全 文 ：第 v{卷 第 x期
u s s u年 | 月
林 业 科 学
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≥¨ ³qou s s u
杉木人工林采伐后净化大气环境效能损失的评价
康文星 田大伦 张合平
k中南林学院 株洲 wtussyl
摘 要 } 本文依据国家重点野外科学试验站会同站的定位观测资料 o着重分析了杉木人工林采伐后 o净化大
气功能及其效益的损失 ∀杉木林采伐后 o生态系统吸收 ≤’u 和释放 ’u 的作用大大削弱 o因乔木层光合作用消
失 o每年 ≤’u 的固定减少 tz quw·#«°pu o’u 的释放减少 tw qzv·#«°pu o而采伐迹地多释放 ≤’uty qyw·#«°pu ~同
时也大大降低了对气态有机污染物的净化功能 o每年少净化气态有机污染物 | qzzx·#«°pu ∀采用等效益相关
代替法 !拟市场价值法对生态系统功能损失的价值进行定量评估 o因 ≤’u 固定和 ’u 释放减少 !迹地 ≤’u 释放
增加和净化有机污染物等功能的效益损失分别为 u {yu元#«°pu¤pt !{ {v{元#«°pu¤pt !u zyu元#«°pu¤pt和
x {yx元#«°pu¤pt o杉木林采伐后 o净化大气环境效能损失的价值高达 us vuz元#«°pu¤pt ∀
关键词 } 杉木人工林 o生态系统 o净化大气环境 o评价
收稿日期 }usss2tt2uz ∀
基金项目 }国家重点野外科学观测试验站及国家林业局重点项目k编号 }usst2szl的部分内容 ∀
ΑΝ ΑΠΠΡΑΙΣΑΛ ΟΝ ΤΗΕ ΛΟΣΣ ΟΦ ΤΗΕ ΦΥΝΧΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΕΧΟΝΟΜΙΧ ΒΕΝΕΦΙΤ
ΟΦ ΕΧΟΣΨΣΤΕΜΙΝ ΠΥΡΙΦΙΧΑΤΙΟΝ ΟΦ ΑΤΜΟΣΠΗΕΡΕ ΕΝςΙΡ ΟΝΜΕΝΤ ΑΦΤΕΡ
ΧΗΙΝΕΣΕ ΦΙΡ ΠΛΑΝΤΑΤΙΟΝ ΧΛΕΑΡ2ΧΥΤ
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kΧεντραλ2Σουτη Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ζηυζηουwtussyl
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·«¨ ©¬¬¤·¬²± ²©≤’u ¥¼ tz quw·#«°pu¤p t ¤±§·«¨ °¨¬¶¶¬²± ²© ’u ¥¼ tw qzv·#«°pu¤p t o¤±§·«¨ µ¨¯¨ ¤¶¨ ²© ≤’u º¤¶§¨2
¦µ¨¤¶¨§¥¼ty qyw·#«°pu¤p t o¤±§| qzzx·#«°pu¤p t º¤¶¯ ²¶·¬±·«¨ ³∏µ¬©¬¦¤·¬²±©∏±¦·¬²±²©ª¤¶¨²∏¶²µª¤±¬¶°q…¼·«¨ ¦¨²2
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¤p t µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ §∏¨ ·²·«¨ §¨¦µ¨¤¶¨ ²©©¬¬¨ §≤’u ¤±§ °¨¬·¨§’u ou zyu ¼∏¤±#«°pu¤p t §∏¨ ·²·«¨ °²µ¨ µ¨¯¨ ¤¶¨ ²©≤’u o
¤±§x {yx ¼∏¤±#«°pu¤p t §∏¨ ·²·«¨ ¯¨¶¶³∏µ¬©¬¦¤·¬²±²©ª¤¶¨²∏¶²µª¤±¬¦³²¯ ∏¯·¤±·¶q׫¨ ·²·¤¯ ²¯¶¶²© ¦¨²¶¼¶·¨°. ¶³∏µ¬©¬¦¤2
·¬²± ¥¨ ±¨ ©¬·²©¤·°²¶³«¨µ¬¦ ±¨√¬µ²±°¨ ±·º¤¶¤°²∏±·¨§·²us vuz ¼∏¤±#«°pu¤p t q
