森林水文效应研究进展

田 雨，刘 敏，程根伟*

(1.中科院成都山地灾害与环境研究所，四川成都 610041;2.理县林业局，四川理县 623100)

1 森林对降水过程的影响

1.1 林冠截留

地球陆地表面的1/3是森林，覆盖面积达4 300×106 hm2，其中2 500×106 hm2为郁闭林，1 800×106 hm2为稀疏林和灌丛(李文华等，2001)。林冠截留是森林的重要生态功能，在森林水分循环和水量转化过程中发挥着巨大作用(薛建辉等，2008;王爱娟＆肖文波，2009)。它不但是森林蒸发散的组成部分(石培礼＆李文华，2001)，而且是森林对输入降水发挥调节作用的起点，可使降雨在数量及空间上进行重新分配，同时它也是土壤-植物-大气连续体水分循环的重要环节(薛建辉等，2008)。

林冠截留是一个复杂的过程。降雨量、降雨强度和雨前林冠的湿润程度对林冠截留的影响很大(王爱娟＆肖文波，2009)。降雨初期，雨水全部截留，截留量与降雨强度无关，截留量随降雨量的增大而增大。在降雨量达到10 mm～20 mm以上时，截留量随降水增加减缓(石培礼＆李文华，2001)。随着降雨强度的增大，林冠截留量不断增加，最后趋于一个常数，即林冠最大截留量(王爱娟＆肖文波，2009)。雨前林冠干燥比湿润时截留能力更大。如果降水发生前，该地区有长期的干旱，则林冠可能截留相当大数量的降水。如果前期已有较大的降水，而且林冠截留己达到林冠最大截留量，则林冠截留量就不会再增加(刘世荣等，2007)。

截留雨量的大小除了受气候的影响，植物本身特性的影响也很大。植物自身特征包括树种、树龄、冠层稠密程度、冠层排列状况、冠层厚度等(王爱娟＆肖文波，2009)，它们都影响林冠的截留量。研究表明，林冠截留量随着叶面积指数的增大而增大(Park et al.，2000;Gomez ＆ Giraldez，2001)。不同树种的枝叶茂密度不同，茂密度越大的植物叶面积指数也越大，林冠截留量也越大。对同一树种而言，叶面积指数与树龄有关，在树木从幼龄到成熟直至过熟的不同阶段，叶面积指数先变大后减小。对于一个流域而言，由于林冠结构不同，不同森林类型的林冠截留量与降水量之间的相关关系也不尽相同。此外，即使是同一种类型的林分，截留量也会随林分郁闭程度的不同而不同。研究表明，林冠截留量与林分的郁闭度呈正相关，即郁闭度增加截留量增加。根据不同类在134.0 mm～626.7 mm之间，林冠截留率的平均值为19.85% ±7.16%(石培礼＆李文华，2001)。

林冠截留率是表现森林的截留效果的一个指标。与林冠截留量相反，林冠截留率一般随雨量的增加而减少，在多数情况下林冠的截留率与降水量表现为负幂函数关系(程根伟等，2004)。相比之下，林冠截留率能较好地表现森林的截留效能，它与森林的结构和乔木层优势树种的构型关系密切。统计表明，在相似茂密的森林覆盖度下，林冠截留率一般规律是:针叶林＞阔叶林，落叶林＞常绿林，复层异龄林＞单层林(石培礼＆李文华，2001)。国外一般认为温带针叶林林冠截流率在20%～40%(Swank et al.，1988;McCulloch ＆ Robinson，1993;Black，1998;石健等，2006)。我国的研究则表明，充分郁闭的针叶林平均截留率大致均在20%以上，阔叶林的平均截留率一般小于20%(石培礼＆李文华，2001)。

