森林采伐能带来一定的经济效益, 但是过量的采伐或滥伐, 将使生态失衡, 产生巨大的损失。我们曾探讨了会同杉木林采伐后的水源涵养、固土保肥、改良土壤和效能的损失(康文星等, 2002)。本文着重对杉木林采伐后的净化环境效能损失进行评价和分析, 目的是为森林资源的合理利用及森林采伐损失计量提供科学依据, 进一步促进森林资源公益效能综合评价体系的建立, 将自然资源和环境价值引入国民经济核算体系, 体现国民经济可持续发展的量化指标。

1 研究方法 1.1 林地CO₂释放量的测定

采用田间容量法、Ba(OH)₂吸收、HCl滴定, 在采伐迹地选取多个样点。1991~1993年, 每年3月初到11月底, 每月测定3~5 d, 每次每点重复测定3~4次, 并且每月进行一次昼夜变化测定。

1.2 有机化合物的测定

按照环境污染分析方法的要求, 每次降水过程中分别对林冠降水、穿透水、树干流、地表径流、地下水采集样品, 用Beckmann分光光度计扫描; 用HP-5890气相色谱分离; 用HP-5988气相色谱—质谱—计算机联用仪检索。

3 结果与分析 2.1 释放O₂效益损失

森林绿色植物的光合作用过程, 实质上是消耗光能、吸收CO₂和H₂O、产生有机物质并释放O₂的过程。它不仅产生了人类无法制造、维持生存必不可少的众多有机物质, 而且在净化大气和维持大气平衡中起着非常重要的作用。森林采伐后, 绿色植物消失, 这种作用也就不复存在。对森林采伐少释放O₂的量进行经济评价时, 首先得计算出森林能释放O₂的量, 再根据氧气工业生产费用及出厂价格进行经济评价。森林能释放多少O₂, 近年来我们只做了单株林木的测定工作, 对森林群落光合作用速率的测定, 目前难度较大。因此, 本文采用目前一种较为流行的可行的方法, 即借助光合作用化学方程式:

并通过光合产物—生物量转换O₂释放量的方法。

前苏联的研究结果表明, 每生产1t干物质可释放1.393~1.423 kg O₂。但这里的有机干物质不包括叶片量。因为叶片凋落物分解消耗的O₂量与叶片干物质形成或释放量相同。

采伐前对杉木林分生物量调查, 乔木层生物量277.70 t·hm², 林下植被层生物量0.61 t·hm² (见表 1), 年平均净生物量11.04 t·hm², 除叶片外, 还有10.52 t·hm²。若生产1 t杉木有机干物质释放O₂平均为1.4 t, 则杉木林每年可释放14.73 t·hm^-2的O₂, 我国化工氧气售价平均约600元·t^-1, 由此可得到杉木林采伐后损失净化大气效益价值8 838元。

2.2 固定CO₂效益损失

对森林群落光合作用的测定, 难度较大, 目前尚无法实测得到一个森林群落在单位时间内固定的CO₂。因此, 大都通过生物量测定来推算, 其途径有二:一是分析木材纯C含量, 再推算光合作用固定CO₂量; 二是根据植物光合作用反应方程式推算出每生产1 t干物质需要固定多少CO₂。本文采用第2种方法。根据光合作用反应方程式, 每生产1 t干物质需吸收1.639 t CO₂。杉木林每年生产10.52 t·hm^-2干物质, 固定CO₂ 17.24 t·hm^-2。

计算固定CO₂价值的方法目前较流行的是使用碳税率法, 即在各种生产活动过程中, 向大气排放CO₂量超过标准, 超过的量交纳税金, 这种碳税制限制了CO₂等温室气体的排放。本文估算森林采伐后少固定CO₂的效益损失时, 采用了美国碳税率即多释放1 t CO₂税金为20美元(166元), 由此推算, 杉木林采伐后, 每年因少固定CO₂而造成效益损失2 862元·hm^-2。

2.3 土壤多释放CO₂的效益损失评价

森林在生长过程中吸收和固定CO₂并长期地保存起来, 而且通过凋落物到有机质的过程, 有一部分CO₂存贮在林地土壤内, 森林成了吸收CO₂的库。森林砍伐后, 不仅失去了绿色植物对大气CO₂的固定作用, 而且采伐迹地完全丧失了森林生态系统调节辐射能流和水分循环的功能。能流和水分运动的急剧变化, 对地表面产生热负荷, 使地表面和土壤的水热条件发生了很大变化, 加速土壤中有机质矿化速度和微生物的生命活动, 加大土壤向大气排放CO₂量, 成为向大气排放CO₂的主要来源。

