退耕还林对生态的影响

2019-04-29向才

农家科技下旬刊 2019年2期

摘要：改革开放之后，我国大多数地区为增加粮食产量，大肆毁林，过度开荒，在一些陡坡地、沙化地也依然如此，严重影响了当地水土的平衡，从而导致生态环境的失衡和破坏，包括像自然洪流、久旱、沙尘暴或泥石流等灾害频频发生，最终影响甚至威胁到国家环境安全以及人民的生产生活状态。气候变化、人类活动等一系列行为直接导致生态环境恶化、水土流失加剧的状况，而退耕还林对植被修复、土地资源的合理利用和区域气候改善都有着显著的成效。

本文以大方县为例，运用生态经济学原理和生态系统服务价值核算的理论和研究方法，对大方县特殊地貌下的退耕还林工程所带来的对生态系统的影响进行定性定量的分析，选取相关如涵养水源、土壤保持等生态系统特征，衡量退耕还林后的生态系统功能及价值的变化及对这种变化进行一定程度的评估。由计算结果可以看出，大方县实施退耕还林还草工程后，系统的各项服务价值均有不同程度的增加，退耕还林还草工程对大方县的水土保持起到了极为重要的作用。另外，在对大方县不同退耕模式系统服务价值的计算评估中，得到灌木林的系统服务价值最大，乔木林次之，而经济林最小。这一结论告诉我们灌木林在退耕还林工程实施当中拥有重要的影响力，应当运用适当的方法进行经营管理。退耕还林过程中，需要将树草种类、乔灌林等不同植被进行混搭栽种，以维持改善自然生态结构。

关键词：退耕还林;大方县;生态系统服务价值

一、前言

1.研究背景

改革开放之后，我国大多数地区为增加粮食产量，大肆毁林，过度开荒，在一些陡坡地、沙化地也依然如此，严重影响了当地水土的平衡，从而导致生态环境的失衡和破坏，包括像自然洪流、久旱、沙尘暴或泥石流等灾害频频发生，最终影响甚至威胁到国家环境安全以及人民的生产生活状态。气候变化、人类活动等一系列行为直接导致生态环境恶化、水土流失加剧的状况，而退耕还林对植被修复、土地资源的合理利用和区域气候改善都有着显著的成效，不过针对水资源需求增加、承载力不足、耕地面积减少、短期内粮食产量下降、政策可持续性等问题，提出因地制宜、选择合适树种、利用节水措施以缓解水资源问题，并且基于生态、经济、社会价值最大化进一步优化土地配置，从工程后续的管理和维护上入手，提供合理的经济补偿，巩固已有的成果等建议，同样为以后更好推进退耕还林工程实施起到指导作用。

2.国内外研究状况

对于退耕还林所能带来的相关生态环境效应，许多专家学者着重于水系效应、土地效应、植被效应以及其他众多和其息息相关的种种气候效应，常常在对其产生的水土流失、土壤发生的变化和带来的生物物种变异等方面加以强调。自然地，在实施退耕还林之后，土壤土质发生了非常明显的正向的变化，林种质量显然增强。有专家就曾经以吴起县地区的退耕还林为案例，进行了相关生态效应的评估测评，测评显示出在吴起县地区将多数耕地退去改为林地或者草地之后，吴起县地区的生态环境发生明显的变化，相关生态环境指数得到了接近50%的提高，而这其中林地是对该地区退耕还林之后生态环境指数做出了明显贡献的一项，提高了接近600%;所以在最后可以总结出该地区退耕还林带来了生态环境质量的整体提高，对人民生产生活带来了方便和改善。同样的，也有学者对退耕还林之后的降雨等相关生态因素对相关区域河流土壤的侵蚀影响情况，可以看出在退耕还林之后，土壤侵蚀的水平降低了大约10%，相关生态环境质量得到了明显的改善及提高。也有对长江三峡地区做相关退耕还林的研究，研究表明退耕还林还对于泥沙以及养分的供给有着明显的正面影响作用，数据显示的是在坡度很大的农田被替代成林地草地之后，相关河流流域的泥沙减少到5t/hm2以内，而相关N、P的养分供给量也慢慢地减少为很低的范围之内。此外，还有专家专门针对黄土丘陵区域相关生态格局运用景观生态学的原理与方法进行研究，最后认为退耕还林可以促进黄土丘陵区域的生态景观越来越好的发展，也是其发展的主要原动力。

