（环境科学与工程专业论文）黄土丘陵区水源涵养林涵养水源能力分析与效益核算.pdf

榔脚一。煳0 删 a b i l i t ya n de f f i c i e n t c yo f ，a t e r c o n s e r v a t i o n f o r e s ti nl o e s s h i l l yr eg i o n at h e s i ss u b m i t t e dt o s h a a n x iu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n tf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro f e 塾g i 壁垒曼i 望2 b y y a n e o i a o m e i t h e s i s ( o rd i s s e r t a t i o n ) s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r d i n gs h a o l a n m a y ，2 0 1 0 黄土丘陵区水源涵养林涵养水源能力分析与效益核算 摘要 黄土丘陵区生态环境破坏严重，森林资源逐渐减少、分布不均匀、水源 涵养能力下降、水土流失严重、自然灾害频繁等一系列生态问题十分突出， 严重制约了青海经济、社会的可持续发展，影响了青海东部地区生态安全。 而森林作为陆地生态系统的主体和核心，是自然界功能最完善的资源库、蓄 水库、碳贮库和能源库，是实现环境与发展相统一的关键和纽带，对改善生 态环境、维护生态平衡和促进经济社会可持续协调发展起着决定性的作用。 本文基于“3 s ”技术，获取黄土丘陵区水源涵养林资源信息，结合区域 水源涵养林分布状况特征，选取1 1 种林分类型为研究对象，测定分析了不 同林分类型枯枝落物层的蓄积量和持水性能，以及林下土壤层的持水性能和 养分含量，运用截留法估算区域水源涵养量。基于以上林分类型水文功能参 数测定结果，结合各林分类型的面积，区域水源涵养林涵养水源总量为3 0 2 亿t 。利用替代工程法和支付意愿法，核算其涵养水源效益为1 4 6 1 亿元。 研究结果表明： ( 1 ) 枯枝落物层的水文功能 各林分类型，枯枝落物不同层次的厚度和蓄积量大小呈现相同规律，半 分解层大于未分解层。各植被类型，枯枝落物层的蓄积量大小顺序为混交林 针叶林 阔叶林，而其平均厚度却是阔叶林( 7 6 5 e r a ) 混交林( 5 5 3 e m ) 针叶林( 4 1 l c m ) 。 各林分类型，枯枝落物层的最大持水率范围在9 4 0 2 3 7 2 3 9 之间， 是自然含水率的1 2 9 5 2 6 倍。不同植被类型，枯枝落物层的最大持水率呈现 的规律是阔叶林 针叶林 混交林。分析其持水量，最大持水量顺序是混交 林( 1 5 3 m m ) 阔叶林( 1 3 4 m m ) 针叶林( 1 2 4 m m ) ；有效持水量顺序是 阔叶林( 0 7 1 m m ) 混交林( o 6 8 m m ) 针叶林( 0 6 3 r a m ) 。 ( 2 ) 土壤层的水文功能 各林分类型，土壤表层( o 2 0 e m ) 的容重范围在0 7 0 1 3 6e c e m 3 之间， 总孔隙度范围在5 1 6 0 , - - 6 7 0 9 之间。不同植被类型，总孔隙度和非毛管孔 隙度呈相同规律，平均大小依次是混交林 针叶林 阔叶林 荒山荒坡，这与 枯枝落物层蓄积量大小呈现相同的规律。 各林分类型，土层深度在o - 2 0 c m 处，非毛管孔隙度范围为3 0 6 - 1 4 1 l ，平均值为8 8 0 ；土层深度在2 0 - - - 4 0 c m 处，非毛管孔隙度范围为 1 3 3 0 , - - 1 3 3 3 ，平均值为7 2 8 ；土层深度在4 0 - 6 0 c m 处，非毛管孔隙度范 围为0 81 1 2 8 4 ，平均值为6 2 4 。随着土层深度的增加，土壤非毛管孔隙 度大小呈现逐渐降低的趋势。土壤三层采样深度的非毛管孔隙度的平均值范 围在1 9 8 - - - 1 3 4 3 之间，其中混交林的非毛管孔隙度最大，其次是华北落 叶松、青海云杉、祁连圆柏、油松，而荒山荒坡的非毛管孔隙度最小。土壤 有效持水量范围在1 1 8 6 - - 8 0 5 6 m m , 之间，混交林的有效持水量最大，是荒山 荒坡的6 8 倍。不同植被类型，土壤的有效持水量大小为混交林 针叶林 阔 叶林 灌木林 荒山荒坡。 各植被类型，土壤有机质和全养分含量中，有机质、总氮、总磷和总钾 含量范围分别为o 3 8 书1 7 、0 0 1 9 - 4 ) 3 0 9 、0 0 4 , - - 0 0 9 和 1 3 5 2 1 8 。