水库区内不同林分类型的水土保持功能及效益评价.pdf

第2 0卷第4期 2 0 0 8年 1 2月 亚热带水土保持 S u b t r o p i c a l S o i l a n d Wa t e r C o n s e r v a ti o n Vo I 2 O4 D e c 2 O 0 8 水库区内不同林分类型的水土保持功能及效益评价 卢进波 邱衍峰 方代有(深圳市深水水务咨询有限公司广东 深圳 5 1 8 0 3 6)摘 要 通过对红竹林、云南甜竹林、混交林和裸露地的定点定位观测研究，结果表明，裸露地地表径流最大，土壤侵蚀模数达2 0 0 9 4 5 7 2 t k m a，为剧烈侵蚀，而其他 3 种林地土壤侵蚀量都在允许侵蚀范围内，不同林分 类型具有“上拦下蓄，层层防护”的水土保持功能。在统计期内，不同林分类型增加涵养水源效益值为0 7 9 0 0 9 3 2万元 h m 不等；红竹林、云南甜竹和混交林的保肥效益分别为 1 4 7 0万元 h m 、0 8 6 3 万元 h m 和 1 7 2 5 万元 h m ；3种林分固持土壤的效益值为 0 2 1 6万歹 己 h m 左右，其综合效益分别为 2 4 7 7万歹 己 h m 、1 8 7 7 万元 h m 和 2 8 7 4J L h m。关键词水土保持功能；效益评价；固土保肥；水源涵养 中图分类号$7 1 4 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 2 6 5 1(2 0 0 8)0 4 0 0 1 l 一 0 5 S o i l Co n s e r v a t i o n F u n c t i O I l S a n d Be n e fi t s As s e s s me n t t o t h e Di ffe r e n t S t a n d Ty p e s i n t h e Re s e r v o i r Ar e a L u J i n b o，Q i u Y a n f e n g，F a n g D a i y o u (S h e n s h u i Wa t e r A ff a i r s C o n s u l t a ti o n C o L T D o f S h e n z h e n C i t y，G u ang d o n g P r o v i n c e 5 1 8 0 3 6)Ab s t r a c t T h e f re d p o s i ti o n i n g o b s e r v a t i o n wa s c o n d u c t e d t o P h y l l o s tac h y s i ri d e n s c e n s，Yu n a n Ac i d o s a s a e d u l i s，mi x e d f o r e s t an d e x p o s e d l a n d，t h e r e s u l t s h o ws tha t the g r o u n d r u n o ff v o h t l e a t the e x p o s e d l an d i s the h i g h e s t w i t h t h e s o i l e r o s i o n mo d u l e o f 2 0 0 9 4 5 7 2 ffk m2a，w h i c h i s i d e n ti fi e d a s the s e v e r e e r o s i o n，w h i l e t h e s o i l e r o s i o n v o l u m e s o f the o the r th r e e f o r e s t l and s a r e withi n the a l l o w a b l e r a n g e A l l t h e d i ff e ren t s t a n d t y p e s e n j o y the s o i l c o n sol T a-t i o n f u n c ti o n s o f i n t e r c e p