鶴峰縣天然林保護(hù)工程的生態(tài)效益評(píng)價(jià)

周鳳舞

(湖北省鶴峰縣五里林站,湖北鶴峰445803)

1 引言

天然林保護(hù)工程是黨中央、國(guó)務(wù)院實(shí)施的一項(xiàng)促進(jìn)人與自然和諧發(fā)展,改善生態(tài)環(huán)境的重大舉措,也是促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的有效途徑之一。天然林保護(hù)工程實(shí)施以來(lái),工程區(qū)生態(tài)環(huán)境變化和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展是當(dāng)前人們共同關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一[1]。鶴峰縣是全國(guó)天然林保護(hù)成效顯著的縣,也是全國(guó)造林先進(jìn)縣。筆者探討了鶴峰縣天然林保護(hù)對(duì)生態(tài)效益的影響,以期為工程決策制定提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

鶴峰縣位于湖北省西南部,恩施土家族苗族自治州東南角,東徑 109°45′～ 110°38′,北緯 29°38′～30°14′。東毗湖北省五峰縣和湖南省石門(mén)縣,南鄰湖南省桑植縣,西依湖北省來(lái)鳳縣、宣恩縣,西北與恩施市相連,北同建始縣、巴東縣接壤。境內(nèi)東西長(zhǎng)約85km,南北寬約67km,國(guó)土面積 28.86萬(wàn) hm2。鶴峰縣以天然林保護(hù)工程為契機(jī),堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先原則,實(shí)施“生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)建設(shè)生態(tài)化”,結(jié)合縣域產(chǎn)業(yè)特點(diǎn),不斷擴(kuò)大林業(yè)產(chǎn)業(yè)基地建設(shè),不斷優(yōu)化林業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),林業(yè)在縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用,鶴峰縣的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化。

2.2 研究方法

主要采用基本資料收集與樣地調(diào)查相結(jié)合的方法,基本資料數(shù)據(jù)主要來(lái)源于鶴峰縣森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù),常規(guī)數(shù)據(jù)處理采用Excel軟件[1～3]。

2.3 計(jì)算與分析評(píng)價(jià)方法

2.3.1 物種多樣性分析

不同年度群落物種多樣性主要采用以下指標(biāo)測(cè)度[2～5],G leason豐富度指數(shù)：

G=S/In A.

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

H′=一∑piIn pi(∑pi=1).

Pielou均勻度指數(shù)：

J=H′/In S.

生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)：

λ=∑Ni(Ni一1)/[N(N-1)].

式中S為物種數(shù),A為樣方面積,Pi為種i相對(duì)重要值,N為總個(gè)體數(shù),Ni為種i個(gè)體數(shù)。

喬木層物種相對(duì)重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)密度十相對(duì)胸高斷面積之和)/3,

灌木層物種相對(duì)重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)密度十相對(duì)基部斷面積之和)/3,

草本層物種相對(duì)重要值=(相對(duì)頻度+相對(duì)密度十相對(duì)蓋度)/3.

2.3.2 水源涵養(yǎng)效益評(píng)價(jià)

森林的水源涵養(yǎng)效益計(jì)算方法為：

Vw=(Vw p+Vw l+Vw f)×Cl.

式中Vw為森林涵養(yǎng)水源效益;Vw p為森林土壤的降水貯存量;Vw l為森林枯落物持水量;Vw f為森林林冠截留量;Cl為單位水價(jià)。Vw p、Vw l,、Vwf的計(jì)量采用以下公式計(jì)算：

Vw p=Pn×D ×S.

式中Vw p為森林土壤的降水貯存量;Pn為森林土壤非毛管孔隙度;D為土層厚度;S為森林面積。其中：土壤的非毛管孔隙度%=土壤總孔隙度%-土壤毛管孔隙度%,

Vw l=L×C×S.

式中Vw l為森林枯落物層持水量;L為每公頃枯落物積累量;C為枯落物最大持水率,S為森林面積。

枯落物最大持水率(%)=浸泡24h后枯落物重(g)/枯落物干重(g)×100%,

林冠截流量(Vw)：

Vw=∑(p×si×li).

式中：Vw為林冠截留量;P為該區(qū)多年平均降雨量;Si為各森林類(lèi)型面積;li為各森林類(lèi)型林冠截留率。

2.3.3 固土保肥效益評(píng)價(jià)

森林固土量可通過(guò)測(cè)定有林地和無(wú)林地上土壤年侵蝕量來(lái)計(jì)量,其公式為：

Y s=∑Si(Dn-Di).式中Vs為某一地區(qū)森林年保土效益(t);Si為某森林面積;Dn為無(wú)林地上土壤侵蝕模數(shù)(t/hm2?a);Di為某類(lèi)林地上土壤侵蝕模數(shù)(t/hm2?a)。其中,無(wú)林地(按草地)、灌從、喬林(按林地)參照鄭巍偉的土壤侵蝕模數(shù)研究。固土效益換算為：

Ps=Vs×Cs.

