金沟岭林场森林水源涵养功能与价值研究

崔 嵬，郑小贤，顾 丽

（北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京100083）

金沟岭林场森林水源涵养功能与价值研究

崔 嵬，郑小贤，顾 丽

（北京林业大学 森林资源与环境管理国家林业局重点实验室，北京100083）

为适应森林多功能经营的需要，以金沟岭林场为研究区域，根据森林资源二类调查资料和固定样地观测数据，动态评估主要森林类型及龄组的水源涵养量，利用影子工程法评价水源涵养价值量。结果表明：金沟岭林场1997年与2007年的水源涵养量分别为4 560.2×104、4 273.6×104t，涵养水源的经济价值量分别为3 137.1、2 935.4万元；在不同森林类型中，针阔混交林蓄水量最大；10 a间，幼龄林的水源涵养价值量基本一致，中龄林与成熟林的价值量呈现增长的趋势，近熟林水源涵养价值量有所下降。

水源涵养功能；价值量；金沟岭林场；森林类型；龄组

随着人们对于森林需求的日益增长，森林经营由传统木材生产向着多功能经营的方向发展[1]。21世纪以来，水资源日益短缺，森林水源涵养功能成为人们关注的焦点[2]。水源涵养功能是森林对降水的拦截与再分配的过程，它可以减少水分蒸发，调节林内的温度与湿度，削减洪峰，减轻径流[3]。

目前研究主要集中在森林对于区域径流量的影响与不同林分层次对森林水源涵养功能的大小，如何客观准确地评价不同尺度水源涵养功能及其价值是当前研究的热点与难点。以往研究多以全国、省市和县域尺度为主[4-5]，对于森林经营单位水平的研究较少。在森林结构上，对涵养总量的研究较多，分量的研究较少，静态研究较多，动态研究较少。不同林分类型水源涵养能力差异较大[6]，研究各生长阶段林分类型的水源涵养能力有助于明确森林多功能经营培育目标。

本研究以吉林省汪清林业局金沟岭林场为研究对象，旨在研究不同森林类型、龄组水源涵养量及其价值量的动态变化，为森林多功能经营提供理论和方法支持。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

研究地区属长白山系老爷岭山脉雪岭支脉，地理位置：东经 130°10′，北纬 43°22′。全场共有11个沟系汇入大汪清河，气候上属于温带大陆性典型季风气候，地貌为低山丘陵，海拔在300～1 200 m之间，有林地的坡度范围为5°～25°，土壤为低山灰化土灰棕壤，森林植被主要为云杉Picea koraiensis、冷杉Abies nephrolepis、落叶松Larix olgensis、红松Pinus koraiensis等。林下灌木主要有珍珠梅Sorbaria sorbifolia、刺五加Acanthopanax senticosus等。主要林分类型有云冷杉混交林、落叶松人工林以及红松阔叶林。

1.2 数据来源

本研究主要数据：(1) 1997年与2007年的森林资源二类调查数据，1997年与2007年的有林地面积分别为16 031.92 hm2与15 976 hm2。(2)金沟岭林场主要森林类型土壤孔隙度、枯落物持水量等固定样地观测数据，林冠截留率数据引自我国主要森林生态系统类型的林冠降水截留规律数据[7]。(3)《延边统计年鉴2010》，研究区1997年与2007年的年降水量分别为563.0、495.8 mm。

2 研究方法

森林水源涵养量的估算方法主要分为森林水量平衡法与综合蓄水法[8-10]。森林水量平衡法是将土壤植被等视为一个整体，根据水量平衡的原则，降水量与蒸散量之差即为森林水源涵养量[11]。综合蓄水法是将森林蓄水量划分为林冠截留量、土壤蓄水量以及枯枝落叶持水量三个部分，三者持水量之和作为森林整体的水源涵养量[12]。本研究利用综合蓄水法对森林水源涵养量进行估算。

