項目編號：速生桉樹人工林對水庫的生態效應與影響項目名稱：聯系電話：1.本建議書為申請國家公益性行業科研專項項目的主要文件。各項內容必須認真填寫，表內欄目不能空缺，無此項內容時填“/”。2.項目編號不填寫，由水利部統一編寫。3.“項目名稱”要簡潔、明確，字數不超過20個漢字。5.建議書總篇幅建議控制在7000字以內。7.書面申報材料一式五份，A4紙打印。項目編號項目名稱水利部經費概算實施周期□能源√資源√環境□農業□材料□制造業□交通運輸□公共安全與其他社會事業項目與《綱面向國家重大戰略需求的基礎研究領域□基本屬于《綱要》水和礦產資源領域水資源優化配置與綜合開發利□其他(請說明)項目定位創新類型□原始創新√集成創新□引進消化吸收再創新項目完成時的應用類型□形成自主研發能力□形成規模生產能力√局部試點示范√較大范圍推廣應用內容摘要(500字以飲用水水源保護是保障人民身體健康的頭等大事。隨著廣西城市化的不斷推進，城市備用應急水源地建設已成為各級政府為民辦實事的重點工程。廣西目前已成為全國桉樹種植面積最大的省區(2480萬畝)。國內外關于桉樹人工林對生態環境影響的爭論一直存在。本項目針對我國華南地區速生桉樹大面積種植帶來的環境生態問題，以水庫流域范圍內水文、氣象、土地利用、土壤以在現有桉樹種植及施肥模式下桉樹生長需肥、模數與水庫水量水質的相關關系，結合現場觀測工林區水文特征及養分流失規律。選取典型水庫進行長系列現場觀測試驗，結合水庫水文、泥沙、污染物和地貌過程集和遙感信息與數學模擬的綜合集成分析，探明水庫水質變化的主要脅迫因子，揭示水庫水環境演變的脅迫機制。研究建立匯流水系與水庫整體耦合的水沙模擬模型，提出維持水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾值，建立包括物理、化學、生物等過程的維系水庫生態安全的調控措施與對策。項目承擔單位的建議建議牽頭承擔單位：廣西壯族自治區水利科協作單位：中國水利水電科學研究院、廣西大學林學院(不超過三建議項目負責人姓名出生年月電子郵箱一、項目立項的必要性及需求分析1.項目立項的必要性水資源是經濟和社會可持續發展的重要物質基礎。在我國經濟高速發展的同時，關系人民群眾切身利益的飲水安全狀況仍然堪憂，目前在水質、水量及資源管理方面存在著諸多問題。黨中央、國務院高度重視飲用水安全工作。胡錦濤總書記多次做出重要批示：“無論有多大的困難，都要想辦法解決群眾的飲水問題，絕不能讓群眾再喝高作的首要任務”。溫家寶總理在《政府工作報告》中提出“我們的奮斗目標是，讓人民群眾喝上干凈的水、呼吸清新的空氣，有更好的工作和生活環境”。國務院印發了《關于落實科學發展觀加強環境保護的決定》(國發[2005]39號),明確提出“以飲水安全和重點流域治理為重點，加強水污染防治。要科學劃定和調整飲用水水源保護區，切實加強飲用水水源保護，建設好城市備用水源，解決好農村飲水安全問題”。水利部黨組已明確要求：把“保障飲水安全，維護人的健康已成為各級政府共識。為有效的開發利用水資源和保護水生態，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》中在“基礎研究”的“面向國家重大戰略需求的基礎研究"中明確提出：人類活動對地球系統的影響機制-重點流域大規模人類活動的生態影響、適應性和區域生態安全，重要生態系統能量物質循環規律與調控，生物區域需水規律與生態平衡等。