林地水土保持功能持續(xù)提高的機(jī)制及對(duì)策

賈愛冬，張鵬沖，張創(chuàng)峰，王劍輝

（1.寧夏回族自治區(qū) 水利廳水土保持局，銀川 750001；2.周至縣林業(yè)局，陜西 周至 710400）

林地水土保持功能持續(xù)提高的機(jī)制及對(duì)策

賈愛冬1，張鵬沖2，張創(chuàng)峰2，王劍輝2

（1.寧夏回族自治區(qū) 水利廳水土保持局，銀川 750001；2.周至縣林業(yè)局，陜西 周至 710400）

通過對(duì)不同林地水土保持功能分析得出，其發(fā)展過程可分為成長(zhǎng)期、成熟期和減退期，并定義成熟期為可持續(xù)發(fā)展期。分析了影響水土保持功能持續(xù)提高的環(huán)境分配系數(shù)r和環(huán)境利用系數(shù)k，認(rèn)為r是林地中光、水、肥分配的參數(shù)，k為光、水、肥利用的參數(shù)。林地水土保持功能的持續(xù)提高，應(yīng)通過調(diào)整r和k，即調(diào)控林地的樹種組成、林分層次和林分密度，形成合理的林分結(jié)構(gòu)，保持成熟期的持續(xù)發(fā)展。并在此基礎(chǔ)上提出了林地水土保持功能持續(xù)提高的相應(yīng)對(duì)策。

林分；水土保持功能；可持續(xù)發(fā)展

1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)發(fā)大會(huì)以后，全球范圍內(nèi)保護(hù)環(huán)境與持續(xù)發(fā)展，防治水土流失和荒漠化等已成為當(dāng)今林業(yè)研究的重要內(nèi)容［1］。近年來世界各國(guó)特別是美國(guó)、日本、西歐和前蘇聯(lián)對(duì)林地的研究，已從單一學(xué)科、單一方面轉(zhuǎn)向多學(xué)科、多方面、多功能和多層次的深入研究，重點(diǎn)研究了林地理水防蝕機(jī)制和多功能防護(hù)機(jī)理。并根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理，對(duì)區(qū)域林地體系的布局和分布進(jìn)行了研究，提出了環(huán)境生態(tài)效益的評(píng)價(jià)理論和方法，建立了許多數(shù)學(xué)模型［2－4］。我國(guó)“七五”和“八五”期間相繼開展了“三北”生態(tài)林業(yè)工程建設(shè)技術(shù)的研究，在立地條件劃分、適地適樹、造林技術(shù)和綜合效益評(píng)價(jià)等方面取得了一些有價(jià)值的研究成果，并在生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，取得了可觀的效益［5］。

但是，人工植被普遍存在著穩(wěn)定性差、生長(zhǎng)不良和功能衰退等問題［6］。如何持續(xù)提高林地的水土保持功能，發(fā)揮其高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)功能，實(shí)現(xiàn)人工植被的持續(xù)經(jīng)營(yíng)，是林業(yè)生態(tài)工程亟待解決的問題，也是當(dāng)前及今后人工植被研究的熱點(diǎn)問題之一。本文通過對(duì)不同林地水土保持功能的分析，研究探索林地水土保持功能持續(xù)提高的內(nèi)涵和林學(xué)機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出了林地水土保持功能持續(xù)提高的相應(yīng)對(duì)策，以期為提高林業(yè)生態(tài)工程的建設(shè)質(zhì)量提供參考。

1 水土保持功能持續(xù)提高內(nèi)涵的數(shù)學(xué)表述

林地的水土保持作用從林地營(yíng)造之后或從幼齡期開始就可發(fā)揮作用，并隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增加，當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間、一定狀態(tài)時(shí)，其水土保持效益最大；超過此種狀態(tài)以后則逐步減退，直至林木死亡。其水保功能發(fā)展曲線基本呈“S”型。用x（t）表示水土保持功能的發(fā)展過程，則水土保持功能單位時(shí)間的發(fā)展速度為dx·dt，相對(duì)發(fā)展速度為dx/dt·x。用Logistic曲線來分析這一過程，則有Logistic方程：

