川西亚高山林区不同土地利用与土地覆盖的地被物及土壤持水特征

川西亚高山森林是我国西南亚高山水源涵养林的重要组成部分.随着20世纪中叶以来农业人口的增加和森林的开发利用,受干扰强度、频度和干扰时间的影响,原始暗针叶林退化为耕地、草地、灌丛、次生阔叶林或人工林.1998年后,该区相继启动天然林保护工程和退耕还林工程.为评价工程效益,确定长江上游水源涵养林的恢复与重建模式,需要进行不同土地利用类型之间生态水文效应的对比分析.通过野外调查与室内实验,对比分析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)和土壤持水特征,结果表明:不同土地利用与覆盖类型间地被物和土壤持水性能差异显著.随着干扰程度的增加,苔藓、枯落物蓄积量及最大持水量下降,土壤容重增加,土壤持水性能下降.苔藓最大持水量排序是老龄针叶林>人工云杉林>天然次生林>灌丛.枯落物最大持水量排序是老龄针叶林>天然次生林>人工云杉林>灌丛>草地>退耕还林地.人工云杉林与天然次生林之间、草地与退耕还林地之间苔藓和枯落物最大持水量没有显著差异.土壤0～40cm最大持水量排序是天然次生林>老龄针叶林>人工云杉林>灌丛>农田>草地>退耕还林地,其中天然次生林显著高于人工云杉林,草地与退耕还林地之间没有显著差异.对于森林恢复途径和树种的选择,需要考虑未来林分的多种生态系统服务功能.     

太子河源流域不同类型水源涵养林土壤微生物生物量碳、氮的季节动态

为探讨太子河源流域不同类型水源涵养林土壤微生物生物量的生长季动态规律,于2016年4—9月,对落叶松人工林、天然阔叶次生林和油松人工林不同土层土壤微生物量生物量碳(MBC)、氮(MBN)进行监测,并分析MBC、MBN生长季变化与土壤养分及土壤水分的关系。结果表明:天然阔叶次生林土壤MBC、MBN显著大于针叶人工林(P0.05),且随土层增大而减小;不同类型水源涵养林土壤MBC、MBN生长季动态变化规律明显,均表现春季开始逐渐升高,夏季植物旺盛期达到最大值,秋季逐渐降低;不同植被类型土壤MBC/MBN在1~5,其季节动态变化规律先降低后升高再降低。相关性分析发现:MBC、MBN与土壤有机碳、全氮、土壤含水量呈显著正相关,表明该区域土壤有机碳、全氮、土壤含水量是影响土壤微生物生物量的重要因子;不同植被类型水源涵养林对土壤MBC、MBN均具有显著影响,天然阔叶次生林对土壤MBC、MBN的作用更大,有利于养分的累积。因此,建议在该流域开展水源涵养林建设中应加强天然林保护和促进人工林转变为天然次生林。     

大伙房水库流域水源涵养林植被类型对土壤NH_4~+-N和NO_3~--N淋溶的影响

流域内植被类型是土壤氮素淋溶迁移的重要影响因子,降雨丰水季节不同植被类型土壤氮素淋溶是量化评价流域土壤氮素流失和水质变化的关键。本研究采用离子交换树脂袋法分析降雨丰水期槭树-蒙古栎林、落叶松人工林和山杨林3种植被类型土壤NH_4~+-N和NO_3~--N淋溶季节动态特征。结果发现,降雨丰水期(7—9月)不同植被类型土壤无机氮含量(NH_4~+-N和NO_3~--N)动态变化差异显著(P0.05),NH_4~+-N在无机N中占73.4%~93.3%,槭树-蒙古栎林、山杨林NO_3~--N含量7月份最大,而落叶松人工林NO_3~--N含量8月份最大;土壤氮素淋溶的主要成分是NO_3~--N,落叶松人工林土壤氮潜在性淋溶高于槭树-蒙古栎林和山杨林;土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)随着土层加深逐渐减小,阔叶林MBC和MBN显著大于落叶松人工林;土壤N淋溶量与MBN呈显著负相关,证明土壤微生物N固持作用能减少N淋溶流失。据此结果,建议在该流域开展水源涵养林建设中应加强河岸带天然林保护和促进人工水源涵养林转变为天然次生林。     

