长江上游防护林体系不同林种的生态经济效益研究.doc

长江上游防护林体系不同林种的生态经济效益研究第1l卷第4期自然资源1996年】0月J0【jRNALOFNATURALRE!Vo】l11No4Oct,l996长江上游防护林体系不同林种的/生态经济效益研究/;警AJ,提要通过对长江上游环境背景特征研究,探讨j-防护林体系建记的重要性,并进行防护林体系配置,由此设置生态效益监测体系,流域为单元,分层研究防护林体系的综台救益.研究表明:防护林体系配置后,坡面径流减少62%,径流含沙量减少69%,土壤肥力,土壤微生物活性均比荒坡高45倍;林地地温和气温均比农耕地低23,相对湿度提高30%40%;流域的年地表径流减少,森林覆被率每增加1%,年地表径流减少41mm,年产沙量可减少5%N7%.生物措施可减少25%的泥沙,工程措施减少29%1F3.营建防护林后,经济效益明显:在中,低山区,林地直接经济效益净增值为921.5992.4元/hma,gt川盆地净增值为850.3NI4386元/hmaS7长江流域自然资源丰富,经济科技发达,汇集了全国4O%的智力资源和科技力量,.农业总产值占全国的4O%以上,是我国经济振兴的重要基地.但是,随着人口的增长,粮食和能源需求激增,陡坡开垦.破坏森林植被,致使长江流域生态环境质量下降,F益影响人类的生存和社会经济的发展,随着三峡工程的兴建,稳定长江上游生态系统平衡发展,既关系到三峡水库的使用寿命,义能促进流域经济的持续发展.因此,营建长江卜游访护林体系,协调该区生产,消费与自然生态系统的关系极为重要.l研究区概况长江发源于青藏高原,地处我国:大地势阶梯,其上游地貌类型复杂,地形破碎.山地,高原占该区总面积的绝大部分,丘陵,平原很少.长江上游大部分属亚热带季风气候,具有明显的山地气候特征:从总体看,流域内气候温和,多年平均气温在1418C,年日温差大;雨量丰沛,年降水量在8o01800mm,310月降水量占全年的85%以;区内热量充足.>1OC的年积温在30006O00C,无霜期180d以,能满足多种植物生长.长江流域水资源丰富.全流域多年平均径流量9513亿m,占全国径流的35.9%,为黄河流域的17倍:上游流域面积占全流域的58%.资料来源j.国家七,:攻关课题f758214,8l9卜I)承蒙柄玉坡研究员指导,特此致谢收穑It期199508-03;收到修改稿口期199512254期雷孝章等:长扛仁游防护林体系不同林种的生态经济效益研究363径流最约占总径流量的465%,泥沙占全流域的90%左右长江流域植被资源丰富,动植物种类居全国之冠,但森林植被分布不均,主要分布在横断山脉的雅砻江,金沙江,岷江,大渡河等流域的上游,覆盖率差舁大,且林种比例失调,树种单纯.2长江上游防护林体系建设的必要性长江流域由于开发利用早,生产消费与自然资源利用长期不协调,特别是森林的过度利用,已引起一系列生态问题(1)水土流失不断加剧,石化面积扩大,每年使成百万亩良田沃土失去耕种价值,泥沙淤积水库,湖泊,抬高河床,制约了长江流域经济效益和社会效益的充分发挥.5O年代,长江流域水土流失面积36万hmz,占流域面积的20%,到8O年代已扩大到56万hm,占流域面积的31.1%,年土壤流失量达22.4亿t,损失氮,磷,钾2500万t据乌江上游调查,流域石化面积每年以5%7%的速度增加,乌江上游的石化面积已占总面积的15%20%(2)自然灾害更加频繁,经济损失巨大,人员伤亡惨重,影晌工农韭生产的正常发展.洪涝,旱灾,泥石流已成为长江上游的三大灾难,发生频率增加,成灾范围扩大.据长江中上游防护林期工程66个县统计分析,县平均自然灾害频率由50年代的0.58次,增加到80年代的O.81次,经济损失率由每年的73万元增加到486万元,年增加率为6.5%.如四川省5O年代水灾4次,70年代8次,80年代年年发生.(3)森林植被破坏严重,林种结构不合理,树种单纯,且用材和烧柴不足,使森林面积和自然资源锐减,国家,群众受到巨大损失.如贵州四-五清查时,森林覆盖率为22.8%,蓄积量1.58亿m,1979年覆盖率为17.4%,蓄积量l49亿II1.1984年覆盖率和蓄积量下降到164%和l38亿m;四川省50年代森林覆被率为19%,四五清查时为l3%,五-五清查时仅为l2%据长江中上游九省防护林一期规划调查,现有森林以用材林为主,占79%.