水土保持生态修复工程效益监测与评价

 

 

水土保持生态修复是一项复杂的系统工程，在我国尚是一项新的课题，在理论和实践上都存在许多亟待解决的问题，如水土保持生态修复理论基础研究、关键技术和环境效应及其监测与评价研究等。从目前看，关于描述生态修复功能与意义、讨论总结地区生态修复措施及经验、讨论生态修复概念及生态学机理的报道较多，但关于工程实施后不同生态修复措施生态、社会和经济效益监测与评价的问题还没有解决？因此，如何对水土保持生态修复工程实施效果（生态、经济和社会效益）进行科学定量的监测和评价是目前亟待研究的课题，也是确定不同区域适宜生态修复措施必须解决的问题。

山东省有三个县（区）于2002年被确定为生态修复试点工程区，根据水利部统一部署及要求，省水利厅及各级水行政部门对试点工作给予高度关注，全过程参与工程的立项、实施及验收。为全面反映生态修复工程的成效，特委托山东农业大学水土保持系开展了生态修复效益监测工作，通过对不同生境条件、不同生态修复措施的生态、经济和社会效益指标进行调查与定位监测，定量分析了项目区各种效益指标的变化及生态修复措施的成效。下面以淄川区为例，对生态修复效益监测内容与方法、监测指标体系构建、生态修复措施类型划分及取得的主要成果进行汇报。

一、监测内容与方法

在遥感定期宏观调查的基础上，开展微观定点连续监测，建立径流小区和固定、半固定标准地，同时结合项目区内已有的水文、泥沙观测资料，对生态修复过程中植物群落结构、林草生长量、土壤性状、水土流失、社会经济等指标的变化进行监测研究。

（一）宏观层面

以3S技术为平台，以TM和SPOT融合影像为遥感信息源，结合区域土地利用图、地形图，并参考其他与水土流失相关资料，按照全国SL190-96《土壤侵蚀分类分级标准》，对项目区实施生态修复前后水土流失状况及土地利用状况进行调查与分析。通过计算机处理和人工解译，快速、准确地查清项目区生态修复前后土壤侵蚀强度、范围、分布、地面坡度、植被覆盖度及其分布以及土地利用的变化。

（二）微观层面

1、生态效益

（1）植被状况监测：内容包括植被类型、植物群落数量与结构、生物多样性等，监测指标主要有：植被覆盖度、林草生长量、郁闭度、植物种类、重要值、多样性指数等。

调查方法采用标准地法（或样方法）。其中：林分因子调查采用每木检尺法；郁闭度（盖度）、植被覆盖度调查采用树冠投影法、线段法及方格法，区域林草覆盖度调查采用遥感法；林木生长量及生长过程采用标准木解析法；林分密度结构研究采用林木直径分布法；生物多样性测定采用样方调查法。

（2）土壤性状监测：包括土壤结构、密度、水分、孔隙度等物理性质指标等。采用机械筛分法、环刀法、土壤水分速测仪及酒精燃烧法。

（3）土壤蓄水保水监测：包括土壤层持水蓄水能力以及土壤入渗过程及入渗量等。主要采用渗透环法。

（4）径流及土壤侵蚀量监测：包括地表径流量、土壤侵蚀量等。采用径流小区和测签法。同时充分利用区域内已有的水文、泥沙观测资料，掌握修复区内主要河流的洪峰流量及泥沙含量变化情况。

2、经济效益

主要对生态修复的直接经济效益进行监测，即对实施生态修复措施的土地上生长的植物产品（未经任何加工转化）的增产量和增产值进行监测，具体包括增产的木材枝叶、活立木、果品、饲草及其他草产品等的效益。采用典型农户调查法和典型地块调查法。

3、社会效益

 

主要调查生态修复对促进区域群众生态保护意识的增强，农牧业生产方式的转变、农村产业结构调整等内容。采用 分类监测方法（典型农户监测与乡镇状况监测），通过对项目实施过程中农村剩余劳动力、农民收入、农村产业结构、土地利用结构变化等方面动态跟踪，获取其变化数据，了解项目实施对社会状况的影响。

