第14章 森林生态环境监测与效益评价
Chapter Monitoring and Benefit Evaluation
of Forest Eco-environment
【本章提要】本章首先介绍了森林生态环境监测方法，监测指标确定的原则和指标内容；阐述了森林生态环境效益评价的指标体系和4种方法，重点介绍了计量经济评价的方法和步骤。另外，还阐述了森林生态效益补偿方法和补偿机制。
14.1森林生态环境监测方法
14.1 Monitoring methodology of forest eco-environment
鉴于森林生态系统在空间结构上的复杂性，时间序列上的多变性，生长发育过程的周期性和环境反应的滞后性等特点，森林生态环境的监测方法很多，主要包括以下几种：
(1)根据对森林生态环境进行调查和研究的内容、场地、频率、周期等的不同，而分为定位监测和半定位监测两种方法。
a. 定位监测：在一定区域内，选择有代表性的森林生态环境类型，设固定监测点，进行长期地、系统地、连续地观测与研究。
b. 半定位监测：相对于定位监测而言，通常由于人力、财力等方面的限制，定位观测站数量有限，对于一些特殊的森林生态系统类型进行相对短期的、不连续的观测和研究，作为对定点观测站的补充。
(2)根据监测对象和区域大小变化，一般可分为宏观监测、微观监测、重点监测和典型区域监测。
a. 宏观监测：研究地域至少应该在区域生态范围之内，最大可扩展到全球。宏观监测以原有的自然本底图和专业数据为基础，采用遥感技术和生态图技术，建立地理信息系统(GIS)。其次，也采取区域生态调查和生态统计的手段。
b. 微观监测：研究地域最大可包括由几个生态系统组成的景观生态区，最小也应代表单一的生态系统。微观生态监测以大量的生态监测站为基础，以物理、化学或生物学的方法对生态系统各个组分提取属性信息。
c. 重点地区监测：对重点预防防护区、重点治理区、重点监督区进行水土流失类型、强度、分布、面积、治理程度、治理效益与动态变化进行监测。
d. 典型区域监测：如对泥石流、滑坡、崩岗、汛期待进行监测预报。
(3)对于全国资源与生态环境的监测，由于监测目的和监测事项的不同，采用的方式主要包括定期监测、日常监测和专项监测3种。
a. 定期监测：在已有土地娈更调查的基础上，扩充、完善土地利用分类体系，开展每年一次的资源和生态环境变更调查，全面监测资源与生态环境的变化；利用遥感手段，定期监测重点地区(尤其是国家级监测区域)资源与生态环境的变化，并核查资源与生态环境监测数据的详细性。
b. 日常监测：随时监测有关洪水、违法用地、毁林砍伐、毁草开荒、乱占滥用土地等突发事件。
c. 专项监测：在国家重点生态环境建设地区进行资源与生态环境时空变化的监测，主要包括黄河上中游地区、长江上中游地区、风沙区、草原区等。
14.2森林生态环境监测指标与内容
14.2 Monitoring indexes and contents of forest eco-environment
14.2.1生态环境监测指标确定的原则
代表性原则；综合性原则；简易化原则；可行性原则；分类实施的原则。
14.2.2监测指标与内容
根据中华人民共和国林业行业标准(LY/T1606-2003)，现列出主要监测指标与内容。根据不同的实验要求、监测目的等，可从下列指标与内容中选择适宜的观测指标。
(1)气象常规指标
各类观测指标见表14-1。
表14-1 气象常规指标
指标类型 | 观测指标 | 指标含义 |
天气现象 | 云量、风、雨、雪、雷电、沙尘 | |
气压(Pa) | ||
风a | 作用在森林表面的风速(m/s) | |
作用在森林表面的风向 | ||
空气温度b | 最低温度(℃) | |
最高温度(℃) | ||
定时温度(℃) | ||
地表面和不同深度度土壤的温度 | 地表定时温度(℃) | 地表温度指直接与土壤表面接触的温度,包括地表定时(最低、最高)温度 |
