趙 碩,胡海波,馬 冰

(南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能評(píng)估研究

趙 碩,胡海波*,馬 冰

(南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

以江蘇省森林資源二類調(diào)查資料為基礎(chǔ)，采用水量平衡法對(duì)江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林的涵養(yǎng)水源功能進(jìn)行了評(píng)估及分析。結(jié)果表明：江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林年涵養(yǎng)水源總量為1.485×109m3/a。其中，徐州市、無錫市、南京市是涵養(yǎng)水源量較大的城市；不同區(qū)域表現(xiàn)為蘇北>蘇南>蘇中；在不同林分類型中，涵養(yǎng)水源量較大的是楊樹、硬闊林類、混交林和竹林。全省重點(diǎn)生態(tài)公益林年單位面積涵養(yǎng)水源量為4 936.33 m3/(a·hm2)，南通市、鎮(zhèn)江市、無錫市分別排在前列；不同區(qū)域排序?yàn)樘K南>蘇中>蘇北；單位面積涵養(yǎng)水源量較大的林分分別為硬闊林類、混交林、櫟類、軟闊林類和竹林。

涵養(yǎng)水源；重點(diǎn)生態(tài)公益林；江蘇省

水資源短缺和水污染問題被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的資源和環(huán)境問題之一，由于森林資源與水資源的密切關(guān)系，森林的涵養(yǎng)水源功能引起了人們的高度重視。大量研究表明，涵養(yǎng)水源功能在森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中價(jià)值貢獻(xiàn)最大[2-12]。森林涵養(yǎng)水源是指森林對(duì)降水的截留、吸收和貯存，將地表水轉(zhuǎn)為地表徑流或地下水的作用[13]，其主要功能表現(xiàn)為攔蓄降水、調(diào)節(jié)徑流、影響降雨量、增加可利用水資源和凈化水質(zhì)等方面。因此，對(duì)涵養(yǎng)水源功能深入研究對(duì)于解決水資源及環(huán)境問題具有重要的理論和實(shí)踐意義。

江蘇省是我國經(jīng)濟(jì)大省，正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源和環(huán)境的壓力日趨增大，森林涵養(yǎng)水源功能所發(fā)揮的重要作用也更為突出。重點(diǎn)生態(tài)公益林作為森林的一部分，對(duì)國土生態(tài)安全、生物多樣性保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。本文運(yùn)用水量平衡法對(duì)江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)比分析了不同城市、區(qū)域及不同林分類型的涵養(yǎng)水源功能，可為江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林建設(shè)和可持續(xù)經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

江蘇省位于我國大陸東部沿海中心，介于東經(jīng)116°18′～121°57′，北緯30°45′～35°20′之間。東瀕黃海，西連安徽，北接山東，東南與浙江和上海毗鄰?？缃瓰I海，平原遼闊，水網(wǎng)密布，湖泊眾多。平原、水域、低山丘陵面積分別占69%，17%，14%。地處亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，具有明顯的季風(fēng)特征，氣候溫和，四季分明，年平均氣溫13～16 ℃，降雨分布不均，年平均降雨量1 000 mm左右。

1.2 森林資源概況

根據(jù)江蘇省森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)[14]，江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林總面積34.70 萬 hm2，本研究評(píng)估的林地為其中的有林地(喬木林、竹林)及灌木林地，總面積30.07 萬 hm2。其中，南京市3.18 萬 hm2；無錫市3.21萬hm2；徐州市6.11 萬 hm2；常州市1.37 萬 hm2；蘇州市1.88 萬 hm2；南通市1.03 萬 hm2；連云港市2.90 萬 hm2；淮安市3.18 萬 hm2；鹽城市1.51 萬 hm2；揚(yáng)州市1.16 萬 hm2；鎮(zhèn)江市2.04 萬 hm2；泰州市0.49 萬 hm2；宿遷市2.01 萬 hm2。按喬木林各齡組優(yōu)勢(shì)樹種歸并后劃分為：馬尾松1.83 萬 hm2；火炬松、濕地松0.98 萬 hm2；其他松類1.03 萬 hm2；柏1.63 萬 hm2；杉木0.91 萬 hm2；其他杉類0.53 萬 hm2；混交林2.53 萬 hm2；櫟類0.71 萬 hm2；硬闊類3.00 萬 hm2；楊樹10.38 萬 hm2；軟闊類0.75 萬 hm2；其他樹種1.33 萬 hm2；竹林1.88 萬 hm2；灌木林2.58 萬 hm2。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集方法

