福建植被与地质灾害关系初探

福建省植被与地质灾害关系初探

江峰

（中国地质大学1、福建省地质环境监测中心２）

摘要本文以通过福建省县（市）地质灾害调查与区划已入库的资料中，地质灾害类型与植被类型关系的统计、分析和局部地区有林地的植被雨水截留率和土体径流路径的研究，阐明了植被对于水文效应和土体性质的改良作用，从而揭示了植被对于防治地质灾害作用机理，同时本文指出植被对阻止各类地质灾害的发生还有许多积极作用和局限性，植被作用于滑坡的各种参数并不是一成不变的，需要根据当地树种、土壤、气候等综合因素判定，不能一概而论。

关键词植被地质灾害关系水文效应固持水土

1 前言

福建省地质灾害类型为滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡、地面塌陷等五大类，尤以滑坡、崩塌、泥石流为主。而植被对地质灾害的影响主要体现在植被的水文效应和植被对土体抗侵蚀力的影响上。由于纬度差异，离海远近和山系影响而造成的水文、热差异，以及人类活动的影响，福建省形成了复杂多样的植被类型。分析植被对水体和土体的改良作用，可以帮助我们了解植被与各种地质灾害的耦合关系。总的来说植被对于涵养水源，调节径流，防止洪水，改造局部地区水文循环，防止土体侵蚀，固持土体均有一定作用。

2 福建省植被类型概况

福建省地带性植被类型有南亚热带雨林(季风常绿阔叶林)和中亚热带照叶林，两种原生植被分布与气候和土壤带相对应，大致以戴云山一博平岭为界，另外一些原生植被有竹林、红树林、针阔混交林、黄山松林等（见图1）。福建境内维管束植物类达4703种，约占全国的18%[1]。因人类的活动，形成许多次生植被和人工栽培植被，只有在交通不便人烟稀少的高山深谷地带才有保留，绝大部分地区是次生林，如马尾松次生林、灌木林等，还有人工植被，如农田植被、人工经济林、防护林、人工马尾松林和杉木林等。此外福建植被还有森林覆盖率高，林木生长快，生长周期短的特点[2]。

图1 福建省植被分区图

Figure 1 Vegetation Zoning Map in Fujian

3 植被的水文效应研究

植被与水文关系其实质是植被覆盖区的水量平衡，即植被覆盖区对各水量平衡要素的影响。由于这种影响也受到气候、地形地貌、岩土体性质等多方面的影响，因此，在综合评价中如何区分植被的作用显得尤为重要。

3.1 植被对降雨的再分配

在有林流域中，当降雨到达林冠层上时，从林冠层向下运动的过程中就要被重新分配，总的趋势是到达林地上土体表层的降

水有所减少。其中相当的一部分降雨要被林冠层和枯枝落叶层截留，通过蒸发返回大气中去。这种从林冠至地面上对降雨的再分配作用，对降雨的雨滴动能可以起到一定的消耗作用，即减少或消灭雨滴对土体的分散力，防止地表土体被侵蚀。 3.1.1 林冠特性与截留量

从树冠截留作用产生的机理来看，对林分的林冠截留量影响比较大的林冠特性因子有：树种、树冠结构、林冠郁闭度、林冠

的湿润状态等。通过对福建省地质灾害发育区统计分析，一般的规律是:针叶树因为职业茂密，层次多，树枝水平或轮状重迭排列，枝叶面积大，截留量比较大；阔叶树较较针叶树枝叶稀疏，层次少，枝叶总面积小，截留量也比较小；硬阔叶比软阔叶树枝叶还稀疏，叶表面光滑，因而截留量比软阔叶还小；灌木的截留量则居于针叶树和阔叶树枝间（见表1）。

表1 树种与截留率的关系

Table 1 Relationship between species and the retention rate

树种

针叶树

阔叶树

灌木

油松

软阔叶树 硬阔叶树 沙柳 点子梢 茶条槭 林冠截留量的大小受降雨量、降雨性质的影响很大。一般来说，降雨量大截留量也大，但并非直线关系。当降雨量较小，截留量随降雨量的增加而增加，相应截留率也随降雨量的增加而增加，直至林冠截留达到饱和。这时，降雨量增加截留量则不再增加。据在福建杉木林和马尾松林中观测，平均截留率在19.92%—24.18%[3]。

3.1.2枯枝落叶层对林冠的截留

降雨被林冠层进行第一次再分配之后到达林地枯枝落叶层。林地枯枝落叶层在对增加斜坡稳定性方面的作用是多方面的，包括消灭降雨动能，吸收降雨，增加地表糙度以分散、滞缓、过滤地表径流，维持土体结构的稳定等。福建的枯落物层厚度呈现北多南少，西厚东薄的总体趋势。具体说，福建天然柏林区中枯落物的现存量分别为：福建柏阔叶混交林29.0t/ha ，福建柏水青冈甜槠混交林112.1 t/ha ，铁山阔叶混交林159.0 t/ha 。显然，不同地区不同林种枯落物的现存量差异很大，因而截留降雨的能力也有很大的差异。枯落物的水容量与其性质也有很大关系。枯落物的组成中枝占3%，叶占91%，果占6%左右，其吸水作用最大的是叶子。不同树种枯落物水容量，一般是阔叶大于针