土壤的速效养分含量中，速效氮、速效磷和速效钾含量范围 分别为7 6 4 7 - 3 8 2 7 4 p p m 、3 2 1 4 2 4 p p m 和8 8 6 3 1 2 5 p p m 。总之，黄土丘陵区 水源涵养林土壤养分含量较高，土壤质量较好，有助于改善土壤透水性、蓄 水能力和通气性。 ( 3 ) 水源涵养林蓄水能力 各林分类型的蓄水量范围在1 2 8 2 8 1 2 4 t h m 2 之间，荒山荒坡作为对照 样地，其蓄水量为11 8 6t h l z l 2 。各林分类型涵养水源能力大小为混交林 华 北落叶松 青海云杉 祁连圆柏 青杨林 油松 山杨林 白桦林 沙棘 金露梅 柠条 荒山荒坡。 关键词：黄土丘陵区，水源涵养林，涵养水源，持水性能，效益核算 u a s s e s s m e n to f 後t e rc o n s e r v a t i o n a b i l i t ya n de f f i c i e n t c yo f c 盯e r c o n s e r 、厂a t i o nf o r e s ti nl o e s s h j l yr eg i o n a b s t r a c t e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts u b j e c t e ds e r i o u si nl o e s sh i l l yr e g i o n ，i n c l u d i n g f o r e s tr e s o u r c e sd e c l i n i n g ，f o r e s tu n e v e nd i s t r i b u t i o n ，w a t e rc o n s e r v a t i o na b i l i t y d e c r e a s i n g ，s e v e r es o i le r o s i o na n dn a t u r a ld i s a s t e r t h e s ee c o l o g i c a lp r o b l e m s b a d l yr e s t r i c te c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ta n da l s oa f f e c tt h ee c o l o g i c a l s e c u r i t yi nt h ee a s to fq i n g h a ip r o v i n c e a st h em a i nb o d ya n d c o r eo ft e r r e s t r i a l e c o s y s t e m ，f o r e s t sh a v et h em o s tp e r f e c tf u n c t i o no fr e s o u r c ep o o l ，s t o r a g e r e s e r v o i r , s t o r a g ep o o lo f c a r b o na n de n e r g yd e p o t t h e ya r et h ek e ya n d t i et o t h eu n i f o r mo fe n v i r o n m e n ta n ds o c i a ld e v e l o p m e n t , a n dm o s ti m p o r t a n tf o r i m p r o v i n ge c o l o g i c a l ，m a i n t a i n i n ge c o l o g i c a lb a l a n c e a n dp r o m o t i n gs o c i a l s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t t h ei n f o r m a t i o no fw a t e re o n s e r v a t i o nf o r e s ti nl o e s sh i l l yr e g i o nw a s o b t a i n e db yt h e 3s t e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o no fw a t e r c o n s e r v a t i o nf o r e s t ，11t y p e so ff o r e s tw e r es e l e c t e da st h er e s e a r c ho b j e c t s s t o r a g ea n dw a t e r - h o l