鐘德軍，姚衛(wèi)星，王海東，李桂森

(河北省木蘭圍場國有林場，河北 圍場 068450)

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是人類賴以生存的自然環(huán)境的重要組成部分，具有多種效益。它所具有的經(jīng)濟、生態(tài)、社會三大效益是被理論和實踐已證明的事實。但是，基于森林的特殊屬性,森林從開始形成到發(fā)展成為一個相對穩(wěn)定成熟的森林群落，要經(jīng)過一個漫長的時間跨越，要經(jīng)過不同的森林發(fā)展階段,直到演替為相對穩(wěn)定成熟的森林群落，才能發(fā)揮穩(wěn)定的三大效益。這個進程需要幾百年、 幾千年甚至更長的時間。

當今，國家將生態(tài)文明建設作為國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，林業(yè)發(fā)展模式由木材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)修復和建設為主，由利用森林獲取經(jīng)濟利益為主轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo森林提供生態(tài)服務為主的林業(yè)發(fā)展模式，特別是最近又提出的“碳中和”“碳達峰”目標，所有這些都對森林經(jīng)營和管理提出了全新的、更高的要求，因而端正對森林三大效益在經(jīng)濟、生態(tài)和社會建設中的重要性認識，進一步厘清森林三大效益的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，對生態(tài)文明建設、森林經(jīng)營與管理具有重要的現(xiàn)實意義[1]。

1 森林群落發(fā)育階段及其特征

自然界的一切事物都有發(fā)生、發(fā)展、消亡的過程，舊事物的消亡是新事物發(fā)生、發(fā)展的開始。植物群落的發(fā)育也是如此，是隨著時間的推移由低等級向高等級演化為穩(wěn)定和成熟程度不同群落的進程。而一個穩(wěn)定成熟森林群落的形成，可分為3個階段：即森林群落形成階段、森林群落發(fā)展階段、森林群落相對穩(wěn)定成熟階段。不同階段的森林群落是不同的森林類型，不同的森林類型有不同的經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益[2]。森林群落物種多樣性的高低直接影響到群落三大效益的發(fā)揮。林業(yè)建設就是遵循著群落次生演替規(guī)律，促進森林群落構(gòu)建和發(fā)展的有目的的能動過程。

1.1 森林群落形成階段及其特征

森林群落形成階段是從造林或者封山育林開始到主要樹種生物成熟的森林發(fā)育階段，包括幼齡林、中齡林、近熟林和成熟林4個林齡段。它是一個穩(wěn)定成熟森林群落形成的基礎階段。森林群落演替是一個漫長的時間過程[3]。在群落形成階段，森林群落還不穩(wěn)定成熟，受各種不利環(huán)境影響，逆演替隨時可能發(fā)生，生態(tài)系統(tǒng)特點還不明顯。在幼樹階段，林分還沒有郁閉，幼樹個體和環(huán)境相互作用，林內(nèi)枯落物散聚在幼樹、矮灌、草叢等基部，林冠層和林內(nèi)枯落物層不能覆蓋全林地表，林地水分蒸發(fā)和地表徑流較強。這個階段林分基本不具備或有限具備涵養(yǎng)水源的功能，人們對森林生態(tài)和社會效益體會也不明顯，這些特征會在幼樹郁閉成為幼林期間持續(xù)存在。森林群落形成階段建群種比較明顯，尤其在人工造林中表現(xiàn)更為突出，群落物種個體數(shù)量和物種組成不穩(wěn)定，群落結(jié)構(gòu)沒有定型，層次也不明顯；森林內(nèi)部特有小環(huán)境開始形成，三大效益供給能力不斷發(fā)展變化，它們從無到有、從小到大、從少到多逐漸增強。但總體上說是不充分，不穩(wěn)定的。

