全 文 ：第 wv卷 第 v期
u s s z年 v 月
林 业 科 学
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马尾松林火灾后生态效益损失动态评估
肖化顺 张 贵 刘大鹏
k中南林业科技大学测绘学院 长沙 wtssswl
摘 要 } 依据林分生长规律和经营模式 o建立生态效益损失动态评估模型 ~对广州从化 vs年生马尾松林分森林
火灾后 o经过人工更新的林分 wx年内所产生的生态效益进行模拟 o认为该林分若未遭受森林火灾 o封山育林模式
的生态效益最大 ~灾后更新林分需要 vs年才能恢复相当于灾前林分的生态效益 ~其间生态效益的损失量为传统
静态定量估算的 ux q|u倍 ∀如果林分采取 vs年轮伐的经营模式 o在第 t|年左右时轮伐林分和灾后更新林分所产
生的生态效益平衡 ~此后人工更新林分的生态效益渐高 o而受灾林分经人工更新后第 tz年时的生态效益近似于轮
伐林分的稳定值 ∀轮伐型所带来的总效益在前 y年大于封育型的总效益 o但第 z年以后其总效益开始小于封育型
经营模式的生态效益 ∀
关键词 } 马尾松林 ~森林火灾 ~生态效益损失 ~经营模式 ~动态评估
中图分类号 }≥zyu 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsv p ssz| p sx
收稿日期 }ussy p sv p uv ∀
基金项目 }国家自然科学基金kvswztv|tl o国家林业局十五科技项目kusst天保 x号l o广州市重大科技项目资助kussust|zl ∀
∆ψναµιχ Εστιµατινγ οφτηε Λοσσ οφ Εχολογιχαλ Βενεφιτσ αφτερ Φορεστ Φιρειν Πινυσ µασσονιανα Φορεστσ
÷¬¤² ‹∏¤¶«∏± «¤±ªŠ∏¬ ¬∏⁄¤³¨ ±ª
k Χολλεγε οφ Συρϖεψινγ ανδ Μαππινγ o ΧεντραλΣουτη Υνιϖερσιτψοφ Φορεστρψ & Τεχηνολογψ Χηανγσηα wtssswl
Αβστραχτ} „¦¦²µ§¬±ª·² ªµ²º·« ³¨µ¬²§²©©²µ¨¶·¶·¤±§¤±§ °¤±¤ª¨ °¨ ±·³¤·¨µ±o·«¨ ³¤³¨µ¤§√¤±¦¨¶·«¨ §¼±¤°¬¦ °²§¨¯·²
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Κεψ ωορδσ} Πινυσ µασσονιανα©²µ¨¶·¶~©²µ¨¶·©¬µ¨ ~ ²¯¶¶²© ¦¨²¯²ª¬¦¤¯ ¥¨ ±¨ ©¬·¶~°¤±¤ª¨ °¨ ±·°²§¨ ~§¼±¤°¬¦ ¶¨·¬°¤·¬±ª
目前 o国外森林生态效益评估方法主要分为 u类 }替代市场技术类评估方法和模拟市场技术类评估方法
k魏汉林等 ot||z ~ƒ„’ ot||xl ∀近年来 o我国运用劳动价值论 !级差地租论 !最佳效能理论和节约理论研究
森林生态效益也取得很大成绩k周毅 ot||{ ~ ƒ„’ ot||zl o但多只是静态地计算生态效益损失量k张景忠 o
usss ~杨美和等 ot||t ~侯有刚等 ot||u ~严国清 ot||| ~蔡体久等 ot||x ~田旭朝 ot||y ~张国防 ot||{ ~韩
恩贤等 ot||{ ~冯乃祥等 ousss ~张景忠等 ousstl ∀很显然 o灾后的生态效益损失和恢复与灾前经营模式有
关 ~不能静止地看待森林火灾生态效益损失问题 o并且火灾影响具有后效力 ∀因此 o依据林分生长规律及森
林经营模式 o动态评估森林生态效益 o有助于反映森林火灾灾后生态效益损失的实质 ∀
t 评估指标的确定
国家/九五0攻关专题/林业生态工程管理信息系统 }效益观测与效益评价技术研究0中 o把森林生态效益
界定为下列 ts项k郎奎建等 ousssl ∀tl涵养水源 }包括涵养水源 !削减洪峰 !延长供水期增加供水量 v方面 o
常用评估方法有农业灌溉费法 !水量平衡法 !市场价值法等 ∀ul水土保持 }包括固土 !保肥 !防止泥沙滞留 v