式中：c——積分常數(shù)；r——光、水、肥等環(huán)境分配系數(shù)；k——光、水、肥等的環(huán)境利用系數(shù)。

因此，可將林地水土保持功能的發(fā)展過程分為3個(gè)階段：分別稱為成長(zhǎng)期、成熟期和減退期。成長(zhǎng)期的林地具有一定的水土保持功能，并且以一定的速度發(fā)展，逐漸上升到rk/6；成熟期的林地已具有保持水土的能力，水土保持功能的發(fā)展速度由rk/6逐漸上升到最大值rk/4之后，又逐漸下降為rk/6；在減退期，林地仍有一定的水土保持功能，但已達(dá)不到保持水土的目的，發(fā)展速度逐漸下降而趨于零。在林地水土保持功能發(fā)展過程中，成熟期可以理解為水土保持功能的可持續(xù)發(fā)展期。在這一時(shí)期內(nèi)，林地能夠起到保持水土的作用。若減退期隨意延長(zhǎng)，則林地的水保功能將減弱，達(dá)不到保持水土的目的。因此，為了滿足保持水土的目的，使林地水土保持功能持續(xù)提高，應(yīng)該通過調(diào)整式（1）的系數(shù)r和k，保持成熟期（t1，t2）的持續(xù)發(fā)展。

圖1 水保功能發(fā)展過程及發(fā)展速度曲線

2 水土保持功能持續(xù)提高的林學(xué)機(jī)制

森林本身的結(jié)構(gòu)對(duì)森林環(huán)境與涵水保土的作用，關(guān)系十分密切，其水保功能體現(xiàn)在：（1）通過樹冠樹干和林內(nèi)植被對(duì)降水的截留來降低降水的勢(shì)能，從而減小對(duì)地表的濺蝕；（2）通過林內(nèi)枯落物減弱雨滴勢(shì)能，增加土壤入滲，增強(qiáng)土壤抗蝕能力，提高土壤抗沖性和抑制土壤水蒸發(fā)；（3）通過根系的固土功能，提高土壤抗沖性。

寧夏回族自治區(qū)水土保持試驗(yàn)站的徑流觀測(cè)資料（表1）表明：在地形、土壤和降水條件相同的情況下，山楊林地的蓄水減沙效果顯著，2年合計(jì)，地表徑流深0.723mm，為油松林地的33.6%，為農(nóng)地的4.2%；土壤流失量0.04t/km2，為油松林地土壤流失量的7.8%，不足農(nóng)地的0.1%。也就是說，山楊林地與油松林地相比可減少?gòu)搅?6.4%，減少泥沙92.2%，與農(nóng)地相比可減少?gòu)搅?5.8%，減少泥沙99.9%，表明森林具有很大的水土保持功能和理水作用，并且說明不同樹種組成的林分，其水土保持功能存在著明顯差異。

表1 不同林分結(jié)構(gòu)的土壤侵蝕情況

油松林地去除枯落物后，徑流量和土壤流失量均有增加，與原狀林相比，分別增加了5.9倍和9.5倍，相當(dāng)于農(nóng)地的74.7%和0.03%，可見林地枯落物層具有不可忽視的水源涵養(yǎng)作用。

林地采伐上層林木后，由于較好地保存了林下地被物，因此產(chǎn)流和產(chǎn)沙未見明顯變化。與原狀林相比，山楊林和油松林分別增加徑流量3.7%和7.1%，增加土壤流失量1.5倍和1.8倍。說明只有合理地經(jīng)營(yíng)利用森林資源，才能使森林水土保持功能持續(xù)穩(wěn)定。

由表2可以看出，油松林林冠截留量和林內(nèi)樹干徑流量分別為山楊林的1.6倍和1.3倍。由此可見，不同樹種組成的林分，具有不同的水文性質(zhì)。表3中徑流小區(qū)的初步觀測(cè)資料表明，林分樹種組成不同，土壤侵蝕程度則不同，混交林比純林防護(hù)性能高［5］。

表2 不同組成林分的水文性質(zhì) mm

表3 不同組成林分的土壤侵蝕情況

張華嵩［3］在海河、灤河流域30余年的植被恢復(fù)過程與防止水土流失效果的研究表明，森林植被蓋度與土壤入滲量、地表徑流的關(guān)系為：隨著植被蓋度的增長(zhǎng)，地表徑流過程縮短，徑流洪峰量降低，地表徑流量減少，徑流系數(shù)減小，土壤入滲量增加。植被蓋度與土壤面蝕成反比的關(guān)系；植被蓋度每增加1%，土壤入滲量增加2%，地表徑流系數(shù)平均減少1.04%～1.2%。當(dāng)植被覆蓋度小于60%時(shí)，土壤侵蝕量急劇上升；覆蓋度增加到60%以上時(shí)，地表侵蝕量明顯減少；覆蓋度增長(zhǎng)到90%以上時(shí)，地表侵蝕基本得到控制。試驗(yàn)還表明，枯落層能保持比它本身重量大1～2倍的水分，使降水透過它緩慢流下，從而遏止了雨水的勢(shì)能。所以較高的植被蓋度，能有效地減少地表徑流和土壤侵蝕。

