江苏省重点生态公益林涵养水源功能评估研究

赵 硕,胡海波,马 冰

(南京林业大学南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037)

江苏省重点生态公益林涵养水源功能评估研究

赵 硕,胡海波*,马 冰

(南京林业大学南方现代林业协同创新中心，江苏 南京 210037)

以江苏省森林资源二类调查资料为基础，采用水量平衡法对江苏省重点生态公益林的涵养水源功能进行了评估及分析。结果表明：江苏省重点生态公益林年涵养水源总量为1.485×109m3/a。其中，徐州市、无锡市、南京市是涵养水源量较大的城市；不同区域表现为苏北>苏南>苏中；在不同林分类型中，涵养水源量较大的是杨树、硬阔林类、混交林和竹林。全省重点生态公益林年单位面积涵养水源量为4 936.33 m3/(a·hm2)，南通市、镇江市、无锡市分别排在前列；不同区域排序为苏南>苏中>苏北；单位面积涵养水源量较大的林分分别为硬阔林类、混交林、栎类、软阔林类和竹林。

涵养水源；重点生态公益林；江苏省

水资源短缺和水污染问题被认为是21世纪最重要的资源和环境问题之一，由于森林资源与水资源的密切关系，森林的涵养水源功能引起了人们的高度重视。大量研究表明，涵养水源功能在森林生态系统服务功能中价值贡献最大[2-12]。森林涵养水源是指森林对降水的截留、吸收和贮存，将地表水转为地表径流或地下水的作用[13]，其主要功能表现为拦蓄降水、调节径流、影响降雨量、增加可利用水资源和净化水质等方面。因此，对涵养水源功能深入研究对于解决水资源及环境问题具有重要的理论和实践意义。

江苏省是我国经济大省，正处于经济高速发展时期。随着经济的快速发展，水资源和环境的压力日趋增大，森林涵养水源功能所发挥的重要作用也更为突出。重点生态公益林作为森林的一部分，对国土生态安全、生物多样性保护和经济社会可持续发展具有重要作用。本文运用水量平衡法对江苏省重点生态公益林涵养水源功能进行评估，并对比分析了不同城市、区域及不同林分类型的涵养水源功能，可为江苏省重点生态公益林建设和可持续经营提供科学依据。

1 研究区概况

1.1 自然地理概况

江苏省位于我国大陆东部沿海中心，介于东经116°18′～121°57′，北纬30°45′～35°20′之间。东濒黄海，西连安徽，北接山东，东南与浙江和上海毗邻。跨江滨海，平原辽阔，水网密布，湖泊众多。平原、水域、低山丘陵面积分别占69%，17%，14%。地处亚热带向暖温带过渡地带，具有明显的季风特征，气候温和，四季分明，年平均气温13～16 ℃，降雨分布不均，年平均降雨量1 000 mm左右。

1.2 森林资源概况

根据江苏省森林资源二类调查数据[14]，江苏省重点生态公益林总面积34.70 万 hm2，本研究评估的林地为其中的有林地(乔木林、竹林)及灌木林地，总面积30.07 万 hm2。其中，南京市3.18 万 hm2；无锡市3.21万hm2；徐州市6.11 万 hm2；常州市1.37 万 hm2；苏州市1.88 万 hm2；南通市1.03 万 hm2；连云港市2.90 万 hm2；淮安市3.18 万 hm2；盐城市1.51 万 hm2；扬州市1.16 万 hm2；镇江市2.04 万 hm2；泰州市0.49 万 hm2；宿迁市2.01 万 hm2。按乔木林各龄组优势树种归并后划分为：马尾松1.83 万 hm2；火炬松、湿地松0.98 万 hm2；其他松类1.03 万 hm2；柏1.63 万 hm2；杉木0.91 万 hm2；其他杉类0.53 万 hm2；混交林2.53 万 hm2；栎类0.71 万 hm2；硬阔类3.00 万 hm2；杨树10.38 万 hm2；软阔类0.75 万 hm2；其他树种1.33 万 hm2；竹林1.88 万 hm2；灌木林2.58 万 hm2。

2 研究方法

2.1 数据收集方法

重点生态公益林基础数据主要来源于2007～2009年间统计完成的江苏省森林资源二类调查数据[14]；降雨量和蒸发量数据主要来源于国家林业局长江三角洲城市森林生态站的长期连续监测数据资料、江苏统计年鉴[15]以及国内外公开发表的相关文献资料。