方面 o计算方法主要是与无林地的固土保肥 !滞留效能相比较 ∀vl抑制风沙 }森林或林带有降低风速 o抑制风
沙作用 o推迟或截住沙漠化和半沙漠化过程 ∀效益估算要将固沙效益转成造田 !护田的效益 ∀wl改善小气
候 }森林生态系统能调节区域小气候 o且效益大小与林分的类型 !龄组 !郁闭度有关 ∀xl吸收二氧化碳 }火灾
影响森林吸收二氧化碳 o一般地 o损失评估计算方法是将森林火灾造成的林分蓄积的损失量乘以 t °v 林木
净吸收二氧化碳量 ∀yl净化大气 }包括释放氧气 !滞尘作用 !吸收有毒物体作用 !杀菌作用 ∀可采用5中国森
林环境资源价值评估6和5中国生物多样性国情研究报告6中的计算标准 ∀zl减灾 }良好的森林生态系统能保
护土地和水资源 o减少作物的病虫害 o保障和提高了农业生产的稳定性 o森林火灾后使森林的防旱涝灾害效
益减小甚至丧失 ∀{l消除噪声 }森林浓密的枝叶对噪音声源起着隔离的作用 o并且树木的枝叶将噪音散射到
各个方向 o分散了强度 ∀我国用/支付意愿法0来估算森林消除噪音的价值 ∀|l森林游憩 }主要指已开展森林
旅游业的林区和城市森林公园 !自然保护区 !森林风景区 !以及以森林景观为主的旅游地的效益 o常用的评估
方法有旅行费用法和条件价值法 ∀tsl保护野生生物 }灾后对野生动植物保护效益损失的计量比较复杂 o对
于某些稀有动植物资源 o一般按因受火灾造成减产数量来计算 ∀
u 生态效益损失动态评估模型的建立
211 模型的假设条件
森林生态效益损失评估涉及的变量多 o为简化分析过程 o评估时做如下假设 }tl林分各种生态效益在林
分生长一定时间范围内与林分年龄呈正相关 ~ul林木的生长符合某一生长方程 ~vl森林火灾后第 u年进行
迹地更新 o更新树种与灾前树种相同 ~wl把林木生长模型与评价模型联系起来 o一般地 o采用通用性好的
•¬¦«¤µ§¶生长模型 o林分生态效益 Ψ只与时间 τ有关 ∀即
Ψ € Γkτl € 6
ts
ι € t
Κιφιkτl o ktl
式中 φιkτlkι € t ou o, otsl表示森林在上述 ts个生态指标方面各自产生的效益与时间建立联系后的表达
式 ~ Κ表示亚变量 o其取值为 s或 tk如果评估时某指标需要计算 o取值为 t否则为 sl ∀
若某一地域有 τkτ € t ou ov o, oµl年生的林木 o则式ktl可写为
Ψ € 6
µ
τ€ t
κτΓτkτl o kul
式中 Ψ为森林生态效益 ~ Γτkτl为 τ年生林木各个生态指标产生的生态效益之和 ~ κτkτ € t ou o, oµl为 t个
亚变量 o其取值为 s或 tk林地中如存在 τ年生林木 oκτ 取值为 t o否则为 sl ∀式kul对于同龄林或异龄林生态
效益的计算均适用 ∀
212 模型的理论推导
首先计算受灾林分如未发生森林火灾情况下 ν年内产生的综合效益 ∀以年为区分段 o可以分为 ν个阶
段 o这部分林地每年都有 t个经营计划 oν年之后使其产生的效益最大 ∀把每个阶段开始时的客观条件称为
状态 o用于描述各阶段状态的变量称为状态变量 o常用 σκ表示 κ阶段的状态变量 o状态变量 σκ的取值集合称
为状态集合 o用 Σκ表示 ∀某阶段状态一旦确定 o这阶段后一状态的发展不受以前各阶段状态影响 ∀即第 ι
年的经营计划结束后 o对以后的影响只与第 ι年结束时的状态有关 o而与kι p tl年以前的状态无关 ∀
根据当前各阶段的状态 o可以做出不同的决策 o从而确定下一阶段的状态 ∀这里表示决策的变量称为决
策变量 o用 υκkσκl表示第 κ阶段当状态为 σκ时的决策变量 ∀实际问题中 o决策变量的取值往往限制在一定
范围内 o我们称此范围为允许决策集合 o常用 ∆κkσκl表示第 κ阶段从状态 σκ 出发的允许决策集合 o显然有
υκkσκl Ι ∆κkσκl ∀
各阶段决策确定后 o整个问题的决策序列就构成一个策略 ∀为了便于对决策序列的描述 o用 Πtν € ¾υt
kσtl υukσul ,υνkσνlÀ表示 ∀对每个实际问题 o可供选择的策略有一定范围 o称为允许策略集合 o记作 πt oν o使
