森林是陆地生态系统的主体, 在为人类提供木质林产品和非木质林产品的同时, 还对保障农牧生产、保护生态环境、维持生物多样性以及生物地球化学循环等方面起到重要的作用^[1-3]。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、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。天保工程的实施旨在改善脆弱和不稳定的环境状况^[4], 自1998年我国开始天然林资源保护工程试点工作以来, 政府已累计投入近2 000亿元, 用于天保工程建设。

近些年来, 国内外相关学者对我国天保工程开展了一系列的研究。Viña等^[5]研究发现, 由于中国天保工程的实施, 2000年至2010年期间, 森林覆盖面积增加占国土面积的1.6%, 森林净初级生产力增加量约为0.9 Tg碳。Ke等^[6]运用包络分模型(DEA), 对中国西部天保工程的实施效果展开评价, 得出中国西部10个省份天保工程政策执行的有效性是比较高的, 纯技术效率略大于规模效率。Ren等^[7]在研究中国的2个重要的自然保护机构(天保工程和自然保护区系统)是否起到一定的效果时发现, 自2000年天保工程实施以来, 森林的年亏损率不断下降, 但每年森林和林地的损失率在非天保工程区和天保工程区的2个省(云南和四川)较高。刘璨等^[8]通过抽样和实地调研, 采用10年的资源环境与社会经济数据, 对四川省峨边县和盐边县天保工程的生态、社会和经济影响, 从长时间尺度上进行评价。结果表明, 天保工程带来了显著的生态、社会和经济影响, 给各利益主体带来不同的代价与收益。国政等^[9]研究西南地区天保工程生态效益发现, 1998—2008年期间, 生态效益净增94万5 451.6亿元。

综上可知, 近些年来, 关于天保工程的相关研究不断涌现, 对天保工程实施的研究角度、方法和区域各异, 难以进行对比。为了直观反映天保工程实施以来所取得的生态效益, 客观量化天保工程生态产能价值, 笔者依据国家林业行业标准LY/T 1721—2008《森林生态服务功能评估规范》(以下简称“规范”)^[10], 对大兴安岭林业集团所属林区, 天保工程实施以来的生态产能进行分析, 以期为不断提升大兴安岭林业集团天保工程生态产能价值, 以及东北、内蒙古重点国有林区天保工程生态产能价值提供科学参考。

大兴安岭林业集团位于黑龙江省、内蒙古自治区北部, 位于E 121°12′~127°00′, N 50°10′~53°33′之间。东接小兴安岭, 西至大兴安岭山脉, 南邻松嫩平原, 北抵俄罗斯。该区地貌属于典型的低山丘陵, 地势缓和, 坡地平均坡度为9.5°, 平均海拔570 m。在寒温带大陆化季风气候作用下, 温差较大, 冬季寒冷漫长, 夏季湿热短暂。全年无霜期80~110 d, 年平均气温-2.6 ℃, 极端最低气温达到-52.3 ℃。年降水量450~500 mm, 降水集中于4—8月, 占全年降水的70%。积雪期长达5个月, 林内积雪深度达30~50 cm。年蒸发量900~1 000 mm, 相对湿度70%~75%。土壤类型主要有棕色针叶林土、灰色森林土和黑钙土等, 土壤偏酸性。区内分布有兴安落叶松林、白桦林、阔叶混交林、针阔混交林和针叶混交林等主要林分类型。主要乔木以兴安落叶松(Larixgmelinii)、樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、蒙古栎(Querus mongolica)、白桦(Betula platyphylla)、黑桦(Betula dahurica)和山杨(Populus davidiana)等。

大兴安岭林业集团下辖3县(漠河、呼玛、塔河)4区(加格达奇、松岭、新林、呼中), 其中, 包括加格达奇、松岭、新林、呼中、韩家园、图强、十八站、塔河、西林吉和阿木尔等10个林业局。据国家林业局公布的大兴安岭林业集团森林资源二类调查数据统计结果(表 1), 天保工程实施前(2000年), 天然林资源面积为614.96万hm², 林木蓄积量为3.90亿m³; 截止到2015年, 林天然林资源面积为627.68万hm², 林木蓄积量为4.51亿m³。

表 1(Table 1)

表 1 大兴安岭林业集团天保工程区森林资源统计 Table 1 Forest resource statistics of NFPP area in Da Hinggan Mountains Forestry Group 林龄 Age 2000年 Year 2000 2015年 Year 2015 面积 Area/104 hm2 比例 Proportion/% 蓄积量 Volume/104 m3 比例 Proportion/% 面积 Area/104 hm2 比例 Proportion/% 蓄积量 Volume/104 m3 比例 Proportion/% 幼龄林 Young forest 147.57 24.00 4 212.20 10.79 152.24 24.25 6 046.14 13.40 中龄林  Half-mature forest 209.63 34.09 16 686.60 42.76 369.83 58.92 29 532.20 65.46 近熟林 Near-mature forest 110.49 17.97 7 587.46 19.44 59.83 9.53 5 369.33 11.90 成熟林  Mature forest 87.41 14.21 6 544.64 16.78 26.46 4.22 2 769.74 6.14 过熟林  Over-mature forest 59.86 9.73 3 992.05 10.23 19.32 3.08 1 397.52 3.10 合计 Total 614.96 100.00 39 022.95 100.00 627.68 100.00 45 114.93 100.00

