对浙江省遂昌县的6种主要森林类型的水源涵养量与固土保肥量及其价值进行研究。结果表明:1) 年水源涵养能力最强的是阔叶林(32930.46万m3),产生价值270052.85万元;年保育土壤能力最强的同为阔叶林(251.79万t),产生总价值28028.89万元,因此,该地阔叶林涵养水源与保育土壤所产生的经济价值最高;2) 单位面积年水源涵养量最大的森林类型是毛竹(0.51万m3∙hm−2),其产生的经济效益4.15万元∙hm−2;年保育土壤最优的森林类型是阔叶林(38.06 t∙hm−2),其直接产生经济价值0.42万元∙hm−2;对于水源涵养与保育土壤功能最强的森林类型是阔叶林,年产生价值4.51万元∙hm−2。由于水源涵养与保育土壤功能是森林生态服务功能中最为重要的两个功能,本研究中得出阔叶林与毛竹在遂昌县研究森林生态系统服务功能总体性评价上,有着重要的影响力。因此,在遂昌县的生态林业建设决策中,建议增加阔叶林的比例,加快“针改阔工程”步伐,大力发展毛竹,以产生更大的森林生态效益。 This paper is an investigation on soil and water conservation capacity and its value of 6 forest types in Suichang, Zhejiang province. The results showed that: 1) The maximum water-capacity was broad-leaved forest, the annual total amount and value of water conservation was respectively 329.3046 million stere and 2700.5285 million yuan; the maximum soil-capacity was broad-leaved forest, the annual total amount and value of soil and fertilizer con- servation was respectively 2.5179 million t and 280.2889 million yuan. Therefore the broad-leaved forest occupied dominant economic status in six forest types of Suichang County. 2) The maximum water-capacity was bamboo forest ( Phyllostachys pubescens ) in unit area scale, the annual amount and value of water conservation was respectively 5100 stere and 41,500 yuan per hectare; the maximum soil-capacity was broad-leaved forest, the annual total amount and value of soil and fertilizer conservation was respectively 38.06 t and 4200 yuan per hectare. Therefore the broad-leaved forest occupied dominant status in water and soil conservation capacity, and the annual total value of broad-leaved for- est was 45,100 yuan per hectare. For water conservation and soil conservation are the most important functions of forest ecosystem services, the search holds that broad-leaved forest and bamboo forest ( Phyllostachys pubescens ) have sig- nificant influence in