浙江天臺公益林生物量及涵養(yǎng)水源效益研究

管杰然，伊力塔，2，鄭超超，余樹全，2

(1.浙江農(nóng)林大學林業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 臨安 311300；2.亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安 311300)

浙江天臺公益林生物量及涵養(yǎng)水源效益研究

管杰然1，伊力塔1，2，鄭超超1，余樹全1，2

(1.浙江農(nóng)林大學林業(yè)與生物技術(shù)學院，浙江 臨安 311300；2.亞熱帶森林培育國家重點實驗室培育基地，浙江 臨安 311300)

根據(jù)浙江省天臺縣公益林固定監(jiān)測小班數(shù)據(jù)，以推算包括松林、杉木林、闊葉林等6種典型森林群落的生物量為基礎(chǔ)，估算天臺縣公益林涵養(yǎng)水源量及效益。結(jié)果表明：天臺縣公益林總生物量274.92萬t，單位面積生物量為101.94 t·hm-2，其中松林的生物量最大，為208.46萬t、針闊混交林的單位生物量最大，為139.15 t·hm-2；2011—2012年間天臺縣公益林的調(diào)蓄水量累計達1.25億t，涵養(yǎng)水源效益達到10.30億元。其中，竹林的涵養(yǎng)水源效益最大，其次為闊葉林、松林、針闊混交林、灌木林，最小的是杉木林。

公益林；生物量；涵養(yǎng)水源；天臺縣

生態(tài)公益林是以保存物種資源、維護生態(tài)平衡、發(fā)揮生態(tài)效益、開展森林旅游、保護國土安全和改善人類生存環(huán)境等為主要經(jīng)營目的的森林[1]，是陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的自然資源之一[2]。近年來，由于社會經(jīng)濟快速發(fā)展導致森林資源消耗過量、生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化、水資源匱乏及水土流失等一系列環(huán)境問題日益突出。但隨著人與環(huán)境協(xié)同發(fā)展理念的不斷加強，正確分析和評價包括森林生態(tài)系統(tǒng)在內(nèi)的自然資源生態(tài)效益已成為當代生態(tài)學研究領(lǐng)域的熱點之一[3-7]。而森林植被特有的涵養(yǎng)水源功能、調(diào)洪削峰和凈化水質(zhì)等功能成為國內(nèi)外學者重點關(guān)注的領(lǐng)域[8-11]。由于森林群落以冠層截留、枯落物層持水和土壤層貯水等形式對大氣降水的不斷截留[12]，進行多次分配的形式發(fā)揮著重要的涵養(yǎng)水源功能[13-14]，并利用其復雜的地上、地下結(jié)構(gòu)使水資源有效利用和凈化的同時，不斷調(diào)節(jié)地表徑流，從而發(fā)揮著重要的涵養(yǎng)水源作用[14]。

基于公益林在區(qū)域生態(tài)安全中發(fā)揮著重要的生態(tài)效益，國家也日益重視對生態(tài)公益林的建設和管理[15]。

因此，針對生態(tài)公益林的研究也逐漸從物種起源、種群生物學特征、群落結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)功能和演替過程機制[16-21]等諸多領(lǐng)域慢慢轉(zhuǎn)向評估不同區(qū)域各森林群落包括涵養(yǎng)水源功能在內(nèi)的綜合生態(tài)效益[22-23]。但由于樣本量不足及各地區(qū)明顯的區(qū)域尺度傾向性，使得研究結(jié)果往往有地域性，特別是缺乏對市(縣)級的生態(tài)公益林效益評價研究。

因此，本文利用浙江省天臺縣公益林固定監(jiān)測小班數(shù)據(jù)，以LY/T 1721—2008森林生態(tài)系統(tǒng)服務功能評估規(guī)范[24]為估算依據(jù)，計算區(qū)域典型森林群落生物量為基礎(chǔ)，估算天臺縣公益林涵養(yǎng)水源效益及價值，為進一步探索和完善市(縣)級尺度森林生態(tài)效益評估，推動區(qū)域公益林可持續(xù)發(fā)展和科學管理提供數(shù)據(jù)支撐及借鑒作用。