基于改进PSO的洞庭湖水源涵养林空间优化模型

以结构化森林经营思想为理论基础,从与水源林涵养水源、保持水土功能密切相关的林分物种组成(树种混交)、种内及种间竞争、空间分布格局、垂直结构4个方面选择混交度、竞争指数、角尺度、林层指数、空间密度指数、开阔比数作为水源林健康经营和林分空间结构优化的目标函数,建立洞庭湖水源林林分多目标空间优化模型,应用改进的群智能粒子群算法求解林分空间结构优化模型,并针对模型输出的目标树空间结构单元制定周密的经营策略.研究结果表明,优化模型能准确定位林分空间关系的薄弱环节,调控措施能显著改善林分空间结构,有利于促进森林生态系统的正向演替,为恢复洞庭湖水源林生态功能和健康经营提供理论依据和技术支撑.应用优化模型进行水源涵养林健康经营突破了传统森林经营模式,为智能信息技术在森林空间经营中的应用提供了新的思路.     

小流域内植被类型对土壤NO3-/NH4+空间变化的影响

流域内植被类型、地形地貌特征对土壤氮循环过程有重要的作用,是影响下游水体无机氮素来源以及富营养化的关键因子。通过比较小流域内4种植被类型(落叶松人工林、油松人工林、天然阔叶次生林和农田(玉米))对土壤NO3--N和NH4+-N含量空间变化的影响,揭示流域内不同立地条件下水源涵养林与土壤无机氮变化特征之间的关系。结果表明:4种植被类型土壤NO3--N和NH4+-N含量差异显著(P<0.05);由坡上到坡下土壤NO3--N和NH4+-N含量显著降低;在土壤表层NO3--N和NH4+-N含量最高,随着土层深度增加无机氮含量减少;与水源涵养林天然植被和人工林植被相比,农田土壤NO3--N含量最高(11.86mg·kg-1),有较高的氮流失风险。     

广西猫儿山国家级自然保护区森林涵养水源功能及其经济价值估算

基于森林植被及土壤类型的垂直分布状况,根据海拔设置了18个标准样地,对广西猫儿山国家级自然保护区森林乔木冠层、林下灌草层、林地枯枝落叶层和林地土壤层的涵养水源能力进行了调查与估测,并对该保护区森林涵养水源的经济价值进行了估算.结果表明,该保护区森林乔木冠层平均截留雨量为3 097.7×104 t·a-1,占总贮水量的27.8%.林下灌草层平均截留雨量为517.2×104 t·a-1,占总贮水量的4.6%.各森林类型中枯落物的累积干质量为3.00～15.56 t·hm-2,最大吸水量和最大净吸水量分别为8.64～45.44和5.64～33.58 t·hm-2,平均净吸水量为19.58 t·hm-2;林地枯枝落叶层的平均吸持贮水量为2 664.2×104 t·a-1,占总贮水量的23.9%.不同林地100 cm土层的贮水量为355.2～1 940.0 t·hm-2,林地土壤层平均贮水量为4 876.0×104 t·a-1,占总贮水量的43.7%.该保护区森林植被4个水文层次实际的总贮水量为11 155.1×104 t·a-1,折算成货币价值后,则该保护区森林涵养水源总效益应为人民币13 386.1×104 元·a-1.调查统计结果充分说明,广西猫儿山国家级自然保护区森林植被的涵养水源功能及其生态经济效益相当显著,对于维护和保障周边地区的生态安全、维持工农业生产的可持续发展具有非常重要的作用.     

五道河林场天然次生林林种结构的研究

对五道河林场天然次生林分布的土层厚度和坡度因子分析表明 ,土层厚度小于 30cm的薄土层以及坡度 >2 5°的中、厚土层次生林总面积为 2 390 .1hm2 ,占全场天然次生林总面积的 83.5 % ;而土层厚度≥ 30cm同时坡度又≤ 2 5°的次生林总面积只有 4 74 .2hm2 ,占全场天然次生林总面积的 16 .5 % ,说明该场次生林分布地段“生态脆弱性”大 ;提出五道河林场天然次生林以发展水源涵养林、用材林、经济林的林种结构 ,并用层次分析法确定 3林种的适宜发展比例为 72 .7%、18.6 %、8.7% .     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征

