水土保持生態(tài)修復(fù)工程效益監(jiān)測與評價

 

 

水土保持生態(tài)修復(fù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在我國尚是一項新的課題，在理論和實(shí)踐上都存在許多亟待解決的問題，如水土保持生態(tài)修復(fù)理論基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)和環(huán)境效應(yīng)及其監(jiān)測與評價研究等。從目前看，關(guān)于描述生態(tài)修復(fù)功能與意義、討論總結(jié)地區(qū)生態(tài)修復(fù)措施及經(jīng)驗(yàn)、討論生態(tài)修復(fù)概念及生態(tài)學(xué)機(jī)理的報道較多，但關(guān)于工程實(shí)施后不同生態(tài)修復(fù)措施生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)效益監(jiān)測與評價的問題還沒有解決？因此，如何對水土保持生態(tài)修復(fù)工程實(shí)施效果（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益）進(jìn)行科學(xué)定量的監(jiān)測和評價是目前亟待研究的課題，也是確定不同區(qū)域適宜生態(tài)修復(fù)措施必須解決的問題。

山東省有三個縣（區(qū)）于2002年被確定為生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工程區(qū)，根據(jù)水利部統(tǒng)一部署及要求，省水利廳及各級水行政部門對試點(diǎn)工作給予高度關(guān)注，全過程參與工程的立項、實(shí)施及驗(yàn)收。為全面反映生態(tài)修復(fù)工程的成效，特委托山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持系開展了生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測工作，通過對不同生境條件、不同生態(tài)修復(fù)措施的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查與定位監(jiān)測，定量分析了項目區(qū)各種效益指標(biāo)的變化及生態(tài)修復(fù)措施的成效。下面以淄川區(qū)為例，對生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測內(nèi)容與方法、監(jiān)測指標(biāo)體系構(gòu)建、生態(tài)修復(fù)措施類型劃分及取得的主要成果進(jìn)行匯報。

一、監(jiān)測內(nèi)容與方法

在遙感定期宏觀調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展微觀定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測，建立徑流小區(qū)和固定、半固定標(biāo)準(zhǔn)地，同時結(jié)合項目區(qū)內(nèi)已有的水文、泥沙觀測資料，對生態(tài)修復(fù)過程中植物群落結(jié)構(gòu)、林草生長量、土壤性狀、水土流失、社會經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)的變化進(jìn)行監(jiān)測研究。

（一）宏觀層面

以3S技術(shù)為平臺，以TM和SPOT融合影像為遙感信息源，結(jié)合區(qū)域土地利用圖、地形圖，并參考其他與水土流失相關(guān)資料，按照全國SL190-96《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》，對項目區(qū)實(shí)施生態(tài)修復(fù)前后水土流失狀況及土地利用狀況進(jìn)行調(diào)查與分析。通過計算機(jī)處理和人工解譯，快速、準(zhǔn)確地查清項目區(qū)生態(tài)修復(fù)前后土壤侵蝕強(qiáng)度、范圍、分布、地面坡度、植被覆蓋度及其分布以及土地利用的變化。

（二）微觀層面

1、生態(tài)效益

（1）植被狀況監(jiān)測：內(nèi)容包括植被類型、植物群落數(shù)量與結(jié)構(gòu)、生物多樣性等，監(jiān)測指標(biāo)主要有：植被覆蓋度、林草生長量、郁閉度、植物種類、重要值、多樣性指數(shù)等。

調(diào)查方法采用標(biāo)準(zhǔn)地法（或樣方法）。其中：林分因子調(diào)查采用每木檢尺法；郁閉度（蓋度）、植被覆蓋度調(diào)查采用樹冠投影法、線段法及方格法，區(qū)域林草覆蓋度調(diào)查采用遙感法；林木生長量及生長過程采用標(biāo)準(zhǔn)木解析法；林分密度結(jié)構(gòu)研究采用林木直徑分布法；生物多樣性測定采用樣方調(diào)查法。

（2）土壤性狀監(jiān)測：包括土壤結(jié)構(gòu)、密度、水分、孔隙度等物理性質(zhì)指標(biāo)等。采用機(jī)械篩分法、環(huán)刀法、土壤水分速測儀及酒精燃燒法。

（3）土壤蓄水保水監(jiān)測：包括土壤層持水蓄水能力以及土壤入滲過程及入滲量等。主要采用滲透環(huán)法。

（4）徑流及土壤侵蝕量監(jiān)測：包括地表徑流量、土壤侵蝕量等。采用徑流小區(qū)和測簽法。同時充分利用區(qū)域內(nèi)已有的水文、泥沙觀測資料，掌握修復(fù)區(qū)內(nèi)主要河流的洪峰流量及泥沙含量變化情況。

