环洞庭湖防护林优化模式选择

戴成栋， 欧阳硕龙， 吴秋莲, 李益辉， 李有志

(1.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410007; 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

环洞庭湖防护林优化模式选择

戴成栋1， 欧阳硕龙2， 吴秋莲1, 李益辉1， 李有志2

(1.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410007; 2.湖南省林业科学院， 湖南 长沙 410004)

本文采用生态效益为主，经济效益为辅的原则，从生态系统林木及林副产品、涵养水源、水质净化、水土保持、固碳释氧、净化大气、防浪护堤、维持生物多样性等8大特征构建了防护林优化模式评价指标体系，并在对防护林实地调查、样本分析的基础上，对环洞庭湖防护林体系进行了优化模式的选择。

洞庭湖； 防护林； 评价指标体系； 优化模式

洞庭湖是我国第二大淡水湖泊，也是长江上唯一通江型湖泊，在调蓄防旱、涵养水源、降解污染物、固碳释氧、保持生物多样性和珍稀动植物资源等方面具有重要作用，其功能的发挥对湖南乃至整个长江流域的生态平衡具有重要意义。然而，由于长期以来的乱砍乱伐，植被毁损严重，在高利益的驱动下，环洞庭湖丘岗地逐步被转变成耕地或者植被覆盖度极低的荒坡，水土流失严重，导致河道淤积，干流洪涝灾害频繁发生，逐年增加的入湖泥沙量也加速了洞庭湖的萎缩，湖泊功能在逐渐减小。为了改善洞庭湖周边地区的生态环境，环洞庭湖防护林体系建设工程应运而生。

1998年2月，环洞庭湖防护体系建设开始启动，2008年结束，历时11年。项目实施点位于湖南省洞庭湖区的岳阳、君山、临湘、云溪、华容、南县、安乡、澧县、津市等9县市区，计划营造生态防护林36327hm2。其中，防浪护堤林11880hm2，水源涵养与水土保持林8020hm2，补植封山育林2500hm2，封山育林10397hm2，经济林2000hm2，庭园林400hm2。旨在湖区大堤外洲营造防浪护堤林和在环湖山地营造生态林，以改善洞庭湖区的生态环境和当地人民的生产生活条件，为发展农业和保障水利工程设施建立良好的生态屏障。为探索适应环洞庭湖的造林树种及造林模式，增强其防浪护堤及水土保持功能，在项目建设初期设计了不同的造林方式，如纯杨树林、湿地松+枫香、杉木+枫香、马尾松林等，试图通过其生态功能表现，提出适宜的优化模式。为此，本文在对1998年以来建设的环洞庭湖的防护林进行全面调查、分析的基础上，按照生态效益为主，经济效益为辅的原则，进行了优化模式的选择。

1 研究地域及方法

1.1 研究地域概况

项目所在区域的岳阳、君山、临湘、云溪、华容、南县、安乡、澧县、津市等9县、市(区)，属亚热带季风湿润气候区，热量较丰富，雨量充沛。区域内年平均气温为16.4～17.0℃,降水量多，年平均量为1328.8mm。区域内地带性土壤为红壤，因区内南北水热条件的差异，可分为常绿阔叶林湿润季风气候的红壤亚类地带(南部地区)和常绿落叶阔叶林湿润季风气候的棕红壤亚类地带。

1.2 研究方法

2010年7月对植物群落进行调查，调查内容包括： ① 立地条件调查，包括海拔、坡位、坡度、坡形、坡向、母岩种类、土壤类型、土层厚度等环境因子； ② 植被调查，乔层样方面积20m×30m或20m×20m，具体大小依据具体地形、地势而定。在每个样方选取4个1m×1m的小样方调查灌草本层。小样方设置原则如下： 沿坡面分别选取上坡、中坡、下坡样地作为小样方，而平地则随机选取4个小样方。对每一样方的乔木层逐株调查，记录种名、胸径、树高，优势度、郁闭度、冠幅等，对不同组织(根、干、叶、枝)进行混合取样，用于测定含水量及碳密度。同时，对每一小样方内的灌草层，记录种名、株数、高度、盖度，并进行混合生物量测定，选取部分混合样用于测定含水量及碳密度； ③ 林下土壤侵蚀状况调查，如土壤侵蚀类型、侵蚀强度、侵蚀面积及比率，在每小样方内采用土壤钻随机取土100cm，共分3层，其中上层为0～20cm，中层20～60cm，下层60～100cm，混合取样，带回实验室，用于测定营养元素含量等； ④ 经济价值调查与统计。

