青海省門源縣不同退耕還林模式生態(tài)效應(yīng)研究

汪海蓉

摘要 [目的]研究青海省門源縣不同退耕還林模式的生態(tài)效益。[方法]以撂荒地作為對(duì)照，通過野外采樣、定點(diǎn)觀測、室內(nèi)試驗(yàn)，研究青海省門源縣不同退耕還林模式生態(tài)效應(yīng)。[結(jié)果]青海云杉+白樺、白樺、青海云杉林負(fù)氧離子濃度分別為2 216、2 077、1 907個(gè)/cm3，平均為撂荒地的1.86倍；負(fù)氧離子壽命分別為15.63、14.67、13.46 min，平均為撂荒地的1.96倍；PM2.5濃度分別為40.99、45.63、50.90 μg/m3，平均為撂荒地的0.65倍；土壤容重分別為1.21、1.24、1.26 g/cm3，平均為撂荒地的0.80倍；土壤總孔隙度分別為52.39%、51.69%、50.24%，平均為撂荒地的1.24倍；土壤非毛管孔隙度分別為7.56%、7.15%、6.51%，平均為撂荒地的1.43倍；土壤有機(jī)質(zhì)分別為3.09%、2.87%、2.67%，平均為撂荒地的1.42倍；土壤表層日較差分別為8.89、9.00、9.06 ℃，平均為撂荒地的0.80倍。[結(jié)論]不同退耕還林模式生態(tài)效應(yīng)高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

關(guān)鍵詞 門源縣；退耕還林模式；服務(wù)功能；生態(tài)效益

中圖分類號(hào) S728.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）16-0107-03

Abstract [Objective]To study the ecological effects of different models of conversion of farmland to forest at Menyuan County in Qinghai Province.[Method]Taking abandoned land as control， through ways of investigation， fixedpoint observation and experimental data， ecological effects of different models of conversion of farmland to forest at Menyuan County in Qinghai Province were studied.[Result]According to the order of mixture of picea crassifolia and birch， birch， picea crassifolia， layland， the concentration of negative oxygen ions respectively were 2 216， 2 077， 1 907 pieces/cm3， 1.86 times of layland； the life span of negative oxygen ions respectively were 15.63， 14.67， 13.46 min， 1.96 times of layland； the concentration of PM2.5 respectively were 40.99， 45.63， 50.90 μg/m3， 0.65 times of layland； the volume weight of soil respectively were 1.21， 1.24， 1.26 g/cm3， 0.80 times of layland； soil total porosity respectively were 52.39%， 51.69%， 50.24%， 1.24 times of layland； soil noncapillary porosity respectively were 7.56%， 7.15%， 6.51%， 1.43 times of layland； soil organic matter respectively were 3.09%， 2.87%， 2.67%， 1.42 times of layland； daily temperaturerange of surface soil respectively were 8.89， 9.00， 9.06 ℃， 0.80 times of layland.[Conclusion] Different models of conversion of farmland to forest have made different response to ecological effects. The order of ecological effects from high to low was as follows： mixture of picea crassifolia and birch， birch， picea crassifolia， abandoned land.

Key words Menyuan County；Models of conversion of farmland to forest；Service function；Ecological effects

退耕還林工程是改善生態(tài)環(huán)境、保障生態(tài)安全、強(qiáng)化生態(tài)扶貧的重大決策，也是調(diào)整農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、拓寬農(nóng)民收入渠道、推進(jìn)生態(tài)文明模式的重要舉措[1]。青海省門源縣位于該省東北部祁連山地，地處黃土高原向青藏高原過渡地帶，生態(tài)位置重要、生態(tài)環(huán)境脆弱，是國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)和生態(tài)建設(shè)區(qū)[2-4]。白樺（Betula platyphylla suk.）和青海云杉（Picea crassifolia kom.）是青海省祁連縣退耕還林的優(yōu)選鄉(xiāng)土樹種。研究青海省門源縣不同退耕還林模式生態(tài)效應(yīng)對(duì)于區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)及其效益評(píng)價(jià)具有重要理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省祁連山地東段門源縣，地理坐標(biāo)為100°55′102°41′E、37°03′39°59′N，海拔2 388～5 254 m，全縣山地地貌占83.58%，盆地地貌占16.42%。屬典型高原干旱半干旱大陸性氣候，由于受季風(fēng)氣候和山地特征的影響，具有東部暖濕、西部干旱特點(diǎn)，多年平均氣溫2.8～7.9 ℃、降水量360～540 mm（集中在6—9月）、蒸發(fā)量1 100～1 800 mm、無霜期68～184 d、風(fēng)速1.2～2.8 m/s；土壤垂直地帶分布，以栗鈣土為主；水系由內(nèi)陸河祁連山水系和黃河區(qū)大通河流域組成；植被類型水平和垂直方向帶譜明顯，高山草甸和高寒草原是祁連山地主要植被類型和天然草場，高山冰緣植被也有較大面積分布。