防护林比例最小,如贵州占6.2%,四川盆地小于1O%,盆周山地不足25%.(4)农业生态环境脆弱,山区人民温饱问题至今没有解决长江中上擗农业生态环境恶化,生产结构单一,自我调节能力低,出现土地退化.生产力低,低产田面积加大,如贵州的毕节地区,土厚15cnl以下的耕地占总耕地的49_3%,松沙型地占耕地总面积的2O.2%,石砾含量3%以上的耕地占耕地总面积的12.5%,如四川南部县,1959年化肥费66万元,占生产费用的5.4%,由于水土流失,地力下降,为了弥补土地肥力的损失,1979年的化肥费118O万元,占当年生产费用的30.1%.3防护林体系的配置【t,21根据长江上蝣的地貌气候和植被状况,森林分布特点,将各区防护林体系布局分述于下.364自然资豫11卷3.1高原及山原区防护林布局主要分布于金沙江,雅砻江,乌江岷江上游的山原和丘陵区,海拔高度5000m以上,相对高差4.00500m.气候寒冷,干燥,常年有霜,温差较大,植被分布明显,阳坡多为草甸,间有块状森林,阴坡多为森林.本区森林采伐后人工更新困难,有森林退缩和草地扩展之势.所以,本区阳坡,半阳坡,草地中面积小于20hm的孤立森林,坡面森林上限200m以内的森林,干流尾部100m,支流尾部500m以内的森林,划分禁伐林;省道两侧1000m或县道两侧及居民点周围50m以内的森林划为防护林,可以进行抚育伐和卫生伐集中成片的森林也只能择伐.3.2高山峡谷及低中山暴雨区防护林布局本区主要分布于金沙江,雅砻江和岷江上游,沱江,嘉陵江上游,属低中山和高山山地,海拔多在1500m以上,山高坡陡,径流汇集快,具有发生滑坡泥石流及山洪的潜在危险本区森林应划作水源涵养林经营,部分可采伐利用.其中高山峡谷区阳坡的森林,急坡(坡度在36.以上)的森林,森林分布上限150200m以内的森林和主山脊及分水蛉两侧各200m,小山脊两侧50100m,铁路两侧各200m,省道两侧各100m,县道两侧各50m,沙荒地及主要居民点周围50m,以及大,中型水库,电站,湖泊周围以山脊为界的森林均应划作防护林,只进行抚育伐和更新伐;其余的用材林实行地形小块状(35hm)皆伐为主(块间保留20m宽林带),择伐与皆伐相结合的采伐利用方式,以构成森林骨架,发挥森林的水源涵养作用.3.3低山深丘和平行岭谷区防护林布局地貌上分属盆地台状低山深丘和盆东平等岭谷两大地貌组合单元.区内有连绵起伏的山峦,海拔600l400113,相对高差2001000m;山体坡度较陡,山间谷地较窄,林业用地较多.本区北部位于大巴山暴雨中心地带,洪涝出现频率达4O%60%;东部雨量充沛,降雨强度较大;坡耕地及谷间旱地水土流失严重.根据上述特点,本区以营造(或划留)水源涵养林和水土保持林为主,其中在干流两岸100m,支流尾部500m,第一层山脊以内的林地,主山脊两侧各100200m,支山脊两侧各3O60m,坡度>25.,土厚在20em以下的林地及侵蚀沟坡的林地,台地坡面农耕地间的林地,铁路两侧各50100m,省遭公路两侧各50m,县道两侧各20113以内的片林或林木,均应划为防护林3.4盆中丘陵区防护林布局本区以丘陵为主,相对高差50100m,丘陵坡度不大,丘问谷地及河坝地开阔区内人口稠密,垦殖指数高,林地少,水土流失严重;加之河谷发育,排泄不畅,若北部上游暴雨与本区暴雨迭加,常造成大面积洪涝灾害.根据丘陵景观特点,防护林布局上以营建水土保持为主的农林复合经营的防护林体系,在一级支流分水岭两侧100200113,二级支流分水岭50100m及馒头山山脊的林地,坡度25.以上的丘陵旱耕地间的林地,以及干流两侧3050m的林地和l020m范围的土地,一级支流两侧300m的林地和510m范围的土地,二级支流两则200m的林地和510m范围内的土地,以及二级支流尾部l000范围的林地,大中型水库集水区范围内的林地,小(一)小(二)型水库250m的要地及10m范围内的林地,干支渠10m范围的林地或林木,铁路及省道公路两侧各50m的林地及10m范围内的土地,县道两侧20m以内的林地和单行林木,应划作防护4期雷孝章等:长江上游防护林体系不同林种的生态经济教益研究365林,并结合地边桑,果,庭园竹木林盘,构成点.片,带,网结合,林(树)田(土)相间的农林复合型防护林体系.综合上述4区防护林布局结果,使整个长江J二游从总体上由分水岭,大山脊和河流两岸及尾部的防护林构成第一级骨干防护林带;沿2535.