全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 24(5)：396—401 2004年 9月
九万山自然保护区森林植被涵养
水源效益的初步研究
蒋运生，宁世江，唐润琴
( 篝 墓广西植物研究所，广西桂林54106)
摘 要：研究与分析了广西九万山自然保护区森林植被在涵养水源方面的生态效益。结果表明，该保护区森
林通过林地土壤根际层、枯落物层和林冠层等三个水文层次，贮蓄的雨量为 18 368．O7×10 m。／a，直接或间
接带来的生态社会效益价值为 2．44亿元；水源涵养效益显著，对维护地方生态安全极为重要。
关键N：水源涵养；效益；森林植被；九万山自然保护区
中图分类号：Q948．1 文献标识码：A 文章编号：1OOO 3142(2OO4)O5—0396—06
Study on the water conservation benefit of forest
vegetation in Jiuwanshan Natural Reserve
J IANG Yun—sheng，NING Shi-j iang，TANG Run—qin
(Guangxi Institute of Botany，Guangxi Zhuangzu Autonomous Region and Academia Sinica，Guilin 541006，China)
Abstract：This paper studied the benefit of water conservation of the forest in Jiuwanshan Natural Reserve．The re—
sults showed that this forest could conserve a total of water source from precipitation 18 368．07×104m3·a- in three
hydrodogical layers-canopy，litter and soil，which values 2．44×10 yuan·a～accordingly．This indicates that the for—
est has a notable ecological profit，and it is significantly important for ecological security in the area．
Key words：water conservation；benefit；forest vegetation；Jiuwanshan Natural Reserve
森林不仅是陆地生态系统的重要组成部分，而
且其本身又是一个相对独立、结构复杂、功能健全、
稳定性大的生态系统，它对蓄水、保水及水分循环乃
至整个生物圈的生态平衡都具有极其重要的作用。
九万山自然保护区是广西森林植被保存比较完
整的自然保护区之一，区内森林生态系统复杂多样，
原生性、稳定性较强，并且保护区又处在融江、柳江、
西江等众多江河的上游，对涵养水源的作用和地位十
分突出。为此，2003~2004年初，我们对广西九万山
自然保护区森林植被的涵养水源功能进行了考察研
究，同时以货币形式，应用“相关替代法”(森林所具有
的涵养水源效益与产生等量效益的相关工程费用比
较)进行分析，以期使人们深入地了解本区森林生态
系统在广西区域经济发展中的重要意义，为进一步强
化保护与管理好森林资源提供理论和科学依据。
1 自然条件特点
九万山自然保护区位于广西北部的融水、环江
与罗城等三县交界处 (108。35 32 ～108。48 49 E，
25。01 55”～25。19 54 N)，总面积 252．43 km。。按地
貌形态特征、外营力、地质构造和切割深度，属于侵
蚀褶皱深至中等切割中山类型；域内地势西北高、东
南低；崇山峻岭、峰峦叠嶂、谷深坡陡、谷岭交错、河
溪纵横、地形复杂、变化错综。山峰海拔多在 1 000
m以上，谷底 250～300 m之间，大于 1 500 m的山
收稿日期 t 2004—03—24 修订日期：2004—04—25
作者简介 蒋运生(1966一)，男，广西恭城县人 ，助理研究员 ，从事植物种质资源调查 、收集、良种选育 、引种栽培等研究。
