了测算，所以最终确定的相对均质化生态服务测算单元为14 770个，从而最大限度地考虑到研究区森林生态系统在时间和空间上的差异性。

2.3 计算公式

依据《规范》中提供的方法，以东北、内蒙古天保工程区落叶松(Larixspp.)、红松(Pinuskoraiensis)、樟子松(Pinussylvestrisvar. mongolica)、栎类(Quercusspp.)、桦木(Betulaspp.)、杨树(Populusspp.)、针叶混交林(Coniferous mixed forest)、阔叶混交林(Broadleaf mixed forest)和针阔混交林(Mixed broadleaf-conifer forest)等9个优势树种为研究对象，对其保育土壤生态效益进行测算。采用研究区2期(2000和2015年)森林资源面积数据，分别评估天保工程实施前后的保育土壤生态效益，其中，2000和2015年研究区9个优势树种总面积分别为2 568.43万hm2和2 755.32万hm2(表1)。研究区还涉及到如云杉(Piceaaspoerata)、冷杉(Abiesfabri(Mast.) Craib)、水曲柳(FraxinusmandschuricaRupr.)、胡桃楸(JuglansmandshuricaMaxim.)、黄檗(PhellodendronamurenseRupr.)、经济林(Economic forest)和灌木林(Shrub)等，但鉴于其总面积所占比重较小，故没有在笔者研究中选用。

森林凭借庞大的树冠、深厚的枯枝落叶层及强壮且成网络的根系截留大气降水，减少或免遭雨滴对土壤表层的直接冲击，有效地固持土体，降低地表径流对土壤的冲蚀，使土壤流失量大大降低；而且森林的生长发育及其代谢产物，不断对土壤产生物理及化学影响，参与土体内部的能量转换与物质循环，使土壤肥力提高，森林凋落物是土壤养分的主要来源之一：因此，笔者选用固土和保肥2个指标，以反映森林保育土壤功能。计算公式如下：

G固土=A·(X2-X1)·F。

(1)

表1东北、内蒙古重点国有林区天保工程区不同优势树种相关生态参数(平均值)

Tab.1Ecological parameters in different stand types of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia (Average)

优势树种Dominanttreespecies有林地土壤侵蚀模数Soilerosionmodulusinforestland/(t·hm-2·a-1)无林地土壤侵蚀模数Soilerosionmodulusinnon-forestland/(t·hm-2·a-1)土壤含氮量NNitrogencontentinsoil/%土壤含磷量PPhosphoruscontentinsoil/%土壤含钾量KKaliumcontentinsoil/%土壤含有机质量MOrganicmattercontentinsoil/%200020152000201520002015200020152000201520002015落叶松林Larixspp.forest0.970.4727.2634.430.3020.5450.1540.1791.2262.2130.0581.543红松林Pinuskoraiensisforest2.710.4636.3443.500.1780.5720.4600.3012.0623.6050.0471.539樟子松林Pinussylvestrisvar.mon-golicaforest0.970.4627.2634.430.0710.4780.0410.1990.8912.1880.0441.339栎类Quercusspp.forest2.590.4635.3442.500.2480.4020.1130.9191.9342.6620.0460.059桦木林Betulaspp.forest1.330.4634.3441.500.1900.5630.1150.1431.6352.1860.0320.945杨树林Populusspp.forest2.690.4736.1843.340.2020.5330.0960.1291.5601.9040.0421.201针叶混交林Coniferousmixedforest1.000.4735.8643.090.2650.6410.1250.6531.4303.0940.0490.104阔叶混交林Broadleafmixedforest1.010.4634.9342.760.2500.4960.1420.2681.7793.0540.0410.087针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest1.000.4633.9741.050.5150.6240.1390.6281.2702.9490.0490.102

U固土=A·C土·(X2-X1)·F/ρ。

(2)

GN=A·N·(X2-X1)·F，GP=A·P·(X2-X1)·F。

(3)

GK=A·K·(X2-X1)·F，
G有机质=A·M·(X2-X1)·F。

(4)

U肥=A·(X2-X1)·(N·C1/R1+P·C1/R2+
K·C2/R3+M·C3)·F。

(5)

式中：G固土为实测林分年固土量，t/a；A为林分面积，hm2；X1、X2分别为有、无林地土壤侵蚀模数，t/(hm2·a)；F为森林生态功能修正系数；U固土为实测林分年固土价值，元/a；C土为挖取和运输单位体积土方所需费用，元/m3；ρ为土壤密度，g/cm3；GN、GP、GK和G有机质分别为森林固持土壤而减少的氮、磷、钾和有机质流失量，t/a；N、P、K和M分别为森林土壤平均氮、磷、钾和有机质质量分数，%；U肥为实测林分年保肥价值，元/a；R1、R2分别为磷酸二铵化肥含氮、磷量；R3为氯化钾化肥含钾量，%；C1为磷酸二铵化肥价格，元/a；C2为氯化钾化肥价格，元/a；C3为有机质价格，元/a。