以上的陡坡林地,后问台地,明显山脊构成第二级骨架防护林带;道路,渠系,地堤,地坎植树构成第三级林弼辅以丘陵顶部片林和村宅块状林盘,基本构成上中下游连贯,坡顶,坡面及山问谷地层层节流固土,点,片,带,网相互协调和补充的防护林网络体系.4防护林体系配置后的效益研究根据长江中游地形,植被,环境特征及当前的土地利用格局,分析防护林体系建设的必要性,提出合理的防护林布局结构与林种配置.由此设置防护林体系效益监测网络,以小流域为单元,根据径流,泥沙形成特点,以径流场,集水区,小流域为观测对象,径流场研究林分的生态经济效果;集水区研究森林类型在不同配置部位的保土效果,林分生长状况及对降水的调节;小流域研究防护林体系对流域径流,泥沙的影响状况,以及区内的生态经济效果,采用分层研究,层层控制的方法,研究防护林体系配置后的综合效益.本研究以定位研究为主,调查与定位研究相结合,探讨防护林体系营建前后的生态经济效益,为防护林体系配置及效益评价提供依据.4.1生态效益研究41.1坡面防护林体系配置后效益(1)从涪江洋溪河试验区相同坡面观测,造林后坡面与荒坡比较,地表径流减少62%,径流含沙量减少69%;再从乌江板桥河相同坡面试验看出,不同土地利用方式(表1)土壤侵蚀差异显着,农地侵蚀高于林地,是林地侵蚀的51O倍,灌草丛侵蚀大于林地,是林地的35倍,说明农地是该区水土流失的策源地.农林复合经营后,复合型利用的土壤侵蚀又小于纯农业,是纯农业的1/21/3.因此,对于区域经济开发,应走生态农业之路,如果农,经农(经济林木和药材)模式,既增加收入,又稳定生态环境.表119891990年不同用地方式土壤侵蚀对比TablefAcomparisionofsoilerosionunderffercntformsoflanduseintheyears19891990(2)不同植被,不同林种类型有机质含量和速效N,P,K差异较大,从速效N,P,K看,林地高于灌丛草坡,水源林,水保林高于用材林.366自然资源11卷从乌江板桥河研究(表2)看出:各种植被土壤均为酸弱酸(pH:5.06.4);有机质含量:A层242%819%,B层058%2.61%;全N量:A层0.102%0.509%,B层为0.036%0.162%;阳离子交换:A层为14.4l33.03tool/100g土,B层为7.9226.51tool/100g土.分析表明,各植被土壤养分含量较高,肥力性质好,但不同植被,土壤养分含量和化学性质差异较大,以竹林,针叶秫,阔叶林较高混交林和灌草坡最低;从A+B层看,灌丛草坡土壤肥力性质明显低于其它植被.表2不同植被类型的土壤物理,化学性质Tabk2ThephysicalandchemicatcharactersofsoflunderdifferentkindsofvegetativecoYcr从表3可知,水源林和用材林的容重,总孔隙度小于水保林和薪炭林.从土壤pH看:薪炭林>水保林>水源林>用材林;全N量:水源林>薪炭林>水保秫>用材林;全P含量:水保林>薪炭林>水源林>用材林.从盐基饱和度看:薪炭秫>水保林>水源林>用材秫.上述分析表明:用材林的土壤肥力和化学性质,较其它各林种小,说明水源秫,水保林对改良土壤具有较大作用.(3)不同植被类型的枯落物养分含量,竹林和阔叶林含量最高,针叶林和混林次之,灌木林最小;从径流场水质分析看:灌丛草坡养分损失量最大.不同植被类型的枯落物组成数量及分解速度见表4各种植被的枯落物层干重l5108.892t/hm;N贮量16.1128.0kg/hm:P1.06.8kg/hm;K4.0-l6_3kg/hmCa2072605kg/hm;Mg2.013.2kg/hm;Fe0.916.4kg/hm.几种养分元素以Ca的贮量最大,N其次,P最小.从径流场地表径流的水质分析结果(表5)表明:小流域中,各种植被下每年每公顷由地表径流带走的有机质1.379.33kg;N2.28212.576kg;P0.0630.397kg;K5.194-l9.420kg;Mgo.052.91kg;MnO.0230.329kg;Zn6.9368.04kg;Mo0.582.38kg.