森林采伐是获得直接经济效益的主要手段, 然而森林是一个具有多种效益的复合体。它不仅具有木材生产的经济效益, 而且还具有多种生态效益和社会效益。木材效益只是森林总效益中的一小部分, 这就意味着森林采伐必然会造成森林效益的损失。以往人们对于不合理地利用森林资源、乱砍滥伐而产生的各种损失大都是从导致水土流失严重、土壤退化、自然灾害频繁、生态环境不断恶化等系统功能衰退方面进行分析, 很少以经济的角度来评价森林采伐前后所造成生态效益和社会效益的损失。本文以一个杉木林集水区采伐后的连续定位观测数据, 用“等效益相关替代法”着重对林木采伐后, 水源涵养、固土保肥和改良土壤等多种效益损失进行计量评价, 我们还对净化大气的效益损失进行了计量与评价, 将另文发表。

1 研究基地概况和测试方法

研究地位于湖南省会同县广坪乡深中林场, 北纬26·50′, 东经105·50′, 海拔300~380m, 坡向东北, 平均坡度22·; 年平均气温16.5℃, 年平均降雨量1108.5mm, 年平均相对湿度80%以上, 气候属典型的亚热带湿润气候。

本地区地层古老, 以震旦纪板溪系变质页岩为主, 风化程度甚深; 土壤为山地黄壤, 土层厚度80cm以上。

在研究基地内建立了8个综合试验的小集水区, 1987年冬对第3号集水区杉木林进行采伐, 伐前林分年龄为22 a, 平均树高16 m, 平均胸径15.5 cm, 密度2160株·hm^-2, 叶面积指数8, 郁闭度0.9左右, 同时把紧相邻的且林龄和林分结构特征基本相同的第2号集水区林木全部保留作对照。有关各集水区特征和小集水区的规划设计、仪器设施和测试方法我们已作过多次报导。

2 结果与分析 2.1 水源涵养经济效益损失 2.1.1 贮蓄水量的经济效益损失

森林采伐后, 采伐迹地失去了森林对降雨的截留、吸收、贮存, 削弱了降低洪峰和增加水资源利用的功能。

从表 1看出, 有林集水区每月1 m深层土壤平均蓄水量约4044m³·hm^-2, 采伐迹地为3398m³·hm^-2, 比有林区少蓄646m³·hm^-2水量。杉木林采伐造成伐区比有林区蓄水功能少的效益, 一般用“等效益相关替代法”计算。水利部门一般采用投资修筑水库和堤坝的方式来贮蓄水量, 森林拦蓄的水量效益也可以换算成水利工程要拦蓄这些水量所需的费用计算。根据湖南省水利厅有关资料, 拦蓄1 m³水的水库, 堤坝修建费平均0.52元。杉木林采伐后比有林地少蓄646m³·hm^-2水量, 由此而造成蓄水功能效益经济损失336元·hm^-2。

2.1.2 调洪效能的经济损失

从表 2可知, 在1次降水为178.5 mm特大暴雨情况下, 有林集水区洪峰流量为354L·min^-1, 采伐迹地为512L·min^-1。为了消除两个集水区汇流面积不一样所产生的误差, 我们以有林区为标准, 校正得到采伐迹地与有林区等效面积下的洪峰流量为524L·min^-1, 采伐迹地洪峰流量较有林区大48%。另外, 采伐迹地洪峰起伏量4.6L·min^-1, 也比有林区的2.5L·min^-1大84%。可见, 森林采伐后, 对区域内的调洪作用的削弱是巨大的。

我们多年的研究结果表明:杉木人工林生态系统林冠截留约7.0 mm, 枯枝落叶层截留5.2 mm, 土壤调蓄能力126.7 mm, 整个杉木林生态系统的调洪能力高达138.9 mm (表 3)。林木采伐后, 采伐迹地不仅失去了林冠层和凋落物层对雨水的截留作用, 而且由于采伐过程中采伐作业和林木的拖拉作用使表土层紧实, 坡坏了土壤物理结构性能, 降低了土壤调蓄水分的能力, 只有62.1 mm, 仅为杉木林土壤的45% (表 4)。由上分析可知, 杉木林采伐后失去调洪能力76.8 mm。即每hm²林木采伐后将失去768 m³水量的调洪能力, 这些水量若不拦蓄, 将涌入江河、湖泊造成洪灾。为了防洪, 势必修建防洪工程。若拦蓄1 m³水的工程费用按上面数值计算, 则杉木林采伐后损失调洪能力经济效益达399元·hm^-2。

2.1.3 水资源有效利用的经济损失

从表 5看出, 林木采伐后, 年径流量547.6 mm, 比有林区的474.1 mm多15.5%。这与国内外研究森林小流域采伐后对河流年径流量影响的结果相一致。细看表 5, 森林采伐后增加的径流量大都是在丰水期产生的, 这实际上无意义, 因为丰水期本来有足够的水用, 增多了无益, 反而会酿成水灾。枯水期, 有林集水区径流量比采伐迹地多31.8 mm, 这意味着森林采伐后降低了枯水期提供工农业用水的能力, 也就是说降低了水资源有效利用的效力。若这些水量80%用于农田, 20%用于工业。农田用水费用0.2元·m^-3, 工业用水费用1元·m^-3, 按此计算, 每hm²杉木林采伐后每年枯水期少提供318 m³用水量, 而减少的水资源利用经济效益114元。从以上分析看出, 杉木林采伐后, 每年蓄水效益减少336元·hm^-2, 防洪效益减少399元·hm^-2, 水资源有效利用效益减少114元, 即每年涵养水源效益损失共计849元·hm^-2。