studying the general assessment of forest ecosystem services in Suichang County. Consequently, the research suggests increasing the broad-leaved forest proportion; speeding up transforming the coniferous forest into the broad-leaved forest project, and developing bamboo forest ( Phyllostachys pubescens ) to produce more forest eco- logical benefits.
水土资源是人类赖以生存与发展的重要物质基础[
遂昌县位于浙江省西南部,地处钱塘江、瓯江之源头。东倚武义、松阳县,南邻龙泉市和福建浦城县,西接江山市,西北与衢州市区接壤,北和龙游、金华市区毗连。介于东径118˚41′~119˚30′北纬28˚13′~18˚49′之间。海拔在153~1724.2 m之间,全县山地面积大于丘陵、低山、平原面积的总和,素有“九山半水半分田”之称,是个典型的山地县。气候属中亚热带季风类型,冬冷夏热,四季分明,雨量充沛,空气湿润,山地垂直气候差异明显。多年平均气温为16.8℃,多年平均降水量1510 mm,相对湿度80%左右,土壤以红壤与黄壤为主。全县土地总面积381.67万亩,森林面积314.11万亩,覆盖率82.3%。
在遂昌县主要森林类型有松林(占7.79%);杉木林(占26.31%)、阔叶林(占31.41%)、针阔混交林(占20.80%)、竹林(占8.49%)和灌木林(占5.21%),阔叶林所占比例最大。松林优势种为马尾松(Pinus massoniana)、黄杉(Pseudotsuga sinensis),混生有雪松(Cedrus deodara)、杉木(Cunninghamia lanceolata)等树种;杉木林以杉木为主,混生有杨树(Populus sp.)、榆树(Ulmus pumila)、樟树(Cinnamomum camphora)等树种;阔叶林中优势树种为青冈(Cyclobalanopsis glauca),混生有苦槠(Castanopsis sclerophylla)、石楠(Photinia serrulata)、石栎(Lithocarpus glaber)等树种;针阔混交林主要以马尾松、江南油杉(Keteleeria cyclolepis)为优势种,混生有榉树(Zelkova serrata)、蓝果树(Nyssa sinensis)、杨树、木荷(Schima superba)、檫木(Sassafras tzumu)等树种;竹林以毛竹(Phyllostachys pubescens)为主,同时有极少量马尾松、杉木等树种混生;灌木林主要是山茶(Camellia japomica)、黄杨(Buxus Sinica)、杜鹃(Rhododendron sp.)、海桐(Pittosporum tobira)等。
对遂昌县主要的6种不同森林类型(松林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、毛竹、灌木林)研究其水源涵养及保育土壤的差异,计算出各森林类型年产经济效益,从而反映出不同森林类型各自服务功能大小。本研究部分基础数据来源于遂昌县林业局调查与监测数据,对遂昌县6种主要森林类型按随机抽样方法抽取80个样地进行常规群落调查(每种类型12~14个样方)。在对所抽取的固定监测小班全面调查的基础上,同时选取典型地段设置面积为20 m × 20 m 固定样地,具体记录样地郁闭度、土壤等环境因子信息;在每块样地对角线上均匀设置3个2 m × 2 m的灌木固定小样方,详细记录灌木株数、盖度等指标。
在研究80个样地监测小班内每个森林类型随机设置3个0.5 m × 0.5 m的小样方,采用四分法,按未分解层、半分解层取样称重,在85℃下烘干,根据含水量求得现存量。枯落物持水量测定采用室内浸泡法,将枯落物样品采回后分别装入尼龙袋(网眼孔径60目),在清水中浸泡24 h后取出,当无水滴滴下时立刻称重,计算其最大持水率。枯落物持水量为持水率与枯落物蓄积量的乘积[