d i n ga b i l i t yo f l i t t e ra n ds o i l ，n u t r i e n tc o n t e n to fs o i lw e r e m e a s u r e d w a t e rc o n s e r v a t i o n c a p a c i t y i nt h er e g i o nw a se s t i m a t e db y i n t e r c e p t i o n m e t h o d b a s e do nt h eh y d r o l o g i c a lf u n c t i o np a r a m e t e r sa n d c o m b i n i n gw i t hf o r e s ta r e a , w a t e rc o n s e r v a t i o nc a p a c i t yi nt h er e g i o ni s 3 0 2 b i l l i o nt e f f i c i e n c yo fw a t e rc o n s e r v a t i o nf o r e s tw a sa c c o u n t e db yr e p l a c e m e n t e n g i n e e r i n gm e t h o da n dc o n t i n g e n tv a l u a t i o nm e t h o d ，a n d t h ew h o l ee c o n o m i c v a l u ei s14 61b i l l i o ny u a n t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 ) h y d r o l o g i c a lf u n c t i o no fl i r e r s d i f f e r e n tf o r e s tt y p e sh a v et h es a m es e q u e n c ee i t h e rt h i c k n e s so rs t o r a g eo f i i i l i t t e r s ，w h i c hi ss e m i d e c o m p o s e dl a y e rv a l u eh i g h e rt h a nt h en o n d e c o m p o s e d f o rd i f f e r e n tv e g e t a t i o nt y p e s ，t h eo r d e ro ft h es t o r a g eo fl i t t e r si sm i x e d f o r e s t c o n i f e r o u sf o r e s t b r o a d l e a ff o r e s t ，b u tt h ea v e r a g et h i c k n e s si sb r o a d l e a f f o r e s t ( 7 6 5 c m ) m i x e df o r e s t ( 5 5 3 c m ) c o n i f e r o u sf o r e s t ( 4 1l c m ) f o rd i f f e r e n tf o r e s t ，t h em a xw a t e r - h o l d i n gr a t eo fl i t t e r si sb e t w e e n9 4 0 2 a n d3 7 2 3 9 a n d1 2 9 5 2 6t i m e sa sn a t u r a l1 e v e l s f o rd i f f e r e n tv e g e t a t i o n t y p e s t h eo r d e ro ft h em a xw a t e r - h o l d i n gr a t ei sb r o a d l e a ff o r e s t c o n i f e r o u s f o r e s t m i x e df o r e s t s t u d y i n gt h ew a t e r - h o l d i n gc a p a c i t y , t h eo r d e ro ft h em a x o n ei sm i x e d f o r e s t ( 1 5 3 m m ) b r o a d l e a ff o r e s t ( 1 3 4 m m ) c o n i f e r o u s f o r e s t ( 1 2 4 m m ) a n dt h ee f f e c