同時，在“總體部署”中的“水資源優化配置與綜合開發利用”中提出：重點研究開發大氣水、地表水、土壤水和地下水的轉化機制和優化配置技術等。2011年中央一號文件《關于加快水利改革發展的決定》明確，力爭通過5年到10年努力，從根本上扭轉水利建設明顯滯后的局面。加快推進西南等工程性缺水城鎮供水水源地水質全面達標，重點區域水土流失得到有效治理。廣西自1999年開始大面積種植桉樹，據統計至2010年底，廣西全區速生桉樹人工林種植面積達2480萬畝，已成為全國桉樹種植面年，全區新增桉樹速豐林520萬畝。到2015年，桉樹速豐林總面積由現在的2480萬畝增加到3000萬畝。隨著廣西城市化的不斷推進，為應對水污染突發事件可能帶來的威脅，城市備用應急水源地建設已成為各級政府為民辦實事的重點工程。到2010年底，廣西全區已建成各類水庫4366座，水庫總庫容321.8億m3。承擔主要城鎮的備用水源地功能的眾多水庫，其水質狀況勢必成為當地百姓關注的焦點，也將成為影響他們生產生活的重要因素。國內外關于桉樹人工林對生態環境影響的爭論一直存在，爭論的主要焦點是大面積桉樹純林對當地生物多樣性、水土流失和涵養、生產力的維持以及大量施用肥料農藥對水、土壤環境的污染等方面。有研究指出，桉樹施肥技術中施肥量對林區內水體營養物質影響最大，提出提高肥料總養分含量、減少其施肥量等對策措施，并且已經在廣西區國營高峰林場等地進行實踐。總體而言，對于速生桉樹人工林種植方式、施肥方式對水土保持、水庫水環境變化的影響方面還缺乏進一步的研究探索。廣西自治區黨委、政府對人工速生桉樹種植的生態環境影響問題高度重注，組織林業、環保部門開展了一些相關的調研工作，主要包括人工速生桉樹種植化肥、農藥施用等相關調查研究，但尚未取得實質性成果。對種植速生桉樹人工林的水庫區域，在水環境的保護方面還存在著許多亟待解決的問題，主要表現在：(1)近年來部分水庫營養度指數有上升趨勢。(2)對于水庫周邊桉樹種植、施肥方式與水土流失模數、水庫水環境變化等之間的相關關系研究工作尚未開展。(3)缺乏全面的水質監測數據，很難全面及時地掌握庫區水土流失及水庫水量水質的動態變化，難以對水庫水環境變化的脅迫因子及脅迫機制進行識別和分析。(4)缺乏適合廣西山區的匯流水系與水庫耦合水沙數學模型。綜上所述，研究速生桉樹人工林對水庫的生態效應與影響機制，符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》的規劃目標、重要戰略需求，以及符合水利行業的基礎性需求，具有良好的應用前景和促進基礎科學的發展。2.分析說明項目實施能夠產生的重大經濟、社會效益。飲用水水源保護是保障人民身體健康的頭等大事，也是水污染防治工作的重點任務之一。在技術上，項目選取典型山區水庫為研究對象，對水庫流域范圍內水文、氣象、土地利用、土壤以及水質等歷史護社會穩定，對于全面建設小康社會目標、構建和諧與對策。2.研究與開發任務與內容(1)速生桉樹人工林區典型水庫生態環境現狀及其評估研究通過歷史資料收集和現場試驗調查分析方法，在速生桉樹人工林區選取典型水庫作為研究對象，利用遙感影像、地理信息系統(GIS)等手段，分析庫區土地利用現狀與變化趨勢，建立土地利用類型、土壤營養成份變化、水土流失模數以及水庫水質監測數據庫。對水庫水體透明度、葉綠素a、總磷、總氮、總有機碳、化學需氧量等環境因子，以及藻類、底棲動物、魚類生物因子進行分析研究，系統評估林區水庫生態環境狀況。