林地生态效益监测指标体系设计

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作业名称：喀斯特林地生态效益检测指标体系设计

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喀斯特林地生态效益监测指标体系设计

摘要：森林生态效益是林地的重要功能属性, 然而要对其进行定量计算和评价相当困难。本文针对林地建设和效益评价中的主要目标, 提出一套实用的生态效益评价指标体系,概括了森林对改善小气候、增加枯季径流、拦蓄暴雨径流、延缓洪水过程和保持水土等作用。希望可以提高指标的综合能力和可计算性,应用于防护林或优良林区水源涵养与水土保持效益的评价决策。

1、指标体系框架

2、二级指标细化及测定方法

2.1.1可用指标：

主要一级指标分为植被适应性、水土保持、土壤质地、生物多样性。在这之外还包含有生物量以及固碳释氧功能单独作为一个单元进行测算。

2.1.2植被（树种）适应性

2.1.2.1 树种及耐旱适应性二级指标及详细测定方法

在喀斯特石漠化地区主要造林树种在不同环境条件下的蒸腾耗水特性、光合和水分生理生态特性,以及生长状况,等都不相同。运用相关的分析方法,综合评价林地内各树种的耐旱性和野外条件下影响树种生长的主要因子。本指标的设计主要是揭示喀斯特地区林地内植物树种对石漠化地区干旱的条件下的特殊的适应性能。

表1 耐旱适应性指标及详细测定方法

Table1 Drought Adaptability indicators and detailed measurement method

耐旱适应性指标及详细测定方法

指标名称指标级数测定方法

蒸腾速率三级SY-1023植物蒸腾速率测定仪

枝条水势三级用670便携式植物水势压力室测定

水分利用率三级光合率/蒸腾速率

2.1.2.2 树种光适应性二级指标及详细测定方法

喀斯特地区岩石裸露较高，对光照反射较大，植物必须在这种特殊生境中形成完整的适应机制。各种植物对这种环境的光适应能够改善光合，从而提高光合作用所产生的生物量。

表2 光适应性指标及详细测定方法

Table2 Light Adaptability indicators and detailed measurement method

耐旱适应性指标及详细测定方法

指标名称指标级数测定方法

净光合速率三级Li 6400-02B测定

光饱和点 LSP 三级利用光-光合速率曲线计算

光补偿点 LCP 三级利用光-光合速率曲线计算

2.1.2.3 树种钙适应性二级指标及详细测定方法

喀斯特地区土壤由于受成土母质（碳酸盐岩）、气候、地形、生物、人为作用等因子综合作用，使喀斯特山区土壤发育较年轻，较多保持了母质钙含量高的性质。在喀斯特地区，植被只有适应了高钙环境后才能进行正常生长。

表3 钙适应性指标及详细测定方法

Table3 Calcium Adaptability indicators and detailed measurement method

耐旱适应性指标及详细测定方法

指标名称指标级数测定方法

叶片、枝干、根系钙含量三级

全钙测定（调查时取叶片、土样品）吸

光光度法

根系土壤钙含量三级全钙和交换钙原子吸收分光光度法

生物钙吸收系数三级实验与空白钙含量比值

2.1.3涵养水源

2.1.

3.1 植被冠层留量计算方法

通过“简易吸水法”可以确定的最大截留量

乔木层林冠持水量

对样方内乔木进行每木检尺，测量胸径、树高、冠幅。根据标准地内所有树木的胸径、树高的平均值选取标准木，在标准木上选取标准枝。根据标准枝可求得标准地乔木枝叶鲜重。标准地枝叶鲜重=标准木所包含的标准枝个数×标准枝鲜重×总株数

采用“浸水法”求出以鲜重为基准的最大持水量，即将标准枝称重后，浸入水中 1h，然后轻轻捞出，待重力水滴净后称重，测定乔木层林冠的最大截留率。

把样品置于 60℃的烘箱中烘至恒重，求出干鲜重比，进而推算得到单位面积上乔木枝叶生物量和最大持水量。

灌草层截留量计算方法

设置5×5m2和1×1m2样方测算面积内鲜重

最大截留率取一定重沉入水中 5min 跌掉重力水计算差值

烘烤箱烘干计算生物量（105℃至恒重）

枯枝落叶层容水量截留量计算方法

选择代表性样方 1×1m2 测量厚度带回称重（单位面积现存量）通过浸泡、称重、烘干测定其含水率和饱和吸水率最后测定最大容水量

土壤持水量截留量计算方法

1、土壤贮水方式可分为毛管孔隙的吸持贮存和非毛管孔隙的滞留贮存 2 种，二者持水量之和即为土壤饱和贮水量 (Sampson &Allen，1999)