1 研究區(qū)概況

天臺縣位于浙江省東中部，北緯28°57′02″—29°20′39″、東經(jīng)120°41′24″—121°15′46″?？偯娣e143213.3 hm2，其中山地面積107980 hm2，林業(yè)用地104393.3 hm2，森林覆蓋率56.3%，全縣有林地面積中42.4%是生態(tài)公益林，為4.1萬hm2。該地區(qū)為中亞熱帶季風區(qū)，年均氣溫達16.8 ℃，其中最高氣溫28.2 ℃(7月)，最低氣溫4.9 ℃(1月)，年無霜期234 d，年均降水量1300～1600 mm，具有典型盆地氣候特點[25]。

2 研究方法

2.1 固定樣地設置及調(diào)查

以天臺縣5522個生態(tài)公益林小班數(shù)據(jù)為抽樣總樣本，從中抽取92個小班作為天臺縣公益林固定監(jiān)測小班，在實地踏查的基礎(chǔ)上選取具有代表性的典型地段設置面積為20 m×20 m的固定監(jiān)測樣地。詳細記錄固定樣地基礎(chǔ)信息，包括GPS坐標、海拔、坡向、坡位、坡度、土壤類型、土壤質(zhì)地、土壤厚度等環(huán)境因子；并采用每木檢尺法對樣地內(nèi)所有胸徑>0.5 cm的喬木樹種進行測量，同時在每塊樣地對角線上再均勻設置3個灌、草固定監(jiān)測小樣方(面積設置為2 m×2 m)，并詳細記錄灌木和草本樹種的名稱、蓋度等數(shù)據(jù)[26-34]。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 生物量計算 以浙江省重點公益林生物量模型(表1)[26，34-35]為依據(jù)，利用92個公益林固定小班監(jiān)測數(shù)據(jù)推算天臺縣森林群落中喬木層、灌木層以及草本層各自生物量及總體生物量和單位生物量[36]，其中單位生物量以“平均值±標準誤”表示。

表1 浙江省公益林生物量模型[35，37]

表1(續(xù))

2.2.2 涵養(yǎng)水源效益估算

1)涵養(yǎng)水源量。土壤非毛管孔隙大小是決定森林土壤蓄水能力的主要原因，本文以它作為計量土壤蓄水量的基準[1，7]。年涵養(yǎng)水源量：V=10A(V1+V2+V3)，單位面積年涵養(yǎng)水源量：VA=V2+V3，式中：V為森林年涵養(yǎng)水源量(m3·a-1)；VA為森林單位面積年涵養(yǎng)水源量(m3·hm-2·a-1)；V1為林冠截留量(mm·a-1)；V2為枯枝落葉量(mm·a-1)；V3為土壤非毛管孔隙度(mm·a-1)；A為林分面積(hm2)[24，26]。

2)涵養(yǎng)水源價值。涵養(yǎng)水源總價值：U=U1+U2(式中，林分調(diào)節(jié)水量價值U1=6.1107V，林分凈化水質(zhì)價值U2=2.09V)[38]；單位面積涵養(yǎng)水源價值：UA=(U1+U2)/A。式中：U為森林涵養(yǎng)水源價值(元)；U1為森林調(diào)節(jié)水量價值(元)；U2為森林凈化水質(zhì)價值(元)；V為森林貯水量(m3)；A為林分面積(hm2)[24，26]。

3 結(jié)果與分析

3.1 群落類型構(gòu)成

天臺縣公益林總面積4.097萬hm2。其中，松林面積約為2.655萬hm2，所占比例最大(64.78%)；其次是闊葉林(0.840萬hm2，20.51%)；此外，杉木林、竹林、針闊混交林所占面積比例較小，依次為7.25%、4.22%、2.41%；所占面積比例最小的是灌木林(0.840萬hm2，0.82%)。

3.2 生物量結(jié)構(gòu)

