遼東山區水源林改造后的生態與經濟效益分析1)

胡萬良 譚學仁 丁國權 丁 磊 金 鑫 亢新剛

(遼寧省森林經營研究所，丹東，118002) (北京林業大學)

遼東山區的森林是遼寧省重要的水源涵養林兼用材林資源，也被譽為“遼寧中部城市群和遼河平原的綠色屏障”和“天然綠色水庫”，在維系區域內生態環境和林產品的可持續供應方面占據十分重要的戰略位置。據測算，每年遼東山區的森林涵養水源120億t，為中部提供工農業用水70億t，占中部用水量的80%以上，依靠遼東山區天然次生林涵養水源的作用，遼寧省年水力發電量占全省發電量的一半［1－2］。但是，由于長期以來不合理的采伐和過渡開發，陡坡毀林開荒，無度放蠶、放牧，致使森林自我調控能力減弱，洪水和旱災發生頻度增加。水土流失面積逐年擴大，土壤侵蝕模數增加，水資源的供給能力日趨貧乏，地下水位下降，嚴重影響了區域內工農業生產和人民生活，已成為遼寧中部經濟發展的制約因素。水源林具有多種效益，但林權制度改革后，水源林經營者對低效水源林的經營主要采取的措施是小面積皆伐改造，利用水源林發展林下經濟也只注重經濟效益，結果造成森林的生態防護功能減弱。為了提高遼東山區森林的水源涵養功能和其他生態防護功能，謀求水源林經營的經濟效益與生態效益和社會效益的協調，有必要對水源林經營的生態、經濟效益進行分析，以便于工程實施及具體經營技術措施的制定，規范水源林經營者對林地資源的開發利用，從而為進一步科學評價水源林經營的水源涵養功能和防護效能，實現水源林可持續經營提供科學依據。

1 研究區自然概況

試驗區地處遼寧省東部山區，位于北緯40°00＇～43°09＇，東經 122°53＇～ 125°47＇，海拔一般在 200 ～500 m，少數山峰超過1 000 m。氣候屬溫帶季風氣候，各地年平均氣溫5～8℃，年降水量700～1 100 mm，年蒸發量1 000～1 400 mm，全區≥10℃年積溫3 000℃左右，無霜期130～150 d，土壤為山地棕色森林土，土層厚30～50 cm。本區域為長白山脈的延伸地區，有老爺嶺山脈、龍崗山脈和哈達嶺山脈，構成了整個遼東中低山地。由哈達嶺北部柴河、清河流域低山丘陵，哈達嶺南部渾河流域低山丘陵，龍崗山北緣太子河流域中山山地，及遼東半島丘陵等5大地貌結構單元組成。遼東山區的平均森林覆被率高達70%以上，遠遠高于全省的35.13%，闊葉紅松林是該區域的頂極群落。森林資源中68%為次生林，總面積150多萬hm2，是生產生態系統產品的主要基地。境內有渾河、太子河等主要河流的發源地和集水區，有大伙房、清河、觀音閣、紅升、關門山、和隆等大中型水庫29座。

2 研究方法

2.1 低效水源林生態防護功能的測定

試驗地設置:2002年，在遼寧省新賓縣趙家村碾子溝，選取40年生低產低效次生林作為試驗區。首先將試驗區(5 hm2)分成3等份，分為皆伐改造、撫育改造和未進行作業的對照。作業季節為冬季。皆伐改造區伐去所有喬、灌木，全面清場。撫育改造區伐除非目的樹種以及彎曲、病腐、老齡、過熟木，保留胸徑8～18 cm林木300～400株·hm－2。伐后全面清場，栽植5年生紅松苗，株行距為1.5 m×3.0 m，同時在紅松行間栽植2年生細辛苗，株行距20 cm×20 cm。對照區不進行任何作業。在3個區內各設固定標準地1塊，面積40 m×25 m。在標準地內各設10 m×10 m小氣候觀測場，觀測氣候、土壤、下草、下木的變化。

樹冠截留量的觀測:在每個觀測場內設100 cm2的小型雨量器5個，取平均值，與皆伐地降雨量之差為樹冠截留量。2003—2005年，每年5月—10月測定降雨量。

地表徑流觀測:在每個觀測場內選2 m×5 m徑流場兩處，四周用由油苫紙包好的寬30 cm、厚3 mm的木板包圍，將木板埋在地下20 cm。各徑流場坡度一致。測定時間為2003—2005年每年5月—10月。

土壤中養分質量分數的測定:于2005年8月，分別在不同處理區(皆伐改造、撫育改造和對照)固定樣地內按上、中、下選取3個樣點，分層(0～10 cm，10～20 cm)采集土樣作為測試土樣。pH值用電位法測定;有機質質量分數用重鉻酸鉀容量法;全氮用開氏法;速效氮用擴散法;速效磷用鉬銻抗比色法;速效鉀用四苯硼鈉比濁法［3－4］。

