內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤功能評(píng)估

岳永杰 ，韓 軍 ，李玉柱 ，陳晶晶 ，李鋼鐵

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)管理局，內(nèi)蒙古 牙克石 022150；3.內(nèi)蒙古大興安嶺森林調(diào)查規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 牙克石022150)

內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤功能評(píng)估

岳永杰1，韓 軍2，李玉柱3，陳晶晶1，李鋼鐵1

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)管理局，內(nèi)蒙古 牙克石 022150；3.內(nèi)蒙古大興安嶺森林調(diào)查規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 牙克石022150)

根據(jù)內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)森林三次清查數(shù)據(jù)，利用林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范(LY/T1721─2008)》，對(duì)1994-2008年間大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤2項(xiàng)生態(tài)服務(wù)功能的物質(zhì)量和價(jià)值量進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：在近15年內(nèi)，大興安嶺林區(qū)森林固土量＞保肥量＞涵養(yǎng)水源物質(zhì)量，三者都呈不斷增加的變化趨勢(shì)，在第五次復(fù)查期均達(dá)到最大，在第五次復(fù)查期固土量是 1 586.342×109t·a-1，保肥量是 34.350×109t·a-1，涵養(yǎng)水源物質(zhì)量為12.388×109t·a-1。保育土壤價(jià)值量均高于涵養(yǎng)水源價(jià)值量，二者都有不同程度的增加，在第五次復(fù)查期都達(dá)到最大，二者的和為561.608×109元·a-1。5種不同林齡森林單位面積涵養(yǎng)水源和保育土壤總價(jià)值表現(xiàn)不同，具體而言是中齡林＞近熟林＞過(guò)熟林＞成熟林＞幼齡林。

森林涵養(yǎng)水源；森林保育土壤；內(nèi)蒙古；大興安嶺森林；評(píng)估

森林生態(tài)系統(tǒng)是支撐地球生命的支持系統(tǒng)，同時(shí)也是維持生命物質(zhì)的生物地化循環(huán)系統(tǒng)與水文循環(huán)系統(tǒng)[1]，具有物種繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類(lèi)型多樣、穩(wěn)定性強(qiáng)、生產(chǎn)力高、現(xiàn)存量大等特點(diǎn)[2]。森林通過(guò)對(duì)降水的截留、吸收和下滲，能夠減少地表徑流，增加地下徑流和地下水儲(chǔ)量，對(duì)降水進(jìn)行時(shí)空再分配，達(dá)到以豐補(bǔ)歉的目的，森林還有減少土壤肥力損失，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等功能[3-5]。然而由于我國(guó)人口急劇增加，對(duì)有限森林資源不合理的開(kāi)發(fā)和利用，導(dǎo)致森林環(huán)境持續(xù)惡化，森林涵養(yǎng)水源和保育土壤功能下降，特別是我國(guó)屬于缺水國(guó)家，北方地區(qū)還存在不同程度的土地沙化問(wèn)題，嚴(yán)重制約著農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，深入研究森林涵養(yǎng)水源和保育土壤服務(wù)功能，并對(duì)其服務(wù)功能進(jìn)行評(píng)估，對(duì)指導(dǎo)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和資源可持續(xù)利用具有重要意義。