2 主要造林树种及造林模式

环洞庭湖防护林体系主要有封山育林、水源涵养林与水土保持林、补植封山育林、防浪林4种造林类型，占总完成任务的90%以上。各类型造林树种如下：防浪林主要为杨树(Populus)、苏柳(Salix×Jiangsuensis)、旱柳(Salixmatsudana)；水源涵养林与水土保持林主要为湿地松(Pinuselliottii)、马尾松(Pinusmassoniana)、樟树(Cinnamomumcamphora)、香椿(Toonasinensis)、檫木(Sassafrastzumu)、板栗(Castaneamollissima)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、杉木(Cunninghamialanceolata)、栾树(Koelreuteriapaniculata)、木荷(Schimasuperba)、桤木(Alnuscremastogyne)、枫香(Liquidambarformosana)、苦栎(Quercuscerris)；封山育林主要为马尾松、樟树、苦栎、白栎(Quercusfabri)、冬青(Ilexpurpurea)、板栗、山槐(Albiziakalkora)、山胡椒(Litseacubeba)、微毛樱(Cerasusciarofolia)、青冈栎(Cyclobalanopsisglauca)；补植封山林主要为马尾松、湿地松、白栎、樟树、冬青、杉木、盐肤木(Rhuschinensis)、椿叶花椒(Zanthoxylumailanthoides)、山胡椒、华山矾(Symplocoschinensis)、山矾(Symplocossumuntia)、黄檀(Dalbergiahupeana)、榔榆(Ulmusparvifolia)、乌桕(Sapiumsebiferum)、黄荆((Vitexnegundo)、长叶冻绿(Rhamnuscrenata)、野鸦椿(Euscaphisjaponica)、女贞(Ligustrumlucidum)。各树种造林模式见表1。

表1 环洞庭湖主要造林模式Tab.1 MainafforestationmodelaroundDongtingLake造林类型Afforestationtype树种配置Speciescomposition密度(m×m)Density防浪林杨树3.0×4.04.0×4.04.0×4.54.0×5.0杨树+旱柳3.0×5.04.0×4.0杨树+苏柳3.0×5.04.0×5.0旱柳+苏柳3.0×5.04.0×4.0补植封山育林马尾松+枫香2.0×2.02.0×2.53.0×4.0马尾松+杉木2.0×2.03.0×3.0马尾松+木荷+香椿3.0×4.0杉木+栾树3.0×4.0杉木+刺槐3.0×3.03.0×4.0木荷+桤木3.0×4.0檫木+刺槐3.0×4.0湿地松+桤木3.0×4.0湿地松+马尾松+桤木3.0×4.0枫香+桤木3.0×4.0檫木+桤木+刺槐栾树+檫木3.0×4.0马尾松+湿地松封山育林马尾松+枫香+檫木2.0×2.0马尾松+檫木苦栎+枫香2.0×2.0杉木+湿地松檫木+苦栎枫香+湿地松2.0×2.0水源涵养林与水土保持林湿地松+枫香1.5×2.02.0×1.72.0×2.02.0×2.52.0×3.0湿地松+木荷1.5×2.02.0×2.0

续表1 环洞庭湖主要造林模式ContinuedTab.1 MainafforestationmodelaroundDongtingLake造林类型Afforestationtype树种配置Speciescomposition密度(m×m)Density2.0×3.0湿地松+桤木1.5×2.0水土涵养林与水土保持林湿地松+桤木2.0×2.02.0×2.5湿地松+樟树2.0×2.0杉木2.0×1.7杉木+枫香+马尾松+刺槐3.0×3.0杉木+枫香+樟木+板栗+刺槐3.0×3.0杉木+木荷2.0×2.01.5×2.0杉木+枫香2.0×2.02.0×2.53.0×3.0马尾松+木荷1.5×2.02.0×2.0马尾松+枫香1.5×2.02.0×2.5枫香+檫木+杉木2.0×3.0枫香+桤木1.0×1.5板栗+白栎2.0×2.0板栗+木荷2.0×2.5刺槐+栾树2.0×2.5刺槐+白栎1.5×2.0香椿+木荷2.0×2.02.0×3.0樟树+枫香2.0×2.5樟树+栾树2.0×2.5