1.2 森林群落發(fā)展階段及其特征

森林群落發(fā)展階段是森林群落形成階段的主要樹種從過熟林開始到新演替的主要樹種經(jīng)過幼齡林到成熟林的發(fā)育階段，是穩(wěn)定成熟的森林群落形成必須經(jīng)過的群落發(fā)展階段，這個階段的森林是發(fā)展中的群落[4]。森林群落的發(fā)展變化是以林木個體數(shù)量的增減來實現(xiàn)的，年齡結(jié)構(gòu)是變化的依據(jù)[4]。當森林群落從形成階段發(fā)育到主要樹種由成熟林轉(zhuǎn)化為過熟林時，由原主要樹種主導的森林生長勢逐步降低并逐漸轉(zhuǎn)為負增長，主要樹種枯死木增多，林冠出現(xiàn)破裂，林分郁閉度逐漸下降，在森林群落和環(huán)境的矛盾運動中群落演替程度逐漸增強。群落內(nèi)特有的小環(huán)境使原主要樹種生存能力在競爭中處于弱勢地位，更新能力逐漸下降，適應這一森林環(huán)境的建群物種梯次侵入并定居，與原主要樹種競爭取得優(yōu)勢，而優(yōu)勢樹種是森林群落的重要建造者，森林群落進入發(fā)展階段，物種組成開始發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)和內(nèi)部環(huán)境特點隨之發(fā)生變化，逐漸形成以侵入樹種為主，并和林內(nèi)其他喬木、灌木、草本、微生物等發(fā)展成為新的森林群落[3]。這個階段以喬木種為優(yōu)勢樹種的群落結(jié)構(gòu)開始定型，層次開始分化，群落內(nèi)特有的森林小環(huán)境基本形成，建群種能實現(xiàn)自我更新。發(fā)展階段與前一階段群落相比，森林群落物種之間的相互依存更緊密，圍繞群落的重要建造者的物種生態(tài)組成更適合這個地域的生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)，和森林群落形成階段相比是更高一級的森林群落[3]。發(fā)展階段的群落物種組成基本穩(wěn)定，三大效益較前一級的森林群落供給能力更多、更強、更充分、更穩(wěn)定。

1.3 森林群落穩(wěn)定成熟階段及其特征

森林群落穩(wěn)定成熟階段是森林群落進入了穩(wěn)定成熟階段。它是發(fā)展階段的重要建群種經(jīng)過一個生物成熟過程變?yōu)榉€(wěn)定的建群種群落。一個相對穩(wěn)定的森林群落，具備以下特征：一是這個階段的群落比前2個階段的群落穩(wěn)定；二是群落演替是個永無終結(jié)的進程，穩(wěn)定成熟的群落是在一段時間內(nèi)暫時的、相對的穩(wěn)定，群落運動、發(fā)展、演替是絕對的，這個群落被另一個群落演替是必然的，即便頂級群落也是如此。穩(wěn)定成熟的森林群落重要建造者、伴生建造者基本穩(wěn)定下來，主林層、次林層及其林內(nèi)的寄生植物和動物、微生物穩(wěn)定下來，具有相對穩(wěn)定的種群結(jié)構(gòu)[3-4]。林下枯落物逐漸增多，在微生物的作用下能自我分解形成較厚的腐殖質(zhì)層，改良土壤能力增強。森林喬木、灌木、草本、苔蘚、地衣、微生物和動物在森林群落涵養(yǎng)的水源保障下形成一個有機的、有特點的、相對穩(wěn)定成熟的、能自我更新演替的、更高一級的森林群落。具有較高的物種多樣性，多層次的物種結(jié)構(gòu)，能較好的利用太陽光，總體光合量達到當前狀態(tài)最大化，有利于生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳平衡。物種間的制約依賴使整個群落處于協(xié)調(diào)狀態(tài)[2]。這個階段的森林群落較前2個階段生物產(chǎn)量更高、生態(tài)功能更強、社會效益也更好，能較同步的、穩(wěn)定的、充分的發(fā)揮三大效益[3]。

