森林培育對(duì)森林生態(tài)效益的影響研究

初守軍

(濱州市博興縣自然資源和規(guī)劃局，山東 濱州 256500)

1 引言

森林資源作為人類生存的基礎(chǔ)，不僅可以提供人們木材、食物、化工材料等原料產(chǎn)品，還可以改善氣候環(huán)境，抵御風(fēng)沙，滋養(yǎng)水源，凈化空氣[1～3]。在森林培育過程中，可以保護(hù)物種的多樣性，打造完整生態(tài)鏈。但隨著時(shí)代的發(fā)展，人類對(duì)森林大肆砍伐，造成全球森林面積縮減，生態(tài)環(huán)境隨之下降[4]，導(dǎo)致土地沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，我國政府提高了對(duì)森林保護(hù)的重視度，并減少木材的使用，提出相關(guān)森林生態(tài)效益補(bǔ)償政策[5,6]。為了減少土地嚴(yán)重沙化的現(xiàn)象，森林培育成為關(guān)鍵。森林培育是指森林公益林的建設(shè)，對(duì)涵養(yǎng)水源、防止水土鹽堿化、減少霧霾，以及延緩全球變暖等方面具有深遠(yuǎn)的意義。

隨著森林生態(tài)效益不斷惡化，不僅影響人們的生活環(huán)境，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也產(chǎn)生較大的阻礙[7,8]。森林屬于公共資源，只有政府的介入，才會(huì)從根本上解決森林被大肆砍伐的問題[9]。為此，我國也在不斷完善相關(guān)法規(guī)，落實(shí)相關(guān)森林政策，加大財(cái)政投入，令森林恢復(fù)原有狀態(tài)。森林的生態(tài)效益體現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)林與公益林[10]，經(jīng)濟(jì)林的建設(shè)也就是通過種植樹木獲取經(jīng)濟(jì)收益[11]；公益林的建設(shè)可以保護(hù)生態(tài)物種，減少土地沙化現(xiàn)象，提高空氣質(zhì)量，為科研與環(huán)保提供物質(zhì)基礎(chǔ)[12,13]。本文研究了森林培育對(duì)森林生態(tài)效益的影響，旨在通過森林培育，為森林生長創(chuàng)造良好的環(huán)境。

2 試驗(yàn)區(qū)域概況

為了保證本次試驗(yàn)的真實(shí)性，本文以X地區(qū)的森林為例，該地質(zhì)構(gòu)造屬于第三紀(jì)與第四紀(jì)不斷抬升形成，在長期侵蝕之下，植被資源較少，土地沙化較嚴(yán)重，生態(tài)效益急劇惡化[14]。在此區(qū)域內(nèi)，存在兩個(gè)水系，流域面積約3000 km2，每年徑流量7000 萬m3。試驗(yàn)區(qū)為季風(fēng)氣候，年均氣溫約8.5 ℃，其中7月份的平均溫度<25 ℃，1月份最冷，平均溫度>-7.1 ℃；年降水量<500 mm，降水集中在下半年，導(dǎo)致土地沙化分布不均。該地區(qū)由于森林面積稀少，經(jīng)常出現(xiàn)暴雨、低溫、冰雹，以及干旱等災(zāi)害天氣，對(duì)該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境與生態(tài)效益影響巨大。

此外，該地區(qū)植被種植限制極大，僅存在山楊、白樺、油松、狼牙刺、沙棘等樹種，森林培育狀態(tài)較差[15]。本文對(duì)X地區(qū)的優(yōu)勢(shì)樹種進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 X地區(qū)的優(yōu)勢(shì)樹種統(tǒng)計(jì)結(jié)果

如表1所示，由于X區(qū)域的土地受到沙化的限制，僅能種植易存活的樹種，種植面積與蓄積區(qū)域差距嚴(yán)重，對(duì)森林生態(tài)效益的影響極大。

3 試驗(yàn)方法

本文以培育油松為例，研究油松對(duì)森林生態(tài)效益的影響。為了保證試驗(yàn)成效，將樣地的種植距離設(shè)置為20 m，避開河流、道路、坡度較大等區(qū)域，隨機(jī)選取邊長為30 m×30 m，面積為900 m2的樣地，對(duì)樣地進(jìn)行森林培育措施，樣地周圍30 m不作森林培育措施，保證試驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。利用GPS測定樣地的坐標(biāo)、坡向、土壤類型等參數(shù)，樣地詳細(xì)概況如表2所示。

表2 樣地詳細(xì)概況

如表2所示，選取的試驗(yàn)樣地坐標(biāo)為(19269066.0,4013792.0)，在海拔為1401 m處，初始植株為65 株，在沒有培育措施的前提下，郁閉度為0.5。在此條件下，對(duì)初始植株進(jìn)行健康等級(jí)區(qū)分，結(jié)果見表3。

表3 初始植株進(jìn)行健康等級(jí)

如表3所示，本文選取的試驗(yàn)樣地，初始植株健康的僅有15 株，死亡的存在20 株，也就是說，可以正常繁殖的植株僅有35 株左右。

綜上所述，本文使用生物多樣性測定方法，對(duì)樣地多樣性指數(shù)進(jìn)行測定，測定公式如下：

(1)

(2)

