林分尺度森林生态系统服务权衡——以湖南会同磨哨林场为例

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生态系统服务的权衡与优化是当今生态学与地理学研究的热点,森林生态系统作为陆地生态系统中最重要、最复杂的生态系统,为人类提供了多种多样的生态系统服务。磨哨林场位于杉木林中心产区湖南省会同县,具有不同种类的人工林与保存较好的天然次生常绿阔叶林。选择磨哨林场作为研究区进行林分尺度的生态系统服务权衡研究,能够为整个红壤丘陵区人工林结构的调整与优化提供理论参考。  本研究应用InVEST模型和综合蓄水量模型评估了研究区森林主导生态系统服务,在明确森林生态系统服务现状的基础上,分别在生态系统和林分尺度上对不同生态系统服务进行对比研究,并重点分析了森林碳密度及分配特征;进而通过设置不同采伐强度的管理模式,对木材生产总量、波动指数和年龄结构指数等三个指标进行两两综合分析,确定出适合当地长期木材生产的可持续管理模式;最后将木材生产与碳储存等调节服务作为多目标管理的指标,应用基于标准差的权衡方法,对不同采伐强度下森林生产功能与生态功能进行权衡,提出我国南方人工林生态系统服务提升与可持续经营的权衡对策。主要结论如下:  (1)磨哨林场木材生产总量为30531.11m3,碳储存总量为19821.07t,水源涵养总量为54579.09m3,水资源供给总量为496097.33 m3,土壤保持总量为41303.89 t,红栲+青冈+刨花润楠林和杉木林的贡献最高;与天然林相比,人工林的木材生产和水资源供给服务较高,碳储存、水源涵养和土壤保持等调节服务较低;与针叶林、阔叶林等纯林相比,混交林的生态系统服务综合效益较高;本研究的9种森林类型中,杉木+火力楠林与马尾松+木荷林的综合效益最高。为了从森林生态系统中获取更多的效益,要以发展混交林为主,同时加强对天然林的保护。  (2)磨哨林场生态系统碳密度平均为261.61t/hm2,固碳能力较高;其中,马尾松+木荷林以及杉木+火力楠林两种人工混交林的生态系统碳密度最高;乔木层和土壤层是磨哨林场森林生态系统碳密度的主体,占98.23%,林下植被层和凋落物层对整个生态系统碳密度贡献较小;乔木层中树干部分的碳密度占绝对优势,其次为根和枝,皮最小;土壤层碳密度及分配比例随深度增加而降低,0~20cm碳密度占整个土壤层比例最高;天然林生态系统碳密度(265.43±68.22t/hm2)略高于人工林(261.13±59.68 t/hm2),天然林的灌木层、凋落物层和土壤层碳密度较高,人工林的乔木层和草本层碳密度较高。  (3)通过设置不同采伐强度的管理模式,可以实现控制木材生产总量、波动指数以及林龄结构指数三个指标的目的。采伐强度为每10年采伐总面积的25%到40%范围的管理模式为同时满足木材生产总量高、波动指数和林龄结构指数低三个目标的可持续管理模式,其中采伐强度为每10年采伐总面积35%的管理模式为最优选择。在未来中国南方人工林的发展中,为了实现长期可持续管理,应同时考虑森林的生产功能和生态功能,实施低强度的小面积皆伐,并确定最佳采伐强度,以制定更为科学可行的采伐方案。  (4)木材生产与碳储、水源涵养、土壤保持三种调节服务之间存在明显的权衡关系,三种调节服务之间为协同关系;以木材生产与碳储存为目标的最佳管理模式为每10年采伐总面积的10%,分别以木材生产与水源涵养、木材生产与土壤保持、木材生产与调节服务包为目标的最佳管理模式均为每10年采伐总面积的20%。会同县当前采伐强度略高于最佳采伐强度,基本可以实现多种生态系统服务的协调发展。在森林管理模式的制定中,应明确森林管理的目标,并制定出对应的权衡对策,以实现森林生态系统服务综合效益的提升。
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