叶；不同分解程度的枯落物，一般是分解的越彻底水容量越高。

3.2 植被对土体水文性质的改良研究

植被能使得地下水土体内径流发生很大的变化。在降雨形成土内径流时，流路变得更为复杂径流量减少，土体剖面蓄水能力提高，垂直渗透能力增加，水分可进入更深的土层。林地土内径流的形式就完全不同于非林地，使得降雨进入地下水的机会增加，对暴雨削洪起到了非常重要的作用。在细质地土体间层发达的土壤中，增加了土内径流的发生深度，降低了土内径流的流速，从而降低了对土体颗粒的冲刷侵蚀。通过对崩塌、滑坡、泥石流地区据研究，发现有林地土内径流的流速是前期降雨量和地表植被类型的函数，初步结果是，无扰动林地内的径流流速为无林地流速的65%。同时，土内径流的流程也发生了变化（见图2），对于未扰动林地径流主要是3+7，但也仅占输入量的18%，其余多被4+5贮存，地表径流大部分转成2流出。而对于土壤容重较高，孔隙度较小大扰动土壤，则主要通过流径1+2流出，由此可见，破坏植被对于下游洪峰量的形成起到了很大的促进作用。

图2 土内径流示意图

Figure 2 Schematic diagram of flow channel in soil 4 植被对土体性质的改良研究

植被具有防止多种地质灾害的功效，具有对溅蚀的消减作用，林地枯枝落叶层对地表径流的分散、滞缓和过滤作用，极大地增强了土体的抗剪强度，具有防止河流冲淘、水库、湖泊的淤积作用等。

4.1 植被与水蚀

4.1.1 对径流侵蚀力的影响

暴雨径流对土壤的侵蚀力主要表现在三个方面：一是推离作用，即当土体颗粒的抵抗力小于径流的推力时，则使土体颗粒随径流城市推移运动；二是悬移作用，水流在土体颗粒的上下产生压力差具有向上的分速度时使土体颗粒悬浮在径流中或产生跳跃；三是摩檫作作用，不仅径流中的颗粒与地面摩檫可以带动地面的砂砾一起运动，而且径流本身对地面也存在极大的剪切力破坏斜坡的稳定性。

通过对地质灾害发育地区据研究表明植被对地表径流和流量都有明显的降低作用，因为它对影响径流的糙度因子、径流深因子都有不同程度的影响，其中最重要的是增加了土壤蓄水量和地表糙度。

4.1.2 对土体抗剪强度的影响

土体的抗剪性不像降雨特征那样易于评定，影响因子比较多，一般来说影响土体抗剪性的因素有两类，一是土体本身的属性，二是土体的利用状况。研究表明由于植被的影响土体的抗剪能力增强，使得容许流速和容许切应力值提高，从而在同样的径流条件下发生崩滑的可能性要植被覆盖好的

地区要原小于植被覆盖差的地区。

经研究林地土体的抗剪强度远高于农田，草地居中，并且随土层深度增加而减小。抗冲性实验也得到了相似结果，仅仅增大坡度径流的流速增加其剪切力急剧增加是，林地土体的抗冲性随坡度增加减缓较慢，而农地则急剧衰减。

4.2 根系对土体的固持作用研究

4.2.1 根系的固土作用

许多树木都形成巨大的根系。一般来说树木根系水平分布的幅度要比其地上部分

的分布幅度大5-15倍。树木根系密集地、纵横交错地穿插在土体中，犹如混凝土中的钢筋，把土体网络固持成一体，防止或减少边坡型地质灾害的发生，大大增强了边坡的稳定性。表4是几种植物类型与滑坡发生率的关系比较情况。

表2 几种植物型土地利用下滑坡面积百分率Table2 The landslide area percentage about different

plant land use

植物型滑坡面积（%）鼠尾草等草丛

多年生草

1年生草

河岸森林

橡树

阔叶林

23.9

11.9

6.5

5.3

2.6

1.2

表4说明虽然所有植物对于滑坡具有一定的抑制作用，但以木本植物的效果最佳。滑坡对于土体来说是一种剪切过程，而处于土体中的树木根系则经受了从剪切转而变

为受拉的一种过程。在这种过程中由于根系受拉位移而导致根系表面与土体颗粒间发

生摩擦，这种摩擦产生的摩擦力阻止根系位移并通过根系表面把摩擦阻力传递给树根

如果树根的抗拉力大于根系便面与土体间

的摩擦阻力，则根系被滑动体在滑动时从滑动面以下的土体中抽拉出来。如果根系的抗拉力小雨这个摩擦力，根系便被拉断而不会抽出。很容易理解，在没有植物生长的边坡上，土体下滑除了首先克服土体颗粒间的粘结力外，还必须克服滑动时产生的摩擦力，有林地和无林地的边坡土体滑动在这一点

上是共同的，所不同的是有林地边坡土体滑