水源涵养林研究现状综述

缝, 能够防止土坡滑落的形成, 起到固土防崩、阻挡 块体运动的作用, 减少滑坡、泥石流和山洪的发生, 从而起到保持水土的作用 [ 14 ] 。结 构良好的森林植 被可以减少水土流失量 90% 以上 。 [ 15] 2. 2 滞洪和蓄洪功能
降水时, 由于林冠层、枯枝落叶层和森林土壤的 生物物理作用, 对雨水截留、吸持渗入、蒸发, 减小了 地表径流量和径流速度, 增加了土壤拦蓄量, 将地表 径流转化为地下径流, 从而起到了滞洪和减少洪峰 流量的作用。 2. 3 枯水期的水源调节功能
林地凋落物的水分截流功能很强。枯落物的截 持能力和水分蓄持能力取决于枯落物的现存量及其 最大持水能力。其截持的水量约占降水量的 8% ~ 10% 。我国的研究认为, 枯枝落叶吸持的水量可达 自身干重的 2~ 4倍, 各种森林的枯枝落叶层的最大 持水率平均为 309. 54% [ 11] 。 1. 4 林地土壤对水分的调节
降落到林地上的雨水, 大部分都直接从土壤孔 隙渗入到了土层中, 即使是激烈骤雨, 也不至于急速 流出而是缓慢流出, 从而在缓解了洪水的同时也涵 养了水源。这是森林的非常重要的功能。
森林通过林冠层、林下植被层、凋落物层和林地 土壤层对雨水的涵蓄后, 除了部分供应林木生长发 育所需及蒸发外, 通过林地土壤渗透, 大部分所涵蓄 的水以渗透地下水的潜流形式慢慢地汇入江河, 从 而起到涵养水源, 平稳河川流量, 减低洪水灾害的作 用。土壤的渗透性能可以反映出这一作用的强弱。
调节来发挥其水土保持 、滞洪蓄洪、调节水源、改善水质、调节气候和保护野生动物的生态服务功能。
关键词: 森林; 水源涵养林; 研究现状
中图分类号: S727. 21
文献标识码பைடு நூலகம் A
水源涵养林, 也叫水源林, 是具有特殊意义的水 土防护林种之一, 它泛指河川、水库、湖泊的上游集 水区内大面积的原有林 ( 包括原始森林和次生林 ) 和人工林。目前人类面临的一系列生态环境问题诸 如洪涝灾害频繁发生、水土流失日趋严重、水资源短 缺、土地荒漠化不断扩大、生物多样性下降等都与森 林的严重破坏密切相关。因此, 以涵养水源为主要 目的的水源涵养林也越来越引起人们的重视。近年 来, 我国水资源短缺的问题日趋严重, 加强水源涵养 林建设 是实现 水资源 可持 续利 用的 有效 途径 [ 1 ] 。 作为以涵养水源为主要目的的水源涵养林也越来越 引起人们的重视 [ 2, 3] 。水源涵养林是一种复杂的森 林生态系统, 具有多种功能和不同的效益, 它不但有 森林普遍具有的生态、经济和社会效益, 而且最主要 的是它具有涵养 保护水源、调洪削峰、防止土壤侵 蚀、净化水质和调节气候等生态服务功能 [ 1] 。
1 水源涵养林生态功能的作用机理
水源涵养林通过转化、促进、消除、恢复等内部 的调节机能和多种生态功能维系着 生态系统的平 衡, 是生物圈中最活跃的生物地理群落之一 [ 4 ] 。森 林的水源涵养功能是森林生态系统生态功能的重要 组成部分, 其功能主要体现对降水的拦蓄作用。在 系统外在条件一致的情况下, 森林系统的结构及其 动态对这一功能的大小具有决定性的作用。不同的 森林类型具有不同的结构、功能特点, 当森林植被发 生动态变化, 森林植被的整体功能输出也发生相应 的变化 [ 5] 。水分 受森林的影响而表 现出来的水分
收稿日期: 2009- 05- 11 作者 简介: 寇 韬 ( 1979- ), 男, 四 川绵 阳人 , 在读 硕士, 研究方向为高原 (高山 )树种育苗.