內(nèi)蒙古大興安嶺是我國(guó)最北部邊疆唯一的寒溫帶針葉林區(qū)，也是最重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)之一，具有涵養(yǎng)水源、固持土壤和改善土壤結(jié)構(gòu)等功能?，F(xiàn)已針對(duì)內(nèi)蒙古大興安嶺森林分布規(guī)律[6]，結(jié)構(gòu)特征[7]，負(fù)離子變化規(guī)律[8]，生態(tài)功能[9]等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，這些研究成果對(duì)大興安嶺森林的保護(hù)和利用起到重要作用。但由于涵養(yǎng)水源[10]和保育土壤功能[10-11]研究還不完善和深入，因此，本文對(duì)大興安嶺森林的2項(xiàng)功能進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)的地理位置是北緯 47°3′40″～ 52°20′35″， 東 經(jīng) 119°36′20″～125°19′50″，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，呼倫貝爾市、興安盟等9個(gè)市境內(nèi)，海拔425～1 760 m，總面積1 067.75萬(wàn)hm2。林區(qū)屬寒溫帶季風(fēng)氣候，冬季長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月，夏季最長(zhǎng)不超過(guò)1個(gè)月。全年的平均溫度為-2～-4℃，年降水量350～500 mm，降水集中在5～10月。積雪期達(dá)5個(gè)月，林內(nèi)雪深達(dá)30～50 cm[12]。全年地表蒸發(fā)量800～1 200 mm。林區(qū)的土壤主要有棕色針葉林土、暗棕壤、灰色森林土、草甸土、沼澤土和沖積土[13-14]。大興安嶺的植被中，興安落葉松占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，除興安落葉松之外，喬木層還有樟子松Pinus sylvestris var. mongolica、 核 桃 楸 Juglans mandshurica、 蒙椴Tilia mongolica、叢樺Betula fruticosa、水曲柳Fraxinus mandshurica等。內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)活立木總蓄積7.7～8.6億m3，林業(yè)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值2004年為43.23億元，2006年為60.24億元。地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)2010年為932億元，2011年的為1145.3億元[10]。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1）權(quán)威部門(mén)公布的社會(huì)公共數(shù)據(jù)；

2）內(nèi)蒙古森工集團(tuán)發(fā)布的內(nèi)蒙古大興安嶺森林第3次（1994～1998）、第4次（1999～2003）、第5次（2004～2008）復(fù)查數(shù)據(jù)；

3）研究機(jī)構(gòu)和人員公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料[15-19]。

2.2 研究方法

森林涵養(yǎng)水源功能包括森林調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)。從水量平衡角度而言，調(diào)節(jié)水量是指降水量與森林蒸發(fā)散(蒸騰和蒸發(fā))及地表徑流的差。森林在調(diào)節(jié)水量的同時(shí)也一定程度上凈化了水質(zhì)，因此森林凈化水質(zhì)量等于調(diào)節(jié)水量。

森林保育土壤主要從固土和保肥兩方面進(jìn)行評(píng)估。森林固土功能主要從有林地地區(qū)相對(duì)無(wú)林地地區(qū)減少的土壤侵蝕模數(shù)進(jìn)行估算，保肥功能是指有林地地區(qū)相比無(wú)林地地區(qū)較少土壤侵蝕，避免帶走大量的土壤以及土壤內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如氮、磷、鉀以及有機(jī)質(zhì)等，防止土壤肥力下降。具體評(píng)估方法，見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 森林涵養(yǎng)水源物質(zhì)量評(píng)估

本研究森林涵養(yǎng)水源功能效益是指森林調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)兩部分的總效益，森林保育土壤功能主要是從森林的固土量和保肥量?jī)刹糠诌M(jìn)行的評(píng)價(jià)。由表2可知，森林資源連續(xù)三次復(fù)查期內(nèi)，大興安嶺林區(qū)森林固土量＞保肥量＞涵養(yǎng)水源物質(zhì)量，三者都呈不斷增加的變化趨勢(shì)，在第五次復(fù)查期均達(dá)到最大。在第五次復(fù)查期涵養(yǎng)水源物質(zhì)量為 12.388×109t·a-1，固土量是 1586.342×109t·a-1， 保肥 量 是 34.350×109t·a-1。且 三者 在各 時(shí)期的變幅不同，涵養(yǎng)水源物質(zhì)量從第三次到第四次復(fù)查期（前期）增加了8.3%，從第四次到第五次復(fù)查期（后期）增加了0.5%；固土量前期增加8.5%，增加了0.7%；保肥量前期增加了9.0%，后期增加1%。就林齡方面而言，從第三次到第五次復(fù)查期，幼齡林涵養(yǎng)水源物質(zhì)量、固土量和保肥量都不斷降低，其他林齡涵養(yǎng)水源量、固土量和保肥量在不同時(shí)期都有不同程度的增加。

