彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能及其价值评估

薛沛沛，周 强，王正春，陈道静

(1.重庆市林业科学研究院重庆武陵山森林生态站,重庆 400036; 2.北碚区观音峡林场,重庆 400700)

苏 婷，韩海亮，赵福成，王桂跃*(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)



彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能及其价值评估

薛沛沛1，周 强2*，王正春1，陈道静1

(1.重庆市林业科学研究院重庆武陵山森林生态站,重庆 400036; 2.北碚区观音峡林场,重庆 400700)

摘 要：森林作为一种自然资源在人类生存和生活中发挥着重要的生态服务功能。文章对彭水县乌江沿岸2014年的森林生态系统服务功能进行了评估。结果表明,彭水县乌江沿岸森林总面积为1.88万hm2,森林生态系统服务功能总价值为13.43亿元·a-1,相当于彭水县2014年GDP (108.80亿元)的12.34%;按照不同的林分类型,灌木林、混交林、阔叶林面积分别为1.01万,0.72万和0.15万hm2,提供的生态服务功能价值分别为6.97亿,5.49亿和0.95亿元;彭水县乌江沿岸森林生态系统单位面积提供的价值为7.14万元·hm-2·a-1,比重庆市2008年森林生态系统单位面积价值(6.88万元·hm-2·a-1)增长了3.78%;从不同林分类型来看,提供的单位面积生态系统服务功能价值排序为混交林(7.62万元·hm-2·a-1)＞灌木林(6.92万元·hm-2·a-1)＞阔叶林(6.35万元·hm-2·a-1)。 对种植双季玉米、单季水稻及玉米-水稻水旱轮作这3种种植方式土壤微生物进行分析。结果表明,玉米-水稻的轮作模式能调节土壤pH值,显著增加土壤细菌、真菌和放线菌含量,且土壤革兰氏染色阴性细菌和阳性细菌的比值最低,土壤生态系统最稳定。

关键词：彭水县;乌江沿岸;森林生态系统服务;价值评估 种植方式;土壤; pH值;微生物群落

生态系统服务功能的概念产生于20世纪70年代［1］,森林生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅为人类提供了食品、医药及其他生产生活原料,更重要的是维持了人类赖以生存的环境［2-3］。近年来,随着人们对森林生态系统的认识,森林生态系统服务功能评估作为森林生态系统研究的热点,得到了国内外学者的关注。

日本林业厅［3］分别于1972,1991和2000年3次对全国森林资源价值进行了评估,价值分别为12兆8 200亿日元、39兆2 000亿日元和74兆9 900亿日元。Magrath等［4］研究指出,爪哇在1987年因砍伐森林而导致水库、灌溉系统和港口淤积所造成的损失达5 800万美元; Adger等［5］研究指出,墨西哥森林综合生态系统服务功能的价值为80美元·hm-2·a-1; Timentel等［6］研究报道巴拿马每年每公顷森林的综合生态系统服务价值为500美元(包括使用价值和非使用价值)。此外,Anderson等［7］、Tobias等［8］也计算了森林生态系统的价值。中国自20世纪80年代开始森林生态系统服务功能及其价值评估研究工作。许多学者从不同角度开展了森林生态系统的服务功能评估,但是由于评估的标准和方法不同,致使评估结果存在巨大差异［9-11］。自从2008年国家林业局发布了林业行业标准《森林生态服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)［12］,森林生态系统服务功能评估的指标体系和方法才得到了一定的规范,并在全国各地得到了广泛的应用。本文以重庆市彭水县乌江沿岸森林生态系统为研究对象,根据LY/T 1721—2008的方法,对其森林生态系统服务功能进行了价值评估和分析,为彭水县乌江沿岸森林生态系统可持续经营与发展提供理论依据和技术支撑。

