南京老山林场水源涵养能力的评价

时间：2024-05-22

贾卫国+宣丽+温作民

摘要：在对老山林场水源涵养林森林资源结构调查了解的基础上，计算分析了老山林场不同森林结构的林冠层、地面和土壤的水源涵养能力，得出老山林场水源涵养能力总体偏低的结论，并分析了原因。

关键词：水源涵养林；涵养能力；评价；老山林场

中图分类号： S718.51+2.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0313-04

收稿日期：2013-09-30

基金项目：国家“948”计划（编号：2009-4-44）；江苏高校哲学社会科学重点研究基地重大项目（编号：2010JDXM016）。

作者简介：贾卫国（1669—），男，安徽六安人，博士，教授，主要从事林业经济与政策、资源与环境经济研究。Tel：（025）85427362；E-mail：jwgnfu@njfu.com.cn。经济发展带来了环境恶化，尤其是水环境恶化。我国长江、黄河等河流不断发生水旱灾害，水质也被严重污染，如何解决水资源日渐稀少以及水质不断恶化的问题成为当今我国和世界研究的重点。而森林尤其是水源涵养林对水环境改善和水资源的调节作用大，如何更好地发挥森林的水源涵养作用，也成为了研究热点。众多学者对森林的水源涵养能力进行了分析和评价，认为森林的水源涵养能力有3个层面和环节，即树冠层截留、枯枝落叶层地面截留和涵水、土壤地下涵水[1]；同时，研究者认为林分结构对水源涵养林的功能影响很大[2]。研究表明，林分截留量一般会随着郁闭度的增大而增大，如郁闭度为0.65的杉木林平均截留率只有15.77%，而当郁闭度增大到0.89时，其平均截留率也会增大到1756%[3]；杨澄等对人工油松林、人工麻栎林和灌丛的枯枝落叶层含水量进行了比较研究，发现天然麻栎林的枯枝落叶层截持水量比其他植被类型好，比人工林的净拦蓄量高 1/4[4]；通过林冠层、灌草层和枯枝落叶层对降水的截留、滞留，森林对降水起到了重新分配的作用。另外，林分还可削减林地的地表径流，这也是其涵养水源功能的一个方面；土壤层在涵养水源方面作用最突出，影响其水源涵养能力的主要因素是土壤结构，土壤结构主要包括非毛管孔隙度、土壤容重和土壤厚度3个方面[5]。牛云等从土壤物理性质、蓄水量、贮水量等角度对祁连山苔藓云杉林、祁连圆柏林、亚高山灌丛林、牧坡草地这4种主要植被类型的土壤渗透功能进行分析。结果表明，土壤的渗透功能主要由土壤非毛管孔隙度的质和量决定，苔藓云杉林土壤非毛管孔隙度的质和量最好，它的渗透功能也最好[6]。综上所述，不管是从林冠层截留、枯枝落叶层截持的角度，还是从土壤含蓄水分能力的角度来研究，针阔叶混交林均表现出优异的涵养水源的能力[7]。因此，提高水源涵养的能力就应该从营造针阔叶混交林，努力形成多层次的复层林方面着手，这就要求在大力营造森林的同时还要保护好林下的灌草层和枯枝落叶层[8]。本研究以南京老山林场水源涵养林为研究对象，评价和分析其水源涵养能力，并为其森林结构调整提供依据和目标。

1老山林场基本情况

1.1概况

老山林场始建于1916年，位于江苏省南京市，地处长江北岸浦口区中北部，东连南京高新技术开发区，西接安徽和县，南、北分别与南京江浦街道、星甸、永宁、汤泉、顶山、泰山等镇（街道）毗邻。2007年老山林场整建制划归浦口区，场部设在浦口区岔路口，辖区内总人口3 045人，其中在职职工425人，离退休人员1 000余人。老山系淮阳山脉余脉，横贯浦口，山峦起伏叠嶂，峰岭雄伟俊奇，有大小山峰近百座。林场东西长35 km，南北宽15 km，总面积7 493.33 hm2，1991年国家林业部批准建立“老山国家森林公园”，公园占地 8 000 hm2。老山林场作为江苏省最大的国有林场，森林覆盖率达到了80%，呈现出各类不同的森林景观。受亚热带南部季风气候影响，目前老山林场的森林植被80%以上起源于人工林，只有少数为天然次生林。老山林场的森林植被类型主要有阔叶混交林、栎类林、柏类林、马尾松林和国外松林等。老山林场作为南京市内的城市森林，发挥着重要的森林生态资源核心保护区的绿色吸引力效用，并为南京和长江中下游地区的水源涵养提供服务。