t i v e o n ei sb r o a d l e a ff o r e s t ( 0 71m m ) m i x e d f o r e s t ( 0 6 8 m m ) c o n i f e r o u sf o r e s t ( 0 6 3 m m ) 2 1h y d r o l o g i c a lf u n c t i o no fs o i l f o rd i f f e r e n tf o r e s td i s t r i b u t i o n s ，t h e s u p e r f i c i a l s o i lb u l kd e n s i t yi s 0 7 0 - 1 3 6 9 c m s a n dt h e t o t a l p o r o s i t y i s51 6 0 6 7 0 9 f o rd i f f e r e n t v e g e t a t i o nt y p e s ，t h et o t a lp o r o s i t ya n dn o n - c a p i l l a r yp o r o s i t yo f s o i li st h es a m e o r d e ra st h es t o r a g eo fl i t t e r ，w h i c hi sm i x e df o r e s t c o n i f e r o u sf o r e s t b r o a d l e a f f o r e s t b a r r e nh i l l s f o rd i f f e r e n tf o r e s td i s t r i b u t i o n s ，n o n - c a p i l l a r yp o r o s i t yo fs o i li sd e c l i n e d g r a d u a l l y a st h e d e e pd e c r e a s i n g ，w h i c h i s3 0 6 - - 14 1 1 i nt h e0 - 2 0 c m ， 1 3 3 - 13 3 3 i nt h e2 0 - - 4 0 c ma n d0 81 - 1 2 8 4 i nt h e4 0 6 0 c m i t sa v e r a g e v a l u ei sb e t w e e n1 9 8 a n d13 4 3 t h em a xo n ei sm i x e df o r e s t , a n dn e x t c o m en o r t hc h i n a1 a r c h ，p i c e ac r a s s i f o l i a , s a b i n ap r z e w a l s k i ia n dp i n u s t a b u l a e f o m i s b u tt h eb a r r e nh i l li st h em i n i m u m n l ee f f e c t i v ew a t e r - h o l d i n g c a p a c i t yi s1 1 8 乱8 0 5 6 m m a m o n gt h e mt h em a xi sm i x e df o r e s t ，w h i c hi s6 8 t i m e st h a nb a r r e nh i l l i nd i f f e r e n tv e g e t a t i o nt y p e s ，t h ee f f e c t i v ew a t e r - h o l d i n g c a p a c i t yi sm i x e df o r e s t c o n i f e r o u sf o r e s t b r o a d l e a ff o r e s t s h r u b b a r r e n h i l l f o rd i f f e r e n t v e g e t a t i o nt y p e s ，s o i lo r g a n i cm a t t e r , t o t a ln i t r o g e n ，t o t a l p h o s p h o r u s a n d p o t a s s i u m c o n t e n ti s r e s p e c t i v e l y o 38 - - - 6 17 ， 0 0 1 9 0 3 0 9 0 0 4 o 0 9 a n d1 3 5 2 1 8 i nt h ea v a i l a b l en u t r i e n t c o n t e n t ，t h