崔 嵬，鄭小賢，顧 麗

（北京林業(yè)大學(xué) 森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

金溝嶺林場(chǎng)森林水源涵養(yǎng)功能與價(jià)值研究

崔 嵬，鄭小賢，顧 麗

（北京林業(yè)大學(xué) 森林資源與環(huán)境管理國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

為適應(yīng)森林多功能經(jīng)營(yíng)的需要，以金溝嶺林場(chǎng)為研究區(qū)域，根據(jù)森林資源二類調(diào)查資料和固定樣地觀測(cè)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)評(píng)估主要森林類型及齡組的水源涵養(yǎng)量，利用影子工程法評(píng)價(jià)水源涵養(yǎng)價(jià)值量。結(jié)果表明：金溝嶺林場(chǎng)1997年與2007年的水源涵養(yǎng)量分別為4 560.2×104、4 273.6×104t，涵養(yǎng)水源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值量分別為3 137.1、2 935.4萬元；在不同森林類型中，針闊混交林蓄水量最大；10 a間，幼齡林的水源涵養(yǎng)價(jià)值量基本一致，中齡林與成熟林的價(jià)值量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，近熟林水源涵養(yǎng)價(jià)值量有所下降。

水源涵養(yǎng)功能；價(jià)值量；金溝嶺林場(chǎng)；森林類型；齡組

隨著人們對(duì)于森林需求的日益增長(zhǎng)，森林經(jīng)營(yíng)由傳統(tǒng)木材生產(chǎn)向著多功能經(jīng)營(yíng)的方向發(fā)展[1]。21世紀(jì)以來，水資源日益短缺，森林水源涵養(yǎng)功能成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。水源涵養(yǎng)功能是森林對(duì)降水的攔截與再分配的過程，它可以減少水分蒸發(fā)，調(diào)節(jié)林內(nèi)的溫度與濕度，削減洪峰，減輕徑流[3]。

目前研究主要集中在森林對(duì)于區(qū)域徑流量的影響與不同林分層次對(duì)森林水源涵養(yǎng)功能的大小，如何客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同尺度水源涵養(yǎng)功能及其價(jià)值是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。以往研究多以全國(guó)、省市和縣域尺度為主[4-5]，對(duì)于森林經(jīng)營(yíng)單位水平的研究較少。在森林結(jié)構(gòu)上，對(duì)涵養(yǎng)總量的研究較多，分量的研究較少，靜態(tài)研究較多，動(dòng)態(tài)研究較少。不同林分類型水源涵養(yǎng)能力差異較大[6]，研究各生長(zhǎng)階段林分類型的水源涵養(yǎng)能力有助于明確森林多功能經(jīng)營(yíng)培育目標(biāo)。

本研究以吉林省汪清林業(yè)局金溝嶺林場(chǎng)為研究對(duì)象，旨在研究不同森林類型、齡組水源涵養(yǎng)量及其價(jià)值量的動(dòng)態(tài)變化，為森林多功能經(jīng)營(yíng)提供理論和方法支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

研究地區(qū)屬長(zhǎng)白山系老爺嶺山脈雪嶺支脈，地理位置：東經(jīng) 130°10′，北緯 43°22′。全場(chǎng)共有11個(gè)溝系匯入大汪清河，氣候上屬于溫帶大陸性典型季風(fēng)氣候，地貌為低山丘陵，海拔在300～1 200 m之間，有林地的坡度范圍為5°～25°，土壤為低山灰化土灰棕壤，森林植被主要為云杉Picea koraiensis、冷杉Abies nephrolepis、落葉松Larix olgensis、紅松Pinus koraiensis等。林下灌木主要有珍珠梅Sorbaria sorbifolia、刺五加Acanthopanax senticosus等。主要林分類型有云冷杉混交林、落葉松人工林以及紅松闊葉林。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究主要數(shù)據(jù)：(1) 1997年與2007年的森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，1997年與2007年的有林地面積分別為16 031.92 hm2與15 976 hm2。(2)金溝嶺林場(chǎng)主要森林類型土壤孔隙度、枯落物持水量等固定樣地觀測(cè)數(shù)據(jù)，林冠截留率數(shù)據(jù)引自我國(guó)主要森林生態(tài)系統(tǒng)類型的林冠降水截留規(guī)律數(shù)據(jù)[7]。(3)《延邊統(tǒng)計(jì)年鑒2010》，研究區(qū)1997年與2007年的年降水量分別為563.0、495.8 mm。

2 研究方法

森林水源涵養(yǎng)量的估算方法主要分為森林水量平衡法與綜合蓄水法[8-10]。森林水量平衡法是將土壤植被等視為一個(gè)整體，根據(jù)水量平衡的原則，降水量與蒸散量之差即為森林水源涵養(yǎng)量[11]。綜合蓄水法是將森林蓄水量劃分為林冠截留量、土壤蓄水量以及枯枝落葉持水量三個(gè)部分，三者持水量之和作為森林整體的水源涵養(yǎng)量[12]。本研究利用綜合蓄水法對(duì)森林水源涵養(yǎng)量進(jìn)行估算。