研究中涉及的各优势树种的相关生态参数，如X1、X2、ρ、N、P、K和M等，是基于上述各森林生态站的监测数据，且按研究区内各森工集团分别进行统计，涉及到的数据量大，鉴于文章整体篇幅，故在此取各自平均值(表1)。涉及各优势树种面积以及相关的社会公共数据，分别见表2和表3。

表2东北、内蒙古重点国有林区天保工程区不同优势树种面积

Tab.2Area in different stand types of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia

优势树种Dominanttreespecies面积Area/104hm220002015落叶松林Larixspp.forest974.24895.60红松林Pinuskoraiensisforest39.7127.17樟子松林Pinussylvestrisvar.mongoli-caforest37.3134.21栎类Quercusspp.forest161.47151.28桦木林Betulaspp.forest570.36667.62杨树林Populusspp.forest52.0763.37针叶混交林Coniferousmixedforest72.3261.06阔叶混交林Broadleafmixedforest456.28615.02针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferfor-est204.68239.99总计Total2568.432755.32

3 结果与分析

3.1 物质量变化

3.1.1 固土物质量 不同优势树种不同时期固土物质量见表4。可以看出：东北、内蒙古重点国有林区天保工程实施前(2000年)、后(2015年)9个优势树种的固土物质量均不相同。其中，2个时期杨树、桦木和栎类等阔叶树种单位面积固土量，均大于落叶松、红松和樟子松等针叶树种。

表3东北、内蒙古重点国有林区天保工程区保育土壤生态效益社会公共数据

Tab.3Social public data for soil conservation of the NFPP in Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia

名称Name单位Unit2015年数值Numericalvaluesin2015来源及依据SourceandbasisC土(Yuan·m-3)66.40 依据2002年黄河水利出版社出版《中华人民共和国水利部水利建设工程预算定额》(上册)中,人工挖土方Ⅰ和Ⅱ类土类每100m3需42工时,人工费依据HLJD-JZ—2010《黑龙江省建筑工程计价定额》,人工工日单价53元/工日,贴现至2015年为66.40元/工日。Accordingtothe“PeoplesRepublicofChi-naMinistryofWaterConservancyonwaterconservancyconstructionprojectbudgetquota”(I)pub-lishedbyYellowRiverWaterConservancyPressin2002,thatmanualexcavationofearthworktypeIandIIneeds42hper100m3.Laborcostisaccordingtothe“Heilongjiangconstructionprojectvaluationnorm”(HLJD-JZ—2010),artificiallaborpriceis53Yuan/d,andthediscountis66.40Yuan/duntil2015.R1%14.00R2%15.01 化肥产品说明DescriptionofchemicalfertilizerproductR3%50.00C1(Yuan·t-1)3535.11 根据中国农资网(http://www.ampcn.com),2008年黑龙江省磷酸二铵市场价格2570元/t贴现至2015年。AccordingtotheChineseagriculturalnet(http://www.ampcn.com),themarketpriceofDAPinHeilongjiangprovincewas2570Yuan/tin2008,whichwasdiscounteduntil2015.C2(Yuan·t-1)3012.41 根据中国化肥网(http://www.fert.cn),2008年黑龙江省氯化钾化肥市场价格2190元/t贴现至2015年。AccordingtoChinachemicalfertilizernet(http://www.fert.cn),themarketpriceofpotassi-umchloridefertilizerinHeilongjiangprovincewas2190Yuan/tin2008,whichwasdiscounteduntil2015.C3(Yuan·t-1)857.78 根据中国农资网(http://www.ampcn.com),2013年鸡粪有机肥的春季平均价格800元/t贴现至2015年。AccordingtotheChineseagriculturalnet(http://www.ampcn.com),theaveragepriceofchickenmanurewas800Yuan/tin2013,whichwasdiscounteduntil2015.

注：C土为挖取和运输单位体积土方所需费用；R1、R2分别为磷酸二铵化肥含氮、磷量；R3为氯化钾化肥含钾量；C1为磷酸二铵化肥价格；C2为氯化钾化肥价格；C3为有机质价格。Note:C土=The cost of digging and transporting unit earthworks.R1=Nitrogen content of diammonium phosphate fertilizer.R2= Phosphorus content of diammonium phosphate fertilizer.R3=Potassium content of potassium chloride fertilizer.C1=The price of diammonium phosphate fertilizer.C2=The price of potassium chloride fertilizer.C3=The price of organic matter.