ea v a i l a b l en i t r o g e n ，p h o s p h o r u s a n dp o t a s s i u mi s r e s p e c t i v e l y 7 6 4 7 ，3 8 2 7 4 p p m ，4 3 2 - 1 4 2 4 p p ma n d8 8 6 3 - 12 5 p p m i nt o t a l ，t h es o i ln u t r i e n t c o n t e n ti sh i g h e ra n dt h es o i lm a t e r i a li sb e t t e rf o rw a t e rc o n s e r v a t i o nf o r e s ti n l o e s sh i l l yr e g i o n ，w h i c hi sh e l pt oi m p r o v es o i lp e r m e a b i l i t yo fw a t e r , w a t e r i v s t o r a g ea b i l i t ya n ds o i la e r a t i o n 3 ) e r - h o l d i n ga b i l i t ya n de f f i c i e n c yo fw a t e rc o n s e r v a t i o nf o r e s t w a t e rc o n s e r v a t i o nc a p a c i t yf o rd i f f e r e n tf o r e s tt y p e si so fb e t w e e n12 8 2 81 2 4 t h m 2w i 也廿l eb a r r e nh i l l sa sc o n t r o lf o r118 6 t h m 2 ，w h i c hi sm i x e d f o r e s t n o r t hc h i n al a r c h p i c e ac r a s s i f o l i a s a b i n ap r z e w a l s k i i p o p u l u s c a t h a y a n a p i n u st a b u l a e f o m i s p o p u l u sd a v i d i a n a b e t u l ap l a t y p h y l l as u k h i p p o p h a er h a m n o i d e s b u s hc i n q u e f o i l c a r a g a n a b a r r e nh i l l k e yw o r d s ：l o e s sh i l l yr e g i o n ，w a t e rc o n s e r v a t i o nf o r e s t ，w a t e r c o n s e r v a t i o nc a p a c i t y , w a t e r - h o l d i n ga b i l i t y , e s t i m a t i n ge f f i c i e n c y v 目录 摘要。i a b s t r a c t 1 前言1 1 1 研究目的和意义1 1 2 森林涵养水源能力与价值评估的研究进展。1 1 2 1 森林涵养水源能力的研究进展1 1 2 2 森林涵养水源经济价值的研究进展4 11 3 “3 s 技术的应用5 1 3 1 “3 s 技术的概念及其特点。5 1 3 2 “3 s 技术的应用6 2 研究区域概况与研究方法9 2 1 研究区域概况9 2 1 1 地理位置。9 2 1 2 地形地貌。9 2 1 3 气侯及水文1 0 2 1 4 土壤一1 0 2 1 5 森林植被1 0 2 1 6 生态环境问题一1 1 2 1 7 社会经济状况1 1 2 2 研究方法1 2 2 2 1 遥感监测1 2 2 2 2 水源涵养林类别划分。1 3 2 2 3g p s 样地定位调查1 4 2 - 2 4 样地选择与设置1 4 2 2 5 实验测定方法1 4 3 结果与分析1 8 3 1 枯枝落物层蓄水能力分析1 8 3 1 1 枯枝落物层厚度和蓄积量1 8 3 1 2 枯枝落物层持水性能分析2 0 3 2 土壤层蓄水能力分析2 3 3 2 1 表层土壤物理性质分析一2 3 3 2 2 不同层次土壤蓄水能力分析一2 5 3 2 3 土壤养分含量分析。