林地草地的大面积安置是促进减少二氧化碳排放、改善全球变暖并且加剧生态环境系统碳聚合的主要方向，这也意味着退耕还林拥有者汇聚碳元素的作用。专家对西北地区采样，将退耕还林之后土壤里面碳元素和氮元素的变化分析之后发现，首着地底下五厘米以内的碳和氮元素的有机化合物，以及微粒子，例如C（POM-C）和N （ POM-N）的含量都比相邻土地中的碳和氮元素含量高，而首着地二十厘米以内的碳和氮元素同样与农耕地的土壤里的碳与氮元素的含量有明显不同，这说明了首着地的土地拥有巨大的汇聚碳元素的能力。针对此想法，有学者专门以云南省为案例，对其退耕还林工程之后发生的生物物质和土壤地质的碳汇能力用经验生长曲线、因子分析的办法进行研究分析，得到了云南省的林地生物物质碳元素储备量在2020年、2030年、2040年以及2050年会提升到 33.016-35.161TgC、38.119-47.100TgC、43.057-53.626TgC以及49.918-56.621 TgC;得到了到時因退耕还林工程而得到的林木碳元素储存量可以达到20世纪90年代当地生态环境系统的碳元素储存量的15%左右。对此，国外学者也利用定量的研究方法中国国内实施退耕还林工程后的土壤中的碳元素尤其是有机碳的含量以及有机质的含量进行了评估，发现在退耕还林后二十厘米以内的表土层有机碳含量确实以超出之前的速度进行累积存储。这说明中国在实施退耕还林工程后，已成为全球造林率最高的地区之一，也正因如此，加剧了中国的碳汇储备。

3.研究的目的及意义

中国所实施的退耕还林工程实质上是一种保护储备工程，主要目的是为了将因为耕地生产对生态环境、自然资源造成的破坏，通过对土壤植被的变化进行改善和保护，将原来因为耕地而极度污染的土壤进行有计划的还林还草休耕休农，最终达到改善相关流域水源质量、控制土壤遭受污染、改善生物生活状态让他们得以长期的繁衍生息的结果。本研究主要围绕退耕还林还草展开，也就是因为退耕还林正是本着对环境的保护、对生态的改善为目的，提高人民居住环境、提升国家综合国力、加强农业产品的供给能力，把原来的不合理的容易被水土冲走的耕地或者沙化地变成适宜生长的植被的过程，也是有计划的本着宜林则林、宜草则草的原则因地制宜地造林种草、恢复植被。而且当前，退耕还林已经成为中国进行生态环境保护与建设领域的重大工程，它在面对水土流失、土地沙化以及气候变化带来的危害时，可以发挥改善气候变化、保护绿化进程、加剧森林碳汇的重要作用。在对于生态环境保护与建设方面已经得到了广大人民群众的普遍认可，包括学术研究界在内的社会各界都对退耕还林所带来的积极效果产生了浓厚的兴趣，并展开了积极且深入的研究。

4.研究内容

本文将以大方县为例，运用生态经济学原理和生态系统服务价值核算的理论和研究方法，对大方县特殊地貌下的退耕还林工程所带来的对生态系统的影响进行定性定量的分析，选取相关如涵养水源、土壤保持等生态系统特征，衡量退耕还林后的生态系统功能及价值的变化及对这种变化进行一定程度的评估。