2.1 水源涵養(yǎng)量估算方法

2.1.1 林冠截留量

林冠截留量的計(jì)算公式[13]如式(1)：

式中：W1為森林林冠截留量；Si為第i種森林類型的面積；m為年降水量；ai為第i種森林類型的林冠截留率(%)。

2.1.2 土壤蓄水量

森林土壤蓄水量的計(jì)算公式[14]見式(2)：

式中：W2為土壤蓄水量；Si為第i種森林類型的面積；ki為金溝嶺林場(chǎng)有林地第i種森林類型的土壤非毛管孔隙度(%)；hi為第i種森林類型的土壤厚度。

2.1.3 枯落物持水量

枯落物持水量的計(jì)算公式[15]見式（3）：

式中：W3為枯枝落葉持水量；Si為第i種森林類型的面積；Li為第i種森林類型單位面積枯枝落葉積累量；li為第i種森林類型枯枝落葉最大持水率(%)。

2.2 水源涵養(yǎng)價(jià)值量估算方法

本研究采用影子工程法[16-18]對(duì)森林水源涵養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行估算，計(jì)算公式為：

式中：V為森林水源涵養(yǎng)價(jià)值；W總為森林水源涵養(yǎng)量；Wg為某種替代工程的水容量；Vg為替代水利工程的價(jià)值；L為發(fā)展階段系數(shù)(L≈0.15)[19]。

水庫(kù)建設(shè)投資測(cè)算的每1 m3庫(kù)容所需投入的成本為0.67元[18]，公式(4)可以簡(jiǎn)化為：

2.3 主要森林類型

根據(jù)金溝嶺林場(chǎng)森林資源二類調(diào)查資料，該地區(qū)主要森林類型為白樺林、紅松林、闊葉混交林、落葉松林、楊樹林、榆樹林、云杉林、雜木林、樟子松林、針闊混交林和針葉混交林等11種。

1987年設(shè)置的觀測(cè)土壤孔隙度與枯枝落葉持水的固定樣地主要設(shè)置在闊葉林、針葉林、針闊混交林和落葉松人工林4種森林類型中。其中，闊葉林主要包括榆樹林、白樺林、楊樹林。針葉林主要包括紅松林、云杉等。

因此，林冠截留量評(píng)估針對(duì)11種森林類型，其他研究?jī)?nèi)容評(píng)估針對(duì)4種森林類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 水源涵養(yǎng)量

3.1.1 林冠截留量

森林林冠截留量見表1。1997年與2007年森林林冠截留總量分別為2 196.4×104、1 935.9×104t。與1997年相比，2007年降水量與森林總面積有所減少，因此林冠截留總量也有所下降。在11種主要森林類型中，針闊混交林的森林截留量最大，分別為1 094.2×104、1 103.8×104t；針葉混交林次之，年截留量分別為461.1×104、412.4×104t。

表1 森林林冠截留量Table 1 Rainfall interception of forest canopy

3.1.2 土壤蓄水量

研究區(qū)土壤層厚度取68 cm，非毛管孔隙度在16%～25%之間。不同森林類型枯枝落葉層的單位面積最大蓄水量為33.1～62.1 m3/hm2。圖1為不同森林類型的土壤蓄水量。金溝嶺林場(chǎng)1997年與2007年土壤蓄水量分別為2 284.5×104、2 255.3×104t，其中針闊混交林的蓄水量最大，針葉林次之，落葉松人工林最小。

圖1 森林土壤蓄水量Fig. 1 Water storage capacity of forest soil

3.1.3 枯落物持水量

枯落物持水量見圖2。1997年與2007年枯枝落葉持水量分別為79.3×104、82.3×104t，整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。在不同森林類型枯枝落葉持水量中，針闊混交林的枯枝落葉持水量最高，1997年與2007年分別占總持水量的53.13%與59.37%；落葉松人工林最低，僅占9.86%與4.72%。在10 a期間，針闊混交林的枯落物持水量增加了6.7×104t，針葉混交林增加了0.6×104t，而落葉松人工林則減少了，這是由于該地區(qū)自2000年以來實(shí)行的天然林保護(hù)工程，使其天然林水源涵養(yǎng)水平有所提高。

圖2 枯枝落葉持水量Fig. 2 Water storage capacity of forest litter

林冠截留量、土壤蓄水量與枯落物持水量之和為森林水源涵養(yǎng)量。1997年與2007年金溝嶺林場(chǎng)的森林水源涵養(yǎng)量分別為4 560.2×104、4 273.6×104t，表明該地區(qū)森林有巨大的貯水潛力。從植被不同作用層的水源涵養(yǎng)量上看，土壤的涵養(yǎng)水源貢獻(xiàn)最大，林冠截留量次之，枯枝落葉持水量最低，1997年與2007年三者所占的比例分別為50%、48%、2%與53%、44%、2%。土壤與冠層的蓄水量達(dá)到總體的98%，起主導(dǎo)作用。

