浙江省江山市公益林地涵养水源功能和价值评估

2023-07-04刘基霞姚任图邵华亮吴家森曾小翠

福建农业科技 2023年1期

刘基霞姚任图邵华亮吴家森曾小翠

摘要：以浙江省江山市公益林地為研究对象，依据公益林固定样地和小班等实测数据，对不同林分枯落物层和土壤层涵养水源能力和价值进行定量测算和分析。结果表明：江山市公益林不同林分类型枯落物的效拦蓄量表现为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞松木林＞毛竹林；在相同深度土层中，土壤的物理性质和持水量差异不太明显；土壤层贡献了超99%的林地涵养水源量；涵养水源能力强弱表现为针阔混交林＞阔叶林＞毛竹林＞杉木林＞针叶混交林＞松木林＞灌木林。全市公益林年涵养水源总量为18 778.69万t，年涵养水源价值量为19.79亿元，单位面积涵养水源量约2 813 t·hm-2，单位面积价值量约2.97万元·hm-2。江山市公益林涵养水源能力较强的区域为东部，北部的涵养水源能力相对较弱。

关键词：公益林；涵养水源功能；枯落物；土壤；江山市

中图分类号：S 718.5 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2023）01-0066-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.01.010

Water Conservation Function and Value Evaluation of Public Welfare Forest Landin Jiangshan City of Zhejiang Province

LIU Ji-xia1，2， YAO Ren-tu3， SHAO Hua-liang4， WU Jia-sen1*， ZENG Xiao-cui5

（1. College of Environment and Resources， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300， China;

2. Qingyuan County Bureau of Agriculture and Rural Areas， Lishui， Zhejiang 323800， China; 3. Zhejiang Master

Station of Public Welfare Forest and State-owned Forest Farm Management， Hangzhou， Zhejiang

310020， China; 4. Jiangshan Forestry Bureau， Jiangshan， Zhejiang 324100， China;

5. Jiande Forestry Bureau， Jiande， Zhejiang 311600， china）

Abstract： By taking the public welfare forest land in Jiangshan City of Zhejiang Province as the research object， based on the measured data of fixed sample plots and sublot of public welfare forest， the water conservation capacity and value of litter layer and soil layer in different forest stands were quantitatively measured and analyzed. The results showed that the effective interception amount of litter in different forest types of public welfare forest in Jiangshan City was coniferous and broad-leaved mixed forest>broad-leaved forest>Chinese fir forest>pine forest>moso bamboo forest. In the same depth of soil layer， the difference of soil physical properties and water holding capacity was not obvious. The soil layer contributed more than 99% of the water conservation quantity of forest land. The order of water conservation ability was coniferous and broad-leaved mixed forest>broad-leaved forest>moso bamboo forest>Chinese fir forest>coniferous mixed forest>pine forest>shrub forest. The total annual water conservation quantity of public welfare forests in the whole city was 18 7，7869 million tons， with the value quantity of 1.979 billion yuan. The water conservation quantity per unit area was about 2 813 t·hm-2， and the value quantity per unit area was about 29，700 yuan·hm-2. In Jiangshan City， the water conservation capacity of public welfare forest was stronger in the east， while the water conservation capacity of public welfare forest in the north was relatively weak.

Key words： Public welfare forest； Water conservation function； Litter； Soil； Jiangshan City

公益林是指为维护和改善生态环境，保持生态平衡，保护生物多样性等满足人类社会的生态、社会需求和可持续发展为主体功能，依据生态区位重要性划定的森林、林木、林地。国家级公益林的重要生态区位包括了江河源头、江河两岸、重要湿地与水库［1］，浙江省省级公益林的重要生态区位包括了主要河流源头及两岸、大中型水库湖泊、饮用水源保护地，可见公益林在涵养水源、水土保持方面发挥着重要作用。

森林生态系统通过其自身各个部分、各个层次作用于当地水环境，对其水文过程产生影响，主要发挥功能的是林冠层、枯落物层和土壤层三层结构，水源涵养功能就集中体现在这三层结构上，尤其是地下的枯落物层和土壤层，水源涵养能力超过整个森林生态系统水源涵养能力的90%［2］。同时，不同林分对水源涵养功能存在不同程度的影响，了解和分析不同林分的影响程度和特征，对本地区森林经营和培育具有较好的指导意义。

江山市地处中亚热带北部湿润季风气候区，雨水充沛，是浙江省受洪涝、泥石流等自然灾害影响严重的县（市）之一，现有重点公益林面积6.67万hm2，自2004年实施生态效益补偿制度以来，补偿标准从75元·hm-2提高到目前的600元·hm-2。探究公益林建设和不同林分下的枯落物层和土壤层的涵养水源能力有多强？公益林补偿资金的投入在水源涵养方面产出了多少生态价值？对回答公益林建设的意义和成效具有重要的科学意义。因此本文选择该地区公益林中的典型森林类型为研究对象，对其枯落物层含水特征和能力、土壤

