全 文 ： 第 v{卷 第 t期u s s u年 t 月
林 业 科 学
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¤±qou s s u
杉木人工林采伐后水源涵养和固
土保肥效益损失的评价
康文星 田大伦
k中南林学院 株洲 wtussyl
摘 要 } 本文以连续定位测定数据 o对湖南会同杉木人工林采伐后造成各种效益损失 o用等效益相关代替法
进行了详细分析 ∀结果表明 }杉木人工林采伐后 o土壤蓄水量比有林区少 ywy °v #«°pu o调洪能力少 z{y °v #
«°pu o枯水期提供水量少 vt{ °v#«°pu o每年流失的泥沙量比有林区多 w{·#«°pu o由此比有林区多流失的营养
物质 o纯 ‘s1s{z·#«°pu o°s1swz·#«°pu oŽs1tst·#«°pu ∀通过有关计量计算得出 o每采伐 t«°u 杉木林每年水源
涵养效益损失 {w|元 o固土保肥效益损失 xsw元 o改良土壤效益损失 tsu元 o共计损失 twxx元 ∀这为森林资源
的合理利用及森林采伐损失的评价提供了可靠的科学依据 ∀
关键词 } 杉木人工林 o采伐 o效益损失 o评价
收稿日期 }usss2tt2uz ∀
基金项目 }本文属林业部/八五0重点项目5湖南省会同杉木人工林生态系统定位研究6的内容之一 ∀
Ες ΑΛΥΑΤΙΟΝ ΟΦ ΛΟΣΙΝΓ ΒΕΝΕΦΙΤΣ ΤΟ ΩΑΤΕΡ ΡΕΣΟΥΡΧΕ ΧΟΝΤΑΙΝΜΕΝΤ o
ΣΟΙΛ2ΦΙΞΑΤΙΟΝ ΑΝ∆ ΦΕΡΤΙΛΙΤΨ ΠΡΕΣΕΡ ς ΑΤΙΟΝ ΑΦΤΕΡ ΧΥΤΤΙΝΓ
ΧΗΙΝΕΣΕ ΦΙΡ ΠΛΑΝΤΑΤΙΟΝ
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k Χεντραλ2Σουτη Φορεστρψ Χολλεγε Ζηυζηου wtussyl
Αβστραχτ } …¤¶¨§²±·«¨ §¤·¤²¥¶¨µ√¨ §¦²±·¬±∏²∏¶¯¼¬±©¬¬¨ §³²¶¬·¬²±¶o√¤µ¬²∏¶¥¨ ±¨ ©¬·¯²¶¶¨¶µ¨¶∏¯·¨§©µ²° ¦∏·¬±ª
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·¨µ¶·²µ¤ª¨ ¬± ¦∏·²√¨ µ¤µ¨¤ §¨¦µ¨¤¶¨§ywy °v#«°pu q׫¨ ¦¤³¤¦¬·¼ ²©µ¨ª∏¯¤·¬±ª©¯²²§¬± ¦∏·²√¨ µ¤µ¨¤ º¤¶z{y °v#
«°pu ¯¨ ¶¶·«¤±·«¤·¬±©²µ¨¶·¤µ¨¤q׫¨ ¤°²∏±·²©º¤·¨µ¶∏³³¯¼ §∏µ¬±ªº¤·¨µ ¬¨«¤∏¶·¬²±¬±¦∏·²√¨ µ¤µ¨¤º¤¶vt{°v#
«°pu ¯¨ ¶¶·«¤±·«¤·¬±©²µ¨¶·¤µ¨¤q׫¨ ¤°²∏±·²©°∏§¤±§¶¤±§ ²¯¶¨§ √¨¨ µ¼ ¼¨ ¤µ¬±¦∏·²√¨ µ¤µ¨¤º¤¶w{·#«°pu °²µ¨
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s{z·#«°pu o°s qswz·#«°u oŽs qtst·#«°pu q„¦¦²µ§¬±ª·²·«¨ µ¨ ¤¯·¬√¨ ¦¤¯¦∏¯¤·¬²±·«¨ ¤±±∏¤¯ ¥¨ ±¨ ©¬·¯²¶¶²©º¤·¨µ
µ¨¶²∏µ¦¨ ¦²±·¤¬±°¨ ±·º²∏¯§¥¨ {w| ¼∏¤±¬©²±¨ «¨¦·¤µ¨ ²©¦∏·≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µ³¯¤±·¤·¬²± º«¬¦«º¤¶¦∏·o·«¤·²©¶²¬¯2©¬¬¤2
