森林水文效應(yīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響

森林能防止土壤侵蝕。流經(jīng)林區(qū)的河流通常含沙量低，水質(zhì)好。森林砍伐后河流含沙量、有機(jī)物等增加，主要表現(xiàn)在硝酸

較為復(fù)雜，一般認(rèn)為山區(qū)森林下滲的水量對(duì)地下水補(bǔ)給有利；平原森林對(duì)地下水影響隨氣候條件不同而異。

包括對(duì)洪水、枯水、年徑流量和徑流年內(nèi)分配等的影響。對(duì)于一次孤立的洪水，森林有明顯的降低洪峰、減少洪水流量、延緩洪水過(guò)程的作用。對(duì)于連續(xù)洪水，林區(qū)洪水流量通常比非林區(qū)大。在一般情況下，流域內(nèi)林區(qū)枯季徑流量比非林區(qū)大，年內(nèi)分配也較均勻。森林對(duì)年徑流的影響比較復(fù)雜。森林流域年徑流量比無(wú)林流域小，森林砍伐后會(huì)使年徑流量增加。大面積森林隨氣候和下墊面性質(zhì)不同，其結(jié)果也大不相同。蘇聯(lián)在喀爾巴阡山南北坡36個(gè)流域內(nèi)的調(diào)查表明，年徑流量隨林率的增大而增加。中國(guó)通過(guò)對(duì)比流域分析表明，北方干旱地區(qū)年徑流量隨林率增大而減?。ㄊ|(zhì)山區(qū)除外），南方濕潤(rùn)地區(qū)則相反。從熱帶到溫帶，年徑流量均因森林砍伐而增加，造林后則使年徑流量減少。

各家看法出入很大，一般認(rèn)為由于林冠大量蒸騰，林區(qū)上空水汽含量增多，濕度大；大氣中水平氣流經(jīng)森林阻礙被迫抬升等，都有利于降水；林區(qū)內(nèi)多水平降水。蘇聯(lián)卡明草原58年觀測(cè)資料表明，森林地區(qū)降水量比空曠地區(qū)大 9%。中國(guó)的野外調(diào)查及實(shí)驗(yàn)資料也有這樣的現(xiàn)象。但亦有不少資料表明，森林對(duì)降水沒(méi)有影響或影響甚微。

林下土壤的下滲強(qiáng)度一般比非林地要大得多。這與林地落葉層能減緩地表徑流流速、森林土壤中根系發(fā)育、土壤中有機(jī)質(zhì)多、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)發(fā)育等有關(guān)。據(jù)中國(guó)科學(xué)院地理研究所在陜西省黃龍林區(qū)的測(cè)定，林地的穩(wěn)滲率比周?chē)母睾筒莸囟即蟆?

森林地區(qū)的降水，為林冠枝葉和林下枯枝落葉層截留。截留作用主要發(fā)生在降雨初期，一次降雨最大截留量有一定的數(shù)值。林冠枝葉截留的雨量最終消耗于蒸發(fā)，它與散發(fā)量（通過(guò)根、莖、葉向大氣逸散的水量）、林內(nèi)地面蒸發(fā)量共同構(gòu)成林地蒸散發(fā)。林地蒸散發(fā)中散發(fā)量占很大比重，地面蒸發(fā)量較小。氣候濕潤(rùn)，有充沛水分供給蒸發(fā)的地區(qū)，森林對(duì)流域的蒸散發(fā)影響不大；氣候干燥，水分供應(yīng)不足的地區(qū)，林區(qū)蒸散發(fā)比非林區(qū)大。