Κεψ ωορδσ} ≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µo∞¦²¶¼¶·¨°o°∏µ¬©¬¦¤·¬²± ²©¤·°²¶³«¨µ¬¦ ±¨√¬µ²±°¨ ±·o…¨ ±¨ ©¬·¯²¶¶o„³³µ¤¬¶¤¯
森林采伐能带来一定的经济效益 o但是过量的采伐或滥伐 o将使生态失衡 o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k康文星等 oussul ∀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 o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 o进一步促进森林资源公益效能综合评价体系的建立 o将自然资源和环境价值引入
国民经济核算体系 o体现国民经济可持续发展的量化指标 ∀
t 研究方法
111 林地 ≤’2 释放量的测定
采用田间容量法 !…¤k’‹lu 吸收 !‹≤¯ 滴定 o在采伐迹地选取多个样点 ∀t||t ∗ t||v年 o每年 v月初
到 tt月底 o每月测定 v ∗ x §o每次每点重复测定 v ∗ w次 o并且每月进行一次昼夜变化测定 ∀
112 有机化合物的测定
按照环境污染分析方法的要求 o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 o用 …¨ ¦®°¤±±分光光度计扫描 ~用 ‹°2x{|s气相色谱分离 ~用 ‹°2x|{{气相色谱 ) 质谱 ) 计
算机联用仪检索 ∀
v 结果与分析
2 .1 释放 ’2 效益损失
森林绿色植物的光合作用过程 o实质上是消耗光能 !吸收 ≤’u 和 ‹u ’ !产生有机物质并释放 ’u 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 o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 o绿色植物消失 o这种作用也就不复存在 ∀对森林采伐少释放 ’u
的量进行经济评价时 o首先得计算出森林能释放 ’u 的量 o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 ’u o近年来我们只做了单株林木的测定工作 o对森林群落光合作用速率的测
定 o目前难度较大 ∀因此 o本文采用目前一种较为流行的可行的方法 o即借助光合作用化学方程式 }
y≤’u n y‹u ’ n u{ vtz vus€ ≤y ‹tu ’y n y’u
并通过光合产物 ) 生物量转换 ’u 释放量的方法 ∀
前苏联的研究结果表明 o每生产 t·干物质可释放 t qv|v ∗ t qwuv ®ª ’u ∀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 ’u 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 o乔木层生物量 uzz1zs·#«°u o林下植被层生物量 s qyt·#«°uk见表
tl o年平均净生物量 tt qsw·#«°u o除叶片外 o还有 ts qxu·#«°u ∀若生产 t·杉木有机干物质释放 ’u 平均
为 t qw·o则杉木林每年可释放 tw qzv·#«°pu的 ’u o我国化工氧气售价平均约 yss元#·pt o由此可得到杉
木林采伐后损失净化大气效益价值 { {v{元 ∀
2 .2 固定 ≤’2 效益损失
对森林群落光合作用的测定 o难度较大 o目前尚无法实测得到一个森林群落在单位时间内固定的
≤’u ∀因此 o大都通过生物量测定来推算 o其途径有二 }一是分析木材纯 ≤ 含量 o再推算光合作用固定
≤’u 量 ~二是根据植物光合作用反应方程式推算出每生产 t ·干物质需要固定多少 ≤’u ∀本文采用第 u
种方法 ∀根据光合作用反应方程式 o每生产 t·干物质需吸收 t qyv| ·≤’u ∀杉木林每年生产 ts qxu ·#