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Κεψ ωορδσ} ≤«¬±¨ ¶¨ ©¬µ³¯¤±·¤·¬²±o≤∏·¬±ªo׫¨ ²¯¶¶²©¥¨ ±¨ ©¬·o∞√¤¯∏¤·¬²±
森林采伐是获得直接经济效益的主要手段 o然而森林是一个具有多种效益的复合体 ∀它不仅具有
木材生产的经济效益 o而且还具有多种生态效益和社会效益 ∀木材效益只是森林总效益中的一小部分 o
这就意味着森林采伐必然会造成森林效益的损失 ∀以往人们对于不合理地利用森林资源 !乱砍滥伐而
产生的各种损失大都是从导致水土流失严重 !土壤退化 !自然灾害频繁 !生态环境不断恶化等系统功能
衰退方面进行分析 o很少以经济的角度来评价森林采伐前后所造成生态效益和社会效益的损失 ∀本文
以一个杉木林集水区采伐后的连续定位观测数据 o用/等效益相关替代法0着重对林木采伐后 o水源涵
养 !固土保肥和改良土壤等多种效益损失进行计量评价 o我们还对净化大气的效益损失进行了计量与评
价 o将另文发表 ∀
t 研究基地概况和测试方法
研究地位于湖南省会同县广坪乡深中林场 o北纬 uyβxsχ o东经 tsxβxsχ o海拔 vss ∗ v{s° o坡向东北 o
平均坡度 uuβ ~年平均气温 ty1x ε o年平均降雨量 tts{1x°° o年平均相对湿度 {s h以上 o气候属典型的亚
热带湿润气候 ∀
本地区地层古老 o以震旦纪板溪系变质页岩为主 o风化程度甚深 ~土壤为山地黄壤 o土层厚度 {s¦°
以上 ∀
在研究基地内建立了 {个综合试验的小集水区 ot|{z年冬对第 v号集水区杉木林进行采伐 o伐前林
分年龄为 uu ¤o平均树高 ty ° o平均胸径 tx1x¦°o密度 utys株#«°pu o叶面积指数 { o郁闭度 s1|左右 o同
时把紧相邻的且林龄和林分结构特征基本相同的第 u号集水区林木全部保留作对照 ∀有关各集水区特
征和小集水区的规划设计 !仪器设施和测试方法我们已作过多次报导 ∀
u 结果与分析
211 水源涵养经济效益损失
u1t1t 贮蓄水量的经济效益损失 森林采伐后 o采伐迹地失去了森林对降雨的截留 !吸收 !贮存 o削弱
了降低洪峰和增加水资源利用的功能 ∀
从表 t看出 o有林集水区每月 t °深层土壤平均蓄水量约 wsww°v#«°pu o采伐迹地为 vv|{°v#«°pu o
比有林区少蓄 ywy°v#«°pu水量 ∀杉木林采伐造成伐区比有林区蓄水功能少的效益 o一般用/等效益相
关替代法0计算 ∀水利部门一般采用投资修筑水库和堤坝的方式来贮蓄水量 o森林拦蓄的水量效益也可
以换算成水利工程要拦蓄这些水量所需的费用计算 ∀根据湖南省水利厅有关资料 o拦蓄 t °v 水的水
库 o堤坝修建费平均 s1xu元 ∀杉木林采伐后比有林地少蓄 ywy°v#«°pu水量 o由此而造成蓄水功能效益
经济损失 vvy元#«°pu ∀
表 1 1 µ 深土层蓄水量月变化
Ταβ .1 Τηε µ οντηλψ χηανγεσ οφ τηε µ οιστυρε χεντεντ ιν 1 µ σοιλλαψερ (1990) k°v#«°pul
类型 ×¼³¨
月份 ²±·«
t u v w x y z { | ts tt tu
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ wuzx wwzv wtxt wvuw vzyz wszy v{u| vzsx vxvt wuvz wssu wtyv
无林区 ≤∏·2²√ µ¨¤µ¨¤ vxxy vyuz vwvu vyty vx{u vwxv vu{u u|yt u|x{ vwsx vxvu vws|