整个问题达到最优效果的策略就是最优策略 ∀实际森林经营过程中 oν年里林分综合效益达到最大的策略
就是最优策略 ∀
在规划中 o当前阶段的状态往往是上一阶段状态和上一阶段的决策结果 ∀如果给定了第 κ段的状态 σκ o
s{ 林 业 科 学 wv卷
本阶段决策为 υκkσκl o则第kκn tl段的状态 σkκn tl也就完全确定 o他们的关系为 σκn t € Τκkσκ oυκl ∀它表示由
κ段到kκn tl段的状态转移规律 o称为状态转移方程k胡运权 oussvl ∀用于衡量所选定策略优劣的数量指
标称为指标函数 o它分为阶段指标函数和过程指标函数 u种 ∀阶段指标函数是指第 κ阶段 o从状态 σκ 出发
采取决策 υκ时的效益 o用 δkσκ oυκl表示 ∀而一个 ν段决策过程 o从 t到 ν叫做问题的原过程 o对于任意一
个给定的 κkt [ κ [ νl o从第 κ段到第 ν段的过程称为原过程的一个后部子过程 ∀用 ςt oνkσt oπt oνl表示初始
状态为 σt 采用策略为 πt oν时原过程的指标函数值 o而 ςκoνkσκ oπκoνl表示在第 κ段 o状态为 σκ 采用策略 πκoν
时 o后部子过程的指标函数值 ∀最优指标函数记为 φκkσκl o它表示从第 κ段状态 σκ采用最优策略 π 3κoν到过程
终止时的最佳效益 ∀ φκkσκl与 ςκoνkσκ oπκoν间的关系为
φκkσκl € ςκoνkσκ oπ 3κoνl € οπτΠκoν Ι Πκoνςκoνkσκ oπκoνl ∀ kvl
当 κ€ t时 oφtkσtl就是从初始状态 σt 到全过程结束的整体最优函数 ∀
对于某一研究对象 o已知单位面积的生态效益函数为 ρkτl oτ年的管理和护理费用为 υkτl以及林木更
新后的生态效益为 χkτl的条件下 o在 ν年内的每年年初做出决策k即是否采伐及采伐方式l o使 ν年内总生
态效益最大 ∀ α为折扣因子ks [ α [ tl o表示 t年以后的收入价值相当于现年的 α单位 ~建立林木的动态规
划模型 ∀
用阶段 κkκ€ t ou o, oνl表示经营计划中林木生长的年数 ~状态变量 σκ }表示第 κ年初 o林木的生长年
龄 ~决策变量 ξκ }表示第 κ年初更新还是保留生长的林地 o分别用 Ρ和 Κ表示 ∀则状态转移方程为
σκnt €
σκ n t 当 ξκ € Κ
t 当 ξκ € Ρ o
阶段指标为
ϖϕkσκ oξκl €
ρκkσκl p υκkσκl 当 ξκ € Κ
ρκksl p υκksl n χκkσκl 当 ξκ € Ρ o
指标函数为
ςκoν € 6
ν
ϕ€ κ
ϖϕkσκ oξκl kκ € t ou o, oνl ∀
最优指标函数 φκkσκl表示第 κ年初 o有一部分已生长了 σκ年的林木 o到第 ν年末的最大生态效益 o则可
得如下的逆序动态规划方程
φκkσκl € ¤¬ξ € Κορ Ρ¾ϖϕkσκ oξκl n ΑφκntkσκntlÀ κ € ν oν p t o, ot
φk νntlkσk νntll € s ∀
实际上
φκkσκl € ¤¬
ρκkσκl p υκkσκl n Αφκntkσκ n tl 当 ξκ € Κ
ρκksl p υκksl n χκkσκl n Αφkκntlktl 当 ξκ € Ρ ∀
有了正常生长情况下森林经营的最佳决策 o就可以全面评估森林火灾后林分的效益损失量 ∀正常情况
下 o由以上动态规划模型可以计算出在一段时间内的最佳利用方案 π 3t oν¾υtkσtl oυukσul o, oυνkσνlÀ o并且
得出最佳方案中的每一阶段的指标函数 δkσκ oυκl ∀火灾发生后经过人工更新 o林分的生态效益会逐渐得到
恢复 ∀为了便于进行计算 o用 Ψk µl来表示在火灾后第 µ 年时的生态效益 o则由于遭受火灾而造成的生态
效益损失为
Γ € 6
ν
κ€ t
≈ δkσκ oυκl p Ψkκl  o kwl
式中 Γ为森林遭受火灾后的一个轮伐期 ν年内的生态效益损失 ~ δkσκ oυκl为第 κ段 o从状态 σκ 出发 o采取
