森林资源及其水文功能

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为天然林面积 (hm2),M0和Mf为分别为无天然 林土壤侵蚀模数和天然林土壤侵蚀模数 (t.hm2.a-1)。
长江上游干支流天然林年保持土壤随时间的变化(亿吨 )
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 50s 60s 70s 80s 90s
金沙江 岷沱江 嘉陵江 乌江 干流
森林资源及其水文功能 -主要以长江上游天然林为例
2002.06.21.
森林资源及其水文功能
¶1. 森林资源 2. 森林水文功能
1. 森林资源
• 1.1 基本概念
• 森林: • 森林是以乔木为主体、郁闭度大于0.3的植物群落与其
环境相互作用而形成的生态系统。它是一种植被类型 ,属于植被范畴。 • 森林的分类: • 天然林(自然发生形成的森林,包括原始林和次生林) • 人工林(人工方式形成的森林,如直播造林、直苗造林 、飞播造林等) • 天然林与人工林相比具有以下特征:(1)种类丰富;(2)层 次结构复杂;(3)功能完善,对生态平衡的贡献大;(4) 生命周期和演替系列长
90 60 30
0
(F) 干流 200 150 100
50 0
50s 60s 70s 80s 90s
水土保持效益
• 是指由于森林的存在而使林区土壤免被侵蚀的 潜力,常常通过测定森林林地和无林地土壤年 侵蚀模数来计算,用公式表示为:
• Vs = A × (M0 - Mf) • 式中:Vs为某区域天然林年保土效益 (t.a-1),A
害虫的基因、装饰物种
16
休闲
提供休闲娱乐机会
生态旅游、钓鱼运动和其它户外娱乐活动
17
文化
提供非商业用途机会
生态系统的美学、艺术、教育、精神和科学价值
中国森林的经济价值
• 陈仲新和张新时(2000)的估价为:15 434 × 108 元
• 侯元兆等(1995)的估价为:
130 000 ×108 元
• 以上两项研究结果表明: 前者仅为后者的1/8 !?
森林资源及其水文功能
1. 森林资源 ¶2. 森林水文功能
2. 森林水文功能
• 2.1 水文过程
森林水文学的定义
• 森林水文学是研究森林生态系统对水分 循环和环境影响(包括对土壤侵蚀、水质 和小气候等的影响) 的科学。它是水文学 的一个分支,是森林生态学与水文学相 结合而形成的一门学科。
森林水文学简史
12
庇护
为定居和临时种群提供生境
为迁徙种提供繁育和栖息地、为当地种提供 区域栖息地或越冬场所
13
食物生产
总初级生产中可作食物的部分
鱼、猎物、作物、果实的捕获与采集, 农业或渔业生产
14
原材料
总初级生产中可作原材料的部分
木材、燃料和饲料的生产
15
遗传资源
野生生物材料和产品来源
药物、材料科学产品、抗植物病毒和作物
• Vws = 10 000 × Pn × D × A • 式中:Vws为森林土壤蓄水量 (m3),Pn为
森林土壤非毛管孔隙度 (%),D为土层深 度 (m),A为森林面积 (hm2)。
森林地表层持水量
• 是指森林地表层含蓄水分潜力,用公式 表示为:

• Vwg = L × C × A
• 式中:Vwg为天然林地表层持水量 (m3), L为地表物积累量 (t.hm-2),C为地表物最 大持水量 (%),A为天然林面积 (hm2)。
年水源涵养效益
• 是指森林在一年之内累积含蓄水分的潜 在能力,用公式表示为:
• Vwa = P × A × (1 - Ii) × 10 000 1 000 • 式中:Vwa为某区域天然林水源涵养效益
(m3.a-1),P为该区域年降水量 (mm),A为 天然林面积 (hm2),Ii为天然林林冠截留 率 (%)。
140
12000
120
10000
100
8000
80
60
6000
40
4000
20
2000
0
0
50's 60's 70's 80's 90's
干流区天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量(108 m3)
(K) 干流
240
2
180
1.5
120
1
60
0.5
0
0
50s 60s 70s 80s 90s
7
土壤形成
成土过程
岩石风化和有机物的积累
8
养分循环
养分存储、内循环、转化和获取
固氮和 N、P 和其它元素或养分循环
9
废弃物处理 移动性养分的恢复、过剩或有毒
废弃物处理、污染控制和解除毒性
物质的转移或分解
10
传粉
11 生物控制
植物配子的移动 调节种群的营养级动态
为植物种群的繁殖提供传粉者 关键捕食者对猎物种类的控制、顶级捕食者 使草食动物数量消少
1. 森林资源
• 1.3 森林资源价值
Costanza 等(1997)划分的 17 类生态公益和生态功能
序号 生态公益 生态功能
举例
1
气体调节
大气化学成分调节
CO2/O2 平衡、O3 防护 UV-B 和 SOx 水平
2
气候调节
调节全球温度、降水以及其它受
温室气体调节、影响云形成的硫化甲酯
生物影响的全球或局部气候过程
一次性水源涵养效益
• 是指森林土壤蓄水量和地表层持水量之 和,用公式表示为:
• V = Vws + Vwg • 式中:V为森林水源涵养总效益,Vws为
森林土壤蓄水量,Vwg为地表层持水量。
一次涵养水量(108 m3)
一次涵养水量 (108 m3)
一次涵养水量(108 m3)
(A) 上游 200
150
土壤水库蓄水容量
• 又称土壤水库总库容,是指森林土壤的全 蓄水量或饱和持水量,用公式表示为:
• Vws = 10 000 × P × D × A • 式中:Vws为森林土壤总库容 (m3),P为森
林土壤总孔隙度 (%),D为土层深度 (m), A为森林面积 (hm2)。
长江上游干支流土壤水库总库容随时间的变化
1. 森林资源
• 1.1 基本概念
• 森林的分类: • 针叶林(以针叶树为建群种的森林); • 阔叶林(由阔叶树组成的森林); • 混交林(由针叶树和阔叶树组成的森林)。
1. 森林资源
• 1.1 基本概念
• 森林的分类: • 热带森林; • 温带森林; • 寒带森林。
1. 森林资源
• 1.1 基本概念 • 森林生态系统:由森林植被与其环境相
金沙江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量 (108 m3)
1100
25
20 800
15 500
10
200
5
50's 60's 70's 80's 90's
岷沱江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量(108 m3)
340
6
280
5
4
220
3
总库容(108 m3)
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50
0
50s 60s 70s 80s 90s
金沙江 岷沱江 嘉陵江 乌江 干流
流域涵养指数()
• 是指某个流域中植被涵养水分的实际能 力,用公式表示为:
• = Q枯 / Q年 • 式中: Q枯和 Q年分别为最枯月平均流量
12468
15894
8000
4000
0 50s 60s 70s 80s 90s 年代
图1. 50年来中国森林资源变化
长江上游天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量(108 m3)
2200 1900
面积
35
蓄积量
30
25
1600
20
15 1300
10
1000
5
50's 60's 70's 80's 90's
160
2
100
1
50s 60s 70s 80s 90s
嘉陵江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量(108 m3)
280
4
220
3
160
2
100
1
50's 60's 70's 80's 90's
乌江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化
面积(104 hm2) 蓄积量(104 m3)
100
50
0
(B) 金沙江 100
80 60 40 20
0
(C) 泯沱江 50
40
30
20
10
0
50s
60s
70s
80s
90s
(D) 嘉陵江 20 15
10 5 0
(E) 乌江 8 6
4 2 0
(F) 干流 30 24 18 12 6 0
50s 60s 70s 80s 90s
森林土壤蓄水量
• 是指森林土壤含蓄水分的潜力,用公式 表示为:
年涵养水量 (108 m3)
年涵养水量(108 m3)
年涵养水量(108 m3)
(A) 上游 1500
1000
500
0
(B) 金沙江 800 600 400 200
0
(C) 泯沱江 300
240
180
120
60
0
50s
60s
70s
80s
90s
(D) 嘉陵江 200 150 100
50 0
(E) 乌江 120
月截留量:
是指某区域森林林冠在某个月内截留降水的数
量,用公式表示为:
• Ai = A × Pi × Ii × 10 000
• 式中:Ai为某区域森林在第i个月截留的降水量 (m3),A为该区域森林面积 (hm2),Pi为该区域 第i个月降水量 (mm),Ii为第i个月森林林冠截 留率 (%)。
长江上游干支流天然林林冠截留降水量月变化 (108 m3)
互作用而形成的复合有机体。 • 森林资源:可供人类利用的森林,属于
资源范畴。
1. 森林资源
• 问题1:
• 森林、森林生态系统和森林资源三者间的关系?
• 森林=森林生态系统=森林资源
1. 森林资源
• 1.2 森林资源概况
森林面积(万公顷)
20000 16000 12000
12000
11335
12186
• 问题2 • “林外下大雨林内下小雨”这种说法对吗?
2. 森林水文功能
• 2.2 水文功能定量化的计算方法
某一时段内的区域水量平衡方程 :