u1t1u 调洪效能的经济损失 从表 u可知 o在 t次降水为 tz{1x °°特大暴雨情况下 o有林集水区洪峰
流量为 vxw#°¬±pt o采伐迹地为 xtu#°¬±pt ∀为了消除两个集水区汇流面积不一样所产生的误差 o我们
以有林区为标准 o校正得到采伐迹地与有林区等效面积下的洪峰流量为 xuw#°¬±pt o采伐迹地洪峰流量
较有林区大 w{ h ∀另外 o采伐迹地洪峰起伏量 w1y#°¬±pt o也比有林区的 u1x#°¬±pt大 {w h ∀可见 o森
林采伐后 o对区域内的调洪作用的削弱是巨大的 ∀
表 2 最大洪峰特征值
Ταβ .2 Τηε φεατυρε ϖαλυεσ οφ τηε µαξιµ υµ φλοοδ πεακ (1990)
类型
×¼³¨
降雨量
•¤¬±©¤¯¯
径流量
• ∏± ²©©
径流系数
• ∏±²©©¦²¨©©¬¦¨¬¨±·
洪峰流量
ƒ¯ ²²§³¨ ¤®©¯²º
洪峰历时
ƒ¯ ²²§³¨ ¤® ¤¯¶·
洪峰起伏量
∂²¯∏°¨²©©¯²²§³¨¤®∏±§∏¯¤·¬²±
k°°l k°°l k h l k#°¬±ptl k°¬±l k#°¬±ptl
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ tz{1x vv1| s1t| vxw tww u1x
采伐区 ≤∏·²√¨ µ¤µ¨¤ tz{1x x{1u s1vu xtu ttu w1y
我们多年的研究结果表明 }杉木人工林生态系统林冠截留约 z1s °° o枯枝落叶层截留 x1u °° o土壤
utt 林 业 科 学 v{卷
调蓄能力 tuy1z °° o整个杉木林生态系统的调洪能力高达 tv{1| °°k表 vl ∀林木采伐后 o采伐迹地不仅
失去了林冠层和凋落物层对雨水的截留作用 o而且由于采伐过程中采伐作业和林木的拖拉作用使表土
层紧实 o坡坏了土壤物理结构性能 o降低了土壤调蓄水分的能力 o只有 yu1t °° o仅为杉木林土壤的 wx h
k表 wl ∀由上分析可知 o杉木林采伐后失去调洪能力 zy1{ °°∀即每 «°u 林木采伐后将失去 zy{ °v 水量
的调洪能力 o这些水量若不拦蓄 o将涌入江河 !湖泊造成洪灾 ∀为了防洪 o势必修建防洪工程 ∀若拦蓄 t
°v 水的工程费用按上面数值计算 o则杉木林采伐后损失调洪能力经济效益达 v||元#«°pu ∀
表 3 杉木林和采伐迹地一次性降水的调洪能力
Ταβ .3 Χαπαχιτψ οφ ρεγυλατινγ φλοοδ πεακ φορ ονχε ραινφαλλιν α
χηινεσεφιρ πλαντατιον ανδ χυτ2οϖερ αρεα
类型
×¼³¨
林冠截留
≤¤±²³¼
¬±·¨µ¦¨³·¬²±
凋落物截留
¬·¨µ
¬±·¨µ¦¨³·¬²±
t°深土层凋落
¬·¨µ¬± t° ¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ
总计
ײ·¤¯
k°°l k°°l k°°l k°°l
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ z1s x1u tuy1z tv{1|
采伐区 ≤∏·2²√¨ µ¤µ¨¤ yu1t yu1t
表 4 土壤的物理性能和土壤贮水力
Ταβ .4 Τηε πηψσιχαλ προπερτιεσ ανδ τηε ωατερ στοραγε ποωερ οφ σοιλ (1990)
类型
×¼³¨
土壤容重
˜±¬·º ¬¨ª«·
²©¶²¬¯
非毛管孔隙度
⁄¨ ªµ¨¨²©