式(1)與式(2)中，A為Shannon-weiner指數(shù)；B為Simpson多樣性指數(shù)；Pi為第i個(gè)生物數(shù)量占相同生物總數(shù)的比值；N為所有生物總數(shù)；x為自然底數(shù)；Ni為第i個(gè)生物占總量的比值。此外，本文對(duì)樣地的土壤指標(biāo)進(jìn)行測定，采用機(jī)械分層取土法，將土層厚度設(shè)定為0～10 cm 、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，電子天平的精準(zhǔn)度在0.01 g，最大程度地保證樣土的原狀，對(duì)其含水量、容重、持水量、毛管孔隙度，以及非毛管孔隙度等指標(biāo)進(jìn)行測定，測定公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

F=(Z-K)×100%

(7)

式(3)～式(7)中，S為土壤容重指標(biāo)；D為土壤干重；R為土壤體積；W為土壤含水量指標(biāo)；Wc為土壤濕重；C為土壤中持水量指標(biāo)；JD為浸入5 cm水中12 h后土壤干土重；JR為樣品土壤初始重量；K為土壤中毛管孔隙度指標(biāo)；Wca為土壤浸入水中2～3 mm12 h后的濕土重；F為土壤中非毛管孔隙度；Z為土壤總孔隙度。

4 結(jié)果與討論

在上述環(huán)境下，本文對(duì)樣地進(jìn)行劃分，分為D1、D2、S1、S2，其中D1與S1為樣地的平均等份；D2與S2為樣地周圍土地。對(duì)D1、D2、S1、S2的多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出結(jié)果如表4所示。

表4 樣地的多樣性指數(shù)

如表4所示，樣地D1與S1的多樣性指數(shù)與Shannon-weiner指數(shù)均較高，可以提高樣地植株的生存量，減少林內(nèi)光照條件的競爭，加速植株的生長繁殖，為植株的多樣性、穩(wěn)定性、固定性創(chuàng)造了良好的條件。在計(jì)算樣地的多樣性指數(shù)后，本文將進(jìn)一步研究森林培育對(duì)森林生態(tài)效益中的固碳釋氧功能的影響。樣地進(jìn)行森林培育后的固氮價(jià)值與釋氧價(jià)值結(jié)果如表5所示。

表5 森林培育后的固碳價(jià)值與釋氧價(jià)值

如表5所示，D1與S1的釋氧量與固碳量較多，相對(duì)應(yīng)的釋氧價(jià)值與固碳價(jià)值也較高。按照森林業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，固碳價(jià)格為1200 元/t，式樣價(jià)格為1000 元/t，進(jìn)行森林培育的樣地釋氧價(jià)值為1539 元與1553 元，固碳價(jià)值為788 元與648 元；X地區(qū)的原始土壤中，釋氧價(jià)值為117 元與645 元，固碳價(jià)值為50 元與291 元。因此，森林培育后的生態(tài)效益更佳。

除了固碳釋氧功能的影響之外，研究森林培育對(duì)土壤容重與孔隙度指標(biāo)的影響，結(jié)果如表6所示。

如表6所示，為培育后的土壤容重與孔隙度指標(biāo)，原始土壤的土壤容重與孔隙度指標(biāo)如表7所示。

表6 森林培育后土壤容重與孔隙度指標(biāo)

表7 原始土壤的土壤容重與孔隙度指標(biāo)

結(jié)合表6與表7可知，在原始土壤中，土壤各項(xiàng)指標(biāo)較小，無法為植株提供養(yǎng)分，導(dǎo)致土壤沙化嚴(yán)重；而通過森林培育后的土壤各項(xiàng)指標(biāo)較高，平均值在原始土壤的一倍以上，植株的種植可以得到更好的環(huán)境，避免了土地沙化的加重(表8)。

表8 森林培育對(duì)土壤持水能力指標(biāo)

如表8所示，以D1與D2作為對(duì)照，森林培育后的土壤持水量超過了原始土壤持水量，可以保證森林生態(tài)效益。

5 結(jié)論

原始土壤中固碳價(jià)值、釋氧價(jià)值較低；土壤容重與孔隙度指標(biāo)較低；土壤持水能力較差，因此原始土壤的森林生態(tài)效益較差。通過森林培育后，土壤中固碳價(jià)值、釋氧價(jià)值得到提高；土壤指標(biāo)也相對(duì)提高；土壤持水能力相應(yīng)提高，可以保證森林生態(tài)效益。

6 結(jié)語

森林培育理論體系早在11世紀(jì)就已被提出，通過多年的研究與實(shí)踐，可以得出某一樹種進(jìn)行系統(tǒng)化與定性的理論，對(duì)森林的建設(shè)與發(fā)展提供了較大的助益。隨著科技的進(jìn)步，各種高科技手段層出不窮，在森林培育方面提供了更加優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。通過研究不同樹種的培育過程，分析樹木種植密度與林分生長之間的關(guān)系，從而在樹木培育的不同階段，保留最為合理的培育方式，改善森林的內(nèi)部環(huán)境，形成較為完整的生態(tài)鏈。通過本文森林培育對(duì)森林生態(tài)效益的影響研究，分析森林培育的影響因素，為森林的進(jìn)一步建設(shè)提供參考。