森林生态系统水资源涵养服务流量过程研究

第25卷第4期自然资源学报Vol.25N o.4 2010年4月J OURN AL O F N ATURAL RES OU RCES Apr.,2010

森林生态系统水源涵养服务流量过程研究

李士美1,2,谢高地1,张彩霞1,2,盖力强1,2

(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101; 2.中国科学院研究生院,北京100049)

摘要:基于多年的定位监测数据,研究了亚热带5种森林生态系统水源涵养服务的流量过程。

结果表明,里骆杉木林、西江坪常绿阔叶林的年内林冠截留量曲线呈现单峰型,而宜山龙桥的3

种森林生态系统的林冠截留量曲线则呈双峰型。5种森林生态系统累积林冠截留价值的过程

曲线基本一致。里骆杉木林和西江坪常绿阔叶林的水文调节量变幅较大,而龙桥3种类型的年

内水文调节量变幅较小。5种森林生态系统的月平均水文调节量依次为西江坪常绿阔叶林>

里骆杉木林>龙桥柠檬桉马尾松混交林>龙桥马尾松林>龙桥杉木林。5种森林生态系统水

资源供给功能过程曲线呈现与水文调节功能曲线相似的规律,对应的月平均水资源供给量分别

是751.92、486.92、332.08、210.50、65.92m3/(hm2・月)。运用影子价格法计算了累积林冠截

留价值、累积水文调节价值和累积水资源供给价值。根据计算结果,建立了月水文调节量和月

水资源供给量与月降水量的回归方程。

关键词:生态系统服务;流量;水量平衡法;亚热带森林;水源涵养

中图分类号:S718.56;Q149 文献标志码: A 文章编号:1000-3037(2010)04-0585-09

森林的水源涵养服务功能是指森林生态系统通过林冠层、枯落物层和土壤层对降水再分配,从而有效涵蓄水分、调节径流的功能。水源涵养服务是森林生态系统的重要服务功能之一[1-3]。在全球森林的14项生态系统服务功能中,森林的水源涵养服务占两项,即水文调节和水资源供给[1]。一些研究者针对不同区域,对森林的水源涵养功能和价值进行了专题研究[4-8]。然而,目前对森林生态系统水源涵养服务的评价中大多是基于年降水、蒸散、径流等特征的研究成果对森林生态系统水源涵养功能和价值进行分析,缺乏对森林水源涵养服务流量过程和其价值累积过程的分析研究。所谓流量是指单位时间内水源涵养服务产生的大小。

20世纪70年代以来,国内陆续建立了各自然地带的森林水文站和生态站,如海南岛尖峰岭水文生态站,广西农大龙胜、宜山、田林、岑溪人工林和天然林水文综合观测场等[9]。这些台站对森林生态系统的水文功能进行了长期定位观测研究,为森林生态系统水源涵养服务的流量过程研究奠定了坚实的基础。

本文选取中亚热带和南亚热带森林为研究对象,以广西龙胜县、宜山县两地5种森林生态系统的多年定位监测数据为基础,研究水源涵养服务流量年内演变特征,比较分析不同森林生态系统和不同地理区的水源涵养服务功能差异性,以增进对森林水源涵养服务形成机理的认识,以期进一步增强生态系统服务功能价值评估的科学性。

收稿日期:2009-03-13;修订日期:2010-02-04。

基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2009CB421106);国家自然科学基金项目(30770410)。

第一作者简介:李士美(1981-),男,山东郓城人,博士研究生,主要从事生态系统服务功能研究。E-mail:li_shimei @

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1 研究区概况

本研究选取5类森林生态系统,分别为广西龙胜县里骆杉木林(LL)、龙胜县西江坪常绿阔叶林(XJ P)、宜山县龙桥马尾松林(LQ-1)、宜山县龙桥杉木林(LQ-2)、宜山县龙桥柠檬桉马尾松混交林(LQ-3)。各研究区概况详见表1[10-12]。在不同森林生态系统中选择有代表性的地段设置样地,进行林内与林外对比的观测研究。林内样地面积为32m×25m,林外样地设置在采伐迹地上,按照《地面气象观测规范》要求为25m×25m,相距约500m。龙胜县里骆杉木林观测研究工作为1980—1990年,龙胜县西江坪常绿阔叶林的观测研究为1981—1990年,宜山县龙桥的观测研究为1982—1991年[11]。

表1 研究区概况

Table1 Profiles of the study sites

研究区龙胜里骆龙胜西江坪宜山龙桥宜山龙桥宜山龙桥

地理位置25°50′N,110°04′E25°58′N,110°07′E24°27′N,108°46′E24°27′N,108°46′E24°27′N,108°46′E 气候类型中亚热带季风湿润中亚热带季风湿润南亚热带季风湿润南亚热带季风湿润南亚热带季风湿润

森林类型杉木林常绿阔叶林马尾松林杉木林柠檬桉与马尾松

混交林

海拔/m3701020220190200

坡度/(°)25～2735161921土壤红壤黄壤红壤红壤红壤乔木层高/m14.87～2021.87.720.2乔木层胸径/cm18.510～4020.38.111.4郁闭度0.7～0.80.90.70.90.6灌木层高度/m1～2<22无2

灌木层盖度/%20～3030～400.2～0.3无0.3草本层高度/m1<110.1 1.0～1.2草本层盖度/%20～40400.410.8

年降水/mm1537.81947124812481248地表径流/mm104.0115.4143.2298.977.9

2 研究方法

5种森林生态系统的降水量、林冠截留量、蒸散量、径流量数据均来自文献[11]。林冠截留量通过林外降水量减去穿透降水量和树干径流量求得,其中林外降水观测用口径为20cm的雨量筒,并安装有自记雨量计进行降水过程的连续观测;林外降水量穿透降水量由设置在林下的9个口径为20cm的雨量筒测定;树干径流量通过设置在10～15株样树上的径流雨量接收器测得[10]。森林蒸散量为林冠蒸散量(截留量)、森林蒸腾量和林内地面蒸发量之和,用Ham on公式计算求得。森林地表径流量由地面径流场实测。

森林生态系统水文调节功能量的计算公式为:

W

i =10×(P

i

-E

i

)×A(1)

式中,W

i 为第i月水文调节的功能量(m3/月);P

i

为第i月的降水量(mm);E

i

为第i月的蒸

散量(mm);A为生态系统类型面积(hm2)。水文调节的价值量计算使用影子价格替代法,按照1990年不变价每建设1m3库容需要投资成本0.67元计算[2]。