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5期 蒋运生等：九万山自然保护区森林植被涵养水源效益的初步研究 397
峰有 14座，最高峰为无名高地海拔 1 693 ITl，次为老
高山海拔 1 683 ITl，岭谷高差悬殊。
九万山自然保护区处在 中亚热带季风气候区
内，多年的平均气温为 12～17．1℃，最冷月(1月)
的平均气温 4～6℃，极端最低气温一8～一10℃，最热
月(7月)的平均气温 22~25℃，极端最高气温为 37
℃，气温的年较差为 19℃；日照时数 1 000～1 200
h，≥10℃的年均积温 4 6OO～5 000℃，与本区边缘
的三防、四堡、旦兴和龙岩等地相比较，其年平均气
温、最冷月与最热月均温都低 2～5℃，极端最低温
偏低 5℃。年均降雨量为 1 600～2 100 mm，降雨
最多年份可达 2 313．7 mm，较上述三县城的降雨量
多210~400 mm；相对湿度为 82 ～9O ，比附近
县城偏高 8 ～12 ，表现出冬寒夏凉，相对湿度大
的山地气候特点。
区内土壤类型比较复杂，除了地带性的红壤外，
尚有山地红壤、山地红黄壤、山地黄壤、山地黄棕壤
和山地矮林土等多种土类。优越的气候条件及复杂
多样性的生境，为各种植物的生存和森林的发育创
造了有利条件。
2 主要森林植被类型
根据考察结果，九万山自然保护区的森林植被
丰富多样，从大类上划分，有森林、灌丛和草丛等类
型，其中森林是本区生态系统的主体。在森林植被
类型中，有常绿阔叶林、中山常绿落叶阔叶混交林、
针阔叶混交林、亚热带针叶林和山顶矮林。常绿阔
叶林的多样性尤为突出，类型也很丰富，按乔木层优
势树种来划分有以栲类如细枝栲(Castanopsis car—
lesii)、硬叶栲(C．tibetana)、红椎(C．hystrix)、栲树
(C．fargesi)、毛栲 (C．fordii)、元江栲 (C．neo—
cavaleriei)等为主的森林类型和以荷木(Schima SU-
perba)、银荷 木 (S．argentea)、木 莲 (Manglietia
fordiana)、桂 南 木 莲 (M．chingii)、阔 瓣 含 笑
(Mi6helia platypetala)、桂北木姜子(Litsea subco—
riacea)、红苞木 (Rhodoleia parvipetala)、马蹄荷
(Exbucklandia populnea)、云贵山茉莉(Huoden-
dron biaristatum)、西藏山茉莉(H．tibeticum)、乐东
拟单性木兰(Parakmeria lotungensis)等为主的森
林类型。常绿阔叶林是所在气候带内的地带性植被
类型，占的比例最大，为主要植被类型，分布在海拔
1 200 m以下的地段。中山常绿落叶阔叶混交林出
现在山体上部，海拔为 1 300 1 600 m，由较耐寒的
常绿阔叶树种类和落叶阔叶树种混合组成。其中常
绿阔叶树以铁椎栲(Castanopsis lamontii)、银荷木、
桂南木莲、榕叶冬青(Ilex ficoidea)、马蹄参(Dip—
lopanax stachyanthus)等为主，落叶阔叶树则由长
柄水青冈(Fagus longipetiolata)、陀螺果(Mellio—
dendron xylocarpum)、广 东木瓜红 (Rehderoden—
dron kwangtungensis)、缺 萼 枫 香 (Liquidambar
acalycina)、腺毛泡花树(Meliosma glandulosa)、五
裂槭(Acer oliverianum)和青榨槭(A davidi)等组
成。中山针阔混交林除了短叶罗汉松(Podocarpus
wangi)、红岩杜鹃(Rhododendron haofui)林外，
尚有长苞铁杉(Tsuga longibracteata)、红苞木林和
海南五针松(Pinus fenzeliena)、广西大头茶(Gor—
donia kwangsiensis)林及福建柏(Fokienia hodgin—
si)、栲树林等。山顶矮林分布在海拔 1 500 m以上
的山顶和山脊，以杜鹃属(R^ o o P ro )的种类为
主，如羊角杜鹃(R^ 0 0 P r0 cavaleriei)林、六角
杜鹃(Rh．westlandi)林、南华杜鹃(Rh．simiarum)