1.2 枯枝落叶层截留

枯枝落叶层具有保护土壤免受雨滴冲击和增加土壤腐殖质和有机质的作用，并参与土壤团粒结构的形成，有效地增加土壤孔隙度，为林地土壤层蓄水提供了物质基础(韩永刚＆杨玉盛，2007)。根据测定，林地表面的枯落物层保持的最大水量可达到3 mm～5 mm，在枯落物层非常厚的原始林中最多可达34 mm。众多研究结果认为，枯落物层的吸持水量一般可达自身重量的2倍～4倍，其最大持水率平均为309.54%(韩永刚＆杨玉盛，2007)。刘世荣等(1996)在《中国森林生态系统水文生态功能规律》中揭示暖温带及黄土高原地区森林枯落物的持水量和持水率平均值分别为7.23 mm和315.20%。吴万奎等(1996)的研究表明枯枝落叶层的持水能力甚至高于林冠层和土壤层。由此可见，枯落叶层有较强的持水能力，它对防止水土流失和涵养水源尤其重要。

森林枯枝落叶层的持水量取决于枯枝落叶层的现存量及其持水能力。由于不同森林类型的枯落物现存率和持水率有差异，故它们的最大持水量也明显有别(刘世荣等，2007)。不同类型的森林生态系统枯枝落叶层的最大持水量在200%～500%之间，平均最大持水量为0.70 mm～7.12 mm(刘世荣等，1996)。凋落物的持水量与其现存量呈极显著的正相关关系，即森林生态系统中枯落物的现存量越大，则截留的水量也越大。凋落物的现存量又决定于不同森林的生产力和分解能力，而凋落物的持水能力通常用最大持水力表示。通常与物种、厚度、湿度、分解程度和成分等有密切关系。在寒温带和西部亚高山针叶林和落叶阔叶林区，因气候寒凉，凋落物不易分解，故地被物积累量大，凋落层持水能力也较强，其最大持水量常常大于400%;而热带亚热带森林由于水热条件适宜，枯枝落叶分解快，林分凋落物少，林内凋落物层持水能力较弱，最大持水量常在400%以下(石培礼＆李文华，2001)。枯枝落叶层持水能力的大小取决于其本身性质。树种不同，枯落物吸水能力及分解情况有很大差异。针叶树种枯落物含有较多的油脂，不易分解，其吸水率和有效吸水量往往比阔叶树种的枯落物小。通常，枯落物层的持水量的一般规律为:原始林＞天然次生林＞人工针叶林，灌丛地枯落物积累量最小，持水量最低(刘世荣等，2007)。

在自然状态下，林下枯落物均含有一定的水分，因而降雨时枯落物不可能达到最大持水量极限。坡位、坡向、坡形、海拔高度等都会影响下垫面水热状况的分配和交换，阳坡蒸发量大，枯落物的含水量低于阴坡，而截留水量则高于阴坡。在坡地上，会产生延坡向下的重力分力，促使水分延坡向下移动，从而降低枯落物持水量。森林凋落物的实际持水量还与降水量和森林的盖度有很大关系。比如森林砍伐会增加林内的光照和提高凋落层的温度，使凋落层分解加速，现存量降低，从而显著地降低凋落层的持水能力。周晓峰＆李庆夏(1994)研究了蒙古栎林采伐后凋落物量和持水量的变化，结果表明:疏伐对凋落物和最大持水量影响较小，蒙古栎林经疏伐郁闭度从0.95降低到0.60时，最大持水量从2.2 mm降低到1.9 mm，分别降低了14.3%和13.6%;但在皆伐迹地凋落物干重和最大持水量降低到2.73 t·hm-2和0.9 mm，分别降低59.8%和59%。

1.3 土壤入渗与蓄水

森林土壤是涵养水源的主要场所，森林中透过林冠层的降水量有70% ～80%进入土壤，进行再分配。森林土壤贮水量常因森林类型、土壤类型不同而异。一般地，热带、亚热带森林，特别是阔叶林生态系统，土壤孔隙度发育好，林地蓄水能力强，非毛管蓄水量大于100 mm，而寒温带、温带山地针叶林和温带山地落叶阔叶林，非毛管孔隙蓄水量较低，多低于100 mm(刘世荣等，1996)。

