本溪市森林虚拟水核算探讨

王 璐

（大连水木工程管理有限公司，辽宁 大连 116033）

1 森林概况

本溪市拥有著名的山脉和河流、 茂密的植被，巍峨起伏的群山，是长白山老支脉的西南延续——龙岗支脉，平均海拔约350m，山区占总面积的80%以上。 森林覆盖率达76%，森林绿化率为75.1%，该区域具有红松、油松、柞蚕、赤杨、桦树、榆树、柳树等珍贵树种。

1.1 林地面积

本溪市城市林业用地的土地面积为67.414万hm2，其中林地、疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃及无林地面积［1-6］分别为62.371，0.099，0.748，3.357， 0.018，0.820万hm2，分别占林业土地面积的92.52%，0.15%，1.11%，4.98%，0.03%，1.22%。 具体如表1。

表1 本溪市林业用地各地类面积统计单位：万hm2

1.2 林种项目

本溪市防护林和用材林占比相对较高， 其他林种比例少，森林物种结构在森林资源中不近合理，各类林种的面积和蓄积量如表2。

表2 本溪市各林种面积和蓄积量及比例统计

1.3 龄组结构

本溪市龄组结构统计如表3。 在林分中，幼龄林和中龄林占据优势地位，占总面积的91%，蓄积量合计占84.6%，近熟林、熟林和过熟林相对较少，森林后备资源充足，但目前可利用量少。

表3 本溪市林分按龄组面积、蓄积量及比例统计

1.4 林分结构

森林的内部结构特征称为林分， 森林树种的组成、起源、森林林相或林层，森林类型，森林树龄，产量和其他因素大致相似。针、阔叶林面积及蓄积量统计如表4。

表4 本溪市针、阔叶林面积及蓄积量统计

本溪市针、 阔叶林优势树种面积与蓄积量如表5。 其中针叶林优势树种有落叶松、红松、油松，其中落叶松面积10.783万hm2，蓄积量1020.27万m2，本溪市阔叶林优势树种有柞树、胡桃楸、刺槐，其中柞树面积35.839万hm2，蓄积量2444.336万m2。

表5 本溪市针、阔叶林优势树种不同林龄面积与蓄积量统计

2 森林虚拟水测度方法

虚拟水是指生产商品和提供服务所需要的水量［7］，森林虚拟水是指用于生产“森林”所消耗的水量，这主要是由于森林生长过程中蒸腾所消耗水量［8-10］，与农产品相比，森林蕴含着更多的虚拟水资源，其蒸腾量计算公式如式（1）：

式中 Wgreen为单位面积森林生长周期内虚拟水量（m3/hm2）；f（X）为以林龄为自变量的森林年蒸腾量函数（m3/hm2·a）；N为森林生长周期，即森林树木的轮伐期。

由于生理特性和生长环境的差异， 针叶林和阔叶林的蒸腾作用存在很大差异， 导致针叶林和阔叶林生长所需水量差异也很大， 因此森林虚拟水研究需对针叶林和阔叶林分别进行计算。 项目引用我国森林水文学科相关研究成果， 采用SPSS22拟合森林生长周期内年蒸腾量曲线， 通过不同类型森林单位面积的蒸腾量公式计算出这两类森林生长周期内的总蒸腾量，最后得出森林的虚拟水量。

3 森林虚拟水计算

3.1 针叶林虚拟水计算

通过查阅相关研究成果整理出各种主要林种的年蒸腾量研究成果如表6，可看出针叶林不同树种年蒸腾量差异较小， 而阔叶林树种由于叶片面积大小差异较大，年蒸腾量差异较大。

表6 针叶林阔叶林各树种年蒸腾量统计

本溪市境内针叶林中落叶松所占比重最大，以落叶松为典型树种，计算针叶虚拟水量。

由于不同林龄树木的蒸腾量差异明显， 根据下表得到不同林龄落叶松林地年蒸腾量研究成果，如表7，采用SPSS22拟合出落叶松生长周期内年蒸腾量曲线，得出拟合方程计算出针叶林的虚拟水量。