2.1 水源涵养量估算方法

2.1.1 林冠截留量

林冠截留量的计算公式[13]如式(1)：

式中：W1为森林林冠截留量；Si为第i种森林类型的面积；m为年降水量；ai为第i种森林类型的林冠截留率(%)。

2.1.2 土壤蓄水量

森林土壤蓄水量的计算公式[14]见式(2)：

式中：W2为土壤蓄水量；Si为第i种森林类型的面积；ki为金沟岭林场有林地第i种森林类型的土壤非毛管孔隙度(%)；hi为第i种森林类型的土壤厚度。

2.1.3 枯落物持水量

枯落物持水量的计算公式[15]见式（3）：

式中：W3为枯枝落叶持水量；Si为第i种森林类型的面积；Li为第i种森林类型单位面积枯枝落叶积累量；li为第i种森林类型枯枝落叶最大持水率(%)。

2.2 水源涵养价值量估算方法

本研究采用影子工程法[16-18]对森林水源涵养价值进行估算，计算公式为：

式中：V为森林水源涵养价值；W总为森林水源涵养量；Wg为某种替代工程的水容量；Vg为替代水利工程的价值；L为发展阶段系数(L≈0.15)[19]。

水库建设投资测算的每1 m3库容所需投入的成本为0.67元[18]，公式(4)可以简化为：

2.3 主要森林类型

根据金沟岭林场森林资源二类调查资料，该地区主要森林类型为白桦林、红松林、阔叶混交林、落叶松林、杨树林、榆树林、云杉林、杂木林、樟子松林、针阔混交林和针叶混交林等11种。

1987年设置的观测土壤孔隙度与枯枝落叶持水的固定样地主要设置在阔叶林、针叶林、针阔混交林和落叶松人工林4种森林类型中。其中，阔叶林主要包括榆树林、白桦林、杨树林。针叶林主要包括红松林、云杉等。

因此，林冠截留量评估针对11种森林类型，其他研究内容评估针对4种森林类型。

3 结果与分析

3.1 水源涵养量

3.1.1 林冠截留量

森林林冠截留量见表1。1997年与2007年森林林冠截留总量分别为2 196.4×104、1 935.9×104t。与1997年相比，2007年降水量与森林总面积有所减少，因此林冠截留总量也有所下降。在11种主要森林类型中，针阔混交林的森林截留量最大，分别为1 094.2×104、1 103.8×104t；针叶混交林次之，年截留量分别为461.1×104、412.4×104t。

表1 森林林冠截留量Table 1 Rainfall interception of forest canopy

3.1.2 土壤蓄水量

研究区土壤层厚度取68 cm，非毛管孔隙度在16%～25%之间。不同森林类型枯枝落叶层的单位面积最大蓄水量为33.1～62.1 m3/hm2。图1为不同森林类型的土壤蓄水量。金沟岭林场1997年与2007年土壤蓄水量分别为2 284.5×104、2 255.3×104t，其中针阔混交林的蓄水量最大，针叶林次之，落叶松人工林最小。

图1 森林土壤蓄水量Fig. 1 Water storage capacity of forest soil

3.1.3 枯落物持水量

枯落物持水量见图2。1997年与2007年枯枝落叶持水量分别为79.3×104、82.3×104t，整体上呈现上升趋势。在不同森林类型枯枝落叶持水量中，针阔混交林的枯枝落叶持水量最高，1997年与2007年分别占总持水量的53.13%与59.37%；落叶松人工林最低，仅占9.86%与4.72%。在10 a期间，针阔混交林的枯落物持水量增加了6.7×104t，针叶混交林增加了0.6×104t，而落叶松人工林则减少了，这是由于该地区自2000年以来实行的天然林保护工程，使其天然林水源涵养水平有所提高。

图2 枯枝落叶持水量Fig. 2 Water storage capacity of forest litter

林冠截留量、土壤蓄水量与枯落物持水量之和为森林水源涵养量。1997年与2007年金沟岭林场的森林水源涵养量分别为4 560.2×104、4 273.6×104t，表明该地区森林有巨大的贮水潜力。从植被不同作用层的水源涵养量上看，土壤的涵养水源贡献最大，林冠截留量次之，枯枝落叶持水量最低，1997年与2007年三者所占的比例分别为50%、48%、2%与53%、44%、2%。土壤与冠层的蓄水量达到总体的98%，起主导作用。