土壤蓄水量与土壤结构和土壤的孔隙状况密切相关。其中，土壤非毛管孔隙是土壤重力水移动的主要通道，森林土壤层的最大蓄水量与土壤结构和土壤孔隙度密切相关。韩永刚等(2007)对福建省不同森林类型0 cm～40 cm土壤层的研究表明，土壤层最大蓄水量与土壤表层有机质含量、容重、非毛管孔隙度、毛管孔隙度相关关系密切，其中与有机质、非毛管孔隙度、毛管孔隙度呈显著或极显著正相关关系，与0 cm～40 cm土层的容重呈极显著负相关关系。从相关系数看，最大贮水量与土壤层容重相关关系最密切，其他影响因素影响程度大小依次为非毛管孔隙度、有机质、毛管孔隙度。

土壤水分含量影响到降雨入渗，进而影响地表、地下产流，因此，森林土壤水分入渗和水分贮存对森林流域径流形成机制具有重要的意义(高甲荣等，2001)。土壤对水分的渗透性是森林水文特征的重要反映，土壤渗透能力主要决定于非毛管孔隙度，通常与非毛管孔隙度呈显著正线性相关关系(石培礼＆李文华，2001;韩永刚＆杨玉盛，2007)。土壤渗透的发生及渗透量决定于土壤水分饱和度与补给状况，不同的土壤类型和森林生态系统类型决定着土壤的渗透性能。一般森林土壤疏松，物理结构好，孔隙度高，具有比其他土地利用类型高的入渗率，良好森林土壤的稳定入渗率高达8.0 cm·h-1以上(高甲荣等，2001;韩永刚＆杨玉盛，2007);破坏过的森林土壤其渗水性能较低，主要由于森林植被破坏降低了植物根系的活动，而且会导致凋落物减少，土壤孔隙，特别是非毛管孔隙明显减少，持水力下降，土壤蓄水量减少(雷瑞德 ＆张仰渠，1996)。朱劲伟(1982)的研究表明，阔叶红松林皆伐形成的草地的渗透性能大大降低，土壤的初渗率和稳渗率只相当于原始红松林的30%～60%。森林砍伐后进行复垦或耕作会增加表层土壤的孔隙度，引起土壤的渗透率的提高(卢培俊，1987;文仕之 ＆何炳飞，1993)。

1.4 林地蒸散发

蒸散发是水分通过热能交换从液态转换为汽态的过程，是水分从地球表面和水体进入大气的过程。蒸发取决于水温、气温、风、气压等气象因素以及水质和蒸发面特性等因素。蒸腾作用不同于蒸发，它受植物内部生理因素的影响，通常叶表面的角质层阻力相当大，气孔蒸腾就成为蒸腾的主要形式(程根伟等，2004)。森林蒸散发是森林生态系统水分循环与能量平衡中最为重要的因素之一，由林地蒸发、林冠截留水分蒸发和森林植物蒸腾三部分组成(高甲荣等，2001)。多数结果表明，森林生态系统实际蒸发散是系统水分输出的较大项，约占降雨量的40% ～80%。

在不同气候区域，森林对蒸散发的影响是不一致的。大多数研究表明，森林覆盖度降低一般会导致蒸发散降低。这主要是由于森林砍伐后，植物冠层的蒸腾降低的缘故。而在流域附近则出现相反的现象，在长江上游，森林砍伐反而导致流域蒸散发增加(石培礼＆李文华，2001)。当土壤未形成植被覆盖时，流域的蒸散主要以蒸发为主，形成植被覆盖层后植物的蒸腾量成为蒸散量的主要组成部分(程根伟等，2004)。气孔阻抗是植物蒸腾的重要因子，它反映了树叶的气孔对叶内水汽的输送阻力，凡是能够减小气孔阻抗的因素都会促进植物蒸腾。气孔阻抗与气象条件、气温、植物类型和叶龄都有关系，如气孔阻抗值会随着光强的增加而减小(程根伟等，2004)。

