浙江天台公益林生物量及涵养水源效益研究

管杰然，伊力塔，2，郑超超，余树全，2

(1.浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江 临安 311300；2.亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300)

浙江天台公益林生物量及涵养水源效益研究

管杰然1，伊力塔1，2，郑超超1，余树全1，2

(1.浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江 临安 311300；2.亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300)

根据浙江省天台县公益林固定监测小班数据，以推算包括松林、杉木林、阔叶林等6种典型森林群落的生物量为基础，估算天台县公益林涵养水源量及效益。结果表明：天台县公益林总生物量274.92万t，单位面积生物量为101.94 t·hm-2，其中松林的生物量最大，为208.46万t、针阔混交林的单位生物量最大，为139.15 t·hm-2；2011—2012年间天台县公益林的调蓄水量累计达1.25亿t，涵养水源效益达到10.30亿元。其中，竹林的涵养水源效益最大，其次为阔叶林、松林、针阔混交林、灌木林，最小的是杉木林。

公益林；生物量；涵养水源；天台县

生态公益林是以保存物种资源、维护生态平衡、发挥生态效益、开展森林旅游、保护国土安全和改善人类生存环境等为主要经营目的的森林[1]，是陆地生态系统最重要的自然资源之一[2]。近年来，由于社会经济快速发展导致森林资源消耗过量、生态环境持续恶化、水资源匮乏及水土流失等一系列环境问题日益突出。但随着人与环境协同发展理念的不断加强，正确分析和评价包括森林生态系统在内的自然资源生态效益已成为当代生态学研究领域的热点之一[3-7]。而森林植被特有的涵养水源功能、调洪削峰和净化水质等功能成为国内外学者重点关注的领域[8-11]。由于森林群落以冠层截留、枯落物层持水和土壤层贮水等形式对大气降水的不断截留[12]，进行多次分配的形式发挥着重要的涵养水源功能[13-14]，并利用其复杂的地上、地下结构使水资源有效利用和净化的同时，不断调节地表径流，从而发挥着重要的涵养水源作用[14]。

基于公益林在区域生态安全中发挥着重要的生态效益，国家也日益重视对生态公益林的建设和管理[15]。

因此，针对生态公益林的研究也逐渐从物种起源、种群生物学特征、群落结构及生态系统功能和演替过程机制[16-21]等诸多领域慢慢转向评估不同区域各森林群落包括涵养水源功能在内的综合生态效益[22-23]。但由于样本量不足及各地区明显的区域尺度倾向性，使得研究结果往往有地域性，特别是缺乏对市(县)级的生态公益林效益评价研究。

因此，本文利用浙江省天台县公益林固定监测小班数据，以LY/T 1721—2008森林生态系统服务功能评估规范[24]为估算依据，计算区域典型森林群落生物量为基础，估算天台县公益林涵养水源效益及价值，为进一步探索和完善市(县)级尺度森林生态效益评估，推动区域公益林可持续发展和科学管理提供数据支撑及借鉴作用。

1 研究区概况

天台县位于浙江省东中部，北纬28°57′02″—29°20′39″、东经120°41′24″—121°15′46″。总面积143213.3 hm2，其中山地面积107980 hm2，林业用地104393.3 hm2，森林覆盖率56.3%，全县有林地面积中42.4%是生态公益林，为4.1万hm2。该地区为中亚热带季风区，年均气温达16.8 ℃，其中最高气温28.2 ℃(7月)，最低气温4.9 ℃(1月)，年无霜期234 d，年均降水量1300～1600 mm，具有典型盆地气候特点[25]。

2 研究方法

2.1 固定样地设置及调查

以天台县5522个生态公益林小班数据为抽样总样本，从中抽取92个小班作为天台县公益林固定监测小班，在实地踏查的基础上选取具有代表性的典型地段设置面积为20 m×20 m的固定监测样地。详细记录固定样地基础信息，包括GPS坐标、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤类型、土壤质地、土壤厚度等环境因子；并采用每木检尺法对样地内所有胸径>0.5 cm的乔木树种进行测量，同时在每块样地对角线上再均匀设置3个灌、草固定监测小样方(面积设置为2 m×2 m)，并详细记录灌木和草本树种的名称、盖度等数据[26-34]。

