森林生态系统对水质的影响

森林生态系统对水质的影响介绍了森林水质的研究进展，从世界各国的研究来看，森林对径流中化学成分、病原体、泥沙的影响以及森林生态系统养分输入输出的研究取得了一定的成果，对人类活动影响森林进而影响水质的研究也已经展开，也为人类保护森林、水资源和生产活动起到了积极的指导作用。

标签：森林水质病原体泥沙养分森林与水质的研究是森林水文学的一个重要内容，森林生态系统是地球上最活跃的生态系统之一，森林不仅能过滤和吸附水中的污染物质，还向水体释放一些元素，研究森林与降水、径流间的物质交换，对人们保护和合理利用水资源具有重要意义。

1 国内外森林与水质研究进展从20世纪60年代中期开始，水文学家、环境学家、森林生态学家就开始了森林对水质影响的研究工作，尽管这种研究的最初目的是土壤稳定性问题[1]。

美国、前苏联、英国、加拿大、芬兰、日本等国，相继建立了一些森林生态系统定位研究站，对森林生态系统的结构、功能、动态，外界干扰及环境污染进行综合研究，其中也对森林与水质的关系进行了长期和系统的监测和研究[2]。

这一时期，美国的Coweeta观测站开始进行森林生态和水文的研究。

在70年代，整地、除草剂以及林火对森林水质的影响是Coweeta森林生态和水文研究站主要研究内容之一[3]。

70～80年代酸雨成为影响河流水质和森林生态系统健康的主要环境问题，特别是欧洲中部严重的酸雨污染，引起土壤严重的酸化，导致了森林的严重破坏，进而使得流域径流受到不利影响。

为了定量评价大气污染对森林流域水文循环、化学物质转移的影响，森林水质的研究受到了广泛的重视[4]。

近数十年来，世界上许多国家和地区极力关注着水源枯减、水源污染及水质恶化等问题，较多地开展了森林与水质关系的研究，诸如欧美、日本等一些国家，通过小集水区技术以及定位观测、对比试验等方法，大量研究不同的森林经营方式和程度对流域水质的影响，揭示森林在河流及湖泊的盐碱化、富营养化形成过程中的防治效益[5]。

我国大约从20世纪50年代开始关注森林对水质的影响[6]，当时国内绝大多数的研究着重于森林对河流悬移泥沙含量的影响[7]。

从60年代到90年代先后在湖南、广东、吉林、黑龙江、陕西、甘肃、江苏、江西、山西、北京、西藏、内蒙古、新疆、福建、贵州、河南等省、市、自治区建站。

开展热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带，以及西部高山地带的森林生态系统进行定位研究[8]。

我国自70年代后期开展森林与水质的测定，论述森林生态系统对水质元素的调节、吸附、过滤及贮存功能[5]。

大约从80年代开始，一些定位站也开始了森林与水质的研究。

如湖南会同杉木林生态系统定位站对杉木林净化水质的作用进行了研究，取得了显著成果，为进一步研究森林对水质的净化作用打下了良好的基础。

2 森林对水质的影响2.1 对水化学成分的影响森林生态系统的林冠层、枯枝落叶层和土壤层具有特殊的结构和性质，可以改变降水和径流的化学成分。

陶豫萍等（2006）研究了四川乐山市沙湾区德胜钢铁公司附近的马尾松林、香樟林这两种森林生态系统的大气降水、穿透雨和树干径流以及土壤渗透水的污染物离子浓度并和裸地相对比，结果显示马尾松、香樟林群落的穿透雨和树干径流中污染物质含量显著高于大气降水，表明森林对大气污染物具有显著的截留作用[9]。

美国俄勒冈州立大学在新罕布什尔的Hubbard河的实验林的大面积养分释放研究表明，砍伐后第一年硝酸根含量比未处理的流域高41倍，第二年高56倍。

其它阳离子中，Ca2+增加4.2倍，Mg2+增加4.1倍，K+增加15.6倍，Na+增加1.8倍[10]。

2.2 对水中病原体的影响水中含有大量的微生物，其中一些是对人类有害的病原体，而森林生态系统结构复杂、功能多样，降水或径流经过森林的过滤，其中的病原体数量会发生变化。

不同的森林结构，其这个方面的作用也是不同的。

研究表明，流经松树林的每1L水的细菌含量是流经农田水的2%，流经橡树、榆树林的是其含量的1%，流经相思树和榆树林的水细菌含量是其含量的10%[11]。

Seidler在俄勒冈州西部进行了研究，流域上游是森林，下游有农民居住，发现溪流穿过居民区后，总杆菌量增加了10倍。

他还测定了水样中沙门氏菌，发现这些生物体仅在林区水样出现一次，但却在林区以下地带水样中占75-100％[12]。

2.3 对河流泥沙含量的影响河流的泥沙主要来源于雨水和地表径流对流域坡面的侵蚀，而森林生态系统能通过林冠和枯枝落叶层降低雨滴对土壤的冲击力，还通过根系对土壤的固持作用来缓解水土流失，进而减少河流泥沙含量。

在欧洲，特别是在英国，土壤侵蚀主要是地貌学家所关注的问题，而在美国又是农学家关注的热点。

近年来，欧美地貌学家在探求生物在地貌发育过程的作用中，开创生物地貌学的研究，它强调在地貌发育过程中对侵蚀、搬运、沉积、风化等物理化学过程在景观尺度和时间尺度上的影响，最具代表性的是利用植被参数和土地利用参数来模拟流域产沙[13]。

美国森林生态学家在对森林采伐与演替引起森林生态系统各种过程与格局变化的研究中，以生态系统为单元，研究森林植被变化对土壤侵蚀以及采伐对河川径流泥沙含量的影响，结果表明，生物量积累过程是控制土壤侵蚀的主要生物学机制[14]。