层物理性质和含水能力，及两层结构水源涵养产生的生态效益进行测算、分析和评价，为当地林业部门的实际工作提供理论基础。

1 研究区概况

江山市（E118°22′37″～118°48′48″，N28°15′26″～28°53′27″）位于浙江省西南部，素有“七山一水二分田”之称。地势东南高，西北低，中部为河谷地带。受地形影响，兼有盆地气候的某些特点，冬夏季风交替明显，四季冷暖干湿分明，光照充足，降雨充沛，年降雨量在2 000 mm以上。年径流总量22.8亿m3，其中地表径流20.5亿m3，地下径流2.3亿m3。自然植被有常绿阔叶林、针阔叶混交林、针叶林、灌丛4个组、7个类型、15个群系；木本植物87科、232属、643种。

2 研究方法

2.1 样地设置

根据流域地形、土壤、植被、龄组等选取典型公益林区域，以长势正常的松木林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、竹林5种不同林分类型作为研究对象。为减少样本区域的差异，采用相邻样地比较法进行采样分

析［3］。结合前期江山市公益林固定样地布设情况，在代表性的地段复测78个20 m×20 m的公益林固定样地，基本情况见表1。对样地内胸径大于5 cm的样木进行每木检尺，测量记录单木胸径、树龄、树高等测树因子，样地坡向、坡度、郁闭度等地形林分因子。

2.2 样品采集和分析

枯落物采集和分析：在各样地4个角及中心位置布设5个1 m×1 m的枯落物小样方，共布设枯落物小样方390个。用钢卷尺测量枯落物的厚度，同时收集样方内所有未分解层枯落物，带回实验室进行分析。测定枯落物样品湿质量，在85℃烘箱中烘干后测定干质量，计算枯落物单位面积储量，同时采用室内浸泡法［4］测定枯落物吸水速率、最大持水量；采用有效拦蓄量估算枯落物对降水的实际拦蓄量［5］。

土壤采集和分析：各样地在西南角枯落物采集样方内，挖取土壤剖面，采集0～30、30～60 cm土层的容重圈原状样品，带回实验室测定土壤容重、非毛管孔隙度，并计算总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量［6］，本研究共采集土壤样品152个，其中0～30 cm土层78个，30～60 cm土层74个。

2.3 涵养水源功能测算方式和计算公式

小班是內部特征基本一致，与相邻地段有明显差别的地段，是森林资源清查和经营利用的基本单位。全市的涵养水源功能采用基于小班数据的分布式测算方法进行评估，具体测算过程如下：（1）一级测算单元划分：根据浙江省江山市森林资源“一张图”小班数据，将江山市所有公益林地块按优势树种，划分松木林、杉木林、阔叶林、针阔混交林、针叶混交林、竹林、灌木林等7个林分类型为一级测算单元；（2）二级测算单元划分：每个一级测算单元又按按龄组划分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林等5个二级测算单元，其中竹林和灌木林不设二级测算单元。最终确定27个公益林涵养水源功能评估单元及面积大小。其中针叶混交林测算基础数据取松木林、杉木林的均值，灌木林取全省均值；（3）数据尺度的转换：进行由点到面的数据尺度转换，将点上实测数据转换至小班面上测算数据，即可得到各水源涵养评估单元的测算数据；（4）以上单元数据累加的结果即为江山市公益林涵养水源功能测算结果。结果分析时，合并多个测算单元进行分析。

林地水源涵养能力＝枯落物涵养水源实物量（最大拦蓄量）＋土壤涵养水源实物量［7］。其中土壤涵养水源实物量采用土壤蓄水能力法测算，公式为［8］：

G调=Ki（Hi-H0）×Ai（1）

式（1）中： G调为测算单元i的调节水量，单位：t；Ki为调整系数，对基本参数进行适当的修正和调整，以提高评估的准确性和合理性；Hi为测算单元（或样地类型）i的年平均持水量，数据来自样地0～60 cm土层的实测数据，单位：t·hm-2，由于样地数量限制未能较好计算二级测算单元的平均蓄水能力Hi，因此调节水量计算利用调整系数做调整；H0为无林地的年平均持水量，单位：t·hm-2，取自全省平均数值；A为测算单元i面积，单位：hm2。

水源涵养价值量采用替代成本法计算，包括：调节水量和净化水质价值［9］。调节水量价值相当于等容量水库建设库容投资和净化水的费用。单位库容投资参考第8次森林生态系统评估［10］取值，为8.44元·t-1，净化水的费用，采用江山市居民用水价格的第二级价格2.1元·t-1。