天臺縣公益林生物量為274.92萬t，單位面積生物量為101.94 t·hm-2，詳見表2、表3。

由表2可知，天臺縣公益林的森林類型按生物量由大到小排列為：松林(208.46萬t，占75.83%)>杉木林(24.92萬t，占9.06%)>闊葉林(24.57萬t，占8.94%)>針闊混交林(8.34萬t，占3.03%)>竹林(8.07萬t，占2.94%)>灌木林(0.56萬t，占0.20%)。從群落的層次結(jié)構(gòu)角度分析，在除灌木林以外的各群落類型中，喬木層生物量、灌木層生物量在群落總生物量中所占比例相近(喬木層51.96%，灌木層44.83%)，而草本層則特別低(3.20%)。其中：喬木層生物量占總生物量比例的大小由高到低排列分別為：針闊混交林(64.99%)、松林(53.41%)、竹林(53.28%)、杉木林(49.88%)、闊葉林(38.14%)；灌木層生物量占總生物量比例的大小由高到低排列分別為：闊葉林(55.35%)、杉木林(48.48%)、竹林(43.74%)、松林(43.50%)、針闊混交林(34.17%)。對于灌木林而言，其灌木層生物量所占比重特別大(91.07%)，且沒有喬木層生物量，這是由灌木林本身特殊的林分情況決定的。而各群落類型的草本層生物量特別小的原因是由于多年封育管理下，天臺縣公益林郁閉度較高，導致草本層植物對光能的利用率降低使其生物量比例較低，如草本層平均生物量僅為群落總生物量的0.03%，而在灌木林群落中草本層生物量比例最高，但也僅為0.09%。

表2 天臺縣公益林生物量

由表3可知，天臺縣公益林不同群落類型的平均生物量由高到低依次為：針闊混交林(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)、闊葉林(40.39 t·hm-2)和灌木林(17.03 t·hm-2)。各類型群落單位生物量的加權(quán)平均為101.94 t·hm-2，其中，喬木層、灌木層、草本層分別為34.86、30.08、2.14 t·hm-2。喬木層中，單位生物量最大的也是針闊混交林群落，與生物量情況一致，達到了54.80 t·hm-2；灌木層中，杉木林單位生物量最大，為40.68 t·hm-2。

表3 天臺縣公益林單位生物量 t·hm-2

3.3 涵養(yǎng)水源效益

2011—2012年間，天臺縣公益林涵養(yǎng)水源效益累計達10.30億元(調(diào)水效益達7.67億元，凈化水質(zhì)效益達2.63億元)，單位面積涵養(yǎng)水源價值為2.47萬元，總調(diào)蓄水量累計達1.25億t(表4)。

表4 天臺縣公益林涵養(yǎng)水源價值

由圖1可知，天臺縣公益林不同群落類型的涵養(yǎng)水源能力由大到小為：竹林>闊葉林>松林>針闊混交林>灌木林>杉木林。而由表4可知，天臺縣公益林涵養(yǎng)水源作用中，林分水量調(diào)節(jié)能力及價值大大高于林分凈化水質(zhì)能力。天臺縣公益林群落中，松林群落由于其所占面積比例最大，且其群落總生物量也是最大，因此松林的涵養(yǎng)水源量是最大的。雖然有研究表明，闊葉林和針闊混交林的涵養(yǎng)水源能力通常要遠高于針葉林[22]，但由于天臺縣公益林中闊葉林和針闊混交林面積相對較少，且群落總生物量所占比例也較少，所以從結(jié)構(gòu)上導致了群落涵養(yǎng)水源能力并未得到充分發(fā)揮。

4 結(jié)論與討論

總之，從以上的數(shù)據(jù)分析可知，天臺縣公益林建設工作通過多年的努力取得一定的進步和發(fā)展。本文基于固定小班監(jiān)測數(shù)據(jù)，并利用經(jīng)驗模型推算群落生物量的基礎(chǔ)上根據(jù)國家林業(yè)局發(fā)布的效益評估方法進行效益評價，具有較高的可信度。根據(jù)研究方法，發(fā)揮公益林的生態(tài)效益需重點提高單位生物量產(chǎn)量，而天臺縣公益林群落外貌結(jié)構(gòu)尚存在諸多問題，如群落類型單一，針葉林比例高，闊葉林和針闊混交林比例較小的結(jié)構(gòu)性問題。這導致其生態(tài)效益不能完全發(fā)揮，應逐步改造公益林林分和林齡結(jié)構(gòu)，加快針葉林向常綠闊葉林的演替，實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

4.1 生物量

2012年天臺縣公益林群落總生物量為274.92萬t，單位生物量平均為101.94 t·hm-2。根據(jù)近5 a對浙江省公益林生物量的相關(guān)研究：2008年安吉縣、長興縣、德清縣和湖州市吳興區(qū)的公益林單位生物量平均值分別為82.43、85.51、85.42、84.21 t·hm-2[39]；2008年仙居縣公益林單位生物量平均為94.51 t·hm-2[40]；2010—2011年浙江省中部地區(qū)單位生物量平均為99.30 t·hm-2[41]；2012年嵊州市公益林單位生物量平均為102.54 t·hm-2[36]；2012年縉云縣公益林單位生物量平均為93.21 t·hm-2[37]；2012年東陽市公益林單位生物量平均為104.77 t·hm-2[42]。據(jù)此，天臺縣公益林生物量狀況處在良好的水平。

