老山国家级森林公园森林植被生态用水定额测算研究

五大基本类型，以含有常绿成分的落叶阔叶林为主，
南京市浦口区辐射量的数据主要参照南京市气
森林覆盖率达到 85%。老山植物资源丰富、种类繁 象局 2008~2010 年监测点数据（具体数据略），Rni 为 多，植物有马尾松、金桂、枫杨、枫香、银杏等 148 科 森 林 植 被 覆 盖 地 净 辐 射 量, 年 Rni 为 239.2108 MJ/
的研究。因此，本文认为研究森林生态需水的宗旨
森林生态需水研究是人类为了谋求自身健康、 不仅要注重生态需水的“量”，还要注重生态需水的
合理发展与森林生态系统及环境之间平衡而进行 “质”，达到绿色生态需水（Covich A., 1993；Falkei⁃
收稿日期：2011-11-20 作者简介：陈积敏，南京林业大学经济管理学院博士研究生，南京森林警察学院讲师。研究方向：生态经济，生态政策，生态安
Estimation of Forest Vegetation Ecological Water Demand in Lan-Shan National Forest Park
Chen Jimin1,2 Wen Zuomin1 Lv Liu1 (1 The Economics and Management of Nanjing Forest University, Nanjing 210037；
rs
=
r1 0.5LAIactive
式中：rl 叶片气孔阻力，单位为 s/m；LAIactive 为有
效叶面积指数，LAIactive=0.5LAI；空气动力学阻力，单
位为 s/m。其中，空气动力学阻力 ra的计算公式为：
ra
=
ln
éz
ê
ë
mzam
dù
ú
û
ln
k2uz
zh -d zah
式中：zm 风速测量高度，单位为 m；d 零平面位
Δz
在计算过程中，以月尺度为计算单位，假设在适
当的土壤深度、土壤热容量 cs 为常数 2.1MJ /m3℃-1
时，Δz 为 2m，则：
G
=
cs
Ti
- Ti-1 Δt
Δz
=
2.1MJ/ /(m3℃)×
Ti - Ti-1 30d
×
2m
= 0.14(Ti - Ti-1)MJ/（m2 ⋅ 天）
式中：Ti 为第 i 月时的平均气温，单位为摄氏度
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陈积敏等：老山国家级森林公园森林植被生态用水定额测算研究
等方面的因素综合影响造成的。
2.2 土壤热通量 在计算南京市浦口区老山林场土壤热通量时，
运用复杂模式可以解决问题，但是，由于部分测量数
据的缺失和无法运作，在研究过程中，本文也采用
FAO-56
所提出的计算公式：G
=
c
s
Ti
- Ti Δt
-
1
全。通讯作者：温作民，南京林业大学经济管理学院教授，博士生导师。研究方向：森林生态经济，农业经济管理。 基金项目：国家 948 项目“森林生态系统适应性管理模式与技术标准引进”（编号：2009-4-44）。
77
·研究报告·
林业经济
2012 年第 2 期
unark M., 1995）。
1991 年 8 月经原国家林业部行政许可，同意在老山
（℃）；Ti-1 为上月平均气温，单位为摄氏度（℃）。经
计算，2010 年南京市年均气温和土壤热通量分别为
16.2195℃和 0.02575MJ/（m2 ⋅天）。
2.3 干湿表常数
干湿表常数指的是湿球与干球之间的温度差与
环境的相对湿度。干湿表常数 γ 由下式计算得到：
γ
=
cpP ελ
= 0.665
× 10-3P
k=0.41；uz在 zm高度处测得的风速，单位为 m/s。将 rs
和 ra 公式代入到 P-M 基本方程中，得到 P-M 公式 为：
ET0
=
0.408Δ(
Rn
-
G
)
+
γ
T
900 + 273
u
2
(e
s
Δ + γ(1 + 0.34u2)
-
ea)
2 参数测算与结果分析
交林带，植被有针叶林、阔叶林、竹林、灌丛及经济林 2.1 净辐射
有的自然状态而免于破坏，同时，使森林生态系统水分平衡、改良土壤和美化环境等所需要的水量。文章研
究并模拟测算国家级森林公园森林植被生态用水量定额。运用 FAO-56 推荐的 Penman-Monteith 公式进
行模拟测算。测得老山国家级森林公园森林植被年最大生态用水量为 44.367 亿 m3，最小生态用水量为
式 中 ：γ 干 湿 表 常 数 ，单 位 为 千 帕 每 摄 氏 度
（kPa/℃）；P 大气压，单位为千帕（kPa）；λ 蒸发潜热，
2.45 兆焦耳每千克（MJ/kg）；cp空气定压比热，1.013× 10-3兆焦耳每千克每摄氏度(MJ/kg·℃)；ε 水与空气
的分子量之比，约为 0.622。
因为各地采用其平均的大气压，干湿表常数γ
森林植被生态用水的核心在于估算森林植被生 态需水量，需比较研究不同的森林植被生态需水量 的计算方法，如水量平衡法，直接计算法（徐志峡等， 2005），间接计算法以及基于遥感和 GIS 技术的测算 方法。本文采用的是 P-M 模型。其关键是如何测 定与计算 P-M 公式中涉及的八个参数。核心是研 究参数的影响因素、物理意义与时空内涵，重在推理 的科学性论断、以及森林生态功能的效应。
每 一 地 采 用 一 个 常 数 ，是 高 度 的 函 数（黄 晓 因 等 ，
2005）。
26.596 亿 m3。认为生态用水是生态学、水文学研究的一个新领域，文章在研究过程中未能细致考虑林分特
性，造成测算结果存在一定偏差，但对于国家森林公园生态用水研究领域也是一种新的探索，具有一定的参
照意义。
关键词：森林公园；森林植被；生态用水
中图分类号：S759.1
文献标识码：A
文章编号：1673-338X（2012）02-0077-05
得出黄淮海地区林地所需最小生态水量约为 607 亿 1.2 研究方法
m3。龙平沅（2006）采用直接计算法，在对汉江上游
采用 Penman-Monteith（P-M）模型（Penman H