分配和运动过程, 包括降雨、降雨截持、干流、蒸散、 地表径流等, 构成了森林的水文过程 [ 3 ] 。它是森林 的 4个作用层, 即森林乔木层、灌草层、枯枝落叶层 和土壤层对降水进行再分配的复杂过程。 1. 1 林冠截留
2009年 9月
防护林科技
第 5期 ( 总 92期 )
P rotect ion Forest Science and T echno logy
文章编号: 1005- 5215( 2009) 05- 0059- 04
水源涵养林研究现状综述
Sep. , 2009 N o. 5( Sum No. 92)
寇 韬, 李春燕, 宫照红, 赵垦田
( 西藏农牧学院, 西藏 林芝 860000)
摘 要: 森林是全球维持生态平衡的主体和人类赖 以生存的 重要自 然资源。 水源涵养 林是以 涵养水 源、保 持水土
为主要目的的防护林。水源涵养 林不但有森林普遍具有的 生态、经济和 社会效 益, 而且最 主要的是 它具有 涵养保
护水源、调洪削峰、防止土壤侵蚀 和净化水质的功能。水源涵养林通过林冠截留、枯枝落叶层 的截持和 林地土壤的
享用, 而更多的受益者是未参与林地建设、保护与管 理的 外部对象 , 属于公共效益。水源保护林的建 设者与管理者提供了大量的投入成本, 但这部分成 本不能到市场上交换, 体现不出其价值, 也收不回投 入成本, 从而造成资源的无偿使用和经济损失。
水源保护林建设从某种角度讲, 具有公共物品 的特性。水源保护林发挥的效益被社会各方面无偿 享用, 从而导致保护林建设所耗费的成本得不到补 偿。在市场经济体制下, 这种无法保本的经营自然 吸引不了更多的资金投入, 也就无法保障保护林的 有效供给, 因此, 政府必须进行干预。
V = P (A1 - A2 )B S C 式中: V 涵 养水源效益货 币量; P 当地中 小型水库单位库容平均造价; A1 林地非毛管孔隙 度平均值; A 2 荒山非毛管孔隙度; B 林地土层 平均厚度; S 林地面积; C 郁闭度。[ 19] 。
4 水源涵养林的效益补偿
4. 1 补偿理论及原则 水源保护林建设产生的效益并非由建设者独自
由于水源涵养林给生物种群创造了生活和繁衍 的条件, 使种类繁多的野生动物得以生存, 所以水源 涵养林本身也是动物的良好栖息地。
3 水源涵养林的综合效益评估
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寇 韬 等 水源涵养林研究现状综述
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3. 1 水源涵养林的综合效益 水源涵养林的生态服务功能、社会效益以及物
质产品的价值, 在一定的社会经济条件下, 可以直接 转化为经济效益。对生态服务功能来说, 其经济效 益价值在水源涵养林中应该称为直接效益, 主要表 现在固土保肥、调洪蓄水、净化空气和繁衍鸟兽等方 面。社会效益经计量转化成的经济效益在水源涵养 林中属于辅佐和间接效益, 它包括净化水质、森林旅 游、保健疗养转化而来的经济效益。物质产品中的 木材, 林副产品, 间种或混作的农物产品的净收益也 居于辅佐和间接性效益。以上 3 方面共 10余种效 益的综合, 在理论上应被确认为水源涵养林总的经 济效益 [ 1] 。 3. 2 水源涵养效益的评估方法
降雨到达森林时, 首先被林冠所截持。截留的 水约占降水量的 5% ~ 10% , 这部 分水从叶面蒸发 到大气, 不能为森林贮存。林冠截留量受到风速、降 雨特点、树种、林龄、郁闭度、林冠蒸发能力等多种因 素的影响。林冠截持和截持雨量的蒸发在森林生态 系统水文 循环和水量平衡中占 有重要地位 [ 3] 。受 林冠的截留作用, 降水在到达地面前进行了第一次 分配, 截留的部分通过蒸发返回大气, 小部分的林内 降雨直接到达地面, 另一部分的降水顺着树干流到 地面。林冠的截留作用使得降水对地面的机械冲击 力减弱, 从而间接地保护了林地土壤层。林冠层降 水截留作用的大小是由林冠层枝叶的生物量、叶面 积指数和 持水率所决定 [ 6 ] 。我国主要森林 生态系 统的林冠截留量平均为 134. 0~ 626. 7 mm, 变动系 数为 14. 27% ~ 40. 53% , 截留率平均为 11. 40% ~ 34 3% , 变动系数为 6. 86% ~ 55. 05% 。 1. 2 森林下层灌木与草本截流降水