林和红岩杜鹃林等。
3 森林涵养水源功能
3．1枯落物层持水功能
森林涵养水源的功能是通过枯落物层吸水和森
林土壤根际层持水及林冠截留降雨来实现的，其中
枯落物持水力的大小是反映森林蓄水功能作用的一
个重要指标。
本研究采用样方收获法，按未分解层和半分解
层调查了九万山自然保护区不同森林植被类型枯落
物的现存量，同时以样品浸水法测定了其持水能力。
调查结果显示，本区森林植被的枯落物较多，天然阔
叶林枯落物现存总量明显高于针叶林。在天然阔叶
林中，以山顶山脊矮林的枯落物层现存总贮量最高，
为 42．10 t／hm。；其次是中山针阔混交林和中山常
绿落叶阔叶混交林，分别为 29．91 t／hm。和 28、j7
t／hm。；常绿阔叶林 24．46 t／hm。，中山次生落叶阔
叶林 24．16 t／hm。。针叶林尤其是杉木(Cunning—
hamia lanceolata)人工林则随着林龄及人为干扰影
响程度的不同而差别较大，在人为干扰程度较轻的
情况下，12年生的杉木人工林枯落物现存总量为
15．10 t／hm。；马尾松(Pinus massoniana)中龄林的
枯落物总量 1O．14 t／hm。，毛竹(Phylostachys edu—
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lis)林枯落物总量 7．39 t／hm 。灌丛和草丛的枯落
物相对很少，分别为 4．22 t／hm 和 0．96 t／hm (表
1)。与其他地区相比较 ，本区常绿阔叶林的枯落物
现存总量远多于浙江省午潮山和天童山林区相应森
林类型的 14．8O～18．42 t／hm (沈辛作等，1986)，
略高于滇中山地常绿阔叶林的 24．61 t／hm (刘文
耀等，1991)；而针叶林的枯落物现存总量则与浙江
宁波天童山的 9．89 t／hm 接近，而远低于滇中云南
松林的21．59 t／hm 。
从枯落物持水力测定结果看 ，不同森林类型枯
落物层的持水能力都很强(表 1)。其 中阔叶林枯落
物吸水量是其本身(干物质重)的 3倍左右，针阔叶
混交林接近 2．5倍 ，针叶林和毛竹林、灌丛与草丛的
枯落物层吸水量也为其 自身干物质重的 2倍以上。
但是，无论是针叶林或是阔叶林，均以半分解状态的
枯落物持水率最高，其中阔叶林半分解层枯落物的
持水率可达 317．63 ～372．46 ，未分解层枯落物
持水率只有 201．63 ～259．07 ；针叶林半分解层
的持水率为 221．35 ～257．35 ，未分解层相对较
低，为 188．01 ～2O2．67 。
森林枯落物的蓄积越多，其截留降水的能力就越
大。对一次降雨而言，保护区的阔叶林枯落物层的最
大吸水量 85．57 t／hm2，相当于 8．6 nlTl的降雨量；针
阔叶混交林枯落物层的最大吸水量 73．36 t／hm2，相
当于 7．3 1TI1TI的降雨量；杉木林和马尾松林的枯落物
层的最大吸水量分别为 33．21 t／hm2和 2O．48 t／
hrn2。按各类森林面积推算，整个保护区森林植被枯
落物层对一次降雨的最大吸水量可达 186．85 X 10 t
(表 1)。由此可见，本区阔叶林的枯落物不仅现存总
量较大，而且蓄水保水的作用特别明显。
表 1 九万山自然保护区不同森林类型枯落物干重及其持水能力
Table 1 The dry weight of the litter on forest floor and their water retaining capacity in different forest types
分布面积
Area
(hm )
枯落物量
I itter mass
(t／hm )
吸水量 Absorbing water capacity
R ate(
率N D
单
en omin ation a
量
rea
吸水深 总吸水量
Depth Total
(mm) (X104 t)
阔叶林 Broad-leaved forest
针阔混交林 Coniferous broad-leaved forest
马尾松林 Pinus masonfana forest
杉木林 Cunninghamia lanceolata forest
毛竹林 Phyllostachys edulis forest
灌丛 Shrubbery
草丛 Herbosa