1　研究区概况

1.1自然地理概况

彭水苗族土家族自治县位于重庆市东南部,乌江下游及其支流郁江中下游流域,北与丰都县和石柱土家族自治县以及湖北省利川市为邻,东连黔江区,东南挨酉阳土家苗族自治县,南接贵州省沿河、务川、道真3个县,西接武隆县,面积3 905 km2,地理坐标28°57′—29°50′N,107°48′—108°35′E,东西宽约78 km,南北长96 km。彭水全境地势西北高而东南低,为构造剥蚀的中、低山地形。彭水的地质构造属新华构造体系,位于鄂黔武隆起带向四川中台坳下降的斜坡上。彭水属中亚热带温润季风气候区,多年平均气温17.50℃,常年降雨量1 104.20 mm。彭水县有终年不断流、集水面积在50 km2以上的河流20条,河流长359.70 km。

1.2彭水县乌江沿岸森林资源概况

乌江在彭水县内涉及10个乡镇,42个村,20 500户,85 000人,林地8 733.33 hm2,疏林地66.67 hm2,灌木林地1万hm2,未成林造林地1 800 hm2,宜林荒山荒地1 600 hm2,四旁树1 666.67 hm2。本研究按优势树种(组),将彭水县乌江沿岸森林划分为针叶林、阔叶林和灌木林3个树种组。其中阔叶林0.15万hm2,占7.96%;混交林0.72万hm2,占38.32%;灌木林1.01万hm2,占53.72%。

2　研究方法

2.1数据来源

本研究所采用数据主要有4个来源:彭水县2012年森林资源二类调查数据;彭水县天然林资源保护工程、退耕还林工程、森林抚育试点工程等生态效益监测数据,以及林业碳汇计量监测体系建设、森林空气负离子监测等长期、连续监测数据;彭水县乌江沿岸实地补充调查数据,包括土壤采样测定数据和植被采样实测数据;国家和重庆市农业、水利、环保等相关机构公布的社会公共数据和相关文献资料数据。

2.2评估方法

基于2012年的森林资源二类调查数据和2014年的实测数据,依据国家林业行业标准《森林生态服务功能评估规范》,将森林生态系统服务功能分为涵养水源、固碳释氧、保育土壤、林木积累营养物质、净化大气、生物多样性保护和森林游憩7 项,将森林生态系统按优势树种林分类型划分成针叶林、阔叶林和灌木林3个组,开展彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能评估。

3　结果与分析

3.1森林生态系统服务功能物质量

3.1.1总物质量

彭水县乌江沿岸森林生态系统每年涵养水源量为0.53亿m3;保育土壤:固土74.26万t·a-1,减少氮损失0.18万t·a-1,减少磷损失0.13万t· a-1,减少钾损失1.27万t·a-1,减少有机质损失4.61万t·a-1;固碳释氧:固碳4.12万t·a-1,释氧9.84万t·a-1;林木营养积累:积累氮442.84 t·a-1,积累磷138.11 t·a-1,积累钾154.65 t·a-1;净化大气环境:每年提供负离子2.76E +13亿个,吸收二氧化硫2 062.64 t·a-1,吸收氟化物58.21 t·a-1,吸收氮氧化物114.47 t· a-1,滞尘60.08万t·a-1。

3.1.2单位面积物质量

彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能单位林地面积物质量分别为:涵养水源量为2 827.18 m3· hm-2·a-1;保育土壤:固土39.57 t·hm-2·a-1,减少氮损失0.095 t·hm-2·a-1,减少磷损失0.069 t·hm-2·a-1,减少钾损失0.68 t·hm-2· a-1,减少有机质损失2.46 t·hm-2·a-1;固碳释氧:固碳2.20 t·hm-2·a-1,释氧5.24 t·hm-2· a-1;林木营养积累:积累氮、磷、钾分别为0.024,0.007 4和0.008 2 t·hm-2·a-1;净化大气环境:提供负离子1.47E + 10亿个·hm-2· a-1,吸收二氧化硫、氟化物和氮氧化物分别为:109.91,3.10和6.10 kg·hm-2·a-1,滞尘3.20 万kg·hm-2·a-1。