决策 υκ时的生态效益 ~ Ψkκl为火灾后的第 κ阶段时森林产生的生态效益 ∀
v 实例分析
以 ussw年 ts月 ty日广州市从化区某林场发生的 t次森林火灾为例 ∀这次受灾面积 xw «°u o林分的主
t{ 第 v期 肖化顺等 }马尾松林火灾后生态效益损失动态评估
要类型为 vs年生马尾松k Πινυσ µασσονιαναl林 o立地指数 t{ o郁闭度为 s1z o年平均林分材积生长率约 y1u h o
受损蓄积量为 { z|y1u °v ∀主要易燃物有芒萁k ∆ιχρανο πτερισ πεδαταl !松针 !杂灌木等 o平均易燃物量为 tv
·#«°pu ∀若应用传统计算方法即替代市场技术类评估方法 o依据调查数据 o估算因火灾造成的各项森林生态
效益损失量 o生态效益损失量为 vtv ty|1x元 ∀
利用所建的动态评估模型 o重新计算生态效益损失量 o并对模型进行一些简化 }折扣因子 ¤取值为 t ~轮
伐型考虑其生态效益的同时 o还计算因轮伐带来的经济效益≈上述立地条件下 o按产原条 tvx °v#«°pu o造林
护林费用取 v sss元#«°pu o采伐费用为 tss元#°pv o原条市场价按 wss元#°pv ∀林木更新后的生态效益用
式kul计算  ∀利用  „׏„…软件编程计算 o模拟计算灾后 wx年内生态效益损失动态变化 o如表 t ∀
表 1 森林火灾生态效益损失动态评估表
Ταβ .1 ∆ψναµιχ εστιµ ατινγ οφ τηελοσσ οφ εχολογιχαλ βενεφιτσ οφ φορεστ φιρε 元 ¼∏¤±
年份
≠ ¤¨µ
封育型
生态效益
…¨ ±¨ ©¬·¶²©
©²µ¨¶·¦²±¶¨µ√¤·¬²±
k…ƒ≤l
灾后更新型
生态效益
…¨ ±¨ ©¬·¶
²©©²µ¨¶·¤·¬²±
k…ƒl
轮伐型
生态效益
…¨ ±¨ ©¬·¶²©
¤¯·¨µ±¤·¬±ª
∏¯°¥¨µk…„l
轮伐型
总效益
ײ·¤¯ ¥¨ ±¨ ©¬·¶
²©¤¯·¨µ±¤·¬±ª
∏¯°¥¨µkׅ„l
封育型与灾后
更新型生态
效益差值
…ƒ≤ p …ƒ
轮伐型总效
益与封育型
效益差值
ׅ„p …ƒ≤
轮伐型与灾
后更新型生态
效益差值
…„p …ƒ
t vuu |zz1z{ s vtu utt1{x v{y wyt1{x vuu |zz1z{ yv w{w1sz vtu utt1{x
u vvt |xx1u{ s1ssz u vs| {uw1|v v{y tv{1z| vvt |xx1uz xw t{v1xt vs| {uw1|u
v vws twv1vs |1t{ vsy tu|1z{ v{w vuy1ss vws tvw1tu ww t{u1zs vsy tus1ys
w vwz yuw1wy {v1ty vst uzz1yt v{t t|v1y{ vwz xwt1vs vv xy|1uu vst t|w1wx
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tx v|x ssx1tw zy |zu1y{ usy {xs1tz u|z yx{1y{ vt{ svu1wy p |z vwy1wy tu| {zz1w|
ty v|z tyy1uu |v {wz1tw t|z {us1sz u{| tux1ws vsv vt|1s{ p ts{ sws1{u tsv |zu1|v
tz v|| tt|1ws ttt xxu1tu t{| twx1|{ u{s |ss1vv u{z xyz1u{ p tt{ ut|1sz zz x|v1{y
t{ wss {yx1uu tu| z|{1t{ t{s {yy1|v uzv suu1yv uzt syz1sw p tuz {wu1x| xt sy{1zx
t| wsu wsv1tw tw{ uxt1ys tzv sts1v{ uyx xt|1yv uxw txt1xw p tvy {{v1xt uw zx{1z{
us wsv {tx1z{ tyy yut1{y tyx yut1{| ux{ wxx1|s uvz t|v1|u p twx vx|1{{ p |||1|z