式中Ps為森林固土效益;Vs為該區(qū)森林固土量;Cs為泥土單價(jià)。森林保肥效益可通過(guò)土壤有機(jī)質(zhì)的含量換算,其公式為：

V f=Cf×∑VsP i.

式中Vf為森林保肥效益;Vs為該區(qū)森林固土量;Pi為各類(lèi)養(yǎng)分含量(%);Cf為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)肥料單價(jià)。

2.4 結(jié)果與分析

2.4.1 森林覆蓋率變化

根據(jù)鶴峰縣歷年來(lái)的森林資源調(diào)查,1999,2006,2009年森林覆蓋率分別為33.43%、37.03%,42.46%。天然林保護(hù)工程實(shí)施前后森林覆蓋率變化差異較大。鶴峰縣通過(guò)人工造林、人工促進(jìn)天然更新、以植代播、封山育林等方式實(shí)施天然林保護(hù)保護(hù)工程,森林面積增加1.2萬(wàn)hm2,尤其婁水河流域水源涵養(yǎng)區(qū)森林植被恢復(fù)很快,使全縣森林覆蓋率從1999年的33.43%上升到 2009年的42.46%,增加了9.03%。

2.4.2 森林類(lèi)型與面積變化

天然林保護(hù)工程實(shí)施前,全縣主要是分布馬尾松林、四旁樹(shù)種、次生灌木灌叢、疏林和在溝谷殘存的少數(shù)闊葉林。工程實(shí)施后,大量的次生灌木灌叢得以保護(hù)而迅速生長(zhǎng)郁閉,一些疏林、灌草叢通過(guò)人工補(bǔ)植補(bǔ)造而形成針闊混交或闊葉混交林,封山育林后的各個(gè)林區(qū)由于各自地形地貌、種源和更新條件的影響,向著不同的方向演替生長(zhǎng)。因此,全縣森林類(lèi)型有較大的變化,逐漸由以前的馬尾松純林變?yōu)獒橀熁旖涣?由以前的荒山荒地變?yōu)閱坦嘟Y(jié)合的混交林或多物種的灌木林。以闊葉林、針葉林、灌木林為主進(jìn)行統(tǒng)計(jì),各森林類(lèi)型的面積總體上都在增加。以工程實(shí)施前的1999年為基數(shù),至2009年森林總面積增加了12 416.8 hm2。其中灌木林增長(zhǎng)最大,達(dá)168.36%,其次為闊葉林,增長(zhǎng)了128%,針葉增加較少,只有12.48%。

2.4.3 水源涵養(yǎng)效益

水源涵養(yǎng)效益通過(guò)森林3大持水效益體現(xiàn),即林冠截流、枯落物持水和森林土壤持水。不同森林類(lèi)型的林冠截流率參考張曉珊2001年的測(cè)定值[6],鶴峰縣的針葉林基本上為馬尾松林,則闊葉林、針葉林、灌木林林冠截流率分別為34.33%、18.78%,26.46%;根據(jù)鶴峰縣氣象局資料,鶴峰年平均降水量為1 168.6mm;鶴峰縣屬于長(zhǎng)江中上游亞熱帶地區(qū),每公頃森林枯落物積累量、枯落物最大持水率、土壤非毛管孔隙度可參照石培禮等2004年關(guān)于長(zhǎng)江上游地區(qū)主要森林植被類(lèi)型蓄水能力研究的亞熱帶森林測(cè)定值[8],則闊葉林、針葉林、灌木林(按喬木闊葉類(lèi)型的1/2計(jì))枯落物積累量分別為 12.0t/hm2、15.5t/hm2、6.0t/hm2,最大持水 率分別為395%(按常綠落葉闊葉林統(tǒng)計(jì))、258%(按松林統(tǒng)計(jì))、395%(按常綠落葉類(lèi)型統(tǒng)計(jì)),森林土壤非毛管孔隙度分別為14.82%(按常綠落葉闊葉林統(tǒng)計(jì))、9.95%(按松林統(tǒng)計(jì))、14.82%(按常綠落葉類(lèi)型統(tǒng)計(jì))。天然林保護(hù)工程實(shí)施后森林涵養(yǎng)水源的效益顯著增長(zhǎng),在各持水類(lèi)型中,林冠截流水最多,其次是森林土壤持水,枯落物持水最少。

