森林植被变化对水文过程和径流的影响效应.doc

森林植被变化对水文过程和径流的影响效应.doc

森林植被变化对水文过程和径流的影响效应

摘要：森林植被变化对水分分配和河川径流具有调节作用。对我国森林植被变化水文效应文献的综合分析表明：森林砍伐或火灾引起森林覆盖度下降会导致林冠截留率、凋落物对降水截留能力和蓄水能力、土壤的渗透和蓄水能力降低。不同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大，但比较一致的结论是：除长江中上游外，森林砍伐会降低植被层的蒸发散，增加河川径流；反之，会减少河川径流量。森林火灾会导致林木蒸发散减少，河川径流增加。关键词：森林砍伐；森林火灾；水文过程；河川径流中图分类号：S715.3文献标识码：A文章编号：1000-3037(2001)05-0481-071 前言森林植被对陆地生态系统水分循环有着重要的调节作用，森林的水文效应是生态系统中森林和水相互作用及其功能的综合体现。在不同的地区，由于气候、地质条件、土壤和地形等因素的综合影响，森林的存在和变化将呈现出不同的水文功能。森林植被变化对森林水文过程的影响将会改变水量平衡的各个环节，影响森林的水分状况和河川径流。这将为不同地区森林变化对区域水分循环的调节作用提供重要信息，为森林生态工程的建设和森林保护提供科学参考，特别对当前西部开发“植树种草”生态保护工程具有重要的指导意义。森林与水关系的研究始于20 世纪初，早期的森林水文研究重点关注森林的变化，主要观测森林砍伐对森林流域产水量的影响，采用的研究方法是对比流域试验法和流域自身对比法。国际上对森林植被的变化，特别是森林砍伐、火灾对森林水量的影响及以增加流域水量为目的的森林经营等方面已有大量的研究，在20 世纪60～80 年代达到高潮，以国际上举行了一系列的国际会议为标志。目前国际上研究的初步结论是：森林覆盖度减少可以不同程度地增加流域的产水量，造林则导致流域水量降低，而森林植被变化对流域产水量的影响却大相径庭。在我国，也进行了大量的森林砍伐对森林径流的影响和对比流域不同森林覆盖度对森林水文影响的研究，但文献较为散乱。本文在广泛收集和研究文献的基础之上，分析了不同地区森林植被变化对水文过程的影响，试图提供森林变化对森林水分循环过程中林冠截留、林内雨的再分配、蒸发散和径流影响一般规律的认识，分析森林植被变化对水的调节和分配作用以及由此产生的空间格局和过程。2 森林植被变化对水文过

程的影响森林对水文的影响主要表现在通过对冠层蒸散和对大气降水的重新再分配而影响到森林的水量平衡，从而对森林生态系统和流域的水分循环产生影响。2.1 森林植被变化对降水分配格局的影响 2.1.1 森林植被变化对林冠截留率的影响林冠截留是森林的重要生态功能，是森林蒸发散的组成部分。根据不同类型森林对降雨的截留资料统计，我国各类森林生态系统的林冠截留量平均值变动在134.0～626.7mm 之间，林冠截留率的平均值为19.85%±7.16%。林冠截留量与降水量存在着正相关关系，但不同森林类型由于林冠结构不同，两者的相关关系也不尽相同，林冠截留降雨量一般是降水量的对数函数，一般降水量在10～20mm 以上时，截留量随降水增加减缓。林冠截留量与降雨量和季节有较大关系，难以在不同类型森林间进行比较。相比之下，林冠截留率能较好地表现森林的截留效能，它与森林的结构和乔木层优势树种的构型(architecture) 关系密切。与林冠的截留量相反，林冠截留率却随雨量的增加而减少。林冠的截留率与降水量呈紧密的负相关，在多数情况下表现为负幂函数关系。统计表明，在相似茂密的森林覆盖度下，林冠截留率一般规律是：针叶林＞阔叶林，落叶林＞常绿林，复层异龄林＞单层林。充分郁闭的针叶林平均截留率大致均在20% 以上，阔叶林的平均截留率一般小于20%( 具有复杂结构的热带山地雨林和季雨林除外)，西部山区暗针叶林的林冠截留率最高。森林砍伐引起的森林覆盖度下降会导致林冠截留率降低，据文献8，10～15 统计，森林盖度每降低10%，林冠截留率平均降低 3.0% 左右。2.1.2 森林植被变化对凋落物截留作用的影响森林凋落物层具有较强的截留水分和蓄水的性能，凋落物截留和蓄水量决定于凋落物的现存量及凋落物的持水能力。凋落物的现存量又决定于不同森林的生产力和分解能力，而凋落物的持水能力( 通常用最大持水力表示) 通常与物种、厚度、湿度、分解程度和成分等有密切关系。各类森林生态系统枯枝落叶层的最大持水量在200%～500% 之间，平均最大持水量为0.70～7.12mm。凋落物最大持水量与其现存量呈极显著的正相关关系，即森林生态系统中枯落物的现存量越大，则截留的水量也越大。在寒温带和西部亚高山针叶林和落叶阔叶林区，因气候寒凉，凋落物不易分解，故死地被物积累量大，凋落层持水能力也较强，其最大持水量常常大于4；而热带亚热带森林由于水热条件适宜，枯枝落叶分解快，林分凋落物少，林内凋落物层持水能力较弱，最大持水量常在 4 以下。凋落物对降水的截留能力也较高，根据秦岭的观测资料，凋落层截留总量占同期降雨总量的4.5%～12.7%，因此，凋落层对水分的吸收是不可低估的。暗针叶林下地被层发育，苔藓层生物量常可达到3～5t/hm2，而且吸水力高，可达600%，是一个重要的保水层。据黄礼隆在米亚罗的测