2、經(jīng)濟(jì)效益

主要對生態(tài)修復(fù)的直接經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行監(jiān)測，即對實(shí)施生態(tài)修復(fù)措施的土地上生長的植物產(chǎn)品（未經(jīng)任何加工轉(zhuǎn)化）的增產(chǎn)量和增產(chǎn)值進(jìn)行監(jiān)測，具體包括增產(chǎn)的木材枝葉、活立木、果品、飼草及其他草產(chǎn)品等的效益。采用典型農(nóng)戶調(diào)查法和典型地塊調(diào)查法。

3、社會效益

 

主要調(diào)查生態(tài)修復(fù)對促進(jìn)區(qū)域群眾生態(tài)保護(hù)意識的增強(qiáng)，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等內(nèi)容。采用 分類監(jiān)測方法（典型農(nóng)戶監(jiān)測與鄉(xiāng)鎮(zhèn)狀況監(jiān)測），通過對項目實(shí)施過程中農(nóng)村剩余勞動力、農(nóng)民收入、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地利用結(jié)構(gòu)變化等方面動態(tài)跟蹤，獲取其變化數(shù)據(jù)，了解項目實(shí)施對社會狀況的影響。

二、監(jiān)測指標(biāo)體系構(gòu)建

為全面而準(zhǔn)確地反映生態(tài)修復(fù)效果，須設(shè)置一系列指標(biāo)，從某一方面、某一局部范圍來反映修復(fù)的效果，不同指標(biāo)之間相互聯(lián)系，互為補(bǔ)充，構(gòu)成一個有機(jī)的監(jiān)測指標(biāo)體系。指標(biāo)體系是效益監(jiān)測的理論依據(jù)及監(jiān)測工作的基礎(chǔ)，同時也是難點(diǎn)與重點(diǎn)問題。在遵循代表性、系統(tǒng)性、持續(xù)性、可操作性原則的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，結(jié)合生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測目的，采用頻度統(tǒng)計分析法從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益三個方面選取指標(biāo)，構(gòu)建預(yù)選指標(biāo)集，采用專家集成法和逐步回歸法進(jìn)行指標(biāo)因子篩選，構(gòu)建了水土保持生態(tài)修復(fù)監(jiān)測指標(biāo)體系，見圖1。

三、生態(tài)修復(fù)措施類型劃分

生態(tài)修復(fù)措施類型劃分是進(jìn)行生態(tài)修復(fù)工程規(guī)劃與實(shí)施、效益監(jiān)測與評價工作的基礎(chǔ)，也是對項目區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和技術(shù)推廣的前提。生態(tài)修復(fù)措施類型是對生態(tài)修復(fù)效益進(jìn)行合理、系統(tǒng)監(jiān)測與評價的基本單元，生態(tài)修復(fù)措施類型劃分的主導(dǎo)因子包括立地類型、植被類型、作業(yè)類型等。在對生態(tài)修復(fù)措施類型主導(dǎo)因子調(diào)查分析和分級的基礎(chǔ)上，采用主導(dǎo)因子分級組合法劃分了生態(tài)修復(fù)措施類型，將生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工程區(qū)內(nèi)的生態(tài)修復(fù)措施類型劃分為3個大類和6個亞類。

四、生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測主要成果

（一）構(gòu)建了生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了項目區(qū)三維可視化

以3S為技術(shù)平臺，以TM和SPOT融合影像為遙感信息源，對項目區(qū)實(shí)施生態(tài)修復(fù)前后狀況進(jìn)行監(jiān)測，創(chuàng)建了生態(tài)修復(fù)效益監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了項目區(qū)三維可視化。

（二）定量評價了工程區(qū)及不同生態(tài)修復(fù)類型生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會效益，闡明了生態(tài)修復(fù)效益多種性能指標(biāo)的動態(tài)變化

1、林草覆蓋度明顯提高，植物群落蓋度（郁閉度）增加

實(shí)施生態(tài)修復(fù)措施后各植物群落植被覆蓋度均大于修復(fù)前，項目區(qū)林草覆蓋度明顯提高，由修復(fù)前的42.7%增長到修復(fù)后的51.5%，增長幅度為8.8%。