2.2 数据分析

2.2.1 生物量计算 以浙江省重点公益林生物量模型(表1)[26，34-35]为依据，利用92个公益林固定小班监测数据推算天台县森林群落中乔木层、灌木层以及草本层各自生物量及总体生物量和单位生物量[36]，其中单位生物量以“平均值±标准误”表示。

表1 浙江省公益林生物量模型[35，37]

表1(续)

2.2.2 涵养水源效益估算

1)涵养水源量。土壤非毛管孔隙大小是决定森林土壤蓄水能力的主要原因，本文以它作为计量土壤蓄水量的基准[1，7]。年涵养水源量：V=10A(V1+V2+V3)，单位面积年涵养水源量：VA=V2+V3，式中：V为森林年涵养水源量(m3·a-1)；VA为森林单位面积年涵养水源量(m3·hm-2·a-1)；V1为林冠截留量(mm·a-1)；V2为枯枝落叶量(mm·a-1)；V3为土壤非毛管孔隙度(mm·a-1)；A为林分面积(hm2)[24，26]。

2)涵养水源价值。涵养水源总价值：U=U1+U2(式中，林分调节水量价值U1=6.1107V，林分净化水质价值U2=2.09V)[38]；单位面积涵养水源价值：UA=(U1+U2)/A。式中：U为森林涵养水源价值(元)；U1为森林调节水量价值(元)；U2为森林净化水质价值(元)；V为森林贮水量(m3)；A为林分面积(hm2)[24，26]。

3 结果与分析

3.1 群落类型构成

天台县公益林总面积4.097万hm2。其中，松林面积约为2.655万hm2，所占比例最大(64.78%)；其次是阔叶林(0.840万hm2，20.51%)；此外，杉木林、竹林、针阔混交林所占面积比例较小，依次为7.25%、4.22%、2.41%；所占面积比例最小的是灌木林(0.840万hm2，0.82%)。

3.2 生物量结构

天台县公益林生物量为274.92万t，单位面积生物量为101.94 t·hm-2，详见表2、表3。

由表2可知，天台县公益林的森林类型按生物量由大到小排列为：松林(208.46万t，占75.83%)>杉木林(24.92万t，占9.06%)>阔叶林(24.57万t，占8.94%)>针阔混交林(8.34万t，占3.03%)>竹林(8.07万t，占2.94%)>灌木林(0.56万t，占0.20%)。从群落的层次结构角度分析，在除灌木林以外的各群落类型中，乔木层生物量、灌木层生物量在群落总生物量中所占比例相近(乔木层51.96%，灌木层44.83%)，而草本层则特别低(3.20%)。其中：乔木层生物量占总生物量比例的大小由高到低排列分别为：针阔混交林(64.99%)、松林(53.41%)、竹林(53.28%)、杉木林(49.88%)、阔叶林(38.14%)；灌木层生物量占总生物量比例的大小由高到低排列分别为：阔叶林(55.35%)、杉木林(48.48%)、竹林(43.74%)、松林(43.50%)、针阔混交林(34.17%)。对于灌木林而言，其灌木层生物量所占比重特别大(91.07%)，且没有乔木层生物量，这是由灌木林本身特殊的林分情况决定的。而各群落类型的草本层生物量特别小的原因是由于多年封育管理下，天台县公益林郁闭度较高，导致草本层植物对光能的利用率降低使其生物量比例较低，如草本层平均生物量仅为群落总生物量的0.03%，而在灌木林群落中草本层生物量比例最高，但也仅为0.09%。