2.4 調整系数计算

调整系数计算步骤如下：（1）根据小班数据，计算各小班的综合得分值，公式如下：

Y=∑8j=1WjXj（2）

式（2）中：Xj为第j项评价因子的类型得分值，类型1，2，3分别取1分，2分，3分，参考森林资源连续清查技术规程［11］，评价标准如表2所示。Wj为各评价因子的权重。

（2）计算每个小班的森林生态功能指数，即综合得分值的倒数：

Bj=1∑WjXj（3）

（3）计算每个测算单元的平均生态功能指数：

j=∑ni=1Bini（4）

式中，i为测算单元i的平均森林生态功能指数；为测算单元i中各小班的生态功能指数；为测算单元i中小班数

（4）计算各测算单元的调整系数 Ki：

Ki=i（5）

i为江山市二级测算单元i的平均生态功能指数；为全省森林的平均生态功能指数，该数据来源于“2020年浙江省森林资源及其生态功能价值公告”，取值0.5151，具体为资源连续清查全省所有固定样地调查取平均数。

3 结果与分析

3.1 不同林分类型枯落物厚度和储量

枯落物储量受积累年限、分解速度、输入量等方面的影响。不同树种组成、森林植被类型影响着枯落物的输入量；林分结构和森林区域气候影响着枯落物的分解速度。由表3可知，江山市公益林中5种典型林分类型的单位面积枯落物储量变化范围为11.68～25.64 t·hm-2，表现为针阔混交林＞阔叶林＞松木林＞杉木林＞毛竹林，且针阔混交林的单位面积枯落物储量比毛竹林高119.52%，经Duncan检验，毛竹林枯落物储量显著低于其他4种林分类型（P＜0.05），其他林分之间差异不显著；不同类型枯落物厚度在1.14～2.26 cm，其大小排序和枯落物储量大小排序一致。

3.2 不同林分类型枯落物持水蓄水能力

枯落物直接覆盖在林地表面，吸收降水的同时能有效吸收减弱降水对林地土壤的动能冲击；同时，枯枝落叶在土壤中不断氧化分解，改良了土壤性质，改善了土壤结构，增强了土壤渗透性。最大持水率以枯落物浸泡24 h后的持水率表示，由表4可知，枯落物最大持水率介于114.45%～177.74%，表现为毛竹林＞阔叶林＞杉木林＞针阔混交林＞松木林，其中毛竹林下枯落物的最大持水率是松木林的1.5倍，松木林显著低于除针阔混交林外的其他3种林分类型；不同林分的枯落物最大持水量变化在20.64～33.42 t·hm-2，表现为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞松木林＞毛竹林，其中毛竹林的最大持水量显著低于其他4种林分（P<0.05）。

最大持水量和最大持水率往往反映的是枯落物层持水能力的理想状态，用这2个指标估算枯落物的现实持水能力通常会高估，可通过有效拦蓄量来表示枯落物对降水的实际拦蓄持水能力［12］。由表4可知，不同林分枯落物的有效拦蓄率介于87.37%～126.41%，表现为毛竹林＞杉木林＞阔叶林＞针阔混交林＞松木林，毛竹林有效拦蓄率显著高于松木林（P＜0.05），相差45%，其余林分差异不显著。不同林分的枯落物有效拦蓄量大小依次为针阔混交林＞阔叶林＞杉木林＞松木林＞毛竹林，其中毛竹林的有效拦蓄显著低于其他4种林分（P＜0.05），最大的针阔混交林与最小的毛竹林之间的相差68%。

3.3 不同林分类型土壤物理性质和持水性能

土壤层是森林涵养水源的主体，土壤容重反映土壤的松紧程度、孔隙状况，土壤孔隙影响土壤通气性、透水性，土壤孔隙度越大，土壤持蓄水能力越强。土壤非毛管孔隙能较快容纳降水并及时下渗，非毛管孔隙中滞留的重力水在调蓄水方面的作用更为重要，