(2)速生桉樹人工林區水文特征及養分流失規律研究從森林與水資源相互影響的角度，深入分析桉樹人工林對降水的調節作用，研究森林生態系統中林冠層、地被物層、土壤層等不同界面層的水文特性、各水文指標的時空格局，以及水分傳輸規律與過程。對速生桉樹人工林種植季節、種植密度、土地坡度、高程、植被組土壤狀況以及施肥中基肥和追肥的時間、肥料成份、用量、覆土厚度等進行歸類與分析，借助徑流場分析土壤氮、鈣、鉀、鎂、磷等主要養分的遷移規律。(3)速生桉樹人工林對水庫生態環境影響機制研究選取典型水庫進行長系列現場觀測試驗，研究速生桉樹人工林種植方式、施肥方式與土壤營養成份變化、水土流失模數以及水庫水量水質變化的生態效應。對水庫徑流來水量、水體透明度、葉綠素a、總磷、總氮、總有機碳、化學需氧量等環境因子進行分析研究，結合水庫水文、泥沙、污染物和地貌過程，借助相關歷史資料收集和遙感信息與數學模擬的綜合集成分析，探明水庫水質變化的主要脅迫因子，揭示水庫水環境演變的脅迫機制。(4)特定林業開發模式下水庫生態安全調控措施與對策針對速生桉樹人工林區的水、土環境變化特點，提出維持水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾值，建立特定種植方式、施肥方式及地形地貌條件下，包括物理、化學、生物等過程的維系水庫生態安全的調控措施與對策。3.項目的技術關鍵、技術難點、創新點(1)技術關鍵根據項目目標及主要研究內容，項目的技術關鍵包括兩個方面：速生桉樹人工林區水文特征及養分流失規律；速生桉樹人工林對水庫生態環境影響機制研究。(2)技術難點：國內外關于桉樹人工林對生態環境影響的爭論一直存在，爭論的主要焦點是大面積桉樹純林對當地生物多樣性、水土流失和涵養、生產力的維持以及大量施用肥料農藥對水、土壤環境的污染等方面。對種植速生桉樹人工林的水庫區域，在水環境的保護方面還存在著許多亟待解決的問題。項目擬選取典型水庫作為試驗示范點，通過對水庫水土流失、水文、水質等因子的有效監測，分析研究速生桉樹人工林種植方式、施肥方式對水土保持、水庫水環境變化的影響，辨明水庫水質變化的主要脅迫因子與脅迫機制，探索特定林業開發模式下水庫生態保護調控理論與對策。技術難點主要體現在如下幾個方面：①速生桉樹人工林區水文特征及養分流失規律；②水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾值的建立；③速生桉樹人工林對水庫生態環境影響機制。(3)創新點針對我國華南地區速生桉樹大面積種植帶來的環境生態問題，通過項目的研究，了解速生桉樹人工林種植方水庫水環境變化的影響，辨明水庫水質變化的主要脅迫因子與脅迫機制，探索特定林業開發模式下水庫生態保護調控理論與對策。主要創①建立庫區匯流水系與水庫整體耦合的水沙模擬模型，揭示速生桉樹人工林種植方式、施肥方式與土壤營養成份變化、水土流失模數以及水庫水量水質變化的生態效應關系；②查明水庫水量、水質變化的主要脅迫因子及水庫水環境演變的脅迫機制，提出并確立水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾三、相關領域國內外技術現狀、發展趨勢及國內現有工作基礎1.國內外技術發展趨勢與現狀、專利等知識產權及相關技術標桉樹是桃金娘科桉屬樹種的統稱，種類約945種，是世界上主要的速生、豐產用材樹種，具有適應性強、木材生產周期短、經營效益高等特點。在強大市場需求的推動下，世界許多國家都廣泛引種桉樹，并采取集約化經營，走“林紙一體化”或“林板一體化”道路，取得了較高的經濟和社會效益。