钟德军，姚卫星，王海东，李桂森

(河北省木兰围场国有林场，河北 围场 068450)

森林作为陆地生态系统的主体，是人类赖以生存的自然环境的重要组成部分，具有多种效益。它所具有的经济、生态、社会三大效益是被理论和实践已证明的事实。但是，基于森林的特殊属性,森林从开始形成到发展成为一个相对稳定成熟的森林群落，要经过一个漫长的时间跨越，要经过不同的森林发展阶段,直到演替为相对稳定成熟的森林群落，才能发挥稳定的三大效益。这个进程需要几百年、 几千年甚至更长的时间。

当今，国家将生态文明建设作为国家重大发展战略，林业发展模式由木材生产为主转变为生态修复和建设为主，由利用森林获取经济利益为主转变为保护森林提供生态服务为主的林业发展模式，特别是最近又提出的“碳中和”“碳达峰”目标，所有这些都对森林经营和管理提出了全新的、更高的要求，因而端正对森林三大效益在经济、生态和社会建设中的重要性认识，进一步厘清森林三大效益的发生、发展规律，对生态文明建设、森林经营与管理具有重要的现实意义[1]。

自然界的一切事物都有发生、发展、消亡的过程，旧事物的消亡是新事物发生、发展的开始。植物群落的发育也是如此，是随着时间的推移由低等级向高等级演化为稳定和成熟程度不同群落的进程。而一个稳定成熟森林群落的形成，可分为3个阶段：即森林群落形成阶段、森林群落发展阶段、森林群落相对稳定成熟阶段。不同阶段的森林群落是不同的森林类型，不同的森林类型有不同的经济效益、生态效益和社会效益[2]。森林群落物种多样性的高低直接影响到群落三大效益的发挥。林业建设就是遵循着群落次生演替规律，促进森林群落构建和发展的有目的的能动过程。

1.1 森林群落形成阶段及其特征

森林群落形成阶段是从造林或者封山育林开始到主要树种生物成熟的森林发育阶段，包括幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林4个林龄段。它是一个稳定成熟森林群落形成的基础阶段。森林群落演替是一个漫长的时间过程[3]。在群落形成阶段，森林群落还不稳定成熟，受各种不利环境影响，逆演替随时可能发生，生态系统特点还不明显。在幼树阶段，林分还没有郁闭，幼树个体和环境相互作用，林内枯落物散聚在幼树、矮灌、草丛等基部，林冠层和林内枯落物层不能覆盖全林地表，林地水分蒸发和地表径流较强。这个阶段林分基本不具备或有限具备涵养水源的功能，人们对森林生态和社会效益体会也不明显，这些特征会在幼树郁闭成为幼林期间持续存在。森林群落形成阶段建群种比较明显，尤其在人工造林中表现更为突出，群落物种个体数量和物种组成不稳定，群落结构没有定型，层次也不明显；
森林内部特有小环境开始形成，三大效益供给能力不断发展变化，它们从无到有、从小到大、从少到多逐渐增强。但总体上说是不充分，不稳定的。

1.2 森林群落发展阶段及其特征

森林群落发展阶段是森林群落形成阶段的主要树种从过熟林开始到新演替的主要树种经过幼龄林到成熟林的发育阶段，是稳定成熟的森林群落形成必须经过的群落发展阶段，这个阶段的森林是发展中的群落[4]。森林群落的发展变化是以林木个体数量的增减来实现的，年龄结构是变化的依据[4]。当森林群落从形成阶段发育到主要树种由成熟林转化为过熟林时，由原主要树种主导的森林生长势逐步降低并逐渐转为负增长，主要树种枯死木增多，林冠出现破裂，林分郁闭度逐渐下降，在森林群落和环境的矛盾运动中群落演替程度逐渐增强。群落内特有的小环境使原主要树种生存能力在竞争中处于弱势地位，更新能力逐渐下降，适应这一森林环境的建群物种梯次侵入并定居，与原主要树种竞争取得优势，而优势树种是森林群落的重要建造者，森林群落进入发展阶段，物种组成开始发生变化，结构和内部环境特点随之发生变化，逐渐形成以侵入树种为主，并和林内其他乔木、灌木、草本、微生物等发展成为新的森林群落[3]。这个阶段以乔木种为优势树种的群落结构开始定型，层次开始分化，群落内特有的森林小环境基本形成，建群种能实现自我更新。发展阶段与前一阶段群落相比，森林群落物种之间的相互依存更紧密，围绕群落的重要建造者的物种生态组成更适合这个地域的生态环境结构，和森林群落形成阶段相比是更高一级的森林群落[3]。发展阶段的群落物种组成基本稳定，三大效益较前一级的森林群落供给能力更多、更强、更充分、更稳定。