ti o n w a t e r o n the g r o u n d a n d s t o r i n g w a t e r u n d e r g r o un d f o r the mu l t i l a y e red p r o t e c t i o n Du ri n g t h e s tat i s ti c p e riod，the b e n e fi t v alu e s for the d i ff e r e n t s t a n d t y p e s o n the wa t e r r e s o u r c e c o n t a i n me n t v a r i o u s f r o m 7，9 0 0 t o 9，3 2 0 R M B h m ，t h e f e r ti li ty k e e p i n g ben e fi o f P h y ll o s t a c h y s ir id e n s c e n s，D e n d r o c a l a m u s b r a n d is i i(M l u l o)Ku r z，mi x e d f o r e s t a re 1 4，7 0 0 RMB h m，8，6 3 0 RMB h m，a n d 1 7，2 5 0 RMB h m，r e s p e c t i v e l y T h e ben e fi t v alu e o f the s e t h ree s t a n d t y p e s o n the s o i l k e e p i n g i s a b o u t 2，1 6 0 RMB h m I n a d d i t i o n，the i n t e g r a t e d ben e fi o f the s e t l l l e e s t an d t y p e s a l e 2 4，7 7 0 RMB h m，1 8，7 7 0 RMB h m an d 2 8，7 4 0 RMB h m，r e s p e c ti v e l y Ke y、v 0 r d s S 0 i l C o n s e r v a t i o n F u n c ti o n s，B e n e fi t As s e s s me n t，So i l&F e r t i l i ty K e e p i n g，Wa t e r Re s o u r c e C o n tai n m e nt 深圳市为我国七个严重缺水城市之一，人均 占有 水资源量不足全国人均 占有量的 1 1 0。为解决水资 源严重短缺问题，水务部门近年来大力开展水源保护 林建设，现以茜坑水库水源保护区内营建的以竹子为 主要建群树种的特色水源保护林为例进行探讨，本研 究为观澜河引水工程管理处于 2 0 0 6 2 0 0 7年开展 的“竹林在库区水土保持及生态恢复中的应用研究”的 部分内容。1 试验区概况 茜坑水库水源保护区位于观澜河一级支流茜坑 收稿 日期：2 o 0 8 7 2 9 作者简介：卢进波(1 9 7 3一)，男，湖北省荆州市人，工程师，现主要从事水土保持管理工作。亚热带水土保持 第 2 O卷 河的上游，总面积为4 9 8 k in ，地处亚热带季风气候 区，气候温和，雨量充沛。年均降雨量 1 7 2 2 O m m，但 2 2 4 C。试验区属丘陵地貌类型，土壤主要为发育在 花岗岩母质上的赤红壤，风化壳深厚，平均厚度在 l O 在时间上分配很不均匀，汛期降雨量占全年的8 5 0 2 0 m左右。在库区内选取4 个试验小区作为本研究 12 _ lz。年均蒸发量 约为 l 3 3 2 O m m，年均气温为 试验对象，其基本情况如表 1 所示：表 I 不同林分类型试验小区基本情况 注：混交林的建群树种为马占相思与红磷蒲桃，草本层植物以芒萁为主。2 研究方法 失量 地表径流量；2 1 试验设计 水源涵养量=降雨总量 一地表径流量 一 蒸发 在所选的红竹、云南甜竹、混交林地和裸露地各 散量(本研究数据在每次降雨后立即采集，因蒸发散 建立 1 个 1 2 2 m 坡向大致相同的地表径流微型观测 量较小，故未测定其值)，m h m ；小区，小区设计规格：顺坡向两侧和沿等高线上端布林草增加水源涵养量=水源涵养量 一 土壤贮 设长 1 m、厚 3 m m 的钢板作截水墙，沿等高线下端钢 水量(以裸露地的水源涵养量为基准)，m h m 。