3.2 水源涵养价值量

3.2.1 不同森林类型水源涵养价值

1997年与2007年各森林类型的水源涵养价值见表2。从表2可以看出，不同森林类型中水源涵养价值量由大到小依次为针阔混交林、针叶林、阔叶林、落叶松人工林。其中针阔混交林的价值量分别为1 348.2、1 464.8万元；针叶林水源涵养价值量分别为761.8、742.0万元；阔叶林水源涵养价值量分别为655.9、742.0万元；落叶松人工林的水源涵养价值量最小，分别为407.2、190.9万元。

3.2.2 不同龄组水源涵养价值

1997年和2007年各龄组的林冠截留量、土壤蓄水量以及枯落物持水量见表3。中龄林与近熟林比例之和分别占84%（1997年）与77%（2007年），是森林多功能主体。10 a间，幼龄林的水源涵养价值量基本一致，中龄林与成熟林的价值量呈现增长的趋势，近熟林水源涵养价值量有所下降。这是由于中龄林的面积有所增加，部分近熟林转变为成熟林，使其水源涵养价值量发生变化。

表2 不同森林类型水源涵养价值Table 2 Value of water conservation in different forest types 万元

表3 不同龄组涵养水源价值Table 3 Value of water conservation in different age groups 万元

4 讨 论

受雨量和森林面积减少的影响，金沟岭林场1997年与2007年的森林水源涵养量总价值分别为17 018.9、14 820.1万元。研究地区土壤肥沃，雨量充沛，生物多样性丰富，有着较高的林地生产力。森林年龄结构趋向年轻化，可以长时间维持较高的生产力，水源涵养能力上有逐年增加的趋势。该地区自2000年实施天保工程与退耕还林工程，使其森林水源涵养功能得到显著提升。但是由于受到自然及人为活动的干扰，人工林与次生林的林分结构，特别是年龄结构不尽合理。如何优化林分结构、扩大森林面积、提高森林质量和科学评价森林多功能将成为今后森林经营和实践重点。对于水源涵养林经营上，应优先培育涵养能力较强的林分类型。森林管理决策者应利用合理的技术方法，对水源涵养功能进行详细的研究与评价，达到森林生态服务功能与人类需求的平衡，使得该地区森林多功能效益最大化。

不同森林类型的水文特征存在差异[20]，由于数据资料的限制，在森林土壤蓄水量以及枯落物持水量的估算上，仅估算了针阔混交林、针叶林、阔叶林以及落叶松人工林4大类，未对该地区全部森林类型做详尽估测，在一定程度上对评估的结果有所影响。

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Water conservation of forest in Jingouling forest farm and its value

CUI Wei, ZHENG Xiao-xian, GU Li
(Key Laboratory of Forest Resources and Environmental Management of State Forestry Administration, Beijing Forestry University,Beijing 100083, China)

According to the fi eld survey and the data of sample plots of the forest management inventory of the Jingouling forest farm which is chosen as the study area, the water source conservation was based on the water storage of different vegetation canopies and age groups. Using the shadow engineering method to calculate the value quality, the result shows that the water source conservation of 1997 and 2007 was respectively 4 560.2×104t and 4 273.6×104t, the value quality was 31.371 million yuan and 29.354 million yuan. In different forest types, mixed wood has the largest storage capacity. Among 10 years, water conservation of young forest value changed a little, value of mid-maturation and mature forest increased, value of nearly mature forest declined.

water conservation; magnitude of value; Jingouling forest farm; forest types; forest age

S727.21

A

1673-923X(2016)05-0088-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.05.017

2015-01-11

“十二五”国家科技支撑项目“南方集体林区生态公益林可持续经营技术研究与示范”（2012BAD22B05）

崔 嵬，博士研究生 通讯作者：郑小贤，教授；E-mail：zheng8355@bjfu.edu.cn

崔 嵬，郑小贤，顾 丽. 金沟岭林场森林水源涵养功能与价值研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(5): 88-92.

[本文编校：谢荣秀]