目前，全球桉樹人工林面積已超過2.25億畝，我國目前桉樹人工林面積大約為3000萬畝，主要栽培區在廣東、廣西、海南、云南、福建、四川、湖南等省(區)。廣西自1999年大面積種植桉樹至今已經12年，據統計至2010年底，廣西全區速生桉樹人工林種植面積達2480萬畝，種植面積一舉超過水稻 (1470萬畝)和甘蔗(1603萬畝),占全區土地總面積的5.6%,占人工商品林面積30.5%,已成為全國桉樹種植面積最大的省區，種植范圍覆蓋南寧、玉林、欽州、北海、賀州、貴港、崇左等主要城市。依據《廣西林業發展“十二五”總體規劃》,2011~2015年，全區新增桉樹速豐林520萬畝。到2015年，桉樹速豐林總面積由現在的2480萬畝增加到3000萬畝。桉樹作為一個外來樹種，雖然具有速生、樹干通直、耐瘠薄等優良特性，但是在一些廣泛栽培桉樹的國家里，桉樹一直是一個生態學上有爭議的樹種。但隨著大面積桉樹人工純林的營造，也出現了一些負面的影響。隨著按樹人工林的大面積發展和研究的不斷深入，按樹人工林的負面效應開始凸現，如地力衰退、生物多樣性下降、綠色項東云，2000;余雪標，2000;Riehardson,1993;Florenee,1991;Davson,1993;Bhaskar,1986;P(1)林地土壤退化桉樹林地土壤退化問題尤為普遍。據報道，我國廣東、海南、廣西、云南、四川、福建等地均有大面積桉樹林地發生土壤退化，國外也發現桉樹林地土壤退化現象。Dur等(2001)發現牧場在轉為巨按人工林10年以后，發生了土壤酸化，土壤表層15cm有機碳含量減少7%,5～10cm土層中土壤持水量減少了20%,并使得植物物種多樣性減少。但是也有很多研究表明，引種按樹等能夠改善林地小氣候，抵御退化林地的土壤侵蝕，對其林下本土植被的更新起到保育作用(Keenan,1997;senbeta,2002;Manning,2006)(2)生物多樣性減弱土壤退化使林內原有動、植物和微生物的生境遭受破壞，從而導致整個生態系統的物種多樣性下降；另一方面，物種多樣性下降后，群落結構趨于簡單，系統的自我調節和保護功能減退，使林地土壤的水分和營養狀況更加惡化。西班牙學者Souto等分析了幾種樹種對土壤微生物群落的影響，發現在林地植物盛花的春季，藍桉對立地土壤中亞硝化單胞菌的細胞數量有不利影響，同時對土壤中的蛋白水解微生物顯示出一定的毒性。(3)桉樹人工林施肥研究施肥是當今林業經營中改良土壤性狀、恢復地力、提高林木產量的有效途徑。20世紀80年代以來，國內對桉樹人工林N、P、K施肥進行了較系統的研究，還進行了桉樹營養診斷的方法和標準的探討。20世紀90年代，由于桉樹人工林地力衰退日趨嚴重，通過對桉樹人工施肥來防治地力衰退的研究逐漸增加。目前國內外對桉樹施肥還沒有比較一致的結論，在生產上仍存在幾個問題：首先，在桉樹人工林經營過程中，還存在著對桉樹施肥的重要性認識不足、只重“栽”不重“旋”的粗放管理方式和不根據實際情況盲目施肥的現象；其次，目前的桉樹施肥主要以施用化肥為主，有機肥和微肥的施用較少，而化肥大量施用所帶來的負面效應，一定程度上威脅了土壤的理化性質；再次，目前應用營養診斷技術進行桉樹平衡(配方)施肥的研究較少，尚缺乏計量施肥體系。2.國內現有工作基礎國內技術研究主要集中在桉樹對土壤狀況的影響方面。俞新妥等 (1989)在閩北對人工林連栽次數不同的樣地調查表明：連栽林地土壤化學性狀指標都隨連栽次數的增加而下降，第2代和第3代分別比第1代下降10.0%～20.0%和40.0%～50.0%,土壤有機質分別比第1代下降12.0%和51.0%,土壤腐化程度隨連栽次數增加而下降，結構趨于簡化，以致形成土壤有機復合體的能力下降。