板与顺坡向两侧钢板成4 5。角布设，将地表径流和侵 2 3 效益评价方法 蚀泥沙导人至布设在下方的6 5 L 塑料桶内。此外，在 不同林分类型的水源涵养和保肥效益用环境效 附近空旷处设置 1 个 s L 1 型遥测自 记雨量计。益评价法，即根据观测数据先计算出不同林分类型的 林冠截留量采用雨量筒法测定，枯落物截留量 植被涵养水源量和土壤肥力固持量，然后根据市场替 采用最大吸水法测定，草本层截留量采用简易吸水 代原则计算出涵养水源和固持肥力的经济价值；植被 法测定 引。土壤养分的测定采用常规分析方法测定。固持土壤效益采用环境消耗评价法，即根据测定的 2 2 数据收集与整理 土壤固持量换算成水库库容，以兴建能达到同等土壤 对4 个微型小区的地表径流进行为期 1 年(2 0 0 6 侵蚀量所占用库容的水库工程造价所消耗资金作为 年7 月 2 0 0 7年6 月，其中2月在春节期间的相关数 植被保持土壤的经济效益值。据未统计于此文)的定点定位观测。每次降雨后，测 3 结果与分析 定并记录各林分类 型地表径流量和林外降雨量。同 3 1 不同林分类型地表径流量 时，从径流桶中取 3个 3 0 0 O m l 浑水样测定其含沙 固持土壤、涵养水源，减少地表径流是森林生态 率，并计算地表径流系数、土壤侵蚀量、平均降水土壤 系统的重要功能。从空间尺度上看，森林是通过乔木 侵蚀率等指标。其计算公式如下：层、灌木层、地被物(草本和枯落物)层和土壤层的立 地表径流系数=单位时间地表径流量 单位时 体层次来发挥此功能。因此，树种的组成及结构、地 间降水量：被物分布状况和土壤物理性质等是影响地表径流的 平均降雨土壤侵蚀率=单位面积土壤流失量 主要因子，另外还受降雨特性(降雨量、降雨强度、降 降水量 ；雨频率等)的影响。平均地表径流土壤侵蚀率=单位面积土壤流 表2 不同林分类型地表径流与土壤侵蚀的几个指标统计表 在统计期内，从单个因子(林冠层、草本层或枯落 物层)的截留蓄水量来看，3个不同林分类型的持水 l 2 第4期 卢进波，邱衍峰，方代有：水库区内不同林分类型的水土保持功能及效益评价 量相差并不大，但不同林分类型的地表径流量、土壤 侵蚀量、平均降雨土壤侵蚀率等指标值(表 2)则相差 较大，如裸露地的地表径流分别是混交林、云南甜竹 林和红竹林的 l 1 5 6倍、6 6倍和 6 3倍。结合表 1 和表2数据分析，认为生态结构层次愈复杂，其蓄水 固土效果愈明显，因为各生态层次本身不仅具有截留 蓄水功能，还能通过各层次间的相互作用，增加地表 粗糙度，阻碍和减缓地表径流的流速，延长水分的下 渗时间，避免雨水直接冲击土壤，以减少地表径流的 形成和土壤侵蚀；分解的枯落物和错综盘结的根系对 改善土壤结构起了重要作用，从而加大了土壤的人渗 速率和贮水量。3 2 不同林分类型土壤侵蚀量月动态变化 试验区内绝大部分水土流失类型属水力侵蚀型，形成地表径流的同时常伴随着土壤侵蚀的发生，因 此，影响林地土壤侵蚀的主要因子与地表径流的影响 因子相同。表3 不同林分类型土壤侵蚀量月动态变化 单位：k g h m 2 试验区处于雨、旱季节分明的雨量丰沛区，从表 3可知，各试验区土壤流失量与降雨量的多寡有较大 关系，从 2 0 0 6年7 1 2月降雨量逐渐减少，其土壤流 失量大致也随着降雨量的减少而减少，尤其以裸露地 表现更明显。但从所测定 的资料看，也有一些例外情 况，如 2 0 0 6年 8 月比7 月的降雨量少，但4个试验区 的土壤流失量却反而增多，这说明土壤流失量并非受 降雨量单个因子的影响，而是一个受多因子共同影响 的复杂过程，其机理有待进一步研究。在 2 0 0 7年 4 月各试验区的土壤流失量均有明显升高，这可能是由 于各试验区地表土壤经过一个旱季的影响，大气降水 的偏少使表层 土壤含水量偏低，导致土壤结构松散。当降雨量明显增加时，表层土壤受到较大径流营力 时，土壤易被径流冲刷而致。在统计期内，红竹林、云 南甜竹林、混交林和裸露地在雨季的土壤侵蚀量分别 占全年土壤流失 量的 9 3 8 3 、8 8 3 2、1 0 0 0 0 和 9 6 8 3。