灌木、下草及枯落物調查:下草、下木按德魯捷的等級標準統計［5］。遼東天然次生林中的枯落物主要是枯枝和落葉。在各塊標準地內機械放置口徑1.13 m、高1.0 m的圓形鐵桶5個，2005年從7月1日至11月未，每隔半月收集1次枯枝落葉，取樣烘干，推算每年枯落物量。

2.2 水源林林下經濟開發

林分選擇:2005年，在遼寧省本溪縣正溝村倒木溝，選取30年生人工落葉松林，間伐后保留木分別為450、560株·hm－2;選取30年生低產低效天然次生林，改造后保留木分別為225、400株·hm－2。

栽植方法:分別在不同密度的林分內栽植。割除灌、草，全面整地后，順山作床。床寬1.2 m，床長10～20 m，高20 cm，兩床間順山步道寬0.5 m，橫山作業道寬1.0 m。在床上栽植2年生細辛苗，株行距為18 cm×24 cm，在床邊栽植5年生紅松苗(次生林改造)，株行距為1.5 m×3.0 m，每年夏季進行除草管理。

樣地設置及調查:在不同密度林內各設置1塊標準地(簡稱落－細1、落－細2、次－細 1、次－細 2)，標準地面積20 m×20 m。調查林木株數、胸徑、樹高。在標準地內設1.0 m×1.0 m樣方4個，在樣方內調查細辛株數、株高、頭數［每株(墩)葉片個數］、鮮質量、風干后質量等。

土壤水分和孔隙狀況的測定:用一次采樣室內連續測定法進行。

3 結果與分析

3.1 低效水源林不同改造方法的生態防護功能比較

3.1.1 樹冠截留量

樹冠截留能減弱降雨對林地的直接沖刷，延緩地表徑流形成過程，從而減輕土壤侵蝕和水土流失。樹冠截留量除與樹種、林分結構有關外，還與降水強度、降水量、降水持續時間等因素有關。其截留率隨降水量和降水強度增大而減少，截留量與林冠總表面積(或林分郁閉度)呈正相關，并隨降水量和降水持續時間增加而有所增大［6－7］。由于改造方法不同，各區林冠截留量也不一樣(表1)。從表1可見，撫育改造區的林內降雨量為591.1 mm，是皆伐改造區的88%、對照區的126%;截留量為81.0 mm，是對照區的40%。其原因是撫育改造伐除了非目的樹種以及彎曲、病腐、老齡、過熟木等，降低了林冠總表面積，造成樹冠截留量減少。

3.1.2 地表徑流量

由林地地表徑流量和水土流失量(表2)可見，皆伐改造區地表徑流、土壤流失量分別為49 544.0、249.8 kg·hm－2，為最高，其次是撫育改造區，最低為對照區。如果以對照區地表徑流量、土壤流失量為100%，則皆伐改造區為210.7%、517.6%;撫育改造區為182.2%、373.7%。可見，森林對林地土壤、水分有明顯的保護作用，森林采伐對水土流失有明顯影響，森林采伐量越大，水土流失越嚴重。但是，為優化水源林結構，提高水源林的主導功能和多種效益，實現水源林的可持續經營［8］，就必須對水源林進行改造和利用。所以選擇最優改造方法，既能獲得木材滿足經營者經濟需要，又不對水源林的主導功能和生態環境造成嚴重破壞，保持青山常在，永續利用。

表1 3種類型林地樹冠截留情況

表2 3種類型林地地表徑流量及土壤流失量

3.1.3 土壤養分質量分數

撫育改造林冠下人工栽植細辛以后，由于細辛歷年秋季需要防寒，所以每年必須從外面收取枯枝落葉或腐殖質土覆蓋床面，因此，撫育改造區林冠下栽過細辛的林地內有機質、全氮、速效磷、速效鉀的質量分數顯著高于皆伐地和對照區(表3)。從表3可以看出，栽過細辛地的土壤有向中性轉化的趨勢，撫育改造區的pH值明顯高于其它區。另外，撫育改造區兩層土壤中養分質量分數沒有明顯差異，這與栽植細辛過程中需要細致翻地和歷年需要多次松土有關。

表3 3種類型林地土壤養分質量分數

3.1.4 枯枝落葉量

林分改造后，林地枯落物量有明顯變化(表4)。由表4可知:對照區枯枝落葉量每年達353 kg·hm－2，為最高，其次是擇伐林地，最低是皆伐林地，分別為對照區的89.0%和46.7%。

