姬少玲

森林對水源的涵養(yǎng)研究進(jìn)展

姬少玲

（遼寧省森林經(jīng)營研究所，遼寧丹東118003）

水源涵養(yǎng)功能是森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的重要組成之一，闡明森林對水源涵養(yǎng)的過程與機(jī)理，對于明確森林的水源涵養(yǎng)功能，科學(xué)合理地培育水源涵養(yǎng)林具有重要意義。本文分別從林冠層、枯落物層、土壤層等三個(gè)層次，分析了森林的水文特征與水文過程，并進(jìn)一步剖析森林蒸發(fā)散與森林植被對水質(zhì)的影響，旨在為進(jìn)一步科學(xué)評價(jià)的森林水源涵養(yǎng)功能，尋找水源涵養(yǎng)過程的規(guī)律，以期為森林生態(tài)環(huán)境的建設(shè)和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

森林；水源涵養(yǎng)；水文特征

近年來，水資源短缺的問題日趨嚴(yán)重，森林的涵養(yǎng)水源功能與作用逐漸受到關(guān)注，有關(guān)森林水源涵養(yǎng)功能的研究也日漸增加。水源涵養(yǎng)林（也稱水源林）作為防護(hù)林種之一，泛指河川、水庫、湖泊等上游集水區(qū)內(nèi)的大面積森林。森林涵養(yǎng)水源主要是指森林能增加枯水期徑流量，緩和大雨時(shí)漲水，減緩洪峰流量、增加年總徑流量等［1］。目前，狹義的水源涵養(yǎng)功能指“森林?jǐn)r蓄降水或調(diào)節(jié)河川徑流量的功能”，廣義的水源涵養(yǎng)功能指“森林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)水文過程及其水文效應(yīng)的綜合表現(xiàn)”［2］。森林涵養(yǎng)水源的過程主要體現(xiàn)在森林生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)層次之間的水分分配和運(yùn)動(dòng)過程，包括林冠截留、枯落物截留、土壤蓄水、地表徑流、森林蒸發(fā)散和對水質(zhì)的影響等。

1 林冠層的水文特征

大氣降水進(jìn)入森林后，林冠層的葉、枝、干等首先截留一部分降水，枝葉表面吸附和積蓄一部分雨量形成林冠截留；隨著降雨量的增加，一部分直接滴落和穿過林冠間隙的雨水一起到達(dá)地面形成穿透雨，另一部分則沿枝條樹干匯流到地面形成樹干徑流，即林冠層將大氣降水分配為穿透雨、樹干徑流和林冠截留三部分［3］，直接改變了降雨特征和空間分配格局，影響了森林生態(tài)系統(tǒng)的水文循環(huán)和水量平衡，具有重要的生態(tài)水文意義［4］。

1.1 林冠截留

林冠截留是大氣降水在森林生態(tài)系統(tǒng)的首次分配過程，主要受森林類型、林分特征、降水特征等因素影響［5］。在一定降水量范圍內(nèi)，林冠截留量隨著降水量增加而增加，樹干粗糙程度、枝葉稠密與粗糙程度等均影響截留降水量；針葉林枝葉密集，一次性降水截留量大于闊葉林［6］，森林林冠截留量與林分郁閉度呈正相關(guān)，林冠截留率與單次降水量和降水強(qiáng)度均呈負(fù)相關(guān)［7］。

1.2 樹干徑流

樹干徑流指降雨沿葉片、枝條、莖干向下運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)植物根部的水量［8］。樹干徑流量與降雨特征和植被結(jié)構(gòu)特征相關(guān)。研究表明：樹干徑流量與降雨量之間呈線性關(guān)系［9］；樹干胸徑對樹干徑流量的大小產(chǎn)生影響［10］。一般，樹干徑流量占林外降雨量的0.5%－14%［11］，但水分通過對植物葉片、枝條和樹干的洗刷后，樹干徑流和林冠穿透雨的水質(zhì)有較大差異［12］。

1.3 林下灌木及草本層持水

灌草層位于森林喬木層下，不僅能截留一部分雨水，而且還能分散、減弱林內(nèi)的降雨動(dòng)能，減緩降水對林地表面的直接沖擊，是森林截流降水的重要組成部分［13］。灌草層截留主要受林分結(jié)構(gòu)、郁閉度和本身蓋度等的影響。研究表明：林下灌草層截留量與蓋度成正比，與林分郁閉度呈負(fù)相關(guān)，林冠郁閉度高的類型，灌木草本稀少、覆蓋度低，灌木草本層的截留量小［14］，而且冠層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性直接決定了林下草本植物群落的組成［15］。