«°pu干物质 o固定 ≤’u tz quw·#«°pu ∀
表 1 采伐前杉木人工林的生物结构
Ταβ .1 Τηε βιοµασσ χονστρυχτιον οφ α Χηινεσεφιρ πλαντατιον εχοσψστεµ k·#«°pul
项目
°¤µ¤° ·¨¨µ
杉木人工林生物量 …¬²°¤¶¶²© ≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µ³¯¤±·¤·¬²±
干材 ×µ∏±® 干皮 …¤µ® 枝 ׺¬ª 叶 ¨¤© 根 •²²· 合计 ≥∏°
林下植被
Šµ²∏±§√¨ ª¨·¤·¬²±
净生物量
‘¨·¥¬²°¤¶¶ t{z qxy vt q{y tx qzw tu q|x u| qx| uzz qzs s qyt
年均净生物量
„±±∏¤¯ ³µ²§∏¦·¬²± ²©¶·¤±§ z qwv t qu{ s qyv s qxu t qt{ tt qsw
计算固定 ≤’u 价值的方法目前较流行的是使用碳税率法 o即在各种生产活动过程中 o向大气排放
≤’u 量超过标准 o超过的量交纳税金 o这种碳税制限制了 ≤’u 等温室气体的排放 ∀本文估算森林采伐后
少固定 ≤’u 的效益损失时 o采用了美国碳税率即多释放 t·≤’u 税金为 us美元ktyy元l o由此推算 o杉木
林采伐后 o每年因少固定 ≤’u 而造成效益损失 u {yu元#«°pu ∀
xt 第 x期 康文星等 }杉木人工林采伐后净化大气环境效能损失的评价
2 .3 土壤多释放 ≤’2 的效益损失评价
森林在生长过程中吸收和固定 ≤’u 并长期地保存起来 o而且通过凋落物到有机质的过程 o有一部
分 ≤’u 存贮在林地土壤内 o森林成了吸收 ≤’u 的库 ∀森林砍伐后 o不仅失去了绿色植物对大气 ≤’u 的
固定作用 o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 o对地表面产生热负荷 o使地表面和土壤的水热条件发生了很大变化 o加速土壤中有机质矿
化速度和微生物的生命活动 o加大土壤向大气排放 ≤’u 量 o成为向大气排放 ≤’u 的主要来源 ∀
表 2 不同林地土壤释放 ΧΟ2 速率
Ταβ .2 Τηεσοιλ ΧΟ2 εϖολυτιον ρατε ον τηεφορεστ ανδ χυτ2οϖερ αρεα kª#°pu«p tl
类型
×¼³¨
平均值
 ¤¨± √¤¯∏¨
变化范围
∂¤µ¬¤·¬²±µ¤±ª¨
标准差
≥·¤±§¤µ§§¨√¬¤·¬²±
变异系数
≤²¨©©¬¦¬¨±·²©√¤µ¬¤·¬²±
样本数
‘∏°¥¨µ¶²©¶³¨¦¬°¨ ±
有林区 ƒ²µ¨¶· s qvyx v s qtss x ∗ s qx|| s s qtw v{ uw
采伐迹地 ≤∏·2²√¨ µ¤µ¨¤ s qxvu w s qts{ x ∗ s q{{y x s qut s qws uw
研究结果表明 o采伐迹地土壤向大气排放 ≤’u 的速度 !变化范围 !标准差以及变异系数均大于林地
k表 ul ∀采伐迹地土壤排放 ≤’u 速率平均 s qxvu wª#°pu«p t o林地 s qvyx v ª#°pu«p t o采伐迹地比有林区
多排放 s qtyz t ª#°pu«p t ∀通过计算得出 o每年采伐迹地土壤排放的 ≤’uwy qyw·#«°pu o比有林地kvu qss
·#«°pul o多 ty qyw·#«°pu ∀根据碳税率法 o多排放 t·≤’u o交纳 tyy元税金 o这样杉木林采伐后 o每年因
土壤多排放 ≤’u 的经济损失为 u zyu元 ∀
2 .4 对环境气态有机污染物的净化效益损失
一般植物 o特别是森林树木具有作为有机污染物质蓄积库的作用 o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 o所遇到的第一个作用层面是起伏不平的森林冠层 o或者被枝叶吸附 o