3.2 水源涵養(yǎng)價(jià)值量

3.2.1 不同森林類型水源涵養(yǎng)價(jià)值

1997年與2007年各森林類型的水源涵養(yǎng)價(jià)值見表2。從表2可以看出，不同森林類型中水源涵養(yǎng)價(jià)值量由大到小依次為針闊混交林、針葉林、闊葉林、落葉松人工林。其中針闊混交林的價(jià)值量分別為1 348.2、1 464.8萬元；針葉林水源涵養(yǎng)價(jià)值量分別為761.8、742.0萬元；闊葉林水源涵養(yǎng)價(jià)值量分別為655.9、742.0萬元；落葉松人工林的水源涵養(yǎng)價(jià)值量最小，分別為407.2、190.9萬元。

3.2.2 不同齡組水源涵養(yǎng)價(jià)值

1997年和2007年各齡組的林冠截留量、土壤蓄水量以及枯落物持水量見表3。中齡林與近熟林比例之和分別占84%（1997年）與77%（2007年），是森林多功能主體。10 a間，幼齡林的水源涵養(yǎng)價(jià)值量基本一致，中齡林與成熟林的價(jià)值量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，近熟林水源涵養(yǎng)價(jià)值量有所下降。這是由于中齡林的面積有所增加，部分近熟林轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒炝郑蛊渌春B(yǎng)價(jià)值量發(fā)生變化。

表2 不同森林類型水源涵養(yǎng)價(jià)值Table 2 Value of water conservation in different forest types 萬元

表3 不同齡組涵養(yǎng)水源價(jià)值Table 3 Value of water conservation in different age groups 萬元

4 討 論

受雨量和森林面積減少的影響，金溝嶺林場(chǎng)1997年與2007年的森林水源涵養(yǎng)量總價(jià)值分別為17 018.9、14 820.1萬元。研究地區(qū)土壤肥沃，雨量充沛，生物多樣性豐富，有著較高的林地生產(chǎn)力。森林年齡結(jié)構(gòu)趨向年輕化，可以長(zhǎng)時(shí)間維持較高的生產(chǎn)力，水源涵養(yǎng)能力上有逐年增加的趨勢(shì)。該地區(qū)自2000年實(shí)施天保工程與退耕還林工程，使其森林水源涵養(yǎng)功能得到顯著提升。但是由于受到自然及人為活動(dòng)的干擾，人工林與次生林的林分結(jié)構(gòu)，特別是年齡結(jié)構(gòu)不盡合理。如何優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)、擴(kuò)大森林面積、提高森林質(zhì)量和科學(xué)評(píng)價(jià)森林多功能將成為今后森林經(jīng)營(yíng)和實(shí)踐重點(diǎn)。對(duì)于水源涵養(yǎng)林經(jīng)營(yíng)上，應(yīng)優(yōu)先培育涵養(yǎng)能力較強(qiáng)的林分類型。森林管理決策者應(yīng)利用合理的技術(shù)方法，對(duì)水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行詳細(xì)的研究與評(píng)價(jià)，達(dá)到森林生態(tài)服務(wù)功能與人類需求的平衡，使得該地區(qū)森林多功能效益最大化。

不同森林類型的水文特征存在差異[20]，由于數(shù)據(jù)資料的限制，在森林土壤蓄水量以及枯落物持水量的估算上，僅估算了針闊混交林、針葉林、闊葉林以及落葉松人工林4大類，未對(duì)該地區(qū)全部森林類型做詳盡估測(cè)，在一定程度上對(duì)評(píng)估的結(jié)果有所影響。

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Water conservation of forest in Jingouling forest farm and its value

CUI Wei, ZHENG Xiao-xian, GU Li
(Key Laboratory of Forest Resources and Environmental Management of State Forestry Administration, Beijing Forestry University,Beijing 100083, China)

According to the fi eld survey and the data of sample plots of the forest management inventory of the Jingouling forest farm which is chosen as the study area, the water source conservation was based on the water storage of different vegetation canopies and age groups. Using the shadow engineering method to calculate the value quality, the result shows that the water source conservation of 1997 and 2007 was respectively 4 560.2×104t and 4 273.6×104t, the value quality was 31.371 million yuan and 29.354 million yuan. In different forest types, mixed wood has the largest storage capacity. Among 10 years, water conservation of young forest value changed a little, value of mid-maturation and mature forest increased, value of nearly mature forest declined.

water conservation; magnitude of value; Jingouling forest farm; forest types; forest age

S727.21

A

1673-923X(2016)05-0088-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.017

2015-01-11

“十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目“南方集體林區(qū)生態(tài)公益林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)技術(shù)研究與示范”（2012BAD22B05）

崔 嵬，博士研究生 通訊作者：鄭小賢，教授；E-mail：zheng8355@bjfu.edu.cn

崔 嵬，鄭小賢，顧 麗. 金溝嶺林場(chǎng)森林水源涵養(yǎng)功能與價(jià)值研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(5): 88-92.

[本文編校：謝榮秀]