3 优化模式选择指标体系构建

3.1 指标层次结构的建立及其界定

影响防护林质量的因素很多，各因素影响的程度也不一，本项研究主要是以防护林环境防护效益为主，兼顾经济效益。经过分析筛选，将各项因子归纳为2个类目8个指标，即经济效益类目(林木、林副产品F1)、生态效益类目(包括涵养水源F2、水质净化F3、水土保持F4、固碳释氧F5、净化大气F6、防浪护堤F7、维持生物多样性F8等7个指标)采用层次分析法对其进行综合分析与评判[1-4]。指标及指标界定见表2。

3.2 指标的估算

F1林木、林副产品： 森林为人类提供优质的林木及林副产品，其价值F1=P1×R1，其中P1为林木、林副产品年产量(t·a-1)，R1为林木、林副产品价格(元·t)；

F2涵养水源： 根据森林的年水源涵养总量和定价标准，可求出防护林年涵养水源量的经济价值[5]，总价值F2=W×P2=(R2-E) ×A×P2式中，W为涵养水源量(m·a-1)，R2为平均降雨量(mm·a-1)，A为各模式面积(hm2)，E为各模式平均年蒸发量(mm·a-1)，P2为每m3蓄水费用(0.67元·m-3)；

F3水质净化： 其价值F3=P3×C，其中P3为森林消减河流泥沙及污染物量(t·a-1)，C为净化水质成本(元·t-1)；

F4水土保持： 依据现实与潜在土壤侵蚀模数计算出防护林潜在土壤侵蚀量、覆盖区土壤侵蚀量及防护林每年减少的土壤侵蚀量。采用机会成本来估算防护林每年减少的经济损失，以1987—1990年间中国林业的年均经济收益282.2元·hm-2·a-1作为森林每年减少土地废弃的机会成本来进行计算[6]。总价值F4=P4×282.2，P4为防护林每年减少的土壤侵蚀量(hm-2·a-1)；

表2 防护林优化模式选择指标及指标界定Tab.2 Indexanddefinitiveparametersforoptimummodelofprotectionforest优化类目Optimizationcategory指标Index指标界定Indexdefinitiveparameters经济效益F1林木、林副产品林木年总产值经济林及林副产品年总产值生态效益F2涵养水源年降水量年蒸发量水库建设成本F3水质净化森林拦截泥沙量及其他污染物量单位体积水净化成本F4水土保持土壤现实及潜在侵蚀模数水库建设成本F5固碳放氧年净生产力每生产1g干物质固定CO2及释放O2的量固C制O2成本F6净化大气单位面积林地吸收SO2及尘埃量大气SO2、尘埃处理成本F7防浪护堤堤岸现实及潜在侵蚀模数大堤护岸成本F8维持生物多样性生境保护物种占全球保护物种比例每人每年愿意支付生物多样性保护金额具体年份人口数量

F5固碳放氧： 以防护林生态系统净初级生产力为依据[7]，根据光合作用方程式估算森林光合固C释O2量，固C释O2生态效益分别采用中国造林成本法273.3元·t-1C和369.7元·t-1O2进行评价[5]。总价值F5=273.3P5+369.7P6，P5、P6分别为固C、释O2量(t·a-1)；

F6净化大气： 1) SO2： 参考国家环保部南京环境科学研究所编写的《中国生物多样性国情研究报告》中采用的SO2平均治理费用600元·t-1的标准，依据森林对SO2的吸收能力(阔叶林q1=88.65kg·hm-2·a-1；针叶林q2=215.6 kg·hm-2·a-1)，评价防护林净化SO2的价值。其价值V1=600×T1=600×(T3+T4)=600(q1×S1+q2×S2)，S1、S2分别为阔叶林、针叶林面积。2)滞尘：参考我国森林的滞尘能力[8]，阔叶林q3=10.1t·hm-2·a-1，针叶林q4=33.2t·hm-2·a-1, 及除尘运行成本170元·t-1，评价防护林除尘能力，其价值V2=170×T2=170×(T5十T6)=170(q3S1+q4S2)，S1、S2分别为阔叶林、针叶林面积。总价值F8=V1+V2；

F7防浪护堤： 参考风浪灾害防护效益80000元·km-2·a-1，总价值F7=P7×80000，P7表示各模式消浪强度(km·h)；

F8维持生物多样性：据《中国生物多样性国情研究报告》，全民每人每年愿意捐赠生物多样性保护金额为10元，进行估算。总价值F8=10×P8×R3，P8为当地人口，R3为生境的一级保护物种占《中国濒危动物红皮书》记载中164种的比例[9]。

