森林水文效应

森林水文效应

解释

森林水文效应hydrological effect of forest

森林对蒸发、降水、径流等水平衡要素及河流、地下水、泥沙等水文情势的影响。又称流域森林影响。

对蒸发影响

森林地区的降水，为林冠枝叶和林下枯枝落叶层截留。截留作用主要发生在降雨初期，一次降雨最大截留量有一定的数值。林冠枝叶截留的雨量最终消耗于蒸发，它与散发量（通过根、茎、叶向大气逸散的水量）、林内地面蒸发量共同构成林地蒸散发。林地蒸散发中散发量占很大比重，地面蒸发量较小。气候湿润，有充沛水分供给蒸发的地区，森林对流域的蒸散发影响不大；气候干燥，水分供应不足的地区，林区蒸散发比非林区大。

对降水影响

各家看法出入很大，一般认为由于林冠大量蒸腾，林区上空水汽含量增多，湿度大；大气中水平气流经森林阻碍被迫抬升等，都有利于降水；林区内多水平降水。苏联卡明草原58年观测资料表明，森林地区降水量比空旷地区大9％。中国的野外调查及实验资料也有这样的现象。但亦有不少资料表明，森林对降水没有影响或影响甚微。

林下土壤的下渗强度一般比非林地要大得多。这与林地落叶层能减缓地表径流流速、森林土壤中根系发育、土壤中有机质多、团粒结构发育等有关。据中国科学院地理研究所在陕西省黄龙林区的测定，林地的稳渗率比周围的耕地和草地都大。

对径流影响

包括对洪水、枯水、年径流量和径流年内分配等的影响。对于一次孤立的洪水，森林有明显的降低洪峰、减少洪水流量、延缓洪水过程的作用。对于连续洪水，林区洪水流量通常比非林区大。在一般情况下，流域内林区枯季径流量比非林区大，年内分配也较均匀。森林对年径流的影响比较复杂。森林流域年径流量比无林流域小，森林砍伐后会使年径流量增加。大面积森林随气候和下垫面性质不同，其结果也大不相同。苏联在喀尔巴阡山南北坡36个流域内的调查表明，年径流量随林率的增大而增加。中国通过对比流域分析表明，北方干旱地区年径流量随林率增大而减小（石质山区除外），南方湿润地区则相反。从热带到温带，年径流量均因森林砍伐而增加，造林后则使年径流量减少。

对地下水影响

较为复杂，一般认为山区森林下渗的水量对地下水补给有利；平原森林对地下水影响随气候条件不同而异。

对生态环境影响

森林能防止土壤侵蚀。流经林区的河流通常含沙量低，水质好。森林砍伐后河流含沙量、有机物等增加，主要表现在硝酸

盐含量大为增加。

森林对人类生态环境的显著作用，已越来越引起人们的重视。森林水文效应的研究对开发和营造森林，对环境质量的控制和改善均有重要的意义。20世纪初，瑞士、美国和日本等国就开始进行有林地和无林地的对比试验及森林砍伐对径流影响的研究。中国除进行试验流域对比分析外，还采用了流域模拟等方法。森林水文效应涉及到森林、水文、气象、土壤等多方面的问题，关系复杂，不同自然条件差别甚大，很难以一概全。尤其是在精确的实验测定基础上得出的局部地区的水文效应，很难推广。今后会通过对各地区、各种自然条件下的水文效应实测资料,在水量平衡的基础上进行综合分析,找出一般规律，为改善人类生态环境，提供依据。

正确评价森林水文效应

在森林与水的关系中的一些主要问题上一直存在着较大争议。在我国，尽管从1981、1982 年那场全国性的关于“森林的作用”的大讨论以来，在这方面的研究已有了长足的进步，但由于森林生态系统结构的复杂、功能的多样；而且我国幅员广阔，要获得不同区域不同类型之间必要的可比性存在相当大的难度；加之在组织研究项目时还缺乏相关学科间的紧密协作，特别是在研究途径和方法上的统筹协调。因此，这些分歧仍然存在。随着西部开发和生态环境建设战略的实施，近两年来，水资源紧缺的矛盾使这些分歧再次突出显现。为此，及时组织全国性的、多学科参与的讨论是非常必要的。而且，更有必要在充分利用已有的定位研究所积累的大量数据的基础上抓紧组建多个相关学科紧密协作的、包含生态系统各个组织层次的大型综合研究。本文对这些分歧提出一些看法和建议。

