劉基霞 姚任圖 邵華亮 吳家森 曾小翠

摘 要：以浙江省江山市公益林地為研究對象，依據(jù)公益林固定樣地和小班等實測數(shù)據(jù)，對不同林分枯落物層和土壤層涵養(yǎng)水源能力和價值進(jìn)行定量測算和分析。結(jié)果表明：江山市公益林不同林分類型枯落物的效攔蓄量表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞松木林＞毛竹林；在相同深度土層中，土壤的物理性質(zhì)和持水量差異不太明顯；土壤層貢獻(xiàn)了超99%的林地涵養(yǎng)水源量；涵養(yǎng)水源能力強(qiáng)弱表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞毛竹林＞杉木林＞針葉混交林＞松木林＞灌木林。全市公益林年涵養(yǎng)水源總量為18 778.69萬t，年涵養(yǎng)水源價值量為19.79億元，單位面積涵養(yǎng)水源量約2 813 t·hm-2，單位面積價值量約2.97萬元·hm-2。江山市公益林涵養(yǎng)水源能力較強(qiáng)的區(qū)域為東部，北部的涵養(yǎng)水源能力相對較弱。

關(guān)鍵詞：公益林；涵養(yǎng)水源功能；枯落物；土壤；江山市

中圖分類號：S 718.5 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ??文章編號：0253-2301（2023）01-0066-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.01.010

Water Conservation Function and Value Evaluation of Public Welfare Forest Landin Jiangshan City of Zhejiang Province

LIU Ji-xia1，2， YAO Ren-tu3， SHAO Hua-liang4， WU Jia-sen1*， ZENG Xiao-cui5

（1. College of Environment and Resources， Zhejiang A & F University， Hangzhou， Zhejiang 311300， China;

2. Qingyuan County Bureau of Agriculture and Rural Areas， Lishui， Zhejiang 323800， China; 3. Zhejiang Master

Station of Public Welfare Forest and State-owned Forest Farm Management， Hangzhou， Zhejiang

310020， China; 4. Jiangshan Forestry Bureau， Jiangshan， Zhejiang 324100， China;

5. Jiande Forestry Bureau， Jiande， Zhejiang 311600， china）

Abstract： By taking the public welfare forest land in Jiangshan City of Zhejiang Province as the research object， based on the measured data of fixed sample plots and sublot of public welfare forest， the water conservation capacity and value of litter layer and soil layer in different forest stands were quantitatively measured and analyzed. The results showed that the effective interception amount of litter in different forest types of public welfare forest in Jiangshan City was coniferous and broad-leaved mixed forest>broad-leaved forest>Chinese fir forest>pine forest>moso bamboo forest. In the same depth of soil layer， the difference of soil physical properties and water holding capacity was not obvious. The soil layer contributed more than 99% of the water conservation quantity of forest land. The order of water conservation ability was coniferous and broad-leaved mixed forest>broad-leaved forest>moso bamboo forest>Chinese fir forest>coniferous mixed forest>pine forest>shrub forest. The total annual water conservation quantity of public welfare forests in the whole city was 18 7，7869 million tons， with the value quantity of 1.979 billion yuan. The water conservation quantity per unit area was about 2 813 t·hm-2， and the value quantity per unit area was about 29，700 yuan·hm-2. In Jiangshan City， the water conservation capacity of public welfare forest was stronger in the east， while the water conservation capacity of public welfare forest in the north was relatively weak.

Key words： Public welfare forest； Water conservation function； Litter； Soil； Jiangshan City

公益林是指為維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，保持生態(tài)平衡，保護(hù)生物多樣性等滿足人類社會的生態(tài)、社會需求和可持續(xù)發(fā)展為主體功能，依據(jù)生態(tài)區(qū)位重要性劃定的森林、林木、林地。國家級公益林的重要生態(tài)區(qū)位包括了江河源頭、江河兩岸、重要濕地與水庫［1］，浙江省省級公益林的重要生態(tài)區(qū)位包括了主要河流源頭及兩岸、大中型水庫湖泊、飲用水源保護(hù)地，可見公益林在涵養(yǎng)水源、水土保持方面發(fā)揮著重要作用。

森林生態(tài)系統(tǒng)通過其自身各個部分、各個層次作用于當(dāng)?shù)厮h(huán)境，對其水文過程產(chǎn)生影響，主要發(fā)揮功能的是林冠層、枯落物層和土壤層三層結(jié)構(gòu)，水源涵養(yǎng)功能就集中體現(xiàn)在這三層結(jié)構(gòu)上，尤其是地下的枯落物層和土壤層，水源涵養(yǎng)能力超過整個森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力的90%［2］。同時，不同林分對水源涵養(yǎng)功能存在不同程度的影響，了解和分析不同林分的影響程度和特征，對本地區(qū)森林經(jīng)營和培育具有較好的指導(dǎo)意義。