3.3 指标权重的确定

根据环洞庭湖防护林建设的两大主题功能，即水土保持林与防浪护堤林，以生态效益为主，兼顾经济效益的原则，确定各层次类目及其下属单项指标的权重。见表3。

3.4 防护林效益计算

表3 各指标的权重Tab.3 Theweightofeachindex优化类目(%)Optimizationcategory指标Index权重(%)Weight经济效益5F1林木、林副产品5生态效益95F2涵养水源20F3净化水质6F4水土保持30F5固碳放氧5F6净化大气8F7防浪护堤20F8维持生物多样性6

表4 防护林价值及其级别界定Tab.4 Protectionforestvalueandrank级别Rank分数SScores总价值V(元·hm-2·a-1)Totalvalue优化≥75≥2888一般60≤S<752407≤S<2888差50≤S<601875≤S<2407较差30≤S<501000≤S<1875极差S<30S<1000

4 优化模式选择结果

由于以往研究中未对防护林优化模式进行选择，因此，本研究根据防护林生态效益估算其价值，参照对应的等级，首次对防护林进行优化模式的选择。依据中国森林生态系统服务功能及防护林林分质量综合评价指标，将防护林总分值大于或等于75者定为优化模式[1,10]。结果表明，防浪林优化模式有杨树(4.0m×4.0m)、杨树(4.0m×4.5m)、杨树(4.0m×5.0m)；水源涵养与水土保持林优化模式有枫香+檫木+杉木(2.0m×3.0m)、杉木+枫香+樟木+板栗+刺槐(3.0m×3.0m)、樟树+湿地松(2.0m×2.0m)、杉木+枫香(2.0m×2.5m)、杉木+枫香(3.0m×3.0m)、湿地松+枫香(2.0m×1.7m)、湿地松+枫香(2.0m×2.0m)、湿地松+枫香(2.0m×2.5m)、湿地松+枫香(2.0m×3.0m)、枫香+桤木(1.0m×1.5m)、杉木+枫香+马尾松+刺槐(3.0m×3.0m)、栾树+刺槐(2.0m×2.5m)、湿地松+桤木(2.0m×2.0m)、湿地松+桤木(2.0m×2.5m)、杉木+木荷(2.0m×2.0m)、湿地松+木荷(2.0m×3.0m)、杉木(2.0m×1.7m)；封山育林有马尾松纯林；补植封山林有马尾松+湿地松。

5 结论

防浪林优化模式有杨树(4.0m×4.0m)、杨树(4.0m×4.5 m)、杨树(4.0m×5.0m)；水源涵养与水土保持林优化模式有枫香+檫木+杉木(2.0m×3.0m)、杉木+枫香+樟木+板栗+刺槐(3.0 m×3.0m)、樟树+湿地松(2.0m×2.0m)、杉木+枫香(2.0m×2.5m)、杉木+枫香(3.0m×3.0m)、湿地松+枫香(2.0m×1.7m)、湿地松+枫香(2.0m×2.0m)、湿地松+枫香(2.0m×2.5m)、湿地松+枫香(2.0m×3.0m)、枫香+桤木(1.0m×1.5m)、杉木+枫香+马尾松+刺槐(3.0m×3.0m)、栾树+刺槐(2.0m×2.5m)、湿地松+桤木(2.0m×2.0m)、湿地松+桤木(2.0m×2.5m)、杉木+木荷(2.0m×2.0m)、湿地松+木荷(2.0m×3.0m)、杉木(2.0m×1.7m)；封山育林有马尾松纯林；补植封山林有马尾松+湿地松，共22个优化模式。

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(责任编辑：谭著明)

ChoosingforoptimummodelofprotectionforestsurroundingDongtingLake

DAI Chengdong1, OUYANG Shuolong2, WU Qiulian1, LI Yihui1, LI Youzhi2

(1.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410007, China; 2.Hunan Forestry Academy, Changsha 410004, China)

Assessment index system for optimum modes of protection forest was proposed based on 8 characteristics of ecosystem, i.e., timbers and byproducts, water storage, water purification, erosion control, C fixation and O2release, air purification, wave prevention and bank protection, habitat provision according to the principle of taking ecological benefit as top priority and economic benefit as second. In addition, optimum modes of protection forest were chosen on the basis of field survey and samples analysis.

Dongting Lake; protection forest; assessment index system; optimum model

2010 — 10 — 21

2010 — 11 — 15

湖南省林业厅重点项目“环洞庭湖防护林体系建设技术”，国家林业局推广项目“长江中游洞庭湖水系防护林营建技术示范”。

S 727.25

A

1003 — 5710(2010)06 — 0005 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2010. 06. 002