2 森林对径流量和径流形成的影响

2.1 森林对洪峰流量的影响

大多数研究表明，森林能够减小洪峰流量，改变地表水和地下水的比例，增加地下径流，改变径流分布过程，使河流水量变化平稳(周梅，1995)。森林复杂的立体结构能对降水层缓冲截持，不但使降水发生再分配，有效地削弱雨滴对地面的冲刷，而且由于林下枯枝落叶形成厚厚的地被物以及林草地下的发达根系，促使土壤入渗率增大，地下森林土壤蓄水能力显著增强，可将大部分地表径流转化为地下径流。当渗入地下的雨水饱和后，则溢出为地表径流。有林地的地表径流的流速比无林地要缓慢，起到推迟、错开洪峰的作用。王金叶等(1998)在祁连山的多年研究结果表明，森林覆被率为65%的流域比森林覆被率为32%的流域洪水期径流深低98.9 mm。根据黑龙江省海浪河流域1965年～1991年(森林覆被率为75%的有林区)和森林覆被率为14%少林区的森林资源变化和水文资料，比较其洪峰发展过程发现，有林区的峰值比少林区的低29.2% ～38.4%;而退水过程前者比后者延后20 h～48 h(周晓峰等，2001)。程根伟(1991)提出了森林与洪水经验关系式，认为随森林面积的增长，洪水径流系数将减少，其减少程度与暴雨量成反比。

森林对于削减洪峰、延长洪峰历时具有一定的调节作用，而调节程度则与暴雨输入大小和特性有关(高甲荣等，2001)。就小暴雨或短历时暴雨而言，森林具有较大的调节作用，但对特大暴雨或长历时的连续多峰暴雨来说，森林的调蓄能力是有限的，因为森林的拦蓄容量已为前一次暴雨占去大部分，再次发生暴雨时森林的拦蓄作用会大大降低。甚至有人认为，由于森林的拦蓄作用，当连续降水时产生洪水叠加而增大了洪峰量，将导致更大的洪水灾害(Bonell，1993;高甲荣等，2001)。对于较大的流域，森林对中等洪峰的削洪作用不会超过40%(相对于无林地的洪水大小)，而对于更大流域、更大暴雨或前期降小雨等情况，森林的削洪能力将会更小直至消失(程根伟等，2004)。四川嘉陵江、涪江、沱江等流域的洪水过程分析表明，森林消减洪峰量为10% ～20%，最大不超过25%(周晓峰等，2001)。森林对大暴雨洪峰的影响有限，这主要是因为在大暴雨情况下，土壤与植被没有额外的储存能力，从而使大部分降雨转换成径流(魏晓华等，2005)。此外，有研究表明，森林覆盖率与洪峰流量成负相关关系。Austin(1999)对82种洪峰类型试验的结果进行了总结，结果表明其中有5个属于采伐减少洪峰径流的，Hornbeck等(1997)也有些类似的结论。

2.2 森林对枯水径流的影响

森林能够增大枯水径流流量，避免泉水与河流枯干(Andrassian，2004)。刘向东等(1987)在六盘山区的研究发现，森林覆被率高的流域，其枯水期径流比覆被率低的要高。松花江水系20个流域10年的测定结果表明，无林流域春季枯水径流仅占全年径流的6.5% ～7.0%，径流深2.65 mm～4.35 mm，而有林流域(森林覆盖率为22% ～90%)春季枯水径流占全年的比值为12.5% ～31.9%，径流深达10.83 mm～139.20 mm，是无林流域的4倍～32倍(周晓峰等，2001;王怀宇等，2010)。在川西高原原始林区，从有林沟和采伐沟的对比研究中可以看出，有林沟冬季(11～3月)平均枯水流量很稳定，保持在54 L·s-1～65 L·s-1，径流模数在 16.3 L·s-1·km-2～19.6 L·s-1·km-2，而采伐沟冬季月平均枯水流量只为13 L·s-1～21 L·s-1，径流模数为4.48 L·s-1·km-2～7.23 L·s-1·km-2，说明采伐沟的枯水径流量下降显著(王怀宇等，2010)。国外的一些研究也得出了相似的结论(Bonell M，1993)。可见，森林的存在有效地调节了洪枯比，使河川径流年内分配趋于均匀。