2.2 评估方法

目前，森林涵养水源功能评估方法主要有：非毛管孔隙度蓄水量法、林冠截留剩余量法、年径流量法和水量平衡法4种。其中，非毛管孔隙度蓄水量法和林冠截留剩余量法都忽略了森林蒸散以及地表径流的影响，不能很好地反映森林土壤调节水量的真实情况；年径流量法则是建立在假设森林涵养水源量等于林区内年径流量，林地与其他类型土地(耕地、荒山等)每年蒸散耗水量相同的条件下，最终的计算结果误差较大[16]。

水量平衡法是指区域水量输入和输出的差值，从水量平衡的角度出发，降水量与森林蒸散量以及其他消耗的差即为水源涵养量[17]。水量平衡法是研究水源涵养机理的基础[18]，可以充分体现区域降水分配情况，能够比较准确地计算出水源涵养量。虽然此方法本身也存在一定的局限性，但从理论上来说是计算水源涵养量的最佳方法，也是目前使用频率最高的方法[16]。因此，本研究选用水量平衡法对江苏省重点生态公益林涵养水源功能进行评估。

2.3 计算方法

以江苏省森林资源二类调查数据为基础，分别计算出不同林分类型的涵养水源量，求和后得到重点生态公益林涵养水源总量，采用如下计算公式：

G调=10 ∑Ai(Pi-Ei-Ci)

公式中，G调为林分调节水量功能，单位m3/a；Ai为林分类型i的林分面积，单位hm2。Pi为林分类型i的林外年降水量，单位mm/a；Ei为林分类型i的林分年蒸散量，单位mm/a；Ci为林分类型i的地表径流量，单位mm/a。

3 结果与分析

江苏省森林资源二类调查于2007～2009年间统计完成，因此降水量采用全省2007～2009年3 a降水量平均值，据江苏统计年鉴[15]记载，江苏省13市2007～2009年平均降水量为846～1 182.7 mm(见表1)，由各市年降水量可得到各市所分布的林分类型的年降水量。

表1 江苏省各市降水量

由于缺少年蒸散量的相关研究数据资料，未收集到江苏省各市重点生态公益林所有林分类型的准确年蒸散量，因此根据各林分类型年蒸散量占年降水量的比例及各地年降水量分别算出相应地区林分的蒸散量。据国家林业局长江三角洲城市森林生态定位站资料和相关文献[19]中数据，江苏省重点生态公益林主要林分类型的年蒸散量占年降水量的比例分别为：马尾松51.3%；火炬松、湿地松54.82%；其他松类55.61%；柏54.4%；杉木60.1%；其他杉类58.90%；混交林46.44%；栎类42.70%；硬阔类37.4%；杨树47.79%；软阔类45.8%；其他树种41.65%；竹林50.50%。因长江三角洲城市森林生态定位站对灌木林蒸散量的相关研究资料不全，故根据我国学者对森林蒸散量的研究进行估计，我国森林区域的年蒸散量占年总降水量的30%～80%[20]，结合相关文献[21-23]最终取55.0%作为灌木林年蒸散量占年降水量的比例。由上述年蒸散量占总降水量的比例与各市降水量相乘可分别得出相应地区林分的蒸散量。

据国家林业局长江三角洲城市森林生态定位站资料，江苏省某些特殊地形地貌的林地(如坡度较大且地表覆盖物少的林地)在遭遇大暴雨时会产生地表径流，但由于江苏省总体地形坡度不大、土层深厚，从全省全年这一大尺度来看江苏省林区总体地表径流量非常小可忽略不计，另外我国许多学者在运用水量平衡法对全国或区域范围内森林涵养水源功能的研究中，也同样对地表径流进行了忽略[2-6]，因此本研究中忽略地表径流。根据上述数据及公式计算出江苏省重点生态公益林年涵养水源总量为1.485×109m3/a，单位面积涵养水源量4 936.33 m3/(a·hm2)。

3.1 不同城市涵养水源功能

江苏省共辖1个副省级城市(南京市)、12个地级市，不同城市涵养水源功能见图1。由图1可知：涵养水源功能最大的城市是徐州市2.29×108m3/a，占总功能的15.41%，其次分别为无锡市1.75×108m3/a；南京市1.70×108m3/a；淮安市1.66×108m3/a；连云港市1.33×108m3/a；镇江市1.14×108m3/a；宿迁市1.06×108m3/a；苏州市1.01×108m3/a，上述8个市功能之和占全省的80.42%，为江苏省重点生态公益林涵养水源功能的主要贡献城市，而其余5个城市所占比例较小，其中最小的为泰州市0.25×108m3/a，仅占1.68%。从单位面积水源涵养功能来看，南通市最大5 686.43 m3/(a·hm2)，其次分别为：镇江市5 614.92 m3/(a·hm2)；无锡市5 447.99 m3/(a·hm2)；苏州市5 397.08 m3/(a·hm2)；南京市5 336.38 m3/(a·hm2)；常州市5 336.17 m3/(a·hm2)，其余7个城市单位面积涵养水源量均小于5 300 m3/(a·hm2)。