江山市地處中亞熱帶北部濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨水充沛，是浙江省受洪澇、泥石流等自然災(zāi)害影響嚴(yán)重的縣（市）之一，現(xiàn)有重點公益林面積6.67萬hm2，自2004年實施生態(tài)效益補(bǔ)償制度以來，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)從75元·hm-2提高到目前的600元·hm-2。探究公益林建設(shè)和不同林分下的枯落物層和土壤層的涵養(yǎng)水源能力有多強(qiáng)？公益林補(bǔ)償資金的投入在水源涵養(yǎng)方面產(chǎn)出了多少生態(tài)價值？對回答公益林建設(shè)的意義和成效具有重要的科學(xué)意義。因此本文選擇該地區(qū)公益林中的典型森林類型為研究對象，對其枯落物層含水特征和能力、土壤

層物理性質(zhì)和含水能力，及兩層結(jié)構(gòu)水源涵養(yǎng)產(chǎn)生的生態(tài)效益進(jìn)行測算、分析和評價，為當(dāng)?shù)亓謽I(yè)部門的實際工作提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

江山市（E118°22′37″～118°48′48″，N28°15′26″～28°53′27″）位于浙江省西南部，素有“七山一水二分田”之稱。地勢東南高，西北低，中部為河谷地帶。受地形影響，兼有盆地氣候的某些特點，冬夏季風(fēng)交替明顯，四季冷暖干濕分明，光照充足，降雨充沛，年降雨量在2 000 mm以上。年徑流總量22.8億m3，其中地表徑流20.5億m3，地下徑流2.3億m3。自然植被有常綠闊葉林、針闊葉混交林、針葉林、灌叢4個組、7個類型、15個群系；木本植物87科、232屬、643種。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置

根據(jù)流域地形、土壤、植被、齡組等選取典型公益林區(qū)域，以長勢正常的松木林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、竹林5種不同林分類型作為研究對象。為減少樣本區(qū)域的差異，采用相鄰樣地比較法進(jìn)行采樣分

析［3］。結(jié)合前期江山市公益林固定樣地布設(shè)情況，在代表性的地段復(fù)測78個20 m×20 m的公益林固定樣地，基本情況見表1。對樣地內(nèi)胸徑大于5 cm的樣木進(jìn)行每木檢尺，測量記錄單木胸徑、樹齡、樹高等測樹因子，樣地坡向、坡度、郁閉度等地形林分因子。

2.2 樣品采集和分析

枯落物采集和分析：在各樣地4個角及中心位置布設(shè)5個1 m×1 m的枯落物小樣方，共布設(shè)枯落物小樣方390個。用鋼卷尺測量枯落物的厚度，同時收集樣方內(nèi)所有未分解層枯落物，帶回實驗室進(jìn)行分析。測定枯落物樣品濕質(zhì)量，在85℃烘箱中烘干后測定干質(zhì)量，計算枯落物單位面積儲量，同時采用室內(nèi)浸泡法［4］測定枯落物吸水速率、最大持水量；采用有效攔蓄量估算枯落物對降水的實際攔蓄量［5］。

土壤采集和分析：各樣地在西南角枯落物采集樣方內(nèi)，挖取土壤剖面，采集0～30、30～60 cm土層的容重圈原狀樣品，帶回實驗室測定土壤容重、非毛管孔隙度，并計算總孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量［6］，本研究共采集土壤樣品152個，其中0～30 cm土層78個，30～60 cm土層74個。

