太子山林区华北落叶松幼林生态效能初探

刘贵福 汪佐茂 冯来荣 慈晓燕

摘 要：通过调查测定3a生华北落叶松幼林生长量及林冠截留降雨量、枯枝落叶层容水量，以此评价其涵养水源、减少水库淤泥、控制土壤肥力流失、固碳释氧、净化空气等生态效能，为华北落叶松等水源涵养林营建提供依据。

关键词：太子山林区；华北落叶松；幼林；生态效能；评价

中图分类号 S79 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）13-0111-02

华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr）系松科落叶松属常绿乔木，产于河北、山西等高山地带，分布于海拔1 400m～2 800m。辽宁、山东、甘肃等地区引种栽培。华北落叶松是我国北方地区营造速生用材林、水源涵养林的主要树种。甘肃省太子山林区自20世纪70年代引种栽植以来，生长表现良好，现成为该区及周边高海拔区域营造水源涵养林的主栽树种。

1 太子山林区概况

太子山林区位于临夏州与甘南州之间，居东经102°43′～103°42′，北纬35°02′～35°36′，总面积8.96万hm2，其中林地面积5.87万hm2、非林地面积3.09万hm2，森林覆盖率57.51%。林区生物多样性十分丰富，共有植物838种、动物208种、昆虫682种。境内群峰林立，溪流奔涌，地貌奇特，林海雪原，吸引了省内外游客纷纷前来休闲度假、观光旅游。本区为临夏州内河流主要发源地和过境河水分补给区。黄河上游的2条重要支流—洮河和大夏河分别从东南部和西北部过境。这片绿色宝地所涵养的水源，供给着临夏州2/3人民群众的生活用水和灌溉用水，是临夏州乃至甘肃省中部地区的绿色屏障。

2 水源涵养效能测定与分析

2.1 林冠截留量测定与计算 7月14日，中雨，在东湾林场直沟3a生华北落叶松林地内选择3株标准树，其平均树高2.10m、地径3.0cm、冠幅1.18m，造林初值密度2m×2m，保存率81%，郁闭度0.22。于其树冠下、林木旁设置雨量计3个，同时在林外设置雨量计1个，观测降雨开始至结束时的降雨量。林内平均降雨量23.6mm，林外降雨量25.7mm，两者之差为2.1mm，即林冠截留降雨量为2.1mm。每hm2林冠截留降雨量=单株树冠垂直投影面积×林冠截留降雨量×每hm2造林株数×保存率×水的比重=4.65t。

2.2 枯枝落叶层容水量测定与计算 12月10日在东湾林场直沟3a生华北落叶松林地内选择3株标准树，其平均树高2.20m、地径2.9cm、冠幅1.21m，造林初值密度2m×2m，保存率81%，郁闭度0.23。收集其树冠下枯枝落叶，混合后烘干称重为0.306kg，浸水16h后称重为1.293kg，单株树枯枝落叶容水量=（浸水重-烘干重）/烘干重×100=323%，换算成水层厚度为0.3mm[水层厚度=（单株浸水重-单株烘干重）/单株树冠垂直投影面积]，每hm2林地枯枝落叶吸水量为0.66t（计算方法同上）。

3 华北落叶松比重测定与计算

在东湾林场直沟3a生华北落叶松林地内选择1株标准树，选其主干长17.5cm，小头直径1.9cm，大头直径2.1cm，体积54.95cm3，称其重量（湿重）34.74g，烘干后称重（干重）20.32g。比重（干重）=干重/体积=0.37g/cm3。

4 生态效益评估与分析

4.1 涵养水源生态效益 森林涵养水源功能是将降雨通过林冠层截留、枯枝落叶层吸收和森林土壤贮存三者共同作用的产物。

4.1.1 计量 WF=WO+WU+WS=2.4mm

式中：WF-森林涵养水源能力，WO-林冠层涵养水源能力，WU-枯枝落叶层涵养水源能力，WS-森林土壤层涵养水源能力（3a生华北落叶松幼林地土壤孔隙度与非林地土壤孔隙度接近，蓄水能力亦接近，森林土壤层涵养水源能力较低，可以忽略不计）。森林涵养水源2.4mm，按有效面积22%计算（以下减少水库淤泥、控制土壤肥力流失和净化空气计量均按22%计算），每hm23a生华北落叶松幼林涵养水源能力5.31t，不仅是瞬时起作用的因素，而且是长远起作用的因素，在拦洪蓄水、防止泥石流、固土保肥等自然灾害中具有不可忽视的地位和作用。

4.1.2 评价 假设建造同等规模库容的水库，建造费按100元/m3计，则每hm23a生华北落叶松幼林蓄水5.31t，相当于蓄水5.31m3（水的比重为1t/m3），需建造费531元，也就是每hm23a生华北落叶松幼林涵养水源生态效益为531元。从生态效益看，虽然微不足道，但随着林龄的增大，生态效益就会明显增加。