① 不同修復(fù)措施類型植被蓋度：有林地（天然林或人工林）各植物群落喬灌草平均蓋度為0.86，明顯高于其它類型，表明對現(xiàn)有林地植被加強(qiáng)封禁保護(hù)是生態(tài)修復(fù)的重要措施。② 疏林補(bǔ)植、荒坡造林和荒坡封禁三種措施：以荒坡造林和疏林補(bǔ)植后植物群落蓋度的提高幅度較大（喬灌草平均提高0.20和0.18），表明荒坡造林或疏林補(bǔ)植比荒坡封禁（喬灌草平均提高幅度為0.04）更能有效提高植被蓋度。③ 梯田封禁和封育后群落植被蓋度：以林果梯田封禁后植被蓋度的提高幅度較大（喬灌草平均提高0.35），表明對林果梯田進(jìn)行封禁，自然恢復(fù)植被是比較有效的退耕還林措施。

2、生態(tài)修復(fù)區(qū)植被生長狀況明顯改善，生物（生長）量顯著提高

生態(tài)修復(fù)后各植物群落地下根系生物量和地上林木生物量均比修復(fù)前有顯著提高。① 生態(tài)修復(fù)后不同植物群落的植被根系生物量（根重密度）：天然混交林與單純林分別為11.2 kg/m³和9.2kg/m³；人工混交林和單純林分別為9.1 kg/m³和6.4 kg/m³。疏林補(bǔ)植、荒坡造林和荒坡封禁后植物群落的根重密度為3.6 kg/m³、4.7 kg/m³和2.7 kg/m³，分別比修復(fù)前提高了2.0 kg/m³、2.4 kg/m³和1.8 kg/m³。② 不同群落喬木植物地上生物量：人工混交林和天然混交林的生物量（干重）分別為46.84t/hm²和39.47t/hm²，分別比相應(yīng)的單純林高出37.56 t/hm²和36.35 t/hm²。

3、生態(tài)修復(fù)區(qū)域植物群落類型明顯增加

生態(tài)修復(fù)后項目區(qū)植物群落類型明顯增加，植物種類越加豐富。新增加植物群落類型6種。分別是：①荒坡火炬樹人工林； ②荒坡側(cè)柏×火炬樹新造林； ③疏林補(bǔ)植側(cè)柏人工林； ④退耕封禁梯田生態(tài)林； ⑤退耕封育梯田生態(tài)經(jīng)濟(jì)林； ⑥退耕封禁作物梯田灌草群落。

4、生態(tài)修復(fù)工程促進(jìn)區(qū)域生物多樣性明顯增加

生態(tài)修復(fù)后項目區(qū)各植物群落物種多樣性和豐富度顯著提高。其中：有林地封禁型植物群落的物種豐富度和多樣性指數(shù)高于其它修復(fù)類型,天然林群落物種豐富度和多樣性指數(shù)分別為27和1.70，人工林群落的分別為24和1.26。疏林補(bǔ)植、荒坡封禁和荒坡造林的生物多樣性均有提高，生態(tài)修復(fù)后疏林補(bǔ)植群落的物種豐富度和多樣性指數(shù)分別為18和1.0（比修復(fù)前提高了5和0.17）；荒坡封禁型的分別為15和0.99（比修復(fù)前提高了12和0.08）；荒坡造林型的分別為23和1.06（比修復(fù)前提高了16和0.27）。封育型林果梯田的豐富度和多樣性指數(shù)分別為24和1.2（比封育前提高了6和0.6），封禁型林果梯田分別為40和1.6（比封育前提高了20和0.72）。

5、土壤結(jié)構(gòu)與水分狀況明顯改善，孔隙度提高

① 土壤結(jié)構(gòu)參數(shù)改善：從土壤重量平均直徑看，有林地封禁類型中，天然林土壤重量平均直徑稍大于人工林，其中混交林土壤重量平均直徑（平均值為3.14）都大于單純林（平均值為2.73）。疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)后土壤重量平均直徑分別比修復(fù)前提高了0.46、0.54、0.68和0.21。從分形維數(shù)看，有林地封禁類型中，天然林土壤分形維數(shù)平均值稍小于人工林，其中混交林土壤分形維數(shù)（平均值為1.965）都小于單純林（平均值為2.081）。疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)后土壤分形維數(shù)分別比修復(fù)前減小了0.13、0.05、0.22和0.086。從土壤密度看，有林地封禁類型中，天然林土壤密度稍小于人工林，其中混交林土壤密度（平均值為1.156g/cm³）均小于單純林（平均值為1.180g/cm³）。疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)后土壤密度分別比修復(fù)前減小了0.008 g/cm³、0.009 g/cm³、0.005 g/cm³和0.019g/cm³。從土壤孔隙度看，有林地封禁類型中，天然林土壤孔隙狀況優(yōu)于人工林，其中混交林土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度都優(yōu)于單純林。疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)前土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別比修復(fù)后提高了（2.6%、0.25%、2.91%）、（11.04%、2.89%、17.05%）、（8.44%、2.04%、6.40%）和（2.7%、1.66%、1.05%）。② 土壤水分含量提高：有林地封禁類型中，天然林土壤含水量大于人工林，其中混交林土壤含水量（平均值為77.31mm）均優(yōu)于單純林（平均值為70.11mm）。疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)后土壤含水量分別比修復(fù)前提高了6.32mm、4.17mm、13.7mm和6.33mm。