二、监测指标体系构建

为全面而准确地反映生态修复效果，须设置一系列指标，从某一方面、某一局部范围来反映修复的效果，不同指标之间相互联系，互为补充，构成一个有机的监测指标体系。指标体系是效益监测的理论依据及监测工作的基础，同时也是难点与重点问题。在遵循代表性、系统性、持续性、可操作性原则的基础上，查阅相关文献资料，结合生态修复效益监测目的，采用频度统计分析法从生态、经济和社会效益三个方面选取指标，构建预选指标集，采用专家集成法和逐步回归法进行指标因子筛选，构建了水土保持生态修复监测指标体系，见图1。

三、生态修复措施类型划分

生态修复措施类型划分是进行生态修复工程规划与实施、效益监测与评价工作的基础，也是对项目区进行生态修复经验总结和技术推广的前提。生态修复措施类型是对生态修复效益进行合理、系统监测与评价的基本单元，生态修复措施类型划分的主导因子包括立地类型、植被类型、作业类型等。在对生态修复措施类型主导因子调查分析和分级的基础上，采用主导因子分级组合法划分了生态修复措施类型，将生态修复试点工程区内的生态修复措施类型划分为3个大类和6个亚类。

四、生态修复效益监测主要成果

（一）构建了生态修复效益监测数据库，实现了项目区三维可视化

以3S为技术平台，以TM和SPOT融合影像为遥感信息源，对项目区实施生态修复前后状况进行监测，创建了生态修复效益监测数据库，实现了项目区三维可视化。

（二）定量评价了工程区及不同生态修复类型生态、经济与社会效益，阐明了生态修复效益多种性能指标的动态变化

1、林草覆盖度明显提高，植物群落盖度（郁闭度）增加

实施生态修复措施后各植物群落植被覆盖度均大于修复前，项目区林草覆盖度明显提高，由修复前的42.7%增长到修复后的51.5%，增长幅度为8.8%。

① 不同修复措施类型植被盖度：有林地（天然林或人工林）各植物群落乔灌草平均盖度为0.86，明显高于其它类型，表明对现有林地植被加强封禁保护是生态修复的重要措施。② 疏林补植、荒坡造林和荒坡封禁三种措施：以荒坡造林和疏林补植后植物群落盖度的提高幅度较大（乔灌草平均提高0.20和0.18），表明荒坡造林或疏林补植比荒坡封禁（乔灌草平均提高幅度为0.04）更能有效提高植被盖度。③ 梯田封禁和封育后群落植被盖度：以林果梯田封禁后植被盖度的提高幅度较大（乔灌草平均提高0.35），表明对林果梯田进行封禁，自然恢复植被是比较有效的退耕还林措施。

2、生态修复区植被生长状况明显改善，生物（生长）量显著提高

生态修复后各植物群落地下根系生物量和地上林木生物量均比修复前有显著提高。① 生态修复后不同植物群落的植被根系生物量（根重密度）：天然混交林与单纯林分别为11.2 kg/m³和9.2kg/m³；人工混交林和单纯林分别为9.1 kg/m³和6.4 kg/m³。疏林补植、荒坡造林和荒坡封禁后植物群落的根重密度为3.6 kg/m³、4.7 kg/m³和2.7 kg/m³，分别比修复前提高了2.0 kg/m³、2.4 kg/m³和1.8 kg/m³。② 不同群落乔木植物地上生物量：人工混交林和天然混交林的生物量（干重）分别为46.84t/hm²和39.47t/hm²，分别比相应的单纯林高出37.56 t/hm²和36.35 t/hm²。

3、生态修复区域植物群落类型明显增加

生态修复后项目区植物群落类型明显增加，植物种类越加丰富。新增加植物群落类型6种。分别是：①荒坡火炬树人工林； ②荒坡侧柏×火炬树新造林； ③疏林补植侧柏人工林； ④退耕封禁梯田生态林； ⑤退耕封育梯田生态经济林； ⑥退耕封禁作物梯田灌草群落。

4、生态修复工程促进区域生物多样性明显增加

生态修复后项目区各植物群落物种多样性和丰富度显著提高。其中：有林地封禁型植物群落的物种丰富度和多样性指数高于其它修复类型,天然林群落物种丰富度和多样性指数分别为27和1.70，人工林群落的分别为24和1.26。疏林补植、荒坡封禁和荒坡造林的生物多样性均有提高，生态修复后疏林补植群落的物种丰富度和多样性指数分别为18和1.0（比修复前提高了5和0.17）；荒坡封禁型的分别为15和0.99（比修复前提高了12和0.08）；荒坡造林型的分别为23和1.06（比修复前提高了16和0.27）。封育型林果梯田的丰富度和多样性指数分别为24和1.2（比封育前提高了6和0.6），封禁型林果梯田分别为40和1.6（比封育前提高了20和0.72）。

