鹤峰县天然林保护工程的生态效益评价

周凤舞

(湖北省鹤峰县五里林站,湖北鹤峰445803)

1 引言

天然林保护工程是党中央、国务院实施的一项促进人与自然和谐发展,改善生态环境的重大举措,也是促进农村经济结构调整的有效途径之一。天然林保护工程实施以来,工程区生态环境变化和农村经济发展是当前人们共同关注的焦点问题之一[1]。鹤峰县是全国天然林保护成效显著的县,也是全国造林先进县。笔者探讨了鹤峰县天然林保护对生态效益的影响,以期为工程决策制定提供依据。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

鹤峰县位于湖北省西南部,恩施土家族苗族自治州东南角,东径 109°45′～ 110°38′,北纬 29°38′～30°14′。东毗湖北省五峰县和湖南省石门县,南邻湖南省桑植县,西依湖北省来凤县、宣恩县,西北与恩施市相连,北同建始县、巴东县接壤。境内东西长约85km,南北宽约67km,国土面积 28.86万 hm2。鹤峰县以天然林保护工程为契机,坚持生态优先原则,实施“生态建设产业化、产业建设生态化”,结合县域产业特点,不断扩大林业产业基地建设,不断优化林业产业结构,林业在县域经济发展中发挥了重要作用,鹤峰县的生态环境发生了巨大的变化。

2.2 研究方法

主要采用基本资料收集与样地调查相结合的方法,基本资料数据主要来源于鹤峰县森林资源二类调查数据,常规数据处理采用Excel软件[1～3]。

2.3 计算与分析评价方法

2.3.1 物种多样性分析

不同年度群落物种多样性主要采用以下指标测度[2～5],G leason丰富度指数：

G=S/In A.

Shannon-Wiener多样性指数：

H′=一∑piIn pi(∑pi=1).

Pielou均匀度指数：

J=H′/In S.

生态优势度指数：

λ=∑Ni(Ni一1)/[N(N-1)].

式中S为物种数,A为样方面积,Pi为种i相对重要值,N为总个体数,Ni为种i个体数。

乔木层物种相对重要值=(相对频度+相对密度十相对胸高断面积之和)/3,

灌木层物种相对重要值=(相对频度+相对密度十相对基部断面积之和)/3,

草本层物种相对重要值=(相对频度+相对密度十相对盖度)/3.

2.3.2 水源涵养效益评价

森林的水源涵养效益计算方法为：

Vw=(Vw p+Vw l+Vw f)×Cl.

式中Vw为森林涵养水源效益;Vw p为森林土壤的降水贮存量;Vw l为森林枯落物持水量;Vw f为森林林冠截留量;Cl为单位水价。Vw p、Vw l,、Vwf的计量采用以下公式计算：

Vw p=Pn×D ×S.

式中Vw p为森林土壤的降水贮存量;Pn为森林土壤非毛管孔隙度;D为土层厚度;S为森林面积。其中：土壤的非毛管孔隙度%=土壤总孔隙度%-土壤毛管孔隙度%,

Vw l=L×C×S.

式中Vw l为森林枯落物层持水量;L为每公顷枯落物积累量;C为枯落物最大持水率,S为森林面积。

枯落物最大持水率(%)=浸泡24h后枯落物重(g)/枯落物干重(g)×100%,

林冠截流量(Vw)：

Vw=∑(p×si×li).

式中：Vw为林冠截留量;P为该区多年平均降雨量;Si为各森林类型面积;li为各森林类型林冠截留率。

2.3.3 固土保肥效益评价

森林固土量可通过测定有林地和无林地上土壤年侵蚀量来计量,其公式为：

Y s=∑Si(Dn-Di).式中Vs为某一地区森林年保土效益(t);Si为某森林面积;Dn为无林地上土壤侵蚀模数(t/hm2◦a);Di为某类林地上土壤侵蚀模数(t/hm2◦a)。其中,无林地(按草地)、灌从、乔林(按林地)参照郑巍伟的土壤侵蚀模数研究。固土效益换算为：

Ps=Vs×Cs.

式中Ps为森林固土效益;Vs为该区森林固土量;Cs为泥土单价。森林保肥效益可通过土壤有机质的含量换算,其公式为：

V f=Cf×∑VsP i.

式中Vf为森林保肥效益;Vs为该区森林固土量;Pi为各类养分含量(%);Cf为当地市场肥料单价。

2.4 结果与分析

2.4.1 森林覆盖率变化

根据鹤峰县历年来的森林资源调查,1999,2006,2009年森林覆盖率分别为33.43%、37.03%,42.46%。天然林保护工程实施前后森林覆盖率变化差异较大。鹤峰县通过人工造林、人工促进天然更新、以植代播、封山育林等方式实施天然林保护保护工程,森林面积增加1.2万hm2,尤其娄水河流域水源涵养区森林植被恢复很快,使全县森林覆盖率从1999年的33.43%上升到 2009年的42.46%,增加了9.03%。