2 枯落物層水文特征

枯落物層具有防止雨滴擊濺土壤、攔蓄滲透降水、分散減少地表徑流和覆蓋減少表層土壤水分蒸發(fā)等作用［16］。影響森林枯落物持水性能的因素包括：枯落物組成、森林郁閉度、植被類型、年齡階段等。研究表明：不同年齡階段森林枯落物儲量不同，隨著林齡的增加，單位面積枯落物最大持水能力呈增加趨勢［17］；枯落物層截留量取決于枯落物蓄水容量［18］，通常，半分解枯落物的蓄積量大于未分解層，半分解層的最大持水量大于未分解層［19］?？萋湮锝亓魟?dòng)態(tài)過程受大氣降水和環(huán)境因子影響，且與自身濕潤程度等有關(guān)。

3 土壤層水文特征

土壤層水文特征主要指水分在土壤層的運(yùn)動(dòng)，一部分滯蓄于土壤中形成土壤水，被植物根系吸收用于蒸騰或直接蒸發(fā)回歸到大氣中；一部分沿土壤孔隙向周圍和深層擴(kuò)散形成壤中流［20］；當(dāng)降水強(qiáng)度大于入滲強(qiáng)度或暫時(shí)貯存于土壤中的水分超過一定限度時(shí)就產(chǎn)生地表徑流，其截留效應(yīng)受喬木層、枯落物層截留的間接影響［2］。森林土壤層的水文特征受土壤貯水特征和土壤水分入滲特征影響。土壤水分入滲過程和滲透能力影響土壤層的水文特征，影響坡地地表徑流和流域產(chǎn)流及土壤水分狀況。通常毛管孔隙度高的土壤結(jié)構(gòu)其持水量高，透水較慢，而非毛管孔隙比例大的土壤，其滲透性能良好，雨水下滲速度較快，涵養(yǎng)水源能力相對較強(qiáng)［21］。

4 森林蒸發(fā)散

森林蒸發(fā)散是森林生態(tài)系統(tǒng)向大氣輸送水汽的總量，包括土壤和植物表面的水分蒸發(fā)及植物的皮孔、氣孔和角質(zhì)層蒸騰等［22］。森林蒸散量受林齡、氣候和降雨量等因子影響［23］。森林蒸散量隨降雨量增加而微弱增加［24］，濕潤冠層的蒸發(fā)率要大于干燥冠層的蒸發(fā)率［25］。一般森林蒸發(fā)散大于無林區(qū)蒸發(fā)散，但實(shí)際森林總蒸發(fā)量與無林地水面的蒸發(fā)量較接近［26］。目前對森林蒸散的研究主要集中在測定和計(jì)算方法上。

5 森林植被對水質(zhì)的影響

森林植被對水質(zhì)的影響貫穿于大氣降水在森林生態(tài)系統(tǒng)中的分配過程：在林冠層主要表現(xiàn)為雨水對樹木表面分泌物的溶解、對枝葉表面粉塵、微粒等大氣懸浮沉降物的淋洗以及枝葉對降水中離子的吸收等［27］，常綠闊葉林通常對酸性降雨有一定的緩沖能力，通過離子交換使穿透雨pH值高于大氣降水［28］；在枯落物層和土壤層主要表現(xiàn)為活地被物對降水中離子的吸收、枯落物的淋洗、微生物對化合物的分解以及對離子的攝取、土壤顆粒的物理吸附、土壤對金屬元素的化學(xué)吸附和沉淀等［2］?？萋湮飳幽苓^濾、吸附穿透雨中的各種物質(zhì)，同時(shí)其自身所含的可溶性元素大量溶入其中［29］，通常通過枯落物層的水質(zhì)發(fā)生較大改變。

6 研究展望

森林的水源涵養(yǎng)功能涉及植被、氣候、地質(zhì)地貌等多個(gè)因素之間的相互作用和影響［30］，是一個(gè)極其復(fù)雜的綜合過程，而且在不同地區(qū)、不同林型其功能發(fā)揮過程與機(jī)理均有所不同，目前多數(shù)研究主要集中在對水源涵養(yǎng)量的測定分析，通過建立評價(jià)指標(biāo)體系分析森林的涵養(yǎng)水源能力。為了更科學(xué)地認(rèn)識森林涵養(yǎng)水源的水文過程機(jī)理，在以后的研究中應(yīng)利用森林野外定位觀測站點(diǎn)，定位開展典型森林生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能監(jiān)測與分析。采取野外實(shí)際觀測和理論模擬的方法，分析研究典型森林生態(tài)系統(tǒng)的水文過程與機(jī)理。應(yīng)用GPS、RS等衛(wèi)星遙感技術(shù)，在全球尺度上開展森林的空間格局和動(dòng)態(tài)變化對水文過程影響的研究。在不同區(qū)域的時(shí)間和空間尺度上為明確森林水源涵養(yǎng)功能的科學(xué)問題開展深入研究。

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S273

A

10.13601／j.issn.1005－5215.2017.07.031

2017－05－11

姬少玲（1963－），女，遼寧綏中人，大專，高級工程師，現(xiàn)從事林業(yè)種苗培育研究.