廣西退耕還林工程生態(tài)效益監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)

摘要：為科學(xué)評(píng)價(jià)退耕還林工程產(chǎn)生的生態(tài)效益，本研究從保育土壤、林木養(yǎng)分固持、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、凈化大氣環(huán)境方面建立了科學(xué)、全面、高效的退耕還林工程生態(tài)效益評(píng)價(jià)體系，對(duì)退耕還林生態(tài)效益進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，從而科學(xué)評(píng)估工程實(shí)施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的具體貢獻(xiàn)。結(jié)果表明退耕還林工程每年固土約2924.20萬(wàn)t；土壤固氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)分別為3.14萬(wàn)t、4.00萬(wàn)t、26.35萬(wàn)t、60.49萬(wàn)t；涵養(yǎng)水源每年超過19.49萬(wàn)t；土壤及林木每年固氮量達(dá)4.56萬(wàn)t。

關(guān)鍵詞：退耕還林；生態(tài)效益；評(píng)估模型

退耕還林工程是我國(guó)實(shí)施自然生態(tài)系統(tǒng)的標(biāo)志性工程，自工程實(shí)施以來(lái)，取得了巨大的生態(tài)效益[1，2]。廣西自2001年實(shí)施退耕還林以來(lái)，共完成退耕還林工程營(yíng)造林任務(wù)99.87萬(wàn)hm2，其中退耕還林26.11萬(wàn)hm2，宜林荒山荒地63.44萬(wàn)hm2，封山育林10.32萬(wàn)hm2。廣西地處亞熱帶，森林類型多樣、景觀復(fù)雜。目前，針對(duì)廣西退耕還林實(shí)施效果尚未進(jìn)行深入研究，本文以廣西退耕還林工程涉及區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，試圖建立科學(xué)、全面、高效的效益評(píng)價(jià)體系對(duì)退耕還林工程進(jìn)行有效的評(píng)估。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣西退耕還林工程覆蓋面廣、地塊小而分散。主要分布在紅水河流域、珠江流域、西江流域，桂中、桂西南巖溶石山區(qū)以及桂北山地等。主要分為土山區(qū)和石山區(qū)，其中土山區(qū)以生態(tài)林樹種營(yíng)造混交型水源涵養(yǎng)林、水土保持林為主，樹種主要為桉樹、杉木、八角、松樹、竹子、相思、西南樺、大葉櫟、紅椎、板栗，核桃等；石山區(qū)以營(yíng)造生態(tài)經(jīng)濟(jì)型防護(hù)林為主，造林樹種主要為竹子、任豆、香椿、蘇木、喜樹、山葡萄、金銀花、木豆、獼猴桃等。

1.2 數(shù)據(jù)

廣西退耕還林生態(tài)效益監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于各工程區(qū)域林業(yè)部門上報(bào)的不同優(yōu)勢(shì)樹種（組）和林齡組等資源清查數(shù)據(jù)及廣西年度林草綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集。通過擬合主要樹種的生長(zhǎng)量模型[3]，對(duì)退耕還林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)研究區(qū)生態(tài)效益的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

1.3 方法

本研究從支持服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、供給服務(wù)三大社會(huì)和自然支持服務(wù)功能出發(fā)，全面、科學(xué)、合理地評(píng)估退耕還林工程所發(fā)揮的生態(tài)效益[4]，包含保育土壤、林木養(yǎng)分固持、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、凈化大氣、森林防護(hù)6類具體功能。評(píng)估模型如下：

（1）固土：

G固土為評(píng)估林分年固土量（t/年）；X1為退耕還林工程實(shí)施后土壤侵蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕；X2為退耕還林工程實(shí)施前土壤侵蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕；

A為林分面積（hm2）；F為森林生態(tài)功能修正系數(shù)（下同）。

（2）減少氮流失

式中：GN為退耕還林工程森林植被固持土壤而減少的氮流失量（t/年）；X1為退耕還林工程實(shí)施后土壤侵蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕；X2為退耕還林工程實(shí)施前土壤侵蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕；N為退耕還林工程森林植被土壤平均含氮量（%）。