表49种不同优势树种固土效益及价值

Tab.4Soil fixation and its value of 9 different dominant tree species

优势树种Dominanttreespecies固土物质量Soilfixation固土价值量Valueofsoilfixation20002015期间Duration20002015期间Duration单位面积固土量Soilfixationperarea/(t·hm-2)总固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)单位面积固土量Soilfixationperarea/(t·hm-2)总固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)总固土量Totalsoilfixation/(104t·a-1)单位面积固土价值Valueofsoilfixationperarea/(Yuan·hm-2)总固土价值Totalvalue/(108Yuan·a-1)单位面积固土价值Valueofsoilfixationperarea/(Yuan·hm-2)总固土价值Totalvalue/(108Yuan·a-1)总固土价值Totalvalue/(108Yuan·a-1)落叶松林Larixspp.forest36.4135472.1339.5435412.18-59.941413.02137.682397.53214.7377.05红松林Pinuskoraiensisforest41.241637.7748.921329.38-308.391482.615.892921.157.942.05樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicaforest37.661405.1937.801293.06-112.121307.904.882003.136.962.08栎类Quercusspp.forest47.687698.8653.038022.27323.412048.6033.083940.3859.6126.53桦木林Betulaspp.forest49.0727987.3752.6335136.827149.461933.10110.263893.71259.94149.68杨树林Populusspp.forest50.522630.4559.983800.881170.432105.0110.964029.7325.5414.58针叶混交林Coniferousmixedforest41.442996.7849.603028.4731.691649.4211.932987.8418.246.31阔叶混交林Broadleafmixedforest42.9419592.7451.8231870.2112277.472149.5698.093889.78239.21141.12针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest42.488694.6149.3011831.633137.021811.5337.083046.7773.1236.04总计Total108115.89131724.9123609.02449.85905.29455.44

截至2015年，9个优势树种总固土量为13.17亿t/a，比天保工程实施前增加2.36亿t/a，表明天保工程的实施，对东北、内蒙古重点国有林区天然林整体固土生态效益提升明显。此外，落叶松、红松和樟子松的总固土量，均比天保工程实施前有所下降，这可能是由于在此期间，对天然林的生态间伐，致使该部分林分面积减少，进而影响固土量的总体增加。

3.1.2 保肥物质量 不同优势树种不同时期保肥物质量见表5。由表5可知，截至2015年，9个优势树种保肥总量为8 203.72万t/a，比天保工程实施前增加1 738.23万t/a。天保工程实施期间，减少N、P、K和M流失的总量，分别为71.71、25.22、437.00和1 204.30万t/a。9个优势树种中，单位面积减少N流失量最大的是阔叶混交林(146.06 kg/hm2)，樟子松林最小(104.95 kg/hm2)；单位面积减少P流失量最大的是栎类(64.32 kg/hm2)，樟子松林最小(49.40 kg/hm2)；单位面积减少K流失量最大的是栎类(988.58 kg/hm2)，樟子松林最小(586.12 kg/hm2)；单位面积减少M流失量最大的是栎类(2 273.10 kg/hm2)，针叶混交林最小(1 688.23 kg/hm2)。9个优势树种单位面积总保肥量从大到小排序依次为栎类(3 462.24 kg/hm2)>杨树林(3 203.93 kg/hm2)>阔叶混交林(3 169.70 kg/hm2)>桦木林(3 150.12 kg/hm2)>红松林(2 826.54 kg/hm2)>落叶松林(2 778.69 kg/hm2)>针阔混交林(2 569.96 kg/hm2)>针叶混交林(2 563.14 kg/hm2)>樟子松林(2 506.44 kg/hm2)。9个优势树种单位面积减少N、P、K和M流失量，比天保工程实施前均有所增加，表明天保工程实施，给各优势树种保肥带来的效益明显。综合比较9个优势树种2个时期减少营养元素流失量，栎类、杨树林以及阔叶混交林保肥效益较好，樟子松林保肥效益较差。

表59种不同优势树种保肥量

Tab.5Fertility maintenance function of 9 different dominant tree species

优势树种Dominanttreespecies减少N流失Reductionofsoilnitrogenloss减少固P流失Reductionofsoilphosphorusloss20002015期间Duration20002015期间Duration单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)总量Total/(104t·a-1)落叶松林Larixspp.forest93.7291.31109.4798.046.7346.2145.0253.6748.073.05红松林Pinuskoraiensisforest92.923.69106.352.89-0.8044.321.7657.411.56-0.20樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est90.853.39104.953.590.2042.611.5949.401.690.10栎类Quercusspp.forest111.1717.95136.2420.612.6657.919.3564.329.730.38桦木林Betulaspp.forest112.0263.89120.6480.5416.6559.4933.9361.8241.277.34杨树林Populusspp.forest117.166.10132.568.402.3055.122.8760.123.810.94针叶混交林Coniferousmixedforest93.346.75109.576.69-0.0647.023.4055.853.410.01阔叶混交林Broadleafmixedforest114.2552.13146.0689.8337.7061.2627.9563.3038.9310.98针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest99.4320.35111.1726.686.3346.279.4750.3812.092.62总计Total265.56337.2771.71135.34160.5625.22优势树种Dominanttreespecies减少K流失Reductionofsoilkaliumloss减少M流失Reductionofsoilorganicmatterloss20002015期间Duration20002015期间Duration单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)单位面积量Amountperarea/(kg·hm-2)总量Total/(104t·a-1)总量Total/(104t·a-1)落叶松林Larixspp.forest478.42466.1604.11541.0474.941609.441567.982011.451801.46233.48红松林Pinuskoraiensisforest511.6720.32624.1116.96-3.361574.0462.512038.6755.40-7.11樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est451.8616.86586.1220.053.191401.4152.291765.9660.418.12栎类Quercusspp.forest921.91148.86988.58149.550.691878.81303.372273.10343.8740.50桦木林Betulaspp.forest897.04511.63957.87639.49127.861727.46985.272009.801341.78356.51杨树林Populusspp.forest880.5945.85972.4061.6215.771860.8596.892038.85129.2032.31针叶混交林Coniferousmixedforest592.5442.85709.4943.320.471496.35108.211688.23103.08-5.13阔叶混交林Broadleafmixedforest811.82370.42896.90551.61181.191805.75823.932063.441269.05445.12针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest539.49110.42611.14146.6736.251616.36330.831797.26431.33100.50总计Total1733.312170.31437.004331.285535.581204.30

