邵英男 沃曉棠 李云紅 陳 瑤 韓麗冬

(1.黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所 森林持續(xù)經(jīng)營與環(huán)境微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150081；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

森林水源涵養(yǎng)功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之一，是森林生態(tài)功能評價(jià)的重要組成部分[1，2]。森林的水源涵養(yǎng)功能是指森林生態(tài)系統(tǒng)通過3個作用層，即林冠層、枯落物層和土壤層攔截和滯蓄降水[3],從而起到涵蓄土壤水分、補(bǔ)充地下水、調(diào)節(jié)林內(nèi)小氣候、減小林內(nèi)地表蒸發(fā)散和調(diào)節(jié)河川徑流的作用[4]。因此，森林植被水源涵養(yǎng)功能受物種組成、林分結(jié)構(gòu)、土壤類型、外來干擾等因素的影響很大[5-7]。通過研究森林水源涵養(yǎng)功能，探討森林植被對降雨分配的影響，也為正確評價(jià)森林水文生態(tài)功能提供科學(xué)依據(jù)。

目前,森林水源涵養(yǎng)功能研究多見報(bào)道,但對其生態(tài)作用和作用機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)全面的認(rèn)識。因此,在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)之上,對影響森林水源涵養(yǎng)功能的各項(xiàng)因素進(jìn)行歸納和總結(jié),以期為今后相關(guān)方面的研究提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

1 森林水源涵養(yǎng)功能研究進(jìn)展

1.1 林冠層

林冠層是大氣降水進(jìn)入森林后的第一個作用層，是森林蒸發(fā)散的重要組成部分，直接影響降水在森林生態(tài)系統(tǒng)中的整個循環(huán)過程。大量研究表明，林冠截留占總降水量的9.0%～69.1%左右[8-10]。郭永盛等[11]對內(nèi)蒙古大青山典型植被水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行分析，結(jié)果表明：油松林的林冠截留量最大,為0.170mm，落葉松林和白樺林依次為0.104mm和0.052mm。莫菲等[12]對東靈山林區(qū)4種森林植被水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了評價(jià)，研究發(fā)現(xiàn)：林冠層截留率為12.28%～19.23%，林冠截留能力大小依次為遼東櫟林、落葉闊葉混交林、油松林、華北落葉松林。王黑子來等[13]研究發(fā)現(xiàn)，大興安嶺地區(qū)森林植被林冠層持水能力為：針闊混交林冠層截留量最高為1 034.83t/hm2，截留率為26.19%；落葉松林林冠層截留量最小，為483.05t/hm2，截留率為15.51%。孫德泉[14]對井岡山國家級自然保護(hù)區(qū)水源涵養(yǎng)能力進(jìn)行研究，研究表明：林冠層截留總量為5.29×104t，其中針闊混交林最強(qiáng)，闊葉林最弱。

1.2 枯落物層

森林的枯落物層對降水的調(diào)節(jié)能力也較強(qiáng)[15]。大量研究結(jié)果表明，森林枯落物層持水能力的大小與森林流域的產(chǎn)流機(jī)制有著密切的聯(lián)系[16]，同時受枯落物的組成、蓄積量、植被類型、林齡、枯落物的分解狀況、降雨特點(diǎn)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，水分在枯落物層的傳輸機(jī)制類似于林冠的截留過程，其截留量與枯落物的種類、蓄水能力有關(guān)，與林地單位面積枯落物成正比[17]。陳引珍[18]對三峽庫區(qū)森林植被水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果表明：不同林型枯落物持水量為灌木林(80.6t/hm2)>針闊混交林(47.11t/hm2)>常綠闊葉林(43.2t/hm2)>楠竹林(33.4t/hm2)。喬玉[19]對遼東山區(qū)不同林型枯落物持水能力進(jìn)行分析，結(jié)果表明：落葉松林(61.79t/hm2)>闊葉混交林(50.07t/hm2)>花曲柳林(39.79t/hm2)>紅松林(34.79t/hm2)>針闊混交林(29.56t/hm2)。時忠杰等[20]對六盤山主要森林類型枯落物的水文功能進(jìn)行研究，結(jié)果表明:枯落物的最大持水率為177.68%～387.42%,枯落物層的最大持水量為0.9～7.6mm,最大攔蓄量為0.36～4.96mm,有效攔蓄量為0.23～3.82mm, 均表現(xiàn)為針葉林>闊葉林>灌叢。陳波等[21]研究冀北山地4個海拔梯度的華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)人工林枯落物層的水文效應(yīng)，結(jié)果表明：枯落物總蓄積量、最大持水量、有效攔蓄能力均隨海拔升高而增大,枯落物總儲量在8.19～39.49t/hm2之間,最大持水量在17.76～74.12t/hm2之間,有效攔蓄能力在14.56～54.60t/hm2之間。顧宇書等[22]對渾河上游4種典型林分類型的枯落物持水特性進(jìn)行了研究，研究表明：枯落物最大持水量的大小依次為日本落葉松人工林(55.93t/hm2)>遼東櫟天然次生林(50.42t/hm2)>核桃楸闊葉混交林(37.84t/hm2)>冷杉針闊混交林(35.84t/hm2)

