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随着经济发展和人口增长,我国南亚热带地区植被遭受破坏,区域环境随之恶化。恢复实践中形成了多种各具特色的植被恢复模式,但由于缺乏横跨生态、经济与社会价值评价的尺度与方法,对各模式系统的功能与评价研究长期处于各生态因子独立分析,生态、经济与社会三大效益独立评价的状态,从而给区域林业发展的开发利用模式的生态经济量化管理带来了困难。因此,引入科学的生态经济理论与方法,在统一的量化平台上揭示人工林发展中的总体生态经济资源与服务结构综合动态,是提高土地资源利用效率、林业生产力和生态经济效益,促进区域生态经济协调发展的必然需要。
上世纪80年代,由H.T.Odum等学者创立的能值理论与方法,为生态学与经济学现有评价方法中存在的量纲不统一的问题提供了新的解决思路。经过近30年的发展,能值理论与方法已经成为较成熟的生态经济系统评价方法。“生态(火用)”(eco-exergy)的概念提出于上世纪70年代,在生态系统研究中(火用)可以被看作是生物组分相对环境的自由能,可用以衡量生态系统演替过程中的组织程度和稳定性。能值与生态(火用)理论方法在生态系统自组织评价中的应用与整合是当前能值研究的学科前沿之一。
本文以南亚热带退化坡地上,不同生态恢复模式建立的4种人工林(马占相思林、针叶林、乡土混交林和桉林)为研究对象,应用能值理论方法,进行不同森林恢复模式系统的生态经济整合分析。在已有历史数据的基础上,结合为期一年的系统水文过程的观测、分析和凋落物的采集、测定,对4种人工林系统在生态恢复过程中的生态经济动态进行了整合分析。同时,应用生态炯方法对不同恢复模式下4种人工林系统的(火用)储量等指标进行估算,并将其与能值功率密度联立、整合,探讨不同模式系统的恢复与维持效率。主要结果如下:
(1)生态恢复20余年间,马占相思林、针叶林、乡土混交林的净初级生产量和土壤有机质的能值转换率连年上升,其积累效率连年下降;各人工林净初级生产量与其土壤有机质的能值转换率动态变化趋势相似。
(2)各人工林系统的植物物种信息能值存量在恢复期间增长了4.75~10.3倍不等,但近两年其增长速率已趋缓。乡土混交林的信息能值在四种人工林中最高:针叶林的植物物种信息能值从2005年(20龄)已开始减少。
(3)能值转换率的计算结果显示:在系统生物量的积累效率上,马占相思林>桉林>针叶林>乡土混交林;在土壤有机质的积累效率上,马占相思林>桉林>乡土混交林>针叶林。在能值恢复效率方面,乡土混交林和针叶林优于桉林和马占相思林。
(4)不考虑物种信息能值时,针叶林的生态资本能值货币价值最高(2.67×105Em¥/ha),马占相思林最低(7.25×104Em¥/ha);计入信息能值时,乡土混交林的生态资本能值货币价值最高(3.92×106Em¥/ha),马占相思林最低(2.87×106Em¥/ha)。
(5)针叶林的生态炯和结构炯均是4种人工林中最高的,分别为4.90×108j/y和1.06×105j/y,桉林的生态(火用)最低为1.12x108j/y,马占相思林的结构炯最低为6.65×104j/y。乔木层对系统生态炯的贡献率较大;草本层对各人工林系统的结构(火用)贡献率较大。
(6)针叶林生态炯/能值比最高,表明其将可用能资源转化为系统结构和信息效率较高。针叶树种的C值约为其他阔叶树种的4~20倍,这可能是由C值悖论造成,以C值计算(火用)在生态系统评价的应用中仍需慎重。