合计 Total
29．82
29．91
10．14
15．10
7．39
4．22
O．96
296．91
245．28
202．05
219．94
214．03
208．92
199．17
85．57
73．36
20．48
33．21
15．82
8．82
1．91
8．56 171．47
7．34 3．27
2．05 0．08
3．32 11．22
1．58 O．36
0．88 0．36
0．19 0．09
3．42 186．85
3．2森林土壤蓄水能力
土壤根际层是森林蓄水的另一个极其重要的层
次，其蓄水能力的大小，主要取决于其非毛管孔隙度
多少，土壤根际层中的非毛管孔隙度越多，对降雨的
贮存量就越大。本文用常规方法(环刀法)，按土壤
剖面发生层次，测定 了保护区不同森林植被类型的
土壤物理性质和蓄水能力。结果表明，本区各类不
同阔叶林地表层土壤的非毛管孔隙度除了中山次生
落叶阔叶林略小(15．80 )外，其余都在23．O4 以
上，最高可达 29．8 。这是由于其域内森林枯枝落
叶层较厚(5～10 cm)、苔藓植物较茂盛，环境湿润，
微生物活动活跃 ，较明显地改善了土壤的物理性状，
使土壤容重降低，总孔隙度增大，非毛管孔隙增多，
从而大大地提高了土壤的蓄水能力。
若土壤非毛管孔隙内全都贮满水分，森林土壤
根际层的蓄水能力大小可通过公式：贮水量 (m。／
hm )一10 000(m )×土层厚度(m)×非毛管孔隙
度( )进行计算(中野秀章，l983)。
保护区的土壤类型和分布都比较复杂，各类土
壤在不同的地段上其土层厚度也很不一致，通常山
体下部、山坳和山麓的土层较深，常在 100 cm以上，
中上坡为 60~80 cm，而山顶和山脊地段的土层则
相对较薄(40~60 cm)。为方便计算，本文将本保护
区各类土壤的土层深度均以 100 cm作为标准，结合
各森林类型的分布面积，土壤剖面发生层次的非毛
管孔隙度，按比例计算出本区森林土壤的静态贮水
量为 4 247．57X10 m (表 2)。其中针阔叶混交林
由于土壤根际层中的非毛管孔隙度较大，因而其贮
水量最多，单位面积蓄水深可达 206．5 mm；其次阔
叶林 l78．3 mm、杉木林 147．I mm。
根据气象观测资料，保护区附近地区的三防镇
每 l h降雨量极值为 90．0 mm，要达到 l78．3 mm
和 l47．1 mm雨量，阔叶林和针叶林内分别需要极
值降雨 1．8 h和 1．5 h后，区内林地土壤吸水才能
9 ) O ∞ ∞ ∞
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5期 蒋运生等：九万山自然保护区森林植被涵养水源效益的初步研究 399
阔叶林 Broad-leaved forest 20 039
马尾松林 Pinus~la$$oniana forest 40
针阔混交林 Coniferous broad-leaved forest 445
杉木林 Cunninghamia lanceolata forest 3 379
毛竹林 P^ 0s￡口如 s edulis forest 228
灌丛 Shrubbery 407
草从 Herbosa 492
合计 Total 25 030
178．3O
1O3．40
2O6．5O
I47．10
97．40
44．60
83．70
注：保护区以常绿阔叶林为主。阔叶林贮水量以常绿阔叶林土壤的非毛管孔隙度计算。
Note：Water holding capacity of Broad-Leaved forest is calculated by the soil s noncapilary of evergreen Broad-Leaved forest(main species in
this area)．
达到饱和状态，也就是说极值降雨为 1．5～1．8 h
时，林内不会产生地表径流，所降的雨水可以全都被
林地根际层土壤的渗透作用贮存起来，然后再以地
下径流的方式缓慢不断地补给河溪，起到调节河流
径流的作用。
3．3林冠层截留雨能力
林冠层也是森林水文研究的一个重要层次，根
据里骆生态定位站观测的结果(温远光等，1988)，针
叶林(杉木林)降雨量>1．8 mm时，林 内开始出现
冠流；而常绿阔叶林则在降雨量增至 2．5 mm时才
出现冠流；如果降雨量强度由小雨(日降雨量<1O