定，岷江冷杉苔藓层可以涵养73.8m3/hm2。因此，暗针叶林破坏导致苔藓层发育受阻将会显著地影响森林的截留和涵养水源的功能。森林凋落物最大持水量是一个理论值，实际持水量还与降水量和森林的盖度有很大关系。森林砍伐会增加林内的光照和提高凋落层的温度，使凋落层分解加速，现存量降低，从而显著地降低凋落层的持水能力。周晓峰等研究了蒙古栎林采伐后凋落物量和持水力的变化，疏伐对凋落物和最大持水量影响较小，蒙古栎林经疏伐郁闭度从0.95 降低到0.6 时，凋落物干重从 6.79t/hm2 减少到 5.82t/hm2，最大持水量从 2.2mm 降低到 1.9mm，分别降低了14.3% 和13.6%；但在皆伐迹地，凋落物干重和最大持水量降低到 2.73t/hm2 和0.9mm，分别降低59.8% 和59%。可见，森林凋落物具有较强的持水能力，特别在降水量较大的西南山地暗针叶林区具有很强的水分涵养功能，凋落层是巨大的水分蓄积库；南方热带亚、热带地区凋落物易分解，持水能力较低，凋落物对防止水土流失和涵养水源尤其重要，在水源林的管理中要特别注意保护好凋落物，同时还要促进林下灌草丛培育。2.1.3 森林植被变化对土壤水文作用的影响森林土壤疏松，物理结构好，孔隙度高，具有较强的透水性。森林植被破坏后，凋落物减少，还会影响到土壤微生物的活动和土壤的孔隙度等物理结构，从而影响到土壤渗透性和土壤的蓄水、保水能力。(1) 森林变化对土壤渗透的影响土壤对水分的渗透性是森林水文特征的重要反映，土壤渗透能力主要决定于非毛管孔隙度，通常与非毛管孔隙度呈显著正线性相关关系。土壤渗透的发生及渗透量决定于土壤水分饱和度与补给状况，不同的土壤类型和森林生态系统类型决定着土壤的渗透性能。森林破坏会降低根系的活动，加之凋落物层减少和土壤孔隙度降低，使土壤的渗水性能降低。研究表明，阔叶红松林皆伐形成的草地的初渗率和稳渗率只相当于原始红松林的30%～60%，大大地降低了森林土壤的渗透性能。但森林砍伐后进行复垦或耕作会增加土壤的渗透率，尤其上层土壤更是如此。在热带山地雨林破坏进行轮歇耕作后，0～30cm 土层渗透能力提高（增加56mm），但30cm 以下土层渗透能力显著降低（降低了96mm），这是由于表层耕垦增加了土壤孔隙度，而底土层渗透性恶化，加之垦地径流多，底土地上层补给水相应减少，深层渗透量下降。杉木人工林和皆伐林地的土壤渗透系数对比试验也表明，森林砍伐后复垦可以增加土壤的渗透能力。(2) 森林植被变化对土壤蓄水量的影响森林土壤是涵养水源的主要场所，土壤蓄水量与土壤的厚度和土壤的孔隙状况密切相关。其中，土壤非毛管孔隙是土壤重力水移动的主要通道，与土壤蓄水能力更为密切，不同森林类型土壤的蓄水能力大相径庭。统计表明，热带、亚热带森林，特别是阔叶林生态系统，土壤孔隙度发育好，林