老山林场的海拔高度多集中在200 m以下，海拔200 m以上的地区仅占总面积的11%，相对来说海拔100 m以下的地区更多一些，占到了总面积的47%，比海拔在100～200 m之间的地区多5百分点；老山林场的群落结构为简单结构和复杂结构，约各占一半，其中53%为简单群落结构，几乎没有完整的结构；老山林场的生态等级构成却不理想，中等的生态等级占面积的61%，剩下的都属于差的范围，没有好的生态等级。

山临场森林资源概况

类型指标占比（%）海拔<100 m47.10100～200 m41.80>200 m11.10用途风景林63.40一般用材林27.90水源涵养林4.52其他4.18保护等级重点63.70一般36.30群落结构简单结构52.70复杂结构47.20完整结构0.10生态等级好0中61.30差38.70

1.2森林资源情况

老山林场林业用地面积为7 031.715 hm2，其中生态林面积为5 995.647 hm2，占总林业用地面积的85.27%。在林业用地中，有林地面积为6 880.543 hm2，疏林地面积为 8.248 hm2，灌木林地面积为96.76 hm2，未成林造林地面积为 44.573 hm2，无林地面积为1.591 hm2。有林地以乔木林地为主，其面积为6 809.89 hm2，占有林地面积的98.97%，除了乔木林外，竹林面积为70.653 hm2。山林面积6 666.67 hm2，林木蓄积量47.4万m3，森林覆盖率达85%。

1.2.1老山林场的树种组成结构老山林场以阔叶混交林为主，占总面积的47.49%，其他树种包括栎类纯林和其他松组成的针叶纯林以及其他松与其他阔叶树种组成的针叶混交林，除了这些用于风景林与一般用材林的树种外，还有桃、板栗等果树林和茶叶等食用原料林。

老山林场树种组成

树种组成面积（hm2）占比（%）马尾松132.0661.36国外松311.6213.20其他松623.6379.16柏类126.5281.30阔叶混交林4 578.78247.49栎类692.4927.12其他硬阔150.9111.55果树茶叶等412.8314.24国外松+其他硬阔478.5554.92马尾松+其他硬阔383.8843.94其他松+其他硬阔646.9126.65杉木89.3700.92

1.2.2老山林场树木的龄级结构分布老山林场以中龄林为主，占总量的40.25%；其次是幼龄林，占29.62%；成熟林只占总量的11.72%；另外，老山林场只有极少量的过熟林。

老山林场树木的龄级结构分布情况

龄级面积（hm2）占比（%）幼龄林2 882.88629.62中龄林3 917.37740.25近熟林795.5318.17成熟林1 140.55211.72

1.2.3老山林场的郁闭度分布老山林场的郁闭度主要分布在0.56～0.65区间，占总分布的40.41%；其次是0.66～0.75、0.45～0.55这2个区间；另外还有很少量的森林郁闭度在0.85以上，也有郁闭度在0.45以下的疏林地。

老山林场的郁闭度分布

郁闭度区间面积（hm2）占比（%）0.45～0.551 624.49816.690.56～0.653 932.9540.410.66～0.751 777.50618.260.76～0.851 030.57810.59

1.2.4老山林场落叶层厚度分布由表5可以看出，老山林场的落叶厚度绝大部分是很薄的，占总面积的77.43%，剩下的都是中等厚度的落叶层，几乎没有厚的落叶层。

老山林场落叶层厚度布

落叶层厚度面积（hm2）占比（%）薄7 535.51577.43中1 867.84619.19

1.2.5老山林场土壤层厚度分布老山林场的土壤类型主要是黄棕壤和沙姜黑土，绝大部分土壤层较厚，占总面积的81.45%，剩下的基本上都是中等厚度的。

老山林场土壤层厚度分布

土壤层厚度面积（hm2）占比（%）中1 776.17818.25厚7 926.49181.45

2老山林场涵养水源评价方法选择

考虑到老山林场所处的地理位置与气候环境以及本研究对老山林场的研究方向，主要选择林冠层截留降水、枯枝落叶层截持水分以及土壤层蓄水量这3个指标来评价老山林场的水源涵养功能。