2.3 涵養(yǎng)水源功能測算方式和計算公式

小班是內(nèi)部特征基本一致，與相鄰地段有明顯差別的地段，是森林資源清查和經(jīng)營利用的基本單位。全市的涵養(yǎng)水源功能采用基于小班數(shù)據(jù)的分布式測算方法進(jìn)行評估，具體測算過程如下：（1）一級測算單元劃分：根據(jù)浙江省江山市森林資源“一張圖”小班數(shù)據(jù)，將江山市所有公益林地塊按優(yōu)勢樹種，劃分松木林、杉木林、闊葉林、針闊混交林、針葉混交林、竹林、灌木林等7個林分類型為一級測算單元；（2）二級測算單元劃分：每個一級測算單元又按按齡組劃分為幼齡林、中齡林、近熟林、成熟林和過熟林等5個二級測算單元，其中竹林和灌木林不設(shè)二級測算單元。最終確定27個公益林涵養(yǎng)水源功能評估單元及面積大小。其中針葉混交林測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取松木林、杉木林的均值，灌木林取全省均值；（3）數(shù)據(jù)尺度的轉(zhuǎn)換：進(jìn)行由點到面的數(shù)據(jù)尺度轉(zhuǎn)換，將點上實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至小班面上測算數(shù)據(jù)，即可得到各水源涵養(yǎng)評估單元的測算數(shù)據(jù)；（4）以上單元數(shù)據(jù)累加的結(jié)果即為江山市公益林涵養(yǎng)水源功能測算結(jié)果。結(jié)果分析時，合并多個測算單元進(jìn)行分析。

林地水源涵養(yǎng)能力＝枯落物涵養(yǎng)水源實物量（最大攔蓄量）＋土壤涵養(yǎng)水源實物量［7］。其中土壤涵養(yǎng)水源實物量采用土壤蓄水能力法測算，公式為［8］：

G調(diào)=Ki（Hi-H0）×Ai（1）

式（1）中： G調(diào)為測算單元i的調(diào)節(jié)水量，單位：t；Ki為調(diào)整系數(shù)，對基本參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚驼{(diào)整，以提高評估的準(zhǔn)確性和合理性；Hi為測算單元（或樣地類型）i的年平均持水量，數(shù)據(jù)來自樣地0～60 cm土層的實測數(shù)據(jù)，單位：t·hm-2，由于樣地數(shù)量限制未能較好計算二級測算單元的平均蓄水能力Hi，因此調(diào)節(jié)水量計算利用調(diào)整系數(shù)做調(diào)整；H0為無林地的年平均持水量，單位：t·hm-2，取自全省平均數(shù)值；A為測算單元i面積，單位：hm2。

水源涵養(yǎng)價值量采用替代成本法計算，包括：調(diào)節(jié)水量和凈化水質(zhì)價值［9］。調(diào)節(jié)水量價值相當(dāng)于等容量水庫建設(shè)庫容投資和凈化水的費用。單位庫容投資參考第8次森林生態(tài)系統(tǒng)評估［10］取值，為8.44元·t-1，凈化水的費用，采用江山市居民用水價格的第二級價格2.1元·t-1。

2.4 調(diào)整系數(shù)計算

調(diào)整系數(shù)計算步驟如下：（1）根據(jù)小班數(shù)據(jù)，計算各小班的綜合得分值，公式如下：

Y=∑8j=1WjXj（2）

式（2）中：Xj為第j項評價因子的類型得分值，類型1，2，3分別取1分，2分，3分，參考森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程［11］，評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。Wj為各評價因子的權(quán)重。

（2）計算每個小班的森林生態(tài)功能指數(shù)，即綜合得分值的倒數(shù)：

Bj=1∑WjXj（3）

（3）計算每個測算單元的平均生態(tài)功能指數(shù)：

j=∑ni=1Bini（4）

式中，i為測算單元i的平均森林生態(tài)功能指數(shù)； 為測算單元i中各小班的生態(tài)功能指數(shù)； 為測算單元i中小班數(shù)

（4）計算各測算單元的調(diào)整系數(shù) Ki：

Ki=i（5）

i為江山市二級測算單元i的平均生態(tài)功能指數(shù)；為全省森林的平均生態(tài)功能指數(shù)，該數(shù)據(jù)來源于“2020年浙江省森林資源及其生態(tài)功能價值公告”，取值0.5151，具體為資源連續(xù)清查全省所有固定樣地調(diào)查取平均數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同林分類型枯落物厚度和儲量

枯落物儲量受積累年限、分解速度、輸入量等方面的影響。不同樹種組成、森林植被類型影響著枯落物的輸入量；林分結(jié)構(gòu)和森林區(qū)域氣候影響著枯落物的分解速度。由表3可知，江山市公益林中5種典型林分類型的單位面積枯落物儲量變化范圍為11.68～25.64 t·hm-2，表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞松木林＞杉木林＞毛竹林，且針闊混交林的單位面積枯落物儲量比毛竹林高119.52%，經(jīng)Duncan檢驗，毛竹林枯落物儲量顯著低于其他4種林分類型（P＜0.05），其他林分之間差異不顯著；不同類型枯落物厚度在1.14～2.26 cm，其大小排序和枯落物儲量大小排序一致。