重點(diǎn)生態(tài)公益林基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于2007～2009年間統(tǒng)計(jì)完成的江蘇省森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)[14]；降雨量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù)主要來源于國家林業(yè)局長(zhǎng)江三角洲城市森林生態(tài)站的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料、江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒[15]以及國內(nèi)外公開發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)資料。

2.2 評(píng)估方法

目前，森林涵養(yǎng)水源功能評(píng)估方法主要有：非毛管孔隙度蓄水量法、林冠截留剩余量法、年徑流量法和水量平衡法4種。其中，非毛管孔隙度蓄水量法和林冠截留剩余量法都忽略了森林蒸散以及地表徑流的影響，不能很好地反映森林土壤調(diào)節(jié)水量的真實(shí)情況；年徑流量法則是建立在假設(shè)森林涵養(yǎng)水源量等于林區(qū)內(nèi)年徑流量，林地與其他類型土地(耕地、荒山等)每年蒸散耗水量相同的條件下，最終的計(jì)算結(jié)果誤差較大[16]。

水量平衡法是指區(qū)域水量輸入和輸出的差值，從水量平衡的角度出發(fā)，降水量與森林蒸散量以及其他消耗的差即為水源涵養(yǎng)量[17]。水量平衡法是研究水源涵養(yǎng)機(jī)理的基礎(chǔ)[18]，可以充分體現(xiàn)區(qū)域降水分配情況，能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)算出水源涵養(yǎng)量。雖然此方法本身也存在一定的局限性，但從理論上來說是計(jì)算水源涵養(yǎng)量的最佳方法，也是目前使用頻率最高的方法[16]。因此，本研究選用水量平衡法對(duì)江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能進(jìn)行評(píng)估。

2.3 計(jì)算方法

以江蘇省森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算出不同林分類型的涵養(yǎng)水源量，求和后得到重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源總量，采用如下計(jì)算公式：

G調(diào)=10 ∑Ai(Pi-Ei-Ci)

公式中，G調(diào)為林分調(diào)節(jié)水量功能，單位m3/a；Ai為林分類型i的林分面積，單位hm2。Pi為林分類型i的林外年降水量，單位mm/a；Ei為林分類型i的林分年蒸散量，單位mm/a；Ci為林分類型i的地表徑流量，單位mm/a。

3 結(jié)果與分析

江蘇省森林資源二類調(diào)查于2007～2009年間統(tǒng)計(jì)完成，因此降水量采用全省2007～2009年3 a降水量平均值，據(jù)江蘇統(tǒng)計(jì)年鑒[15]記載，江蘇省13市2007～2009年平均降水量為846～1 182.7 mm(見表1)，由各市年降水量可得到各市所分布的林分類型的年降水量。

表1 江蘇省各市降水量

由于缺少年蒸散量的相關(guān)研究數(shù)據(jù)資料，未收集到江蘇省各市重點(diǎn)生態(tài)公益林所有林分類型的準(zhǔn)確年蒸散量，因此根據(jù)各林分類型年蒸散量占年降水量的比例及各地年降水量分別算出相應(yīng)地區(qū)林分的蒸散量。據(jù)國家林業(yè)局長(zhǎng)江三角洲城市森林生態(tài)定位站資料和相關(guān)文獻(xiàn)[19]中數(shù)據(jù)，江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林主要林分類型的年蒸散量占年降水量的比例分別為：馬尾松51.3%；火炬松、濕地松54.82%；其他松類55.61%；柏54.4%；杉木60.1%；其他杉類58.90%；混交林46.44%；櫟類42.70%；硬闊類37.4%；楊樹47.79%；軟闊類45.8%；其他樹種41.65%；竹林50.50%。因長(zhǎng)江三角洲城市森林生態(tài)定位站對(duì)灌木林蒸散量的相關(guān)研究資料不全，故根據(jù)我國學(xué)者對(duì)森林蒸散量的研究進(jìn)行估計(jì)，我國森林區(qū)域的年蒸散量占年總降水量的30%～80%[20]，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[21-23]最終取55.0%作為灌木林年蒸散量占年降水量的比例。由上述年蒸散量占總降水量的比例與各市降水量相乘可分別得出相應(yīng)地區(qū)林分的蒸散量。