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vt wtu uwt1yz vuu |zz1z{ ttx zxw1xw t|s ssw1xw {|u yv1{| p uuu uvz1tv p usz uuv1uw
vu wtu ytx1vx vvt |xx1u{ ttx zxw1xw t|s ssw1xw {sy ys1sz p uuu ywy1{t p uty uss1zw
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wu wtw |u{1xy v{y |ss1u{ ttx zxw1xw t|s ssw1xw u{s u{1u{ p uuw |uw1su p uzt twx1zw
wv wtx sws1sw v{| {|u1|y ttx zxw1xw t|s ssw1xw uxt wz1s{ p uux svx1xs p uzw tv{1wu
ww wtx txt1xu v|u x|w1x{ ttx zxw1xw t|s ssw1xw uux xy1|w p uux twy1|{ p uzy {ws1sw
wx wtx uu{1|z v|x ssx1tw ttx zxw1xw t|s ssw1xw uss uv1{v p uux uuw1wv p uz| uxs1ys
合计
ײ·¤¯ ∃ ∃ ∃ ∃
{ tt{ yut1{|
k前 vs年 ≠ ¤¨µt p vsl ∃
x |t{ xxs1uy
k前 t|项 t¶·p t|·«l
u{ 林 业 科 学 wv卷
从模拟结果可知 o产生最大生态效益的决策是每年的砍伐量为 s o即采用封山育林经营方式 ∀而火灾后
更新林分第 vs年的生态效益kvtv ty|1uu元l才能完全恢复到灾前的生态效益 o其间所造成的生态效益损失
总量为 { tt{ yut1{|元 ~用此种方法计算得出的损失是传统计算方法k替代市场技术类评估方法l的 ux1|u
倍 ∀若 vs年为轮伐周期 o采用区划轮伐 o得知该林分的生态效益与灾后人工更新 t|年左右时所产生的生态
效益基本平衡 ~与轮伐型生态效益相比 o则第 us年到第 vs年间的生态效益为灾后人工更新后的林分高 ~而
第 vs年到 wx年轮伐林分的生态效益趋于稳定状态 ~由于轮伐型能带来经济效益 o在生态效益中加上其经
济收入得到总效益 o由模拟计算得知轮伐型总效益前 y年超过了封育型生态效益 ∀但第 z年后封育型的生
态效益大于轮伐型总效益 o随着时间的延长封育型生态效益与轮伐型总效益差值不断扩大 ∀
w 结论与讨论
tl 从模拟结果可知 o采取封山育林经营模式 o林分的生态效益最大 o而受灾后人工更新林分需要 vs年
才能完全恢复到受灾前林分所发挥生态效益 ~用该动态评估模型计算 o得知其生态效益损失量是传统计算
方法k替代市场技术类评估方法l的 ux1|u倍 ∀
ul若轮伐期为 vs年 o采用区划轮伐 o则第 t|年左右时轮伐型与灾后人工更新型产生的生态效益量基本
平衡 ∀而后则以受灾后人工更新林分所产生的生态效益高 ∀
vl 轮伐型在 vs年后产生的生态效益渐趋于稳定 o而受灾林分第 tz年时其生态效益即近似于这个稳定
值 o因此可认为这期间受灾林分的生态功能恢复到轮伐型所能发挥稳定的生态效益状态 ∀
wl 若考虑到轮伐型带来的经济效益 o轮伐型总效益在前 y年超过了封育型的生态效益 o但第 z年以后
其总效益开始小于封育型经营模式所的生态效益 ∀
xl 模型假设条件是林分的生态效益在一定的时间范围内与林分的平均年龄呈正相关 o一般情况这一假
设只适合林分生长期从幼龄林到防护成熟前这一范围 o否则模型的模拟计算会产生较大误差 ∀由此 o如果模
型的模拟计算结果产生较大误差时 o就可以考虑林分年龄已达到或超过了防护成熟龄 o由此可推定该立地条
件下林分的防护成熟龄 ∀
参 考 文 献
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k责任编辑 朱乾坤l
v{ 第 v期 肖化顺等 }马尾松林火灾后生态效益损失动态评估