在各种植被中以灌丛草坡的养分元素流失量最大;灌木林流失量最小,因此,灌丛草坡4期雷孝章等:长江上游防护韩体系不同林种的生态经济效益研究367类(t/hm2)NPKCaMgFe表5不同植被下地表径流中的营养元素流失量Table5Theam.untofthelossofnutrientelementsinthesurfacerunoffunderdifferentvegetadve(3over维持土壤肥力的功能是较差的.(4)不同植被改良小气候作用差异较大,从气温,地表温度变化和光照强度看,农地火于林地.但不同植被类型差异较大,灌木林改良小气候作用小于针叶林368自然资源11卷从生长季节的不同月份,不同植被的小气候对比观测表明(表6):针叶林的气温,相对湿度,光照强度,地表温度,土壤温度的日变幅均小于灌木林.这说明生长季节中森林植被在稳定小气候,减少温,湿度变化方面较灌木林强表6不同植被(林种)小气候对比观测Table6Thecontrastobservationoftbemicroclimateunderdifferentvegetativecovers【category注:气温,相对湿度光照强度均为15m高处测值,光照强度指818时光强度水源林与农耕地相比,水源林具有降低气温,提高林地相对湿度的作用对比观测结果为:水源林的气温,光照强度,地表温度,土壤温度,分别小于农耕地1.5%2.7%,240%400%,8.8%26.5%,7%22.0%.相对湿度大于农耕地5.5%84%.说明水源林小气候较农耕地的稳定,林地改良小气候作用显着.(5)林地既增加土壤肥力,又增加微生物活性从表7可以看出,土壤微生物总数,桤柏混交林较桤木林和柏木林高他.5%和60.8%,较荒草坡高1.7倍;从芽胞菌总数与静止细胞数之比,可反映芽胞细菌在土壤中的活跃程度,因此,林地中含氮有机化台物的转化能力高于荒地,而且芽胞细菌中的腊质芽胞杆菌对柏毛虫有致死的作用,能促进柏木乍长表7几种人工林下微生物总数Table7Thetotajamountofmicrobeunderserajman-madeforests4.12流域防护林体系配置后的综合效益分析4期雷孝章等:长江上游防护林体系不同林种的生态经济效益研究369(1)侵蚀产沙量从涪江流域观测分析表明:造林前,流域土壤侵蚀模数为4137t/kma,坡面以中度至强度侵蚀为主体,表现为面蚀和鳞片状面蚀,侵蚀模数为3500t/kma,耕地为面蚀和细沟侵蚀,侵蚀模数为4500t/kma.经过营建山岭薪材防护林,陡坡滞流用材防护林,地塄地坎用材经济林和农田防护林嗣后,坡面以轻度侵蚀为主体,无明显的面蚀,侵蚀模数为1500t/kma左右,农耕地表现为轻度面蚀,无细沟侵蚀痕迹,侵蚀模数为2200t/kma.经过1991,1992年连续观测(表8),流域森林覆盖率分别为l5.1%和7.5%时,流域产沙量各为2455t/kma,3304t/kma,减少了3458%由流域产沙模数预测,当流域森林覆盖率达到39.9%时,侵蚀模数为l880t/kma,减少率为5456%.表8小流域不同森林疆棱率产沙对比Table8TkeontraMoftkesttpredationunderdiffereatforestera耆esmaljwatersheds生物措施与工程措施治理效果显着,生物措施可减少25%的泥沙,工程措施可减少29%的泥沙.从表9可看出:森林覆盖率由19.5%上升到40%,悬移质移沙量由36.7t/km?a减少到27.4t/krn:?a,减少25.34%,生物措施与工程措施结合后,流域森林覆盖率为42.19%,悬移质移沙模数为16.7t/kma,减少54.5%,说明生物措施与工程措施结合是治理水土流失的良好途径.表9不同治理措施测流堰悬移质输出(5-9月)Table9Thea_mountoftheexportofsuspendedsedimentfromthemeasuringdikeuttderdifferentmanagementmethods(MaySeptember)单位(t/km:a(2)洪峰径流量通过对910724典型洪水分析(表l0):多林沟在降水141.6mm,洪峰历时35h,洪峰径流模数0.076m/s.km,径流量28ram;少林沟洪峰历时3.1h,洪峰往流模数0.5I8m/s.km,径流量为58.2mm,说明森林削减洪峰能力显着.(3)年地表径流量变化由19911993年连续3a观测(表l1)分析得出,当流域森杳Ic覆盖率为15.I%时,年地表径流深为405.7mm,510月地表径流深为381.2mm,占地表径流总量93.96%;l14月地表径流深为24.5mm,占地表径流总量的604%.