太子山林區華北落葉松幼林生態效能初探

劉貴福 汪佐茂 馮來榮 慈曉燕

摘 要：通過調查測定3a生華北落葉松幼林生長量及林冠截留降雨量、枯枝落葉層容水量，以此評價其涵養水源、減少水庫淤泥、控制土壤肥力流失、固碳釋氧、凈化空氣等生態效能，為華北落葉松等水源涵養林營建提供依據。

關鍵詞：太子山林區；華北落葉松；幼林；生態效能；評價

中圖分類號 S79 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）13-0111-02

華北落葉松（Larix principis-rupprechtii Mayr）系松科落葉松屬常綠喬木，產于河北、山西等高山地帶，分布于海拔1 400m～2 800m。遼寧、山東、甘肅等地區引種栽培。華北落葉松是我國北方地區營造速生用材林、水源涵養林的主要樹種。甘肅省太子山林區自20世紀70年代引種栽植以來，生長表現良好，現成為該區及周邊高海拔區域營造水源涵養林的主栽樹種。

1 太子山林區概況

太子山林區位于臨夏州與甘南州之間，居東經102°43′～103°42′，北緯35°02′～35°36′，總面積8.96萬hm2，其中林地面積5.87萬hm2、非林地面積3.09萬hm2，森林覆蓋率57.51%。林區生物多樣性十分豐富，共有植物838種、動物208種、昆蟲682種。境內群峰林立，溪流奔涌，地貌奇特，林海雪原，吸引了省內外游客紛紛前來休閑度假、觀光旅游。本區為臨夏州內河流主要發源地和過境河水分補給區。黃河上游的2條重要支流—洮河和大夏河分別從東南部和西北部過境。這片綠色寶地所涵養的水源，供給著臨夏州2/3人民群眾的生活用水和灌溉用水，是臨夏州乃至甘肅省中部地區的綠色屏障。

2 水源涵養效能測定與分析

2.1 林冠截留量測定與計算 7月14日，中雨，在東灣林場直溝3a生華北落葉松林地內選擇3株標準樹，其平均樹高2.10m、地徑3.0cm、冠幅1.18m，造林初值密度2m×2m，保存率81%，郁閉度0.22。于其樹冠下、林木旁設置雨量計3個，同時在林外設置雨量計1個，觀測降雨開始至結束時的降雨量。林內平均降雨量23.6mm，林外降雨量25.7mm，兩者之差為2.1mm，即林冠截留降雨量為2.1mm。每hm2林冠截留降雨量=單株樹冠垂直投影面積×林冠截留降雨量×每hm2造林株數×保存率×水的比重=4.65t。

2.2 枯枝落葉層容水量測定與計算 12月10日在東灣林場直溝3a生華北落葉松林地內選擇3株標準樹，其平均樹高2.20m、地徑2.9cm、冠幅1.21m，造林初值密度2m×2m，保存率81%，郁閉度0.23。收集其樹冠下枯枝落葉，混合后烘干稱重為0.306kg，浸水16h后稱重為1.293kg，單株樹枯枝落葉容水量=（浸水重-烘干重）/烘干重×100=323%，換算成水層厚度為0.3mm[水層厚度=（單株浸水重-單株烘干重）/單株樹冠垂直投影面積]，每hm2林地枯枝落葉吸水量為0.66t（計算方法同上）。

3 華北落葉松比重測定與計算

在東灣林場直溝3a生華北落葉松林地內選擇1株標準樹，選其主干長17.5cm，小頭直徑1.9cm，大頭直徑2.1cm，體積54.95cm3，稱其重量（濕重）34.74g，烘干后稱重（干重）20.32g。比重（干重）=干重/體積=0.37g/cm3。

4 生態效益評估與分析

4.1 涵養水源生態效益 森林涵養水源功能是將降雨通過林冠層截留、枯枝落葉層吸收和森林土壤貯存三者共同作用的產物。

4.1.1 計量 WF=WO+WU+WS=2.4mm

式中：WF-森林涵養水源能力，WO-林冠層涵養水源能力，WU-枯枝落葉層涵養水源能力，WS-森林土壤層涵養水源能力（3a生華北落葉松幼林地土壤孔隙度與非林地土壤孔隙度接近，蓄水能力亦接近，森林土壤層涵養水源能力較低，可以忽略不計）。森林涵養水源2.4mm，按有效面積22%計算（以下減少水庫淤泥、控制土壤肥力流失和凈化空氣計量均按22%計算），每hm23a生華北落葉松幼林涵養水源能力5.31t，不僅是瞬時起作用的因素，而且是長遠起作用的因素，在攔洪蓄水、防止泥石流、固土保肥等自然災害中具有不可忽視的地位和作用。

4.1.2 評價 假設建造同等規模庫容的水庫，建造費按100元/m3計，則每hm23a生華北落葉松幼林蓄水5.31t，相當于蓄水5.31m3（水的比重為1t/m3），需建造費531元，也就是每hm23a生華北落葉松幼林涵養水源生態效益為531元。從生態效益看，雖然微不足道，但隨著林齡的增大，生態效益就會明顯增加。