（3）減少磷流失

式中：GP為退耕還林工程森林植被固持土壤而減少的磷流失量（t/年）；P為退耕還林工程森林植被土壤平均含磷量（%）。

（4）減少鉀流失

式中：GK為退耕還林工程森林植被固持土壤而減少的鉀流失量（t/年）；K為退耕還林工程森林植被土壤平均含鉀量（%）。

（5）減少有機(jī)質(zhì)流失

式中：G有機(jī)質(zhì)為退耕還林工程森林植被固持土壤而減少的有機(jī)質(zhì)流失量（噸/年）；M為退耕還林工程森林植被土壤平均有機(jī)質(zhì)含量（%）。

（6）氮固持

式中：G氮為植被固氮量（t/年）；N營(yíng)養(yǎng)為林木氮元素含量（%）；B年為評(píng)估林分年凈生產(chǎn)

力〔t/（hm2·年）〕。

（7）磷固持

式中：G磷為植被固磷量（t/年）；P營(yíng)養(yǎng)為林木磷元素含量（%）。

（8）鉀固持

式中：G鉀為植被固鉀量（t/年）；K營(yíng)養(yǎng)為林木鉀元素含量（%）。

（9）調(diào)節(jié)水量

式中：G調(diào)為評(píng)估林分年調(diào)節(jié)水量（m3/年）；

P為評(píng)估林外降水量（mm/年）；E為評(píng)估林分蒸散量（mm/年）；C為評(píng)估地表快速?gòu)搅髁浚╩m/年）。

（10）凈化水質(zhì)

式中：G凈為評(píng)估林分年凈化水量（m3/年）

（11）植被固碳

式中：G植被固碳為林分年固碳量（t/年）；R碳為二氧化碳中碳的含量，為27.27%；B年為評(píng)估林分年凈生產(chǎn)力〔t/（hm2·年）〕。

（12）土壤固碳

式中：G土壤固碳為評(píng)估林分對(duì)應(yīng)的土壤年固碳

量（t/年）；

S土壤為二氧化碳中碳的含量，為27.27%

（13）釋氧

式中：G氧氣為評(píng)估林分年釋氧量（t/年）；B年為評(píng)估林分年凈生產(chǎn)力〔t/（hm2·年）〕。

（14）提供負(fù)離子

式中：G負(fù)離子為評(píng)估林分年提供負(fù)離子個(gè)數(shù)（個(gè)/年）；

Q負(fù)離子為評(píng)估林分負(fù)離子濃度（個(gè)/cm3）；H為林分高度（m）；L為負(fù)離子壽命（min）。

（15）吸收二氧化硫

式中：G二氧化硫?yàn)樵u(píng)估林分年吸收二氧化硫

量（t/年）；Q二氧化硫?yàn)閱挝幻娣e評(píng)估林分年吸收二氧化硫量〔kg/（hm2·年）〕。

（16）吸收氟化物

式中：G氟化物為評(píng)估林分年吸收氟化物

量（t/年）；Q氟化物為單位面積評(píng)估林分年吸收氟化物量〔kg/（hm2·年）〕。

（17）吸收氮氧化物

式中：G氮氧化物為評(píng)估林分年吸收氮氧化物

量（t/年）；Q氮氧化物為單位面積評(píng)估林分年吸收氮氧化物量〔kg/（hm2·年）〕。

（18）滯納TSP

式中：GTSP為評(píng)估林分年滯納TSP量（t/年）；QTSP為單位面積評(píng)估林分年滯納TSP量〔kg/（hm2·年）〕。

（19）滯納PM10

式中：GPM10為評(píng)估林分年滯納PM10的量（kg/年）；

QPM10為評(píng)估林分單位葉面積滯納PM10的量（g/m2）；

n為年洗脫次數(shù)；LAI為葉面積指數(shù)（下同）

（20）滯納PM2.5

式中：GPM2.5為評(píng)估林分年滯納PM2.5的量（kg/年）；

QPM2.5為評(píng)估林分單位葉面積滯納PM2.5量（g/m2）

（21）防風(fēng)固沙

式中：G防風(fēng)固沙為森林防風(fēng)固沙物質(zhì)量（t/年）；

Y1為退耕還林工程實(shí)施后林地風(fēng)蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕；Y2為退耕還林工程實(shí)施前林地風(fēng)蝕模數(shù)〔t/（hm2·年）〕。