选择黄土丘陵区砖窑沟流域不同土地利用方式为研究对象,在2016年6月至11月对0—300 cm土层土壤含水量进行监测,分析刺槐林、草地、柠条灌木林、小叶杨林、海红林和撂荒地6种土地利用方式下土壤含水量的垂直剖面分布特征、土壤贮水量的季节变异特征。结果表明:(1)土壤含水量随深度的变化自上而下均呈"S"状分布,随着土层深度的增加,土壤含水量呈先增加后减小的趋势,具有明显的垂直变异特征。(2)不同土地利用方式具有不同的土壤湿度剖面,土壤水分活跃层、次活跃层、相对稳定层的深度范围不同。(3)6种土地利用方式下各土层的土壤贮水量均具有明显的季节变化特征,海红林的土壤贮水量最大,为258.21 mm,然后依次为小叶杨林、撂荒地、草地和刺槐林,柠条灌木林样地最小;监测期内土壤贮水量随时间呈增长趋势,在11月达到最大值。土壤含水量的变异系数均随着土层深度的增加逐渐递减,在100 cm以下土壤深层季节变异趋于稳定。研究认为,乔灌林消耗更多深层的土壤水分,柠条灌木林易引起土壤干燥化,海红林的土壤水分条件较好,撂荒地和草地土壤水分条件相对稳定。     

辽宁省清原县森林资源结构及其空间优化配置

利用RS、GIS技术和多目标灰色局势决策方法,综合森林的经济效益指标(生物量、林分生产力)和生态效益指标(涵养水源量、固土量),对清原县现有森林类型进行空间优化配置.结果表明: 经优化配置后,清原县森林类型的结构比例发生了明显的变化,其中针叶林和阔叶林面积由43%、51%减少到23%、31%,针阔混交林面积由3%增加到43%,灌木林面积保持不变;森林生态系统生物量、林分生产力分别增加0.6%、2.1%,而涵养水源功能增加31.7%,固土功能基本保持不变,在保留较高木材生产效益的同时,可充分发挥涵养水源功能,实现森林生态系统经济效益和生态效益的最大化.     

水源涵养林不同植被类型土壤NH_4~+-N和NO_3~--N分布特征

以辽宁东部山地水源涵养林为对象,选择槭树-蒙古栎林、山杨林、白桦-山杨林和落叶松人工林等4种植被类型,测定其土壤NH4+-N、NO3--N、pH值、容重、有机碳和全氮等理化指标,分析了植被类型、土壤层次与土壤无机氮分布特征之间的关系。结果表明:4种植被类型土壤NH4+-N、NO3--N在土壤表层(0~5 cm)含量最高,由表层向下逐渐降低;土壤总无机氮含量大小为落叶松人工林(27.46 mg·kg-1)山杨林(21.76 mg·kg-1)槭树-蒙古栎林(19.09 mg·kg-1)白桦-山杨林(17.88 mg·kg-1);阔叶林中NH4+-N是土壤无机氮的主要存在形式,而落叶松人工林土壤中NO3--N所占比例较高;水源涵养林土壤NH4+-N、NO3--N均与土壤有机质、土壤含水量呈极显著正相关(P0.01)。总体而言,植被类型对土壤无机氮分布有较大影响,研究结果可为辽东山区水源涵养林植被类型的选择和结构调控提供参考。     

基于水源涵养的流域适宜森林覆盖率研究

适宜森林覆盖率的研究是流域防护林空间布局的基础研究,对流域内防护林林种和林分结构调整有着重要的指导意义。以对土壤饱和蓄水量的贡献大小为依据,人力可控和可测为原则进行流域有林地水源涵养功能评价指标筛选。采用群组AHP法剔除因子间相关性较大的指标,筛选出了地形-土壤因子、林分因子、干扰强度因子共计12个指标;用层次分析法(AHP)计算各指标对土壤饱和蓄水量的权重,以此权重计算各有林地小班水源涵养的等级值以及每个等级对应的面积。以流域历年(40a)最大日降雨量147.2 mm计算流域适宜森林覆盖率。结果表明:林分因子 (0.637)>干扰强度因子(0.258)>地形-土壤因子(0.105),即影响平通河流域有林地水源涵养功能最大的因子是林分因子,其次是干扰度因子;流域基于水源涵养的适宜森林覆盖率为57.09%,变幅为43%-73%。     