造成水体污染的因素主要是非点源污染, 即在 降水径流的淋洗和冲刷下, 泥沙与其所携带的有害 物质随径流迁移到水库、湖泊或江河, 导致水质浑浊 恶化。水源涵养林能有效地防止水资源的物理、化 学和生物的污染, 减少进入水体的泥沙。降水通过 林冠沿树干流下时, 林冠下的枯枝落叶层对水中的 污染物进行过滤、净化, 所以最后由河溪流出的水的 化学成分发生了变化。 2. 5 调节气候的功能
林下灌草层不仅能截留一定量的雨水, 而且对 于分散、减弱林内的降雨动能, 减缓降水对林地面的 直接冲击有重要的作用, 是森林截流降水的重要组 成部分。从目前的研究资料来看, 林下冠草层的截 留量与盖度成正比, 同时还受林分郁闭度的制约并 与之成负相关, 其截留量约为林冠截 留量的 1/ 10。 林冠郁闭度高的类型, 灌木草本层稀少、覆盖度低, 灌木草本 层的截留量小 [ 7 ] 。林冠下层植被 种类不 同、密度不同其降雨截留量也不同 [ 8 ] 。由于林分结 构和经营目的不同, 林下植被的种类和数量存在一
森林能涵养水源主要表现在对水的截留、吸收 和下渗, 在时空上对降水进行再分配, 减少无效水, 增加有效水。水源涵养林的土壤吸收林内降水并加 以贮存, 对河川水量补给起积极的调节作用。随着 森林覆盖率的增加, 减少了地表径流, 增加了地下径 流, 使得河川在枯水期也不断有补给水源, 增加了干 旱季节河流的流量, 使河水流量保持相对稳定。森 林凋落物的腐烂分解, 改善了林地土壤的透水通气 状况。因而, 森林土壤具有较强的水分渗透力。有 林地的地下径流一般比裸露地的大 [ 16] 。 2. 4 改善和净化水质的功能
森林通过光合作用可吸收 CO2, 释放 O2, 同时 吸收有害气体及滞尘, 起到清洁空气的作用。森林 植物释放的氧气量比其他植物高 9~ 14倍, 占全球 总量的 54% , 同时 通过光 合作用 贮存了 大量 的碳 源, 故森林在地球大气平衡中的地位相当重要 。 [ 17] 林分通过抗御大风可以减风消灾。另一方面森林对 降水也有一定的影响 [ 12, 17, 18] 。多数研究者认为森林 有增水的效果。森林增水是由于造林后改变了下垫 面状况, 从而使近地面的小气候变化而引起的 [ 14] 。 2. 6 保护野生动物的功能
森林土壤具有较大的孔隙度, 特别是非毛管孔 隙度大, 从而加大了林地土壤的入渗率、入渗量。由 于土壤毛管孔隙和非毛管孔隙的作用, 使降雨量的 70% ~ 80% 被贮存。落到林地上的部分雨水涵养于 土壤孔隙内, 主要蓄于非毛管孔隙内, 因此非毛管孔 隙的多少与土壤涵养水分的能力密切相关 [ 4] 。
2 水源涵养林的功能
2. 1 水土保持功能 通过林冠和枯落物层的拦截和消能作用, 可以
减少地表径流量及径流速度, 减弱雨水对土表的直 接冲击和侵蚀, 使林地表层土壤不会迅速流失。同 时森林土壤良好的水分渗透性能及林木根系强大的 固 土 作 用, 可 有 效 地 控 制 土 壤 侵 蚀 的 发 生和 发 展 [ 12, 13 ] 。林木根系在土中交织, 盘根错节, 深入岩
对于森林涵养水源的效益不能直接计量, 可以 采用替换消耗评价法 ( 用达到同效益的其他工程所 耗用的资金来衡量 )来评价。
森林水源 涵养功能主要表现在能调节水分变 化、减少地表径流、不断增补河川水量。替换消耗评 价法是以林地土壤比荒山土壤多贮水的能力进行计 量的。贮水量的多少则根据土壤平均非毛管孔隙度 数值换算。用货币表示森林调节水量的立方米的价 格, 采用 替换法 , 就是用某些措施也可以获得同 样效益的经济效果作为森林涵养水源的货币值。公 式为:
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定的差异, 导致不同林分下植被的持水性能也存在 一定差异。 1. 3 林分凋落物层截持水
森林的凋落物是由林地植物地上部分器官或组 织枯死脱落后堆积而成, 包括叶、枝、树皮、花、果实、 种子等。枯枝落叶层上部是很少腐烂的落叶枯枝, 疏松而有弹性; 下部是半分解的残体, 有菌丝缠绕, 较疏松, 透水性强 [ 9] 。林地内凋落物是森林涵养水 源的重要组成部分, 它覆盖林地表面, 除本身具有很 大吸水或截留降雨能力外, 还提高地表粗糙度、增加 渗透能力, 避免地表土壤遭到降雨直接溅蚀打击和 降低径流速度、削弱地表径流对土壤的冲刷作用, 并 通过腐殖质的形成, 改善土壤结构及其持水性 能 [ 10] 。