鶴峰縣天然林保護工程的生態效益評價

周鳳舞

(湖北省鶴峰縣五里林站,湖北鶴峰445803)

1 引言

天然林保護工程是黨中央、國務院實施的一項促進人與自然和諧發展,改善生態環境的重大舉措,也是促進農村經濟結構調整的有效途徑之一。天然林保護工程實施以來,工程區生態環境變化和農村經濟發展是當前人們共同關注的焦點問題之一[1]。鶴峰縣是全國天然林保護成效顯著的縣,也是全國造林先進縣。筆者探討了鶴峰縣天然林保護對生態效益的影響,以期為工程決策制定提供依據。

2 材料與方法

2.1 研究區概況

鶴峰縣位于湖北省西南部,恩施土家族苗族自治州東南角,東徑 109°45′～ 110°38′,北緯 29°38′～30°14′。東毗湖北省五峰縣和湖南省石門縣,南鄰湖南省桑植縣,西依湖北省來鳳縣、宣恩縣,西北與恩施市相連,北同建始縣、巴東縣接壤。境內東西長約85km,南北寬約67km,國土面積 28.86萬 hm2。鶴峰縣以天然林保護工程為契機,堅持生態優先原則,實施“生態建設產業化、產業建設生態化”,結合縣域產業特點,不斷擴大林業產業基地建設,不斷優化林業產業結構,林業在縣域經濟發展中發揮了重要作用,鶴峰縣的生態環境發生了巨大的變化。

2.2 研究方法

主要采用基本資料收集與樣地調查相結合的方法,基本資料數據主要來源于鶴峰縣森林資源二類調查數據,常規數據處理采用Excel軟件[1～3]。

2.3 計算與分析評價方法

2.3.1 物種多樣性分析

不同年度群落物種多樣性主要采用以下指標測度[2～5],G leason豐富度指數：

G=S/In A.

Shannon-Wiener多樣性指數：

H′=一∑piIn pi(∑pi=1).

Pielou均勻度指數：

J=H′/In S.

生態優勢度指數：

λ=∑Ni(Ni一1)/[N(N-1)].

式中S為物種數,A為樣方面積,Pi為種i相對重要值,N為總個體數,Ni為種i個體數。

喬木層物種相對重要值=(相對頻度+相對密度十相對胸高斷面積之和)/3,

灌木層物種相對重要值=(相對頻度+相對密度十相對基部斷面積之和)/3,

草本層物種相對重要值=(相對頻度+相對密度十相對蓋度)/3.

2.3.2 水源涵養效益評價

森林的水源涵養效益計算方法為：

Vw=(Vw p+Vw l+Vw f)×Cl.

式中Vw為森林涵養水源效益;Vw p為森林土壤的降水貯存量;Vw l為森林枯落物持水量;Vw f為森林林冠截留量;Cl為單位水價。Vw p、Vw l,、Vwf的計量采用以下公式計算：

Vw p=Pn×D ×S.

式中Vw p為森林土壤的降水貯存量;Pn為森林土壤非毛管孔隙度;D為土層厚度;S為森林面積。其中：土壤的非毛管孔隙度%=土壤總孔隙度%-土壤毛管孔隙度%,

Vw l=L×C×S.

式中Vw l為森林枯落物層持水量;L為每公頃枯落物積累量;C為枯落物最大持水率,S為森林面積。

枯落物最大持水率(%)=浸泡24h后枯落物重(g)/枯落物干重(g)×100%,

林冠截流量(Vw)：

Vw=∑(p×si×li).

式中：Vw為林冠截留量;P為該區多年平均降雨量;Si為各森林類型面積;li為各森林類型林冠截留率。

2.3.3 固土保肥效益評價

森林固土量可通過測定有林地和無林地上土壤年侵蝕量來計量,其公式為：

Y s=∑Si(Dn-Di).式中Vs為某一地區森林年保土效益(t);Si為某森林面積;Dn為無林地上土壤侵蝕模數(t/hm2?a);Di為某類林地上土壤侵蝕模數(t/hm2?a)。其中,無林地(按草地)、灌從、喬林(按林地)參照鄭巍偉的土壤侵蝕模數研究。固土效益換算為：

Ps=Vs×Cs.

式中Ps為森林固土效益;Vs為該區森林固土量;Cs為泥土單價。森林保肥效益可通過土壤有機質的含量換算,其公式為：

V f=Cf×∑VsP i.

式中Vf為森林保肥效益;Vs為該區森林固土量;Pi為各類養分含量(%);Cf為當地市場肥料單價。

2.4 結果與分析

2.4.1 森林覆蓋率變化

根據鶴峰縣歷年來的森林資源調查,1999,2006,2009年森林覆蓋率分別為33.43%、37.03%,42.46%。天然林保護工程實施前后森林覆蓋率變化差異較大。鶴峰縣通過人工造林、人工促進天然更新、以植代播、封山育林等方式實施天然林保護保護工程,森林面積增加1.2萬hm2,尤其婁水河流域水源涵養區森林植被恢復很快,使全縣森林覆蓋率從1999年的33.43%上升到 2009年的42.46%,增加了9.03%。

2.4.2 森林類型與面積變化

天然林保護工程實施前,全縣主要是分布馬尾松林、四旁樹種、次生灌木灌叢、疏林和在溝谷殘存的少數闊葉林。工程實施后,大量的次生灌木灌叢得以保護而迅速生長郁閉,一些疏林、灌草叢通過人工補植補造而形成針闊混交或闊葉混交林,封山育林后的各個林區由于各自地形地貌、種源和更新條件的影響,向著不同的方向演替生長。因此,全縣森林類型有較大的變化,逐漸由以前的馬尾松純林變為針闊混交林,由以前的荒山荒地變為喬灌結合的混交林或多物種的灌木林。以闊葉林、針葉林、灌木林為主進行統計,各森林類型的面積總體上都在增加。以工程實施前的1999年為基數,至2009年森林總面積增加了12 416.8 hm2。其中灌木林增長最大,達168.36%,其次為闊葉林,增長了128%,針葉增加較少,只有12.48%。

