森林水文效应的正确评价森林水文效应 (森林水文效应有关说法错误的是)

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• 森林水文效应的正确评价森林水文效应
• 水文效应的类型
• 岩溶地质性因素

森林水文效应的正确评价森林水文效应

在森林与水的关系中的一些主要问题上一直存在着较大争议。

在我国，尽管从 1981、1982 年那场全国性的关于“森林的作用”的大讨论以来，在这方面的研究已有了长足的进步，但由于森林生态系统结构的复杂、功能的多样；而且我国幅员广阔，要获得不同区域不同类型之间必要的可比性存在相当大的难度；加之在组织研究项目时还缺乏相关学科间的紧密协作，特别是在研究途径和方法上的统筹协调。

因此，这些分歧仍然存在。

随着西部开发和生态环境建设战略的实施，近两年来，水资源紧缺的矛盾使这些分歧再次突出显现。

为此，及时组织全国性的、多学科参与的讨论是非常必要的。

而且，更有必要在充分利用已有的定位研究所积累的大量数据的基础上抓紧组建多个相关学科紧密协作的、包含生态系统各个组织层次的大型综合研究。

本文对这些分歧提出一些看法和建议。

在任何条件下都应肯定：森林是一种结构复杂、功能多样的生态系统，它符合系统论的基本原理，即：系统功能决定于系统结构；合理的、优化的结构，可以产生良好的效应（正效应）；不合理的结构则会降低功能，甚至产生负效应。

森林生态系统中生物与环境（气候、土壤和地质地貌条件等）的组合因地域而不同，因而不同地域不同森林类型所表现出来的生态功能也有差异，有时甚至相反。

因此，某一地域的研究结论不宜贸然外推。

在森林与水的相互关系中也充分反映了上述基本规律。

在森林水分循环的各个环节中，既有共性的一方面，又因地域和森林类型的多种多样而表现出差异，甚至结论相反。

1 林冠能够截留大量降水降水进入森林即行再分配。

第一步即林冠截留，截留率（截留量占同期降雨量的百分比值）主要受降雨量与林冠郁闭度的影响。

在郁闭度越高、降雨量越少的情况下，截留率越大，甚至可达 100%。

在降雨强度很大，或降雨持续时间很长、林冠已饱和的情况下，则截留率趋于 0。

2 树干径流（干流、茎流）量不大森林的干流量通常很小，占降水量的比值通常在 5% 以下，很少超过 10%，在我国东部的主要针阔叶树种中，栎类的干流量较大。

例如：黑龙江省的蒙古栎干流率可高达 15.45%，这是它能适应干旱、瘠薄立地条件的重要原因。

3 林冠层使雨滴动能增强雨滴动能决定降雨对地表土壤的冲蚀力。

根据秦岭地区华山松林、亚热带杉木林及热带北缘桉树林的降雨过程的研究，当林冠高度超过 7m，降雨量超过 5mm 的情况下，林冠层就不能有效地降低降雨动能，当降雨量再增大（林内开始出现因枝叶汇集作用而产生的大雨滴），林内降雨动能亦随之增大，并超过同期林外雨的降雨动能。

这就是在暖温带刺槐林、热带桉树林等结构不良林分（缺灌草层，特别是缺凋落物层）内均出现地表侵蚀的原因。

这也说明，为保证森林的水土保持作用，必须保护林下的灌、草层，尤其是凋落物层，使雨滴不能直接冲击土壤，从而免除水蚀危害。

4 森林的蒸发散能力很强蒸发散包括两个过程：蒸发是指林地土壤和植物枝、干、叶表面的水分蒸发，这是个物理过程；蒸腾是指森林中所有植物通过叶片气孔和皮孔散发出水分的生理过程。

蒸发散是森林生态系统的水分循环中最主要的输出项，又由于在蒸发散过程中要消耗大量热能，因此，它又是森林生态系统热量平衡中最主要的过程，这也是森林能调节局域温度和湿度的机理所在。