地表最低温度(℃) | ||
地表最高温度(℃) | ||
10 cm深度地温(℃) | 土壤温度指直接与地表以下土壤接触温度所表示的温度，包括10 cm、10 cm、10 cm、10 cm等不同深度的温度 | |
20 cm深度地温(℃) | ||
30 cm深度地温(℃) | ||
40 cm深度地温(℃) | ||
空气湿度b | 相对湿度(%) | 空气中的水气压与当时气温下空气饱和水气压的百分比 |
辐射b | 总辐射量(J/m2) | 距地面一定高度水平面上短波辐射总量 |
净辐射量(J/m2) | 一定高度水平面上，太阳与大气向下发射全辐射和地面向上发射全辐射之差 | |
分光辐射(J/m2) | 人为地将太阳发出的短波辐射波长分成若干波段，其中的1个或几个波段的辐射分量称为分光辐射 | |
日照时数(h) | 太阳在一地实际照射地面的时数 | |
UVA/UVB辐射量(J/m2) | 紫外光谱的两种波段，其中UVA：400～320 nm，UVB：320～290 nm | |
冻土 | 深度(cm) | 含有水分的土壤，因温度下降到0 ℃或0 ℃以下时而呈冻结的状态 |
大气降水c | 降水总量(mm) | 降水量指从天空降落到地面的液态或固态(经融化后)降水，未经蒸发、渗透、流失而在地面上积聚的水层深度 |
降水强度(mm/h) | 单位时间内的降水量 | |
水面蒸发 | 蒸发量(mm) | 由于蒸发而损失的水量 |
a. 风速和风向的测定，应在冠层上方3 m处进行。
b. 湿度、温度、辐射等测定，应在冠层上方3 m处，冠层中部、冠层下方1.5 m处、地被物层等4个空间层次进行。
c. 雨量器和蒸发器器口应距地面高度70 cm。
(2)森林土壤的理化指标
各类观测指标见表14-2。
表14-2 森林土壤的理化指标
指标类别 | 观测指标 | 指标含义 |
森林枯落物 | 厚度(mm) | |
土壤物理性质 | 土壤颗粒组成(%) | 指土壤中各个粒级土壤所占重量百分比 |
土壤密度(容重)(g/cm3) | 单位容积烘干土质量 | |
土壤总孔隙度、毛管孔隙度及非毛管孔隙度(%) | 单位容积土壤中空隙所占的百分率。孔径小于0.1mm的称为毛管孔隙，孔径大于0.1mm的称为非毛管孔隙 | |
土壤化学性质 | 土壤pH值 | 表示土壤中酸碱度的数值，用水中H+浓度表示 |
土壤阳离子交换量(cmol/kg) | ||
土壤交换性钙和镁(盐碱土) (cmol/kg) | ||
土壤交换性钾和钠(cmol/kg) | ||
土壤交换性酸量(酸性土) (cmol/kg) | ||
土壤交换性盐基总量(cmol/kg) | 土壤吸收复合体吸附的碱金属和碱金属离子(K+, Na+, Ca2+, Mg2+)的总和 | |
土壤碳酸盐量(盐碱土) (cmol/kg) | ||
土壤有机质(%) | 指由生物及其残体所组成的土壤有机物质体系，通常用通过1 mm筛孔的土壤测定其含量 | |
土壤水溶性盐分(盐碱土中的全盐量、碳酸根和重碳酸根、硫酸根、氯根、钙离子、镁离钾离子、钠离子)(%, mg/kg) | ||
土壤全氮(%)、水解氮(mg/kg)、亚硝态氮(mg/kg) | ||
土壤全磷(%)、有效磷(mg/kg) | ||
土壤全钾(%)、速效钾(mg/kg)、缓效钾(mg/kg) | ||
土壤全镁(%)、有效镁(mg/kg) | ||
土壤全钙(%)、有效钙(mg/kg) | ||
土壤全硫(%)、有效硫(mg/kg) | ||
土壤全硼(%)、有效硼(mg/kg) | ||
土壤全锌(%)、有效锌(mg/kg) | ||
土壤全锰(%)、有效锰(mg/kg) | ||
土壤全钼(%)、有效钼(mg/kg) | ||
土壤全铜(%)、有效铜(mg/kg) |
(3)森林生态系统的健康与可持续发展指标
各类观测指标见表14-3。
表14-3 森林生态系统的健康与可持续发展指标