1.2 材料

以門源縣仙米鎮(zhèn)仙米村2003年退耕還林地為研究對(duì)象，坡向東南、坡度28°、坡位中下，土壤為栗鈣土，退耕還林模式有青海云杉、白樺純林，青海云杉+白樺混交林（帶狀混交，5云5樺）3種，前1年水平魚鱗坑整地，2年實(shí)生苗春季造林，造林規(guī)格2 m×3 m，造林密度1 668株/hm2，以同期撂荒地為對(duì)照。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，通過野外采樣、定點(diǎn)觀測和室內(nèi)外試驗(yàn)，分析不同退耕還林模式生態(tài)功能效應(yīng)。遵循代表性、可達(dá)性原則，按照20 m×20 m布設(shè)樣地（表1）。①選擇2017年9月上旬一個(gè)天氣晴朗的日子，同步測定14：00不同模式類型PM2.5負(fù)氧離子濃度及壽命，每次3個(gè)重復(fù)，取平均值。②在樣地中按“蛇”形法采集土樣，在0～20、20～40、40～60 cm 3個(gè)層次采集土壤剖面環(huán)刀樣（100 cm3），各層混合均勻后取綜合樣，測定分析理化指標(biāo)。③選擇2017年9月上旬一個(gè)天氣晴朗日子，同步測定日間不同植被類型土壤地表溫度，08：00—18：00每隔2 h測1次，每次3個(gè)重復(fù)，取平均值。

1.4 測定方法

投影法觀察植被蓋度，測高儀測定樹高，卷尺測定胸徑，環(huán)刀法測量容重和孔隙度，重鉻酸鉀法測定土壤有機(jī)質(zhì)，曲管地溫表法測定土壤溫度，便攜式負(fù)氧離子快速測定儀測定負(fù)氧離子數(shù)量及壽命，便攜式PM2.5快速測定儀測定PM2.5含量，3次重復(fù)，取平均值[5-8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 凈化大氣效應(yīng)

由表2可知，相同退耕還林年限的青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林負(fù)氧離子濃度分別為1 907、2 077、2 216個(gè)/cm3，是撂荒地（1 114個(gè)/cm3）的1.71～1.99倍，平均為1.86倍；負(fù)氧離子壽命分別為13.46、14.67、15.63 min，是撂荒地（7.45 min）的1.81～2.10倍，平均為1.96倍；PM2.5濃度分別為50.90、45.63、40.99 μg/m3，是撂荒地（70.27 μg/m3）的0.58～0.72倍，平均為0.65倍；負(fù)氧離子濃度及壽命高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地；PM2.5濃度高低順序?yàn)榱袒牡?、青海云杉、白樺、青海云?白樺。

樹冠、樹梢、枝葉在高壓、輻射、雷電下的放電現(xiàn)象，促使空氣負(fù)氧離子的形成，能有效吸附降解空氣中的有害氣體和顆粒污染物，使空氣清新凈化[9]。森林空氣中負(fù)氧離子不斷產(chǎn)生又不斷消失，負(fù)氧離子濃度及壽命與群落類型、年齡結(jié)構(gòu)、樹種組成等相關(guān)，負(fù)氧離子濃度增加及壽命延長可減少空氣中的飄塵量，對(duì)可入肺顆粒物PM2.5效果極佳[10]。

2.2 改良土壤效應(yīng)

由表3可知，相同退耕還林年限的青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林土壤容重分別為1.26、1.24、1.21 g/cm3，是撂荒地（1.55 g/cm3）的0.78～0.81倍，平均為0.80倍；總孔隙度分別為50.24%、51.69%、52.39%，是撂荒地（36.72%）的1.21～1.26倍，平均為1.24倍；非毛管孔隙度分別為6.51%、7.15%、7.56%，是撂荒地（4.94%）的1.32～1.53倍，平均為1.43倍；有機(jī)質(zhì)含量分別為2.67%、2.87%、3.09%，是撂荒地（2.03%）的1.31～1.52倍，平均為1.42倍，改良土壤效應(yīng)高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

土壤是復(fù)雜的多孔體，黃土丘陵區(qū)多為超滲產(chǎn)流，土壤層是森林涵養(yǎng)水源能力最強(qiáng)的作用層[11]?？偪紫抖扔绕涫欠敲芸紫抖鹊脑黾?，能有效將地表徑流轉(zhuǎn)化為地下徑流；有機(jī)質(zhì)直接來源于土壤中動(dòng)植物殘?bào)w及枯落物的分解釋放[11-12]。植物正向演替使得土壤表層有機(jī)質(zhì)富集明顯，增加了土壤碳源和氮源，提高了土壤肥力質(zhì)量，提供了植被恢復(fù)重建的基礎(chǔ)。

2.3 改善小氣候效應(yīng)

由表4可知，相同退耕還林年限的青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林土壤表層日較差分別為9.06、9.00、8.89 ℃，是對(duì)照撂荒地（11.28 ℃）的0.79～0.80倍，平均為0.80倍；緩解日較差效應(yīng)高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

退耕還林增加了地面植被覆蓋度和保護(hù)膜，削弱了空氣下墊層的水熱交換作用，形成了局地微氣候效應(yīng)，緩解了日溫極差變化，使日間升溫緩慢、晚間降溫緩慢[13-14]。小氣候效應(yīng)是區(qū)域生態(tài)效應(yīng)發(fā)揮的基礎(chǔ)，退耕還林已成為應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略選擇。

