黃浦江水源涵養(yǎng)林林分結(jié)構(gòu)分析及其經(jīng)營(yíng)管理

李琦

(上海市林業(yè)總站，上海 200072)

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，涵養(yǎng)水源是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一，森林水源涵養(yǎng)量約占陸地生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量的60.8%。森林的水源涵養(yǎng)功能主要與森林植被類型及其蓋度、枯枝落葉層和土壤層的持水能力等因素密切相關(guān)，不同的森林群落由于樹種不同、林分結(jié)構(gòu)不同，水源涵養(yǎng)能力也各有差異。黃浦江是上海市的主要水源之一，2010年以前上海供水70%取用黃浦江水源，青草沙水庫(kù)建成后上海供水仍有30%取用黃浦江水源。2003年上海市開始啟動(dòng)黃浦江水源涵養(yǎng)林建設(shè)，黃浦江干流、主要支流沿岸區(qū)域的植被覆蓋狀況得到顯著改善，對(duì)保障黃浦江飲用水源安全發(fā)揮了重要作用。

1 研究區(qū)概況

黃浦江始于青浦區(qū)朱家角鎮(zhèn)淀山湖，流經(jīng)青浦、松江、奉賢、閔行、徐匯等10 區(qū)，至吳淞口注入長(zhǎng)江，全長(zhǎng)約113 km。自開埠以來(lái)，黃浦江一直承擔(dān)著生活供水、交通運(yùn)輸、生產(chǎn)灌溉、抗洪排澇等使命，是上海市的一條地標(biāo)性河流。1985年上海市發(fā)布了《上海市黃浦江上游水源保護(hù)條例》，開始建立黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)，對(duì)水源保護(hù)區(qū)范圍進(jìn)行了劃分。2017年為了加大水源保護(hù)力度，根據(jù)取水口功能調(diào)整，上海市重新劃分了黃浦江上游水源保護(hù)區(qū)飲用水水源一級(jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)范圍，同時(shí)將青西地區(qū)劃分為飲用水水源準(zhǔn)保護(hù)區(qū)，將黃浦江上游兩岸其他區(qū)域劃分為水源保護(hù)緩沖區(qū)。

黃浦江水源涵養(yǎng)林，主要指2003年黃浦江水源涵養(yǎng)林建設(shè)項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，建設(shè)或分布在黃浦江上游及其主要支流兩側(cè)200～500 m范圍內(nèi)，以涵養(yǎng)水源、保持水土、改善水質(zhì)為主要目的的森林資源。建設(shè)范圍涉及青浦、金山、松江、奉賢、閔行5區(qū)。

2 研究方法

以上海市2020年度森林資源監(jiān)測(cè)成果為本底，使用ArcGis10.3軟件對(duì)黃浦江水源涵養(yǎng)林的群落結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)、郁閉度、優(yōu)勢(shì)樹種(組)組成等林分結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、統(tǒng)計(jì)、分析；然后，根據(jù)現(xiàn)有各項(xiàng)研究成果，研判黃浦江水源涵養(yǎng)林林分結(jié)構(gòu)組成對(duì)其水源涵養(yǎng)功能的影響；最后，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，針對(duì)性地提出相應(yīng)的經(jīng)營(yíng)管理對(duì)策和建議，以促進(jìn)黃浦江水源涵養(yǎng)林水源涵養(yǎng)功能的充分發(fā)揮。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

3.1.1 分布概況 2020年底，黃浦江水源涵養(yǎng)林總面積3 993 hm，主要分布在青浦、松江、金山3區(qū)(表1)。其中，位于新劃定水源保護(hù)一級(jí)、二級(jí)及準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)的涵養(yǎng)林面積為3 108 hm，占77.8%；位于新劃定水源保護(hù)緩沖區(qū)內(nèi)的涵養(yǎng)林面積為688 hm，占17.2%。由于保護(hù)區(qū)范圍調(diào)整，位于新劃定水源保護(hù)區(qū)范圍以外的涵養(yǎng)林面積為197 hm，約占5.0%。

表1 黃浦江水源涵養(yǎng)林分布

黃浦江水源涵養(yǎng)林中，喬木林面積3 931 hm，占98.4%，是黃浦江水源涵養(yǎng)林生態(tài)功能發(fā)揮的主體，也是本文后續(xù)分析研究的對(duì)象。

3.1.2 群落結(jié)構(gòu) 黃浦江水源涵養(yǎng)林的群落結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)林分的面積為3 373 hm，占比達(dá)85.8%；而其他14.2%的面積均為較完整結(jié)構(gòu)林分。沒(méi)有完整結(jié)構(gòu)林分分布。其原因主要是由于黃浦江水源涵養(yǎng)林建設(shè)時(shí)即多以單層林為主，而在后期撫育管理過(guò)程中，由于大多數(shù)養(yǎng)護(hù)機(jī)構(gòu)和人員缺乏人工林生態(tài)經(jīng)營(yíng)管理知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以割灌除草為主要內(nèi)容的撫育方式影響了林下天然更新幼苗生長(zhǎng)，造成黃浦江水源涵養(yǎng)林群落結(jié)構(gòu)層次簡(jiǎn)單，灌木層及更新層生長(zhǎng)不佳的現(xiàn)象普遍存在。這也是當(dāng)前上海市生態(tài)公益林建設(shè)及養(yǎng)護(hù)管理中存在的一個(gè)普遍性問(wèn)題。

