林地水土保持功能持續提高的機制及對策

賈愛冬，張鵬沖，張創峰，王劍輝

（1.寧夏回族自治區 水利廳水土保持局，銀川 750001；2.周至縣林業局，陜西 周至 710400）

林地水土保持功能持續提高的機制及對策

賈愛冬1，張鵬沖2，張創峰2，王劍輝2

（1.寧夏回族自治區 水利廳水土保持局，銀川 750001；2.周至縣林業局，陜西 周至 710400）

通過對不同林地水土保持功能分析得出，其發展過程可分為成長期、成熟期和減退期，并定義成熟期為可持續發展期。分析了影響水土保持功能持續提高的環境分配系數r和環境利用系數k，認為r是林地中光、水、肥分配的參數，k為光、水、肥利用的參數。林地水土保持功能的持續提高，應通過調整r和k，即調控林地的樹種組成、林分層次和林分密度，形成合理的林分結構，保持成熟期的持續發展。并在此基礎上提出了林地水土保持功能持續提高的相應對策。

林分；水土保持功能；可持續發展

1992年聯合國環發大會以后，全球范圍內保護環境與持續發展，防治水土流失和荒漠化等已成為當今林業研究的重要內容［1］。近年來世界各國特別是美國、日本、西歐和前蘇聯對林地的研究，已從單一學科、單一方面轉向多學科、多方面、多功能和多層次的深入研究，重點研究了林地理水防蝕機制和多功能防護機理。并根據景觀生態學原理，對區域林地體系的布局和分布進行了研究，提出了環境生態效益的評價理論和方法，建立了許多數學模型［2－4］。我國“七五”和“八五”期間相繼開展了“三北”生態林業工程建設技術的研究，在立地條件劃分、適地適樹、造林技術和綜合效益評價等方面取得了一些有價值的研究成果，并在生產中得到推廣應用，取得了可觀的效益［5］。

但是，人工植被普遍存在著穩定性差、生長不良和功能衰退等問題［6］。如何持續提高林地的水土保持功能，發揮其高效生態經濟和社會功能，實現人工植被的持續經營，是林業生態工程亟待解決的問題，也是當前及今后人工植被研究的熱點問題之一。本文通過對不同林地水土保持功能的分析，研究探索林地水土保持功能持續提高的內涵和林學機制，在此基礎上提出了林地水土保持功能持續提高的相應對策，以期為提高林業生態工程的建設質量提供參考。

1 水土保持功能持續提高內涵的數學表述

林地的水土保持作用從林地營造之后或從幼齡期開始就可發揮作用，并隨時間的增長而增加，當達到一定時間、一定狀態時，其水土保持效益最大；超過此種狀態以后則逐步減退，直至林木死亡。其水保功能發展曲線基本呈“S”型。用x（t）表示水土保持功能的發展過程，則水土保持功能單位時間的發展速度為dx·dt，相對發展速度為dx/dt·x。用Logistic曲線來分析這一過程，則有Logistic方程：

式中：c——積分常數；r——光、水、肥等環境分配系數；k——光、水、肥等的環境利用系數。

因此，可將林地水土保持功能的發展過程分為3個階段：分別稱為成長期、成熟期和減退期。成長期的林地具有一定的水土保持功能，并且以一定的速度發展，逐漸上升到rk/6；成熟期的林地已具有保持水土的能力，水土保持功能的發展速度由rk/6逐漸上升到最大值rk/4之后，又逐漸下降為rk/6；在減退期，林地仍有一定的水土保持功能，但已達不到保持水土的目的，發展速度逐漸下降而趨于零。在林地水土保持功能發展過程中，成熟期可以理解為水土保持功能的可持續發展期。在這一時期內，林地能夠起到保持水土的作用。若減退期隨意延長，則林地的水保功能將減弱，達不到保持水土的目的。因此，為了滿足保持水土的目的，使林地水土保持功能持續提高，應該通過調整式（1）的系數r和k，保持成熟期（t1，t2）的持續發展。

圖1 水保功能發展過程及發展速度曲線

2 水土保持功能持續提高的林學機制

森林本身的結構對森林環境與涵水保土的作用，關系十分密切，其水保功能體現在：（1）通過樹冠樹干和林內植被對降水的截留來降低降水的勢能，從而減小對地表的濺蝕；（2）通過林內枯落物減弱雨滴勢能，增加土壤入滲，增強土壤抗蝕能力，提高土壤抗沖性和抑制土壤水蒸發；（3）通過根系的固土功能，提高土壤抗沖性。