和国内的大多数研究结果不同，国外的大部分研究则表明，森林采伐会增加河流枯水径流而造林会减少枯水径流(Scott＆Lesch，1997;魏晓华等，2005)。在我国也有少量的研究得出了相同的结果。松花江水系陡嘴子河的4个中等集水区30年观测数据对比分析结果表明，当森林覆盖率在40%以上的情况下，比之荒地能增加径流历时64%，减少最大径流量32%，同时也减少总径流量14%，枯水期径流量也随之减少，森林覆盖率每增加1%，枯水期径流减少1.5 mm～7.5 mm;松花江水系阿什河上游3个面积2 km2以下的小集水区(集水)通过50%的带状采伐和皆伐后，采伐区的总径流量增加了1.31%～9.17%，秋汛(多雨季节)径流增加了3.61% ～10.71%，而枯水(包括春汛融雪径流)径流则减少了17.51%(周晓峰等，2001;王怀宇等，2010)。周彦辉(1986)通过计算，得出森林覆被率与枯水径流呈反比的结论。

由此可见，在全世界范围内，森林对枯水径流表现出正负两种效应。耿运生＆乔裕民(2003)认为流域内的枯水径流取决于林地蒸散发与土壤人渗率的综合作用。一是在降水较多且林地土壤透水性能良好时，渗透强度超过可能的蒸发散强度，则森林对枯水径流的正效应突出;而在降水较少或不具备良好的渗透条件时，则有可能是蒸散耗水成为主要因素，森林的负效应就突出了(王怀宇等，2010)。地区、林种、林型、林区的管理等因素对枯水径流的影响可能比森林的影响更大(耿运生＆乔裕民，2003;王怀宇等，2010)。魏晓华等(2005)也认为森林变化对枯水径流的影响除了与植物变化所引起的蒸散发变化有关外，还取决于土壤的变化。干旱季节采伐森林以后，流域的枯水流量不可能立刻增加，只有在土壤含水量得到补给，地下水位达到一定高度并趋于稳定后，再遇降水，枯水流量才会增加(周梅，1995)。此外，即使在同一流域，不同时期的雨前条件和无雪期气象条件也有很大的差异。

2.3 森林对年径流量的影响

森林作为陆地生态系统的主体，对地表圈层的水循环产生了重要的影响，特别是其涵养水源、保持水土和维持水质的作用为多数学者所公认，但是森林的存在是增加或减少河川径流量，目前并没有形成一个定论(李昌哲等，1986;李文华等，2001;程根伟等，2004)。从世界各国研究来看，森林与径流的关系主要有以下3种不同的观点。