图1 不同城市重点生态公益林涵养水源功能

3.2 不同区域涵养水源功能

按照地理位置将江苏省划分为苏南、苏中、苏北3大区域，苏南包括南京、苏州、无锡、常州、镇江5市；苏中包括扬州、泰州、南通3市；苏北为其余5市：徐州、连云港、盐城、淮安、宿迁。研究结果如表2所示：涵养水源功能苏北(7.06×108m3/a)>苏南(6.34×108m3/a)>苏中(1.45×108m3/a)，其中苏南和苏北功能之和占总功能的90.23%，是江苏省重点生态公益林涵养水源功能的主要贡献区域。单位面积涵养水源功能则为苏南[5 425.43 m3/(a·hm2)]>苏中[5 413.95m3/(a·hm2)]>苏北[4 491.58 m3/(a·hm2)]。

表2 不同区域重点公益林涵养水源功能

3.3 不同林分类型涵养水源功能

江苏省重点生态公益林按乔木林各龄组优势树种可划分为：马尾松、国外松、其他松类、柏、杉木、其他杉类、混交林、栎类、硬阔类、杨树、软阔类、其他树种、竹林、灌木林14种林分类型。通过图2可知，涵养水源功能最大的林分类型是杨5.05×108m3/a，其次为硬阔类1.96×108m3/a；混交林1.60×108m3/a；竹林1.02×108m3/a；马尾松0.99×108m3/a，以上这5种类型林分功能之和占总功能的71.47%，是涵养水源功能的主要贡献者。而单位面积功能最大的为硬阔类6 526.82 m3/(a·hm2)，其次为混交林6 312.79 m3/(a·hm2)、栎类5 956.12 m3/(a·hm2)、软阔类5 614.61 m3/(a·hm2)、竹林5 421.70 m3/(a·hm2)、马尾松5 391.39 m3/(a·hm2)、国外松5 142.38 m3/(a·hm2)，其余7种林分均小于5 000 m3/(a·hm2)。

图2 重点生态公益林不同林分类型涵养水源功能

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)江苏省重点生态公益林年涵养水源总量1.485×109m3/a，单位面积年涵养水源量4 936.33 m3/(a·hm2)。

(2)徐州市、无锡市、南京市是江苏省重点公益林涵养水源功能的最主要贡献城市，涵养水源量分别为2.29×108，1.75×108，1.70×108m3/a；而单位面积水源涵养功能较大的是南通市5 686.43 m3/(a·hm2)、镇江市5 614.92 m3/(a·hm2)、无锡市5 447.99 m3/(a·hm2)。

(3)不同区域重点生态公益林涵养水源功能苏北(7.06×108m3/a)>苏南(6.34×108m3/a)>苏中(1.45×108m3/a)，单位面积涵养水源功能则为苏南[5 425.43 m3/(a·hm2)]>苏中[5 413.95 m3/(a·hm2)]>苏北[4 491.58 m3/(a·hm2)]。

(4)在不同林分类型中，杨、硬阔类、混交林、竹林的涵养水源功能贡献较大；而从单位面积涵养水源功能来看，贡献较大的为硬阔类、混交林、栎类、软阔类和竹林。

4.2 讨论

将江苏省重点生态公益林涵养水源总量数字化可以直观地反映其巨大的涵养水源功能，提高人们对重点生态公益林的保护意识。另外，江苏省重点生态公益林仅占全省林业用地面积的19.43%，从而可以预测到江苏省森林资源具有更大的涵养水源功能。

江苏省13个市重点生态公益林总面积排序为：徐州市>无锡市>南京市>淮安市>连云港市>镇江市>宿迁市>苏州市>盐城市>常州市>扬州市>南通市>泰州市，涵养水源总功能的大小与各市重点公益林面积大小基本保持一致。但单位面积功能量却有所不同，江苏省地处亚热带向暖温带过渡地带，气候及土壤类型呈地带性变化，降雨量从南到北逐渐减少，林分类型随土壤类型变化而南北不同。另外，江苏省经济发展水平南部高于北部，各市对于重点公益林的投入也有较大差别。因此，各市单位面积涵养水源功能总体上呈现由南向北减少的趋势。