寧夏回族自治區水土保持試驗站的徑流觀測資料（表1）表明：在地形、土壤和降水條件相同的情況下，山楊林地的蓄水減沙效果顯著，2年合計，地表徑流深0.723mm，為油松林地的33.6%，為農地的4.2%；土壤流失量0.04t/km2，為油松林地土壤流失量的7.8%，不足農地的0.1%。也就是說，山楊林地與油松林地相比可減少徑流66.4%，減少泥沙92.2%，與農地相比可減少徑流95.8%，減少泥沙99.9%，表明森林具有很大的水土保持功能和理水作用，并且說明不同樹種組成的林分，其水土保持功能存在著明顯差異。

表1 不同林分結構的土壤侵蝕情況

油松林地去除枯落物后，徑流量和土壤流失量均有增加，與原狀林相比，分別增加了5.9倍和9.5倍，相當于農地的74.7%和0.03%，可見林地枯落物層具有不可忽視的水源涵養作用。

林地采伐上層林木后，由于較好地保存了林下地被物，因此產流和產沙未見明顯變化。與原狀林相比，山楊林和油松林分別增加徑流量3.7%和7.1%，增加土壤流失量1.5倍和1.8倍。說明只有合理地經營利用森林資源，才能使森林水土保持功能持續穩定。

由表2可以看出，油松林林冠截留量和林內樹干徑流量分別為山楊林的1.6倍和1.3倍。由此可見，不同樹種組成的林分，具有不同的水文性質。表3中徑流小區的初步觀測資料表明，林分樹種組成不同，土壤侵蝕程度則不同，混交林比純林防護性能高［5］。

表2 不同組成林分的水文性質 mm

表3 不同組成林分的土壤侵蝕情況

張華嵩［3］在海河、灤河流域30余年的植被恢復過程與防止水土流失效果的研究表明，森林植被蓋度與土壤入滲量、地表徑流的關系為：隨著植被蓋度的增長，地表徑流過程縮短，徑流洪峰量降低，地表徑流量減少，徑流系數減小，土壤入滲量增加。植被蓋度與土壤面蝕成反比的關系；植被蓋度每增加1%，土壤入滲量增加2%，地表徑流系數平均減少1.04%～1.2%。當植被覆蓋度小于60%時，土壤侵蝕量急劇上升；覆蓋度增加到60%以上時，地表侵蝕量明顯減少；覆蓋度增長到90%以上時，地表侵蝕基本得到控制。試驗還表明，枯落層能保持比它本身重量大1～2倍的水分，使降水透過它緩慢流下，從而遏止了雨水的勢能。所以較高的植被蓋度，能有效地減少地表徑流和土壤侵蝕。

根據110個馬尾松和72個川柏木典型結構林分調查［5］得出，當喬木層樹冠郁閉度較小時，草本層蓋度最大，郁閉度增至0.7時，草本層蓋度仍可達到90%的高峰值。但隨著郁閉度的繼續增大，超過0.7以后，草本層蓋度急劇下降，呈現開口向下的二次拋物線?？梢?，樹冠郁閉度過大，不利于地面植物的生長發育，也不利于森林涵水保土作用的發揮。要使森林發揮涵水保土效能，除喬木層外，還必須有相應的地被物蓋度。

以上徑流觀測資料和調查分析表明：在相同土壤、地形、氣候條件下，森林的涵水保土性能由林分結構特性所決定，林地水土保持功能的成熟期就體現在它具有較為合理的林分結構特性，能夠起到保持水土的作用。所謂林分結構特性包括林分的直徑、樹高、林齡、樹種組成、林分密度與林分層次等多種因素的規律性。其中樹種組成、林分密度（含植被蓋度、樹冠郁閉度、立木株數密度）與林分層次（喬木層、灌木層、草本層、枯落層）是水保林結構中起主導作用的因素。這些因素隨著林分內植物（喬、灌、草）的生長和對光、水、肥的竟爭（種內竟爭和種間竟爭）而發生變化，合理的林分結構特性要求林分內有合理的光、水、肥分配。因此式（1）中環境利用系數k、環境分配系數r反映了光、水、肥在林分的樹種間和林分層次間的分配狀態。環境利用系數k反映了在林分中各種植被（喬、灌、草）對環境的利用程度，與林分密度有關。水土保持功能持續提高的林學機制在于使林地保持合理的環境分配系數和環境利用系數，從而持續保持具有一定的喬木層樹冠郁閉度、一定的地被物蓋度和枯落物的復層混交林狀態。

3 林地水土保持功能持續提高的相應對策

以持續發展的基本原理為指導，以林地水土保持功能持續提高為目標，結合現有林地的實際情況，調控林地中光、水、肥的分配和利用，形成林地的合理林分結構為實質，為解決林地水土保持功能持續提高問題，提出以下相應對策。