據(jù)國家林業(yè)局長(zhǎng)江三角洲城市森林生態(tài)定位站資料，江蘇省某些特殊地形地貌的林地(如坡度較大且地表覆蓋物少的林地)在遭遇大暴雨時(shí)會(huì)產(chǎn)生地表徑流，但由于江蘇省總體地形坡度不大、土層深厚，從全省全年這一大尺度來看江蘇省林區(qū)總體地表徑流量非常小可忽略不計(jì)，另外我國許多學(xué)者在運(yùn)用水量平衡法對(duì)全國或區(qū)域范圍內(nèi)森林涵養(yǎng)水源功能的研究中，也同樣對(duì)地表徑流進(jìn)行了忽略[2-6]，因此本研究中忽略地表徑流。根據(jù)上述數(shù)據(jù)及公式計(jì)算出江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林年涵養(yǎng)水源總量為1.485×109m3/a，單位面積涵養(yǎng)水源量4 936.33 m3/(a·hm2)。

3.1 不同城市涵養(yǎng)水源功能

江蘇省共轄1個(gè)副省級(jí)城市(南京市)、12個(gè)地級(jí)市，不同城市涵養(yǎng)水源功能見圖1。由圖1可知：涵養(yǎng)水源功能最大的城市是徐州市2.29×108m3/a，占總功能的15.41%，其次分別為無錫市1.75×108m3/a；南京市1.70×108m3/a；淮安市1.66×108m3/a；連云港市1.33×108m3/a；鎮(zhèn)江市1.14×108m3/a；宿遷市1.06×108m3/a；蘇州市1.01×108m3/a，上述8個(gè)市功能之和占全省的80.42%，為江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能的主要貢獻(xiàn)城市，而其余5個(gè)城市所占比例較小，其中最小的為泰州市0.25×108m3/a，僅占1.68%。從單位面積水源涵養(yǎng)功能來看，南通市最大5 686.43 m3/(a·hm2)，其次分別為：鎮(zhèn)江市5 614.92 m3/(a·hm2)；無錫市5 447.99 m3/(a·hm2)；蘇州市5 397.08 m3/(a·hm2)；南京市5 336.38 m3/(a·hm2)；常州市5 336.17 m3/(a·hm2)，其余7個(gè)城市單位面積涵養(yǎng)水源量均小于5 300 m3/(a·hm2)。

圖1 不同城市重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能

3.2 不同區(qū)域涵養(yǎng)水源功能

按照地理位置將江蘇省劃分為蘇南、蘇中、蘇北3大區(qū)域，蘇南包括南京、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江5市；蘇中包括揚(yáng)州、泰州、南通3市；蘇北為其余5市：徐州、連云港、鹽城、淮安、宿遷。研究結(jié)果如表2所示：涵養(yǎng)水源功能蘇北(7.06×108m3/a)>蘇南(6.34×108m3/a)>蘇中(1.45×108m3/a)，其中蘇南和蘇北功能之和占總功能的90.23%，是江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能的主要貢獻(xiàn)區(qū)域。單位面積涵養(yǎng)水源功能則為蘇南[5 425.43 m3/(a·hm2)]>蘇中[5 413.95m3/(a·hm2)]>蘇北[4 491.58 m3/(a·hm2)]。

表2 不同區(qū)域重點(diǎn)公益林涵養(yǎng)水源功能

3.3 不同林分類型涵養(yǎng)水源功能

江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林按喬木林各齡組優(yōu)勢(shì)樹種可劃分為：馬尾松、國外松、其他松類、柏、杉木、其他杉類、混交林、櫟類、硬闊類、楊樹、軟闊類、其他樹種、竹林、灌木林14種林分類型。通過圖2可知，涵養(yǎng)水源功能最大的林分類型是楊5.05×108m3/a，其次為硬闊類1.96×108m3/a；混交林1.60×108m3/a；竹林1.02×108m3/a；馬尾松0.99×108m3/a，以上這5種類型林分功能之和占總功能的71.47%，是涵養(yǎng)水源功能的主要貢獻(xiàn)者。而單位面積功能最大的為硬闊類6 526.82 m3/(a·hm2)，其次為混交林6 312.79 m3/(a·hm2)、櫟類5 956.12 m3/(a·hm2)、軟闊類5 614.61 m3/(a·hm2)、竹林5 421.70 m3/(a·hm2)、馬尾松5 391.39 m3/(a·hm2)、國外松5 142.38 m3/(a·hm2)，其余7種林分均小于5 000 m3/(a·hm2)。