6、植被的蓄水保水效益明顯增加

生態(tài)修復(fù)后各措施類型植物群落的冠層水容量、枯落物儲存量、枯落物水容量和土壤飽和貯水量（土壤蓄水量）均比修復(fù)前有明顯提高。① 有林地封禁型植物群落中，天然林修復(fù)后總蓄水量為（3264.9t/hm²）,較修復(fù)前（682.3 t/hm²）提高了2582.6 t/hm²。人工林修復(fù)后總蓄水量為（2966.5 t/hm²），比修復(fù)前（682.3 t/hm²）增長了2284.2 t/hm²。天然林總蓄水量提高幅度大于人工林。② 疏林補(bǔ)植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕還林型植物群落修復(fù)后總蓄水量分別為（929.5 t/hm²、999.8 t/hm²、821.9 t/hm²和2315.8t/hm²），分別比修復(fù)前（835.0 t/hm²、856.2 t/hm²、682.3 t/hm²和1827.2 t/hm²）提高了94.5 t/hm²、143.6 t/hm²、139.6 t/hm²和486.6 t/hm²。另外，陡坡梯田封禁型植物群落總蓄水量提高幅度（876.9 t/hm²）大于緩坡梯田封育型（提高幅度96.3 t/hm²）。③ 生態(tài)修復(fù)措施實(shí)施后典型植物群落地表徑流量和產(chǎn)流率均小于對照區(qū)。其中混交林地表徑流量和產(chǎn)流率最低（14.47 mm），單純林次之（15.54 mm～24.32 mm），對照區(qū)最高（35.96mm）。

7、生態(tài)修復(fù)區(qū)水土流失減輕，土壤侵蝕量減小

① 水土流失面積減小，水土流失強(qiáng)度減輕：項目區(qū)水土流失面積由修復(fù)前的245.1km²減少為修復(fù)后的147.9km²，減少了97.2 km²。其中極強(qiáng)度、強(qiáng)度、中度和輕度土壤侵蝕所占面積均減少，輕度侵蝕減少最為明顯，減少了25.2%，微度土壤侵蝕面積增加了35%。② 土地利用結(jié)構(gòu)改善，林草面積增加：通過實(shí)施栽植和補(bǔ)植水保林、發(fā)展經(jīng)濟(jì)林等生態(tài)修復(fù)措施后，項目區(qū)內(nèi)有林地和高覆蓋度草地面積所占比例顯著增加，分別增長了6.1%和2.8%，低覆蓋度草地面積顯著減少，減少了7.1%。③ 土壤侵蝕模數(shù)減小：項目區(qū)2000和2005年土壤侵蝕模數(shù)分別為1525t/km².a和1072t/km².a，生態(tài)修復(fù)后項目區(qū)土壤侵蝕模數(shù)較修復(fù)前降低了453t/km².a，平均每年降低90.6 t/km².a。④ 保土效益明顯：項目區(qū)保土效益為29.7%，修復(fù)后比修復(fù)前減小125943t。

8、生態(tài)修復(fù)區(qū)經(jīng)濟(jì)效益明顯提高

直接經(jīng)濟(jì)效益：實(shí)施生態(tài)修復(fù)措施后，糧食年增收59.4萬元。三年內(nèi)生物堰增收10.5萬元，攔蓄工程灌溉增加效益16.29萬元。有林地封禁治理三年蓄積活立木、枝柴和飼料產(chǎn)出效益1038.99萬元。疏林補(bǔ)植和荒坡造林地封育后蓄積活立木、枝柴和飼料增效產(chǎn)值61.29萬元。經(jīng)濟(jì)林三年累計增加產(chǎn)值284.85萬元。梯田封育三年增加產(chǎn)值59.4萬元。

9、生態(tài)修復(fù)區(qū)社會效益顯著