指标类别 | 观测指标 | 指标含义 |
病虫害的发生与危害 | 有害昆虫与天敌的种类 | |
受到有害昆虫危害的植株占总植株的百分率(%) | ||
有害昆虫的植株虫口密度和森林受害面积(个/ hm2, hm2) | ||
植物受感染的菌类种类 | ||
受到菌类感染的植株占总植株的百分率(%) | ||
受到菌类感染的森林面积(hm2) | ||
水土资源的保持 | 林地土壤的侵蚀强度(级) | |
林地土壤的侵蚀模数[t/(km2.a)] | ||
污染对森林的影响 | 对森林造成危害的干、湿沉降组成成分 | |
大气降水的酸度，即pH值 | ||
林木受污染物危害的程度 | ||
与森林有关的灾害的发生情况 | 森林流域每年发生洪水、泥石流次数和危害程度以及森林发生其他灾害的时间和程度，包括冻害、风害、干旱、火灾等 | |
生物多样性 | 国家或地方保护动植物的种类、数量 | |
地方特有物种的种类、数量 | ||
动植物编目、数量 | ||
多样性指数 |
(4)森林水文指标
各类观测指标见表14-4。
表14-4 森林水文指标
指标类别 | 观测指标 | 指标含义 |
水量 | 林内降水量(mm) | |
林内降水强度(mm/h) | ||
穿透水(mm) | 林外雨量(又称林地总降水量)扣除树冠截流量和树干径流量两者之后的雨量 | |
树干径流量(mm) | 降落到森林中的雨滴，其中一部分从叶转移到枝，从枝转移到树干而流到林地地面，这部分雨量称为树干径流量 | |
地表径流量(mm) | 降落到地面的雨水或融雪水，经填洼、下渗、蒸发等损失后，在坡面上和河槽中流动的水量 | |
地下水位(m) | 指地下水的深浅，通常用潜水埋深表示 | |
枯枝落时层含水量(mm) | ||
森林蒸散量a(mm) | 森林植被蒸腾和林冠下土壤蒸发之和 | |
水质b | pH值、钙离子、镁离子、钾离子、钠离子、碳酸根、碳酸氢根、氯根、硫酸根、总磷、硝酸根、总氮(除pH值外，其他均为mg/dm3或 | |
微量元素(B, Mn, Mo, Zn, Fe, Cu)，重金属元素(Cd, Pb, Ni, Cr, Se, As, Ti)(mg/m3或mg/dm3) |
a. 测定森林蒸散量，应采用水量平衡法和能量平衡—波文比法。
b. 水质样品应从大气降水、穿透水、树干径流、土壤渗透水、地表径流和地下水获取。
(5)森林的群落学特征指标
各类观测指标见表14-5。
表14-5 森林的群落学特征指标
指标类别 | 观测指标 | 指标含义 |
森林群落结构 | 年龄(a) | |
起源 | 森林发生的原因或繁殖方式 | |
平均树高(m) | ||
平均胸径(cm) | ||
林分密度(株/hm2) | ||
树种组成 | 组成林分的乔木树种及其数量上的比例 | |
动植物种类数量 | ||
郁闭度 | 林冠投影面积与林地面积的比，用十分数表示 | |
森林群落主林层的叶面积指数 | 主林层的叶面积总和与林地面积之比 | |
林下植被(亚乔木、灌木、草本)平均高(m) | ||
林下植被总盖度(%) | ||
森林群落乔木层生物量和林木生长量 | 树高年生长量(m) | |
胸径年生长量(cm) | ||
乔木层各器官(干、枝、叶、果、花、根)的生物量(kg/hm2) | 单位面积林地上长期积累的全部活有机体的总量 | |
灌木层、草本层地上和地下部分生物量(kg/hm2) | ||
森林凋落物量 | 林地当年凋落物量(kg/hm2) | |
森林群落养分 | C, N, P, K, Fe, Mn, Cu, Ca, Mg, Cd, Pb(kg/hm2) | |
群落天然更新 | 包括树种、密度、数量和苗高等(株/hm2, 株, cm) | 通过天然下种或伐根萌芽、根系萌蘖、地下径萌芽(如竹林)等形成新林的过程 |
14.3森林生态环境效益评价方法