馬祥慶等(2003)通過對不同林齡、不同立地的杉木林的比較發現隨著連栽代數的增加，不同林齡階段平均木生物量呈逐代遞減趨勢。因此及時增施P肥，可起到促進濕地松林生長的效用。桉樹林地施肥對林區水體富營養化的影響方面，根據廣西4個調查點水體總氮含量高達0.6~3.75mg/L,而總磷含量為痕跡~0.16mg/L。欽廉林場平艮分場青龍工區水塘和賓陽縣武陵鎮六佑水庫水體呈貧營養狀態，博白林場蘭沖分場徑肚分區的水庫水體呈中營養狀態，而河池宜州慶遠林場建安分場林地山腳水塘呈富營養狀態。根據調查，后者主要是由于造林整地時采取全墾方法和施肥時采取隨意開小坑、淺坑施肥方法而易被雨水沖刷流失的養分積累造成。可見在廣西桉樹林地可能造成水體富營養中，氮的作用至關重要，這與桉樹施肥主要以氮肥為主和整地施肥方法有很大的關系。四、技術、經濟效益及成果共享方式1.技術、經濟、社會效益分析通過該項目研究，可以確定桉樹種植區水庫水環境變化的主要脅迫因子及脅迫機制，建立適合廣西山區的匯流水系與水庫整體耦合水沙模擬模型，建立維持水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾值關鍵技術以及建立水庫生態安全調控措施與對策。研究成果如在全區水庫或備用水源地全面應用，可以直接有效地保障水庫及水源地安全，維護公共健康、生態安全以及經濟社會可持續發展具有重要的現另外，通過項目的實施，可培養一支高素質、高水平的專業技術人才和管理人才隊伍，提高我國相關領域的技術研發能力，提升我國在國際上的科技競爭力。2.成果社會共享方式和范圍項目承擔單位建立有規范有效的知識產權管理制度，對項目執行過程中產生的研究成果及時采取知識產權保護措施，依法取得相關知識產權，并予以有效管理和充分利用。建立科技成果轉化機制，采取有效措施，積極促進項目研究成果的轉化。項目所有知識產權成果歸項目承擔單位與主管部門共同擁有，地方政府可以使用相關知識產權成果，但必須注明知識產權的來源及資助項目。五、實施年限、經費概算與資金籌措1.年度計劃、階段目標本項目屬培育性研究項目，計劃三年完成，具體安排如下：第一年度1)資料收集整理，實驗材料的準備；2)選取典型大型水庫2座、中型水庫2~4座、小型水庫3~5座作為研究對象；3)現場實驗監測、采樣和樣品分析；4)典型水庫水土流失、水文水質監測數據庫。第二年度1)現場實驗監測、采樣和樣品分析；2)建立匯流水系與水庫整體耦合的模擬模型；3)速生桉樹人工林種植方式、施肥方式與土壤營養成份變化、水土流失模數以及水庫水量水質變化的生態效應關系。第三年度1)選取1～2座水庫進行長系列現場觀測試驗；2)歷史資料收集和遙感信息與數學模擬的綜合集成分析；3)確立維持水庫生態安全的臨界水沙條件和污染物濃度閾值關鍵技術2-3項；4)確定水庫水量、水質變化的主要脅迫因子及水庫水環境演變的脅迫機制；5)建立水庫生態安全調控措施與對策。6)項目技術匯總，完成技術報2.經費概算(概要說明項目經費概算情況)。本項目研究總經費概算為531萬元，申請國撥經費531萬元，經費估算見下表。序號預算科目名稱合計專項經費自籌經費(萬(萬(萬元)1設備費2(1)購置設備費3(2)試制設備費884(3)設備改造與租賃費5材料費6測試化驗加工費7燃料動力費8差旅費9會議費國際合作與交流費出版/文獻/信息傳播/知識產權事務費勞務費專家