流域森林覆盖率为4.4%,年地表径流深为447.7mm,5l0月的地表径流深为416.8mm,370自然资源I1卷占年地表径流深的93.1%;l1-4月地表径流深为30.9mm,占全年地表径流深的6.9%.说明森林覆盖率增加,年地表径流量减少,森林覆盖率每增加1%,年地表径流深减少4.1mm,径流的减少有利于林木生长.表10不同森林爱盖率流域洪水特征分析Table10Theanalysisofthebloodcharacterinawatershedunderdifferentforestcoverage积木面积水田占流域旱地占流域成林占流域舞林林流域年地表510月地114月地流域.面积的百分面积的百分面积的百分面积的百讣轻流深表径流深表径流髹/tcmJ比(%)此【%)比(%)比(%,(mm)(mm)(mm乌江1986年08134511428861993869786I9938.6979215161(板桥河)1990年7439.5:3.4117:11嘉陵江1986年3265541:7.87:0412533501564749674.3233140821899243225广元)1990年4549:3904:1285.0412倍江1986年23.895733997:8.3704242.778796.4502190214742I3850374(西充)I990年5I6220.93:1376.13410.28花江198g年90263252265:4.86022.4873586487l4349I62lgl14386266【筒阳)1990年48.95157:2406:1I.17:0124.2经济效益分析长防工程建设的主要目标是改善长江上游的生态环境,以保障中下游国民经济的发4期雷孝章等:长江七游防护林体系不同林种的生态经济效益研究371展和长治久安,长防工程是一项生态工程,既要发挥其最佳生态效益,又要求经济效益最大.因此,长防工程经济评价既有事业性工程评价特点,又具有企业性工程性评价特点,采用净现值法,计算指标采用长防林工程投资经营费折算,分析表明:低山和盆周山地,营造水源,水保用材林,林地单位面积净产值可达l782.6元/hm以上,在四川盆地丘陵区,丘顶和丘坡营造水保林,地塄地坎,路边,种植经济林,农田按经农(经济林与农作物或药材与农作物),果农(果树与农作物)经营时,林地单位面积净产值可达71663137元/hnl2,尤其是经农,果农模式,效果更佳,单位面积净产值达8000元/hm以上J:5结语通过上述研究表明:(1)建立长江上游防护林体系,协调生产,消费与自然环境的关系,不仅是必要的,而且是可行的,只要坚持生态,经济与社会效应统一的原则,就能达到共生养护,持续利用的效果.(2)自然资源的开发利用,应因地制宜,走生态农业良性循环的道路在中低LU区,山脊,河流两岸营建骨干水源涵养林,以用材林为主,山脚及农地营建经济林,如核桃,苹果,花椒等;四川盆地,丘顶及陡坡营建水土保持林,以用材林和薪炭林为主,地坎及农田林网点,片,带结合,营建经济林,如桑,柑桔等,既使经济持续发展,又为农业生产提供保障,有利于山区农民脱贫致富.参考文献I扬玉坡等着长江上罅(,江j防护林研究科学技术出版社.1994.2关君蔚着我国防护林体系的建设和生态控制系统工程见:匠江中E游防护林体系建设论文集中国林业出版社I9913杨雨行,曾平江,雷孝章.四川西充县土壤侵蚀模数模型和侵蚀强度分级研究北京林业大学,1990,2(2)4李文华,赖世登主编中国农林复台经营科学出版杜,1994.175】78372自然资源卷ASTUDY0NTHEEC0一EC0N0MICBENEFITS0FDIFFERENTF0RESTCATEGORIESOFTHESHELTERF0RESTSYSTEMINTHEUPPERREACHES0FTHEYANTSERIVERLeiXiaozhangHuangLilong(SichuanForestryArademtAbstractThroughthestudyontheenvironmentalbackgroundfeaturesoftheupperreachesoftheYanzseRiver,thispaperapproachestheimportanceoftheco