2 森林群落的效益分析

森林群落的效益是指森林的經(jīng)濟、生態(tài)和社會三大效益。它們之間不是互相平行的關(guān)系，是相互區(qū)別、相互聯(lián)系、相互伴生的關(guān)系。它們的產(chǎn)生和森林群落的發(fā)育在時間上具有不同步性，是滯后的。首先，三大效益之間是有區(qū)別的。經(jīng)濟效益是人們從森林獲得各種經(jīng)濟利益的總和。生態(tài)效益是森林的生態(tài)功能對生態(tài)系統(tǒng)所做的貢獻[4]。社會效益是森林資源在滿足人類社會日益增長的物質(zhì)文化需求發(fā)揮的社會公益作用，以及促進經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、推動社會和諧進步上起的積極作用[5]。其次，三大效益之間是相互聯(lián)系，相互伴生的。經(jīng)濟和生態(tài)效益是廣義社會效益的組成部分，社會效益以生態(tài)和經(jīng)濟效益為基礎，并和經(jīng)濟生態(tài)效益相伴而生。森林是自然界功能最完整的資源庫、基因庫、能源庫，它在維護生態(tài)環(huán)境促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展上起著積極促進作用[5]。人們從森林中獲得了經(jīng)濟利益，改善了生活質(zhì)量是最直接的社會效益。森林發(fā)揮生態(tài)效益改善人類的生存發(fā)展環(huán)境，提高人們的幸福感是社會效益的重要體現(xiàn)。森林社會效益的多維表現(xiàn)推動人們重視、保護、建設森林，促進經(jīng)濟、生態(tài)效益更好的發(fā)揮。最后，三大效益產(chǎn)生和發(fā)揮與森林群落的形成時間具有不同步性。是一個從無到有、由小到大、從少到多，逐漸增多、增強的進程，只有林分發(fā)展為穩(wěn)定成熟的森林群落時，才能提供同步的、穩(wěn)定的、充分的三大效益。森林群落達到具有較高的物種多樣性階段就會具有較高的經(jīng)濟和生態(tài)效益，并具有較好的社會效益[4]。

2.1 森林群落的經(jīng)濟效益

2.1.1 對森林經(jīng)濟效益的認識 森林經(jīng)濟效益是人們從森林中獲得的各種經(jīng)濟利益的總和。傳統(tǒng)上認為森林為人們生產(chǎn)生活提供木材就是森林的經(jīng)濟效益,也稱直接經(jīng)濟效益。而現(xiàn)代意義上的經(jīng)濟效益是指森林經(jīng)濟，是生產(chǎn)木材和其他林產(chǎn)品、發(fā)展林下經(jīng)濟、開展生態(tài)旅游和文化康養(yǎng)、提供生態(tài)產(chǎn)品獲得生態(tài)補償?shù)?個方面獲得的經(jīng)濟利益[6]。在相當長的時間內(nèi)，人們對森林資源的研發(fā)利用僅限于對木材的簡單加工和手工業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)在人們已經(jīng)熟知森林組成包括喬木、灌木、藤本植物以及依附于森林而存在的草本植物、菌類和微生物等，這些都具有經(jīng)濟價值，且能為人們提供經(jīng)濟效益。隨著科學研究的進步發(fā)現(xiàn)，森林還能為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工、國防等領域提供多種基礎原料，是能源、食物、醫(yī)藥、基因等豐富的信息資源庫，這些都是森林經(jīng)濟效益的直接或間接體現(xiàn)[5]。森林中生物、動物種類眾多，有許多屬于珍稀或瀕危物種，受限于當前科學研究水平，它們的經(jīng)濟效益和科學價值有待發(fā)現(xiàn)。實踐已經(jīng)證明，森林是地球上目前發(fā)現(xiàn)的唯一可再生能源。由于森林的間接經(jīng)濟效益眾多，本研究只討論森林的直接經(jīng)濟效益。