2.4.4 固土保肥效益

森林固土效益主要通過(guò)森林滯留水土的土量來(lái)體現(xiàn),以常規(guī)土方價(jià)格20元/t換算。無(wú)林地(按草地)、灌叢、喬木林(按林地)參照鄭巍偉的土壤侵蝕模數(shù)研究[8]。天然林保護(hù)實(shí)施后,森林固土效益明顯。在全縣森林總體固土效益中,喬木林發(fā)揮的作用最大,其次是灌木林。各主要森林類(lèi)型以及總體都隨著天然林保護(hù)工程時(shí)間的延遲,其保土效益更明顯,間接地反映了林分的生長(zhǎng)茂密程度。近幾年來(lái),由于森林資源得到繁育增長(zhǎng),水土流失減少。森林的保肥效益主要從其土壤N,P,K及有機(jī)質(zhì)的滯留效益等方面反映。根據(jù)土樣分析,工程區(qū)森林土壤平均全N、全P、全K及有機(jī)質(zhì)含量分別為3.56、0.57、9.83、64.36g/kg,天然林保護(hù)工程區(qū)森林各個(gè)保肥指標(biāo)皆隨工程的進(jìn)展呈上升狀態(tài)。

2.4.5 生物多樣性變化

項(xiàng)目實(shí)施后,于2000年建立固定樣地監(jiān)測(cè)點(diǎn),并分別于2000,2003,2006,2009年進(jìn)行定期調(diào)查檢測(cè)。不同年度群落物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)測(cè)度結(jié)果表明鶴峰縣天然林保護(hù)工程典型群落在不同年度的物種多樣性變化各有不同,具體表現(xiàn)為：?jiǎn)棠緦游锓N豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)都以2009年最高,生態(tài)優(yōu)勢(shì)度則是2007年最高;灌木層物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)在2003年最高,均勻度指數(shù)變化不明顯,生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則是2000年最高;草本層物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)在2000年最高,均勻度指數(shù)和生態(tài)優(yōu)勢(shì)度變化都不太明顯。總體來(lái)說(shuō),群落物種豐富度變化較為明顯,多樣性指數(shù)變化次之,其中木本植物豐富度呈上升趨勢(shì),而草本植物豐富度則明顯下降;均勻度指數(shù)變化不明顯,而生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都偏低,表明隨著天然林保護(hù)的進(jìn)行,生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步改善,入遷和成長(zhǎng)的木本植物增多,同時(shí)亦反映了喀斯特地區(qū)群落小生境多樣性復(fù)雜,物種豐富度高導(dǎo)致生態(tài)優(yōu)勢(shì)度不突出、均勻度變化滯緩的特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

鶴峰縣天然林保護(hù)工程于2000年啟動(dòng),實(shí)施范圍涉及全縣8個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))。工程實(shí)施前,主要森林類(lèi)型是馬尾松林、四旁林木、次生灌草從、疏林和在溝谷殘存的少數(shù)闊葉林。工程實(shí)施后,森林類(lèi)型有較大的變化,逐漸由實(shí)施前的馬尾松純林向針闊混交林、荒山荒地或疏林向喬灌結(jié)合的混交林或多物種的灌木林、喬木林轉(zhuǎn)變。物種豐富度、多樣性程度大大增加,森林景觀類(lèi)型趨于多樣化。

天然林保護(hù)工程的實(shí)施有效地保護(hù)了生物多樣性,保護(hù)了森林生態(tài)環(huán)境,使森林固土保肥、涵養(yǎng)水源、固碳制氧等生態(tài)功能得到了更好的體現(xiàn)。同時(shí),天然林保護(hù)工程的實(shí)施,一定程度上對(duì)林區(qū)勞動(dòng)力進(jìn)行了再分配,不但解決了部分當(dāng)?shù)鼐用竦木蜆I(yè),而且對(duì)人們愛(ài)護(hù)生態(tài)環(huán)境意識(shí)的提高具有促進(jìn)作用。天然林保護(hù)工程利大于弊,天然林保護(hù)仍是一個(gè)長(zhǎng)期性、永久性的工作。但要使天然林保護(hù)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)更深入民心,必須有效解決工程區(qū)后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題,發(fā)展林區(qū)經(jīng)濟(jì),減少對(duì)森林資源直接利用的依賴(lài)性。

對(duì)工程效益的評(píng)價(jià)涉及多個(gè)領(lǐng)域和方方面面的問(wèn)題,尤其生態(tài)效益的評(píng)價(jià)只能是一個(gè)理論的數(shù)值。此外,限于時(shí)間和條件有限,文中生態(tài)效益評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇除了涵養(yǎng)水源、固土保肥外,未考慮森林對(duì)凈化空氣、吸收污染物、保存生物種質(zhì)資源、防風(fēng)、人們獲得美好環(huán)境享受以及減少泥石流、洪災(zāi)等自然災(zāi)害的效益。總之,天然林保護(hù)工程評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇及評(píng)價(jià)體系的建立還需要今后進(jìn)一步完善。

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