1.3 森林群落稳定成熟阶段及其特征

森林群落稳定成熟阶段是森林群落进入了稳定成熟阶段。它是发展阶段的重要建群种经过一个生物成熟过程变为稳定的建群种群落。一个相对稳定的森林群落，具备以下特征：一是这个阶段的群落比前2个阶段的群落稳定；
二是群落演替是个永无终结的进程，稳定成熟的群落是在一段时间内暂时的、相对的稳定，群落运动、发展、演替是绝对的，这个群落被另一个群落演替是必然的，即便顶级群落也是如此。稳定成熟的森林群落重要建造者、伴生建造者基本稳定下来，主林层、次林层及其林内的寄生植物和动物、微生物稳定下来，具有相对稳定的种群结构[3-4]。林下枯落物逐渐增多，在微生物的作用下能自我分解形成较厚的腐殖质层，改良土壤能力增强。森林乔木、灌木、草本、苔藓、地衣、微生物和动物在森林群落涵养的水源保障下形成一个有机的、有特点的、相对稳定成熟的、能自我更新演替的、更高一级的森林群落。具有较高的物种多样性，多层次的物种结构，能较好的利用太阳光，总体光合量达到当前状态最大化，有利于生态系统二氧化碳平衡。物种间的制约依赖使整个群落处于协调状态[2]。这个阶段的森林群落较前2个阶段生物产量更高、生态功能更强、社会效益也更好，能较同步的、稳定的、充分的发挥三大效益[3]。

森林群落的效益是指森林的经济、生态和社会三大效益。它们之间不是互相平行的关系，是相互区别、相互联系、相互伴生的关系。它们的产生和森林群落的发育在时间上具有不同步性，是滞后的。首先，三大效益之间是有区别的。经济效益是人们从森林获得各种经济利益的总和。生态效益是森林的生态功能对生态系统所做的贡献[4]。社会效益是森林资源在满足人类社会日益增长的物质文化需求发挥的社会公益作用，以及促进经济持续发展、推动社会和谐进步上起的积极作用[5]。其次，三大效益之间是相互联系，相互伴生的。经济和生态效益是广义社会效益的组成部分，社会效益以生态和经济效益为基础，并和经济生态效益相伴而生。森林是自然界功能最完整的资源库、基因库、能源库，它在维护生态环境促进经济可持续发展上起着积极促进作用[5]。人们从森林中获得了经济利益，改善了生活质量是最直接的社会效益。森林发挥生态效益改善人类的生存发展环境，提高人们的幸福感是社会效益的重要体现。森林社会效益的多维表现推动人们重视、保护、建设森林，促进经济、生态效益更好的发挥。最后，三大效益产生和发挥与森林群落的形成时间具有不同步性。是一个从无到有、由小到大、从少到多，逐渐增多、增强的进程，只有林分发展为稳定成熟的森林群落时，才能提供同步的、稳定的、充分的三大效益。森林群落达到具有较高的物种多样性阶段就会具有较高的经济和生态效益，并具有较好的社会效益[4]。

2.1 森林群落的经济效益

2.1.1 对森林经济效益的认识 森林经济效益是人们从森林中获得的各种经济利益的总和。传统上认为森林为人们生产生活提供木材就是森林的经济效益,也称直接经济效益。而现代意义上的经济效益是指森林经济，是生产木材和其他林产品、发展林下经济、开展生态旅游和文化康养、提供生态产品获得生态补偿等4个方面获得的经济利益[6]。在相当长的时间内，人们对森林资源的研发利用仅限于对木材的简单加工和手工业生产。现在人们已经熟知森林组成包括乔木、灌木、藤本植物以及依附于森林而存在的草本植物、菌类和微生物等，这些都具有经济价值，且能为人们提供经济效益。随着科学研究的进步发现，森林还能为工业、农业、化工、国防等领域提供多种基础原料，是能源、食物、医药、基因等丰富的信息资源库，这些都是森林经济效益的直接或间接体现[5]。森林中生物、动物种类众多，有许多属于珍稀或濒危物种，受限于当前科学研究水平，它们的经济效益和科学价值有待发现。实践已经证明，森林是地球上目前发现的唯一可再生能源。由于森林的间接经济效益众多，本研究只讨论森林的直接经济效益。