相关研究表明，不同森林类型的土壤养分之间存在很大差异[22-24]。陆珠琴等[25]对浙江缙云公益林固土保肥效益评价研究发现，不同林分类型的固土保肥能力差异显著，其顺序为阔叶林>针阔混交林>毛竹林>松林>杉木林>灌木林。何蓉等[26]研究无量山自然保护区南段4种森林土壤的肥力水平发现，常绿落叶阔叶混交林>山顶苔藓矮林>中山湿性常绿阔叶林>温凉性针叶林。刘西军等[27]对安徽省老山自然保护区内不同森林土壤养分分布规律研究得出，土壤有效磷质量分数最高的是阔叶林，特别是落叶阔叶林，最低的为针叶林；同时，这些研究结果也与笔者不同优势树种保肥效益规律类似。

3.2 价值量变化

3.2.1 固土价值 不同优势树种不同时期固土价值见表4。可以看出：东北、内蒙古重点国有林区天保工程实施前(2000年)、后(2015年)，9个优势树种的固土价值均不相同。各优势树种天保工程实施后的单位面积固土价值，均高于天保工程实施前。天保工程实施后，9个优势树种的固土价值依次为桦木林(259.94亿元/a)>阔叶混交林(239.21亿元/a)>落叶松林(214.73亿元/a)>针阔混交林(73.12亿元/a)>栎类(59.61亿元/a)>杨树林(25.54亿元/a)>针叶混交林(18.24亿元/a)>红松林(7.94亿元/a)>樟子松林(6.96亿元/a)，固土总价值为905.29亿元/a。由此可知，天保工程实施以来，桦木林和阔叶混交林固土效益突出，而红松林和樟子松林固土效益不是很显著。天保工程实施期间，9个优势树种的固土总价值增加455.44亿元/a。

3.2.2 保肥价值 不同优势树种不同时期保肥价值见表6。可以看出，东北、内蒙古重点国有林区天保工程实施前(2000年)、后(2015年)，9个优势树种的保肥价值均不相同。天保工程实施后同实施前相比，9个优势树种减少N、P、K和M流失的总价值分别增加205.88、76.56、283.42和133.83亿元/a。

由表6可知，天保工程实施后，9个优势树种中，单位面积减少N流失价值最大的是阔叶混交林(2 997.71亿元/a)，针阔混交林最小(1 905.48亿元/a)；单位面积减少P流失价值最大的是阔叶混交林(1 207.05亿元/a)，针阔混交林最小(919.61亿元/a)；单位面积减少K流失价值最大的是阔叶混交林(4 198.26亿元/a)，樟子松林最小(2 184.45亿元/a)；单位面积减少M流失价值最大的是阔叶混交林(1 922.05亿元/a)，樟子松林最小(1 263.47亿元/a)。

由计算可得，天保工程实施后，9个优势树种保肥价值排序依次为落叶松林(676.78亿元/a)>阔叶混交林(634.96亿元/a)>桦木林(624.38亿元/a)>针阔混交林(168.14亿元/a)>栎类(148.81亿元/a)>杨树林(61.38亿元/a)>针叶混交林(49.99亿元/a)>樟子松林(22.26亿元/a)>红松林(22.22亿元/a)；各优势树种保肥总价值为2 408.92亿元/a，比天保工程实施前，各优势树种保肥总价值增加699.69亿元/a。

3.2.3 保育土壤价值 保育土壤价值为固土价值与保肥价值之和。通过计算可得，截至2015年，9个优势树种的保育土壤价值依次为落叶松林(891.51亿元/a)>桦木林(884.32亿元/a)>阔叶混交林(874.17亿元/a)>针阔混交林(241.26亿元/a)>栎类(208.42亿元/a)>杨树林(86.92亿元/a)>针叶混交林(68.23亿元/a)>红松林(30.16亿元/a)>樟子松林(29.22亿元/a)；各优势树种保育土壤总价值为3 314.21亿元/a，比天保工程实施前，保育土壤总价值增加1 155.13亿元/a。