4.2 减少水库淤泥生态效益 太子山林区过境的洮河下游东乡县森林植被贫乏，水土流失严重，土壤侵蚀模数高达6 742t/km2·a，相比之下，太子山林区森林植被显得丰富，水土流失较轻，土壤侵蚀模数仅为2 092t/km2·a，两者相差4 650t/km2·a，这个差值就是由于森林林冠截留、枯枝落叶吸收了一部分降雨，缓冲了降雨对土壤的冲击力，其根系固持了土壤，从而减轻了土壤的流失。

4.2.1 计量 按森林控制土壤流失量4 650t/km2·a计算，每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）可减少洮河下游刘家峡等水库淤泥10.23t，相当于库容3.86m3（土壤比重为2.65t/m3）。

4.2.2 评价 按清理水库淤泥50元/m3计算，每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）可减少洮河下游刘家峡等水库淤泥生态效益193元。

4.3 控制土壤肥力流失生态效益 太子山林区适宜营造华北落叶松的宜林地在海拔2 800m以下，这一地带分布的土壤为淋溶灰钙土，采用天水林校1989年二类调查中土壤调查数据，即在0～20cm土层中，含腐殖质8.25%、速效氮0.003%、速效磷0.0028%、速效钾0.0095%。东乡县土壤流失最严重，每年流失土层厚度在20cm以内，故以此为依据计算土壤肥力流失量。

4.3.1 计量 每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）减少土壤流失量10.23t，其中：腐殖质843.98kg、速效氮0.307kg、速效磷0.286kg、速效钾0.972kg，按速效氮、速效磷、速效钾为全量的1%折算全氮30.7kg、全磷28.6kg、全钾97.2kg。

4.3.2 评价 按腐殖质150元/t、全氮4.35元/kg（尿素含氮46%，单价2元/kg折算）、全磷6.90元/kg（过磷酸钙含磷14.5%，单价1元/kg折算）、全钾4.17元/kg（硫酸钾含氧化钾48%，单价2元/kg折算），则每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）控制土壤肥力流失生态效益为863元。

4.4 固碳释氧生态效益 全球绿色植物每年光合作用可吸收二氧化碳2 000亿t，释放氧气1 400亿t，其中森林占70%。当空气中二氧化碳含量超过0.05%时，人就会感到郁闷、头晕，达到4%时就会出现心悸、呕吐等症状。全球二氧化碳浓度本世纪比上世纪由0.029%增至0.032%，已逐步形成地表气温上升的“温室效应”，直接威胁人类的生存。因此，大力植树造林，增加植被，保护现有资源，是调节全球大气平衡的有效途径，是改善人类生存环境的有力措施，应引起人们的高度重视。

4.4.1 计量 根据植物光合作用的化学反应方程式：可知，植物进行光合作用，每制造1g干物质，就可吸收1.47g二氧化碳，释放出1.07g氧气。将3a生华北落叶松幼林林木折算为单株材积（单株材积=3.14×地径2×树高/120 000，乘以每hm2保存株数即为每hm2主干材积，再加上主干之外枝条的材积即为每hm2总材积。经调查，华北落叶松主干之外枝条的材积占主干材积的15%。计算得总材积为1.15m3，折合干重（华北落叶松干重比重为0.37g/cm3）425.5kg，根系干物质占地上部分干物质（不含叶片）的20%，每hm2干物质总重量510.6kg。故制造510.6kg干物质，可吸收二氧化碳750.6kg，固碳（碳占二氧化碳的27.3%）204.9kg，释放氧气546.3kg。

4.4.2 评价 按氧气售价1元/kg，固碳需消耗1.2元/kg计算[1]，每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）固碳释氧生态效益为792元，平均每年每hm2固碳释氧生态效益为264元。

4.5 净化空气生态效益

4.5.1 计量 据资料[2]报道，1hm2阔叶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、阻滞粉尘10 110.00kg，则每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度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、阻滞粉尘2224.20kg。

4.5.2 评价 资料[2]吸收二氧化硫、吸收氟化物、吸收氮氧化物、阻滞粉尘的成本价格依次为1.20、0.69、0.63和0.15元/kg，按此计算，每年每hm23a生华北落叶松幼林（郁闭度0.22）净化空气生态效益359元。

5 小结

（1）每hm23a生华北落叶松幼林林冠截留降雨量4.65t、枯枝落叶吸水量为0.66t，其主干比重（干重）0.37g/cm3。

（2）每年每hm23a生华北落叶松幼林生态效益2 210元，其中涵养水源生态效益为531元、减少洮河下游刘家峡等水库淤泥生态效益193元、控制土壤肥力流失生态效益为863元、固碳释氧生态效益为264元和净化空气生态效益359元。

参考文献

[1]董卉卉，张学顺，冯万富，等.信阳市森林生态系统固碳释氧生态效益评[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2014（2）：232-234.

[2]肖建武，康文星，尹少华.城市森林净化环境功能及经济价值评估——以“国家森林城市”长沙市为例[J].浙江林业科技，2009（6）：71-75.