2 7 3 3 水源涵养林涵养水源能力分析3 2 3 3 1 不同林分类型涵养水源能力分析一3 2 3 3 2 区域水源涵养林蓄水总量分析3 3 3 4 水源涵养林涵养水源的效益核算3 4 3 4 1 效益评价问题3 4 3 4 2 水源涵养林效益核算3 6 4 结论与建议3 8 4 1 结论3 8 4 1 1 不同林型枯枝落物层的水文功能3 8 4 1 2 不同林型土壤层的水文功能3 9 4 1 3 不同林型蓄水能力及经济价值核算3 9 4 2 建议4 0 致谢z 1 1 参考文献4 2 附勇乏。4 9 攻读学位期间发表的学术论文目录6 1 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明6 2 黄土丘陵区水源涵养林涵养水源能力分析与效益核算 1 前言 1 1 研究目的和意义 森林作为陆地生态系统的主体和核心，是自然界功能最完善的资源库、蓄水库、碳 贮库和能源库，是实现环境与发展相统一的关键和纽带，对改善生态环境、维护生态平 衡和促进经济社会可持续协调发展起着决定性的作用。但长期以来，森林资源严重破坏， 其涵养水源、净化水质和调节河川径流的功能日益减退，由此引发了一系列的水土流失、 水质污染、洪涝干旱、土地严重退化等诸多生态问题，这些问题严重困扰着人类的发展。 青海省黄土丘陵区位于青海省东部，是青海省人1 ：3 密度最大，经济、文化最为繁荣 的地区，其生态、经济、政治、文化地位在构建青海和谐社会中具有重要意义。但由于 历史、气候和人为等综合因素，黄土丘陵区生态环境遭到严重破坏，森林资源逐渐减少、 分布不均匀、水源涵养能力下降、水土流失严重、水质遭受污染、自然灾害频繁等一系 列生态问题十分突出，严重制约了青海经济、社会的可持续发展，影响了青海东部地区 生态安全。本文在此基础上研究黄土丘陵区水源涵养林中不同林分类型涵养水源的水文 生态功能及其经济价值，使人们更为直观地认识森林生态系统为人类带来的巨大福利， 认识生态环境保护与森林植被修复与重建的重要性，提高生态环境保护的意识。同时， 本研究也给林业部门和政府相关机构在统筹水源涵养林建设，因地制宜地植树造林，并 加大力度保护生态水源涵养林建设等方面提供了科学合理的依据，有利于促进青海省黄 土丘陵区社会一经济一自然生态系统的可持续发展。 1 2 森林涵养水源能力与价值评估的研究进展 1 2 1 森林涵养水源能力的研究进展 森林是陆地生态系统和生态系统建设的主体，是人类发展不可缺少的自然资源。森 林生态系统在其生态过程中为人类提供了自然环境条件与效用 1 1 ，具有涵养水源、改良 土壤、防止水土流失、减轻自然灾害、调节气候、净化环境、孕育和保存生物多样性等 生态功能。其中，涵养水源功能是森林生态系统为人类提供的重要服务系统之一。森林 涵养水源，通常指森林生态系统对降水的拦截和滞蓄，主要表现在截留降水、抑制蒸发、 涵蓄土壤水分、缓和地表径流、补充地下水和调节河川流量等功能。 目前，在进行森林涵养水源功能计量评价中，存在多种计量评价指标和方法。主要 有水量平衡法 2 4 1 、截留计算法1 6 - 9 1 、土壤蓄水法【协1 1 1 、河川径流量法 1 2 1 。这是因为对森林生 态系统这样复杂的系统进行水源涵养效益的计量，首先必须对森林生态系统进行长期的 定位研究，积累大量基础数据。其次，还要解决系统功能的时空尺度转换问题。但应用 比较广泛的方法多为截留计算法，即通过植被的林冠层、枯枝落物层和土壤层3 个作用层 陕西科技大学硕士毕业论文 对降雨径流进行调节、转换和再分配来计量森林水源涵养效能。但由于林冠层对一次性 降水的截留大部分以蒸发的形式散失，不能对河川径流做出贡献。且良好的林分结构其 林冠截流、枯枝落物层吸持、土壤层涵蓄作用占降雨量的比例分别达到5 1 0 、8 1 0 、 7 0 0 o , 8 0 1 n 。因此，森林在涵养土壤水分和补充地下水、调节河川流量的功能方面，主 要通过枯枝落物层和土壤层来计量涵养的水资源。故本研究采取枯枝落物层和土壤层的 蓄水效能来定量评价森林生态系统涵养水分功能。 a 枯枝落物层的水文功能 林地枯落物层是指覆盖在林地土壤表面上的林地植物落下的枝叶、枝条、芽鳞、花、 果实、树皮等凋落物及动植物等有机体分解物【1 4 1 ，又称地被物。林下枯枝落物层是森林 对降雨调节分配的第二个作用层，它作为森林生态系统中重要的结构层次，在水文生态 作用方面表现形式多样，内容复杂。枯枝落物层具有较大的水分截留能力从而影响到穿 透降雨对土壤水分的补充和植物的水分供应，更重要的是枯枝落物层直接覆盖在土壤表 层，能够影响林地土壤的发育、水热状况、通气状况以及营养元素的循环，稳定和提高 土壤有机质的含量，改善土壤结构和理化性质【”1 等防护功能。另外，枯枝落物层还可以 滞缓地表径流、拟制土壤蒸发、提高土壤抗冲性、防止土壤击溅侵蚀等【6 l 。因此，枯枝 落物层在森林水源涵养和水土保持方面具有重要地位。 枯枝落物层对降水的截留量与其种类、蓄积量、蓄水容量、分解程度、堆积状态、 干湿状态、干燥速度、降雨性质等有关。枯枝落物层的蓄积量及其持水性能是研究枯枝 落物层保持水土、涵蓄水源的基础旧。