截至2015年，各优势树种单位面积保育土壤价值依次为阔叶混交林(1万4 214.85元/hm2)>栎类(1万3 777.10元/hm2)>杨树林(1万3 714.33元/hm2)>桦木林(1万3 246.47元/hm2)>针叶混交林(1万1 176.56元/hm2)>红松林(1万1 095.97元/hm2)>针阔混交林(1万52.84元/hm2)>落叶松林(9 954.00元/hm2)>樟子松林(8 409.69元/hm2)。由此可知，天保工程实施以来，阔叶混交林和栎类保育土壤效益突出，而樟子松林保育土壤效益不是很显著。

表69种不同优势树种保肥价值

Tab.6Fertility maintenance value of 9 different dominant tree species

优势树种Dominanttreespecies减少N流失Reductionofsoilnitrogenloss减少固P流失Reductionofsoilphosphorusloss20002015期间Duration20002015期间Duration单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)总价值量Total/(Yuan·a-1)落叶松林Larixspp.forest1602.78156.172211.18198.0441.87802.1678.161045.6393.6515.49红松林Pinuskoraiensisforest1751.946.962501.746.80-0.16828.143.291155.223.14-0.15樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est1578.595.892003.136.961.07796.002.97955.523.320.35栎类Quercusspp.forest2180.5135.212956.7744.739.52992.1016.021190.5118.011.99桦木林Betulaspp.forest2028.13115.682541.83169.6954.01968.8355.261170.6378.1522.89杨树林Populusspp.forest2195.2811.432685.4317.025.59994.895.181172.317.432.25针叶混交林Coniferousmixedforest1585.8211.472180.2713.311.84811.575.87991.036.050.18阔叶混交林Broadleafmixedforest2257.81103.032997.71184.3581.321004.7645.851207.0574.2328.38针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest1705.5234.911905.4845.7310.82825.1616.89919.6122.075.18总计Total480.75686.63205.88229.49306.0576.56优势树种Dominanttreespecies减少K流失Reductionofsoilkaliumloss减少M流失Reductionofsoilmatterloss20002015期间Duration20002015期间Duration单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)单位面积价值量Amountperarea/(Yuan·hm-2)总价值量Total/(Yuan·a-1)总价值量Total/(Yuan·a-1)落叶松林Larixspp.forest1831.86178.492901.87259.981.411066.64103.931397.79125.1921.26红松林Pinuskoraiensisforest2348.519.333038.888.26-1.071195.654.751478.974.02-0.73樟子松林Pinussylvestrisvar.mongolicafor-est1543.755.762184.457.591.831037.213.871263.474.390.52栎类Quercusspp.forest3491.5456.383939.7159.603.221395.8722.541749.7426.473.93桦木林Betulaspp.forest3430.00195.644024.78268.6973.051270.7472.481615.51107.8535.37杨树林Populusspp.forest3516.6818.314111.7726.067.751532.667.981715.0810.872.89针叶混交林Coniferousmixedforest2366.9717.123680.7522.475.351088.097.871336.678.160.29阔叶混交林Broadleafmixedforest3662.29167.124198.26258.1891.061320.1160.241922.05118.257.96针阔混交林Mixedbroadleaf-coniferforest2154.9844.112705.5164.9320.821127.0823.071475.4735.4112.34总计Total692.26975.68283.42306.73440.56133.83

4 结论与讨论

1)天保工程的实施，对东北、内蒙古重点国有林区9个主要优势树种保育土壤生态效益的提升较明显，各优势树种保育土壤总价值达3 314.21亿元/a，比天保工程实施前，保育土壤总价值增加1 155.13亿元/a；其中，桦木林和阔叶混交林固土效益突出，而红松林和樟子松林固土效益不是很显著；落叶松林和阔叶混交林保肥效益均最好，樟子松林保肥效益较差；阔叶混交林和栎类保育土壤效益突出，而樟子松林保育土壤效益不是很显著。

2)天保工程的实施，提升了森林生态系统保育土壤功能，其他学者也有类似研究。刘璨等[28]研究天保工程对区域经济与生态效益的影响得出，天保工程实施后，四川省盐边和峨边2县的水土流失面积减少9.37%和3.70%，从1998年至2001年，固土保肥生态效益不断增长，并且随时间的推移，这种效益将越来越明显。李国伟等[29]对长白山林区森林生态系统服务功能研究时得出，天保工程的实施，均提升了森林保育土壤的物质量和价值。欧阳志云等[30]对中国国家生态系统服务功能评估发现，通过天保工程和退耕还林工程的实施，2000年到2010年期间，全国生态系统服务功能中，固土功能增加12.90%。由此可知，对森林实施保护，能有效改善其生态系统服务功能，使森林保育土壤生态效益得到相应的提升。