1 确立系统观是根本

在任何条件下都应肯定：森林是一种结构复杂、功能多样的生态系统，它符合系统论的基本原理，即：系统功能决定于系统结构；合理的、优化的结构，可以产生良好的效应（正效应）；不合理的结构则会降低功能，甚至产生负效应。

森林生态系统中生物与环境（气候、土壤和地质地貌条件等）的组合因地域而不同，因而不同地域不同森林类型所表现出来的生态功能也有差异，有时甚至相反。因此，某一地域的研究结论不宜贸然外推。

在森林与水的相互关系中也充分反映了上述基本规律。在森林水分循环的各个环节中，既有共性的一方面，又因地域和森林类型的多种多样而表现出差异，甚至结论相反。

2 森林在水分循环中的作用

2.1 林冠能够截留大量降水

降水进入森林即行再分配。第一步即林冠截留，截留率（截留量占同期降雨量的百分比值）主要受降雨量与林冠郁闭度的影响。在郁闭度越高、降雨量越少的情况下，截留率越大，甚至可达100%。在降雨强度很大，或降雨持续时间很长、林冠已饱和的情况下，则截留率趋于0。

2.2 树干径流（干流、茎流）量不大

森林的干流量通常很小，占降水量的比值通常在5% 以下，很少超过10%，在我国东部的主要针阔叶树种中，栎类的干流量较大。例如：黑龙江省的蒙古栎干流率可高达15.45%，这是它能适应干旱、瘠薄立地条件的重要原因。

2.3 林冠层使雨滴动能增强

雨滴动能决定降雨对地表土壤的冲蚀力。根据秦岭地区华山松林、亚热带杉木林及热带北缘桉树林的降雨过程的研究，当林冠高度超过7m，降雨量超过5mm 的情况下，林冠层就不能有效地降低降雨动能，当降雨量再增大（林内开始出现因枝叶汇集作用而产生的大雨滴），林内降雨动能亦随之增大，并超过同期林外雨的降雨动能。这就是在暖温带刺槐林、热带桉树林等结构不良林分（缺灌草层，特别是缺凋落物层）内均出现地表侵蚀的原因。这也说明，为保证森林的水土保持作用，必须保护林下的灌、草层，尤其是凋落物层，使雨滴不能直接冲击土壤，从而免除水蚀危害。

2.4 森林的蒸发散能力很强

蒸发散包括两个过程：蒸发是指林地土壤和植物枝、干、叶表面的水分蒸发，这是个物理过程；蒸腾是指森林中所有植物通过叶片气孔和皮孔散发出水分的生理过程。蒸发散是森林生态系统的水分循环中最主要的输出项，又由于在蒸发散过程中要消耗大量热能，因此，它又是森林生态系统热量平衡中最主要的过程，这也是森林能调节局域温度和湿度的机理所在。

森林生态系统结构复杂，对其蒸发、蒸腾过程极难直接测定。通常采用水量平衡法、能量平衡法和水热结合法间接测算。通过对我国温带、暖温带、亚热带、热带各主要森林类型的测算，它们的蒸发散/降水比值多在40%～80% 之间，最低的是冷杉林(30%～40%)。

森林的蒸散量与叶面积密切相关，因此，通常森林群落的蒸散量/降水量比值高于灌丛和草地。如山西吉县试验区的测算结果为：油松林67.3%、刺槐林64.5%、虎榛子林53.1%、沙棘林52.8%、草地42.8%、荒地34.4%。森林采伐后，庞大林冠消失，蒸散量亦随之下降。如小兴安岭原始红松林蒸散量/降水比值为84.1%，相邻采伐迹地（灌丛草地及杨桦幼林）为71.4%，下降了12.7%。

在高温地区，结构简单的森林群落其蒸散量远低于裸地。如热带北缘广东小良地区的裸地上，无植被覆盖，其热量输入是邻近的阔叶混交林和桉树林的 1.6 倍，其蒸散/降水比值高达75.1%，复层的混交林为69.6%，而单层结构的桉树林则只有46.6%，这与高温抑制了植物的蒸腾而使土壤蒸发增强有关，也因为林冠的遮蔽，使林内气温降低，从而减少了蒸散量。内蒙古乌兰敖都沙区的试验也出现类似结果