±²±2¦¤³¬¯¯¤µ¼ ³²µ¨
毛管孔隙度
⁄¨ ªµ¨¨²©
¦¤³¬¯¯¤µ¼ ³²µ¨
总孔隙度
ײ·¤¯ ³²µ¨
§¨ªµ¨¨
t°深土层贮水力
• ¤·¨µ¶·²µ¤ª¨ ³²º µ¨
¬± t° ¶²¬¯ ¤¯¼¨ µ
kª#¦°pvl k h l k h l k h l k°°l
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ t1t{ tu1y w|1{ yt1w tuy1z
无林区 ≤∏·2²√ µ¨¤µ¨¤ t1uu y1u wx1x xt1z yu1t
u1t1v 水资源有效利用的
经济损失 从表 x看出 o林
木采伐后 o年径流量 xwz1y
°° o比有林区的 wzw1t °°
多 tx1x h ∀这与国内外研
究森林小流域采伐后对河流
年径流量影响的结果相一
致 ∀细看表 x o森林采伐后
增加的径流量大都是在丰水
期产生的 o这实际上无意义 o
因为丰水期本来有足够的水
用 o增多了无益 o反而会酿成
水灾 ∀枯水期 o有林集水区
径流量比采伐迹地多 vt1{
°° o这意味着森林采伐后降
低了枯水期提供工农业用水
的能力 o也就是说降低了水
资源有效利用的效力 ∀若这
些水量 {s h用于农田 ous h用于工业 ∀农田用水费用 s1u元#°pv o工业用水费用 t元#°pv o按此计算 o
每 «°u 杉木林采伐后每年枯水期少提供 vt{ °v 用水量 o而减少的水资源利用经济效益 ttw元 ∀从以上
分析看出 o杉木林采伐后 o每年蓄水效益减少 vvy元#«°pu o防洪效益减少 v||元#«°pu o水资源有效利用
效益减少 ttw元 o即每年涵养水源效益损失共计 {w|元#«°pu ∀
表 5 集水区年径流分配格局
Ταβ .5 Τηε διστριβυτιον παττερν οφ αννυαλ ρυνοφφιν ωατερσηεδσ
类型
×¼³¨
年径流量
„±±∏¤¯ µ∏±²©©
丰水期径流量
„¥∏±§¤±¦¨ µ∏±²©©
平水期径流量度
’µ§¬±¤µ¼µ∏±²©©
枯水期径流量
∞¬«¤∏¶·¬²±µ∏±²©©
k°° h l k°° h l k°° h l k°° h l
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ wzw1t tss uww1x xt1y twv1u vs1u {y1w t{1u
采伐区 ≤∏·2²√¨ µ¤µ¨¤ xwz1y tss vtw1t xz1w tz{1| vu1y xw1y ts1s
212 固土保肥效益损失
u1u1t 固土效益损失 集水区杉木人工林采伐前连续 x ¤定位测定的结果 o年平均土壤侵蚀模数只有
t1yz·#«°pu o采伐后 o连续 v ¤测定结果表明 o年土壤侵蚀模数高达 w|1yz·#«°pu ∀采伐林木加剧了地表
的侵蚀破坏 o水土流失极为严重 ∀
采伐森林造成泥沙流失的效益损失值 o可用河道水库因泥沙沉积而挖泥的费用进行计算 ∀根据湖
南省水利厅资料 o挖取或拦截 t·泥沙的平均费用为 u元 ∀又据舒尔茨k杨林 ot|{vl的研究 o进入河道径
流中的固体物质约为流沙流失总量的 xs h o以此推算 o杉木林采伐后 o每年每 «°u 比有林地多流失 w{·
vtt 第 t期 康文星等 }杉木人工林采伐后水源涵养和固土保肥效益损失的评价
泥沙 o造成的经济损失费用计 w{元 ∀
u1u1u 保肥效益的损失 随着采伐迹地水土大量流失带走了大量的营养成分 o造成了保肥效益的损
失 ∀采伐迹地养分流失的效益损失 o用土壤中带走的主要营养成分纯 ‘!° !Ž分别换算成碳酸氢铵 !过