2.1.2 森林經(jīng)濟效益變化規(guī)律分析 木蘭林場近20年的森林撫育收益統(tǒng)計結(jié)果表明，中幼齡林階段森林撫育作業(yè)每公頃需要純投入約9 000元人民幣且沒有收益。在森林群落形成階段的中幼齡林時期直接經(jīng)濟效益是負值。成林撫育中近熟林每公頃約產(chǎn)7.5 m3木材，生產(chǎn)成本約3 150元人民幣，銷售收入約4 875元人民幣，收益約1 725 元人民幣。近成熟林每公頃約產(chǎn)22.5 m3木材，生產(chǎn)成本約7 650元人民幣，銷售收入約18 000元人民幣，收益約10 350元人民幣。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，中齡林是森林直接經(jīng)濟效益盈虧的分界點，中齡林前幼樹對不良環(huán)境的抵抗能力差，需投入較大的培育費用,森林的經(jīng)濟收入低于投入，總體上是負值；中齡林以后收入高于投入，總體上是正值。木蘭林場在森林群落形成階段的中齡林以前是不產(chǎn)生經(jīng)濟效益的，直到林分發(fā)育到中齡林以后才逐漸產(chǎn)生經(jīng)濟效益。說明森林的直接經(jīng)濟效益不是與森林群落開始形成而同步產(chǎn)生的，是滯后的，并隨著森林群落林齡的增長逐漸增多。

2.2 森林的生態(tài)效益

2.2.1 對森林生態(tài)效益的認識 森林的生態(tài)效益是由森林群落的生態(tài)功能對生態(tài)系統(tǒng)所做的貢獻[2]。森林能夠涵養(yǎng)水源，每公頃森林涵養(yǎng)水量可達4 000～5 000 m3[7]。保持水土，在雨水相當?shù)那闆r下，林區(qū)可減少徑流量70%，減少泥沙量90%[8]。調(diào)節(jié)氣候，森林把大量的水蒸氣蒸騰到空氣中能將空氣濕度提高10%～25%[8]。在生長季節(jié)森林的蒸騰作用使林地溫度比無林地低0.5～2.3 ℃[8]。防風固沙，林網(wǎng)地區(qū)比無林地區(qū)風沙減少20%～30%[8]。調(diào)節(jié)降水，陜西省人工林場的觀測，林區(qū)降雨量比有林前增加了28%，法國南西地區(qū)有林區(qū)比無林地區(qū)降雨高16%，西德無林地區(qū)降雨量是700～800 mm，有林地區(qū)降雨量高達到1 300 mm[8]。而這些生態(tài)效益的發(fā)揮主要源于森林涵養(yǎng)水源的功能[7]。

2.2.2 森林生態(tài)效益變化規(guī)律分析 森林的林冠層、地表枯落物層和林地土壤層是森林涵養(yǎng)水源的主要功能層,它們涵養(yǎng)水源之和代表了森林主要涵養(yǎng)水源能力[7]。

(1)林冠層截流降水能力

林冠層涵養(yǎng)水源能力表現(xiàn)為林冠層對降水的截留能力。不同林齡的林冠層截留降水能力是不同的。林冠截留降雨量因森林的結(jié)構(gòu)、樹種、林齡等條件，以及降雨強度、持續(xù)的時間、風力大小、氣溫高低等氣象條件的不同而不同。李亞男等對木蘭林場楊樺天然次生林林冠截留量研究發(fā)現(xiàn)，在一個研究時限內(nèi)林齡為13年、18年和28年的林分林冠截留量分別為2.82 t/hm2、4.24 t/hm2、6.16 t/hm2[9]。 表明楊樺天然次生林隨著林齡的增長林冠截降水的能力隨之增強。