2.1.2 森林经济效益变化规律分析 木兰林场近20年的森林抚育收益统计结果表明，中幼龄林阶段森林抚育作业每公顷需要纯投入约9 000元人民币且没有收益。在森林群落形成阶段的中幼龄林时期直接经济效益是负值。成林抚育中近熟林每公顷约产7.5 m3木材，生产成本约3 150元人民币，销售收入约4 875元人民币，收益约1 725 元人民币。近成熟林每公顷约产22.5 m3木材，生产成本约7 650元人民币，销售收入约18 000元人民币，收益约10 350元人民币。从统计结果可以看出，中龄林是森林直接经济效益盈亏的分界点，中龄林前幼树对不良环境的抵抗能力差，需投入较大的培育费用,森林的经济收入低于投入，总体上是负值；
中龄林以后收入高于投入，总体上是正值。木兰林场在森林群落形成阶段的中龄林以前是不产生经济效益的，直到林分发育到中龄林以后才逐渐产生经济效益。说明森林的直接经济效益不是与森林群落开始形成而同步产生的，是滞后的，并随着森林群落林龄的增长逐渐增多。

2.2 森林的生态效益

2.2.1 对森林生态效益的认识 森林的生态效益是由森林群落的生态功能对生态系统所做的贡献[2]。森林能够涵养水源，每公顷森林涵养水量可达4 000～5 000 m3[7]。保持水土，在雨水相当的情况下，林区可减少径流量70%，减少泥沙量90%[8]。调节气候，森林把大量的水蒸气蒸腾到空气中能将空气湿度提高10%～25%[8]。在生长季节森林的蒸腾作用使林地温度比无林地低0.5～2.3 ℃[8]。防风固沙，林网地区比无林地区风沙减少20%～30%[8]。调节降水，陕西省人工林场的观测，林区降雨量比有林前增加了28%，法国南西地区有林区比无林地区降雨高16%，西德无林地区降雨量是700～800 mm，有林地区降雨量高达到1 300 mm[8]。而这些生态效益的发挥主要源于森林涵养水源的功能[7]。

2.2.2 森林生态效益变化规律分析 森林的林冠层、地表枯落物层和林地土壤层是森林涵养水源的主要功能层,它们涵养水源之和代表了森林主要涵养水源能力[7]。

(1)林冠层截流降水能力

林冠层涵养水源能力表现为林冠层对降水的截留能力。不同林龄的林冠层截留降水能力是不同的。林冠截留降雨量因森林的结构、树种、林龄等条件，以及降雨强度、持续的时间、风力大小、气温高低等气象条件的不同而不同。李亚男等对木兰林场杨桦天然次生林林冠截留量研究发现，在一个研究时限内林龄为13年、18年和28年的林分林冠截留量分别为2.82 t/hm2、4.24 t/hm2、6.16 t/hm2[9]。

表明杨桦天然次生林随着林龄的增长林冠截降水的能力随之增强。

(2)不同林龄枯落物层涵养水源能力

森林枯落物层涵养水源能力表现为枯落物层的蓄水能力。研究表明，森林枯落物蓄水能力可达自身重量的40%～260%。枯落物转化为腐殖质后吸水量能提高到自身重量的2～4倍[7]。对塞罕坝林场不同林龄落叶松人工林枯落物储量和持水能力研究显示,华北落叶松人工林林下枯落物层储量每公顷幼龄林42.23 t、中龄林57.11 t、近熟林65.00 t，表明华北落叶松人工林枯落物储量随着林龄的增长而增加；
3个林龄阶段枯落物最大持水量是其风干重的4.0～4.6倍，而且是幼龄林持水量最小，中龄林大于幼龄林，近熟林最大[10]。表明林场内华北落叶松人工林林下枯落物的涵养水源的能力随着林龄的增长而增强。

(3)森林土壤层的蓄水能力

森林土壤层涵养水源的能力表现为土壤层的蓄水能力。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]。对塞罕坝林场不同林龄人工落叶松土壤水文研究结果表明，近熟林含水量大于林外对照样地，且整个生长季土壤平均含水量近熟林最大，中龄林次之，幼龄林最小[12]。表明林场内华北落叶松土壤涵养水源的能力随着林龄的增长逐渐增强。

综合2个林场研究发现，森林对降水的林冠截留量、枯落物涵水量、土壤层蓄水量都随林龄的增长而逐渐增强，表明森林涵养水源的能力随林龄的增长而逐渐增强。而森林涵养水源的能力是森林发挥生态效益的主要基础，证明森林的生态效益随着森林林龄增长而逐渐增强。