表7 华北不同林龄落叶松林地年蒸腾量统计

拟合得到的蒸发量与林龄之间的关系如式（2），模型拟合优度R2为0.944，拟合优度高。

f（x）=57.992+18.279x+21.367x2-0.638x3（2）

图1显示的是落叶松生长周期内年蒸腾量曲线，呈倒“U”型。

图1 华北落叶松生长周期内年蒸腾量曲线

目前，在森林经营类型中，种植落叶松所需的平均年龄约30 年，因此，以30年为落叶松林轮作期，根据30年林龄落叶松的总蒸腾量，由式（2）进行计算，得出落叶松单位面积虚拟水量公式为：

最终， 计算得出华北地区针叶林单位面积虚拟水量7.3万m3/hm2，年均虚拟水量2433.33m3/hm2。 根据华北地区ET0多年均值（1014mm）及本溪市的ET0多年均值（849mm）的比值，得到本溪市针叶林单位面积年均虚拟水量2034.97m3/hm2。

3.2 阔叶林虚拟水计算

本溪市阔叶林优势树种有柞树、胡桃楸和刺槐。其中，柞树面积35.839万hm2，蓄积量2444.336万m3。本溪市境内柞树面积占比最大， 所以选取柞树作为阔叶林的典型树种。收集文献发现，不同林龄柞树林地年蒸腾量如表8。

表8 不同林龄柞树林地年蒸腾量统计

根据表8中的数据，用SPSS22拟合柞树各年的蒸发蒸腾量曲线，拟合方程如式（4），拟合R2为0.966，拟合优度高。

f（x）=121.183+309.387x-7.584x2+0.053x3（4）

图2是柞树生长周期内年蒸腾量曲线， 呈倒“U”型。

图2 柞树生长周期内年蒸腾量曲线

目前培育柞树所需要的平均年限在50年左右。因此，取50年为柞树林轮伐期，根据50年林龄柞树的总蒸腾量， 得出柞树单位面积虚拟水量公式如式（5）：最终，计算得出阔叶林50年林龄柞树单位面积总虚拟水量15.96万m3/hm2，年均虚拟水量3192m3/hm2。

3.3 本溪市林地总虚拟水

由于本溪市针阔混交林面积比例较小， 面积和蓄积量仅合计的1.26%和1.22%， 因此主要计算针叶林和阔叶林各自的虚拟水量， 不再对混交林的虚拟水量单独进行计算。

受数据获取所限， 本溪市2010，2015，2018年针叶林、阔叶林面积及其总虚拟水量如表9。

表9 本溪市森林虚拟水量统计

由表9可知，本溪市针叶林与阔叶林的面积在逐年加大，森林资源向好的方向发展，所蕴含的虚拟水量也在逐年攀升； 针叶林与阔叶林虚拟水量都有小幅增加， 两种类型森林的虚拟水量保持在1∶5的水平。 森林虚拟水总量由2010年的17.393亿m3增加至2018年17.607亿m3，平均每公顷森林消耗2927m3虚拟水。

对比森林虚拟水量和主要农作物虚拟水量可发现， 除人参外的各种农作物单位面积虚拟水量是森林单位面积虚拟水量的1～2倍；而森林虚拟水总量是农作物虚拟水总量的6～7倍。农作物与森林虚拟水变化趋势相同，虚拟水消耗能力大于森林，但由于森林所占面积大， 本溪市农林产业虚拟水总量仍以森林虚拟水占据较大比重。

4 结语

（1）森林虚拟水主要指森林生长过程中因蒸发和分散而消耗的水资源量，它由土壤蒸发、林冠蒸发和森林蒸腾耗水量组成。因此，影响森林蒸发和消散的因素相当复杂，气候、地理环境和森林自身条件决定了许多因素相互交织、相互影响。

（2）本文针对本溪境内多山地、森林资源丰富的特征，基于虚拟水理论，核算了本溪市各产业的虚拟水量，更全面、真实地表征各个产业对水资源的利用情况，这对全面核算水资源量、进行水资源评价与水资源规划和区域经济发展规划都提供了新思路，为调整林产品贸易政策、 产业政策和水资源政策提供了理论支撑。