表2 天台县公益林生物量

由表3可知，天台县公益林不同群落类型的平均生物量由高到低依次为：针阔混交林(139.15 t·hm-2)、杉木林(125.69 t·hm-2)、松林(120.46 t·hm-2)、竹林(71.51 t·hm-2)、阔叶林(40.39 t·hm-2)和灌木林(17.03 t·hm-2)。各类型群落单位生物量的加权平均为101.94 t·hm-2，其中，乔木层、灌木层、草本层分别为34.86、30.08、2.14 t·hm-2。乔木层中，单位生物量最大的也是针阔混交林群落，与生物量情况一致，达到了54.80 t·hm-2；灌木层中，杉木林单位生物量最大，为40.68 t·hm-2。

表3 天台县公益林单位生物量 t·hm-2

3.3 涵养水源效益

2011—2012年间，天台县公益林涵养水源效益累计达10.30亿元(调水效益达7.67亿元，净化水质效益达2.63亿元)，单位面积涵养水源价值为2.47万元，总调蓄水量累计达1.25亿t(表4)。

表4 天台县公益林涵养水源价值

由图1可知，天台县公益林不同群落类型的涵养水源能力由大到小为：竹林>阔叶林>松林>针阔混交林>灌木林>杉木林。而由表4可知，天台县公益林涵养水源作用中，林分水量调节能力及价值大大高于林分净化水质能力。天台县公益林群落中，松林群落由于其所占面积比例最大，且其群落总生物量也是最大，因此松林的涵养水源量是最大的。虽然有研究表明，阔叶林和针阔混交林的涵养水源能力通常要远高于针叶林[22]，但由于天台县公益林中阔叶林和针阔混交林面积相对较少，且群落总生物量所占比例也较少，所以从结构上导致了群落涵养水源能力并未得到充分发挥。

4 结论与讨论

总之，从以上的数据分析可知，天台县公益林建设工作通过多年的努力取得一定的进步和发展。本文基于固定小班监测数据，并利用经验模型推算群落生物量的基础上根据国家林业局发布的效益评估方法进行效益评价，具有较高的可信度。根据研究方法，发挥公益林的生态效益需重点提高单位生物量产量，而天台县公益林群落外貌结构尚存在诸多问题，如群落类型单一，针叶林比例高，阔叶林和针阔混交林比例较小的结构性问题。这导致其生态效益不能完全发挥，应逐步改造公益林林分和林龄结构，加快针叶林向常绿阔叶林的演替，实现其可持续发展。

4.1 生物量

2012年天台县公益林群落总生物量为274.92万t，单位生物量平均为101.94 t·hm-2。根据近5 a对浙江省公益林生物量的相关研究：2008年安吉县、长兴县、德清县和湖州市吴兴区的公益林单位生物量平均值分别为82.43、85.51、85.42、84.21 t·hm-2[39]；2008年仙居县公益林单位生物量平均为94.51 t·hm-2[40]；2010—2011年浙江省中部地区单位生物量平均为99.30 t·hm-2[41]；2012年嵊州市公益林单位生物量平均为102.54 t·hm-2[36]；2012年缙云县公益林单位生物量平均为93.21 t·hm-2[37]；2012年东阳市公益林单位生物量平均为104.77 t·hm-2[42]。据此，天台县公益林生物量状况处在良好的水平。

除灌木林群落以外，各森林群落中乔木层生物量和灌木层生物量在群落生物量中的比例接近，据此可以初步判断公益林优势种稳定性较高；但公益林郁闭度较高导致草本层的群落使得草本植物对光能的利用率降低，抑制并阻碍其生长发育[43]，因此草本层生物量非常低。此外，从目前毛竹林的经营方式来分析，人工去除林分中的灌木层和草本层植物，极大地破坏了林分中灌木层和草本层的生长，导致其生物量极低[44]，生态效益的发挥受到较强的影响。从表2可知，灌木林群落的生物量在灌木层中虽然不多，仅0.51万t，但其所占比例最高，达到了91.07%。导致这一现象的主要原因是天台县公益林的灌木林乔木层生物量比例小，基本可忽略不计[23]。