3.1 將可持續發展理論和近自然林業理論作為林地水土保持功能持續提高的指導原則

可持續發展是人類社會發展史上的一場深刻革命，也是21世紀人類社會發展的必然選擇。作為陸地生態系統的主體，森林將在實現社會及生態環境可持續發展中發揮著不可替代的作用。近自然林業兼顧了環境、自然保護及其它社會效益，其任務就是促進發展與森林生態有關 的“森林保健”。因此，在森林培育技術和生產工藝的研究方面，要以可持續發展理論和近自然林業理論為基本原則，重點加強對防護林培育理論及綜合配套技術的研究。同時，要力爭在天然林保護方面和技術方面有所突破。

3.2 以生物工程技術應用和多學科技術的融合為動力，實現森林培育理論和技術的新突破

21世紀是生命科學和生物工程的時代，高新技術在林學中的應用雖然還處在開創階段，然而生物工程技術在森林培育學科中的應用勢不可擋。我國森林培育學科高新科技的應用主要集中在林木育種和良種繁育、育苗技術、造林技術等領域，通過基因工程（如基因重組、轉基因等）、克隆（如體細胞培養等）、倍體育種（如優良多倍體的培育）、輻射育種等高新技術與常規育種（雜交育種）相結合實現森林的多目標培育（速生、豐產、優質、抗性等）；栽培生理基礎研究（細胞及分子水平）及應用基礎研究將為良種繁育技術、育苗技術、森林培育的定向及集約技術的發展和新興的森林培育技術的產生提供堅實的科學基礎，也將成為提高森林培育質量的強大動力。

3.3 加強林業有害生物防治技術的研究，應用保障林地水土保持功能的持續提高

對制約西北地區林業生產可持續發展的有害生物問題開展基礎理論及防治關鍵技術的創新。在西北地區林業重大有害生物成災規律、重大有害生物可持續控制技術創新、植保資源生物多樣性及其利用、生物源新農藥創制方面有所突破，為林地水土保持功能的持續提高提供保障。

3.4 加強林業科技推廣體制創新，促進林業新技術新成果推廣與轉化

近年來，林業科技工作者通過研究攻關，在森林培育方面取得了一系列新的技術和成果，但由于推廣體制、機制等原因，新技術、新成果沒有很快地推廣普及到廣大林區，沒有被林農真正掌握。加快林業科技推廣體制改革和創新，建立適宜不同地區林業科技入戶的新機制、新模式是當前加快林業科技成果轉化為現實生產力的重要途徑。根據我國林業科技的發展現狀和推廣體制存在的問題，應發揮政府、科教單位、企業等多方面的優勢，建立多輪驅動、相互協作的多元化林業科技推廣新機制、新模式，促進成果轉化，將會對林地水土保持功能的持續提高發揮重要作用。

［1］高志義.水土保持學［M］.北京：中國林業出版社，1996.

［2］孫玉軍.可持續發展機制及相應林業對策的研究［J］.東北林業大學學報，1995，23（4）：15－20.

［3］張華嵩.植被恢復過程與防止土壤流失效果的研究［J］.林業科學，1989，25（1）：40－49.

［4］姜鳳岐.現有林地合理經營與改造技術研究［M］.北京：中國林業出版社，1996.

［5］胡貴泉.水源林、水保林林分結構與密度管理［C］//長江中上游林地建設論文集.北京：中國林業出版社，1991.

［6］姜鳳岐，朱教君，曾德慧，等.防護林經營學［M］.北京：中國林業出版社，2002.

Study on Mechanism and Strategies for Sustainable Development of Soil and Water Conservation Function of Woodland

JIA Ai－dong1，ZHANG Peng－chong2，ZHANG Chuang－feng2，WANG Jian－hui2
（1.Soil and Water Conservation Bureau of Ningxia，Yinchuan750001，China；2.Forstry Bereau of Zhouzhi County of Shaanxi Province，Zhouzhi，Shaanxi710400，China）

According to a general rule of a system development which is described as Logistic curve，the developing process of soil and water conservation function of woodland is divided into stages including growing，mature and descending based on the developing speed.The mature stage is defined as the period of sustainable development.The length of the period of sustainable development is influenced by distribution light，water and fertilizer of which distributing coefficient isrand using coefficient isk.Thereby，in oder to raise as the strategies for sustainable development of soil and water conservation function，that the distributing coefficientrand using coefficientkshould be adjusted through maipulating composition of tree species in forest，standing hierarchy and standing density to develop rational standing structure，proglong the mature stage，and shorten the growing stage.

woodland；soil and water conservation function；sustainable development

S727.26

A

1005－3409（2011）06－0283－04

2011－09－15

2011－07－21

賈愛冬（1967－），女，陜西長安人，高級工程師，主要從事水土保持方面的工作。E－mail：436050637＠qq.com