因此，研究枯枝落物层的水文功能可用其现存量 ( 蓄积量) 、最大持水率、自然含水率、有效持水率、持水速率等指标判定。 目前，国内外已经有不少学者在枯枝落物层水源涵养效能的方面做了大量研究，取 得了许多重要结果。但由于林分类型的异质性及环境、气象因子间的差异，不同研究区 域不同林分类型的每个水文过程存在很大差异 i s - 2 4 1 。枯落物本身有很强的持水功能，一般 来说，枯落物所吸持的水分要多达自身干重的2 3 倍，有的也可达到自身干重的5 倍以上。 据刘世荣( 1 9 9 4 ) 研究可知，我国各种森林的枯枝落物层的最大持水率平均为3 0 9 5 4 变动系数为4 7 2 1 。国内许多学者研究得到的结果也都大致相同l ：溯。分析枯枝落物层 的水文生态功能，从不同学者针对的研究侧重点和研究角度出发，也有许多研究成果。 王波、张洪江等【2 刀以四面山不同林分类型的人工林为研究对象，分析枯落物储量及其持 水特性；彭云、丁贵杰f s ! 在研究中以同一树种马尾松林的不同林龄为研究对象，分析了 马尾松林在近熟、中龄和幼龄阶段枯落物储量及其持水性能；吴永波、郝奇林等t 2 9 1 研究 了岷江上游3 种主要森林群落在不同生长时期( 生长初期和生长盛期) 的枯落物量及其持 水特性；施爽、郭继勋p o l 主要从研究草原群落的角度出发，研究了松嫩草原羊草群落、 虎尾草群落和碱茅群落三种植物群落的枯落物层生态水文功能：张远东、刘世荣等【，】以 2 黄土丘陵区水源涵养林涵养水源能力分析与效益核算 研究不同土地利用类型为主，研究了川西亚高山林区农田、草地、退耕还林地、灌丛、 次生桦木林、人工云杉林和老龄针叶林的地被物( 苔藓与枯落物) 及土壤持水特征。在 研究枯枝落物持水性能过程中，也有学者建立了枯枝落物截持水量的水文模型【3 2 】，以及 与其相关的数学模型降蚓。 森林的枯枝落物层的生态水文特性与森林流域产流机制密切相关，并受枯枝落物的 组成、林分类型、树种、林龄、厚度、分解状况、累积状况、湿润周期、前期水分状况 以及降雨特征、地形等因子的影响。 b 土壤层的水文功能 林地土壤层是森林对降雨调节分配的第三个作用层。森林群落的林冠层、枯枝落物 层通过对降雨的拦截作用，能削弱降雨的侵蚀力，降低径流冲刷力，但是其持水量通常 仅占林分水源涵养能力的1 5 以下，而林地土壤则是森林涵养水源的主体阅。土壤层涵 养水源主要由林地的入渗性能、地表径流和土壤层的持水量、容水能力等指标决定。森 林土壤的入渗能力强弱受降雨的时空分布，土壤的容重、孔隙度、土层厚度等物理性质， 土壤地上部分作用层的蓄积量、厚度及前期含水量等多种因素影响，呈现一种动态变化 过程p 日。土壤的持水性能一般用土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度来计量。总 孔隙度反映的是土壤孔隙状况和疏松程度，而毛管孔隙度主要用于植物自身的吸收和蒸 发散，在土壤储水蓄水方面作用不大，能真正有效地容纳暴雨、减少地表径流的产生、 补充地下水和河道水流的就是土壤的非毛管孔隙度。因此，近年来有不少研究认为，森 林土壤蓄水能力主要取决于土壤的非毛管孔隙度，以它作为计量土壤蓄水量的基准较为 合适t y t - 4 l l 。 分析林地土壤层的涵养蓄水量方面，就不同区域不同林分类型的土壤研究结果都各 有差异。孙艳红、张洪江等1 4 2 在研究缙云山不同林地类型土壤特性及其水源涵养功能中 得出，灌木林( 6 6 2 r a m ) 针阔混交林( 5 7 5 2 r a m ) 常绿阔叶林( 4 7 9 9 m m ) 楠竹林 ( 4 6 9 8 m m ) ；秦嘉海、金自学等 4 3 1 分析了祁连山不同林地类型的土壤理化性质和水源涵养 功能，研究结果为土壤饱和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量和贮水量均为灌木林 针叶桫阔叶林，灌木林植物的水源涵养能力强；李贵祥、孟广涛等0 6 1 研究了珠江源头区 几种主要林分类型下土壤的水分涵养功能情况，结果表明针叶林下土壤的水分涵养功能 较差，而针阔混交林和阔叶林则较强；关明东、高军等i 删分析辽宁省实验林场主要森林 植被类型的土壤水源涵养功能，得到土壤的有效蓄水量为11 0 9 2 - - 1 5 4 3 o t h m 2 ，且红松 林、柞树林的土壤蓄水能力高于针阔混交林、落叶松林和杂木林，同时乔木林的蓄水能 力显著高于农田裸地和草甸。 土壤渗透性能与土壤的非毛管孔隙度关系密切，且呈现显著的正线性相关性1 4 5 。土 壤非毛管孔隙使降水凭借重力和一定压力梯度向土体渗透，非毛管孔隙度越大，则地表 陕西科技大学硕士毕业论文 径流渗入土壤的速度就越快，地表径流转化为土壤水的转化率就越大，土壤截持降雨的 能力就越强。 