2.1林冠层截留降水量

林冠层截留量（I）可由公式I=P-（Pi+S）计算，其中P为林冠层上部的降水量，Pi为林内降水量，S为树干径流量。大量研究表明，S一般占降水量的2%左右，为此一般不考虑S，从而使林冠层截留量近似表示为I=P-Pi。

2.2枯枝落叶层的持水量

枯枝落叶层是土壤表面所形成的一个重要覆盖面和保护膜，由其地上植物的部分器官或组织枯死并脱落后堆积形成[9-10]。枯枝落叶层的存在显著影响了林地土壤的理化性质、结构及养分状况等。枯枝落叶层的累积量受树种、林龄及水热条件的制约，也因森林群落组成树种不同而不同。郁闭度是影响枯落物重量的重要因素，随着郁闭度的增加，枯落物质量增加。枯枝落叶层截留水量的一般计算公式如下：

T′2=∑ni=1CiSi×10；T2=k2T′2。

其中：T′2为枯枝落叶层的最大截留水量（m3）；Ci为第i种森林枯枝落叶层的最大持水量（mm）[11]；Si为第i种森林（枯枝落叶层）的面积（hm2）；n为林分类型的总数；10为换算系数，即Ci由mm换算成m、Si由hm2换算成m2；T2为枯枝落叶层的有效截留水量（m3）；k2为枯枝落叶层的有效截留系数。

最大持水量的测定通常是将枯枝落叶试样浸水24 h后测算得到的，而在自然条件下，林下的枯枝落叶一般不会出现较长时间的浸水条件，因此一般用枯枝落叶层的有效持水量来表示其实际含水量。许多研究结果表明，枯枝落叶层的有效持水量为最大持水量的80%左右。

2.3土壤层的蓄水量

在成土母质和水热条件基本相似的情况下，林地土壤的物理性质因森林植被类型、树种及林龄的不同而不同，如土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均因上述3个因素的不同表现出一定的差异。森林土壤的持水量一般可用如下公式计算：

T′3=∑ni=1SiLiKi，T3=∑ni=1SiLiJj。

其中：T′3为森林土壤的最大持水量（m3）；Si为森林（土壤）面积（hm2）；Li为土壤厚度（cm）；Ki为森林土壤的总孔隙度（%）；n为林分类型的总数；T3为森林土壤的有效持水量（m3）；Ji为森林土壤的非毛管孔隙度（%）。

森林土壤的含水量主要取决于土壤的非毛管孔隙度，非毛管孔隙能够较快地吸收降水并及时下渗，因而能够有效含蓄水源。

3老山林场水源涵养能力评价

本研究对老山林场的水源涵养能力进行了评价，采用专家调查法建立适用于评价老山林场水源涵养能力的标准体系。专家评分法就是对一些无法定量化或者很难定量化的研究内容，让其相应知识领域的专家依据其经验按照建立好的评价标准进行主观评分，从而实现对研究对象的定量化描述。这种方法可用于对比研究，如专业领域内横向的对比或者跨年代的纵向对比，本研究采用专家评分法对老山林场的水源涵养能力进行定性评价，并以15年作为时间跨度，进行纵向对比研究。专家评分法的特点是简便、直观性强且计算方法简单。

3.1老山林场的水源涵养能力评价标准的构建

森林的水源涵养能力主要由3部分组成，即林冠层的截留、枯枝落叶层的截持以及土壤层的含蓄，而这3个方面都会受树种组成以及树木龄级结构的影响。林冠层选择郁闭度作为指标，落叶层以及土壤层都以其厚度作为标准建立评价体系。