3.2森林生态系统服务功能价值量

3.2.1总价值

彭水县乌江沿岸森林生态效益的总价值为13.43亿元·a-1。其中,涵养水源的价值为5.10亿元·a-1,保育土壤的价值为1.89亿元·a-1,固碳释氧的价值为0.94亿元·a-1,积累营养物质的价值为0.14亿元·a-1,净化大气环境的价值为0.93亿元·a-1,生物多样性保护的价值为3.96亿元·a-1,森林游憩价值为0.47亿元·a-1。各项生态效益价值排序为:涵养水源＞生物多样性保护＞保育土壤＞固碳释氧＞净化大气环境＞森林游憩＞林木积累营养物质。

3.2.2单位面积价值

彭水县乌江沿岸森林生态服务功能单位面积总价值为7.14万元·hm-2·a-1,其中涵养水源单位面积价值为2.71万元·hm-2·a-1,保育土壤的单位面积价值为1.01万元·hm-2·a-1,固碳释氧的单位面积价值为0.50万元·hm-2·a-1,积累营养物质的单位面积价值为0.07万元·hm-2·a-1,净化大气环境的单位面积价值为0.49万元·hm-2· a-1,生物多样性保护的单位面积价值为2.11万元· hm-2·a-1,森林游憩单位面积价值为0.25万元·hm-2·a-1。各项服务功能单位面积价值排序为:涵养水源＞生物多样性保护＞保育土壤＞固碳释氧＞净化大气环境＞森林游憩＞营养物质积累。

3.2.3不同林分服务功能总价值

彭水县乌江沿岸不同林分类型提供的生态系统服务功能价值排序是:灌木林＞混交林＞阔叶林。其中,灌木林提供的生态服务功能价值为6.97亿元,混交林提供的生态服务功能价值为5.49亿元,阔叶林提供的生态服务功能价值为0.95亿元(表1)。

表1　彭水县乌江沿岸不同林分提供的生态服务总价值　　亿元

3.2.4不同林分服务功能单位面积价值

不同林分类型单位面积提供的生态系统服务功能价值排序是:混交林＞灌木林＞阔叶林。其中混交林提供的生态服务功能价值最大,达到7.62万元·hm-2·a-1;灌木林提供的生态服务功能价值次之,达到6.93万元·hm-2·a-1;阔叶林提供的生态服务功能价值最小,为6.36万元·hm-2·a-1(表2)。

表2　彭水县乌江沿岸不同林分类型生态系统服务功能单位面积价值　万元·hm-2·a-1

4　小结与讨论

本研究依据中国林业行业标准《森林生态服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008),将彭水县乌江沿岸森林生态系统分为阔叶林、混交林和灌木林,将森林生态系统服务功能确定为涵养水源、保育土壤、固碳释氧、林木积累营养物质、净化大气环境、生物多样性保护和森林游憩7项,开展了彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能评估,为彭水县乌江沿岸森林可持续经营提供科学依据。通过研究表明:彭水县乌江沿岸2014年森林生态服务功能价值显著,为13.43亿元·a-1,相当于2014年彭水县GDP (108.80亿元)的12.34%;森林提供的单位面积价值平均为7.14万元·hm-2·a-1,比重庆市2008年森林生态系统服务功能单位面积价值6.88万元·hm-2·a-1［13］增加了3.78%。

彭水县乌江沿岸森林涵养水源的价值为5.10亿元·a-1,占服务功能总价值的37.97%;保育土壤的价值为1.89亿元·a-1,占14.07%;固碳释氧价值为0.94亿元·a-1,占7.00%;积累营养物质价值为0.14亿元·a-1,占1.04%;净化大气环境价值为0.93亿元·a-1,占6.92%;生物多样性保护价值为3.96亿元·a-1,占29.49%;森林游憩价值为0.47亿元·a-1,占3.50%。