14.3 Evaluation methodology of forest ecological benefits
14.3.1评价对象
森林生态环境效益评价就是对森林所固有的生态功能与效益的评价，即对生态、经济、社会效益的评价，而不是对所有环境因素进行评价。
14.3.2森林生态环境效益评价方法
森林生态环境效益评价一般采用定性评价方法、定性和定量相结合的评价方法和定量评价方法。纯粹的定性方法随着科学技术的进步已不多见，但在用来评价无法量化的指标上(或缺乏观测、调查资料)仍不失为一种评价方法，目前常用的是后两种方法。
(1)历史比较评价法
借助历史资料，对森林生态系统建立前后或不同发展阶段的效益，按照统一指标逐项进行对比分析。
(2)直观的整体评价方法
直观的整体评价方法是一种借助于农民和专家的经验知识，将定性分析和定量分析结合起来的评价方法。
总分数的累计方法有：加法评分法、连乘评分法、加乘评分法和加权评分法，具体采用哪种累计方法视评价精度及评价指标的性质而定。
a. 加法评分法：将评价项目所得分数直接累加起来，以总分的多少决定生态环境效益的高低。其数学表达式为：
式中：S—评价项目总分；Si—第i项的分值；i—第i个评价项目。
加法评分法的特点是所有项目对于系统的总生态环境效益来说，其重要性是一致的，不突出任何一个项目。
b. 连乘评分法：将所有专家对各评价项目所给的分值相乘，并以乘积的大小评价效益的高低。这是一种灵敏度较高的专家评分法。其数学表达式为：
c. 加乘评分法：将所有评价项目分成两个层次，即大项目和小项目，然后将小项目的分值先分别相加，再将各小项目相加后所得的分值相乘，最后以乘积大小决定效益的优劣。其数学表达式为：
式中：Sij—i项目(大项目)中的第j个小项目的分值；m—大项目数；n—大项目数。
d. 加权评分法：这种方法由于加入了权数，因此，可靠性较高，应用比较广泛，其特点是对评价的项目按其重要程度分别赋予权重，然后进行加权、加和，值大为优。其数学表达式为：
式中：S—效益评价总分；Si—第i项分值；Wi—第i项权重。
以上几种方法的选择使用，要视具体情况而定。对于比较复杂，组分较多，生态环境效益多样的评价宜用加乘评分法；对于多个生态环境效益指标之间重要程度悬殊较大的评价，宜采用贺权评分法。
(3)分级评价方法
(4)计量经济评价方法
a. 效益的表达方式
绝对效益：又称净效益、净收益，可以用来说明林业经营活动有无效益和效益大小。
相对效益：又称成本效益、产投比、效益费用比等，不仅说明有无效益，而且还表示取得效益的水平高低。
资金生产率：指资金的使用效率，可用资金利用率来表示。
投资回收期(R)：
另外，内部收益率(经济报酬率)也是经济分析中常用的指标，其含义是当绝对效益为0或相对效率为100%时，该林业生态工程可以获得的投资回报率。内部收益率越大，投资效果越好，所取得的效益越大。
b. 评价方法：等效替代法；相关计量法；补偿变异法；随机评估法。
c. 计量经济评价的步骤：效益的分解→效益的计量→单项效益的经济评价→生态环境效益的总体评价。
14.4森林生态环境效益评价指标体系
14.4 Evaluation indexes system of forest ecological benefits
由于任何指标都有特定的作用和适用范围，有其局限性，只能反映森林生态环境效益的某一侧面。因此，在实际评价时必须建立一套相互联系、相互补充，又简明扼要的指标体系，以便从不同侧面和不同角度反映其效益。
设置指标体系需要把握以下原则：
(1)设置的指标意义明确，数据容易得到，便于计算、比较和分析；
(2)设置的指标要有一定的层次性，以便于计算和分类使用；
(3)要考虑指标的适用范围。根据各地区特点，应建立一套适用于不同地理条件和社会经济条件的规范化指标，而在实际应用中可因地制宜地选择使用；
(4)对计算经济评价而言，指标体系中各项指标既要相互联系，又不能重叠，而且能够全面反映系统的功能和效益。
14.4.1生态效益指标