二、材料与方法

1.材料来源：国内外科技人员研究发表的相关大方县和黄土高坡的文献资料;当地科技人员所取得的科技成果及当地政府（主要是退耕办和土地局）统计数据;作者本人所积累的有關材料。

2.方法：

第一，生态系统服务功能核算法：所谓生物系统服务功能，是指人类从生态环境中得到效益的综合，是将其所产生的环境、服务等进行量化的一种表述。本研究经过对国内外研究学者相关研究文献的整理，将使用Costanza等人为代表的方法进行生态系统服务功能价值的核算，通过核算结果对研究区域内退耕还林后带来的生态环境变化进行量化分析。

第二，文献整理法：通过对大方县退耕还林相关历史文献及研究文献进行梳理、参考并分析，搜集相关生态指标数据。

第三，定性分析法：所得到的数据进行经济学量化处理后进行定性的分析，得出相关结论。

三、研究区概况

大方县隶属贵州省毕节市，地处贵州省西北部、毕节市中部，四界为东邻金沙县，南连黔西县，西接七星关区，是贵州金三角核心地带。所处地区地貌特征为中山地貌地形，地势中部和东北高，河流向北或向南流，境内地形多样，有重峦叠嶂、沟谷深壑、丘陵洼地，呈现出碎片状分布、起伏式片段。气候是亚热带湿润季风气候，气候温和、雨量充沛，冬无严寒、夏无酷暑，一年中的平均温度为11.8摄氏度，阴雨天天气多、日照少、雨季明显，全年的平均降水量在1155毫米。该地区的土壤因纬度差异小，海拔悬殊大的特征，类型丰富多彩。全县土壤共分为6个土类，13个亚类，45个土属，105土种。主要为黄壤，涉及发育层有25到60厘米左右，检测到的PH值呈弱碱性或中碱性，因此保水保肥性能低，有机质含量也不高，拥有总面积的61.63%，是水土流失相对严重的地区之一。

四、退耕还林对生态的影响

1.退耕还林对土壤保持的影响

退耕还林工程能够有效地还原森林生态环境，而森林生态环境能够发挥相当强大的保持土壤的作用。这种保持土壤的作用主要表现在能够降低土壤挥发养分、减少损失、减弱泥沙化变异和降低变为废弃土地的价值等等。因此，退耕还林还草能够经将耕地变更为草地林地之后，将原有的农产耕地生态环境变为更有利于当地生产生活的退耕还林复合生态环境系统。

土壤保持价值计算的公式为：

退耕还林复合生态环境系统价值Q=退耕还林面积F*退耕还草工程后降低的土壤流失量A*土壤中的养分含量C*养分价格P1*相关系数m+退耕还林面积F*24%*工程费用/土壤容量ρ+退耕还林面积F*耕地效益P2/（土壤容量ρ*土壤表土平均厚度h）

其中，为排除地表覆盖因素和水土保持因素的影响，另C等于1。

因此，结合大方县统计数据，根据公式计算可得出该县退耕还林前后的土壤保持价值及不同退耕类型的土壤保持价值，如表1、2所示。

从表1中可以看出，大方县所实施的退耕还林工程能够在一定成都市降低土壤被侵蚀以及土壤保持水土的作用，维护土壤保水保肥。如表中所示退耕还林工程在运作之前，该地区的耕地自然环境系统每年能够保持的土壤量为1748.37万吨，可以转化成的服务总价值仅有118314.83万元。而在退耕还林工程运作之后，该地区的复合生态系统每年能够保持的土壤量增加了100多吨，增加到了1854.32万吨，可以转化成的服务总价值提高了50%，有191211.15万元，可见退耕还林工程对于改善生态系统的能力。