2.4.2 森林类型与面积变化

天然林保护工程实施前,全县主要是分布马尾松林、四旁树种、次生灌木灌丛、疏林和在沟谷残存的少数阔叶林。工程实施后,大量的次生灌木灌丛得以保护而迅速生长郁闭,一些疏林、灌草丛通过人工补植补造而形成针阔混交或阔叶混交林,封山育林后的各个林区由于各自地形地貌、种源和更新条件的影响,向着不同的方向演替生长。因此,全县森林类型有较大的变化,逐渐由以前的马尾松纯林变为针阔混交林,由以前的荒山荒地变为乔灌结合的混交林或多物种的灌木林。以阔叶林、针叶林、灌木林为主进行统计,各森林类型的面积总体上都在增加。以工程实施前的1999年为基数,至2009年森林总面积增加了12 416.8 hm2。其中灌木林增长最大,达168.36%,其次为阔叶林,增长了128%,针叶增加较少,只有12.48%。

2.4.3 水源涵养效益

水源涵养效益通过森林3大持水效益体现,即林冠截流、枯落物持水和森林土壤持水。不同森林类型的林冠截流率参考张晓珊2001年的测定值[6],鹤峰县的针叶林基本上为马尾松林,则阔叶林、针叶林、灌木林林冠截流率分别为34.33%、18.78%,26.46%;根据鹤峰县气象局资料,鹤峰年平均降水量为1 168.6mm;鹤峰县属于长江中上游亚热带地区,每公顷森林枯落物积累量、枯落物最大持水率、土壤非毛管孔隙度可参照石培礼等2004年关于长江上游地区主要森林植被类型蓄水能力研究的亚热带森林测定值[8],则阔叶林、针叶林、灌木林(按乔木阔叶类型的1/2计)枯落物积累量分别为 12.0t/hm2、15.5t/hm2、6.0t/hm2,最大持水 率分别为395%(按常绿落叶阔叶林统计)、258%(按松林统计)、395%(按常绿落叶类型统计),森林土壤非毛管孔隙度分别为14.82%(按常绿落叶阔叶林统计)、9.95%(按松林统计)、14.82%(按常绿落叶类型统计)。天然林保护工程实施后森林涵养水源的效益显著增长,在各持水类型中,林冠截流水最多,其次是森林土壤持水,枯落物持水最少。

2.4.4 固土保肥效益

森林固土效益主要通过森林滞留水土的土量来体现,以常规土方价格20元/t换算。无林地(按草地)、灌丛、乔木林(按林地)参照郑巍伟的土壤侵蚀模数研究[8]。天然林保护实施后,森林固土效益明显。在全县森林总体固土效益中,乔木林发挥的作用最大,其次是灌木林。各主要森林类型以及总体都随着天然林保护工程时间的延迟,其保土效益更明显,间接地反映了林分的生长茂密程度。近几年来,由于森林资源得到繁育增长,水土流失减少。森林的保肥效益主要从其土壤N,P,K及有机质的滞留效益等方面反映。根据土样分析,工程区森林土壤平均全N、全P、全K及有机质含量分别为3.56、0.57、9.83、64.36g/kg,天然林保护工程区森林各个保肥指标皆随工程的进展呈上升状态。

2.4.5 生物多样性变化

项目实施后,于2000年建立固定样地监测点,并分别于2000,2003,2006,2009年进行定期调查检测。不同年度群落物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数、生态优势度指数测度结果表明鹤峰县天然林保护工程典型群落在不同年度的物种多样性变化各有不同,具体表现为：乔木层物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都以2009年最高,生态优势度则是2007年最高;灌木层物种丰富度指数、多样性指数在2003年最高,均匀度指数变化不明显,生态优势度指数则是2000年最高;草本层物种丰富度指数、多样性指数在2000年最高,均匀度指数和生态优势度变化都不太明显。总体来说,群落物种丰富度变化较为明显,多样性指数变化次之,其中木本植物丰富度呈上升趋势,而草本植物丰富度则明显下降;均匀度指数变化不明显,而生态优势度指数都偏低,表明随着天然林保护的进行,生态环境进一步改善,入迁和成长的木本植物增多,同时亦反映了喀斯特地区群落小生境多样性复杂,物种丰富度高导致生态优势度不突出、均匀度变化滞缓的特点。

3 结语

鹤峰县天然林保护工程于2000年启动,实施范围涉及全县8个乡(镇)。工程实施前,主要森林类型是马尾松林、四旁林木、次生灌草从、疏林和在沟谷残存的少数阔叶林。工程实施后,森林类型有较大的变化,逐渐由实施前的马尾松纯林向针阔混交林、荒山荒地或疏林向乔灌结合的混交林或多物种的灌木林、乔木林转变。物种丰富度、多样性程度大大增加,森林景观类型趋于多样化。

天然林保护工程的实施有效地保护了生物多样性,保护了森林生态环境,使森林固土保肥、涵养水源、固碳制氧等生态功能得到了更好的体现。同时,天然林保护工程的实施,一定程度上对林区劳动力进行了再分配,不但解决了部分当地居民的就业,而且对人们爱护生态环境意识的提高具有促进作用。天然林保护工程利大于弊,天然林保护仍是一个长期性、永久性的工作。但要使天然林保护和生态环境保护意识更深入民心,必须有效解决工程区后续产业发展问题,发展林区经济,减少对森林资源直接利用的依赖性。

对工程效益的评价涉及多个领域和方方面面的问题,尤其生态效益的评价只能是一个理论的数值。此外,限于时间和条件有限,文中生态效益评价指标选择除了涵养水源、固土保肥外,未考虑森林对净化空气、吸收污染物、保存生物种质资源、防风、人们获得美好环境享受以及减少泥石流、洪灾等自然灾害的效益。总之,天然林保护工程评价指标选择及评价体系的建立还需要今后进一步完善。

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