3.2 不同林分類型枯落物持水蓄水能力

枯落物直接覆蓋在林地表面，吸收降水的同時能有效吸收減弱降水對林地土壤的動能沖擊；同時，枯枝落葉在土壤中不斷氧化分解，改良了土壤性質(zhì)，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤滲透性。最大持水率以枯落物浸泡24 h后的持水率表示，由表4可知，枯落物最大持水率介于114.45%～177.74%，表現(xiàn)為毛竹林＞闊葉林＞杉木林＞針闊混交林＞松木林，其中毛竹林下枯落物的最大持水率是松木林的1.5倍，松木林顯著低于除針闊混交林外的其他3種林分類型；不同林分的枯落物最大持水量變化在20.64～33.42 t·hm-2，表現(xiàn)為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞松木林＞毛竹林，其中毛竹林的最大持水量顯著低于其他4種林分（P<0.05）。

最大持水量和最大持水率往往反映的是枯落物層持水能力的理想狀態(tài)，用這2個指標(biāo)估算枯落物的現(xiàn)實持水能力通常會高估，可通過有效攔蓄量來表示枯落物對降水的實際攔蓄持水能力［12］。由表4可知，不同林分枯落物的有效攔蓄率介于87.37%～126.41%，表現(xiàn)為毛竹林＞杉木林＞闊葉林＞針闊混交林＞松木林，毛竹林有效攔蓄率顯著高于松木林（P＜0.05），相差45%，其余林分差異不顯著。不同林分的枯落物有效攔蓄量大小依次為針闊混交林＞闊葉林＞杉木林＞松木林＞毛竹林，其中毛竹林的有效攔蓄顯著低于其他4種林分（P＜0.05），最大的針闊混交林與最小的毛竹林之間的相差68%。

3.3 不同林分類型土壤物理性質(zhì)和持水性能

土壤層是森林涵養(yǎng)水源的主體，土壤容重反映土壤的松緊程度、孔隙狀況，土壤孔隙影響土壤通氣性、透水性，土壤孔隙度越大，土壤持蓄水能力越強(qiáng)。土壤非毛管孔隙能較快容納降水并及時下滲，非毛管孔隙中滯留的重力水在調(diào)蓄水方面的作用更為重要，

更加有利于涵養(yǎng)水源，因此林地土壤的蓄水能力強(qiáng)弱一般以飽和持水量、非毛管持水量等作為評價指標(biāo)［13］。從表5可以看出，0～30 cm土層土壤容重范圍區(qū)間為1.06～1.19 g·cm-3，30～60 cm土層土壤容重范圍區(qū)間為1.08～1.25 g·cm-3，所有林分均表現(xiàn)出土層深度越深，土壤容重呈現(xiàn)增大的趨勢，而總孔隙度呈現(xiàn)降低的趨勢。在相同深度土層中，土壤容重、總孔隙度和土壤的最大持水量均不存在顯著性差異（P＞0.05）。但在30～60 cm土層深度時，針闊混交林的土壤非毛管孔隙度、非毛管持水量顯著低于毛竹林和杉木林（P＜0.05），其余林分類型土壤以及不同林分在0～30 cm深度的土壤差異并不顯著（P＞0.05）。在5種林分類型中，土壤容重排序表現(xiàn)為松木林＞針闊混交林＞杉木林＞闊葉林＞毛竹林，總平均孔隙度（0～60 cm）的排序大小為：毛竹林＞闊葉林＞杉木林＞針闊混交林＞松木林。可能的主要原因是松木林的根系分布較淺、根系相對闊葉樹種更細(xì)，導(dǎo)致土層更為緊實，而闊葉樹種的根系較為發(fā)達(dá)，毛竹林的竹鞭更是在土壤中穿插生長力極強(qiáng)，導(dǎo)致這兩類林分的林地土壤容重相對較小，孔隙度較大，從而涵養(yǎng)水源能力也就越強(qiáng)。