嫩江上游流域生态系统水量平衡的研究

以2级流域为研究单元,在流域结构特征调查分析的基础上,通过不同生态系统和不同森林类型对降水再分配的观测,从林分、生态系统和流域不同尺度和水平上定量分析了森林类型、生态系统、流域的水量平衡。结果表明,落叶松人工林的林冠截留率最大,表现出比天然白桦林、天然黑桦和天然阔叶混交林具有较强的蓄水和拦截功能,蒸散是森林生态系统水分输出的主要形式,天然阔叶混交林和人工针对林径流量相对较小,蒸散也是农田和草地水分输出的主要形式,它们的蒸散值分别占降雨量的91．06％、81．02％,草地蒸散值大于森林,具有较小的径流,表现出很强的蓄水保水作用,而农田蒸散值小于森林,径流量最大,总裁总蒸散占降水的80．84％,径流占23．26％。     

黄土高原不同植被覆盖对流域水文的影响

以山西省吉县蔡家川流域为对象,研究了植被覆盖类型对流域水文的影响.结果表明:不同植被覆盖的流域年径流系数分别为:林地流域1.6%～2.3%,以农、牧为主的流域3.1%～3.9%;各流域基流系数差异显著,人工林流域为零,次生林为主的流域1.0%～1.5%,以农、牧为主的流域2.5%～2.8%;在雨季人工林流域的径流总量是次生林流域的3.37倍、农地流域的1.9倍,而农地流域的基流量是次生林流域的2.2倍;短历时高强度降雨条件下,人工林流域、次生林流域地表径流量分别是农地流域的10.8倍和2.2倍;在历时较长的暴雨条件下,人工林流域单位面积上的洪峰流量是农地流域的3.4倍,次生林流域的6.9倍;在长历时、大雨量条件下,农地流域的径流量是次生林流域的1.8倍.水平梯田的水源涵养功能与次生林植被相当,次生林植被的水源涵养功能远好于人工植被,在水资源短缺的黄土高原应提倡植被的自然恢复.     

森林生态系统土壤保持价值的年内动态

以定位观测数据位基础,选用日雨量模型和通用土壤流失方程,研究了5种森林生态系统土壤保持价值的年内动态。研究表明,季节雨林、次生林、人工橡胶林、阔叶红松林和次生白桦林的土壤保持价值分别为570.29、347.87、174.65、14.31元.hm-.2a-1和8.76元.hm-.2a-1。土壤保持价值各月分配不均,5-10月的土壤保持价值占全年土壤保持价值的80%以上。西双版纳3种森林生态系统土壤保持价值构成中,保持土壤养分的价值高达60%以上。长白山2种森林生态系统的土壤保持价值构成有所不同,阔叶红松林以减少泥沙淤积价值为主,而次生白桦林以保持土壤养分价值为主。土壤保持价值构成中,减少废弃地价值的不足总价值的10%。     

基于植被和环境因子的亚高山森林土壤水源涵养功能空间尺度上推模型构建——以岷江上游杂谷脑流域为例

土壤层水源涵养功能是森林水源涵养功能的主体。目前关于森林土壤水源涵养功能的研究主要集中在林地或坡面尺度上。由于流域尺度,尤其是环境空间异质性强的西南亚高山区流域,如何将林地尺度实测结果上推至流域或更大空间尺度仍是生态水文领域面临的巨大挑战之一。以川西岷江上游杂谷脑流域为研究对象,融合多种森林类型样地实测与流域尺度多源遥感数据,构建了基于植被和环境因子的林地-流域森林土壤水源涵养功能尺度转换模型,实现了流域尺度土壤水源涵养功能快速评价及其空间分布预测。样地尺度研究结果表明各类型森林的土壤水文特性各异,总体表现为天然林优于人工林,混交林优于单纯林。林地土壤持水能力受到区域气候、植被、土壤及地形等因子的共同影响,其中风速、NDVI及林龄与土壤最大持水量、毛管持水量及非毛管持水量均呈极显著正相关（P<0.01）。基于关键植被和环境因子构建的林地-流域土壤水源涵养功能尺度上推模型精度较高,土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤非毛管持水量模型拟合优度R²分别为0.700、0.720和0.908;土壤最大持水量、土壤毛管持水量和土壤非毛管持水量的模型预测值与野外实测值的相关系数介于0.69-0.79之间,平均误差均低于20%,表明模型预测结果可靠。利用构建的土壤水源涵养功能尺度上推模型,估算得出流域尺度森林土壤持水量的空间分布,其结果表明杂谷脑流域森林土壤持水量空间分异明显,海拔较高区域森林土壤持水量最高,其次为距道路和河流有一定距离的缓坡地带,下游干旱河谷地区土壤持水量最低。本研究为亚高山森林生态功能的恢复和提升提供了科学依据和评价工具。     