表 1 大兴安岭林业集团天保工程区森林资源统计 Table 1 Forest resource statistics of NFPP area in Da Hinggan Mountains Forestry Group

森林资源连清数据集来源于国家林业局大兴安岭林业集团的2期(2000和2015年)森林资源二类调查, 包括优势树种、森林资源面积、蓄积量和林龄等。

森林生态连清数据集来源于东北、内蒙古地区所属CFERN的大兴安岭地区及其附近的6个森林生态站(漠河站、嫩江源站、伊勒呼里山站、黑河站、大兴安岭站和伊图里河站), 长期、连续和定位观测数据集。

社会公共数据集来源于农业部、国家卫生计生委和发改委等我国权威机构公布的社会公共数据, 以及参考文献[11-16]。

研究选取的评估指标主要包括涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境和生物多样性保护等, 共计6项20个指标。研究方法及相关评估公式主要依据《规范》和LY/T 2241—2014《森林生态系统生物多样性监测与评估规范》^[17]。

结合上述《规范》, 并采用分布式测算方法^[18], 根据立地条件的不同, 最大限度地考虑到研究区森林生态系统的时空差异性, 将研究区按生态功能区、林业局、优势树种组和林龄来划分为570个相对均质化的生态服务评估单元。侧重探讨大兴安岭林业集团天保工程实施期间的生态效益, 即天保工程实施后(2015年), 相对于天保工程实施前(2000年)的生态产能价值增量。

当现有的野外实际观测值, 不能代表同一生态地理单元和同一目标林分类型的结构或功能时, 需要采用森林生态功能修正系数, 客观地反映同一林分类型在同一区域的真实差异, 进而通过森林生态功能的变化, 修正森林生态服务的变化。其理论公式为

式中:C为森林生态功能修正系数; B_e为评估林分生物量, kg/m³; B_o为实测林分生物量, kg/m³; F为蓄积量与生物量的转换因子; V为评估林分蓄积量, m³。

在森林生态系统服务物质量转化价值量的过程中, 所采用的价格参数往往并非同评估当年的价格参数相对应, 考虑到价格参数时效性问题, 笔者引入贴现率, 将非评估年的价格参数换算为评估当年的价格参数, 进而核算出各项服务功能的现实价值。其公式为

式中:t为存贷款均衡利率, %; D_r为银行平均存款利率, %; L_r为银行平均贷款利率, %; d为贴现率; n为价格参数可获得年份; m为评估年份。

天保工程实施前(2000年)后(2015年)及实施期间, 大兴安岭林业集团林区生态产能各功能项价值量评估结果见表 2。天保工程实施前, 其林区内涵养水源生态产能价值量比重最高, 占该时期总生态产能的25.11%;其次是保育土壤生态产能, 占该时期总生态产能的21.06%。天保工程实施后, 研究区内生态多样性保护生态产能比重最高, 占该时期总生态产能的22.72%;其次是涵养水源生态产能, 占该时期总生态产能的21.02%。此外, 天保工程实施后与实施前相比, 除涵养水源和净化大气环境生态产能比重有所下降以外, 其他4项生态产能比重均有所上升。可见天保工程的实施, 导致了研究区各项生态功能生态产能此消彼长的变化。但总体上, 各项生态功能的生态产能均呈增加趋势, 其中, 固土功能增幅最高, 为113.40, 其次为生物多样性保护功能, 增幅95.53%。各生态产能增加值从大到小依次为生物多样性保护、固碳释氧、保育土壤、涵养水源、净化大气环境和林木积累营养物质。天保工程实施期间, 研究区总生态产能增加1 851.62亿元/a, 增幅69.96%。

表 2(Table 2)