或被冠层表面束缚 ∀如果伴随大气降水遇到林冠层 o有可能在植物枝叶表面溶解 o森林通过这些作用使
污染物离开对人畜产生危害的环境 o即意味着森林形成了污染物的归宿 ∀森林采伐后 o对环境污染物的
净化功能也就消失了 ∀
我们采用 …¨ ¦®°¤±±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 o多达 {s种以上的有机化合物参与了杉木林的水文学过
程k表 vl ∀有机化合物中有些是重要的环境污染物 o如 t ou ov ) 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 v可知 o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 o表 v中代码为 vt的化合物 o冠上降水中的含量为 s qs{s
Λª#pt o穿透水中为 s qsty Λª#pt o茎流 s qsuy Λª#pt o地表径流 s qsut Λª#pt o地下水 s qsswΛª#pt ∀同
时 o大多数化合物经林冠的截留 o浓度降低均在 xs h以上 ∀再经过地被物和土壤的吸附与过滤 o有机化
合物的浓度已低于 s qsstΛª#pt o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 o
而且还可净化水源 ∀
通过计算 o即使是远离城市的山区 o每年有 tv svv®ª#«°pu气态有机污染物k{s种以上l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 | zzx ®ª#«°pu o只有 v ux{ ®ª#«°pu进入林内 ∀
对于森林净化有机污染物价值的评估 o目前还没有统一的标准 o这里借用韩维栋等人kusssl计算红树林
生态系统对大气 ≥’u 的净化作用价值评估方法 o即每削减 t·≥’u 的投资成本为 yss元 o算出红树林消除
≥’u 的效益 ∀假若净化 t·有机污染物的效益价值与消除 t·≥’u 的价值相同 o则杉木林采伐后 o每年有
| zzx ®ª#«°pu气态有机污染物不能净化 o造成损失 x {yx元#«°pu ∀
我们已计算过 o采伐 t «°u 杉木林 o每年损失涵养水源效益价值 {w|元 o固土保肥 xsw元 o改良土壤
k仅提高土壤肥力方面ltsu元 ∀加上少释放 ’u 价值 { {v{元 o少固定 ≤’u 价值 u {yu元 o土壤多释放
yt 林 业 科 学 v{卷
表 3 杉木林水文学过程中有机化合物的浓度
Ταβ .3 Τηετηιχκνεσσ οφ οργανιχ χοµ πουνδσιν προχεσσ οφ ηψδρολογψ οφ
χηινεσεφιρ πλαντατιον kΛª#ptl
代码
≤²§¨
冠上降水
•¤¬±©¤¯¯
穿透水
׫²∏ª«©¤¯¯
茎流
≥·¨°©¯²º
地表径流
≥∏µ©¤¦¨ µ∏±²©©
地下水
˜±§¨µªµ²∏±§º¤·¨µ
t s qsut
u s qsyt s qsuz
v s qsvx s qstv n n
w s qsvu s qssx s qst{
x s qvuu
y s qst|
z s qsuy s qsts
{ s qsv{
| s qsu{
ts s qsuz
tt s qst| s qsty s qss{ n n
tu s qsw{
tv s qszx s qsvy s qstz
tw s qsx|
tx s qsws s qstz s qsux
ty s qxxv s qssx
tz s qs{s s qswz s qstw n n
t{ s qsxs n s qstw
t| s qsws s qssz s qssz
us s qtyy s qs{s
ut s qsy{ s qsu|
uu s qszt s qsuv
uv s qty{ s qstw
uw s qs|w s qstt s qsus
ux s qsz|
uy s qswu s qssz