2.4.3 水源涵養效益

水源涵養效益通過森林3大持水效益體現,即林冠截流、枯落物持水和森林土壤持水。不同森林類型的林冠截流率參考張曉珊2001年的測定值[6],鶴峰縣的針葉林基本上為馬尾松林,則闊葉林、針葉林、灌木林林冠截流率分別為34.33%、18.78%,26.46%;根據鶴峰縣氣象局資料,鶴峰年平均降水量為1 168.6mm;鶴峰縣屬于長江中上游亞熱帶地區,每公頃森林枯落物積累量、枯落物最大持水率、土壤非毛管孔隙度可參照石培禮等2004年關于長江上游地區主要森林植被類型蓄水能力研究的亞熱帶森林測定值[8],則闊葉林、針葉林、灌木林(按喬木闊葉類型的1/2計)枯落物積累量分別為 12.0t/hm2、15.5t/hm2、6.0t/hm2,最大持水 率分別為395%(按常綠落葉闊葉林統計)、258%(按松林統計)、395%(按常綠落葉類型統計),森林土壤非毛管孔隙度分別為14.82%(按常綠落葉闊葉林統計)、9.95%(按松林統計)、14.82%(按常綠落葉類型統計)。天然林保護工程實施后森林涵養水源的效益顯著增長,在各持水類型中,林冠截流水最多,其次是森林土壤持水,枯落物持水最少。

2.4.4 固土保肥效益

森林固土效益主要通過森林滯留水土的土量來體現,以常規土方價格20元/t換算。無林地(按草地)、灌叢、喬木林(按林地)參照鄭巍偉的土壤侵蝕模數研究[8]。天然林保護實施后,森林固土效益明顯。在全縣森林總體固土效益中,喬木林發揮的作用最大,其次是灌木林。各主要森林類型以及總體都隨著天然林保護工程時間的延遲,其保土效益更明顯,間接地反映了林分的生長茂密程度。近幾年來,由于森林資源得到繁育增長,水土流失減少。森林的保肥效益主要從其土壤N,P,K及有機質的滯留效益等方面反映。根據土樣分析,工程區森林土壤平均全N、全P、全K及有機質含量分別為3.56、0.57、9.83、64.36g/kg,天然林保護工程區森林各個保肥指標皆隨工程的進展呈上升狀態。

2.4.5 生物多樣性變化

項目實施后,于2000年建立固定樣地監測點,并分別于2000,2003,2006,2009年進行定期調查檢測。不同年度群落物種豐富度指數、多樣性指數、均勻度指數、生態優勢度指數測度結果表明鶴峰縣天然林保護工程典型群落在不同年度的物種多樣性變化各有不同,具體表現為：喬木層物種豐富度指數、多樣性指數和均勻度指數都以2009年最高,生態優勢度則是2007年最高;灌木層物種豐富度指數、多樣性指數在2003年最高,均勻度指數變化不明顯,生態優勢度指數則是2000年最高;草本層物種豐富度指數、多樣性指數在2000年最高,均勻度指數和生態優勢度變化都不太明顯。總體來說,群落物種豐富度變化較為明顯,多樣性指數變化次之,其中木本植物豐富度呈上升趨勢,而草本植物豐富度則明顯下降;均勻度指數變化不明顯,而生態優勢度指數都偏低,表明隨著天然林保護的進行,生態環境進一步改善,入遷和成長的木本植物增多,同時亦反映了喀斯特地區群落小生境多樣性復雜,物種豐富度高導致生態優勢度不突出、均勻度變化滯緩的特點。

3 結語

鶴峰縣天然林保護工程于2000年啟動,實施范圍涉及全縣8個鄉(鎮)。工程實施前,主要森林類型是馬尾松林、四旁林木、次生灌草從、疏林和在溝谷殘存的少數闊葉林。工程實施后,森林類型有較大的變化,逐漸由實施前的馬尾松純林向針闊混交林、荒山荒地或疏林向喬灌結合的混交林或多物種的灌木林、喬木林轉變。物種豐富度、多樣性程度大大增加,森林景觀類型趨于多樣化。

天然林保護工程的實施有效地保護了生物多樣性,保護了森林生態環境,使森林固土保肥、涵養水源、固碳制氧等生態功能得到了更好的體現。同時,天然林保護工程的實施,一定程度上對林區勞動力進行了再分配,不但解決了部分當地居民的就業,而且對人們愛護生態環境意識的提高具有促進作用。天然林保護工程利大于弊,天然林保護仍是一個長期性、永久性的工作。但要使天然林保護和生態環境保護意識更深入民心,必須有效解決工程區后續產業發展問題,發展林區經濟,減少對森林資源直接利用的依賴性。

對工程效益的評價涉及多個領域和方方面面的問題,尤其生態效益的評價只能是一個理論的數值。此外,限于時間和條件有限,文中生態效益評價指標選擇除了涵養水源、固土保肥外,未考慮森林對凈化空氣、吸收污染物、保存生物種質資源、防風、人們獲得美好環境享受以及減少泥石流、洪災等自然災害的效益。總之,天然林保護工程評價指標選擇及評價體系的建立還需要今后進一步完善。

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