彭水县乌江沿岸阔叶林、混交林和灌木林面积分别为0.15万,0.72万和1.01万hm2,提供的森林生态系统服务功能总价值分别为0.95亿,5.49亿和6.97亿元,可见森林生态系统服务功能价值与森林面积存在着极其密切的关系［14 -15］。彭水县乌江沿岸不同林分类型提供的生态服务功能单位面积价值量顺序为混交林(7.62万元·hm-2·a-1)＞灌木林(6.93万元·hm-2·a-1)＞阔叶林(6.36万元·hm-2·a-1)。因此,为了提高森林生态系统服务功能价值,在彭水县乌江沿岸应适当增加混交林的面积,适当减少阔叶林面积。

参考文献:

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(责任编辑：侯春晓)

水田、旱地与水旱轮作种植方式土壤微生物群落的差异

苏 婷，韩海亮，赵福成，王桂跃*
(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20160238

土壤微生物群落是土壤的重要活体成分,其数量和活性是评价土壤健康或者土壤质量的重要指标。人类活动是影响土壤微生物的主要因素之一,种植方式不同,土壤微生物生长环境,如水分、pH值、土壤枯枝落叶和根系分泌物等都不同,使土壤微生物数量、组成及活性产生较大差别,进而导致土壤微生物群落结构和功能发生改变［1］。因此,研究不同耕地种植方式土壤微生物活性及群落结构特性,对维持土壤肥力、提高土壤质量、促进耕地可持续利用具有重要意义。

本研究选取相同地点常规施肥模式的一组田块,对长期种植双季玉米的旱地、长期种植单季水稻的水田及玉米-水稻轮作的水旱轮作这3种种植方式的土壤微生物进行分析,旨在明确不同种植方式下土壤微生物群落结构的差异,为提高土壤肥力、合理地可持续利用耕地资源提供科学依据。

1　材料与方法

1.1取样

在东阳玉米研究所基地内有3种不同种植方式的耕地,分别是长期种植双季玉米的旱地、长期种植单季水稻的水田及玉米-水稻轮作的水旱轮作地,属黄泥砂土土属,施肥模式均为常规化学施肥。土壤样品采集于2015年3月底。每区按S形取样法取样5个点,采集0～20 cm层土壤样品,均匀混合后作为一个样品。土样带回室内拣去石砾、植物残体等,过2 mm土壤筛,再分成2份。1份风干后,用于测定土壤基本理化性状,另1份立即处理,用于土壤微生物的测定。

1.2土壤理化性状测定

土壤基本理化性状委托浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所检测。

1.3微生物含量测定

细菌、真菌和放线菌种群数量的测定分别采用牛肉膏蛋白胨、孟加拉红和改良高氏1号培养基平板稀释法［2］,平板计数。

1.4革兰氏染色测定

革兰氏染色采用3% KOH溶液快速鉴定法［3］。将3% KOH溶液滴于洁净的载玻片上,灭菌牙签蘸取待测菌涂抹于其中。搅动,将菌液向上提起,观察有无粘丝。若菌液黏稠,可拉出丝状物,则为革兰阴性菌;无拉丝产生,则为革兰氏阳性菌。

2　结果与分析

2.1土壤理化性状

从表1可以看出,双季玉米和玉米-水稻种植方式,土壤养分显著高于单季水稻的种植方式,尤其是双季玉米的种植方式,其土壤全碳、全氮、有效磷和速效钾的含量分别比单季水稻种植方式高51%,225%,444%和412%。但是,双季玉米种植方式的土壤pH值显著低于单季水稻和玉米-水稻轮作种植方式。

表1　不同种植方式下土壤理化性状表现

2.2土壤微生物含量

从表2可以看出,玉米-水稻轮作的种植方式,其土壤细菌、真菌和放线菌含量最高,比双季玉米的种植方式分别增加97%,29%和155%。细菌和真菌含量大小排列为玉米-水稻＞双季玉米＞单季水稻,而放线菌含量大小排列为玉米-水稻＞单季水稻＞双季玉米。