2.2 固土保肥效益损失 2.2.1 固土效益损失

集水区杉木人工林采伐前连续5 a定位测定的结果, 年平均土壤侵蚀模数只有1.67 t·hm^-2, 采伐后, 连续3 a测定结果表明, 年土壤侵蚀模数高达49.67t·hm^-2。采伐林木加剧了地表的侵蚀破坏, 水土流失极为严重。

采伐森林造成泥沙流失的效益损失值, 可用河道水库因泥沙沉积而挖泥的费用进行计算。根据湖南省水利厅资料, 挖取或拦截1 t泥沙的平均费用为2元。又据舒尔茨(杨林, 1983)的研究, 进入河道径流中的固体物质约为流沙流失总量的50%, 以此推算, 杉木林采伐后, 每年每hm²比有林地多流失48 t泥沙, 造成的经济损失费用计48元。

2.2.2 保肥效益的损失

随着采伐迹地水土大量流失带走了大量的营养成分, 造成了保肥效益的损失。采伐迹地养分流失的效益损失, 用土壤中带走的主要营养成分纯N、P、K分别换算成碳酸氢铵、过磷酸钙和硫酸钾等肥料之量, 再以肥料价格进行计算。

我们研究地区的杉木林土壤为中有机质层厚层黄壤。据土壤分析, 林地表土层有机质含量45 g·kg^-1, 主要养分含量N 1.82 g·kg^-1, P 0.97 g·kg^-1, K 21.17 g·kg^-1。纯N、P、K折算成化肥的比例, 分别为97/14, 506/62, 174/78。由此算出, 采伐迹地每年每hm²比林地多流失的养分, 有机质2.165 t, 纯N 0.087 t, P 0.047 t, K 0.101 t。折算成化肥碳酸氢铵0.606 t, 过磷酸钙0.381 t, 硫酸钾0.226 t。在湖南省会同林区, 碳酸氢铵、过磷酸钙和硫酸钾化肥的平均售价依次为358元·t^-1, 280元·t^-1, 320元·t^-1, 另外, 有机质25元·t^-1。根据上述数据, 可得出杉木林采伐后引起土壤肥力衰退的效益损失值, 每年每hm²有机质54元, N 217元, P 107元, K 72元, 总计高达450元。

采伐迹地不仅随表土流失带走了大量养分, 同时, 随地下径流的输出, 营养元素的损失也比有林地多。从有林区和采伐迹地地下径流中营养元素的输出对比分析看出(表 6), 除钙、镁外, 采伐迹地多输出纯N 2.132 kg·hm^-2, P 0.151 kg·hm^-2, K 7.87 kg·hm^-2, 由此损失营养物质年效益值约6元·hm^-2。

林木采伐后, 泥沙流失每年损失的效益48元·hm^-2, 保肥效益损失450元·hm, 随地下径流输出的养分损失6元·hm^-2, 总计, 固土保肥效益损失504元·hm^-2。

2.3 改良土壤效益损失

有林区林木未伐前年平均产生的凋落物4479.31kg·hm^-2 (表 7)。枯枝落叶层是土壤有机质的重要来源, 而且是土壤最为活跃、最起作用的表面层, 在维持土壤稳定、改良土壤结构、改善土壤理化性能以及提高土壤肥力等方面起着十分重要的作用。林木采伐后, 伐区失去了凋落物来源, 其地表面的凋落物因采伐作业过程中的人为干扰也荡然无存, 采伐迹地已失去了林木凋落物对土壤的改良作用。凋落物对改良土壤结构、改善土壤理化性能的效益, 目前还没有切实可行的计量标准, 无从评价。本文仅对凋落物能提高土壤肥力方面来评价森林采伐后损失的改良土壤效益值。

从表 8中看出, 林木未采伐前, 每年凋落物营养元素归还林地的量:纯N 37.08 kg·hm^-2, P 2.196kg·hm^-2, K 7.407 kg·hm^-2。把这3种营养元素量折算成相应的化肥量, 再以化肥售价计算出, 杉木林采伐后每年每hm²损失的改良土壤效益102元。

3 结论

杉木林采伐后, 采伐迹地与有林区比较每年土壤蓄水量少646 m³·hm^-2, 调洪能力少786 m³·hm^-2, 枯水期提供的水量少318 m³·hm^-2。采伐迹地每年流失的泥沙量比有林区多48 t·hm^-2, 由此比有林区多流失的营养物质纯N 0.087 t·hm^-2, P 0.047 t·hm^-2, K 0.101 t·hm^-2。

采伐1 hm²杉木林, 每年损失涵养水源效益价值849元, 固土保肥效益504元, 改良土壤效益(仅提高土壤肥力方面) 102元, 总计达到1455元, 森林采伐的损失是巨大的。