1.3 土壤層

森林土壤層對降水資源分配格局的影響最為明顯,是森林發(fā)揮水文調(diào)節(jié)作用的主要場所[23]，其截留效應(yīng)受喬木層、枯落物層的間接影響[24]。森林土壤的水分入滲和森林土壤的蓄水能力是評價(jià)森林水源涵養(yǎng)功能的重要參數(shù)。林地土壤入滲模型以Philip模型最為常見，該模型成功地描述了土壤入滲和森林水源涵養(yǎng)之間的關(guān)系[25]。李婧[26]研究發(fā)現(xiàn)：三峽庫區(qū)4種主要森林類型土壤層的入滲速率為常綠闊葉林(46.50mm/min)>常綠闊葉+落葉闊葉混交林(24.33mm/min)>落葉闊葉林(21.17mm/min)>暖性針葉林(10.08mm/min) 。張偉等[27]對冀北山地各林分土壤水文效應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：土壤最大持水量排序?yàn)樯綏盍?1 709t/hm2)>油松蒙古櫟混交林(1 551t/hm2)>白樺林(1 549t/hm2)>油松林(1 547t/hm2)>華北落葉松林(1 357t/hm2)>蒙古櫟林(1 303t/hm2)；土壤滲透性能排序?yàn)?油松蒙古櫟混交林>山楊林>白樺林>油松林>蒙古櫟林>華北落葉松林。張展[28]研究發(fā)現(xiàn)：水源頭區(qū)域森林土壤最大蓄水量的變化范圍在1 980.48～2 199.56t/hm2之間，木荷—潤楠混交林最大，撂荒地最小。有效蓄水量的大小依次為刺楸—楓香混交林(150.75t/hm2)>木荷—潤楠混交林(146.25t/hm2)>木荷—潤楠混交林(139.12t/hm2) >撂荒地(127.54t/hm2)。各樣地土壤上層(0～15cm)的初滲和穩(wěn)滲速度變化范圍分別為1.82～8.71mm/min，0.55～3.62mm/min，其中木荷—潤楠混交林的初滲和穩(wěn)滲系數(shù)最大,分別為4.11mm/min和1.43mm/min。顧宇書等[29]對渾河上游4種典型水源林土壤物理性質(zhì)及水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同林分土壤最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量大小排序?yàn)楹颂议薄鹃省ㄇ旖涣?1 304.45、908.78、395.67t/hm2)>冷杉—白樺—懷槐(1 252.51、905.26、347.26t/hm2)>日本落葉松純林(1 136.15、832.12、304.04t/hm2)>遼東櫟天然次生林(1 057.27、817.88、239.40t/hm2)。

2 展望

森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能及其價(jià)值評估是當(dāng)前生態(tài)服務(wù)功能研究的熱點(diǎn)問題,同時也是一個極其復(fù)雜的難點(diǎn)問題。目前國內(nèi)關(guān)于森林水源涵養(yǎng)功能的研究較多,但與國外相比仍存在很大差距,整體研究水平亟待提高。為此,應(yīng)特別關(guān)注以下兩個方面的研究工作:

(1)從林冠截留研究現(xiàn)狀來看，我國的相關(guān)研究尚處于初步階段，只限于把降水特征和林分郁閉度等少數(shù)因素作為影響因素，著重研究的是林冠層對月或年的降水截留量大小，而沒有考慮林冠層對一次降雨截留的大小，沒有討論林冠截留與其他因素(如林冠濕潤度、林冠貯水能力、枝葉量等)的相關(guān)性。因此，在今后的研究工作中要著重對林冠截留的監(jiān)測。

(2)從已有的研究可以看出，我國對森林生態(tài)系統(tǒng)的降水分配、截留遠(yuǎn)未闡明。大多數(shù)研究仍局限于對各組分(如林冠層、灌木層、草本層、枯落物等)的監(jiān)測研究，缺乏對森林生態(tài)系統(tǒng)大尺度的監(jiān)測研究。所以我們還無法科學(xué)、準(zhǔn)確地闡明森林生態(tài)系統(tǒng)的水文過程和機(jī)制。因此，我們要進(jìn)行多學(xué)科、全方位、多層次的綜合研究，更好地闡述森林生態(tài)系統(tǒng)對降水分配和截留的作用機(jī)制。

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