uz s qs|w s qswt s qsvx
u{ s qsyx s qst| s qss| n n
u| s qsxx
vs s qszv s qss{
vt s qs{s s qsty s qsuy s qsut s qssw
vu s qswu s qsts
≠代码 }代表一种化合物 ≤²§¨ }¶«²º §¨¤¦²°³²∏±§~n }该化合物浓度低于
s qsstΛª#pt n }≤²°³²∏±§¶¦²±¦¨±·µ¤·¬²± s qsstΛª#pt ∀
≤’u 价值 u zyu元 o少净化气态有机污染物价
值 x {yx元 o总计损失为 ut u{u元 ∀然而 o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 o尚有多生态价值由于计
算和技术上的困难而难于评估 o例如 o杉木林
对于周围农业生产具有小气候调节作用 o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 o一些更细项目的生态价值分
析和评价有待今后深入研究 ∀
v 结论
森林采伐后 o吸收 ≤’u 和 ‹u ’ o生产有机
物质 o并释放 ’u 的光合作用过程也随之失
去 o同时也就失去了净化大气和维持大气平
衡的功能 ∀采伐 t «°u 杉木林 o每年少释放
’utw1zv·o少固定 ≤’utz quw·o少净化气态有
机污染物 | qzzx ·o土壤多释放 ≤’uty qyw ·∀
利用等效益相关代替法 o模拟市场价值法 o机
会成本等评价方法计算出采伐 t «°u 杉木林
造成净化大气环境效能的损失价值 o少释放
’u 价值 { {v{元#«°pu¤pt o少固定 ≤’u 价值
u {yu元#«°pu¤pt o土壤多释放 ≤’u 价值 u zyu
元#«°pu ¤p t o少净化有机污染物价值 x {yx
元#«°pu¤p t o共计 us vuz元#«°pu¤pt ∀
总之 o木材效益只是森林综合效益的很
小部分 o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 ∀
参 考 文 献
车克钧 q祁连山水源林保护和建设的思考 q林业资源管理 ot||{ ok特刊l }{u ∗ {y
邓宏海 q森林生态效能经济评价理论和方法 q林业科学 ot|{x outktl }yt ∗ yz
范军祥 o黄荣聪 q我省生态公益林持续发展问题和对策 q广东林业科技 ot||z otvkwl }wt ∗ wx
韩维栋 o高秀梅 o卢昌义等 q到中国红树林生态系统生态价值评估 q生态科学 ousss ot|ktl }ws ∗ wy
洪家宜 q市场经济条件下森林生态效益经济补偿的思考 q防护林科技 ot||{ okwl }vx ∗ v{
康文星 o田大伦 q杉木人工林采伐后水源涵养和国土保肥效益损失的评价 q林业科学 oussu ov{ktl }ttt ∗ ttx
孔繁文 o戴广翠 o何乃惠等 q森林环境资源核算及补偿政策研究 q林业经济 ot||w okwl }w| ∗ xt
刘 璨 q密云水库水源涵养林效益评价与政策分析 q林业资源管理 ot||{ okxl }t| ∗ ux
沈 慧 o姜凤岐 q水土保持林效益评价研究综述 q应用生态学报 ot||| otskwl }w|u ∗ w|y
王迪生 q森林公益效益计量评价有关问题的认识 q林业资源管理 ot||w okwl }wv ∗ wx
王鸣远 q中国林业经营类型系统及环境功能评价指标体系的探讨 q林业科学 ot||{ ovwkul }|| ∗ ts|
王永安 o黄金铃 o柯善新等 q论森林生态效益补偿 q中南林业调查规划 qt||{ otzkwl }vy ∗ v{
张效启 q森林生态效益经济问题补偿初探 q林业经济 ot||z okul }zs ∗ zy
周晓峰 o蒋敏元 q黑龙江省森林效益的计量 !评价及补偿 q林业科学 ot||| ovxkvl }|z ∗ tsu
zt 第 x期 康文星等 }杉木人工林采伐后净化大气环境效能损失的评价