Wc=1000PcH

Wn=1000PnH

Wt=Wc+Wn

Wc、Wn和 Wt分别为土壤水分吸持贮水量(mm)、滞留贮水量(mm)和饱和贮水

量(mm); Pc、Pn分别为毛管孔隙度(%)、非毛管孔隙度(%)；H 为土层深度(m)

2、选择代表样地挖土壤剖面？？？（每隔20cm分层取样）

测定土壤密度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度，并根据总孔隙度计算土壤最大持水量

S=10×h灌木:绝对优势度二该种的平均冠幅x该种的株数p

S:持水量(mm), h:土层厚度(cm), P总孔隙度(%)

2.1.4 土壤质地分析

2.1.4.1 林木对土壤质地影响

物理性质：

在标准地内选择具有代表的地段,挖3个土壤剖面,记录剖面形态特征,用环刀每隔20cm 分层取样。

用常规方法测定：

土壤容重反映了土壤的疏松程度与通气性，该值的大小可以说明土壤涵蓄水分以及供应树木生长所需水分的能力（可见土壤学实验指导书）

土壤容重

反映了土壤的疏松程度与通气性，该值的大小可以说明土壤涵蓄水分以及供应树木生长所需水分的能力

孔隙度

土壤孔隙度是反映土壤通透性的重要指标，直接影响着土壤的通气透水性及根系穿插的难易程度，对土壤中水、肥、气、热以及生物活性等发挥着不同的作用。毛管孔隙度反映了土壤的保水能力，土壤毛管孔隙度越大，土壤持蓄水能力越强；而非毛管孔隙是土壤重力水移动的主要通道，非毛管孔隙度反映了上壤拦蓄降水的能力.

持水状况

土壤水分是土壤肥力的重要促动因素，直接影响植被恢复的进程。

用环刀取土,带回实验室后在环刀下垫一张滤纸,用皮筋固定在环刀上---目的是防止土粒散出。

之后将环刀放在一个盘子里,给盘中倒水,没过滤纸即可,隔天将环刀中的土壤取出,放在已知重量的铝盒中称重---得到最大持水量时的土壤质量W1.

之后将铝盒(注意盒盖打开)放在烘箱中105摄氏度烘干10小时以上,至恒重.之后称重即可----得到干土质量W2.

W1-W2/W2=最大持水量(质量含水量)

化学性质：

土壤酸碱度 PH值

目视比色法（比较粗糙）或电位法视试验室情况而定

在标准地内选择具有代表的地段, 挖3个土壤剖面, 按不同土层0 - 20cm、

20 - 4Ocm、40 - 60cm分层取样。

pH 值和有机质含量：

有机质:重铬酸钾氧化法;阳离子代换量:盐酸醋酸钙容量法

全 N、全 P 和全 K 含量：

全氮：硒粉- 硫酸铜硫酸消化法

全磷:氢氧化钠碱熔钼锑抗比色法

全钾:氢氧化钠碱熔火焰光度法

水解 N、速效 P 和速效 K 含量：

水解氮:扩散吸收法

速效磷:碳酸氢钠浸提钼锑抗比色法法

速效钾:1N 醋酸铵浸提火焰光度法

碳氮比：见 6、碳储量测定算定比值

2.1.4.2固持土壤能力

抗冲、抗侵蚀性：

20世纪50 年代朱显漠院士提出了土壤抗冲性的概念。他根据黄土区的土壤侵蚀特征将土壤抵抗径流破坏作用的能力区分为抗冲性和抗蚀性两种性能。

原状土冲刷法

野外实地放水冲刷法

人工模拟冲刷试验

通过根系穿插、缠绕、固结使土壤牢固。区分植物根系物理串连作用、根土粘结作用和生物化学作用强化土壤抗

冲性的贡献

表4 李强黄土丘陵区植物根系强化土壤抗冲性机理及固土效应

选取用干筛法筛好的6～ 10 mm的土粒50粒,均匀放在孔径为5 mm的筛子上,置于静水中浸泡。以1 min为间隔,分别记录分散的土壤颗粒数量,连续观测10 min,计算水稳性指数。总的来说：根系的密度、长度、生物量、根径大小以及不同植物种类根系性状是未来研究根系抗冲刷性能的主要着眼点。