1)森林会减少年径流量

国际上大多数国家的研究者在不同地理区域得出的结论大多也是认为森林的存在会使径流量减少。美国北卡罗来那州的Coweeta集水区一直被认为是世界上持续研究历史最长的集水区。Coweeta长期的水流量记录结果显示，清除森林可以增加大约15%的平均水流量和洪峰流量(Swank＆Crossley，1988)。Hubbard Brook森林集水区多年对比试验结果则表明，当砍伐流域内20%的森林后，可以观测到流域年径流量的增加，当砍伐面积达到流域面积的45%时，流域年径流深增加100 mm以上，当将流域内的森林全部砍伐后，流域年径流深增加250 mm以上，砍伐面积每增加10%，流域年径流深增加 18 mm(Botmonn ＆ Likens，1979)。Sanders(1986)在俄亥俄州的Dayton所进行的研究中也发现，现有林分的林冠覆盖率为22%时，减少地表径流大约为7%，如果林冠覆盖率增加到50%，将能减少地表径流大约12%。程根伟等(1997)对加拿大Carnation-Creek流域森林砍伐前后共计15年的对比观测数据分析后发现，90%的清伐后流域年径流系数增大了约15%，年平均产水量增加了约300 mm～500 mm。英国的Balqhidder集水区实验分别比较了草地与荒地以及草地和针叶林等不同植被覆盖类型的水文过程，结果发现森林植被的存在同样会减少产水量(Whitehead＆ Calder，1993)。Calder(1990)对英国Plvnlimon森林集水区的研究结果也显示，有森林覆盖的集水区的年径流量低于草地覆盖区。德国在Krofdorf集水区开展的采用校核观测的办法来剔除其他因素对森林采伐实验影响的研究结果表明，分段采伐流域内96%山毛榉林后的第2年，流域年径流深增加86mm(Brechtel＆Fuehrer，1991)。Chirino等(2006)比较了西班牙Ventós集水区裸地、草地、灌木林和人工松树林的产流效应，结果表明，裸地的径流深为有植被林地径流深的4倍。Ruprecht等(1991)在澳大利亚的研究表明，皆伐和择伐均会导致林地叶面积的下降、地下水位的上升和径流深的逐年增长。日本的小流域结果也表明径流量随森林的皆伐、择伐而增加(李文华等，2001)。

我国的森林集水区研究开始于20世纪60年代，研究的内容主要集中于探讨森林植被覆盖率变化与流域径流量变化的关系(李文华等，2001)。目前的研究表明，在我国的干旱、半干旱地区，由于森林植被蒸腾耗水在生态系统水分平衡中占的比重较大，森林有明显减少径流量的作用。据黄土高原成对有林和无林流域降水和径流的相对变化量资料统计表明，黄土高原区森林覆盖度增加会普遍降低河川径流量，森林覆盖率平均每增加10%将减少径流量1.67 mm，增加流域降水量4.12 mm(刘昌明 ＆钟骏襄，1978)。杨海军等(1994)对山西省吉县境内的红旗林场的少林和多林流域的对比研究也表明，少林流域的径流量明显多于有林流域。位于我国华北地区的山西省黄土区清水河流域，在60年代、70年代和80年代末森林覆盖率分别为25.13%、55.29%和57.88%，而年均径流量则分别为55 mm、46 mm和23mm，年均径流系数分别为0.093、0.083和0.045，随着森林覆盖率增加及林龄增大，年径流量、年径流系数都明显减少(王礼先等，1998)。张晓萍等(2009)估算了黄河中游河口-龙门区间不同植树造林情景下年均径流量的变化。结果表明，河龙区间适宜区和次适宜区均植树后，区域产水减少9.2%(3.1 mm)，区域局部减水最大达到48 mm。