从4 个试验区的土壤侵蚀模数来看，裸露对照地 分别是云南甜竹林、红竹林和混交林 的 3 2 0 1倍、4 5 0 9 倍和6 8 3 4 9 倍。虽然云南甜竹林的枯落物厚度 是红竹林的 1 7 6 倍，覆盖度也高于红竹林(见表 1)，但红竹林的土壤侵蚀模数却小于云南甜竹林，可能是 由于红竹林下生长着一层草本植物(其覆盖度约 6 5 O)，而云南甜竹林下的草本植物无论从优势度、覆盖度还是生物量方面，相对于红竹林和混交林都可 忽略不计，因为草本层不仅可 以截持部分降雨、补充 枯落物层的蓄积量，还可在分解后补充土壤养分供植 株生长，在土壤表层还具有错综盘结的根系，对改善 土壤结构、增加土壤人渗和固持土壤等方面的作用是 其他生态作用层无法比拟的。3 3 不同林分类型对水库水质的影响 表4 茜坑水库几个主要原水水质指标 注：此表数据引自深圳水质检测中心在深圳水务网发布的部分数据。1 3 亚热带水土保持 第2 0 卷 2 0 0 2 2 0 0 4年在库区内栽种了大面积的竹子，种 植竹子后改变了原不合理的经果林经营模式，使得库 区内的水土流失得到有效控制。从表 4可见，原水中 氨氮(N H 4 )含量 随时间 的推移而逐 年降低，截至 2 0 0 7 年底的统计数据，水库原水中氨氮含量仅为 2 0 0 4 年的6 1 9，这说明竹子对于改善原水水质起 着积极作用。分析其原因：竹子生长迅速，栽植 3年 年减少，N H 4 易为土壤胶体吸附 而保存在土壤中，不易流失，植被通过固持土壤而减少泥沙入库量，这 是水库原水中r,rH；呈逐年下降的主要原因。其他各 指标均在允许范围内，而水体 p H值朝微酸性变化。3 4 涵养水源效益值评价 试验区内涵养的水源流人茜坑水库，水库的蓄水 全部用于城市生活用水，以此计算出水源涵养所产生 左右即可成林，随着竹子的生长，林地土壤侵蚀量逐 的经济效益值如表 5 所示。表 5 不同林分类型水源涵养效益经济评价 注：水价参照北线引水工程一期的原水水价。试验区大气降雨 总量与各林分类型的地表径流 之差即为水源涵养量，包括林冠截留、林下地被物(草 本层与枯落物)蓄水量和土壤贮水量。虽然裸露地未 有植被层，但其水源涵养量依然达 1 0 4 4 0 0 m h m ，这是因为土壤本身的孔 隙(特别是非毛管孔隙)直接 提供了蓄水空间所致。从表 5中可看出，地表径流最 小 的 混 交 林 水 源 涵 养 量 居 四 者 之 首，达 1 8 6 9 0 3 m。h m，是裸露地土壤贮水量的1 7 9 倍，云 南甜竹林和红竹林的水源涵养量相差不大。水源涵养量与水库原水水价之积即为涵养水源 效益值，4个不同林分类型的水源涵养效益值从大到 小依次为混交林、云南甜竹林、红竹林 和裸露地。本 文以有林地的水源涵养量与裸露地土壤贮水量之差 作为植被水源涵养量，即植被在实际水文过程中所增 加的水源涵养量。植被增加水源涵养量与原水水价 之积即为植被产生的水源涵养效益值，其值依然以混 交林居首位，为 9 3 2 0 _ h m ，其次为云南甜竹林，为 7 9 8 0 h m ，而红竹林的水源涵养效益值为 7 9 0 0 _ h m 。3 5 减少土壤侵蚀效益值评价 裸露地土壤侵蚀量与有林地的侵蚀量之差可作 为植被所固持的土壤量，根据不同林分类型的土壤养 分检测值，可换算成市场上等量的肥料值，再乘以肥 料价格，即可得出植被保肥效益值。因土壤中有机质 和N素含量较高，故在此文中仅以市场中含有机质为 3 0 0 的有机肥和含 N量为4 6 3 的尿素作为折算 依据，对不同林分类型的保肥效益进行经济评价。表 6 环境消耗效益经济评价 注：尿素价格参考中国农业肥料网(h t t p：f1 z g n y e o m e n)2 0 0 7年 1 2 月的肥料报价，其为2 3 4 0元 t，N含量为4 6 3 ；有 机肥市场价参考广东省三水市兴农复混肥厂价格：其为6 2 0 Y W t，含有机质 3 0 0 。从表6中可知，3 个不同林分类型中保肥效益值 8 6 2 6 2 h m 。在库区内若未有植被的固土保肥作 均以 昆 交林为最高，有机肥和 N肥效益值分别达 用，其发生的土壤流失全部进人水库内，则要占用部 1 5 3 2 3 9 _ h m 和1 9 2 9 6 元 h m ，合 计 达 分库容，使得水库蓄水量减少。