3.1.3 樹種結(jié)構(gòu) 黃浦江水源涵養(yǎng)林的樹種結(jié)構(gòu)按面積統(tǒng)計(jì)(表2)，表現(xiàn)為闊葉純林>闊葉混交林>針葉純林>針闊混交林>針葉混交林。純林與混交林的比例為2∶1，純林的比重偏大，這主要是因?yàn)樯虾Ｊ猩鷳B(tài)公益林建設(shè)初期，習(xí)慣于采用純林或塊狀混交為主的樹木種植方式，近自然式混交林僅在松江區(qū)葉榭鎮(zhèn)黃浦江沿岸等少數(shù)地塊有應(yīng)用。闊葉林分、針葉林分、針闊混交林三者的比例約為11∶1.5∶1，闊葉林分占比達(dá)到81.3%，占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，針闊混交林的應(yīng)用極少。

表2 喬木林樹種結(jié)構(gòu)分析

3.1.4 郁閉度 黃浦江水源涵養(yǎng)林的郁閉度總體處于偏高狀態(tài)，高郁閉度林分(郁閉度≥0.70)面積占比達(dá)73.0%，中郁閉度林分(0.40≤郁閉度<0.70)的面積占比僅23.5%(表3)。這是由于黃浦江水源涵養(yǎng)林的初植密度較高，一般為1.5～2.0 m ×1.5～2.0 m，也說(shuō)明黃浦江水源涵養(yǎng)林自2009年主體工程基本建成以來(lái)，對(duì)林分密度的控制不及時(shí)。林分郁閉度過(guò)高，也是造成林下灌木層、更新層生長(zhǎng)不佳的主要原因之一。

表3 喬木林郁閉度結(jié)構(gòu)分析

3.1.5 優(yōu)勢(shì)樹種(組)組成 根據(jù)上海市森林資源調(diào)查規(guī)定的優(yōu)勢(shì)樹種(組)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表4)，黃浦江水源涵養(yǎng)林共涉及40個(gè)樹種(組)，涵蓋了上海市生態(tài)公益林絕大部分常用樹種，但優(yōu)勢(shì)樹種(組)集中度非常高，絕大多數(shù)樹種(組)僅是偶有使用。面積居前的10個(gè)優(yōu)勢(shì)樹種(組)面積合計(jì)占比達(dá)84.66%。其中，樟木面積占比高達(dá)28.66%，還略高于其在全市喬木林面積中所占比例，這與上海市在造林時(shí)可供選擇的適生常綠樹種較少相關(guān)。

表4 喬木林主要優(yōu)勢(shì)樹種(組)分類統(tǒng)計(jì)

3.2 林分結(jié)構(gòu)與涵養(yǎng)功能的關(guān)系

森林水源涵養(yǎng)功能強(qiáng)弱，主要在2個(gè)層面與林分結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)：一是在垂直層面上，通過(guò)林冠層、灌草層、枯落物層、土壤層等各層面截留降雨、含蓄雨水、降低雨滴動(dòng)能對(duì)土壤的侵蝕能力；二是在地坪層面上，通過(guò)林下灌草層、枯落物層、土壤層對(duì)地表徑流的產(chǎn)生、匯集過(guò)程進(jìn)行調(diào)蓄，防止森林土壤的水蝕。

3.2.1 垂直層面 林冠層降雨截留量的大小與林分的結(jié)構(gòu)、郁閉度等緊密關(guān)聯(lián)。一般認(rèn)為，林分結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、林層越豐富、郁閉度越大、葉面積指數(shù)越大、林冠枝葉空間分布越均勻，則林冠蓄水量越大。研究表明，混交林的水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)于純林；在相似植被蓋度條件下，林冠截留能力為針葉林>針闊混交林>闊葉林；異齡、混交、郁閉度在0.6～0.8的水源涵養(yǎng)林生態(tài)功能最優(yōu)。