4.2 減少水庫淤泥生態效益 太子山林區過境的洮河下游東鄉縣森林植被貧乏，水土流失嚴重，土壤侵蝕模數高達6 742t/km2·a，相比之下，太子山林區森林植被顯得豐富，水土流失較輕，土壤侵蝕模數僅為2 092t/km2·a，兩者相差4 650t/km2·a，這個差值就是由于森林林冠截留、枯枝落葉吸收了一部分降雨，緩沖了降雨對土壤的沖擊力，其根系固持了土壤，從而減輕了土壤的流失。

4.2.1 計量 按森林控制土壤流失量4 650t/km2·a計算，每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）可減少洮河下游劉家峽等水庫淤泥10.23t，相當于庫容3.86m3（土壤比重為2.65t/m3）。

4.2.2 評價 按清理水庫淤泥50元/m3計算，每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）可減少洮河下游劉家峽等水庫淤泥生態效益193元。

4.3 控制土壤肥力流失生態效益 太子山林區適宜營造華北落葉松的宜林地在海拔2 800m以下，這一地帶分布的土壤為淋溶灰鈣土，采用天水林校1989年二類調查中土壤調查數據，即在0～20cm土層中，含腐殖質8.25%、速效氮0.003%、速效磷0.0028%、速效鉀0.0095%。東鄉縣土壤流失最嚴重，每年流失土層厚度在20cm以內，故以此為依據計算土壤肥力流失量。

4.3.1 計量 每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）減少土壤流失量10.23t，其中：腐殖質843.98kg、速效氮0.307kg、速效磷0.286kg、速效鉀0.972kg，按速效氮、速效磷、速效鉀為全量的1%折算全氮30.7kg、全磷28.6kg、全鉀97.2kg。

4.3.2 評價 按腐殖質150元/t、全氮4.35元/kg（尿素含氮46%，單價2元/kg折算）、全磷6.90元/kg（過磷酸鈣含磷14.5%，單價1元/kg折算）、全鉀4.17元/kg（硫酸鉀含氧化鉀48%，單價2元/kg折算），則每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）控制土壤肥力流失生態效益為863元。

4.4 固碳釋氧生態效益 全球綠色植物每年光合作用可吸收二氧化碳2 000億t，釋放氧氣1 400億t，其中森林占70%。當空氣中二氧化碳含量超過0.05%時，人就會感到郁悶、頭暈，達到4%時就會出現心悸、嘔吐等癥狀。全球二氧化碳濃度本世紀比上世紀由0.029%增至0.032%，已逐步形成地表氣溫上升的“溫室效應”，直接威脅人類的生存。因此，大力植樹造林，增加植被，保護現有資源，是調節全球大氣平衡的有效途徑，是改善人類生存環境的有力措施，應引起人們的高度重視。

4.4.1 計量 根據植物光合作用的化學反應方程式：可知，植物進行光合作用，每制造1g干物質，就可吸收1.47g二氧化碳，釋放出1.07g氧氣。將3a生華北落葉松幼林林木折算為單株材積（單株材積=3.14×地徑2×樹高/120 000，乘以每hm2保存株數即為每hm2主干材積，再加上主干之外枝條的材積即為每hm2總材積。經調查，華北落葉松主干之外枝條的材積占主干材積的15%。計算得總材積為1.15m3，折合干重（華北落葉松干重比重為0.37g/cm3）425.5kg，根系干物質占地上部分干物質（不含葉片）的20%，每hm2干物質總重量510.6kg。故制造510.6kg干物質，可吸收二氧化碳750.6kg，固碳（碳占二氧化碳的27.3%）204.9kg，釋放氧氣546.3kg。

4.4.2 評價 按氧氣售價1元/kg，固碳需消耗1.2元/kg計算[1]，每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）固碳釋氧生態效益為792元，平均每年每hm2固碳釋氧生態效益為264元。

4.5 凈化空氣生態效益

4.5.1 計量 據資料[2]報道，1hm2闊葉林每年可吸收二氧化硫88.65kg、吸收氟化物4.65kg、吸收氮氧化物6kg、阻滯粉塵10 110.00kg，則每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）吸收二氧化硫19.50kg、吸收氟化物1.02kg、吸收氮氧化物1.32kg、阻滯粉塵2224.20kg。

4.5.2 評價 資料[2]吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物、阻滯粉塵的成本價格依次為1.20、0.69、0.63和0.15元/kg，按此計算，每年每hm23a生華北落葉松幼林（郁閉度0.22）凈化空氣生態效益359元。

5 小結

（1）每hm23a生華北落葉松幼林林冠截留降雨量4.65t、枯枝落葉吸水量為0.66t，其主干比重（干重）0.37g/cm3。

（2）每年每hm23a生華北落葉松幼林生態效益2 210元，其中涵養水源生態效益為531元、減少洮河下游劉家峽等水庫淤泥生態效益193元、控制土壤肥力流失生態效益為863元、固碳釋氧生態效益為264元和凈化空氣生態效益359元。

參考文獻

[1]董卉卉，張學順，馮萬富，等.信陽市森林生態系統固碳釋氧生態效益評[J].信陽師范學院學報（自然科學版），2014（2）：232-234.

[2]肖建武，康文星，尹少華.城市森林凈化環境功能及經濟價值評估——以“國家森林城市”長沙市為例[J].浙江林業科技，2009（6）：71-75.