2 結(jié)果與分析

2.1 退耕還林生態(tài)效益總物質(zhì)量結(jié)果

2023年廣西退耕還林生態(tài)效益物質(zhì)量結(jié)果如表1所示，涵養(yǎng)水源、固碳（釋氧）、滯塵分別19.49億m3/年、

147.68（394.92）萬(wàn)t/年、2026.73萬(wàn)t/年。此外，在土壤保育和林木養(yǎng)分固持方面也起到了較大的作用，固土2924.20萬(wàn)t/年，土壤固氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)分別為3.14萬(wàn)t/年、4.00萬(wàn)t/年、26.35萬(wàn)t/年、60.49萬(wàn)t/年。

林木固氮、磷、鉀分別為14247.14 t/年、1250.43 t/年、7787.92 t/年。

各植被恢復(fù)模式各項(xiàng)指標(biāo)物質(zhì)量占比情況如圖1所示，退耕還林工程的三種植被恢復(fù)模式中，各項(xiàng)生態(tài)效益監(jiān)測(cè)指標(biāo)均為宜林地荒山造林生態(tài)效益物質(zhì)量最高，退耕還林模式次之，封山育林模式最低。

2.2 三種植被恢復(fù)模式單位面積物質(zhì)量結(jié)果

比較廣西退耕還林工程中三種植被恢復(fù)模式的各項(xiàng)生態(tài)效益指標(biāo)，單位面積物質(zhì)量存在較大的差異，如表2?；纳皆炝种脖换謴?fù)模式大多數(shù)指標(biāo)的單位面積物質(zhì)量均遠(yuǎn)高于退耕還林及封山育林模式，如土壤保育的五項(xiàng)指標(biāo)固土、固碳、固磷、固鉀、固有機(jī)質(zhì)，退耕還林模式較荒山造林分別低39.82%、36.36%、56.35%、57.74%、45.24%；封山育林模式較荒山造林分別低58.04%、143.15%、143.70%、145.10%、144.81%。其他生態(tài)效益監(jiān)測(cè)指標(biāo)與土壤保育基本一致。

3 結(jié)論與討論

廣西退耕還林工程發(fā)揮著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。一是對(duì)退耕區(qū)域內(nèi)的碳水循環(huán)、土壤性質(zhì)、大氣污染等都有著明顯的改善作用，每年固土2924.20萬(wàn)t，土壤固氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)分別為3.14萬(wàn)t、4.00萬(wàn)t、26.35萬(wàn)t、60.49萬(wàn)t。二是退耕區(qū)域涵養(yǎng)水源功能有較大提升，每年涵養(yǎng)水源超過19.49萬(wàn)t。三是該工程固碳效果明顯，土壤及林木每年固氮量達(dá)4.56萬(wàn)t。

本研究表明，廣西三種不同退耕還林植被恢復(fù)模式生態(tài)效益差異較大，荒山造林總物質(zhì)量最高，退耕還林次之，封山育林最低。總物質(zhì)量一方面受不同植被恢復(fù)模式的面積影響，另一方面與單位面積物質(zhì)量也有較大關(guān)系。此外，各區(qū)域退耕還林工程樹種組成、立地條件和氣象因子等也在一定程度上影響生態(tài)效益的物質(zhì)量。

廣西退耕還林工程雖然取得了較大成效，但是由于認(rèn)識(shí)不足、管護(hù)粗放、地塊分散等，導(dǎo)致工程效益存在一定的問題。根據(jù)退耕還林工程林分質(zhì)量調(diào)查摸底結(jié)果，退耕地生態(tài)效益較差的林分共1.3萬(wàn)hm2，占總面積的5.36%。在以后的研究中，應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)，鞏固退耕還林成果，實(shí)現(xiàn)退耕還林工程的可持續(xù)發(fā)展。

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