干旱半干旱区不同林型人工林水源涵养能力比较研究

通过引入模糊物元模型优化水源涵养能力估算方法,从而为研究区林分结构调整、水源涵养能力提升提供科学依据。运用欧式贴近度,以青海省大通县塔尔沟小流域6种不同林型人工林云杉×白桦混交林（YB）、云杉×青杨混交林（YQ）、云杉×落叶松混交林（YL）、云杉纯林（Y）、落叶松纯林（L）、青杨纯林（Q）作为研究对象,定量评价其水源涵养能力。结果表明：欧式贴近度大小排序为YB （0.794） > YQ （0.723） > YL （0.655） > Y （0.494） > L （0.416） > Q （0.270）,欧式贴近度越大,该林分类型水源涵养能力更强。6种林型中,白桦×青杨混交林水源涵养能力最强,青杨林水源涵养能力最差。     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

海河流域森林生态系统服务功能评估

森林生态系统在流域中发挥着极其重要的生态作用,为流域发展提供着巨大的服务功能。本研究根据生态系统服务功能的内涵,建立了流域森林生态系统服务功能评价指标体系,利用市场价值法、影子工程法和生产成本法等,定量评价了海河流域森林生态系统服务功能的经济价值。结果表明：海河流域森林生态系统总价值2349.4亿元,其中直接价值358.7亿元,间接价值1990.7亿元。从不同的服务功能类型来看,其价值量大小依次为：涵养水源>固碳释氧>环境净化>提供产品>土壤保持>营养元素循环;从不同的森林类型来看,其价值量大小依次为：松柏类>灌丛>栎类>桦木类>混交林>杨树类>松杉类。但是从各种森林类型单位面积价值量来看,大小依次是：松杉类>松柏类>桦木类>混交林>栎类>杨树类>灌丛。从研究结果来看,海河流域森林生态系统服务功能价值巨大,该结果有利于加强人们对森林生态系统的认识,可以为流域生态系统管理、生态保护和生态补偿提供依据。     

Forest ecosystem services of changbai mountain in china

The forest ecosystem of the Changbai Mountain is the most typical upland temperate forest ecosystem in eastern Asia. It is also of the most primitive vegetation type that came into being through the natural succession of soil and vegetation following volcanic eruption. The forest ecosystem has great importance for maintaining the structures and functions of the watershed ecosystems of the Songhua River, the Yalu River and the Tumen River. We combined physical assessment method (PAM) with the value assessment method (VAM) to evaluate the forest ecosystem services of the northern slope of the, including eco-tourism, forest by-products, timber, soil and water conservation, air purification, and the recycling of nutritive elements. We also assessed the integrated forest ecosystem service and analyzed its dynamics. The service value provided by the Changbai Mountain forest ecosystem amounts up to RMB 3.38 × 10¹² yuan, of which, water conservation is 66%, water conservation and air purification together make up 80%, while the timber value is only 7%. Therefore, developing the ecosystem services besides timber is the best way to exert the integrated value of the forest ecosystem services of Changbai Mountain.     

Forest ecosystem services of changbai mountain in china

The forest ecosystem of the Changbai Mountain is the most typical upland temperate forest ecosystem in eastern Asia. It is also of the most primitive vegetation type that came into being through the natural succession of soil and vegetation following volcanic eruption. The forest ecosystem has great importance for maintaining the structures and functions of the watershed ecosystems of the Songhua River, the Yalu River and the Tumen River. We combined physical assessment method (RAM) with the value assessment method (VAM) to evaluate the forest ecosystem services of the northern slope of the Changbai Mountain, including eco-tourism, forest by-products, timber, soil and water conservation, air purification, and the recycling of nutritive elements. We also assessed the integrated forest ecosystem service and analyzed its dynamics. The service value provided by the Changbai Mountain forest ecosystem amounts up to RMB 3.38×1012 yuan, of which, water conservation is 66%, water conservation and air purificatio