3 討論

受試驗(yàn)條件、技術(shù)力量及監(jiān)測手段限制，該試驗(yàn)僅在有限樣本測定條件下，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，研究了相同退耕還林年限的生態(tài)效應(yīng)，所得結(jié)論有一定程度的參考價(jià)值，但仍存在局限性。森林生態(tài)效益涉及水、土、生、氣等多方面內(nèi)容，受植被因子和環(huán)境要素共同作用和制約，至今仍無法對(duì)森林生態(tài)效益從定性到定量的準(zhǔn)確評(píng)判，需要長期的全面定位觀測。退耕還林工程是生態(tài)脆弱區(qū)恢復(fù)與重建的關(guān)鍵切入點(diǎn)，既要考慮國家對(duì)生態(tài)的需求，又要兼顧群眾對(duì)利益的要求，本著適地與適樹相結(jié)合、保護(hù)與重建相結(jié)合、樹種和林種相結(jié)合、短期與長期相結(jié)合的原則，在有效保護(hù)現(xiàn)有森林資源的基礎(chǔ)上，適度開展中幼林撫育和林中空地補(bǔ)植補(bǔ)栽，積極探索適合于門源縣自然條件和立地條件的造林模式及造林技術(shù)，強(qiáng)化鄉(xiāng)土樹種苗木培育，合理配置喬灌草和網(wǎng)帶片，以異齡混交復(fù)層林為終極演替發(fā)展目標(biāo)。

4 結(jié)論

相同退耕年限的不同退耕還林模式生態(tài)效益不同，由高到低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

（1）青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林負(fù)氧離子濃度分別為1 907、2 077、2 216個(gè)/cm3，是撂荒地的1.86倍；負(fù)氧離子壽命分別為13.46、14.67、15.63 min，是撂荒地的1.96倍；PM2.5濃度分別為50.90、45.63、40.99 μg/m3，是撂荒地的0.65倍；凈化大氣效益高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

（2）青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林土壤容重分別為1.26、1.24、1.21 g/cm3，平均為撂荒地的0.80倍；總孔隙度分別為50.24%、51.69%、52.39%，平均為撂荒地的1.24倍；非毛管孔隙度分別為6.51%、7.15%、7.56%，平均為撂荒地的1.43倍；有機(jī)質(zhì)含量分別為2.67%、2.87%、3.09%，平均為撂荒地的1.42倍，改良土壤效應(yīng)高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

（3）青海云杉、白樺、青海云杉+白樺林土壤表層日較差分別為9.06、9.00、8.89 ℃，平均為撂荒地的0.80倍，緩解日較差效應(yīng)高低順序?yàn)榍嗪Ｔ粕?白樺、白樺、青海云杉、撂荒地。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐雨晴，周波濤，於琍，等.氣候變化背景下中國未來森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的時(shí)空特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2018，38（6）：1952-1963.

[2] 趙串串，王湜，孫根行，等.青海省湟水河流域退耕還林地土壤可蝕性研究[J].林業(yè)資源管理， 2010（2）：73-77.

[3] 王占禮，邵明安，雷廷武.黃土區(qū)耕作侵蝕及其對(duì)總土壤侵蝕貢獻(xiàn)的空間格局[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（7）： 1328-1335.

[4] 薛萐，劉國彬，戴全厚，等.不同植被恢復(fù)模式對(duì)黃土丘陵區(qū)侵蝕土壤微生物量的影響[J].自然資源學(xué)報(bào)，2007， 22（1）：20-27.

[5] 王德連，雷瑞德，韓創(chuàng)舉.國內(nèi)外森林水文研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，19（2）：156-160.

[6] 中國科學(xué)院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1981.

[7] 趙串串，董旭，辛文榮，等.青海湟水河流域不同退耕還林模式水土保持效應(yīng)[J].水土保持學(xué)報(bào)，2009，23（5）：26-29.

[8] 趙鵬宇，徐學(xué)選，劉普靈，等.黃土丘陵區(qū)不同土地利用方式土壤入滲規(guī)律研究[J].水土保持通報(bào)， 2009，29（1）： 40-44.

[9] 韋惠蘭，祁應(yīng)軍.森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估與分析[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（2）：74-82.

[10] 趙串串，楊晶晶，劉龍，等.青海省黃土丘陵區(qū)溝壑侵蝕影響因子與侵蝕量的相關(guān)性分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（4）：22-27.

[11] 郭玉東，王曉宏，邢婷婷，等.根河林業(yè)局森林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，30（5）：196-201.

[12] 房瑤瑤，王兵，牛香.陜西省關(guān)中地區(qū)主要造林樹種大氣顆粒物滯納特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（6）：1516-1522.

[13] 劉秀麗，張勃，楊艷麗，等.五臺(tái)山地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評(píng)估[J].干旱區(qū)研究，2017，34（3）：613-620.

[14] 李瑤，肖向明，李香萍，等.中國森林破碎化多尺度評(píng)價(jià)[J].生物多樣性，2017，25（4）：372-381.