环刀法测定土壤容重、土壤非毛管孔隙度等物理性质;半微量凯氏定氮法测定土壤含氮量N(%);H2SO4-HClO4消煮–钼锑抗比色法测定土壤平均含磷量P(%);火焰光度法测定土壤平均含钾量K(%);重铬酸钾容量法–外加热法测定土壤有机质平均含量M(%)[
本研究选取调节水量和净化水质两个指标来反映森林水源涵养功能,以及固土与保肥两个指标来反映森林保育土壤功能,并依据“森林生态系统服务功能评估规范”(LY/T 1721-2008)中水源涵养、保育土壤功能实物量评估方法对各森林生态系统水源涵养与保育土壤功能及其价值进行评价[
森林类型调节水量价值和森林类型净化水质价值组成森林水源涵养的价值:
森林年水源涵养量V = 10A(V1 + V2 + V3)
①森林类型调节水量价值U调 = C库V
②森林类型净化水质价值U净 = K水V
水源涵养总价值U = U调 + U净
单位面积水源涵养价值UA = (U调 + U净)/A
上式中:V:森林年水源涵养量(m3∙a−1);V1:林冠截留量(mm∙a−1);V2:枯枝落叶蓄水量(mm∙a−1);V3:土壤非毛管孔隙蓄水量(mm∙a−1);C库:水库库容造价(元∙m−3);K水:水的净化费用(元∙t−1);U:森林水源涵养价值(元∙a−1);U调:森林调节水量价值(元∙a−1);U净:森林净化水质价值(元∙a−1);UA:单位面积水源涵养价值(元·hm−2∙a−1);A:林分面积(hm2);根据权威部门公布的社会公共数据[
森林固土能力和森林保肥能力组成森林保育土壤能力;
①森林固土价值:
森林年固土量V固土 = A(X2 − X1)
森林年固土价值U固土 = AC土 (X2 − X1)/ρ
②森林保肥价值:
森林年保肥量V保肥 = Vn + Vp + Vk + Vm
森林类型年保持氮量Vn = N × A(X2 − X1);
森林类型年保持磷量Vp = P × A(X2 − X1);
森林类型年保持钾量Vk = K × A(X2 − X1);
森林类型年保持有机质量Vm = M × A(X2 − X1);
森林年保肥价值U保肥 = A(X2 − X1)(NC1/R1 + PC1/R2 + KC2/R3 + MC3)
上式中:V固土:森林年固土量(t∙a−1);U固土:森林年固土价值(元∙a−1);X1:林地土壤侵蚀模数(t·hm−2∙a−1);X2:无林地土壤侵蚀模数(t·hm−2∙a−1);A:森林类型面积(hm2);C土:为挖取和运输单位体积土方所需费用(元∙m −3);ρ:林地土壤容重(t∙m−3);V保肥:森林年保肥量(t∙a−1);Vn:森林固持土壤而减少的氮流失量(t∙a−1);Vp:森林固持土壤而减少的磷流失量(t∙a−1);Vk:森林固持土壤而减少的钾流失量(t∙a−1);Vm:森林固持土壤而减少的有机质流失量(t∙a−1);U保肥:林分年保肥价值(元∙a−1);N:土壤平均含N量(%);P:土壤平均含P量(%);K:土壤平均含K量(%);M:土壤有机质平均质量分数(%);R1:磷酸二铵含N量(%);R2:磷酸二铵P量(%);R3:氯化钾含K量(%);C1:磷酸二铵平均价格(元∙t−1);C2:氯化钾平均价格(元∙t−1);C3:有机质平均价格(元∙t−1);根据权威部门公布的社会公共数据[
由表1可知,遂昌县6种主要森林类型中林冠截留量最大的是针阔混交林(302.00 mm·hm−2,占六种森林类型总林冠截留量的22.61%),依次为阔叶林、杉木林、毛竹林、松林、灌木林;枯枝落叶蓄水量最大的是阔叶林(16.05 mm·hm−2,占六种森林类型总枯枝落叶蓄水量的40.52%),依次为针阔混交林、松林、毛竹林、杉木林、灌木林;土壤蓄水量最大的森林类型为毛竹林(248.89 mm·hm−2,占六种森林类型总土壤蓄水量的22.21%),依次为阔叶林、松林、针阔混交林、灌木林、杉木林。因此,在遂昌县6种主要森林类型中,阔叶林、毛竹林的水源涵养能力略优于其他森林类型。在研究水源涵养功能时得出,林冠截留与土壤层蓄水是森林水源涵养的主导因素,共计占总量的96.78%~99.18%,枯落物含水量不高与林种及土壤类型等有关,而森林群落结构和经营特征等因素对其水源涵养能力有影响。