苏北地区重点生态公益林面积占江苏省重点公益林总面积的52.27%，即江苏省1/2以上的重点生态公益林位于苏北，因此该区域森林涵养水源总功能也最大。但单位面积功能却最小，这主要是因为苏北地区降雨量较苏南地区少，如：苏北的徐淮平原区(包括徐州市、宿迁市、连云港市及淮安市)属资源型缺水地区，即使在平水年分仍缺水严重；沿海平原区(包括盐城市、南通市)的淡水资源相对不足，地下水矿化度较高，部分区域土壤盐碱化程度较高。由于水资源及土壤类型的限制，苏北地区林分类型较单一，混交林比例不高，生物多样性差，易发生病虫害，林分质量整体较差。再加之南北地区经济发展不平衡等原因，最终导致单位面积生态公益林涵养水源功能南、北地区差异较大。

在江苏省重点公益林14种林分类型中，杨树、硬阔类、混交林和竹林面积较大，是江苏省重点公益林的主要优势树种，涵养水源功能总量也较大。但单位面积功能则与林种本身生态学特性及分布地域、林龄结构、经营管理等因素有关，例如杨树由于面积最大，涵养水源总功能位列第一，但单位面积涵养水源功能却仅排第8位，其原因是：①杨树作为适应性最强的速生树种在苏北地区大面积种植，该地区重点生态公益林中杨树面积占 85.42%，但由于杨树多为纯林，林分结构单一，整体质量偏低；②杨树幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林所占面积比例分别为 23.31%，66.5%，8.84%，1.28%，0.07%，幼龄林和中龄林所占比例过大，而近熟林和成熟林比例过小，林龄结构不合理；③一些地区的林分缺乏经营管理，林分质量较差。以上各因素导致杨树单位面积涵养水源功能较低。

5 建议

(1)优化林分结构。各地区根据现有重点公益林的特点，因地制宜地优化本区域林分结构。在当地气候和土壤条件允许的情况下，加大对单位面积涵养水源功能较大的林分类型的造林面积，并适当增加混交林比例；对林分面积较大但单位面积涵养水源功能较小的林分及时调整林分类型及林龄结构，并加强经营管理；而对于总功能及单位面积功能均位于前列的林分如硬阔类、混交林和竹林，可作为江苏省重点生态公益林重点推广的林分类型。

(2)加强抚育管理。加强对重点生态公益林的抚育管理，停止一切经营性采伐；定期对幼龄林和中龄林进行抚育采伐；对过熟林进行更新采伐；对质量较差的林分进行低效林改造，提高其涵养水源功能，并且注重防火、防病虫害等工作。

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Theassessmentonwaterconservationfunctionofthekeynon-commercialforestinJiangsuProvince

ZHAO Shuo, HU Hai-bo*, MA Bing

(Collaborative Innovation Center of the Southern Modern Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Based on the data of the second forest resource inventory collected in Jiangsu Province, the water conservation function of the key non-commercial forest in Jiangsu Province was evaluated and analyzed by means of the water balance method.The results showed that the total amount of water conservation was 1.485×109m3/a in the key non-commercial forest in Jiangsu Province.The area with large water conservation functioned by the key non-commercial was confined within Xuzhou, Wuxi and Nanjing.The amount of water conservation was, in descending order, Subei, Sunan and then Suzhong.The forest types with large water conservation function were poplar, hard broadleaf,mixed forest and bamboo.The amount of water conservation was 4 936.33 m3/(a·hm2) per unit area in the key non-commercial forest in Jiangsu Province.The cities with large amount of water conservation per unit area were Nantong, Zhenjiang and Wuxi.The amount of water conservation per unit area, in descending order, was Sunan, Suzhong and then Subei.The forest types with large amount of water conservation per unit area were hard broadleaf mixed forest, quercus, soft broadleaf forest and bamboo.

Water conservation; Key non-commercial forest；Jiangsu Province

1001-7380(2014)04-0015-06

2014-04-15;

2014-05-10

国家林业局重点项目“长江三角洲城市森林生态系统定位研究项目”(2001-5)

赵 硕(1987-)，女，蒙古族，内蒙古赤峰市人，硕士生，研究方向：林业生态工程。E-mail:iashuo@sina.com。

*通信作者：胡海波(1964-)，男，江苏宝应县人，教授，博士生导师，主要研究方向：水土保持、林业生态工程、城市生态。E-mail:huhb2000@aliyun.com。

S727.21

A

10.3969/j.issn.1001-7380.2014.04.004