根據(jù)110個(gè)馬尾松和72個(gè)川柏木典型結(jié)構(gòu)林分調(diào)查［5］得出，當(dāng)喬木層樹冠郁閉度較小時(shí)，草本層蓋度最大，郁閉度增至0.7時(shí)，草本層蓋度仍可達(dá)到90%的高峰值。但隨著郁閉度的繼續(xù)增大，超過0.7以后，草本層蓋度急劇下降，呈現(xiàn)開口向下的二次拋物線。可見，樹冠郁閉度過大，不利于地面植物的生長(zhǎng)發(fā)育，也不利于森林涵水保土作用的發(fā)揮。要使森林發(fā)揮涵水保土效能，除喬木層外，還必須有相應(yīng)的地被物蓋度。

以上徑流觀測(cè)資料和調(diào)查分析表明：在相同土壤、地形、氣候條件下，森林的涵水保土性能由林分結(jié)構(gòu)特性所決定，林地水土保持功能的成熟期就體現(xiàn)在它具有較為合理的林分結(jié)構(gòu)特性，能夠起到保持水土的作用。所謂林分結(jié)構(gòu)特性包括林分的直徑、樹高、林齡、樹種組成、林分密度與林分層次等多種因素的規(guī)律性。其中樹種組成、林分密度（含植被蓋度、樹冠郁閉度、立木株數(shù)密度）與林分層次（喬木層、灌木層、草本層、枯落層）是水保林結(jié)構(gòu)中起主導(dǎo)作用的因素。這些因素隨著林分內(nèi)植物（喬、灌、草）的生長(zhǎng)和對(duì)光、水、肥的竟?fàn)帲ǚN內(nèi)竟?fàn)幒头N間竟?fàn)帲┒l(fā)生變化，合理的林分結(jié)構(gòu)特性要求林分內(nèi)有合理的光、水、肥分配。因此式（1）中環(huán)境利用系數(shù)k、環(huán)境分配系數(shù)r反映了光、水、肥在林分的樹種間和林分層次間的分配狀態(tài)。環(huán)境利用系數(shù)k反映了在林分中各種植被（喬、灌、草）對(duì)環(huán)境的利用程度，與林分密度有關(guān)。水土保持功能持續(xù)提高的林學(xué)機(jī)制在于使林地保持合理的環(huán)境分配系數(shù)和環(huán)境利用系數(shù)，從而持續(xù)保持具有一定的喬木層樹冠郁閉度、一定的地被物蓋度和枯落物的復(fù)層混交林狀態(tài)。

3 林地水土保持功能持續(xù)提高的相應(yīng)對(duì)策

以持續(xù)發(fā)展的基本原理為指導(dǎo)，以林地水土保持功能持續(xù)提高為目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有林地的實(shí)際情況，調(diào)控林地中光、水、肥的分配和利用，形成林地的合理林分結(jié)構(gòu)為實(shí)質(zhì)，為解決林地水土保持功能持續(xù)提高問題，提出以下相應(yīng)對(duì)策。

3.1 將可持續(xù)發(fā)展理論和近自然林業(yè)理論作為林地水土保持功能持續(xù)提高的指導(dǎo)原則

可持續(xù)發(fā)展是人類社會(huì)發(fā)展史上的一場(chǎng)深刻革命，也是21世紀(jì)人類社會(huì)發(fā)展的必然選擇。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林將在實(shí)現(xiàn)社會(huì)及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。近自然林業(yè)兼顧了環(huán)境、自然保護(hù)及其它社會(huì)效益，其任務(wù)就是促進(jìn)發(fā)展與森林生態(tài)有關(guān) 的“森林保健”。因此，在森林培育技術(shù)和生產(chǎn)工藝的研究方面，要以可持續(xù)發(fā)展理論和近自然林業(yè)理論為基本原則，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)防護(hù)林培育理論及綜合配套技術(shù)的研究。同時(shí)，要力爭(zhēng)在天然林保護(hù)方面和技術(shù)方面有所突破。

3.2 以生物工程技術(shù)應(yīng)用和多學(xué)科技術(shù)的融合為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)森林培育理論和技術(shù)的新突破