在森林與水的關(guān)系中的一些主要問(wèn)題上一直存在著較大爭(zhēng)議。在我國(guó)，盡管從 1981、1982 年那場(chǎng)全國(guó)性的關(guān)于“森林的作用”的大討論以來(lái)，在這方面的研究已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但由于森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、功能的多樣；而且我國(guó)幅員廣闊，要獲得不同區(qū)域不同類(lèi)型之間必要的可比性存在相當(dāng)大的難度；加之在組織研究項(xiàng)目時(shí)還缺乏相關(guān)學(xué)科間的緊密協(xié)作，特別是在研究途徑和方法上的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。因此，這些分歧仍然存在。隨著西部開(kāi)發(fā)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)戰(zhàn)略的實(shí)施，近兩年來(lái)，水資源緊缺的矛盾使這些分歧再次突出顯現(xiàn)。為此，及時(shí)組織全國(guó)性的、多學(xué)科參與的討論是非常必要的。而且，更有必要在充分利用已有的定位研究所積累的大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上抓緊組建多個(gè)相關(guān)學(xué)科緊密協(xié)作的、包含生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)組織層次的大型綜合研究。本文對(duì)這些分歧提出一些看法和建議。

森林水文效應(yīng)確立系統(tǒng)觀是根本

在任何條件下都應(yīng)肯定：森林是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣的生態(tài)系統(tǒng)，它符合系統(tǒng)論的基本原理，即：系統(tǒng)功能決定于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；合理的、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生良好的效應(yīng)（正效應(yīng)）；不合理的結(jié)構(gòu)則會(huì)降低功能，甚至產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

森林生態(tài)系統(tǒng)中生物與環(huán)境（氣候、土壤和地質(zhì)地貌條件等）的組合因地域而不同，因而不同地域不同森林類(lèi)型所表現(xiàn)出來(lái)的生態(tài)功能也有差異，有時(shí)甚至相反。因此，某一地域的研究結(jié)論不宜貿(mào)然外推。

在森林與水的相互關(guān)系中也充分反映了上述基本規(guī)律。在森林水分循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，既有共性的一方面，又因地域和森林類(lèi)型的多種多樣而表現(xiàn)出差異，甚至結(jié)論相反。

森林水文效應(yīng)林在水分循環(huán)中的作用

1 林冠能夠截留大量降水

降水進(jìn)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）主要受降雨量與林冠郁閉度的影響。在郁閉度越高、降雨量越少的情況下，截留率越大，甚至可達(dá) 100%。在降雨強(qiáng)度很大，或降雨持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)、林冠已飽和的情況下，則截留率趨于 0。

2 樹(shù)干徑流（干流、莖流）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，很少超過(guò) 10%，在我國(guó)東部的主要針闊葉樹(shù)種中，櫟類(lèi)的干流量較大。例如：黑龍江省的蒙古櫟干流率可高達(dá) 15.45%，這是它能適應(yīng)干旱、瘠薄立地條件的重要原因。

3 林冠層使雨滴動(dòng)能增強(qiáng)

雨滴動(dòng)能決定降雨對(duì)地表土壤的沖蝕力。根據(jù)秦嶺地區(qū)華山松林、亞熱帶杉木林及熱帶北緣桉樹(shù)林的降雨過(guò)程的研究，當(dāng)林冠高度超過(guò) 7m，降雨量超過(guò) 5mm 的情況下，林冠層就不能有效地降低降雨動(dòng)能，當(dāng)降雨量再增大（林內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)因枝葉匯集作用而產(chǎn)生的大雨滴），林內(nèi)降雨動(dòng)能亦隨之增大，并超過(guò)同期林外雨的降雨動(dòng)能。這就是在暖溫帶刺槐林、熱帶桉樹(shù)林等結(jié)構(gòu)不良林分（缺灌草層，特別是缺凋落物層）內(nèi)均出現(xiàn)地表侵蝕的原因。這也說(shuō)明，為保證森林的水土保持作用，必須保護(hù)林下的灌、草層，尤其是凋落物層，使雨滴不能直接沖擊土壤，從而免除水蝕危害。

4 森林的蒸發(fā)散能力很強(qiáng)

蒸發(fā)散包括兩個(gè)過(guò)程：蒸發(fā)是指林地土壤和植物枝、干、葉表面的水分蒸發(fā)，這是個(gè)物理過(guò)程；蒸騰是指森林中所有植物通過(guò)葉片氣孔和皮孔散發(fā)出水分的生理過(guò)程。蒸發(fā)散是森林生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)中最主要的輸出項(xiàng)，又由于在蒸發(fā)散過(guò)程中要消耗大量熱能，因此，它又是森林生態(tài)系統(tǒng)熱量平衡中最主要的過(guò)程，這也是森林能調(diào)節(jié)局域溫度和濕度的機(jī)理所在。