表2　不同种植方式下土壤微生物含量表现

2.3细菌革兰氏染色

由表3可以看出,玉米-水稻轮作的种植方式,其土壤革兰氏染色阴性和阳性细菌均显著高于双季玉米和单季水稻种植方式,而阴/阳细菌比例则低于其他2种种植方式。

表3　不同种植方式下土壤细菌革兰氏染色类型表现

3　小结与讨论

土壤理化性状,双季玉米种植方式,土壤养分含量显著高于其他2种种植方式,而其土壤pH值却显著降低,这可能是由于常年种植2季玉米,施肥增加,大量施用化肥的后果是导致土壤酸化。而玉米-水稻轮作的种植方式,其土壤养分也较高,但其土壤pH值却未显著降低,这可能是由于水旱轮作方式,调节了土壤的酸碱度。

土壤的微生物含量、双季玉米种植方式、土壤放线菌显著低于其他2种处理,这可能是由于放线菌适宜生长的环境是偏碱性的,在pH值为4.29的环境下无法大量生长。玉米-水稻轮作的种植方式,其土壤微生物含量显著增加,这可能因为水旱轮作改善了土壤的通气性,有利于氨化细菌、自生固氮菌、硝化细菌、好气性纤维素分解菌、磷细菌等数量的增加［4］。

相关研究表明,土壤革兰氏染色阴性细菌与阳性细菌的比值越低,其土壤生态系统越稳定［5-6］。试验结果表明,玉米-水稻种植方式,阴性细菌与阳性细菌的比值最低,其土壤生态系统是最稳定的,而双季玉米的种植方式最不利于土壤生态系统的稳定。

［1］王芸,韩宾,史忠强,等.保护性耕作对土壤微生物特性及酶活性的影响［J］.水土保持学报,2006,20 (4):120-122,142.

［2］娜日苏,红雨,杨殿林,等.黄河流域棉区转Bt基因棉种植对根际土壤微生物数量及细菌多样性的影响［J］.应用生态学报,2011,22 (1):114-120.

［3］邱文.梨树花枯病病原及其相关病原细菌研究［D］.杭州:浙江大学,2010.

［4］刘岳燕,姚槐应,黄昌勇.水分条件对水稻土微生物群落多样性及活性的影响［J］.土壤学报,2006,43 (5):828-834.

［5］DE VRIES F T,HOFFLAND E,VAN EEKEREN N,et al.Fungal/bacterial ratios in grasslands with contrasting nitrogen management［J］.Soil Biology and Biochemistry,2006,38 (8):2092-2103.

［6］李忠佩,林心雄,车玉萍.中国东部主要农田土壤有机碳库的平衡与趋势分析［J］.土壤学报,2002,39 (3):351-360.

(责任编辑：张才德)

通信作者:周 强(1965—),男,重庆人,工程师,主要研究方向为森林经营,E-mail:673939201@qq.com。 王桂跃,高级农艺师,E-mail:zjdygy@163.com。

作者简介:薛沛沛(1982—),女,河南平顶山人,高级工程师,主要研究方向为森林生态,E-mail:xuepeipei_cq@163.com。 苏 婷(1986—),女,浙江嵊州人,助理研究员,从事植物土壤微生物研究工作,E-mail:teenst@163.com。

基金项目:彭水县科委软科学研究项目(PSKW,2013,017);重庆市基本科研业务经费项目(BS1302)

收稿日期:2015-10-26 2015-12-12

中图分类号：S719; F326.27 S182
文献著录格式:薛沛沛,周强,王正春,等.彭水县乌江沿岸森林生态系统服务功能及其价值评估［J］.浙江农业科学,2016,57 (2):258-261.
DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20160237

文献标志码：A A

文章编号：0528-9017(2016)02-0258-03 0528-9017(2016)02-0261-02

文献著录格式:苏婷,韩海亮,赵福成,等.水田、旱地与水旱轮作种植方式土壤微生物群落的差异［J］.浙江农业科学,2016,57 (2):261-262.