通过资料与试验结果对比计算得到自2005年至2010年,单位面积水源涵养量的增加量(表2),松林水源涵养增加量为0.03万m3·hm−2、杉木林为0.02万m3·hm−2、阔叶林为0.03万m3·hm−2、针阔混交林为0.03万m3·hm−2、毛竹林为0.04万m3·hm−2、灌木林为0.03万m3·hm−2。由此说明,森林生长有助于其生态系统水源涵养功能的提高,而增加的原因与该地各森林类型林龄结构为幼龄林居多,在生长过程中其面积扩大有关。
本研究通过对6种不同森林类型固土保肥量的测定计算(表3,其中土壤侵蚀模数来源于遂昌县林业局调查数据),得出各森林类型具体年保育土壤参数,年固土量最大的是阔叶林(36.00 t·hm−2),依次为针阔混交林(35.63 t·hm−2)、毛竹林(35.41 t·hm−2)、松林(35.29 t·hm−2)、杉木林(34.78 t·hm−2)、灌木林(34.43 t·hm−2)。在土壤保肥能力中,氮含量在土壤中所占比例排序表
表1. 不同森林类型的水源涵养量
表2. 五年间单位面积水源涵养量的增加量
表3. 不同森林类型的固土保肥量
现为针阔混交林(1.42%) > 灌木林(1.21%) > 阔叶林(1.03%) > 杉木林(0.87%) > 松林(0.81%) > 毛竹林(0.45%);磷含量在土壤中所占比例排序表现为灌木林(0.37%) > 松林(0.35%) > 阔叶林(0.32%) > 杉木林(0.31%) > 针阔混交林(0.26%) > 毛竹林(0.16%);钾含量在土壤中所占比例排序表现为松林(20.78%) > 阔叶林(20.47%) > 灌木林(18.37%) > 杉木林(15.80%) > 毛竹林(15.63%) > 针阔混交林(10.57%);有机质含量在土壤中所占比例排序表现为针阔混交林(44.67%) > 灌木林(38.14%) > 阔叶林(35.50%) > 杉木林(32.85%) > 松林(29.92%) > 毛竹林(29.67%);根据与无林地土壤中主要养分含量的比对,林地土壤养分明显高于无林地土壤,即研究地各森林类型均具有土壤保肥能力。各森林类型年保肥能力大小排序为阔叶林(2.06 t·hm−2) > 针阔混交林(2.03 t·hm−2) > 灌木林(2.00 t·hm−2) > 松林(1.83 t·hm−2) > 杉木林(1.73 t·hm−2) > 毛竹林(1.63 t·hm−2)。将6种森林类型固土能力与保肥能力相结合,可直观看出各自保育土壤的能力大小,从各森林类型单位面积年保育土壤能力上比较(表3),最强的为阔叶林(占17.08%),其次为针阔混交林、松林、毛竹林、杉木林、灌木林。而对于各森林类型固土保肥能力中,固土能力远强于保肥能力。阔叶林在总体保育土壤能力和单位面积保育土壤能力中均占优势,与其丰富的枯落物量、土壤物理结构等方面有很大关系,此外,虽然灌木林在总体保育土壤方面欠佳,但其保肥能力却比松林、杉木林和毛竹要强,另有研究表明,灌丛对养分表现出明显的富集效应,因此,灌木林在土壤保肥方面有一定的优势[
通过资料查询与对比,得出五年间不同森林类型
表4. 2005~2010年不同森林类型保肥增加量
单位面积保肥量的增加量(表4),由于土壤有机质影响着土壤肥力,五年间保持有机质含量最显著的是针阔混交林,从而可认为针阔混交林的保肥能力增长最快,可为今后选择合适树种森林类型提供依据。五年间,影响森林土壤肥力最大的因素是有机质含量和钾含量,占总增加量的96%,其次是氮含量与磷含量。由此说明,有机质的增加和钾含量的提高对森林土壤肥力的增加有积极影响,保肥量的提升与该地积极提倡经营的科学化相关。
根据表1表3不同森林类型水源涵养量与保育土壤量以及其效益评价的计算[
表5. 各森林类型单位面积年水源涵养与保育土壤价值
质价值依次为松林(15015.63万元)、杉木林(47858.28万元)、阔叶林(68824.68万元)、针阔混交林(43541.48万元)、毛竹林(18892.31万元)、灌木林(3801.00万元)。各森林类型年水源涵养总价值表现为松林(58918.02万元)、杉木林(187785.42万元)、阔叶林(270052.85万元)、针阔混交林(170847.18万元)、毛竹林(74129.26万元)、灌木林(14914.30万元)。为了更直观具体分析遂昌县不同森林类型水源涵养价值大小,通过计算得到六种森林类型单位面积各自价值量,松林(3.59万元·hm−2)、杉木林(3.59万元·hm−2)、阔叶林(4.08万元·hm−2)、针阔混交林(3.90万元·hm−2)、毛竹林(4.15万元·hm−2)、灌木林(1.36万元·hm−2),说明相同面积下不同森林类型所产生的水源涵养价值不同,表现出的涵养水源能力及其创造经济效益也不相同。