海南岛热带雨林，1950年以来，由于不断乱砍盗伐，毁林植胶，森林覆盖率由25.3%下降到12.3%，年平均河流含沙量增加1-2倍。

再如云南省西双版纳的测定，刀耕火种地区表土流失量较有林地增加149倍[6]。

2.4 人为活动对水质的影响人为活动，如采伐、放牧、施用化学药剂和旅游活动等都会对森林区域水质产生影响。

加拿大的M.C.Feller等(1984)报道，局部森林流域被采伐或火烧后，各种化学元素均呈增加趋势，增加最明显的是K和N。

其他养分的损失量分别为N、P、K、Mg不足10kg/hm2·a；Na、Cl不足20kg/hm2·a；Ca不足30kg/hm2·a。

挪威的O.Haveraaen(1981)报道，采伐使N的损失量由伐前的 1.5kg/hm2增至7-8kg/hm2(NO3--N约6kg/hm2):K由2kg/hm2增至12-13kg/hm2；SO42--S由18kg/hm2增至24kg/hm2；Cl由16kg/hm2增至35kg/hm2[15]。

Parkling和Coltharp对比尤他州Bear河区三个山地溪流的总杆菌、大肠杆菌、粪便链球菌进行比较，发现放1500头牛和放1000只羊的两个山地溪流中的总杆菌、大肠杆菌、粪便链球菌比未放牧的溪流高4-17倍[16]。

2.5 森林生态系统养分随降水径流的输入输出森林生态系统养分输入的一个重要途径是大气降水过程中的营养物质输入。

大气降水一方面携带化学物质进入森林生态系统；另一方面淋洗或淋溶植物体枝叶和树干上的分泌物质，促进森林生态系统生物物质循环[17]。

近年来，国内外对森林降水养分输入及其化学特性的研究己经成为森林水文学和森林生态学研究的一个重点。

周光益（1998）研究了台风暴雨对海南尖峰岭热带山地雨林生态系统地球化学循环的影响，结果表明：台风暴雨对热带林生态系统地球化学循环的影响主要体现在：一方而是对大气降水养分的影响，特别是对降水中的K、Ca影响最大；另一方面对养分的地质输出影响，暴雨能加快森林生态系统中养分流失(尤其是P 和Al)。

养分元素的输入输出变化表现为N、Mg、Ca和K的输入大于输出，P、Al、Si的输出大于输入[18]。

甘健民等（1995）以滇西南中山湿性常绿阔叶林为对象，研究了大气降雨对该森林生态系统养分输入和输出的影响。

结果表明，该地区在大气降雨过程中养分输入：N以大气降雨为主；P、K、Mg以穿透雨为主，它们分别占总输入量的69.85%、77.33%、98.19%和80.40%；Ca养分输入，大气降雨和穿透雨约各占总输入量的一半，分别是45.35%和54.38%。

养分输出以地下土壤渗漏为主，N、P、K、Ca、Mg分別占总输出量的96.52%、86.79%、69.13%、98.17%和97.21%在养分循环中N、P、K、Ca分别增加了15.941kg/ha·a、0.353kg/ha·a、3.83kg/ha·a和1.264kg/ha·a.，而Mg则减少了0.654kg/ha·a[19]。

Sebastian等（2000）对加拿大东部Boreal Shield流域森林砍伐和火烧迹地进行了研究，结果表明：砍伐和火烧迹地的K、总磷、总氮的输出速率都增加了；砍伐迹地的DOC输出速率大于火烧迹地；火烧迹地的Mg2+、NO3-和SO42-输出速率大于砍伐迹地[20]。

3. 结语森林在保持水土、涵养水源方面具有重要作用，人们对此已经有了比较深入的认识。

随着环境污染的日益严重，人们对森林对水质的改善作用越来越重视，今后，这方面的研究将逐渐深入，成为森林水文的一个研究热点。

因此，应该在研究森林改善水质的机理的基础上，明确研究森林与水质问题的技术路线，将水样采集、检测、评价和模型的建立标准化。

另外还应该坚持长期的定位观测，以及对不同流域的对比研究，建立研究网络和数据库，加强交流，方便研究。

随着人们对森林生态系统养分随降水径流的输入输出的研究的发展，森林径流中化学物质的变化也不仅仅局限于水质评价，因为所涉及的化学物质有些是森林生长所必需的营养元素，应该与污染物质区别看待。

近年来，对一些污染流域的治理较多的采用了植物措施（如人工湿地），一方面恢复原有生态系统，一方面利用植物的净化和吸污功能对径流进行净化，而植物也能够利用径流中的一些化学元素。

因此，在研究中应该注意把水质与养分循环结合起来，筛选出净化能力较强的树种，进行造林。

角注：项目基金：“十一五”国家科技支撑计划项目（2006BAD03A1802）；国家自然科学基金项目(30671661)；“948”国家林业局引进项目（2007-4-14）参考文献：[1]McCulloch J G，Robinson M．History of forest hydrology．J．Hydro1．1993，150。

[2]施立新，余新晓，马钦彦.国内外森林与水质研究综述.生态学杂志,2000,19(3)。

[3]Swank W T and Crossley D A (Editers)．Forest hydrology and Ecology at Coweeta．Springer-Verlag，New York．1988。

[4]王云琦，王玉杰.森林溪流水质的研究进展.水土保持研究.2003，10(4)。

[5]刘世荣等著.中国森林生态系统水文生态功能规律.中国林业出版社.1996。

[6]马雪华.森林与水质.见:中国林学会森林水文与流域治理专业委员会编集.全国森林水文学术讨论会文集.北京:测绘出版社.1989。