作者: 温才妃 李佳 来源: 中国科学报 发布时间:2019-5-14
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寻找提升京津冀森林质量的诀窍

▲林地调节热岛功能区划

▲马履一在西山林场检查林木液流及环境参数变化情况。北京林业大学供图

■本报记者 温才妃 通讯员 李佳

我国京津冀地区水资源严重短缺、生态空间狭窄、森林资源匮乏、森林质量低下,已成为无可争议的事实,区域人均水资源仅为全国的1/8,人均森林面积不到全国平均的1/3,平均每公顷蓄积仅为全国平均水平的1/3。

北京林业大学林学院森林培育学教授马履一团队为解决这一难题,开展了20余年的相关研究,并提出了“京津冀生态圈植被构建与森林质量提升关键技术”。

“我们花费了大半生的精力去做好这件事情。”马履一说。10多名老师、80余名研究生围绕北京平原、天津滨海滩涂盐土和吹填土、京津冀山地3种不同的立地类型,开展了节水树种选择、植被构建、盐碱土绿化、平原困难立地造林、森林抚育及森林游憩环带网络构建等研究,为推进京津冀协同发展林业生态建设提供了重要科技支撑。

这项技术研究成果近期获评教育部高等学校科学研究优秀成果奖科学技术进步奖二等奖,是由北京林业大学、北京市园林绿化局、天津海林生态建设股份公司和塞罕坝机械林场总场共同完成的。

都市绿化精准节水

而造林能否成功的关键是水,北京地区特别缺水。

1995年,马履一团队的研究生孙鹏森开始用中国第一台热扩散植物茎流测量仪测量北京主要植物的耗水量。逐渐的,孙鹏森和他的师弟、师妹们测遍了北京所有植物的耗水量,率先揭示了植物水容、导管管胞导水特性等植物耗水机制,还选出了节水1.7~9.0倍低耗水植物。

此后,他们结合地块可供水量,又首创了林木导水边材面积与胸径生长、气象因子与树干液流通量、单木与群体耗水扩展模型,编制了减少无效耗水45%以上的节水型林分密度调控表;创新性地提出以绿地植物组合蒸腾水量、不同绿地结构光照差异性与蒸腾耗水间的关系,筛选出了节水达17.2~62.0%的高节水绿地配置类型。

通过测算发现,北京每年的绿地蒸腾量高达3.89亿立方米,建立一套有效的城市绿地水分分级管理和节水灌溉组合技术迫在眉睫。

团队成员、副教授贾忠奎说:“我们创制的灌溉制度分别采用特级、一级、二级三种不同的绿地养护等级,分别可以实现节水0.49、0.96和1.25亿立方米。”

这些成果突破了缺水都市绿化常规灌溉高耗水的管理模式,实现了节水型植被构建目标。

困难立地科学造林

含盐量超过6‰的土壤是重盐碱地,重盐碱地如何直接快速绿化是一个世界性的技术难题。

不仅如此,马履一团队面对的难关还有在平原地区大规模建筑腾退地、砂石坑地、沙荒地等困难立地上造林。

“虽然研究对象都是‘困难’立地,但我们有多年的研究和经验做基础,仍然有信心克服这些‘困难’。”马履一回忆道,“我们的法宝就是‘三新’,即新品种、新技术和新材料。”

一根1.2米高、0.6米粗的智能化土柱是马履一团队博士生张博做室内模拟的主要设备,他的户外实验都是在天津滨海区的海滩上做的。这根土柱用来验证他在野外研究中提出的重盐土改良技术,每0.2米一层,分别填充着从滨海地区运来的原状重盐土,每层的含盐量变化数据都能实时传输到他的电脑上。

在此基础上,他们又开始对植物耐盐栽植养护技术动起了脑筋。

最终,针对天津滨海区海滩涂盐土和吹填土,他们发明了低成本节水型重盐土局部改良与绿化技术,将盐土含盐量降至1.55‰,洗盐节水率达30%,成本降低了40%,造林成活率达到95%以上。

另外,他们选出93个功能树种,首次提出了基于不同主导功能的北京平原困难立地造林区划,创建了困难立地改良、保活、促生集成配套应用技术及造林模式,造林成活率可达98%。

即使是河北平山这样的片麻岩山地,他们也通过恢复植被最低土层厚阈值及节水型造林技术模式使得造林保存率达85%以上,实现了区域森林资源增加的目标。

定量化多功能精准抚育

京津冀山地主要分布着人工林,从生长阶段来看都属于中幼林。因此,精准提升森林质量和功能的抚育技术很关键。

据马履一介绍,森林生长模拟与经营决策辅助系统能有效解决这一问题。它能够根据不同树种,预测现有森林的生长模型,还能根据不同的抚育技术,预测几年甚至几百年后的生长效果,预测精度高达96%。

马履一团队的博士生段劼,博士论文针对的就是这项研究。他从2004年开始,每年4月到10月,和同门一起对北京地区进行样地调查,区域逐渐扩大到京津冀地区。他们一共调查了1024块样地。在大量的外业数据基础上,他们不断修改模型,数据解析,精益求精,创制了人工林抚育精准量化技术,建立了21套抚育技术模式。

他们还提出了包括抚育后森林生长、固碳增汇、水源涵养、森林游憩及生物多样性5类40余项指标的多功能定位监测与评价技术,并对北京、塞罕坝和平泉等森林抚育效果进行了监测与评价,发现森林质量与效益提高了20%以上;首创了“五环一网”森林游憩环带网络体系,构建了林种结构调整、景观视觉管理、季相建设等环带抚育经营技术,使得北京地区美景度提高了14.3%。

团队成员、教授贾黎明举例,他们以河北平泉油松人工林为对象,采用间伐、修枝、采伐剩余物处理等抚育措施,每公顷一年可增加碳储量4.10吨。

据了解,该研究开展过程中已为北京平原百万亩造林、天津滨海滩涂盐土和吹填土绿化、京津冀中幼林抚育等区域重大林业工程提供了科技支撑,共建立示范区378个共37.6万亩,推广566.6万亩,新增效益51.35亿元。

《中国科学报》 (2019-05-14 第7版 生态环境)
 
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