4.2 涵养水源效益

2011—2012年间，天台县公益林发挥涵养水源效益累计达10.30亿元(调水效益达7.67亿元，净化水质效益达2.63亿元)，单位面积涵养水源价值为2.47万元。通过对近5 a浙江省公益林涵养水源效益相关研究发现：2009年仙居县公益林单位面积涵养水源价值为4.62万元[45]；2010年嵊州市公益林单位面积涵养水源价值为6.84万元[22]；2011年缙云县公益林单位面积涵养水源价值为5.83万元[26]；2012年东阳市公益林单位面积涵养水源价值为2.25万元[42]。据此，天台县公益林涵养水源效益低于浙江省公益林平均水平。

天台县不同群落类型的公益林中，竹林涵养水源价值最大，并且针叶林的涵养水源价值要大于阔叶林。但从公益林群落演替角度思考，阔叶林和针阔混交林是更为理想的公益林群落类型[24，34，44，46-48]，其涵养水源的功能和价值应该大于针叶林。这是由于天台县现有公益林演替并未达到理想阶段，阔叶林和针阔混交林的面积和生物量所占比例较小，其涵养水源能力没有得到充分发挥[49-52]。针对此现状，在未来的公益林经营管理的过程中，应适度推进天台县公益林林分演替进程，加快针叶林往针阔混交林和阔叶林转变，更好地发挥公益林的涵养水源效益。

根据相关研究表明，公益林生态系统能够正常地发挥其生态效益的前提是其林分内包括乔木层、灌木层、草本层、凋落物层和土壤层在内的各个层次的结构合理及完整。但是本次研究发现特别是天台县公益林中的灌木林，林分组成还不够完善及合理，有一部分的涵养水源效益没有充分发挥，还具有较大的生态效益发挥潜能；毛竹林的草灌层及凋落物层受到了较为严重的破坏，从长远角度出发并不利于其生态效益的持续性发挥。所以，应改革目前生态公益林的管理方法，林区的经营管理应注意几个层次的有机结合，且对不同林型设立不同的经营管理方法，从而保障生态公益林效益的稳定及充分发挥。

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Research on Biomass and the Efficiencies of Water Conservation in an Ecological Service Forest of Tiantai County，Zhejiang Province

GUAN Jieran1，YI Lita1，2，ZHENG Chaochao1，YU Shuquan1，2

(1.SchoolofForestryandBiotechnology，ZhejiangAgricultureandForestryUniversit；Lin′an311300，Zhejiang，China；2.NurturingStationforStateKeyLaboratoryofSubtropicalSilviculture，Lin′an311300，Zhejiang，China)

According to the detailed investigation data of fixed sample plots，the efficiencies of water conservation of public service forest in Tiantai Country，Zhejiang Province were evaluated by calculating the biomass of six types of forest communities including pine forest，fir forest，broad-leaved forest，etc.The results showed that the total biomass storage of the public service forest in Tiantai was 274.92×104t，while average unit biomass was 101.94 t·hm-2.Both the total biomass in pine forest (208.46×104t) and average biomass of mixed coniferous forest (139.15 t·hm-2) was the highest.The water-regulation and water-storage capacity of public service forest in Tiantai Country in 2011—2012 was 1.25×108t，and cumulative water conservation efficiency was 10.30 billion Yuan.Water conservation capacity of different forest communities decreased in the order showed as bamboo forest(the biggest)，broad-leaved forest，pine forest，mixed coniferous forest，scrub forest，fir forest(the smallest).

public service forest；biomass；water conservation；Tiantai County

10.13428/j.cnki.fjlk.2016.04.006

2016-04-08

2016-05-13

浙江省重点科技创新团队项目(2011R50027)

管杰然(1991—)，男，浙江金华人，浙江农林大学硕士，从事群落生态学研究。E-mail：375006313@qq.com。

伊力塔，浙江农林大学副教授，博士，从事森林生态学研究。E-mail：yilita@126.com。

S718.56

A

1002-7351(2016)04-0027-07