森林生态系统固土保肥功能探析

森林的兴衰直接影响生态环境, 关系着经济和社会的可持续发展, 其生态服务功能既是人类生存的基础, 也是实现生态文明的基础[1]。由于森林结构以及森林生态功能的多样性, 其在促进经济、社会、环境可持续发展中起着不可代替的作用, 保护和经营好森林对于涵养水源、保育土壤、保持生物多样性以及满足社会对森林资源的多种需求具有广泛而重要的意义。

1 固土保肥功能的概念及内涵

1.1 固土保肥功能的概念

森林生态系统服务功能的固土保肥功能, 是指森林地被物层和枯落物层截留降雨, 降低雨水对土壤表层的冲刷, 减少地表径流侵蚀。同时, 使森林根系固定林地土壤, 减少土壤肥力的损失, 从而达到改善林地土壤结构的作用。

1.2 固土保肥功能的内涵

森林固土保肥功能主要体现在减少土壤侵蚀、保持土壤肥力、防沙治沙、防灾减灾和改良土壤5个方面。

1.2.1 固土作用

森林具有较强的水土保持能力, 大量国内外的研究成果已经证实, 森林在防止土壤侵蚀、减少径流泥沙方面具有显著作用。森林的林冠层、枯枝落叶层对大气降水进行截留, 减小了进入林地的雨量和降雨强度, 林下形成强壮且成网络的根系, 与土壤牢固地盘结在一起, 从而达到有效的固土作用。

1.2.2 改良土壤和保肥作用

林木的根系可以改善土壤结构、孔隙度和通透性等物理性状, 有助于土壤形成团粒结构。在养分循环过程中, 成为森林生态系统归还的主要途径, 可增加土壤的有机质、营养元素和土壤碳库的积累, 提高土壤肥力。

2 国内外森林固土保肥功能研究进展

2.1 国外研究进展

美国、德国、法国、英国、挪威、荷兰、日本和加拿大等国在不同范围内对土壤保育价值等森林资源价值的评价进行了研究, 取得了一些成果。部分学者对植被减少及削弱雨水与土壤侵蚀之间的影响进行了研究。美国的农业部、林业部等多部门共同提出了WEPP模型。西欧等国家基于侵蚀过程, 研究提出了欧洲土壤侵蚀模型。美国学者Smith和Wischmeier通过研究分析, 总结出了USLE通用土壤流失方程模型[2]。Jimenez等学者研究认为, 植被变化对土壤入渗特性也有一定的影响[3]。

2.2 国内森林固土保肥功能研究进展

森林植被固土保肥功能在国内的研究起步较晚, 20世纪80年代, 国家开始对森林生态系统的效益进行研究。20世纪90年代, 许多学者进一步加深了对森林生态功能的研究。陈玉琪[4]的研究表明, 甘肃省“三北防护林”的土壤保育价值达98.09亿元。欧阳志云[5]等对我国陆地生态系统的服务功能价值进行了初步估算, 并得出了中国森林、草地固土保肥的价值。

国内学者对于侵蚀模数的研究, 主要研究方法有:基于野外土壤侵蚀调查及室内人工模拟;利用水库、塘坝的淤积量进行推算;采用通用土壤流失方程USLE、多元回归方程即WEPP等土壤侵蚀模型。由于我国地形复杂, 形成土壤侵蚀的成因差别较大, 是地形、气候、水文、植被、土壤以及人类活动综合作用的结果[6]。土壤侵蚀带走了大量表层土壤, 损失了表层土壤中的营养物质, 如氮、磷、钾等。森林土壤为植物提供生存所需的养分, 防止营养物质流失, 保持土壤肥力, 促进土壤中的营养元素如氮、磷、钾和碳等的循环[7]。国内学者针对通用土壤流失方程USLE的影响因子, 进行了修正和改进。刘宝元[8]等参照USLE方程, 建立了我国的土壤流失CSLE方程。

3 森林固土保肥功能实物量评估

在《森林生态系统服务功能评估规范》中, 对于固土保肥功能评估采取分别评估固土功能评估和保肥功能评估, 其中:

G固土为林分年固土量, 单位为t/a;X1为林地土壤寝室模数, 单位为t/ (hm2·a) ;X2为无林地土壤侵蚀模数, 单位为t/ (hm2·a) ;GN为减少的氮流失量, 单位为t/a;GP为减少的磷流失量, 单位为t/a;GK为减少的钾流失量, 单位为t/a;N为土壤含氮量, 单位为%;P为土壤含磷量, 单位为%;K为土壤含钾量, 单位为%;A为林分面积, 单位为hm2。

4 森林固土保肥功能的研究展望

综合前人学者的研究分析, 在今后研究工作中, 应更加注重固土保肥功能实物量评估体系的研究。不同学者在对固土保肥功能实物量进行评估时, 由于选取评价的方法和评价指标标准的不同, 不同学者得到的研究结论存在一定差异。在今后的研究中, 应收集大量数据和基础资料, 运用不同的评估方法进行比较研究, 以得到更加客观、准确的评估结果。

关于森林固土保肥功能评价的指标, 目前还没有统一的指标体系。有的仅从土壤肥力指标来考虑, 有的将所有影响森林植被生长的元素进行分析。不同的指标, 其结果有一定的偏差, 结论的可比性也较差。森林固土保肥功能状况受林分、群落结构、环境条件及人类活动的影响, 很难建立统一的指标体系, 因此, 应从所有影响因子出发, 借用相关理论与实践成果及经验, 选择能够反映森林类型实际情况的因子。

摘要：森林作为陆地生态系统中最复杂的生态系统, 对陆地生态系统具有调节和改善作用。基于此, 从森林生态系统的固土保肥功能出发, 阐述固土保肥功能的内涵特征和发展过程, 并对固土保肥功能的研究进展进行了分析。

关键词：森林生态系统,固土,保肥

参考文献

[1] 赵元藩, 温庆忠, 艾建林.云南森林生态系统服务功能价值评估[J].林业科学研究, 2010, 23 (2) :184-190.

[2] Wischmeier, Smith D.Predicting Rainfall Erosion Losses[J].Agricultural Handbook, 1978 (3) :537.

[3] Jimenez C, Tejedor M, Morillas G, et al.Infiltration Rate in Andisols:Effect of Changes in Vegetation Cover[J].Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 61 (3) :153-158.

[4] 陈玉琪.甘肃省三北防护林森林资源资产评价[J].甘肃林业科技, 1997 (2) :37-41.

[5] 欧阳志云, 王如松, 赵景柱.生态系统服务功能及其生态经济价值评价[J].应用生态学报, 1999, 10 (5) :635-640.

[6] 杨新.中国土壤侵蚀分区及土壤流失调查[J].自然灾害学报, 2011, 20 (4) :131-136.

[7] 刘克锋, 刘建斌, 贾月慧.土壤、植物营养学与施肥[M].北京:气象出版社, 2006.

[8] 刘宝元, 谢云, 张科利.土壤侵蚀预报模型[M].北京:中国科学技术出版社, 2001.