植被类型划分基础上，结合气象因素，扣除有效降 水，得到净需水定额，计算了汉江上游植被生态需水 量。耿艳辉等（2007）通过确定泾河流域各类植被生 态需水定额，再利用面积定额法计算生态需水量，对 植被需水量、需水结构和单位面积需水量进行了分 析。郭巧玲等（2011）在计算额济纳绿洲植被生态需 水量时采用的是间接计算法进行测算。胡顺军 （2007）通过塔里木河干流典型植被（柽柳、芦苇、胡 杨）蒸散量实验，分别采用蒸散模型和潜水蒸发法估 算生态需水量。
森林植被生态蓄水包涵着两方面的内容，一是 的。在中国西北部干旱地区，由于水资源缺乏、过度
在区域森林生态系统中，为了具有生命的森林植被 开发和不合理利用，森林生态系统已经遭到了不同
健康生存所需要的水量；二是为了维持和改善区域 程度的破坏，出现了森林质量下降、土壤沙化、动植
森林生态系统森林植被生存环境所需要的水量，包 物物种濒临灭绝，进而导致整个生态系统的恶化，如
括改善水质、水分平衡、改良土壤和美化环境等所需 黄河断流、沙尘暴频发和土地荒漠化等严重的生态
要的水量。老山林场是国家林业局批准的江苏省第 问题。在研究森林生态需水方面，目前大都侧重于
一个国家级森林公园，其森林植被生态需水的研究， 生态需水“量”的研究，而很少考虑到生态需水“质”
是创新之举，也具有重大的现实意义。
1 概况与方法
L.,1948），P-M 基本方程如下（Allen .R.G 等，1998）：
λET
=
Δ(Rn
-
G)
+
ρ
a
c
p
(e
s
ra
e
a)
Δ
+
γæç1 è
+
rs ra
ö
÷
ø
式中：ρa 空气定压密度，单位为 kg/m3；Cp 空气
定压比热，单位为 M（J /kg·℃）；rs 冠层表面阻力，单
位为 s/m。其中，冠层表面阻力的 rs计算公式为：
No.2 2012
林业经济 FORESTRY ECONOMICS
பைடு நூலகம்·研究报告·
老山国家级森林公园森林植被生态用水定额测算研究
陈积敏 1，2 温作民 1 吕 柳 1
（1 南京林业大学经济管理学院 南京 210037；2 南京森林警察学院 南京 210046）
摘 要：森林公园承担着保护环境及生物多样性和供人们游憩的双重功能，为了使森林公园的树木保持现
移高度，单位为 m；zam 控制动量传输的糙率长度，单
位为 m；zh湿度测量高度，单位为 m；zah控制热和水汽
传输的糙率长度，单位为 m；k 为卡尔曼常数，单位为
1.1 研究区概况 老 山 地 处 北 纬 32o03' ～32o09'，东 经 118o25' ～
118o40'之间，位于长江北岸，滁河以南，江苏省南京 市 浦 口 区 中 部 。 东 西 长 约 35 km，南 北 纵 深 约 15 km，平均海拔 200m 左右，最高山峰 490 m。总面积 约 7 466 hm2，其中，林业用地 7017.3hm2，占总面积的 94%。该区处于北纬度亚热带的常绿、落叶阔叶混
726 种。动物资源有栖息、繁衍于山林中的飞禽走兽 （m2·天）。从净辐射量项中，可以看出根据统计结果
200 余种，其中，鸟类 38 科 164 种，包括有牙獐、穿山 显示，森林植被覆盖地区的净辐射量明显低于裸地
甲、河狸、中华虎凤蝶等国家保护的珍稀动物数种。 净辐射量，主要是由于林区的森林覆盖、温度和湿度
被包括森林、灌丛、草地、荒漠植被、湿地植被等各种 公园，美国国会法案指出“为了人民的利益被批准成
类型，是生态环境的重要组成部分。张远等（2002） 为公众的公园及娱乐场所”，同时也是“为了使所有
利用 penman 公式和水量平衡法测算黄淮海地区林 的树木、矿石的沉积物，自然奇观和风景，以及其他
地最小蒸散量定额，进而测算林地最小生态需水量， 景物都保持现有的自然状态而免于破坏”。
目前，国内学者单纯研究森林植被生态需水的 林场的基础上，建立老山国家级森林公园。
较少，主要就植被生态需水这一大范畴进行研究。
森林公园从其诞生的那天起就承担着保护环境
虽研究的对象大同小异，但是森林植被生态需水计 及生物多样性和供人们游憩的双重功能。正如世界
算方法可以借鉴植被生态需水的计算方法，因为，植 上首个森林公园——1872 年由美国建立的黄石国家
2 Nanjing Forest Police College，Nanjing 210046) Abstract: Forest park undertake the water to protect the environment and biological diversity and also for peo⁃ ple’s recreational, maintain the existing forest trees from destruction, balance the forest water ecosystems, im⁃ prove soil and landscaping. This paper research and simulate the forest vegetation ecological water demand in Lao-Shan national forest park. The correlation analysis is used to apply the Penman formula which recommend by FAO-56. Estimate the max and min ecological water demand is 4.4367 billion and 2.6596 billion cubic me⁃ ter. Ecological water is a new field of ecology and hydrology, this paper is un-fully consider the characteristics of forest stands, so the result maintain a certain bias. But it is also a new exploration of the ecological water demand for national forest parks. Key Words: forest park; forest vegetation; ecological water