ram)到大雨甚 至是 大暴雨 (日降雨量 i00～200
ram)时，常绿阔叶林对降雨 的截 留率 2O．O0 ～
11．13 ，杉木林 36．54 ～1O．O0 ，平均截留率针
叶林略优于阔叶林。
保护区的森林 比较茂密，且受人为干扰影响的
程度较轻，森林群落结构复杂，成层现象明显，通常
乔木层有 3个亚层，包括灌木和草本层至少有 5～7
个层次，林冠层较厚，对降雨的截留量可能比里骆林
区相应的森林类型还要大一些。按里骆林区森林林
冠层对降雨的截流率(取其平均值阔叶林 15．57 ，
针叶林23．27 )计算(温远光等，1988)，就一次大
雨(降雨量 i00 ram)过程来说，本区阔叶林 (含针阔
混交林)林冠可截留的水量为 318．94×10‘m ，针叶
林(含竹林)为 84．87×10‘m。，两类森林的林冠层共
截留降水 403．91×10‘m。。显然，森林林冠层对降
雨也有着很强的拦截能力。不仅可以大大地削减地
表径流量，延缓径流时间，而且对长期保持林区内有
较高的相对湿度、促进森林植被生长发育起到了相
当重要的作用。
4 森林涵养水源效益计量与评价
4．1森林蓄水保水效益
森林涵养水源效益较为准确的计量问题，涉及
到诸多方面的因素，比如林地土壤的水分蒸发、树木
的蒸腾作用、地表径流、地下渗流以及水的合理价格
等。本文只是从森林林冠截流水量、枯落物层吸水
量以及森林土壤贮水量等三个方面来衡量计算本区
森林涵养水源的效益。
根据上述森林林冠层、枯落物层和土壤根际层
涵养水源能力，本区森林涵养水源总的计量值为：
阔叶林 W，一W。+W。+W 一2．5O+8．56+
178．30— 189．36 mm
针叶林 一1．8O+3．32+147．10=152．22 mm
式中：w，为森林涵养水源能力，w。、w 、w 分
别为森林林冠层、枯枝落叶层、土壤根际层涵养水源
能力。按现有各类森林面积推算，本区森林对降雨
贮蓄的水量为 4 399．29×10‘m。。这一计量值是本
区森林三个水文层次对一次的降雨过程吸蓄降雨的
理论值。实际上这三个水文层次从开始吸水到饱和
状态，需要有一个过程，也就是说森林涵养水源的功
能是在不断地吸收和输出(为溪河补水)过程中产生
的，它的蓄水、补水作用是动态而不是静态的。
九万山自然保护区是以常绿阔叶林为主，针叶
林分布的面积仅占森林总面积的 13．6 ，因此，区
内的森林可以全都视为阔叶林，森林贮蓄的水量相
当于 189．36 mm。根据附近气象站观测资料，所在
地年均降雨量为 1 890 mm，按此推算，本区降雨的
总量为47 709．27×10‘m 。年雨量多集中在 5～8
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400 广 西 植 物 24卷
月，占全年的 52．4 9／6；在这一期间，通常连降暴雨，
降雨往往超出森林枯落物层吸收水量和土壤渗透能
力；此外，在干旱季节，尤其是每年 11月至翌年 1
月，降雨量过小，日降雨量尚未能达到进人林地土壤
的容量就被林冠或地被物截留而蒸发掉。据张建国
等(1994a)、中山哲之助等(1987)研究，各消耗因素
相加，占年总降水的 3O 。按此结果计算，保护区
森林吸收降雨贮蓄的水量可估算为年降雨量的
7O 9／6，即 33 396．49×10 m。。这是在动态吸收情况
下，本区森林对年度降雨的贮存量，实际上还应扣除
l5 的森林植被生理水分消耗和 3O 9／6的森林地表
水分蒸发(黄承标等，1994)，最后余下的贮存量，才
是森林通过林冠层、枯落物层、林地土壤层的蓄水能
力贮存补给下游江河的水量，所以，本区森林涵养水
源效益的实际计量值为 l8 368．O7×10 m。。按产
生等量效益相关水利工程所需的费用估算，相当于
要修建 183座库容 100×10 m。的小型水库。据水
利部门统计资料，按一般小型水库建设造价 1．2O～
1．5O元／m 计算，森林涵养水源效益的货币价值至
少也有2．2O亿元。可见，本区森林植被在蓄水保水
作用方面的效益是相当显著的。
4．2削减洪峰效益
九万山自然保护区是柳江许多一级支流或二级
支流的发源地，为柳江水量补给的重要区域。这些
河流在正常年间 3～4月份开始涨水 ，5月份水量大
增，6～7月份出现最大洪峰，直至 8月底才开始 回
落，汛期为4个月左右。洪汛期间，本区的日降雨极