对老山林场各项指标采用9分制的专家打分方法进行打分，其中郁闭度指标包含了对林冠层郁闭度、灌草层盖度等的综合考虑，根据很多学者的研究成果可知，通常郁闭度在076～0.85（即D5）之间时，该地区的水源涵养能力最好，因此D5的取值范围为（8，9]，郁闭度在D5以下或以上，水源涵养能力均呈现出递减的特征，具体取值范围见表7。落叶层厚度包含了对落叶层厚度和落叶层分解度的综合考虑，根据很多学者研究成果得知，落叶层越厚，落叶层的分解度越大，其水源涵养能力越好，因此当落叶层较厚时，水源能力的取值范围为（7，9]，落叶层越薄，其涵养水源能力越差，具体取值见表7。土壤层厚度包含了对土壤层厚度、渗透速率、土壤的总孔隙度等的综合考虑，相同质地土壤的土壤层越厚，其蓄水量越高。因此，当土壤层很厚时，其蓄水能力可取值为（8，9]，具体取值。

源涵养能力评价体系

指标分级标准评分标准（0～9分）郁闭度D0～0.45（D1）0

3.2老山林场水源涵养能力的评价

上述评价体系以及老山林场的数据可以对老山林场进行水源涵养能力进行定性评价。

山林场水源涵养能力定性评价

指标等级标准评分

（0～9分）权重系数

（%）郁闭度D0.46～0.55516.690.56～0.65640.410.65～0.75718.260.76～0.85610.59落叶层厚度F薄277.43中519.19厚7土壤层厚度S薄3中618.25厚881.45注：D、F、S的得分为5.17、2.51、7.61分；水源涵养能力总得分为15.29分；权重系数为各分项面积占林场总面积的比例。

取值范围各指标评分标准等级第一取值8

第三取值

当森林的郁闭度较大（0.76～0.85）、森林的枯枝落叶层与土壤层较厚时，各项取值均在第一取值范围内，此时的森林达到较好的水源涵养状态，水源涵养能力属于上等。该类森林的郁闭度较大，能够有效拦截降水，减少降水对林地表面的直接冲击，枯枝落叶层较厚能够有效截持部分地表水，减少地表径流，土壤层较厚可以蓄积大量的地下水。当森林的郁闭度一般或过大、枯枝落叶层厚度不够且土壤层厚度中等时，各项取值均在第二取值范围内，此时森林只能达到一般的水源涵养状态，水源涵养能力属于中等。该类森林的郁闭度不够，拦截降水的能力有限，也无法形成较厚的枯枝落叶层，对减少地表流的作用有限，同时土壤层也由于厚度不够，无法有效含蓄地下水。当森林的郁闭度很低时，几乎无法拦截降水，只能形成很薄的枯枝落叶层，相对来说，只比无林地稍好些，同时土壤层只有薄薄的一层，根本无法蓄积地下水，此时的森林几乎没有涵养水源的功能，其水源涵养能力属于下等。

老山林场水源涵养能力综合评价得分是15.29分，属于水源涵养能力中等偏低的范围，通过分析其数据得出以下几个原因：首先，老山林场的郁闭度分布不合理。郁闭度为076～0.85的区域仅占总面积的10.59%，该项数值严重影响了总分的大小，而郁闭度为0.56～0.65的区域却占总面积的40.41%，郁闭度不合理的分布主要通过调整森林结构来改善，改善其郁闭度分布区间，努力提高郁闭度为0.76～085的面积，这是改进的目标。其次，老山林场的枯枝落叶层厚度不够。枯枝落叶层的厚度为薄的面积占总面积7743%区域的枯枝落叶层只有薄薄的一层，而对水源涵养有利的较厚的枯枝落叶层几乎没有，该项数值较大程度上影响了老山林场的水源涵养能力，努力提高枯枝落叶层的厚度要从改善森林的结构上着手。最后，老山林场土壤的含水量还可以进一步提高。从数据上看，老山林场的土壤层较好地起到了涵养水源的作用。老山林场的土质以砂姜黑土和黄棕壤为主，其水源涵养能力较好，由于地理位置和气候环境无法改变，决定了该地区的土质无法改变，因此要想进一步提高老山林场土壤层的含水量，则同样应该从调整森林结构着手，通过改善植物根系在土壤中的分布提高土壤的孔隙度，从而提高土壤层的含水量。

综上所述，老山林场的水源涵养能力中等偏低，有待进一步提高。不管是从郁闭度，还是枯枝落叶层或是土壤层的角度分析，提高老山林场水源涵养能力的最佳手段就是调整森林结构并采取合理的经营修复措施。

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