除灌木林群落以外，各森林群落中喬木層生物量和灌木層生物量在群落生物量中的比例接近，據(jù)此可以初步判斷公益林優(yōu)勢種穩(wěn)定性較高；但公益林郁閉度較高導致草本層的群落使得草本植物對光能的利用率降低，抑制并阻礙其生長發(fā)育[43]，因此草本層生物量非常低。此外，從目前毛竹林的經(jīng)營方式來分析，人工去除林分中的灌木層和草本層植物，極大地破壞了林分中灌木層和草本層的生長，導致其生物量極低[44]，生態(tài)效益的發(fā)揮受到較強的影響。從表2可知，灌木林群落的生物量在灌木層中雖然不多，僅0.51萬t，但其所占比例最高，達到了91.07%。導致這一現(xiàn)象的主要原因是天臺縣公益林的灌木林喬木層生物量比例小，基本可忽略不計[23]。

4.2 涵養(yǎng)水源效益

2011—2012年間，天臺縣公益林發(fā)揮涵養(yǎng)水源效益累計達10.30億元(調(diào)水效益達7.67億元，凈化水質(zhì)效益達2.63億元)，單位面積涵養(yǎng)水源價值為2.47萬元。通過對近5 a浙江省公益林涵養(yǎng)水源效益相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：2009年仙居縣公益林單位面積涵養(yǎng)水源價值為4.62萬元[45]；2010年嵊州市公益林單位面積涵養(yǎng)水源價值為6.84萬元[22]；2011年縉云縣公益林單位面積涵養(yǎng)水源價值為5.83萬元[26]；2012年東陽市公益林單位面積涵養(yǎng)水源價值為2.25萬元[42]。據(jù)此，天臺縣公益林涵養(yǎng)水源效益低于浙江省公益林平均水平。

天臺縣不同群落類型的公益林中，竹林涵養(yǎng)水源價值最大，并且針葉林的涵養(yǎng)水源價值要大于闊葉林。但從公益林群落演替角度思考，闊葉林和針闊混交林是更為理想的公益林群落類型[24，34，44，46-48]，其涵養(yǎng)水源的功能和價值應該大于針葉林。這是由于天臺縣現(xiàn)有公益林演替并未達到理想階段，闊葉林和針闊混交林的面積和生物量所占比例較小，其涵養(yǎng)水源能力沒有得到充分發(fā)揮[49-52]。針對此現(xiàn)狀，在未來的公益林經(jīng)營管理的過程中，應適度推進天臺縣公益林林分演替進程，加快針葉林往針闊混交林和闊葉林轉(zhuǎn)變，更好地發(fā)揮公益林的涵養(yǎng)水源效益。

根據(jù)相關(guān)研究表明，公益林生態(tài)系統(tǒng)能夠正常地發(fā)揮其生態(tài)效益的前提是其林分內(nèi)包括喬木層、灌木層、草本層、凋落物層和土壤層在內(nèi)的各個層次的結(jié)構(gòu)合理及完整。但是本次研究發(fā)現(xiàn)特別是天臺縣公益林中的灌木林，林分組成還不夠完善及合理，有一部分的涵養(yǎng)水源效益沒有充分發(fā)揮，還具有較大的生態(tài)效益發(fā)揮潛能；毛竹林的草灌層及凋落物層受到了較為嚴重的破壞，從長遠角度出發(fā)并不利于其生態(tài)效益的持續(xù)性發(fā)揮。所以，應改革目前生態(tài)公益林的管理方法，林區(qū)的經(jīng)營管理應注意幾個層次的有機結(jié)合，且對不同林型設立不同的經(jīng)營管理方法，從而保障生態(tài)公益林效益的穩(wěn)定及充分發(fā)揮。

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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

浙江省重點科技創(chuàng)新團隊項目(2011R50027)

管杰然(1991—)，男，浙江金華人，浙江農(nóng)林大學碩士，從事群落生態(tài)學研究。E-mail：375006313@qq.com。

伊力塔，浙江農(nóng)林大學副教授，博士，從事森林生態(tài)學研究。E-mail：yilita@126.com。

S718.56

A

1002-7351(2016)04-0027-07