3.4 江山市公益林林地涵養(yǎng)水源能力和價值測算

將江山市所有公益林劃分為表6中7種林分類型，針葉混交林測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取松木林、杉木林的均值，灌木林測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)取全省均值，并用調(diào)整系數(shù)做調(diào)整，全市公益林林地涵養(yǎng)水源能力和價值測算結(jié)果如表6所示。從表6可知，林地涵養(yǎng)水源能力主要在土壤層，對林地上水源涵養(yǎng)貢獻(xiàn)度超99%，江山市公益林年涵養(yǎng)水源量為闊葉林>針闊混交林>毛竹林>杉木林>針葉混交林>松木林>灌木林，單位面積涵養(yǎng)水源價值大小，即涵養(yǎng)水源能力強(qiáng)弱為針闊混交林>闊葉林>毛竹林>杉木林>針葉混交林>松木林>灌木林，這其中針闊混交林的涵養(yǎng)水源能力最強(qiáng)與生態(tài)功能指數(shù)最高有著密切的關(guān)系。江山市公益林年涵養(yǎng)水源總量為18 778.69萬t，年涵養(yǎng)水源價值量為19.79億元，總體單位面積涵養(yǎng)水源量約2 813 t·hm-2，單位面積價值量約2.97萬元·hm-2。

3.5 江山市公益林林地涵養(yǎng)水源空間分布

結(jié)合江山市公益林固定樣地數(shù)據(jù)和公益林小班數(shù)據(jù)，利用克呂金插值法制作了江山市公益林地涵養(yǎng)水源能力分布圖，可以看出，江山市公益林地涵養(yǎng)水源能力范圍在204～4896 t·hm-2，公益林分布主要集中在南部和東部，涵養(yǎng)水源能力較強(qiáng)的區(qū)域為江山市東部地區(qū)，如張村鄉(xiāng)和上余鎮(zhèn)，江山市北部幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公益林涵養(yǎng)水源能力相對較弱。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

江山市公益林不同林分類型枯落物的有效攔蓄率介于87.37%～126.41%、有效攔蓄量大小介于15.01～25.18 t·hm-2；全市公益林林地涵養(yǎng)水源能力主要在土壤層；全市公益林年涵養(yǎng)水源總量為18 778.69萬t，年涵養(yǎng)水源價值量為19.79億元，總體單位面積涵養(yǎng)水源量約2 813 t·hm-2，單位面積價值量約2.97萬元·hm-2，針闊混交林的生態(tài)指數(shù)最高。江山市公益林地涵養(yǎng)水源能力范圍在204～

4 896 t·hm-2，涵養(yǎng)水源能力較強(qiáng)的區(qū)域為江山市東部地區(qū)，北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公益林涵養(yǎng)水源能力相對較弱。

4.2 討論

（1）本研究所估算的江山市公益林地涵養(yǎng)水源總量和價值量大小，與薛沛沛等［14］在江山市森林生態(tài)服務(wù)功能評估中得出的結(jié)果接近，單位面積涵養(yǎng)水源量2 813 t·hm-2與浙江省其他典型森林類型相似縣市的公益林單位面積涵養(yǎng)水源量，如遂昌縣的2 775 t·hm-2［15］、嵊州市的1 160 t·hm-2［16］、天臺縣的3 048 t·hm-2［17］和景寧縣的3 535 t·hm-2［18］等相比，江山市處于中等水平。

（2）江山市公益林中針闊混交林單位面積、闊葉林等林分涵養(yǎng)水源功能突出，從相關(guān)研究來看，針闊混交林和闊葉林在其他生態(tài)功能發(fā)揮方面都有著較為突出的貢獻(xiàn)［19］，因此在對江山市公益林經(jīng)營管理中，應(yīng)對不同林分采取不同的經(jīng)營措施，使其生態(tài)效益最大化，這與牛香等［20］的觀點也相符。在公益林造林綠化中，可以優(yōu)先考慮發(fā)展針闊混交林和闊葉林。同時，江山市目前屬于松材線蟲病中型疫區(qū)，為了防治和預(yù)防松材線蟲病，可以將公益林區(qū)松林逐步過渡進(jìn)行闊葉化改造。

（3）江山市公益林建設(shè)取得了顯著成效。一方面，江山市公益林僅水源涵養(yǎng)這項生態(tài)服務(wù)功能的投入產(chǎn)出比為1∶50，同時研究受計量方法和監(jiān)測參數(shù)獲取等限制，未對林冠層截留降水進(jìn)行計量，導(dǎo)致涵養(yǎng)水源能力仍有低估；另一方面，公益林生態(tài)效益非常廣泛，本研究未對其他生態(tài)服務(wù)功能進(jìn)行估算，評價也是不完全的，但本研究結(jié)果依然可以說明公益林建設(shè)在保護(hù)和改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境發(fā)揮著重要作用。本研究的目的在于提高社會各界對公益林保護(hù)重要性的認(rèn)識，推動探索公益林生態(tài)效益分類補(bǔ)償機(jī)制，為江山市公益林布局優(yōu)化和建設(shè)管理提供科學(xué)依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：陳文靜）