(1)涵养水源指标
——林冠截留量(t/hm2)；
——土壤(包括死地被物)贮水增加量(t/hm2)；
——地表径流减少量[t/(hm2.a)]；
——土壤入渗率*(mm/h)：反映地表水转化为土壤水或地下径流的能力；
——洪枯比*(无量纲)：反映流域内森林减缓洪峰的能力，即洪水期的水位(或水量)与枯水期的水位(或水量)之比。
(2)水土保持指标
——土壤侵蚀模数减少量[t/(hm2.a), m3/(hm2.a)]：土壤侵蚀模数为土壤侵蚀总量与总土地面积之比；
——土壤营养元素流失减少量(kg/hm2)：主要的N、P、K，包括速效养分和全量，分别计算；
——减少江河下游河床的淤积量[m3/(hm2.a)]；
——河渠等坍塌减少量[m3/(hm2.a)]；
——土壤抗冲性*：是土壤抵抗径流和风等侵蚀力机械破坏作用的能力，用抗冲指数表示；
——土壤抗蚀性*：指土壤抵抗雨滴打击和径流悬浮的能力，可用水稳性指数表示；
——径流系数*(%)：年平均地表径流深(mm年平均降水量(mm比；
——侵蚀速率*(a)：有效土层厚度(mm)与每年侵蚀深度(mm/a)的比值，是反映土壤潜在危险程度的指标；
——输移比*(%)：流域输沙量与侵蚀量之比，其值越大说明森林的水土流失越严重。
(3)提高土壤肥力指标
——土壤有机质的增加量(kg/hm2)；
——土壤含水量的增加(%, t/hm2)(对干旱地区)；
——土壤营养元素的增加量(kg/hm2)：主要反映N、P；
——土壤密度(容重)的降低*(%)；
——土壤孔隙度*(%)：包括毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度；
——土壤团聚体的增加*(%)；
——土壤酶活性的增加*；
——土壤呼吸强度*(CO2mg/1g土)；
——土壤微生物的增加量*(个/1g土)；
——地下水位的降低*(m)(对低湿地区)。
(4)防风护田和固沙指标
——农作物增增产量[kg/(hm2.a)]；
——稳定沙源，避免流沙吞没农田的数量(hm2/a)；
——对灾害风(＞4m/s)风速的降低*(%)，每年减少灾害日的天数(d/a)；
——干热风减少的天数*(d/a)；
——林带疏透度*(%)：表明林带疏透程度和透风程度的指标，可用林带纵断面透光孔隙总面积和林带纵断面积之比表示。
(5)调节气候指标
——蒸散量(叶面蒸腾+地面蒸发)增加量(t/hm2)(对低湿地区)；
——春秋增温(℃)或无霜期延长天数(d/a)；
——高温天气(＞35 ℃)减少天数(d/a)；
——地温上升或下降*(℃)；
——空气相对湿度*(%)的增减。
(6)改善大气质量指标
——释放氧所量[t/(hm2.a)]；
——二氧化碳吸收量[t/(hm2.a)]；
——对二氧化硫或其他有毒气体的吸收量[kg/(hm2.a)]；
——滞留灰尘量[t/(hm2.a)]；
——负离子增加量[kg/(hm2.a)]；
——杀菌素-芬多精增加量[kg/(hm2.a)]。
(7)提高土地自然生产力指标
——总生物量增加值[t/(hm2.a)]；
——光合生产力提高量[t/(hm2.a)]；
——生物量转化率*(%)：指次级生产力与初级生产力的比值，用百分数表示。其中，初级生产力指植物的生物量，次级生产力指转化为动物机体的生物量；
——病虫害减少(%)；
——害虫天敌的种群数量增加*(%)；
——生物多样性增加*：包括植物、野生动物、鸟类等种类的组成成分和数量的变化。
(8)森林分布均衡度*(E)
当E=1时，表明森林分布最均匀，最有利于环境功能的提高；当E=0时，表明森林分布最不均匀，最不利于环境功能的提高。
14.4.2社会效益指标
社会效益是森林生态环境效益的一部分，由于它比生态效益更难于在货币尺度上加以定量评价，因而人们对其认识也不统一，无论社会功能子项目的设立，还是相关指标的选择，都有待进一步研究。这里引用张建国等学者的观点，将社会效益分成以下几个方面：