(2)不同林齡枯落物層涵養(yǎng)水源能力

森林枯落物層涵養(yǎng)水源能力表現(xiàn)為枯落物層的蓄水能力。研究表明，森林枯落物蓄水能力可達自身重量的40%～260%?？萋湮镛D(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)后吸水量能提高到自身重量的2～4倍[7]。對塞罕壩林場不同林齡落葉松人工林枯落物儲量和持水能力研究顯示,華北落葉松人工林林下枯落物層儲量每公頃幼齡林42.23 t、中齡林57.11 t、近熟林65.00 t，表明華北落葉松人工林枯落物儲量隨著林齡的增長而增加；3個林齡階段枯落物最大持水量是其風干重的4.0～4.6倍，而且是幼齡林持水量最小，中齡林大于幼齡林，近熟林最大[10]。表明林場內(nèi)華北落葉松人工林林下枯落物的涵養(yǎng)水源的能力隨著林齡的增長而增強。

(3)森林土壤層的蓄水能力

森林土壤層涵養(yǎng)水源的能力表現(xiàn)為土壤層的蓄水能力。研究表明，森林中雨水流出量是草地的1/2～1/3，是裸地的1/10[11]。對塞罕壩林場不同林齡人工落葉松土壤水文研究結(jié)果表明，近熟林含水量大于林外對照樣地，且整個生長季土壤平均含水量近熟林最大，中齡林次之，幼齡林最小[12]。表明林場內(nèi)華北落葉松土壤涵養(yǎng)水源的能力隨著林齡的增長逐漸增強。

綜合2個林場研究發(fā)現(xiàn)，森林對降水的林冠截留量、枯落物涵水量、土壤層蓄水量都隨林齡的增長而逐漸增強，表明森林涵養(yǎng)水源的能力隨林齡的增長而逐漸增強。而森林涵養(yǎng)水源的能力是森林發(fā)揮生態(tài)效益的主要基礎，證明森林的生態(tài)效益隨著森林林齡增長而逐漸增強。

2.3 森林的社會效益

2.3.1 對森林社會效益的認識 目前，森林社會效益國內(nèi)外還沒有形成一個明確、權(quán)威的定義。多數(shù)定義都是對森林社會效益內(nèi)容的描述和列舉，缺乏一個明確的本質(zhì)性的界定[13]。一般認為，森林社會效益是指森林資源在滿足人類社會日益增長的物質(zhì)文化需求方面發(fā)揮的社會公益作用而產(chǎn)生的效益，是在促進經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、推動社會和諧發(fā)展上起到的積極作用[5]。研究證明森林釋氧量可達1 005 kg/hm2為人類生存提供根本的物質(zhì)保障[7]。許多林木能分泌植物殺菌素凈化空氣，如檜柏林1 d能分泌可殺死白喉肺結(jié)核痢疾等病原體的殺菌素60 kg/hm2[8]。森林是灰塵，煙塵、煤塵和其他有害物質(zhì)的過濾器，每公頃云杉、松樹、山毛櫸等樹種每年過濾空氣灰塵的能力是32～68 t[14]。森林為人類提供生存環(huán)境孕育文明，文明的衰落有許多原因，生態(tài)環(huán)境的惡化往往是一個十分重要的因素[7]。上古時期，黃河流域森林覆蓋率高達50%，河南地區(qū)的森林覆蓋率達60%孕育了中華文明[15]。廣袤的森林還是維護國家安全的重要戰(zhàn)略資源和物質(zhì)基礎?？傊謱θ祟惿?、發(fā)展、心理、情緒、感覺等方面發(fā)揮有益作用是社會效益的體現(xiàn)。