3)笔者仅仅从森林生态系统保育土壤一项功能来研究天保工程实施带来的生态效益，并未对研究区森林生态系统诸多服务功能，如涵养水源、固碳释氧、生物多样性保护和净化大气环境等进行整体系统研究。森林生态系统服务功能多样，对其整体功能的研究，可将自然资源同环境因素很好地纳入国民经济核算体系当中，为“生态GDP”和“森林生态效益补偿机制”的建立，提供科学的数据支撑。因此，作为世界上最大的生态修复工程，对天保工程实施所产生的生态效益进行系统的研究，是未来工作的重点。

[1] 刘世荣.天然林生态恢复的原理与技术[M].北京:中国林业出版社,2011:1.

LIU Shirong. Ecological restoration principle and techniques of natural forests [M].Beijing: China Forestry Publishing House, 2011:1.

[2] 宋庆丰,牛香,王兵.黑龙江省森林资源生态产品产能[J].生态学杂志,2015,34(6):1480.

SONG Qingfeng, NIU Xian, WANG Bin. Eco-product production capacity of forest resources of Heilongjiang Province [J]. Chinese Journal of Ecology, 2015, 34(6): 1480.

[3] LIU Jianguo, LI Shuxin, OUYANG Zhiyun, et al. Ecological and socioeconomic effects of China's policies for ecosystem services [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2008, 105(28): 9477.

[4] 陈小红,段争虎.土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究[J].土壤通报,2007,38(4):765.

CHEN Xiaohong,DUAN Zhenghu.Impacts of soil carbon sequestration and stabilization on soil productivity and climate change: areview[J].Chinese Journal of Soil Science, 2007,38(4):765.

[5] 张向峰,王玉杰,王云琦,等.缙云山水源涵养林保育土壤的功能[J].水土保持通报,2013,33(1):68.

ZHANG Xiangfeng, WANG Yujie, WANG Yunqi, et al. Soil conservation function of water conservation forests in Jinyun Mountains[J].Bulletin of Soil and Water Conservation, 2013, 33(1):68.

[6] 中华人民共和国水利部.中国水土保持公报：2014[R/OL].[2016-01-13].http://www.mwr.gov.cn/zwzc/hygb/zgstbcgb/201601/P020160113554735781575.

The Ministry of Water Resources of the People′s Republic of China. Bulletin of China′s soil and water conservation： 2014[R/OL]. [2016-01-13].http://www.mwr.gov.cn/zwzc/hygb/zgstbcgb/201601/P020160113554735781 575.

[7] 刘勇,王玉杰,王红霞,等.长江三峡库区6种退耕还林模式涵养水源与保育土壤效益及其价值估算[J].中国水土保持科学,2014,12(6):50.

LIU Yong, WANG Yujie, WANG Hongxia, et al. Function and value assessment of soil and water conservation under six patterns of the Grain to Green Program in the Three Gorges Reservoir Area of the Yangtze River[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2014, 12(6):50.

[8] 王秋贤,孙根年,任志远.渭北高原植被保土保肥生态效益的计量研究[J].资源科学,2002,24(5):58.

WANG Qiuxian, SUN Gennian, REN Zhiyuan. Calculation on vegetation′s soil and fertilization conservation benefits in Weibeiplateau[J].Resources Science, 2002,24(5):58.

[9] 袁勇,李小英.森林类型自然保护区土壤养分综述[J].中国农学通报,2016,32(5):75.

YUAN Yong, LI Xiaoying. A review of soil nutrients of forest nature reserve[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,2016,32(5):75.

[10] 蒋文伟,周国模,余树全,等.安吉山地主要森林类型土壤养分状况的研究[J].水土保持学报,2004,18(4):73.

JIANG Wenwei, ZHOU Guomo, YU Shuquan, et al. Research on nutrient status of soils under main forest types in Anji Mountainous region[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2004, 18(4):73.

[11] 夏汉平,余清发,张德强.鼎湖山3种不同林型下的土壤酸度和养分含量差异及其季节动态变化特性[J].生态学报,1997,17(6):645.

XIA Hanping, YU Qingfa, ZHANG Deqiang. The soil acidity and nutrient contents, and their characteristics of seasonal dynamic changes under 3 different forests of Dinghushan nature reserve[J].Acta Ecologica Sinica, 1997,17(6):645.

[12] 王忠诚,文仕知,胡曰利,等.鹰嘴界自然保护区不同森林类型保育土壤效益研究[J].中南林业科技大学学报,2012,32(8):52.

WANG Zhongcheng, WEN Shizhi, HU Yueli, et al. Study on benefits of soil conservation from different forest types in Yingzuijie Nature Reserve[J]. Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2012,32(8):52.

[13] 康文星,郭清和,何介南,等.广州城市森林涵养水源、固土保肥的功能及价值分析[J].林业科学,2008,44(1):19.