因此，这些指标在实验过程中也应进行测定。

2.1.5 生物多样性 2.1.5.1 灌木层调查

设置5x5m 2

的样方, 记录每个样方内的灌木的种类、株数、高度、冠幅

2.1.5.2 草本层调查

设置5个1x1m 2

样方,记录每个样方内的草本植物的种类、株数、高度、盖度

2.1.5.2 群落物种多样性

反映群落组成中物种的丰富程度,也能够反映不同自然地理条件与群落的相互关系,分析群落层片及其结构和动态,进而可以反映群落自身的稳定性与动态趋势 多样性指数：Shannon — Weiner 多样性指数

1

Ln s

i i i D P P ==-∑

P i= ni /N, ni 是样方中第i 种的个体数,N 为样方所有种的个体总数。 重要值：

重要值=相对密度+相对频度+相对优势度

100%=

?种的个体数

相对密度所有种个体的总数

100%=

?种的优势度

相对优势度所有种的优势度

100%=

?种的频度

相对频度所有种的总频度

频度：

指任一个样方中出现某物种的可能性;密度是指单位面积内植物个 体数量

100%=

?含有某种的样方

种的频度总的样方

优势度：

灌木:绝对优势度=该种的平均冠幅×该种的株数 草本:绝对优势度=该种的平均盖度×该种的株数

丰富度：

物种丰富度指一个群落物种数目的多少,是研究群落首先应当了解的问题可直接用群落的物种数表示,也可用群落物种数与群落个体数的比值来表示

均匀度：

全部物种个体数目的分配状况

=

D E lnS

D 为Shannon - Weiner 多样性指数,S 为群落的物种数 优势度(C)：

优势度指数反映指群落内优势种集中的程度,一般用Simpson 优势度指数

2

s

1i i n N =??= ???

∑C

n i 为每一种的重要值,N 为全部种的重要值

2.1.5 生物量测定

需要弄清物种组成结构和林地类型 生物量与生产力关系的确定 （测定生物量还需要对不同树种选用相应模型） 灌木：

地上部分：采用全部收获法在标准地内按对角线设置4个5x5m2的样方,将每个样方内的灌木全部砍倒,分别称其鲜重,计算样方灌木鲜生物量平均值可Wav,计算1hm2的灌木鲜生物量W

地下部分：设置1个1x1m2的小样方,分层挖取0-20cm ，20-40cm,40-60cm,

60-80cm ，80-100cm 的土层,仔细挑出各土层中的根系,分别称其鲜重,计算小样方

根系鲜生物量平均值wav2,得出1hm,灌木根系鲜生物量

(80℃ 24h 烘烤)

干生物量=鲜生物量x样品干重÷样品鲜重

同理测得草本

2.1.6 碳储量测定

标准地内设 3 块20m×20m 乔木样方，每个乔木样方内沿对角线布设 3个 5m×5m 灌木样方，每个灌木样方内布设 1个 1m×1m 草本样方，每个草本样方内布设1个 0.25 m×0.25m 枯落物样方。在枯落物样方内采集土壤样品。

2.1.6.1 乔木碳储量

计算单木的生物量，乔木层生物量乘以0.5 的碳转化率(Fang J et al.，2001)，得到乔木层碳储量。

2.1.6.1灌木碳储量

林下灌、草层生物量的测定采用全部收获法。称量鲜重后，将一定量样品带回，在 60℃下烘干称量得干重，根据干重/鲜重比计算得到单位面积内灌、草层生物量。林下灌草层采用 0.45 为碳转化率(IPCC，2006)，碳储量是根据单位面积灌草层生物量乘以其碳含量而求得。

2.1.6.2枯落物碳储量

采用全部收获法对枯落物样方内的枯落物进行收集，将全部样品带回实验室，在 60℃下烘干，称量得干重，计算单位面积内枯落物量。不同植被恢复模式枯落物含碳率测定采用重铬酸钾加热法，枯落物干重再乘以相应含碳率得到枯落物碳储量。

2.1.6.2 土壤碳储量

在实验室将土壤样品风干，研磨过 0.149mm 土壤筛，采用重铬酸钾氧化法测定不同植被模式土壤有机碳含量 C

土壤有机碳储量 SOC(t.hm-2)的计算式公式为：

SOC= 10 -1×D×θ×C(1 -δ)

总碳储量=植被碳储量+枯落物碳储量+土壤有机碳储量

如何使指标具有合理性？

目前我就查到了这些可用指标及测定方法。但是具体哪些指标能测，能够实地操作还不是很确定，需要查阅更多资料。

另外，这些指标需要进一步整理，建立详细指标体系。另外，指标的合理性和权重也需要进一步明确。

在设计这些指标时，已经充分考虑了科学性、实用性原则。前人研究提出了这些指标，我把这些指标简单的进行了归类处理，希望可以更好的用于林地生态效益监测。