研究结果表明, 采伐迹地土壤向大气排放CO₂的速度、变化范围、标准差以及变异系数均大于林地(表 2)。采伐迹地土壤排放CO₂速率平均0.532 4 g·m^-2h^-1, 林地0.365 3 g·m^-2h^-1, 采伐迹地比有林区多排放0.167 1 g·m^-2h^-1。通过计算得出, 每年采伐迹地土壤排放的CO₂46.64 t·hm^-2, 比有林地(32.00 t·hm^-2), 多16.64 t·hm^-2。根据碳税率法, 多排放1 t CO₂, 交纳166元税金, 这样杉木林采伐后, 每年因土壤多排放CO₂的经济损失为2 762元。

2.4 对环境气态有机污染物的净化效益损失

一般植物, 特别是森林树木具有作为有机污染物质蓄积库的作用, 污染物通过扩散和气流运动或伴随着大气降水到达森林生态系统, 所遇到的第一个作用层面是起伏不平的森林冠层, 或者被枝叶吸附, 或被冠层表面束缚。如果伴随大气降水遇到林冠层, 有可能在植物枝叶表面溶解, 森林通过这些作用使污染物离开对人畜产生危害的环境, 即意味着森林形成了污染物的归宿。森林采伐后, 对环境污染物的净化功能也就消失了。

我们采用Beckmann分光光度计扫描和气相色谱—质谱—计算机联用技术对会同杉木林水文学过程中的有机化合物进行了分析鉴定。结果表明, 多达80种以上的有机化合物参与了杉木林的水文学过程(表 3)。有机化合物中有些是重要的环境污染物, 如1, 2, 3—三氯丙烷、卤代烃、苯、苯的取代物、芳香烃等以及醇、酮、醛、有机酸、酯类、杂环和酰胺等有机污染物。

从表 3可知, 从大气降水中带入森林生态系统水文学过程中有机化合物的浓度均按大气降水、穿透水、茎流、地表径流、地下水的顺序递减。例如, 表 3中代码为31的化合物, 冠上降水中的含量为0.080 μg·L^-1, 穿透水中为0.016 μg·L^-1, 茎流0.026 μg·L^-1, 地表径流0.021 μg·L^-1, 地下水0.004μg·L^-1。同时, 大多数化合物经林冠的截留, 浓度降低均在50%以上。再经过地被物和土壤的吸附与过滤, 有机化合物的浓度已低于0.001μg·L^-1, 甚至从森林生态系统的输出水中消失。这表明森林不仅能净化环境, 而且还可净化水源。

通过计算, 即使是远离城市的山区, 每年有13 033kg·hm^-2气态有机污染物(80种以上)进入了杉木人工林生态系统的上界面。通过林冠的截留与吸附净化9 775 kg·hm^-2, 只有3 258 kg·hm^-2进入林内。对于森林净化有机污染物价值的评估, 目前还没有统一的标准, 这里借用韩维栋等人(2000)计算红树林生态系统对大气SO₂的净化作用价值评估方法, 即每削减1t SO₂的投资成本为600元, 算出红树林消除SO₂的效益。假若净化1t有机污染物的效益价值与消除1t SO₂的价值相同, 则杉木林采伐后, 每年有9 775 kg·hm^-2气态有机污染物不能净化, 造成损失5 865元·hm^-2。

我们已计算过, 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504元, 改良土壤(仅提高土壤肥力方面) 102元。加上少释放O₂价值8 838元, 少固定CO₂价值2 862元, 土壤多释放CO₂价值2 762元, 少净化气态有机污染物价值5 865元, 总计损失为21 282元。然而, 这只是当前中国社会经济下杉木林生态系统功能价值的主要部分, 尚有多生态价值由于计算和技术上的困难而难于评估, 例如, 杉木林对于周围农业生产具有小气候调节作用, 生态系统保护了丰富的遗传多样性、景观和社区服务价值等, 一些更细项目的生态价值分析和评价有待今后深入研究。

3 结论

森林采伐后, 吸收CO₂和H₂O, 生产有机物质, 并释放O₂的光合作用过程也随之失去, 同时也就失去了净化大气和维持大气平衡的功能。采伐1 hm²杉木林, 每年少释放O₂14.73 t, 少固定CO₂17.24 t, 少净化气态有机污染物9.775 t, 土壤多释放CO₂16.64 t。利用等效益相关代替法, 模拟市场价值法, 机会成本等评价方法计算出采伐1 hm²杉木林造成净化大气环境效能的损失价值, 少释放O₂价值8 838元·hm^-2a^-1, 少固定CO₂价值2 862元·hm^-2a^-1, 土壤多释放CO₂价值2 762元·hm^-2a^-1, 少净化有机污染物价值5 865元·hm^-2a^-1, 共计20 327元·hm^-2a^-1。

总之, 木材效益只是森林综合效益的很小部分, 生态效益和社会效益才是主要的。事实上许多发达国家对此早有认识。