从表2中可以看出，大方县拥有乔木林、灌木林和经济林三种不同的植被，而这三种植被中，灌木林对于保持水土、减少养分流失、减少废弃土壤有最大的贡献，其次是经济林，而乔木林贡献度最低。这就说明灌木林在该地区进行退耕还林工程的实际功能发挥中起到了主要作用。当然，追其原因，是因为灌木林有其特有的像鸡冠似的顶层，减少了雨季对于土壤的冲刷，同样地，灌木林下面的活地被层和凋落物层能够一定程度上减少地表水流对土壤的侵蚀，可以看出它对土壤保持量在单位计算下也处于较高水平，而且灌木林还是非常适宜在当地进行栽种的树木类型，因此在该县实际进行退耕还林的过程中采取了多种灌木林树种，因此产生了最大价值的土壤保持量;另外，在经济林方面，虽然在栽种面积上面要稍多于乔木林，但是因为经济林经常要为人类所服务，不得不经常遭到人类的修剪整理，所以很难有较好的冠层结构，再加上人类经常在经济林中出现，在经济林下面的土壤中已经很难看到一些枯落下来的树叶等东西，所以在地表有水流经过时难免不能够进行有效的阻挡，从而能够进行由于人为活动，林下几乎不存在任何枯落物，导致经济林拦截降雨和减少径流的能力下降，单位土壤保持量最低。

2.退耕还林对水源涵养的影响

水源涵养的价值是指因为林地所形成的自然生态系统产生的特有的生态效应，包括常说的储蓄水流、控制径流以及能够缓解洪流并且缓解干旱的作用。在本文中，作者将使用替代工程法对退耕还林实施后产生的复合生态环境系统的水源涵养价值进行计算。

水源涵养价值计算的公式为：

水源涵养价值V=退耕还林面积F*土壤表土平均厚度h*土壤粗孔隙度p*替代水利工程的单位价值v

结合相关统计数据，根据上述公式可计算出大方县在实施退耕还林工程之前的耕地生态环境系统的水源涵养价值为1824513.43万元/年，而在进行退耕还林工程之后所得到的复合生态环境中的涵养水源价值提高到了1859746.64万元/年，与之前相比增加了二十多万元每年。当然，不同的植被类型带来的水源涵养价值依然不同，在表3中可以看出，乔木林、灌木林以及经济林当中对涵养水源起到最重要作用的是灌木林，其次是乔木林桥木里，最后是经济林，价值分别是 938524.67万元/年，782134.45万元/年和721253.51万元/年。

3.退耕还林对空气净化的影响

退耕还林还能够对空气进行净化，净化空气功能主要指的是生态环境通过自身的吸收、转换、化解等阶段将空气中有害的如硫化物、氟化物等物质进行清除或转化，为空气中提供负离子等非有害的功能。在对大方县进行该功能研究中，考虑到该地区没有什么工业性污染，最后主要选择了选取吸收SO2和阻滞降尘这两个指标来反映净化空气的功能。本研究采取的是面积一吸收能力法计算吸收SO2价值，按替代花费法计算阻滞降尘价值的。

计算公式为：林木吸收SO2价值=不同植被类型面积*单位面积内植被吸收的SO2量*治理SO2的单位费用。根据林地对SO2的吸收能力为85kg/（hm2 /年），灌木林地为18.9 kg/（hm2 /年），草地为8.9kg/（hm2 /年），农田为12.Skg/（hm2 /年）。按发改委《排污费征收标准及计算方法》中SO2的排污收费标准1.20元/kg计算。

阻滞降尘价值=不同植被类型面积*单位面积植被年滞尘量*削减粉尘成本。结合官方统计数据计算得出，林地滞尘能力为12.9吨/（（hm2 /年），灌木林地为3.2 吨/（hm2 /年），草地为0.5 吨/（hm2 /年），农田为2.1吨/（hm2 /年），每削减1吨粉尘的运行成本为170元。

在表4中可以看出，乔木林、灌木林对净化空气都起到了重要作用，净化空气总价值达到了11976.34万元/年和9934.57万元/年。

4.退耕还林生物多样性的影响

退耕还林工程还能够通过增加对土地的森林覆盖，提供生物进行繁衍生息的良好条件，能够在一定程度上保护生物多样性。本文主要使用替代市场法对大方县退耕还林工程实施后的复合生态系统的保护生物多样性功能价值进行计算。