森林生态系统结构复杂，对其蒸发、蒸腾过程极难直接测定。

通常采用水量平衡法、能量平衡法和水热结合法间接测算。

通过对我国温带、暖温带、亚热带、热带各主要森林类型的测算，它们的蒸发散/降水比值多在 40%～80% 之间，最低的是冷杉林 (30%～40%)。

森林的蒸散量与叶面积密切相关，因此，通常森林群落的蒸散量/降水量比值高于灌丛和草地。

如山西吉县试验区的测算结果为：油松林 67.3%、刺槐林 64.5%、虎榛子林 53.1%、沙棘林 52.8%、草地 42.8%、荒地 34.4%。

森林采伐后，庞大林冠消失，蒸散量亦随之下降。

如小兴安岭原始红松林蒸散量/降水比值为 84.1%，相邻采伐迹地（灌丛草地及杨桦幼林）为 71.4%，下降了 12.7%。

在高温地区，结构简单的森林群落其蒸散量远低于裸地。

如热带北缘广东小良地区的裸地上，无植被覆盖，其热量输入是邻近的阔叶混交林和桉树林的 1.6 倍，其蒸散/降水比值高达 75.1%，复层的混交林为 69.6%，而单层结构的桉树林则只有 46.6%，这与高温抑制了植物的蒸腾而使土壤蒸发增强有关，也因为林冠的遮蔽，使林内气温降低，从而减少了蒸散量。

内蒙古乌兰敖都沙区的试验也出现类似结果森林生态系统所具有的这些多种多样的综合的调节功能是任何其它工程无法替代的。

尤其在干旱、半干旱地区，人类赖以生存的绿洲、农田、草牧场等等，一旦失去林网林带的护卫，都将难以存在，更谈不上可持续经营。

在干旱、半干旱地区，水是主要限制因子，并由水导致整个生态环境极为脆弱，环境承载力很低。

破坏容易，恢复极难。

在西部开发中，生态环境建设应该放在首位，各项产业的统筹安排和科学规划均应考虑水资源的可持续利用。

因此，所有产业都应该以“适度发展”为首要原则，“林草植被建设”也不例外。

以保证生态安全为主，在水资源科学分配总体方案中占有其合理的份额。

水文效应的类型

水文效应可划分为多种类型。

按时间的不同尺度可分为短暂快速的变化和长期缓慢的变化；按不同规模可分大、小水文效应；从性质上则可分为可逆和不可逆效应等。

从人类活动的影响来看，水文效应可分为以下5类：1.从河流和地下含水层以及湖泊中直接提取用水，减少了河、湖、地下水的天然数量，改变了水文情势。

2.工农业、城市生活废水及各种有害物质（包括各种重金属无机物和农药化肥等有机物）的排放，污染、恶化了水质。

3.土地利用的变化，如森林的砍伐和营造、垦殖、草场放牧、沼泽疏干、农田灌溉等，活动的范围或尺度很大，对河流和各种水体数量及时空分布的影响相当广泛。

4.水利工程措施，如兴建蓄水库、蓄洪区、防洪堤坝、建水闸和大型水电站、航道整治、修建排灌站、河网化以及跨流域引水等，均可直接改变河湖水流、地下水水文情势及水量与时空分布特征。

5.城市化和工业开发，包括城市的兴建、采矿、开辟工业区等，都可使不透水的地面扩大，加大地表径流，加剧洪水威胁。

地表下渗量减少，再大量开采地下水，造成地下水位大幅度下降，改变了地下水的天然排泄通道和补给条件。

城市附近天然河道的整治、渠化或裁弯取直，可加速洪水的排泄，改变水流性质和水质，并影响河流的生态条件。

岩溶地质性因素

（一）岩溶渗漏

桂中地区上林、宾阳、贵港、合山、兴宾区、象州、武宣、忻城等8 个县（市）岩溶分布面积达14 069km，占土地总面积的75.4%。由于地处南亚热带湿润气候区，岩溶发育强烈，岩溶系统表层的岩溶化极强，岩层裸露、溶蚀沟槽、溶蚀缝隙、溶潭溶洼、渗（塌）坑、落水洞、竖井、漏斗、溶洞、岩溶管道和地下河等构成地表物质与能量迅速渗漏转移的复杂介质结构系统。降水和地表水容易渗入地下，水文动态变化剧烈，因此造成所谓“地表滴水贵如油，地下河水白白流，一场暴雨十日涝，十日不雨禾焦头”的岩溶型旱涝现象。