磷酸钙和硫酸钾等肥料之量 o再以肥料价格进行计算 ∀
我们研究地区的杉木林土壤为中有机质层厚层黄壤 ∀据土壤分析 o林地表土层有机质含量 wx ª#
®ªpt o主要养分含量 ‘t1{u ª#®ªpt o° s1|zª#®ªpt oŽut1tzª#®ªpt ∀纯 ‘!° !Ž折算成化肥的比例 o分别为
|zΠtw oxsyΠyu otzwΠz{ ∀由此算出 o采伐迹地每年每 «°u 比林地多流失的养分 o有机质 u1tyx·o纯 ‘s1s{z
·o°s1swz·oŽs1tst·∀折算成化肥碳酸氢铵 s1ysy·o过磷酸钙 s1v{t·o硫酸钾 s1uuy·∀在湖南省会同林
区 o碳酸氢铵 !过磷酸钙和硫酸钾化肥的平均售价依次为 vx{元#·pt ou{s元#·pt ovus元#·pt o另外 o有机
质 ux元#·pt ∀根据上述数据 o可得出杉木林采伐后引起土壤肥力衰退的效益损失值 o每年每 «°u 有机
质 xw元 o‘utz元 o°tsz元 oŽzu元 o总计高达 wxs元 ∀
采伐迹地不仅随表土流失带走了大量养分 o同时 o随地下径流的输出 o营养元素的损失也比有林地
多 ∀从有林区和采伐迹地地下径流中营养元素的输出对比分析看出k表 yl o除钙 !镁外 o采伐迹地多输
出纯 ‘u1tvu ®ª#«°pu o° s1txt ®ª#«°pu oŽz1{z ®ª#«°pu o由此损失营养物质年效益值约 y元#«°pu ∀
表 6 地下径流营养元素的输出
Ταβ .6 Εξπορτ οφ νυτριεντ ελεµεντσιν υνδεργρουνδ ρυν οφφ k®ª#«°pul
类型
×¼³¨
‘
‘‹w p ‘ ‘’v p ‘ ’µªp ‘ ≥∏°
° Ž ≤¤ ª ײ·¤¯
有林区 ƒ²µ¨¶·¤µ¨¤ s1xyw s1tyz s1tvx s1{yy s1tt| t1vz| u1yt| u1|zw z1|xz
采伐区 ≤∏·2²√ µ¨¤µ¨¤ s1{zx t1{|y s1uxw u1||{ s1uzs |1uxu ux1xy {1zvx wy1{ty
林木采伐后 o泥沙流失每年损失的效益 w{元#«°pu o保肥效益损失 wxs元#«° o随地下径流输出的养
分损失 y元#«°pu o总计 o固土保肥效益损失 xsw元#«°pu ∀
213 改良土壤效益损失
有林区林木未伐前年平均产生的凋落物 wwz|1vt®ª#«°puk表 zl ∀枯枝落叶层是土壤有机质的重要
来源 o而且是土壤最为活跃 !最起作用的表面层 o在维持土壤稳定 !改良土壤结构 !改善土壤理化性能以
及提高土壤肥力等方面起着十分重要的作用 ∀林木采伐后 o伐区失去了凋落物来源 o其地表面的凋落物
因采伐作业过程中的人为干扰也荡然无存 o采伐迹地已失去了林木凋落物对土壤的改良作用 ∀凋落物
对改良土壤结构 !改善土壤理化性能的效益 o目前还没有切实可行的计量标准 o无从评价 ∀本文仅对凋
落物能提高土壤肥力方面来评价森林采伐后损失的改良土壤效益值 ∀
表 7 杉木林的凋落物量
Ταβ .7 Τηε αµ ουντ οφλιττερ ιν α Χηινεσεφιρ πλαντατιον k®ª#«°pul
组分
≤²°³²±¨ ±·
年度 ≠ ¤¨µ
t|{v t|{w t|{x t|{y t|{z
平均
 ¤¨±
小枝 ׺¬ª tuux1{v tusy1uz ttyt1zv tsws1zs tus{1vu ttyv1xz
针叶 ‘¨ §¨¯¨ utzz1yv uzx|1s{ uxwy1zs ussy1uw uuv|1ts uvwx1zx
落果 ≤²±¨ {ty1yw y{x1yt zzt1yw z{t1|s zvx1wt zx{1wu