表1 內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤功能評(píng)估公式Table 1 Assessment formula of water conservation and soil conservation of Daxinganling Mountain in Inner Mongolia

表2 內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤物質(zhì)量 （單位：109 t·a-1）Table 2 Water conservation quality and soil conservation quality of Daxinganling Mountain in Inner Mongolia (109 t·a-1)

3.2 森林價(jià)值量評(píng)估

涵養(yǎng)水源價(jià)值包括調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值和凈化水質(zhì)價(jià)值，調(diào)節(jié)水量?jī)r(jià)值與凈化水質(zhì)價(jià)值比為3∶1。保育土壤價(jià)值包括保肥價(jià)值和固土價(jià)值，保肥價(jià)值占保育土壤價(jià)值的99%，保肥功能在保育土壤功能中占重要作用。在第三次、第四次、第五次復(fù)查期，保育土壤價(jià)值量均高于涵養(yǎng)水源價(jià)值量，在此期間，二者都有不同程度的增加，在第五次復(fù)查期都達(dá)到最大，值為561.608×109元·a-1。

在近15年內(nèi)，幼齡林涵養(yǎng)水源和保育土壤服務(wù)功能總價(jià)值呈不斷降低的趨勢(shì)，前期2者總價(jià)值降低了14.2%，后期2者總價(jià)值降低了29.2%。不同時(shí)期的中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林2項(xiàng)服務(wù)功能總價(jià)值都有不同程度的增加，中齡林總價(jià)值前期增加了12.2%，后期增長(zhǎng)速度較慢，僅為1.1%，近熟林總價(jià)值前期增加了18.5%，后期增長(zhǎng)速度較快，增長(zhǎng)了21.2%，成熟林前期增加了18.8%，后期為4.0%，過(guò)熟林前期增加11.4%，后期為15.3%。

4 結(jié)果與討論

從第三次到第五次復(fù)查期，內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源價(jià)值（調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)）和保育土壤價(jià)值（保肥和固土）都呈增加趨勢(shì)，但各分項(xiàng)表現(xiàn)出不同的變化幅度。兩項(xiàng)功能的價(jià)值表現(xiàn)為保育土壤功能＞涵養(yǎng)水源功能，凸顯了內(nèi)蒙古大興安嶺森林在保育土壤方面發(fā)揮的作用，這與目前關(guān)于服務(wù)功能已有的大部分研究成果不相同[20-23]，但與魯紹偉研究中國(guó)寒溫帶森林的結(jié)果相同[17]，說(shuō)明內(nèi)蒙古大興安嶺森林涵養(yǎng)水源和保育土壤價(jià)值符合寒溫帶森林的規(guī)律，同時(shí)內(nèi)蒙古大興安嶺森林在減少土壤侵蝕和保持土壤肥力方面發(fā)揮重要作用。大興安嶺森林涵養(yǎng)水源價(jià)值僅為內(nèi)蒙古自治區(qū)森林涵養(yǎng)水源價(jià)值[24-26]的22%，而單位面積涵養(yǎng)水源價(jià)值量遠(yuǎn)高于內(nèi)蒙古自治區(qū)平均水平，為內(nèi)蒙古自治區(qū)的12倍，這說(shuō)明內(nèi)蒙古大興安嶺森林發(fā)育程度高，森林類(lèi)型合理，針闊混交林比例合理，無(wú)嚴(yán)重病蟲(chóng)害發(fā)生，森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況良好。

表3 內(nèi)蒙古大興安嶺涵養(yǎng)水源和保育土壤價(jià)值量 單位：109元·a-1Table 3 Water conservation value and soil conservation value of Daxinganling Mountain in Inner Mongolia ( 109 Yuan·a-1)