表 2 大兴安岭林业集团天保工程生态产能各功能项价值量动态 Table 2 Value of the NFPP eco-production in Da Hinggan Mountains Forestry Group 功能 Function 指标 Index 2000年 Year 2000 2015年 Year 2015 实施期间 Implementation period 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/ % 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/ % 价值 Value/108 RMB Yuan·a-1) 增幅 Increment/ % 涵养水源 Water conservation 调节水量 Water regulation 664.56 25.11 945.46 21.02 280.90 42.27 保育土壤 Soil conservation 固土 Soil fixation 129.77 4.90 276.93 6.16 147.16 113.40 保肥 Fertility maintenance 427.60 16.16 639.06 14.21 211.46 49.45 固碳释氧 Carbon fixation and oxygen release 固碳 Carbon fixation 84.14 3.18 161.64 3.59 77.50 92.11 释氧 Oxygen release 333.53 12.60 646.25 14.37 312.72 93.76 积累营养物质 Nutrients accumulation 林木积累营养物质 Nutrients accumulation 91.85 3.47 171.04 3.80 79.19 86.21 净化大气环境 Atmosphere environment purification 提供负离子 Negative ion supply 2.30 0.09 4.37 0.10 2.07 90.18 吸收污染物 Pollutant absorption 7.29 0.28 10.58 0.24 3.30 45.27 滞纳 TSP Detaining TSP 382.90 14.47 620.88 13.80 237.99 62.15 滞纳 PM10 Detaining PM10 6.26 0.24 8.91 0.20 2.65 42.37 滞纳 PM2.5 Detaining PM2.5 253.34 9.57 323.65 7.20 70.31 27.75 小计 Subtotal 392.48 14.83 635.84 14.14 243.36 62.01 生物多样性保护 Biodiversity conservation 物种保育 Species conservation 522.68 19.75 1022.01 22.72 499.33 95.53 合计 Total 2 646.61 100.00 4 498.23 100.00 1 851.62 69.96

表 2 大兴安岭林业集团天保工程生态产能各功能项价值量动态 Table 2 Value of the NFPP eco-production in Da Hinggan Mountains Forestry Group

大兴安岭林业集团天保工程区所统计的林分类型主要包括:桦木、落叶松、栎类、樟子松、杨树、柳树和云杉(表 3)。天保工程实施前, 各林分类型生态产能价值占总生态产能价值比重排序为桦木(47.16%)>落叶松(43.89%)>栎类(4.76%)>樟子松(1.83%)>杨树(1.83%)>柳树(0.34%)>云杉(0.19%); 天保工程实施后排序为落叶松(57.18%)>桦木(35.41%)>栎类(3.18%)>杨树(2.36%)>樟子松(1.32%)>柳树(0.29%)>云杉(0.26%)。可见天保工程的实施, 研究区桦木和落叶松生态产能变化较大, 落叶松生态产能增加明显, 上升至首位, 杨树生态产能比例也略有上升。天保工程实施以来, 不同林分类型的生态产能价值量均呈增长趋势, 其中, 落叶松生态产能价值量增幅最高, 为53.29%, 其次是桦木, 为13.01%。可见天保工程的实施, 对研究区不同林分类型生态产能价值量的提升, 起到积极促进作用。

表 3(Table 3)

表 3 大兴安岭林业集团天保工程生态产能不同林分类型价值量动态 Table 3 Value of the NFPP eco-production for different stand type in Da Hinggan Mountains Forestry Group 林分类型 Stand type 2000年 Year 2000 2015年 Year 2015 实施期间 Implementation period 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/% 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/% 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 增幅 Increment/% 桦木 Betula spp. 1 248.26 47.16 1 592.7 35.41 344.44 13.01 落叶松  Larix spp. 1 161.67 43.89 2 571.96 57.18 1 410.29 53.29 栎类  Quercus spp. 125.85 4.76 143.25 3.18 17.4 0.66 樟子松  Pinus sylvestris var. mongolica 48.48 1.83 59.45 1.32 10.96 0.41 杨树 Populus spp. 48.32 1.83 106.22 2.36 57.9 2.19 柳树 Salix babylonica L. 9.08 0.34 13.12 0.29 4.04 0.15 云杉  Picea spp. 4.94 0.19 11.53 0.26 6.59 0.25 合计 Total 2 646.61 100.00 4 498.23 100.00 1 851.62 69.96

表 3 大兴安岭林业集团天保工程生态产能不同林分类型价值量动态 Table 3 Value of the NFPP eco-production for different stand type in Da Hinggan Mountains Forestry Group

大兴安岭林业集团林区天保工程实施前后, 以及期间不同龄林组生态产能价值量评估结果见表 4。2个时期, 各龄林组生态产能价值量从大到小排序均为中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林。通过对比可知, 天保工程实施以来, 中龄林生态产能价值量增幅最多, 达66.05%;其次是幼龄林, 生态产能价值量增幅为17.22%。此外, 近熟林、成熟林和过熟林的生态产能价值量均呈减少趋势。表明天保工程的实施, 对研究区不同龄林组的构成和比例产生了一定影响, 进而导致不同龄林组生态产能价值量的消长变化。

表 4(Table 4)