森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其蒸發(fā)、蒸騰過(guò)程極難直接測(cè)定。通常采用水量平衡法、能量平衡法和水熱結(jié)合法間接測(cè)算。通過(guò)對(duì)我國(guó)溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶各主要森林類(lèi)型的測(cè)算，它們的蒸發(fā)散/降水比值多在 40%～80% 之間，最低的是冷杉林 (30%～40%)。

森林的蒸散量與葉面積密切相關(guān)，因此，通常森林群落的蒸散量/降水量比值高于灌叢和草地。如山西吉縣試驗(yàn)區(qū)的測(cè)算結(jié)果為：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，龐大林冠消失，蒸散量亦隨之下降。如小興安嶺原始紅松林蒸散量/降水比值為 84.1%，相鄰采伐跡地（灌叢草地及楊樺幼林）為 71.4%，下降了 12.7%。

在高溫地區(qū)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的森林群落其蒸散量遠(yuǎn)低于裸地。如熱帶北緣廣東小良地區(qū)的裸地上，無(wú)植被覆蓋，其熱量輸入是鄰近的闊葉混交林和桉樹(shù)林的 1.6 倍，其蒸散/降水比值高達(dá) 75.1%，復(fù)層的混交林為 69.6%，而單層結(jié)構(gòu)的桉樹(shù)林則只有 46.6%，這與高溫抑制了植物的蒸騰而使土壤蒸發(fā)增強(qiáng)有關(guān)，也因?yàn)榱止诘恼诒?，使林?nèi)氣溫降低，從而減少了蒸散量。內(nèi)蒙古烏蘭敖都沙區(qū)的試驗(yàn)也出現(xiàn)類(lèi)似結(jié)果

森林生態(tài)系統(tǒng)所具有的這些多種多樣的綜合的調(diào)節(jié)功能是任何其它工程無(wú)法替代的。尤其在干旱、半干旱地區(qū)，人類(lèi)賴(lài)以生存的綠洲、農(nóng)田、草牧場(chǎng)等等，一旦失去林網(wǎng)林帶的護(hù)衛(wèi)，都將難以存在，更談不上可持續(xù)經(jīng)營(yíng)。

在干旱、半干旱地區(qū)，水是主要限制因子，并由水導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)環(huán)境極為脆弱，環(huán)境承載力很低。破壞容易，恢復(fù)極難。在西部開(kāi)發(fā)中，生態(tài)環(huán)境建設(shè)應(yīng)該放在首位，各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)籌安排和科學(xué)規(guī)劃均應(yīng)考慮水資源的可持續(xù)利用。因此，所有產(chǎn)業(yè)都應(yīng)該以“適度發(fā)展”為首要原則，“林草植被建設(shè)”也不例外。以保證生態(tài)安全為主，在水資源科學(xué)分配總體方案中占有其合理的份額。

本研究在前期科研基礎(chǔ)支持下，擴(kuò)大了研究范圍。研究以湖南四水內(nèi)有代表性的中等流域?yàn)閷?duì)象，將森林作為研究特征，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，IHW降雨量模型，SHOT--NOISE模型，對(duì)流域系統(tǒng)內(nèi)的水文氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了快速分析和處理，其結(jié)果表明有明顯的規(guī)律性；利用地進(jìn)信息系統(tǒng)建立了研究區(qū)內(nèi)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并初步建立了水文地理信息系統(tǒng)；森林水文作用過(guò)程因素多而且關(guān)系十分復(fù)雜，把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用于復(fù)雜多變量系統(tǒng)，具有較好的適應(yīng)性。研究成果開(kāi)辟了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的新領(lǐng)域，拓展和推動(dòng)了森林水文學(xué)科的發(fā)展，為流域綜合治理，制定減災(zāi)防災(zāi)措施打電報(bào)供了準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，達(dá)到了預(yù)期目的。