2.3 森林的社会效益

2.3.1 对森林社会效益的认识 目前，森林社会效益国内外还没有形成一个明确、权威的定义。多数定义都是对森林社会效益内容的描述和列举，缺乏一个明确的本质性的界定[13]。一般认为，森林社会效益是指森林资源在满足人类社会日益增长的物质文化需求方面发挥的社会公益作用而产生的效益，是在促进经济持续发展、推动社会和谐发展上起到的积极作用[5]。研究证明森林释氧量可达1 005 kg/hm2为人类生存提供根本的物质保障[7]。许多林木能分泌植物杀菌素净化空气，如桧柏林1 d能分泌可杀死白喉肺结核痢疾等病原体的杀菌素60 kg/hm2[8]。森林是灰尘，烟尘、煤尘和其他有害物质的过滤器，每公顷云杉、松树、山毛榉等树种每年过滤空气灰尘的能力是32～68 t[14]。森林为人类提供生存环境孕育文明，文明的衰落有许多原因，生态环境的恶化往往是一个十分重要的因素[7]。上古时期，黄河流域森林覆盖率高达50%，河南地区的森林覆盖率达60%孕育了中华文明[15]。广袤的森林还是维护国家安全的重要战略资源和物质基础。总之，森林对人类生存、发展、心理、情绪、感觉等方面发挥有益作用是社会效益的体现。

2.3.2 森林社会效益变化规律分析 概括的讲，森林经济、生态效益增强，社会效益也会同步增强，并随着森林群落林龄增长从单一向丰富，从简单向复杂，从单维度向多维发展。草原地区林带能在树高15～20倍的距离内降低风速，调节降雪，减少土壤冻结，改良土壤温度和湿度，改善林带之间地区的小气候[14]。塞罕坝林场是以落叶松为主要树种的人工林场，经过60年的建设目前林龄达到近成熟林，是森林群落从形成阶段向发展阶段的过渡期。现在的林场从过去黄沙遮天日、飞鸟无栖树的不毛沙地变成森林覆盖率达80%的森林群落。据中国林业科学院对塞罕坝林场社会效益的测算结果显示，该林场每年可向社会提供超过120亿元的生态服务价值，为滦河辽河涵养净化水源1.37亿m3[16]。可吸收二氧化碳约75万t，释放氧气约55万t，能供约200万人1年的呼吸。林场碳汇项目交易价值可达1亿元以上。森林群落的形成改变了生存环境，林场内有陆生野生脊椎动物261种，昆虫660种。林区负氧离子比北京地区高5倍，每年7、8、9月避暑乘凉游客达50万人次。林场内有植物625种，真菌179种，周围村民采集山野菜、食用菌、药材等每年可获得5 000多万元的收入。林场周边区域小气候形成，无霜期由52 d增加至64 d，年均大风天数由83 d减少到53 d。林区内空气湿度高于周边50%。以上诸多社会效益都是随着林龄的增长、森林群落的形成，从无到有，由小到大，由少到多，从单维度向多维的发展的证明。

森林群落形成要经过3个阶段，即森林群落形成阶段、森林群落发展阶段、森林群落相对稳定成熟阶段。同时森林群落的演替是永不终结的进程，所谓稳定成熟的森林群落是在一段时间内暂时的、相对的稳定；
而群落运动、发展、演替是绝对的。这和王君提出的在一定地段上一个质态的森林被另一个质态的森林所代替的过程永远存在观点一致[17]。也符合唯物辩证法关于自然事物发生、发展、消亡的规律，以及事物发展到极致则会走向事物反面的基本观点。

森林三大效益的产生与森林群落形成具有不同步性，是滞后的。伴随群落形成发展到稳定成熟的森林群落，经济效益是从无到有、由小到大、由少到多的产生，这与沈国肪关于森林经济的研究一致[5]。生态效益从量上讲是一个从无到有、由小到大、由少到多的发展进程。生态效益是从单一向丰富，从简单向复杂，从单维度向多维度的发展进程，并随森林群落林龄增长而逐渐增强,这一规律已被森林生态功能从防风固沙、涵养水源等单一功能和维度到调节气候、吸尘降噪等多功能多维度增加的众多研究结论和实践所证明。

森林社会效益以经济、生态效益为基础，由此可以推定社会效益演进规律与经济、生态效益的演进规律是相同或相似的，是随着森林群落林龄的增长是从无到有、由小到大、由少到多、从单维向多维的发展进程。只有森林发展到稳定成熟的森林群落阶段才能同步发挥稳定充分的三大效益。

森林三大效益的内涵广泛，本研究仅就2个林场的直接经济效益、生态效益的涵养水源能力进行了分析，而这2个效益所包含的其他功能是否具有相同或相似的发展规律，以及塞罕坝林场社会效益的发生、发展规律是否具有普遍意义都有待于进一步研究。

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