KANG Wenxing, GUO Qinghe, HE Jienan, et al. Function and value analysis of water conservation, soil reinforcement and fertility maintenance of urban forest in Guangzhou[J].Scientia Silvae Sinicae, 2008,44(1):19.

[14] 王兵,杨锋伟,郭浩. LY/T 1721—2008森林生态系统服务功能评估规范[S].北京:中国标准出版社,2008:4.

WANG Bin, YANG Fengwei, GUO Hao, et al. LY/T 1721-2008 Specifications for assessment of forest ecosystem services in China[S]. Beijing: China Standards Press, 2008:4.

[15] 中华人民共和国水利部.水利建筑工程预算定额[M].郑州:黄河水利出版社,2002:1.

The Ministry of Water Resources of the People′s Republic of China. Quotas of water conservancy construction project budget[M]. Zhengzhou: The Yellow River Water Conservancy Press, 2002:1.

[16] 崔民选,王军生,陈义和.中国能源发展报告:2013版[M].北京:社会科学文献出版,2013:10.

CUI Minxuan, WANG Junsheng, CHEN Yihe. China energy development report [M]. Beijing: Social Sciences Academic Press, 2013:10.

[17] ALLIE G, KELLEY H. State of the voluntary carbon markets 2013[R/OL]. (2013-06-20)[2016-06-28]. http://www.Forest-trends. org/documents/files/doc_3898.pdf

[18] 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴：2015[M]. 北京:中国统计出版社,2015:79.

National Bureau of Statistics of the People′s Republic of China. China statistical yearbook：2015 [M]. Beijing: China Statistics Press, 2015:79.

[19] 中华人民共和国水利部.中国水土保持公报2015[R/OL].[2016-12-28].http://www.mwr.gov.cn/zwzc/hygb/zgstbcgb/201612/P020161228587141413309.pdf The Ministry of Water Resources of the People′s Republic of China. Bulletin of China′s soil and water conservation2015[R/OL].[2016-12-28].http://www.mwr.gov.cn/zwzc/hygb/zgstbcgb/201612/P02016122858714 1413309.pdf

[20] 中华人民共和国卫生部.中国卫生统计年鉴：2012[M].北京:中国协和医科大学出版社,2012:33.

National Health and Family Planning Commission of the People′s Republic of China. China health statistical yearbook：2012[M]. Beijing: Peking Union Medical College Press, 2012:33.

[21] NIU Xiang, WANG Bin, WEI Wenjun. Chinese forest ecosystem research network: a plat form for observing and studying sustainable forestry[J]. Journal of Food, Agriculture & Environment, 2013, 11(2):1008.

[22] 侯芸芸,曹春,任海峰,等.小陇山国家级自然保护区主要群落土壤的理化性质分析[J].广东农业科学,2012(10):77.

HOU Yunyun, CAO Chun, REN Haifeng, et al. Analysis of physicochemical properties of main soil community in Xiaolongshan National Nature Reserve[J].Guangdong Agricultural Sciences, 2012(10):77.

[23] 黄庆丰,高健,吴泽民.不同森林类型土壤肥力状况及水源涵养功能的研究[J].安徽农业大学学报,2002,29(1):82.

HUANG Qingfeng, GAO Jian, WU Zemin. Study on the fertility of soil and the benefit of soil-water conservation for different forest types [J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2002, 29(1):82.

[24] 姜霞,张佐玉,许才万.南江峡谷不同森林类型土壤理化指标对比研究[J].贵州林业科技,2014(1):13.

JIANG Xia, ZHANG Zuoyu, XU Caiwan. Comparison study on soil physical-chemical properties of different forest types in Nanjiang Canyon[J]. Guizhou Forestry Science and Technology, 2014(1):13.

[25] 陆珠琴,伊力塔,钱逸凡,等.浙江缙云公益林涵养水源、固土保肥效益评价[J]. 浙江农业学报,2012,24(1):92.

LU Zhuqin, YI Lita, QIAN Yifan, et al. Evaluation on efficiencies of water, soil and fertilizer conservation of public welfare forests in Jinyun County, Zhejiang Province[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2012, 24(1):92.

[26] 何蓉,杨卫,方波,等.无量山自然保护区南段4种森林类型的林地土壤特性研究[J].西部林业科学,2007(3):22.

HE Rong, YANG Wei, FANG Bo, et al. A study on soil characteristics of four forest types at south part of Wuliangshan Nature Reserve[J]. Journal of West China Forestry Science, 2007(3):22.

[27] 刘西军,黄庆丰,聂昌伟,等.肖坑不同森林类型土壤氮、磷含量研究[J].安徽农业大学学报,2008,35(1):124.

LIU Xijun, HUANG Qingfeng, NIE Changwei, et al. Research on nitrogen and phosphorus content in soil of different forest types in Xiaokeng[J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2008, 35(1):124.