表4 3種類型林地枯枝落葉量 kg·hm－2

3.2 水源林林下經濟開發的生態、經濟效益

3.2.1 對土壤孔隙的影響

雖然在栽植細辛時經過整地，土壤表層(0～20 cm)人工松動一次，但4 a后，土壤孔隙組成情況與對照區差異不甚明顯(表5)。

表5 土壤孔隙組成

3.2.2 對土壤水分狀況的影響

由表6可知:栽植細辛的林地土壤自然含水量均大于對照區。這與細辛植株矮、葉片大、頭數多，已形成一個密集的草本層，減少了土壤表面水分蒸發有直接關系。

表6 土壤水分狀況

3.2.3 對水土流失的影響

在栽植細辛之前，進行全面整地做床，栽后每年進行除草管理，土壤表層受到一定程度的破壞。據調查，整個細辛地內，沒有發現一條因為整地栽細辛而造成的侵蝕溝。相反，由于細辛根系特別發達，葉片大而密集，在林下還能起到一定程度的固土保水作用。

3.2.4 林下經濟開發的經濟效益

林下經濟開發的投入、產出情況見表7。表7中林業投入包括苗木費、造林費、幼林撫育費、采伐作業費等，產出為木材收入(以34年生時木材產量計算);細辛投入包括種苗費、栽植費、肥料及農藥費等，產出為干細辛、細辛籽收入。從表7統計結果看出，在落葉松水源林林下栽植細辛沒有增加利潤，反而降低了利潤。這主要是間伐減少了單位面積活立木株數，降低了單位面積木材產量。因此，在落葉松水源林林下栽植細辛應結合大徑級材培育或結合伐前更新進行。低產低效次生林改造林下栽植細辛可大大提高林地生產力，經濟效益顯著。從利潤比較看，試驗區次－細1和次－細2的利潤分別是對照區的283.45%和250.99%，在經營管理細辛的過程中，無需對栽植的紅松采取幼林撫育措施，也能促進紅松生長，加速闊葉紅松林恢復，提高林分質量。

表7 水源林復合經營投入、產出比較

4 結論與建議

任何一種經營措施都將對森林生態系統發生作用，主要表現在森林在水分循環中的作用。森林采伐后，樹冠截留量減少，地表徑流明顯增加。通過低產低效次生林改造，皆伐改造區地表徑流量、土壤流失量分別是對照區的210.7%、517.6%，撫育改造區地表徑流量、土壤流失量分別是對照區的182.2%、373.7%。說明采伐強度越大，水土流失越嚴重。撫育改造區枯枝落葉量比對照區僅減少11%，說明撫育改造后枯枝落葉層對降水截留影響較小。結合遼東山區天然次生林資源現狀和特點，撫育改造是較好的天然次生林恢復途徑，既不使森林環境發生重大變化，同時撫育改造后還可以在冠下引進針葉樹，形成針闊混交林結構，加速演替進程，增加水源涵養林生態系統的穩定性。

在不影響水源林發揮主導功能和其他生態效益的同時，進行林下經濟開發。林下栽植細辛可大大提高低產低效次生林林地生產力，利潤是對照區的250.99% ～283.45%，經濟效益顯著。同時，在經營管理細辛的過程中，無需對栽植的紅松采取幼林撫育措施，也能促進紅松生長，加速闊葉紅松林恢復，提高林分質量。水源涵養林經營及林地利用要堅持生態優先、嚴格保護、科學經營、合理利用、適度開發的原則，維護森林生態系統健康和活力、維護生物多樣性和森林生態系統環境服務功能最大化。對特殊保護等級水源林，實行嚴格保護，完全保持其自然狀態，實行長期全面封禁，禁止人為干擾和開展一切生產經營活動;對重點保護等級水源涵養林，全面封禁或定期全面封禁，嚴格限制采伐、開墾、放牧等人為干擾和一切生產性森林經營活動。結合培育大徑材和根據水源涵養林的防護成熟期進行低強度的擇伐，可進行仿自然非墾復性開發;對一般保護等級水源涵養林，實行一定限制措施，在普遍封管的基礎上，經過批準允許一些以提高森林生態系統穩定性或改善生態功能為主要目的的森林撫育、林分改造、更新采伐等生產性森林經營活動，采伐方式禁止皆伐。在林地開發利用上可以起床作業，每床長不超過15 m，上下床之間保留2 m以上原有植被的隔離帶，每隔10床順山保留5 m寬以上隔離帶。溝谷(溪流)、山脊與墾植區之間保留20 m以上的原有植被區。林地集中開發的面積控制為人工林≤5 hm2，天然林≤3 hm2。

［1］陳天民.實施天然林保護工程是生態建設的重要任務:遼寧省天然林對生態環境建設的影響［J］.遼寧林業科技，1999(2):3－8.

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