2.3.2 森林社會效益變化規(guī)律分析 概括的講，森林經(jīng)濟、生態(tài)效益增強，社會效益也會同步增強，并隨著森林群落林齡增長從單一向豐富，從簡單向復雜，從單維度向多維發(fā)展。草原地區(qū)林帶能在樹高15～20倍的距離內(nèi)降低風速，調(diào)節(jié)降雪，減少土壤凍結(jié)，改良土壤溫度和濕度，改善林帶之間地區(qū)的小氣候[14]。塞罕壩林場是以落葉松為主要樹種的人工林場，經(jīng)過60年的建設目前林齡達到近成熟林，是森林群落從形成階段向發(fā)展階段的過渡期?，F(xiàn)在的林場從過去黃沙遮天日、飛鳥無棲樹的不毛沙地變成森林覆蓋率達80%的森林群落。據(jù)中國林業(yè)科學院對塞罕壩林場社會效益的測算結(jié)果顯示，該林場每年可向社會提供超過120億元的生態(tài)服務價值，為灤河遼河涵養(yǎng)凈化水源1.37億m3[16]。可吸收二氧化碳約75萬t，釋放氧氣約55萬t，能供約200萬人1年的呼吸。林場碳匯項目交易價值可達1億元以上。森林群落的形成改變了生存環(huán)境，林場內(nèi)有陸生野生脊椎動物261種，昆蟲660種。林區(qū)負氧離子比北京地區(qū)高5倍，每年7、8、9月避暑乘涼游客達50萬人次。林場內(nèi)有植物625種，真菌179種，周圍村民采集山野菜、食用菌、藥材等每年可獲得5 000多萬元的收入。林場周邊區(qū)域小氣候形成，無霜期由52 d增加至64 d，年均大風天數(shù)由83 d減少到53 d。林區(qū)內(nèi)空氣濕度高于周邊50%。以上諸多社會效益都是隨著林齡的增長、森林群落的形成，從無到有，由小到大，由少到多，從單維度向多維的發(fā)展的證明。

3 結(jié)語

森林群落形成要經(jīng)過3個階段，即森林群落形成階段、森林群落發(fā)展階段、森林群落相對穩(wěn)定成熟階段。同時森林群落的演替是永不終結(jié)的進程，所謂穩(wěn)定成熟的森林群落是在一段時間內(nèi)暫時的、相對的穩(wěn)定；而群落運動、發(fā)展、演替是絕對的。這和王君提出的在一定地段上一個質(zhì)態(tài)的森林被另一個質(zhì)態(tài)的森林所代替的過程永遠存在觀點一致[17]。也符合唯物辯證法關(guān)于自然事物發(fā)生、發(fā)展、消亡的規(guī)律，以及事物發(fā)展到極致則會走向事物反面的基本觀點。

森林三大效益的產(chǎn)生與森林群落形成具有不同步性，是滯后的。伴隨群落形成發(fā)展到穩(wěn)定成熟的森林群落，經(jīng)濟效益是從無到有、由小到大、由少到多的產(chǎn)生，這與沈國肪關(guān)于森林經(jīng)濟的研究一致[5]。生態(tài)效益從量上講是一個從無到有、由小到大、由少到多的發(fā)展進程。生態(tài)效益是從單一向豐富，從簡單向復雜，從單維度向多維度的發(fā)展進程，并隨森林群落林齡增長而逐漸增強,這一規(guī)律已被森林生態(tài)功能從防風固沙、涵養(yǎng)水源等單一功能和維度到調(diào)節(jié)氣候、吸塵降噪等多功能多維度增加的眾多研究結(jié)論和實踐所證明。

森林社會效益以經(jīng)濟、生態(tài)效益為基礎，由此可以推定社會效益演進規(guī)律與經(jīng)濟、生態(tài)效益的演進規(guī)律是相同或相似的，是隨著森林群落林齡的增長是從無到有、由小到大、由少到多、從單維向多維的發(fā)展進程。只有森林發(fā)展到穩(wěn)定成熟的森林群落階段才能同步發(fā)揮穩(wěn)定充分的三大效益。

森林三大效益的內(nèi)涵廣泛，本研究僅就2個林場的直接經(jīng)濟效益、生態(tài)效益的涵養(yǎng)水源能力進行了分析，而這2個效益所包含的其他功能是否具有相同或相似的發(fā)展規(guī)律，以及塞罕壩林場社會效益的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律是否具有普遍意義都有待于進一步研究。