[28] 刘璨,孟庆华,李育明,等.我国天然林保护工程对区域经济与生态效益的影响[J].生态学报,2005,25(3):428.

LIU can, MENG Qinghua, LI Yuming, et al. A case study on ecological and socioeconomic benefit evaluation of Sichuan provincial natural forest protective project [J]. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(3):428.

[29] 李国伟,赵伟,魏亚伟,等.天然林资源保护工程对长白山林区森林生态系统服务功能的影响[J].生态学报,2015,35(4):984.

LI Guowei, ZHAO Wei, WEI Yawei, et al. Evaluation on the influence of natural forest protection program on forest ecosystem service function in Changbai mountain[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(4):984.

[30] OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, XIAO Yi, et al. Improvements in ecosystem services from investments in natural capital [J].Science,2016,352(6292): 1455.

EvaluationontheinfluenceofnaturalforestprotectionprogramonsoilconservationandecologicalbenefitsinKeyState-ownedForestDistrictsinNortheastChina-InnerMongoliaArea

HUANG Longsheng，WANG Bing，NIU Xiang，SONG Qingfeng

(Research Institute of Forest Ecology，Environment and Protection，Chinese Academy of Forestry，Key Laboratory of Forest Ecology and Environment，State Forestry Administration，100091，Beijing,China;Beijing Collaborative Innovation Center for Eco-environmental Improvement with Forestry and Fruit Trees, 102206, Beijing，China)

BackgroundIn recent years, China has carried out a series of major ecological restoration projects, such as the Three-north Forest Protection Project (TFPP), Natural Forest Protection Program (NFPP) and Grain for Green Project(GTGP).The government invested huge funds for the construction of these projects. The soil conservation and the ecological benefits of these ecological restoration projects have aroused widespread concern.MethodsThere have 7 forest industry groups in the NFPP area of the Key State-owned Forest Districts in Northeast China-Inner Mongolia. The total area of the project is 3 589.97×104hm2. Three data sets were combined. First, the forest resources inventory data set; second, forest ecological inventory data set and third, the social public dataset issued by authoritative organizations in China. Then, the ecological benefits and economic values of the study area before and after the NFPP based on the function of soil conservation and ecological benefits were assessed with the forest ecosystem services assessment specification (LY/T 1721-2008) and the distributed measurement method. In addition, the study area was according to the ecological function areas, forestry bureau and dominant tree species and age, combined with the comparative observation of different site conditions to determine relatively homogeneous estimates of ecosystem services unit as 14 770. Thus, the temporal and spatial diversity of forest ecosystems in the study area was considered.Results1) Up to the 2015, the total amount of the 9 dominant trees species of soil fixation and fertility maintenance was 131 724.91×104t/a and 8 203.72×104t/a, respectively. Compared with the prior to the implementation of NFPP, it increased 23 609.02×104t/a and 1 738.23×104t/a, respectively. 2) The value of the 9 dominant trees species of soil fixation and fertility maintenance was 905.29×108RMB Yuan/a and 2 408.92×108RMB Yuan/a, respectively. It increased 455.44×108RMB Yuan/a and 699.69×108RMB Yuan/a, respectively, when compared with the prior to the implementation of NFPP. 3) The soil fixation in eco-benefits ofBetulaspp. forest and broadleaf mixed forest were significant, while that in thePinuskoraiensisforest andPinussylvestrisvar.mongolicaforest was not so. The fertility maintenance in theLarixspp. forest and broadleaf mixed forest had the best eco-benefits, but theP.sylvestrisvar.mongolicaforest had the poor eco-benefits. 4) Forest protection effectively improved the ecosystem service function, so that the eco-benefits of forest conservation can be improved.ConclusionsOver time, with the implementation of the NFPP, the soil conservation function of forest in this study area and even the national NFPP’s area must have a significant improvement. Of course, other ecological services function of the NFPP’s area also needs further study. Accordingly, it will provide scientific reference for the evaluation of ecological benefits for the follow-up of this project.

Natural Forest Protection Project; Northeast China-Inner Mongolia; the Key State-owned Forest Districts; soil conservation; ecological effects

S718.5

A

2096-2673(2017)05-0067-11

10.16843/j.sswc.2017.05.009

2017-02-20

2017-04-11

项目名称： 林业公益性行业科研专项“东北森林生态要素全指标体系观测技术研究”(201404303)；科技创新服务能力建设-协同创新中心-林果业生态环境功能提升协同创新中心(2011协同创新中心)(市级)(PXM2017_014207_000043)

黄龙生(1988—)，男，博士研究生。主要研究方向：森林生态系统长期观测与网络管理。E-mail:xyhls1988@163.com

†

王兵(1965—)，男，博士，研究员。主要研究方向：森林生态系统服务功能评估。E-mail:wangbingcfern@163.com

牛香(1982—)，女，博士，副研究员。主要研究方向：森林生态系统服务功能评估。E-mail:niuxiang@caf.ac.cn