根据深圳市最新建造 1 7 2 5 3 5 _ h m ，其次为红竹林，保肥效益值合计为 水库的工程造价为 1 4 0 元 m。，以此用环境消耗评价 1 4 7 0 3 3 h m ，云南甜竹林的保肥效益值合计为 法计算出混交林、红竹林和云南甜竹林减少土壤侵蚀 1 4 第4期 卢进波，邱衍峰，方代有：水库区内不同林分类型的水土保持功能及效益评价 效益值变化在 2 1 6 3 4 2 1 6 4 0：T rJh m ，差异较小。4 结论与建议 4 1 不 同林分类型各 因子形成 的生态 系统防护功能 强大，在库区内发挥了重要的水土保持功能。受林 龄、林种生物学和生态学特性等影响，不同林分类型 间的蓄水功能差异较大，统计期 内地表径流以裸露地 最大，达 8 3 2 2 m m，而混交林 仅有 7 2 m m，为裸露地 的O 8 6。4 2 不同林分类型的土壤侵蚀量变化与地表径流量 变化趋势一致，在雨季，土壤侵蚀量明显增加，侵蚀量 最大者为裸露地，而生态作用层次较复杂的混交林，其土壤侵蚀量仅为 2 9 4 k g h m。4 3随着竹子的生长，水库原水水质有明显提高，特 别改善水体中氨氮(N H 4 )含量效果更佳，但净化水 质所产生的效益有待进一步研究。在统计期内，林草 增加涵养水源效益值为 7 9 0 2 8 9 3 2 2 7 Y r _,h m ；红 竹林、云南甜竹和混交林的保肥效益分别为 1 4 7 0 3 3 U r _ h m 、8 6 2 6 2：h m 和 1 7 2 5 3 5：T r _ h m 。用 环 境消耗评价法对 3种林分固持土壤的效益进行评价，其效益值在 2 1 6 3：T r_ h m。左右。4 4建议在营建水源保护林时，应坚持系统性原则形 成立体结构，在垂直尺度上要有多树种、多层次，深根 性与浅根性合理配置，形成不同的互为补充的生态 位；功能尺度上应形成 以生态效益为主，兼顾经济和 社会效益的多功能、高效益林分。参考文献 1 黄礼隆，陈祖铭，任守贤 森林水文研究方法 J 四川林业科 技，1 9 9 4，1 5(1)：l 5 1 8 2张洪江，程金花，史玉虎，等 三峡库区3种林下凋落物储量 及其持水特性 J 水土保持学报，2 0 0 3，1 7(3)：5 5 5 8 3范世香，裴钦番，等 两种不同林分截留能力的比较研究 J 应用生态学报，2 0 0 0，1 1(5)：6 7 1 6 7 4 4谢锦忠，傅懋毅 肖基浒，等 丛生竹林生态系统的水文效应 研究 麻竹人工林地表径流规律的初探 竹子研究汇刊 J ，2 0 0 0，1 9(4)：1 82 5 5何汉杏，葛汉栋，庄昌盛，等 张家界市漩水林场毛竹林水文 生态效益的初步研究 生态效益的经济评价 J 中南林学 院学报，2 0 0 1，2 1(4)：1 61 8 6罗汝英主编 土壤学 M 中国林业出版社，2 0 0 3 年 1 2月 7 蒋俊明，费世民，余英，等 长宁竹海 5 种林分类型的水文效 应评价 J 西部林业科学，2 0 0 6，3 5(2)：1 7 2 2 注：本文由南方水土保持研究会推荐(上接 第 1 O页)6 1 本文以江苏省赣榆夹谷山水土保持试验站9年 的实测资料为依据，研究了 U S L E模型中各因子的取 值方法，并进行土壤流失量的计算分析，准确率达 9 0 以上，因此，该模型具有较高的适用性和可靠性，可以在本地区或同类型地 区广泛应用。6 2 各地降雨特征和地理位置等因素不同，R因子 的取值亦不同。本地区降雨侵蚀力的最佳组合为 R =ZE I 3 o，R值的简便算式为 R=0 2 0 2 7 H 。6 3 从土壤流失方程可以看出，R、K是 自然因子，人 们几乎不能改变它们，而 L S、c、P则是可以改变的，因此，可以通过坡改梯、增加植被、调整种植结构等工 程和生物措施来减少土壤流失量。6 4 该项试验研究成果已成功应用到赣榆县小流域 的综合治理和水土保持规划中，取得了显著成效。参考文献 1 Wi s e h me i e r W H，S mi t h D D P r e d i c t i n 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