P = R + E + g V
• 式中: P-降水量,m3;

R-河川径流,m3;
பைடு நூலகம்

E-蒸散量,m3;

g-地下潜流量,m3;

V-某一时段区域内蓄水变量,m3 。
• 森林水文学早期起源于人们对森林与水关系的观 察和了解,如消洪补枯。公元3-4世纪,古希腊 人就观察到了树木与水文的关系;中国对森林与 水文关系的认识可以追溯到2000多年以前(李文 华等, 2001) 。尽管如此,但系统研究森林水文 过程的历史相对较短,国外对森林水文效应的科 学研究可追溯到17世纪,而国内对这一领域的科 学研究始于1924年(李文华等, 2001)。随着研究 手段的日新月异,森林水文学研究已经进入了快 速发展阶段。
生成
3
干扰调节
生态系统反应对环境波动的容纳、 防止风暴、控制洪水、干旱恢复以及其它
延迟和整合能力
由植被控制的生境对环境变化的反应
4
水分调节
调节水文过程
5
水分供给
水分的保持和储存
6
侵蚀控制和 生态系统内的土壤保持
层积物保持
为农业、工业或运输提供水分 由集水区、水库和含水层供给水分 防止风蚀、径流和其它运移过程,把淤泥 保存在湖泊和湿地中
水文界面
总蒸散
水文过程 大气降水
降水分配
蒸散
林冠截留
林窗



蒸发 干流
滴流

穿




蒸散
灌木截留





蒸发
干流
滴流
林地降水


蒸散
草本层(包括苔藓)调蓄

蒸发 凋落物调蓄
地表径流


蒸发


下渗 下渗


河川径流

土壤调蓄

土壤蒸发
地下潜流
土壤径流
图 2 流域尺度天然林生态系统水文过程
2. 森林水文功能
和年平均流量。
流域地下水年出流量(Wg)
• 是指在一年内某个流域中补充到河川径 流的壤中流量,用公式表示为: • Wg = 0.315 × (1+)/2 ×Q年(108 m3)
• 式中: 和 Q年分别为流域涵养指数和年 平均流量。
改良土壤效益
• 是指森林通过凋落物回归土壤而提高土壤肥力的 潜力,常常通过测定某区域土壤养分含量和年保 土量来计算森林的改良土壤效益,用公式表示为 :
1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 I 3.4 5.8 7.9 10.5 9.8 12.8 13.0 14.5 11.8 6.6 4.8 2.0 II 1.3 1.8 3.1 6.0 4.7 5.2 5.1 7.6 6.5 5.0 2.2 0.8 III 0.9 1.2 2.1 4.0 3.9 3.6 4.4 5.5 5.8 4.6 2.1 0.8 IV 0.9 0.9 1.4 2.0 2.5 2.0 1.9 2.7 2.3 2.4 1.7 0.9 V 1.8 2.0 3.2 5.5 5.5 3.4 3.5 3.3 5.1 5.8 3.6 2.1 VI 8.4 11.8 17.7 28.1 26.4 27.0 27.9 33.6 31.4 24.4 14.4 6.7 I. 金沙江流域;II. 岷沱江流域;III. 嘉陵江流域;IV. 乌江流域;V. 干流; VI. 上游.
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