值可达 311．50 ram(1976年)，此时林区的降雨总量
达到 7 863．20×10 m。。假定在无森林覆盖的情况
下，扣除无林地(草地或灌丛地)土壤层吸收的雨量
(83．70 ram)，还有 5 750．36×10 m。的雨量将直接
汇人贝江、中洲河、小东江河和阳江河，然后进人柳
江，造成柳江出现最大洪峰，而在森林作用下，现有
森林植被可滞留 4 780．02×10 m。的降雨于林冠
层、枯落物层和林地土壤根际层中，缓慢地向下渗透
成为地下径流，比无林的情况下削减了 46．38 9／6(即
2 667．18×10 m。)的降水量直接汇人江河，使下游
江河不致于受到最大洪峰的危害，有效保障柳江流
域乃至西江两岸广大地区人民生命财产的安全。如
果防洪期的排涝费用为 0．10～0．15元／m。，现有森
林的防洪效益则为 333．40万元。可见，本区森林的
滞洪、减洪效益是十分明显的。
4．3减免旱灾效益
森林有利于降雨，在水分循环过程中起着重要
作用(东北林学院，l981)。大面积森林通过林冠层
的蒸腾作用，不断地向大气中输送水蒸汽，增加其周
围空气中的水分含量；与此同时，森林中林木的光合
作用，又需要消耗大量的热能，使森林上空的气温下
降；此外，森林对气流的移动亦起到阻碍的作用，迫
使暖气流上升，加速冷热气流的运动，从而促进空气
中的水汽达到饱和状态，为凝云致雨创造条件。
在陆地生态系统中，森林覆盖率每增加 l ，可
增加降雨量 7．70 mm，森林地带比无林地带可多降
雨量约 4 9／6(张建国等，l994b)。本区的森林覆盖率
很高，为 95．59 ，按上述研究结果推算，每年降雨
量至少可增加 l 908．37×10 m。，在缺水季节里，周
边地区的耕地和农田灌溉用水便可得以解决。按现
行的抽水灌溉费用 2．OO元／100 m。计算，本区森林
在减免旱灾方面的效益价值为 38．17万元。
4．4对耕地增产效益
据中国林业科学研究院情报所(1979)研究结
果，农田防护林带、林网对农田的增产效益明显，大
面积的森林通过调节降雨和小气候环境，某种程度
上对周边地区耕地农作物生产起到的促进作用，比
单一的防护林带还要强。森林覆盖率为 3O％～
5O 时，周边农田增加的产量为 5．0 9／6～7．0 。受
保护区直接或间接影响的农 田有 4．74×10 hm ，
按平均单产粮食 6 000 kg／hm 、现行市场粮食价格
120元／lOOkg计 ，周边地区每年至少可增产粮食达
l 706．40×10 kg，农田增产效益达 2 047．68万元。
5 结语
保护区现状的森林生态系统，尤其是常绿阔叶
林生态系统结构复杂 ，原生性状较强，处在自我演化
和自我协调的稳定状态，它除了具有其它同类自然
保护区在调节气候 、保持水土、净化空气、保护环境、
种质保护、科学研究等方面的功能作用外，其涵养水
源的功能效益特别明显。综合上述各项计量值可
知，本保护区森林生态系统仅在涵养水源方面，每年
给社会带来的效益价值就能达到 2．44亿元。
本文对保护区森林涵养水源的效益进行估价，
只是从其现状森林的蓄水保水、削减洪峰、减免旱
灾、农业增产增收等 4方面考虑；其实本保护区森林
涵养水源的功能贡献还体现在调节西江支流柳江河
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5期 蒋运生等：九万山自然保护区森林植被涵养水源效益的初步研究 4Ol
流量的同时，具有保证柳江河航运正常进行等方面
的重要作用。
涵养水源效益只是本保护区森林诸多生态效益
的一部分，若把其所具有的生态功能(如保持水土、防
止江河水库淤积、土壤养分流失、提高土壤肥力、制氧
及医疗保健等)与效益完全计量出来的话，本保护区
的生态效益或者说社会效益是相当巨大的。由此可
见，森林对地方国民经济发展和人民生活安定具有特
别重要的地位和突出的保护意义。如果本保护区的
森林得不到很好的保护管理，其涵养水源功能一旦丧
失后，受害的不仅仅是贝江、融江、柳江流域及其周边
地区，而且还将危及西江流域的生态安全。因此，必
须进一步强化保护与管理好保护区的森林植被。
致谢：蓝万刚、韦世良、韦生军、欧卫宁、赵成顺、
覃裴参加了部分野外工作。
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