榆阳区林草植被的防风固沙服务功能价值研究

榆阳区林草植被的防风固沙服务功能价值研究

风蚀和荒漠化对地表土壤的大规模运输和积聚是干旱半干旱区土地荒漠化过程中最重要、最直接的过程之一。植被覆盖可以通过各种方法保护地表土壤，减少风蚀和沉积物排放。因此,研究植被防风固沙生态系统服务功能价值及其动态变化,对保育风沙区的环境具有重要意义。目前,对植被防风固沙价值的定性描述很多,定量测算其价值的方法则尚在探索之中。本文以榆阳区北部风沙过渡带1988-2003年的土地利用数据为依据,运用按研究区实际情况建立的测算模型,对该区1988-2003年的林草植被年度防风固沙服务功能价值进行了测算和动态变化分析,为生态系统服务功能定量评价进行新的探索。1研究区域和方法1.1地形地貌及气象条件榆阳区位于108°58′~110°24′E、37°49′~38°58′N,地处毛乌素沙漠与陕北黄土高原丘陵沟壑区连接地带;东西宽128km,南北长124km,总面积为7053km2。境内地形地貌大致以长城为界,北为风沙草滩区,地势开阔平坦,沙丘、草滩交错分布,约占总面积65.1%;南属黄土高原丘陵沟壑区,梁峁起伏,沟壑纵横,约占总面积34.9%;全境地势东北高,中部、南部低,最高海拔1413m(位于麻黄梁乡),最低海拔870m(位于镇川镇)。该区属中温带半干旱大陆性季风气候,雨少不均,气候干燥;年平均气温8.3℃,最高气温38.6℃,最低气温-32.7℃;区内降水主要集中在6~9月,且由南向北递减,年均降水量为405mm,最大为695.4mm,最小为159.6mm。1.2学习方法1.2.1风沙区防风固沙量估算依据黄富祥、牛海山等学者在毛乌素沙地通过实测建立的植被覆盖度与风蚀输沙率的定量关系模型,对榆阳区北部风沙草滩区的潜在输沙率、实际输沙率、植被减沙率进行测算,再依据该区主要起沙风向垂直的风沙区边界长度和大风日数,对榆阳区北部风沙区的植被防风固沙量进行估算。然后,依据对该区的土壤沙化盖沙厚度标准,将其换算成沙化土地面积,再根据单位面积沙化土地治理费用,测算出榆阳区北部风沙区植被的防风固沙生态效益。1.2.2评估模型(1)砂层碎屑，澄清平整q=1.07×10-9×(u-450)3(2)毛乌素沙地植被覆盖率与风蚀含沙量成一定关系的模型q=1.07×10-9[exp(-0.00338c-0.000202c2)×u-450]3(3)风速值与模型q=1.07×10-9[u-exp(-0.00651c-0.0002c2)×450]3式中,q为风蚀输沙率(g/cm.s);u为距地表1m高度处的风速值(cm/s);c为植被覆盖度(%)。模型Ⅰ和模型Ⅱ是在不同考察角度下建立起来的。模型Ⅰ是将植被覆盖度对风蚀输沙的影响作用,理解为通过降低风蚀输沙的有效风速来实现减少风蚀输沙的效果。模型Ⅱ则是将植被覆盖度的影响作用,理解为增大了沙粒启动风速,来达到减少风蚀输沙的目标。利用模型Ⅰ和模型Ⅱ的计算结果存在一定差异,模型Ⅰ的计算结果往往大于模型Ⅱ的计算结果,真实值可能介于两结果之间。本文取两模型测算结果的平均值作为植被覆盖条件下榆阳区北部风沙区的实际输沙率。1.2.3风沙区的风蚀输沙作用榆阳区北部风沙区的平坦裸露沙面上沙粒启动风速约为距地表1m高度5m/s。当风速大于5m/s就有风蚀输沙发生,但由于缺乏详细的高于起沙风的风速资料,同时考虑到大量风蚀输沙主要是在大风条件下发生的。因此,依据榆阳区1951-2003年的年平均大风(风速≥17m/s)日数13d作为依据,粗略地估算榆阳区北部风沙区在不同林草盖度下的风蚀输沙量,故估算结果比实际值偏低。植被覆盖度c值本文只考虑风沙区的林地和草地的防风固沙作用。耕地由于耕作对土壤耕作层的翻耕加强了风蚀的可能性,同时在风蚀输沙最严重的春季,农作物多处幼苗时期,防风固沙能力很小,故未作考虑。园地在本区仅占0.097%~0.23%,且主要分布在靠南的榆阳乡、刘官寨、牛家梁和鱼河4个乡镇,对风沙区的防风固沙作用不大,亦未做考虑。土壤沙化标准根据实地调查按覆沙厚度10cm处理,植被防风固沙价值按榆林市治沙所将沙荒地恢复成农用地的平均成本3.45×104元/hm2计算。2林地防风固沙价值变化从表1可见,北部风沙草滩区的草地固沙量自1988年来在减少,草地固沙价值变化总趋势是下降的;2003年比1988年草地固沙量减少了1.15×106t/a,固沙价值减少了29.05×106元/a,两者均在1988年的基础上减少了8.23%。其中,1988-1996年、1998-2000年和2002-2003年3时段为草地固沙功能减弱段,1996-1998年及2000-2002年2时段为草地防风固沙价值微弱上升段。从表2可见,榆阳区北部风沙草滩区林地防风固沙量及固沙价值在1988-1996年、1997-1999年和2001-2003年3时段为上升期,在1996-1997年及1999-2001年2时段为下降期;但1988-2003年期间上升是总趋势,15a内增幅达6.07%,其中固沙量增加了1.38×106t/a,固沙价值增加了34.69×106元/a。从图1可见,1988-2003年期间,榆阳区北部风沙草滩区林草植被的防风固沙价值总体呈波动变化,2003年比1988年的防风固沙价值增加了5.64×106元/a,增幅为0.61%;其中1988-1998年和2001-2002年为上升期,1998-2001年和2002-2003年为下降期。榆阳区林草生态系统防风固沙服务功能价值量的变化状况是国家生态政策、自然因素、经济因素等合力驱动的结果;榆阳区北部风沙草滩区在经历1978年开始的“三北防护林工程”之后,80年代中后期基本成林,并担负着防风固沙的主要任务,90年代的退耕还林还草政策进一步加大了林草生态系统防风固沙的能力。但到90年代末,一些大龄树木枯死,乔木在干旱半干旱区的弊端开始体现,再加上1998-2000年连续干旱,大片林草枯萎,植被防风固沙能力减弱。2001年之后降水较丰沛,再加上对林草结构及林地中的乔木和灌木结构的调整,植被的防风固沙生态功能再度得到回升。当然不同土地利用类型之间比较经济利益的差别始终是影响土地利用变化的一个重要因素,也是榆阳区林草面积固沙量及固沙价值年际间细微波动的重要原因。3生态系统服务功能价值的定量化研究(1)1988-2003年,榆阳区北部风沙草滩区林草植被的防风固沙价值在波动中增加,其升降与林草植被的面积及分布状况密切相关,体现了林草植被在风沙区生态优化中的重要作用。(2)榆阳区林草生态系统防风固沙服务功能价值量的变化状况是国家生态政策、自然因素、经济因素等合力驱动的结果。“退耕还林还草”和“营造防护林”等生态措施的实施对保育风沙区的生态起到了积极作用。(3)生态系统服务功能价值量的变化受自然和人文等多种因素的影响,