圖2 重點(diǎn)生態(tài)公益林不同林分類型涵養(yǎng)水源功能

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林年涵養(yǎng)水源總量1.485×109m3/a，單位面積年涵養(yǎng)水源量4 936.33 m3/(a·hm2)。

(2)徐州市、無錫市、南京市是江蘇省重點(diǎn)公益林涵養(yǎng)水源功能的最主要貢獻(xiàn)城市，涵養(yǎng)水源量分別為2.29×108，1.75×108，1.70×108m3/a；而單位面積水源涵養(yǎng)功能較大的是南通市5 686.43 m3/(a·hm2)、鎮(zhèn)江市5 614.92 m3/(a·hm2)、無錫市5 447.99 m3/(a·hm2)。

(3)不同區(qū)域重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能蘇北(7.06×108m3/a)>蘇南(6.34×108m3/a)>蘇中(1.45×108m3/a)，單位面積涵養(yǎng)水源功能則為蘇南[5 425.43 m3/(a·hm2)]>蘇中[5 413.95 m3/(a·hm2)]>蘇北[4 491.58 m3/(a·hm2)]。

(4)在不同林分類型中，楊、硬闊類、混交林、竹林的涵養(yǎng)水源功能貢獻(xiàn)較大；而從單位面積涵養(yǎng)水源功能來看，貢獻(xiàn)較大的為硬闊類、混交林、櫟類、軟闊類和竹林。

4.2 討論

將江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源總量數(shù)字化可以直觀地反映其巨大的涵養(yǎng)水源功能，提高人們對(duì)重點(diǎn)生態(tài)公益林的保護(hù)意識(shí)。另外，江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林僅占全省林業(yè)用地面積的19.43%，從而可以預(yù)測(cè)到江蘇省森林資源具有更大的涵養(yǎng)水源功能。

江蘇省13個(gè)市重點(diǎn)生態(tài)公益林總面積排序?yàn)椋盒熘菔?無錫市>南京市>淮安市>連云港市>鎮(zhèn)江市>宿遷市>蘇州市>鹽城市>常州市>揚(yáng)州市>南通市>泰州市，涵養(yǎng)水源總功能的大小與各市重點(diǎn)公益林面積大小基本保持一致。但單位面積功能量卻有所不同，江蘇省地處亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，氣候及土壤類型呈地帶性變化，降雨量從南到北逐漸減少，林分類型隨土壤類型變化而南北不同。另外，江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平南部高于北部，各市對(duì)于重點(diǎn)公益林的投入也有較大差別。因此，各市單位面積涵養(yǎng)水源功能總體上呈現(xiàn)由南向北減少的趨勢(shì)。

蘇北地區(qū)重點(diǎn)生態(tài)公益林面積占江蘇省重點(diǎn)公益林總面積的52.27%，即江蘇省1/2以上的重點(diǎn)生態(tài)公益林位于蘇北，因此該區(qū)域森林涵養(yǎng)水源總功能也最大。但單位面積功能卻最小，這主要是因?yàn)樘K北地區(qū)降雨量較蘇南地區(qū)少，如：蘇北的徐淮平原區(qū)(包括徐州市、宿遷市、連云港市及淮安市)屬資源型缺水地區(qū)，即使在平水年分仍缺水嚴(yán)重；沿海平原區(qū)(包括鹽城市、南通市)的淡水資源相對(duì)不足，地下水礦化度較高，部分區(qū)域土壤鹽堿化程度較高。由于水資源及土壤類型的限制，蘇北地區(qū)林分類型較單一，混交林比例不高，生物多樣性差，易發(fā)生病蟲害，林分質(zhì)量整體較差。再加之南北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡等原因，最終導(dǎo)致單位面積生態(tài)公益林涵養(yǎng)水源功能南、北地區(qū)差異較大。