1 2 2 森林涵养水源经济价值的研究进展 长期以来，森林生态系统作为自然界功能最完善的资源库、蓄水库、碳贮库和能源 库，在自然、经济和社会发展中扮演者举足轻重的主导地位。此外，森林生态系统一直 在“无偿 地奉献着自身的公益产品，其生态环境价值没有得到补偿，反而整个生态系 统日益遭到破坏，给全球乃至整个人类社会带来了巨大的灾害。随着社会的发展，人们 越来越认识到森林环境价值的重要性，森林成为首批参与绿色g d p 核算体系的资源之一， 政府也在制定一些政策和措施使森林的生态环境价值能得到补偿。对于生态环境效益的 补偿，存在两个问题，一是补偿的依据，二是该补偿的数额。这就需要对森林生态效益 作出计量，用货币手段直观地表现其巨大的价值。 森林涵养水源效益属于森林的水文生态效益的范畴，这种效益是森林所提供的各种 生态服务功能中最具有经济价值的一项，并具有多重性。如何确认那些与受益人直接相 关的，可以证明的生态涵养水源功能与条件，正确核算森林涵养水源价值，让人们认识 到其价值 4 6 1 的存在，具有重要的实践意义。 森林涵养水源价值应包括：增加地表有效水价值；增加地下有效水价值；水质改善 的增值价值 4 7 - a 1 。根据已有文献研究，森林涵养水源经济价值核算的评价方法主要有两种， 分别是替代工程法和支付意愿法。替代工程法，也叫影子工程法，是指森林所贮蓄的水 量用修建同等贮量的水库造价来计算，此法是目前评价森林涵养水源经济价值最常用的 方法。邓坤枚、石培礼等 4 9 1 通过替代工程法计量得出长江上游森林生态系统水源涵养效 益的年经济价值为1 6 0 6 1 7 9 x1 0 8 元；李晶、任志远【7 1 对秦巴山区植被涵养水源的效益做 了测评研究，得到其总经济价值为2 2 6 5 6 x1 0 8 元；石玉梅、徐畅等 s o l 估算了抚顺东部的 清原县、新宾县和抚顺县的水源涵养林涵养水量的经济价值，其结果分别为9 5 1 亿元、 9 4 9 亿元、5 0 5 亿元。而学者姜文来【”l 在运用替代工程法的基础上，将自然因素、社会因 素和经济因素结合起来提出了一个估算森林涵养水源价值的模糊数学模型，这引起了人 们的关注，但其实践操作性不是很好，还需进一步研究改进。张永涛【s 2 】在分析研究黄前 流域不同配置经济林、公益林的涵养水源功能和价值中，运用了替代工程法和支付意愿 法相结合的方法，对单一的替代工程法进行了修正，使得核算的森林涵养水源的经济价 值结果更接近实际。 关于森林涵养水源效能的经济价值核算中，研究计量森林水源涵养量非常重要，而 国内很多学者大都是基于小范围区域或者小流域进行研究，未能充分考虑区域的地理因 素，代表性较差，且不适合对大范围区域的水源涵养功能的研究。在实际工作中怎样从 整体和系统的角度对森林涵养水源功能进行客观和科学的评价，用来比较不同森林类型 4 黄土丘陵区水源涵养林涵养水源能力分析与效益核算 涵养水源能力的大小，这方面研究甚少5 3 】，到目前为止尚无一套比较完整的方法。 1 3 “3 s 技术的应用 1 3 1 “3 s 技术的概念及其特点 “3 s 技术是指遥感技术( r e m o t es e n s i n g ，简称r s ) 、地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 和全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，简称g p s ) 的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结 合、多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的 现代信息技术。“3 s 技术是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规划与管理、 自然灾害动态监测与防治等的重要技术手段，也是地学研究走向定量化的科学方法之一。 它是现代技术发展的先导，对全世界的科技进步发挥着重要的作用，在各个领域都有着 极其广泛的应用。 a 遥感技术( 骼) 遥感技术( r e m o t es e n s i n g ，简称r s ) ，是2 0 世纪6 0 年代发展起来的一门新兴的综 合性探测技术，几十年来，随着现代物理、空间技术、电子技术和计算机技术、信息科 学和环境科学等的发展，r s 已成为一种影像遥感和数字遥感相结合的先进实用的综合性 探测手段1 5 4 。r s 是在高空或远距离处，利用传感器接受物体辐射的电磁波信息，经加工 处理成可识别的图像或电子计算机用的记录磁带，揭示被测物体的性质、形状和变化动 态。r s 技术具有宏观、快速、准确、动态的信息源和能量源，因而能够节省人力、物力、 财力。目前，遥感技术被广泛应用于农业、林业、地质、地理、海洋、水文