21世紀(jì)是生命科學(xué)和生物工程的時(shí)代，高新技術(shù)在林學(xué)中的應(yīng)用雖然還處在開創(chuàng)階段，然而生物工程技術(shù)在森林培育學(xué)科中的應(yīng)用勢(shì)不可擋。我國(guó)森林培育學(xué)科高新科技的應(yīng)用主要集中在林木育種和良種繁育、育苗技術(shù)、造林技術(shù)等領(lǐng)域，通過基因工程（如基因重組、轉(zhuǎn)基因等）、克隆（如體細(xì)胞培養(yǎng)等）、倍體育種（如優(yōu)良多倍體的培育）、輻射育種等高新技術(shù)與常規(guī)育種（雜交育種）相結(jié)合實(shí)現(xiàn)森林的多目標(biāo)培育（速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗性等）；栽培生理基礎(chǔ)研究（細(xì)胞及分子水平）及應(yīng)用基礎(chǔ)研究將為良種繁育技術(shù)、育苗技術(shù)、森林培育的定向及集約技術(shù)的發(fā)展和新興的森林培育技術(shù)的產(chǎn)生提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)，也將成為提高森林培育質(zhì)量的強(qiáng)大動(dòng)力。

3.3 加強(qiáng)林業(yè)有害生物防治技術(shù)的研究，應(yīng)用保障林地水土保持功能的持續(xù)提高

對(duì)制約西北地區(qū)林業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的有害生物問題開展基礎(chǔ)理論及防治關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新。在西北地區(qū)林業(yè)重大有害生物成災(zāi)規(guī)律、重大有害生物可持續(xù)控制技術(shù)創(chuàng)新、植保資源生物多樣性及其利用、生物源新農(nóng)藥創(chuàng)制方面有所突破，為林地水土保持功能的持續(xù)提高提供保障。

3.4 加強(qiáng)林業(yè)科技推廣體制創(chuàng)新，促進(jìn)林業(yè)新技術(shù)新成果推廣與轉(zhuǎn)化

近年來，林業(yè)科技工作者通過研究攻關(guān)，在森林培育方面取得了一系列新的技術(shù)和成果，但由于推廣體制、機(jī)制等原因，新技術(shù)、新成果沒有很快地推廣普及到廣大林區(qū)，沒有被林農(nóng)真正掌握。加快林業(yè)科技推廣體制改革和創(chuàng)新，建立適宜不同地區(qū)林業(yè)科技入戶的新機(jī)制、新模式是當(dāng)前加快林業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的重要途徑。根據(jù)我國(guó)林業(yè)科技的發(fā)展現(xiàn)狀和推廣體制存在的問題，應(yīng)發(fā)揮政府、科教單位、企業(yè)等多方面的優(yōu)勢(shì)，建立多輪驅(qū)動(dòng)、相互協(xié)作的多元化林業(yè)科技推廣新機(jī)制、新模式，促進(jìn)成果轉(zhuǎn)化，將會(huì)對(duì)林地水土保持功能的持續(xù)提高發(fā)揮重要作用。

［1］高志義.水土保持學(xué)［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1996.

［2］孫玉軍.可持續(xù)發(fā)展機(jī)制及相應(yīng)林業(yè)對(duì)策的研究［J］.東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，23（4）：15－20.

［3］張華嵩.植被恢復(fù)過程與防止土壤流失效果的研究［J］.林業(yè)科學(xué)，1989，25（1）：40－49.

［4］姜鳳岐.現(xiàn)有林地合理經(jīng)營(yíng)與改造技術(shù)研究［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1996.

［5］胡貴泉.水源林、水保林林分結(jié)構(gòu)與密度管理［C］//長(zhǎng)江中上游林地建設(shè)論文集.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1991.

［6］姜鳳岐，朱教君，曾德慧，等.防護(hù)林經(jīng)營(yíng)學(xué)［M］.北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2002.

Study on Mechanism and Strategies for Sustainable Development of Soil and Water Conservation Function of Woodland

JIA Ai－dong1，ZHANG Peng－chong2，ZHANG Chuang－feng2，WANG Jian－h(huán)ui2
（1.Soil and Water Conservation Bureau of Ningxia，Yinchuan750001，China；2.Forstry Bereau of Zhouzhi County of Shaanxi Province，Zhouzhi，Shaanxi710400，China）

According to a general rule of a system development which is described as Logistic curve，the developing process of soil and water conservation function of woodland is divided into stages including growing，mature and descending based on the developing speed.The mature stage is defined as the period of sustainable development.The length of the period of sustainable development is influenced by distribution light，water and fertilizer of which distributing coefficient isrand using coefficient isk.Thereby，in oder to raise as the strategies for sustainable development of soil and water conservation function，that the distributing coefficientrand using coefficientkshould be adjusted through maipulating composition of tree species in forest，standing hierarchy and standing density to develop rational standing structure，proglong the mature stage，and shorten the growing stage.

woodland；soil and water conservation function；sustainable development

S727.26

A

1005－3409（2011）06－0283－04

2011－09－15

2011－07－21

賈愛冬（1967－），女，陜西長(zhǎng)安人，高級(jí)工程師，主要從事水土保持方面的工作。E－mail：436050637＠qq.com