本研究六种森林类型年固土价值依次为松林(578.90万元)、杉木林(2012.96万元)、阔叶林(2648.34万元)、针阔混交林(1906.81万元)、毛竹林(755.82万元)、灌木林(415.89万元)。各森林类型年保肥价值依次为松林(6902.31万元)、杉木林(20942.83万元)、阔叶林(30384.93万元))、针阔混交林(17013.54万元)、毛竹林(7351.47万元)、灌木林(4679.09万元)。则各森林类型年保育土壤价值为松林(7481.21万元)、杉木林(22955.79万元)、阔叶林(33033.27万元)、针阔混交林(18,920.35万元)、毛竹林(8107.29万元)、灌木林(5094.98万元)。通过计算,不同森林类型单位面积保育土壤价值为松林(0.46万元·hm−2)、杉木林(0.41万元·hm−2)、阔叶林(0.50万元·hm−2)、针阔混交林(0.43万元·hm−2)、毛竹林(0.45万元·hm−2)、灌木林(0.46万元·hm−2)。
结合水源涵养价值与保育土壤价值得到植被保持水土方面的一个重要值,经计算,研究区水源涵养与保育土壤总价值依次为松林(66399.23万元)、杉木林(210741.21万元)、阔叶林(303086.12万元)、针阔混交林(189767.53万元)、毛竹林(82236.55万元)、灌木林(20009.28万元);单位面积年森林植被水源涵养与保育土壤的总价值为松林(4.05万元·hm−2)、杉木林(3.80万元·hm−2)、阔叶林(4.58万元·hm−2)、针阔混交林(4.33万元·hm−2)、毛竹林(4.60万元·hm−2)、灌木林(1.82万元·hm−2)。由此可知,在遂昌县主要森林类型水源涵养和保育土壤所产生的经济价值,阔叶林和毛竹林高于其他森林类型,就水源涵养与保育土壤的层面上研究,对以后森林生态建设与发展可提供一定科学理论依据。
除此之外,将此与五年前各森林类型单位面积年水源涵养和保育土壤所产生的总价值作对比,结果表明,各森林类型所产生的价值均有提升,森林的水土保持效益成果明显(图1)。
森林生态系统服务功能及其价值近年来受到林
图1. 不同森林类型涵养水源与保育土壤总价值
业、生态、经济等领域学者的高度重视,客观评价不同森林类型的服务功能及其价值对于人类加快林业生态建设和实现森林可持续经营具有十分重要的意义,国内从80年代起就有对于水土保持方面的研究[12,13]。本研究主要对森林水源涵养与保育土壤服务功能及其价值进行评估,在森林水源涵养方面由于不同森林类型的林冠截留量与截留率有一定差异[
本研究以遂昌县林业局调查与监测数据为基础,根据常规调查方法对遂昌县6种主要森林类型水源涵养与保育土壤功能及其价值作评估,结果表明:
1) 6种主要森林类型年水源涵养总量为94,704.97万m3,年保育土壤总量为786.46万t,经计算得到遂昌县6种主要森林类型年水源涵养价值为776,647.03万元,年保育土壤价值为95592.89万元,即其产生水源涵养与保育土壤总价值为872239.92万元;2) 在研究的6种主要森林类型中,年涵养水源量最大的是阔叶林(32930.46万m3),年保育土壤量最大的同为阔叶林(252.42万t),这与当地阔叶林所占森林总体面积比例最大有关,其相应产生水源涵养价值270052.85万元(占总水源涵养价值的34.78%),保育土壤价值33033.27万元(占总保育土壤价值的34.56%);3) 单位面积年水源涵养量最大的是毛竹林(0.51万m3·hm−2),其产生的经济效益4.15万元·hm−2(占单位面积总水源涵养价值的20.25%),年保育土壤最具优势的森林类型是阔叶林(38.16 t·hm−2),其直接产生经济价值0.50万元·hm−2(占单位面积总保育土壤价值的18.38%);4) 通过将研究结果与五年前的研究值进行比对分析,五年间单位面积水源涵养增加量最大的森林类型是毛竹林(0.04万m3·hm−2),五年间单位面积保育土壤增加量最大的森林类型为针阔混交林(5.40 t·hm−2)。
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