5、土壤结构与水分状况明显改善，孔隙度提高

① 土壤结构参数改善：从土壤重量平均直径看，有林地封禁类型中，天然林土壤重量平均直径稍大于人工林，其中混交林土壤重量平均直径（平均值为3.14）都大于单纯林（平均值为2.73）。疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复后土壤重量平均直径分别比修复前提高了0.46、0.54、0.68和0.21。从分形维数看，有林地封禁类型中，天然林土壤分形维数平均值稍小于人工林，其中混交林土壤分形维数（平均值为1.965）都小于单纯林（平均值为2.081）。疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复后土壤分形维数分别比修复前减小了0.13、0.05、0.22和0.086。从土壤密度看，有林地封禁类型中，天然林土壤密度稍小于人工林，其中混交林土壤密度（平均值为1.156g/cm³）均小于单纯林（平均值为1.180g/cm³）。疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复后土壤密度分别比修复前减小了0.008 g/cm³、0.009 g/cm³、0.005 g/cm³和0.019g/cm³。从土壤孔隙度看，有林地封禁类型中，天然林土壤孔隙状况优于人工林，其中混交林土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度都优于单纯林。疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复前土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别比修复后提高了（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：有林地封禁类型中，天然林土壤含水量大于人工林，其中混交林土壤含水量（平均值为77.31mm）均优于单纯林（平均值为70.11mm）。疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复后土壤含水量分别比修复前提高了6.32mm、4.17mm、13.7mm和6.33mm。

6、植被的蓄水保水效益明显增加

生态修复后各措施类型植物群落的冠层水容量、枯落物储存量、枯落物水容量和土壤饱和贮水量（土壤蓄水量）均比修复前有明显提高。① 有林地封禁型植物群落中，天然林修复后总蓄水量为（3264.9t/hm²）,较修复前（682.3 t/hm²）提高了2582.6 t/hm²。人工林修复后总蓄水量为（2966.5 t/hm²），比修复前（682.3 t/hm²）增长了2284.2 t/hm²。天然林总蓄水量提高幅度大于人工林。② 疏林补植、荒坡造林、荒坡封禁和退耕还林型植物群落修复后总蓄水量分别为（929.5 t/hm²、999.8 t/hm²、821.9 t/hm²和2315.8t/hm²），分别比修复前（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总蓄水量提高幅度（876.9 t/hm²）大于缓坡梯田封育型（提高幅度96.3 t/hm²）。③ 生态修复措施实施后典型植物群落地表径流量和产流率均小于对照区。其中混交林地表径流量和产流率最低（14.47 mm），单纯林次之（15.54 mm～24.32 mm），对照区最高（35.96mm）。

7、生态修复区水土流失减轻，土壤侵蚀量减小

① 水土流失面积减小，水土流失强度减轻：项目区水土流失面积由修复前的245.1km²减少为修复后的147.9km²，减少了97.2 km²。其中极强度、强度、中度和轻度土壤侵蚀所占面积均减少，轻度侵蚀减少最为明显，减少了25.2%，微度土壤侵蚀面积增加了35%。② 土地利用结构改善，林草面积增加：通过实施栽植和补植水保林、发展经济林等生态修复措施后，项目区内有林地和高覆盖度草地面积所占比例显著增加，分别增长了6.1%和2.8%，低覆盖度草地面积显著减少，减少了7.1%。③ 土壤侵蚀模数减小：项目区2000和2005年土壤侵蚀模数分别为1525t/km².a和1072t/km².a，生态修复后项目区土壤侵蚀模数较修复前降低了453t/km².a，平均每年降低90.6 t/km².a。④ 保土效益明显：项目区保土效益为29.7%，修复后比修复前减小125943t。

8、生态修复区经济效益明显提高

直接经济效益：实施生态修复措施后，粮食年增收59.4万元。三年内生物堰增收10.5万元，拦蓄工程灌溉增加效益16.29万元。有林地封禁治理三年蓄积活立木、枝柴和饲料产出效益1038.99万元。疏林补植和荒坡造林地封育后蓄积活立木、枝柴和饲料增效产值61.29万元。经济林三年累计增加产值284.85万元。梯田封育三年增加产值59.4万元。

9、生态修复区社会效益显著