表 4 大兴安岭林业集团天保工程生态产能各林龄组价值量动态 Table 4 Value of the NFPP eco-production for different age group in Da Hinggan Mountains Forestry Group 林龄 Age 2000年  Year 2000 2015年 Year 2015 实施期间 Implementation period 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/% 价值 Value/(108 RMB Yuan·a-1) 比例 Proportion/ % 价值 Value(108 RMB Yuan·a-1) 增幅 Increment/% 幼龄林 Young forest 635.19 24.00 1 090.82 24.25 455.63 17.22 中龄林 Half-mature forest 902.23 34.09 2 650.36 58.92 1 748.13 66.05 近熟林  Near-mature forest 475.60 17.97 428.68 9.53 -46.91 -1.77 成熟林 Mature forest 376.08 14.21 189.83 4.22 -186.26 -7.04 过熟林  Over-mature forest 257.52 9.73 138.55 3.08 -118.97 -4.50 合计 Total 2 646.61 100.00 4 498.23 100.00 1 851.62 69.96

表 4 大兴安岭林业集团天保工程生态产能各林龄组价值量动态 Table 4 Value of the NFPP eco-production for different age group in Da Hinggan Mountains Forestry Group

大兴安岭林业集团天保工程实施十几年来, 各生态功能项生态产能总价值增加1 851.62亿元/a, 相当于天保工程总投资的1.03倍。国外有类似的林业生态工程, 也取得了相当大的成就。美国“罗斯福工程”, 从1934年至1942年间, 植树达2.17亿株, 保护了162万hm²的农田, 涉及3.02万个农场; 苏联“斯大林改造大自然计划”, 从1949年到1953年, 共营造防护林287万hm², 其中保存了184万hm²; 印度自实施“社会林业计划”后, 从1973年至1995年底, 保护和管理的森林面积达5 600万hm², 占全国森林面积的87.5%, 并被联合国粮农组织评价为发展中国家林业发展的典范^[19]。由此可见, 类似于天然林资源保护工程的林业生态工程, 无论在国内还是国外, 都具有重大生态价值和国家战略意义。

大兴安岭林业集团天然林资源保护工程的实施, 停伐减产促进了天然林的保护, 减少森林资源消耗, 基本维持森林蓄积量和植被覆盖度, 保证天然林在自然状态下正常生长, 进而使其生态系统功能得到正常发挥, 且有所提升。大兴安岭林业集团天保工程实施以来, 固土及生物多样性保护功能作用突出, 分别提升113.40%和95.53%。可见停伐减产对林区生态产能价值的发挥起到决定性作用。

天保工程实施后, 大兴安岭林业集团天保工程区森林生态系统减少了水土流失、增加了土壤肥力、增强了森林碳汇、增加了林木营养物质积累、净化了大气环境以及提高了生物多样性(表 2)。天保工程的实施, 有效地缓解了大兴安岭林业集团森林植被持续退化。合理有效地对森林实施保护, 随着后续天保工程的实施及林区中幼林逐渐发育, 使得森林的蓄积量及各项生态产能, 具有很大的增长空间, 林区生态产能发展潜力巨大。

在今后工程实施过程中, 加强林区森林培育、管护和完善社会保障体系, 是保障天保工程生态产能发挥和提升的重要举措。对保存完好的原始林和受干扰程度较轻的天然林, 实行严格的管护措施, 对退化的天然次生林, 采取自然作用辅以人为干预方式进行修复, 这些政策措施的实施, 极大地提高了天然林生态系统对生物多样性的保护作用; 对林间空地和郁闭度较低的林分, 实施补植补造, 对需要抚育经营的林分, 实施抚育补植, 这些措施的落实, 一方面有助于生物多样性功能的发挥, 另一方面突出增加了地表覆盖物, 有利于天然林涵养水源功能的发挥; 同时, 地表植被覆盖的大面积增加, 有助于加速土壤养分循环, 改善土壤结构, 发挥固土保肥的功效。此外, 还有助于提升植被和土壤的固碳能力。加强和健全制度体系建设, 完善法律和标准体系, 依据有关法律, 加快推进天然林保护立法进程, 用法律规章规范天然林保护行为, 尽快实现依法严格保护。充分发挥资金使用效益, 确保天然林保护的实施成效。建立可操作的森林管护、森林培育和生态效益监测评估体系, 细化天然林保护的考评考核体系, 完善森林管护、森林培育的操作细则, 科学推进天然林保护的顺利实施。

笔者引用的社会公共数据集, 是引用黑龙江省和国家权威部门公布的公共数据, 尽量使价值量的评估值趋近现实值; 但由于区域的差异性, 数据引用的细化和针对性有待进一步研究。此外, 基于森林不同优势树种滞尘价值进行评估, 而相同质量的森林, 处于城市和山区, 对大气滞尘的贡献不尽相同; 因此, 有待进一步对接近城区和山区的森林滞尘价值进行区分研究。