更加有利于涵养水源，因此林地土壤的蓄水能力强弱一般以饱和持水量、非毛管持水量等作为评价指标［13］。从表5可以看出，0～30 cm土层土壤容重范围区间为1.06～1.19 g·cm-3，30～60 cm土层土壤容重范围区间为1.08～1.25 g·cm-3，所有林分均表现出土层深度越深，土壤容重呈现增大的趋势，而总孔隙度呈现降低的趋势。在相同深度土层中，土壤容重、总孔隙度和土壤的最大持水量均不存在显著性差异（P＞0.05）。但在30～60 cm土层深度时，针阔混交林的土壤非毛管孔隙度、非毛管持水量显著低于毛竹林和杉木林（P＜0.05），其余林分类型土壤以及不同林分在0～30 cm深度的土壤差异并不显著（P＞0.05）。在5种林分类型中，土壤容重排序表现为松木林＞针阔混交林＞杉木林＞阔叶林＞毛竹林，总平均孔隙度（0～60 cm）的排序大小为：毛竹林＞阔叶林＞杉木林＞针阔混交林＞松木林。可能的主要原因是松木林的根系分布较浅、根系相对阔叶树种更细，导致土层更为紧实，而阔叶树种的根系较为发达，毛竹林的竹鞭更是在土壤中穿插生长力极强，导致这两类林分的林地土壤容重相对较小，孔隙度较大，从而涵养水源能力也就越强。

3.4 江山市公益林林地涵养水源能力和价值测算

将江山市所有公益林划分为表6中7种林分类型，针叶混交林测算基础数据取松木林、杉木林的均值，灌木林测算基础数据取全省均值，并用调整系数做调整，全市公益林林地涵养水源能力和价值测算结果如表6所示。从表6可知，林地涵养水源能力主要在土壤层，对林地上水源涵养贡献度超99%，江山市公益林年涵养水源量为阔叶林>针阔混交林>毛竹林>杉木林>针叶混交林>松木林>灌木林，单位面积涵养水源价值大小，即涵养水源能力强弱为针阔混交林>阔叶林>毛竹林>杉木林>针叶混交林>松木林>灌木林，这其中针阔混交林的涵养水源能力最强与生态功能指数最高有着密切的关系。江山市公益林年涵养水源总量为18 778.69万t，年涵养水源价值量为19.79亿元，总体单位面积涵养水源量约2 813 t·hm-2，单位面积价值量约2.97万元·hm-2。

3.5 江山市公益林林地涵养水源空间分布

结合江山市公益林固定样地数据和公益林小班数据，利用克吕金插值法制作了江山市公益林地涵养水源能力分布图，可以看出，江山市公益林地涵养水源能力范围在204～4896 t·hm-2，公益林分布主要集中在南部和东部，涵养水源能力较强的区域为江山市东部地区，如张村乡和上余镇，江山市北部几个乡镇的公益林涵养水源能力相对较弱。

4 结论与讨论

4.1 结论

江山市公益林不同林分类型枯落物的有效拦蓄率介于87.37%～126.41%、有效拦蓄量大小介于15.01～25.18 t·hm-2；全市公益林林地涵养水源能力主要在土壤层；全市公益林年涵养水源总量为18 778.69万t，年涵养水源价值量为19.79亿元，总体单位面积涵养水源量约2 813 t·hm-2，单位面积价值量约2.97万元·hm-2，针阔混交林的生态指数最高。江山市公益林地涵养水源能力范围在204～

4 896 t·hm-2，涵养水源能力较强的区域为江山市东部地区，北部乡镇的公益林涵养水源能力相对较弱。

4.2 讨论

（1）本研究所估算的江山市公益林地涵养水源总量和价值量大小，与薛沛沛等［14］在江山市森林生态服务功能评估中得出的结果接近，单位面积涵养水源量2 813 t·hm-2与浙江省其他典型森林类型相似县市的公益林单位面积涵养水源量，如遂昌县的2 775 t·hm-2［15］、嵊州市的1 160 t·hm-2［16］、天台县的3 048 t·hm-2［17］和景宁县的3 535 t·hm-2［18］等相比，江山市处于中等水平。

（2）江山市公益林中针阔混交林单位面积、阔叶林等林分涵养水源功能突出，从相关研究来看，针阔混交林和阔叶林在其他生态功能发挥方面都有着较为突出的贡献［19］，因此在对江山市公益林经营管理中，应对不同林分采取不同的经营措施，使其生态效益最大化，这与牛香等［20］的观点也相符。在公益林造林绿化中，可以优先考虑发展针阔混交林和阔叶林。同时，江山市目前属于松材线虫病中型疫区，为了防治和预防松材线虫病，可以将公益林区松林逐步过渡进行阔叶化改造。

（3）江山市公益林建设取得了显著成效。一方面，江山市公益林仅水源涵养这项生态服务功能的投入产出比为1∶50，同时研究受计量方法和监测参数获取等限制，未对林冠层截留降水进行计量，导致涵养水源能力仍有低估；另一方面，公益林生态效益非常广泛，本研究未对其他生态服务功能进行估算，评价也是不完全的，但本研究结果依然可以说明公益林建设在保护和改善当地生态环境发挥着重要作用。本研究的目的在于提高社会各界对公益林保护重要性的认识，推动探索公益林生态效益分类补偿机制，为江山市公益林布局优化和建设管理提供科学依据。

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