不同林齡的森林服務(wù)價(jià)值存在差異。5種不同林齡森林單位面積的涵養(yǎng)水源和保育土壤總價(jià)值表現(xiàn)不同，具體是中齡林＞近熟林＞過(guò)熟林＞成熟林＞幼齡林，這與不同林齡森林?jǐn)r截地表徑流和土壤中營(yíng)養(yǎng)成分的多少有關(guān)系。同種林齡森林不同時(shí)期服務(wù)功能總價(jià)值也有不同幅度的動(dòng)態(tài)變化。評(píng)估結(jié)果表明，幼齡林涵養(yǎng)水源和保育土壤總價(jià)值在這15年間有不同程度的降低；從第三次到第五次復(fù)查期，中齡林、近熟林、成熟林和過(guò)熟林總價(jià)值都有不同程度的增長(zhǎng)，中齡林增長(zhǎng)了13.5%，近熟林增長(zhǎng)了43.6%，成熟林增長(zhǎng)了23.5%，過(guò)熟林增長(zhǎng)了28.4%，這與森林生長(zhǎng)發(fā)育、林分單位面積蓄積量和生物量增加、各林齡面積增加都有密切關(guān)系。這也要求人們對(duì)森林的林齡結(jié)構(gòu)給予更多的關(guān)注，同時(shí)加強(qiáng)森林撫育管理，改善森林結(jié)構(gòu)，提高林分質(zhì)量，促進(jìn)森林正向演替。

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Functional assessment of water conservation and soil conservation of forest services in Daxinganling Mountains of Inner Mongolia

YUE Yong-jie1, HAN Jun2, LΙ Yu-zhu3, CHEN Jing-jing1, LΙ Gang-tie1
(1. Ιnner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, Ιnner Mongolia, China;2. Daxinganling Mountains Forests Ιndustry Group of Ιnner Mongolia, Yaks 022150, Ιnner Mongolia, China;3. Daxinganling Mountains Forest Survey and Planning Ιnstitute of Ιnner Mongolia, Yaks 022150, Ιnner Mongolia, China)

Based on the three times forest inventory data of forests resources in Daxinganling Mountains in Ιnner Mongolia, by using forestry industry standards“Specifications for Assessment of Forest Eco-system Services in China (LY/T1721-2008)”, the total substance quantity and total value of two ecological service functions (water conservation and soil conservation) of Daxinganling forests from 1994 to 2008 were evaluated. The results show that the substance quantities produced by Daxinganling Mountains forests consisted of three aspects, their order from big to small was soil f i xation amount, fertility maintenance amount and water conservation amount, all three showed growing trends, and their values reached the maximum at the f i fth forests re-examination, the maximum soil f i xation amount was 1 586.342×109t·a-1, maximum fertility maintenance 34.350×109t·a-1, maximum water conservation 12.388×109t·a-1; the soil conservation value quantity was higher than that of water conservation, both had different degrees of increase, and both reached the maximum at the f i fth forests re-examination, the sum of the two maximum was 561.608×109yuan·a-1; The total values of water conservation and soil conservation with f i ve different tree-age per unit forest area appeared different performances, theirs total value quantities ranked by magnitude as following∶ middle-aged forest＞ near mature forest＞ mature forest＞ over mature forest＞ young forest.

forest water conservation；forest soil conservation；Ιnner Mongolia; Daxinganling forest; assessment

2013-03-29

國(guó)家自然科學(xué)基金(31160106)；中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)(XDA05050201-04-02)；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(BJ08-26)聯(lián)合資助

岳永杰（1976-），男，內(nèi)蒙古赤峰市人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：林學(xué)、生態(tài)學(xué)、水土保持學(xué)等；E-mail：wolongyue@126.com

李鋼鐵（1963-），男，教授，博士后，主要從事干旱區(qū)植被恢復(fù)、沙地榆樹(shù)疏林草地生態(tài)學(xué)、沙塵暴預(yù)測(cè)等方面的研究。

E-mail：gangtieli2007@163.com

S714.7

A

1673-923X(2013)12-0091-05

[本文編校：吳 彬 ]