在江蘇省重點(diǎn)公益林14種林分類型中，楊樹、硬闊類、混交林和竹林面積較大，是江蘇省重點(diǎn)公益林的主要優(yōu)勢(shì)樹種，涵養(yǎng)水源功能總量也較大。但單位面積功能則與林種本身生態(tài)學(xué)特性及分布地域、林齡結(jié)構(gòu)、經(jīng)營管理等因素有關(guān)，例如楊樹由于面積最大，涵養(yǎng)水源總功能位列第一，但單位面積涵養(yǎng)水源功能卻僅排第8位，其原因是：①楊樹作為適應(yīng)性最強(qiáng)的速生樹種在蘇北地區(qū)大面積種植，該地區(qū)重點(diǎn)生態(tài)公益林中楊樹面積占 85.42%，但由于楊樹多為純林，林分結(jié)構(gòu)單一，整體質(zhì)量偏低；②楊樹幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林所占面積比例分別為 23.31%，66.5%，8.84%，1.28%，0.07%，幼齡林和中齡林所占比例過大，而近熟林和成熟林比例過小，林齡結(jié)構(gòu)不合理；③一些地區(qū)的林分缺乏經(jīng)營管理，林分質(zhì)量較差。以上各因素導(dǎo)致楊樹單位面積涵養(yǎng)水源功能較低。

5 建議

(1)優(yōu)化林分結(jié)構(gòu)。各地區(qū)根據(jù)現(xiàn)有重點(diǎn)公益林的特點(diǎn)，因地制宜地優(yōu)化本區(qū)域林分結(jié)構(gòu)。在當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件允許的情況下，加大對(duì)單位面積涵養(yǎng)水源功能較大的林分類型的造林面積，并適當(dāng)增加混交林比例；對(duì)林分面積較大但單位面積涵養(yǎng)水源功能較小的林分及時(shí)調(diào)整林分類型及林齡結(jié)構(gòu)，并加強(qiáng)經(jīng)營管理；而對(duì)于總功能及單位面積功能均位于前列的林分如硬闊類、混交林和竹林，可作為江蘇省重點(diǎn)生態(tài)公益林重點(diǎn)推廣的林分類型。

(2)加強(qiáng)撫育管理。加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)生態(tài)公益林的撫育管理，停止一切經(jīng)營性采伐；定期對(duì)幼齡林和中齡林進(jìn)行撫育采伐；對(duì)過熟林進(jìn)行更新采伐；對(duì)質(zhì)量較差的林分進(jìn)行低效林改造，提高其涵養(yǎng)水源功能，并且注重防火、防病蟲害等工作。

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Theassessmentonwaterconservationfunctionofthekeynon-commercialforestinJiangsuProvince

ZHAO Shuo, HU Hai-bo*, MA Bing

(Collaborative Innovation Center of the Southern Modern Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Based on the data of the second forest resource inventory collected in Jiangsu Province, the water conservation function of the key non-commercial forest in Jiangsu Province was evaluated and analyzed by means of the water balance method.The results showed that the total amount of water conservation was 1.485×109m3/a in the key non-commercial forest in Jiangsu Province.The area with large water conservation functioned by the key non-commercial was confined within Xuzhou, Wuxi and Nanjing.The amount of water conservation was, in descending order, Subei, Sunan and then Suzhong.The forest types with large water conservation function were poplar, hard broadleaf,mixed forest and bamboo.The amount of water conservation was 4 936.33 m3/(a·hm2) per unit area in the key non-commercial forest in Jiangsu Province.The cities with large amount of water conservation per unit area were Nantong, Zhenjiang and Wuxi.The amount of water conservation per unit area, in descending order, was Sunan, Suzhong and then Subei.The forest types with large amount of water conservation per unit area were hard broadleaf mixed forest, quercus, soft broadleaf forest and bamboo.

Water conservation; Key non-commercial forest；Jiangsu Province

1001-7380(2014)04-0015-06

2014-04-15;

2014-05-10

國家林業(yè)局重點(diǎn)項(xiàng)目“長(zhǎng)江三角洲城市森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究項(xiàng)目”(2001-5)

趙 碩(1987-)，女，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰市人，碩士生，研究方向：林業(yè)生態(tài)工程。E-mail:iashuo@sina.com。

*通信作者：胡海波(1964-)，男，江蘇寶應(yīng)縣人，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：水土保持、林業(yè)生態(tài)工程、城市生態(tài)。E-mail:huhb2000@aliyun.com。

S727.21

A

10.3969/j.issn.1001-7380.2014.04.004