黃浦江水源涵養(yǎng)林由于初植密度高，闊葉樹種運(yùn)用廣泛，后期養(yǎng)護(hù)管理過(guò)程中未及時(shí)撫育間伐，因此，郁閉度整體偏大，林冠層連綿厚實(shí)，具有較強(qiáng)的降雨截留能力。但從統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，黃浦江水源涵養(yǎng)林的林分結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀并不十分合理，樹木種植方式以純林或塊狀混交為主，群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單層林居主導(dǎo)地位，樹種較為單一，闊葉樹種占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，30%的林分郁閉度大于0.8，因此，其林分結(jié)構(gòu)必然對(duì)其林冠層的降雨截留能力產(chǎn)生不良影響，制約了森林水源涵養(yǎng)功能的充分發(fā)揮，有待進(jìn)行林分結(jié)構(gòu)的調(diào)整和完善。需要特別指出的是，林下灌木層具有與喬木冠層類似的截留性質(zhì)，且灌木層一般較低，能明顯地消減雨滴動(dòng)能，而黃浦江水源涵養(yǎng)林的單層林結(jié)構(gòu)及林下灌木層、更新層的缺乏，尤其不利于對(duì)林內(nèi)穿透雨的截留及對(duì)土壤侵蝕的防護(hù)。

3.2.2 地坪層面 枯落物層和土壤層是森林涵養(yǎng)水源的主體。枯落物層的持水能力主要由枯落物的蓄積量和持水率共同決定，枯落物蓄積量是反映枯落物層水源涵養(yǎng)能力的重要指標(biāo)，與林分結(jié)構(gòu)及人類活動(dòng)相關(guān)。土壤層是森林群落涵養(yǎng)水源最主要的貯庫(kù)，其涵養(yǎng)能力主要取決于土壤和森林的綜合狀況。研究表明，落葉林地地表枯落物較多，有利于提高土壤的蓄水能力；近自然混交林或落葉闊葉林的土壤層水源涵養(yǎng)能力相比其他林分類型更好。

黃浦江水源涵養(yǎng)林大多由農(nóng)田通過(guò)退耕還林建成，其土壤透水性較差。10多年來(lái)涵養(yǎng)林中各種樹木根系的生長(zhǎng)發(fā)育和枯枝落葉的分解，促進(jìn)了土壤孔隙度的增大，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的積累，改善了土壤的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，增強(qiáng)了土壤含蓄水分的能力。但黃浦江水源涵養(yǎng)林由于過(guò)多、過(guò)重的人工管護(hù)，枯落物層的體量不足，不僅其自身的涵養(yǎng)能力較弱，其對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改良作用也微乎其微，導(dǎo)致土壤蓄水能力并未得到更充分的發(fā)揮?；旖涣衷邳S浦江水源涵養(yǎng)林中的占比僅1/3左右,其中近自然式混交林僅在松江區(qū)葉榭鎮(zhèn)等地局部分布，面積僅數(shù)十公頃，對(duì)黃浦江水源涵養(yǎng)林水源涵養(yǎng)功能的整體提升影響有限。因此，有必要對(duì)黃浦江水源涵養(yǎng)林的樹種組成進(jìn)行調(diào)整，并改變現(xiàn)在的撫育管理方式。

4 對(duì)策與建議

4.1 黃浦江水源涵養(yǎng)林總長(zhǎng)約130 km，涉及5個(gè)區(qū)22個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此其后續(xù)的經(jīng)營(yíng)管理應(yīng)首先做好頂層設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)其分布狀況及其林分結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的進(jìn)一步調(diào)查，在市級(jí)層面統(tǒng)籌編制專項(xiàng)森林經(jīng)營(yíng)規(guī)劃方案，合理制定經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和撫育管理措施，分期分步實(shí)施，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)效管理。

4.2 對(duì)種植密度大、郁閉度高等問(wèn)題，應(yīng)在今后的撫育管理過(guò)程中，選擇合理的撫育方式和強(qiáng)度，通過(guò)疏伐、透光伐、衛(wèi)生伐等技術(shù)手段合理調(diào)整林分的種植密度和郁閉度，促進(jìn)林分生長(zhǎng)，增加林下植物的多樣性，逐步培育形成復(fù)層、混交的水源涵養(yǎng)林。

4.3 對(duì)樹種單一、混交程度低等問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)黃浦江水源涵養(yǎng)林的林相改造工作，更新替換現(xiàn)有楊樹、柳樹、女貞等長(zhǎng)勢(shì)衰弱、病蟲害較多的樹種，結(jié)合種植密度調(diào)整，補(bǔ)植或插種杉類、櫟類、榆類等在上海地區(qū)較為適生的鄉(xiāng)土樹種，引導(dǎo)異齡、混交林分的形成；黃浦江上游地區(qū)地下水位較高，在樹種選擇方面，還要充分考慮樹種的耐水濕特性。

4.4 對(duì)林層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、林下枯落物缺少的問(wèn)題，應(yīng)調(diào)整公益林管理要求，完善公益林考核標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)經(jīng)營(yíng)管理機(jī)構(gòu)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)人員關(guān)于人工林經(jīng)營(yíng)管理知識(shí)和技術(shù)的培訓(xùn)，改變現(xiàn)有對(duì)林地的過(guò)度撫育方式，促進(jìn)林下更新層和灌木層的自然發(fā)育，增加地表枯落物的積累，增強(qiáng)森林的水源涵養(yǎng)能力。