（二）地表、地下双层水文网

岩溶地区由于同时存在着地表和地下两个水文网，水流运移循环与非岩溶区差别很大。地面河网密度明显小于非岩溶区，地下水径流网发育，如兴宾区河网密度平均仅0.15km/km，为我国南方非岩溶区平均0.6～1.0km/km的1/6～1/4。岩溶地区产流机制十分复杂，受地层岩性、构造、地貌和地表水系及排泄基准面的控制，雨水-地表水-地下水之间的关系密切，“三水”转化频繁，岩溶含水层是一种导水性强而贮水性偏弱的双重介质，如同筛子过水而不是海绵吸水，岩溶区水文动态变化剧烈，径流分布不均，水位动态变化大，自然状态下对可再生资源的动储量调节作用十分微弱。地表流域水量亏多盈少，按非岩溶区模式求得的产流量往往偏高30%～50%。岩溶区水库、山塘等蓄水设施的岩溶渗漏严重，在兴宾区近2/3的中、小型水库蓄水达不到设计标准。岩溶地区独特的水文网结构给水系治理带来许多复杂的技术问题，大大增加了水利建设的技术难度，因此需要探寻一种适合岩溶环境特点的建设模式。

（三）土被保水性差

据初步调查，本区土被基本上为红土化碳酸盐岩风化壳，与有6 000万年以上历史的古老峰林地貌系统（晚白垩世开始发育）伴生形成。

成土母质由残积和坡洪积物经短途搬运的混合再沉积组成，并成为峰林平原岩溶景观的重要组成部分。

峰林平原型风化壳整体上保水性能极差，强透水、持水性差，如兴宾区，砂砾质土壤面积占46.5%（表3-7）。其主要原因：一是土层浅薄，在碳酸盐岩母岩层的溶蚀沟槽中呈囊状产出，多数情况下平均厚度不到1～2 m；局部虽可达10m或更多，但在不同深度经常出现突起的石芽个体或群体，为水流沿石芽边壁垂向下渗提供了方便条件。二是砾石多，增加了土层的漏水性。三是基岩面上往往有一层数十厘米厚的残积和交代成因的粘土层，保水能力较好，但遇旱脱水出现龟裂，加快了水分的流失，对水田危害尤为严重。在兴宾区持水能力较差的砂砾石土类占耕地总面积的46.5%，而此类土壤的稻田耗水量比粉质土和粘质土的大1～3倍（表3-8、图3-4），单位产量的耗水量达到12.5 m/kg，可见农田高耗水进一步加剧了该地区的水资源供需矛盾。

表3-7 兴宾区砂砾质土壤特征与分布　Tab.3-7 Characteristics and distribution of sandy-gravelly soil in Xingbin District

注：据谭宏志等统计，兴宾区第二次土壤普查资料。

（四）生态环境恶化

岩溶平原区农业生态经济系统的基本结构遭到严重破坏，运转陷入恶性循环。

首先是短缺森林这个重要的调节系统。

如兴宾区据1973年普查，全区森林覆盖率为5.4%，据1989年简易调查则降至3.1%，森林涵养水分的能力减弱，水土流失加快，更加重了区域干旱。

森林是生态系统的主体，在亚热带岩溶地区其地位尤为突出，这里生境十分严酷，成片立生的岩溶森林群落，凭藉生物不同寻常的生长能力繁衍生存，成功地改造着干旱的原始生态环境，为人类创造出较好的农业生产环境。森林的巨大水文学效应主要表现在它涵养水分的功能，据文献资料，原始森林的（枯枝落叶）垫积层可把40%～80%的降水转变成缓慢排泄的地下潜流，从而起到整存零取的作用。我国亚热带森林死地被物（主要是枯枝落叶）蓄水能力为50～200mm（水柱），即（5～20）×10m/km。若兴宾区森林覆盖率恢复到35%，其总蓄水能力相当于修建20座1 000×10m的中型水库，全区枯季地下水径流量可增加一倍。

表3-8 小平阳乡不同类型稻田平均灌溉用水量及产量（1981～1990）　Tab.3-8 Average amount of irrigation water and rice yields in different types of rice fields in Xiaopingyang Country

（据张之淦，2005年）

图3-4 小平阳岩溶平原不同土质的水稻灌溉水量与产量关系图

Fig.3-4 Correlation between amount of irrigation water and rice yields in different types of soils in Xiaopingyang karst plain