计算公式为：生物多样性价值V=（遭到破坏后的生态环境下生物多样性的损失值v+维护自然生态资源的支付意愿w）*退耕还林面积F。（其中因为生态环境破坏而造成的生物多样性损失值是四百美元/hm2，而维护自然生态资源的支付意愿是112美元/hm2。经计算，得到大方县退耕还林之前与退耕还林之后的复合生态系统保护生物多样性的价值为154476.67万元/年和309734.64万元/年（见表5）。

5.退耕还林对维持营养物质循环的分析

自然界中的营养物质在空气、土壤以及生物之间的转动便形成了自然生态系统的物质循环，而这种循环转变能够间接使营养物质素免受损失。退耕还林之后的复合生态系统中营养物质循环的价值就能够用生态系统当中的营养物质留有量来代表。而这其中的营养物质主要包括有氮、磷、钾三种元素，因此这退耕还林之后的复合生态系统中营养物质循环的价值就需要用氮、磷、钾这三种元素来衡量。此处本文将使用市场价值法来计算退耕还林之后的复合生态系统中营养物质循环的价值。

计算公式为：营养物质循环价值V = （土壤表面水流带来的养分N1一每年土壤被侵蚀所减少的单位量N2 ）*化肥价格P

根据上述公式计算得出在退耕还林之前耕地环境中营养物质循环价值是113017.31万元/年，退耕还林之后复合系统中营养物质循环价值是187677.08万元/年。在大方县退耕还林之后，复合生态系统中维持的氮元素含量有235604.99吨，对应的经济效益有49130.10万元/年;而磷元素的含量有243951.02吨，对应的经济效益有53549.78万元/年;钾元素的含量有426435.31吨，对应的经济效益有75439.76万元/年。

6.退耕还林对生态环境的综合分析

通过上述研究分析，本文得到了退耕还林前后生态系统总服务价值、单位面土壤服务价值，结果是退耕还林之后复合生态系统总服务价值和单位面积土壤服务价值均高于退耕还林之前的耕地生态系统。从生态服务价值的各项功能来看，退耕后涵养水源价值最高，其次为土壤保持价值、维持营养物质循环价值、水源涵养价值、保护生物多样性价值以及净化空气价值。

五、结语

国内外退耕还林相关研究文献中鲜有从生态系统服务价值角度进行分析的，鉴于此，本文以大方县为研究对象，运用生态系统经济核算方法，计算退耕还林前后的自然生态系统服务价值，主要从保持土壤、涵养水源、维持营养物质循环、净化空气、保护生物多样性等多方面指标进行计算评价，结果得出大方县在进行退耕还林工程之后，生态系统中的各服务价值都有各种程度的增加，其中大部分是来自于涵养水源价值和保持土壤价值，这两种价值对于退耕还林后的生态系统重塑有着重要的作用。

在对大方县不同退耕模式系统服务价值的计算评估中，得到灌木林的系统服务价值最大，乔木林次之，而经济林最小。这一结论告诉我们灌木林在退耕还林工程实施当中拥有重要的影响力，应当运用适当的方法进行经营管理。退耕还林过程中，需要将树草种类、乔灌林等不同植被进行混搭栽种，以维持改善自然生态结构。

需要明确的是，退耕还林之后的生态系统将是一个融合了多种生态服务价值的复合生态系统，但因为研究区资料和定量分析方法的局限性，本文仅是针对大方县退耕还林生态系统中主要服务价值进行了衡量，仍然会有一些服务价值被忽略，所以本文中所涉及的数值都要低于实际。但值得一提的是，本文研究结果在一定程度上对于如何进行退耕还林工程的实施有一定的建议作用，从而促进保护环境及当地社会经济持续发展。

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