(1)社会进步系数
森林经营的社会效益对社会进步的影响，通常并不是直接和决定性的因素，有些影响往往很少而不易觉察，具有间接和隐蔽的特点。社会进步是一个复杂而内涵丰富的概念，可用社会进步系数表示，它是以下5个反映社会进步的主要指标的连乘积。
——人均受教育年数(a)；
——人均期望寿命(a)；
——人口城镇化比重(%)；
——计划生育率(%)；
——劳动人口就业率(%)。
(2)增加就业人数
指评价区内以森林资源为基础的一切有关从业人员。
(3)健康水平提高
可由地方病患者减少人数乘上一个调整系数(一般为0.2～0.4，表明森林经营的社会效益作用)来反映。
(4)精神满足程度
可通过对人们观感抽样调查，来反映森林景观改善的美学价值。
(5)生活质量的改善
可由人均居住面积变化来反映。
(6)社会结构优化
——区域产业结构变化(第一、二、三产业结构)；
——区域农业结构变化(农林牧副渔各业)；
——区域消费结构变化：可由恩格尔系数反映。
(7)犯罪率减少(%)
应当指出，在具体计量评价量，有些指标作用微弱甚至根本没有意义，可舍之不计量；有些指标不够详细或没有设立，则应酌情补充。总之，应按评价的具体目的、要求，当地的林情和社会经济特点，对以上指标加以适当的增减取舍。
14.5森林生态效益补偿机制
14.5 Compensation mechanism of forest ecological benefits
14.5.1生态环境补偿机制的概念
生态环境补偿机制，可以分为广义和狭义两种。广义的生态环境补偿机制包括污染环境的补偿和生态功能的补偿。狭义的生态环境补偿机制，则专指对生态功能或生态价值的补偿，如森林生态效益补偿机制，包括对为保护和恢复生态环境及其功能付出代价、做出牺牲的单位和个人进行经济补偿；对因开发利用土地、矿产、森林、草原、水、野生动植物等自然资源和自然景观而损害生态功能或导致生态价值丧失的单位和个人收取补偿费用。
14.5.2森林生态效益补偿的方法
目前可考虑以下途径：(1)财政投入；(2)设置森林生态补偿税费；(3)征收生态补偿费；(4)林业部门补偿；(5)社会公众补偿；(6)社会捐赠。
14.5.3建立健全森林生态效益补偿机制
为完善森林生态补偿机制，应重点做好以下几处方面的工作：
(1)加强生态环境补偿机制的立法工作，推进生态环境补偿费政策的出台。随着我国综合国力的不断增强和生态补偿实践经验的不断积累，应逐步通过立法使补偿标准得以明确界定，使效益补偿的区域统一性、检查验收的规范性等生态补偿政策和制度日趋完善。
(2)统一征收国家森林生态补偿税。抓紧建立与市场经济相适应的统一的生态效益补偿税，消除部门交叉、重叠收费、资金使用效益低的现象，统筹解决生态保护和建设资金问题。
(3)将发展重点地区的替代产业、替代能源和生态移民问题纳入重点支持范畴，以提升生态补偿地区的产业竞争实力。
(4)加大对西部地区财政转移支付力度，加强生态示范区建设。国家在加大对西部地区财政转移支付力度时，应当把森林生态效益补偿，特别是因保护生态环境而造成的财政减收，作为计算财政转移支付资金分配的一个重要因素。
复 习 思 考 题
(1)森林生态环境监测的方法有哪些？
(2)生态环境监测指标确定的原则是什么？
(3)森林生态环境评价的方法有几种？每种方法的含义是什么？
(4)森林生态环境计量经济评价的方法和步骤是什么？
(5)生态环境补偿机制的含义是什么？
(6)如何建立健全森林生态补偿机制？
(7)建立森林生态补偿机制的目的和意义是什么？
本 章 推 荐 阅 读 书 目
[1]林业部科技司编. 森林生态系统定位研究方法[M]. 北京: 中国科学技术出版社, 1994.
[2]全国高等教育自学考试指导委员会主编. 森林生态环境评价[M]. 北京: 中国林业出版社, 1999.
[3]周生贤. 充满希望的十年—新时期中国林业跨越式发展规划[M]. 北京: 中国林业出版社, 2001.