碎屑 ≤ ¤¯¶·¬¦°¤·¨µ tyy1sv t{z1v| vuu1y{ t|u1w| tyx1ty usy1zx
合计 ≥∏° wv{y1tv w{v{1vx w{su1zx wsut1vv wvwz1|| wwz|1vt
从表 {中看出 o林木未采伐前 o每年凋落物营养元素归还林地的量 }纯 ‘vz1s{ ®ª#«°pu o° u1t|y®ª#
«°pu oŽz1wsz ®ª#«°pu ∀把这 v种营养元素量折算成相应的化肥量 o再以化肥售价计算出 o杉木林采伐
后每年每 «°u 损失的改良土壤效益 tsu元 ∀
wtt 林 业 科 学 v{卷
表 8 凋落物营养元素年归还量
Ταβ .8 Τηε αµ ουντ οφ αννυαλ ρετυρν οφ νυτριεντ ελεµεντσιν λιττερ k®ª#«°pul
组分 ≤²°³²±¨ ±· ‘ ° Ž ≤¤ ª Ε
小枝 ׺¬ª x1vyw s1uxz t1syv tz1xsx u1vvz uy1xuy
针叶 ‘¨ §¨¯¨ ut1xvw t1tw| v1ssv wu1wvx x1yxv zv1zzw
落果 ≤²±¨ z1sxu s1ytw u1y|u {1txt t1xuw ut1svv
碎屑 ≤ ¤¯¶·¬¦°¤·¤µ v1tvu s1tzy s1yw| v1vvv s1xtv z1{sv
Ε vz1s{u u1t|y z1wsz zt1wuw ts1usz tu{1tvy
v 结论
杉木林采伐后 o采伐迹地与有林区比较每年土壤蓄水量少 ywy °v#«°pu o调洪能力少 z{y °v#«°pu o
枯水期提供的水量少 vt{ °v#«°pu ∀采伐迹地每年流失的泥沙量比有林区多 w{·#«°pu o由此比有林区
多流失的营养物质纯 ‘s1s{z·#«°pu o° s1swz·#«°pu oŽs1tst·#«°pu ∀
采伐 t «°u 杉木林 o每年损失涵养水源效益价值 {w|元 o固土保肥效益 xsw元 o改良土壤效益k仅提
高土壤肥力方面ltsu元 o总计达到 twxx元 o森林采伐的损失是巨大的 ∀
参 考 文 献
车克钧 o傅辉恩 o贺红元 q祁连山水源涵养林综合效能计量的研究 q见 }林业部科技司主编 }中国森林生态系统定位研究 q哈尔滨 }东北林
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霍应强 o徐孝庆 q森林水文生态效益计量评价体系的研究 q南京林业大学学报 ot|{y ottkul }wz ∗ xz
廖士义 o温亚力 q浅论森林资源及其经济评价 q林业科学 ot|{| ouxkxl }wx| ∗ wyx
李 周 o徐 智 q森林社会效益计量综述 q北京林业大学学报 ot|{w oykwl }y ∗ zs
康文星 o田大伦 o谌小勇等 q杉木人工林水量平衡和蒸散的研究 q植物生态学与地植物学报 ot||u otykul }t{{ ∗ t|x
卢俊培 o曾庆波 q海南岛尖峰岭游耕农业及热带林采伐后的生态后果 q见 }林业部科技司主编 q中国森林生态系统定位研究 o哈尔滨 }东北
林业大学出版社 ot||w oz{z ∗ z|y
潘维俦 o田大伦 o谌小勇等 q亚热带杉木人工林生态系统的水文学过程和养分动态 q中南林学院学报 ot|{| o|k增l }t ∗ ts
田大伦 o何丙辉 o徐 海 q杉木人工林生态系统人为干扰的水文学效应的研究 q见 }刘煊章主编 q森林生态系统定位研究 q北京 }中国林业
出版社 ot||v ot{z ∗ t|w
杨 林译 q国外森林公益效能计量研究 q中国林科院情报所 ot|{v ov|
xtt 第 t期 康文星等 }杉木人工林采伐后水源涵养和固土保肥效益损失的评价