2)森林会增加径流量

前苏联的许多研究结果认为，森林覆盖率增加能提高河川流量，并引用大量由于采伐森林造成河流水位下降和造成干旱的历史事实加以证明(李文华等，2001)。Harr(1979)在美国俄勒冈西部的研究表明，森林采伐后，年径流量减少。我国的多数研究表明，在长江中上游湿润地区，森林对径流量具有正效应(Cheng，1999)。长江中上游流域多组多林和少林流域(674 km2～5 322 km2)的对比分析结果表明，多林流域的年径流量比少林流域的大，多林流域的年径流系数比少林流域的增加33% ～218%(周晓峰，2001)。在岷江上游的米亚罗亚高山森林生态系统中，森林砍伐显著降低了流域的产水量，森林覆盖度降低10%，径流量降低70 mm左右，森林砍伐降低河川径流效应明显(马雪华，1987，1993;黄礼隆，1990)。马雪华(1993)在西南地区岷江上游冷杉林集水区内也观察到，采伐森林会使年径流量减少。在我国其他地区也有一些相同的观测结果。对我国东北地区黑龙江、松花江水系20个面积为101 km2～170 000 km2流域10年测定的多元回归分析结果表明，森林覆盖率增加1%会引起年径流量1.46 mm的增加(周晓峰，2001)。朱道光等(2005)采用大流域径流测定与小流域对比实验相结合的方法，利用35年的径流和森林资源变化资料，对小兴安岭林区森林采伐后河川径流发生的一系列变化进行了全面系统的研究。结果表明，森林采伐后营造落叶松人工林，造林初期10年内，河川径流量表现为增加趋势;随着落叶松人工林的不断生长和郁闭成林，采伐流域的径流量逐渐减少，并趋于采伐前水平或低于采伐前水平。石头河和黑河流域位于我国西北地区秦岭北坡，在20世纪50年代～60年代，由于流域的林分质量都经过较大的破坏，石头河和黑河流域径流量分别下降23.6%和32.6%。但石头河流域有较多林地被划为保护区，林分质量有较大提高，每公顷年产流量6 405.9 m3，而黑河流域每公顷产流量为4 364.5 m3，前者比后者高出46.8%(李文华等，2001)。

3)森林覆盖率与径流量没有明显的关系

前苏联西北部和上伏尔加河流域等集水区的观测，提出森林对小流域年径流量无明显影响，或不明显的规律性(李文华等，2001)。我国的一些研究也得到了相似的结果，东北林业大学在帽儿山的蒙古栎采伐实验表明，疏伐对总径流量影响较小。经50%疏伐，使郁闭度从0.95降低到0.6，径流量增加1.9 mm，仅增加了0.88%(周晓峰，1994)。海南岛万泉河乘坡水文站和昌化江毛枝水文站的观测资料也表明，森林植被变化对河川径流量的影响并不十分明显。20世纪60年代和70年代乘坡水文站森林覆盖率分别为15%和40%，年降水量分别为2 601 mm、2 428 mm，年均径流量分别为1 805 mm、1 676 mm，年均径流系数均为0.69(王礼先，1998;李文华等，2001)。

2.4 森林对径流形成的影响

径流是指降雨或融雪水通过坡面和流域蓄渗与汇流，最终在出口形成径流全过程的水分运动和传输。森林与径流的关系是一个非常复杂的问题，其内容大体包括暴雨径流的源区(空间分布)、暴雨径流的运动路径(汇)、暴雨径流的成分分割、暴雨径流产生的时间问题(时间分布)、不同径流成分运动的物理表达(程根伟等，1996;张志强等，2001)。长期的实验结果显示，水流量与森林类型密切相关。一般认为，针叶林、硬阔叶林、落叶阔叶林、灌木林、草本植物对流域产水量的影响呈递减趋势，针叶林覆盖率变化10%将引起流域年总产水量约40 mm的变化量，阔叶林覆盖率变化10%将引起流域年总产水量约25 mm的变化量，而灌木林或草本植物覆盖率变化10%将引起流域年总产水量约10 mm的变化量(Bosch＆Hewlett，1982)。此外，在不同研究区域森林影响年径流量变化的幅度差别很大，采伐方式、气候条件、土壤地质、地形条件、水文测验在采伐后进行的时间等等均可能引起森林水文功能或计量结果的差异。在其他因素都相同的条件下，森林采伐后降雨径流响应在很大程度上依赖于地被层被破坏的程度，流域产水量对森林砍伐的响应在降雨量大的地区变化较大，当植被恢复受到抑制时，流域产水量增加的趋势将长期地持续下去。但当让植被进行自然恢复，湿润地区植被恢复速度快，径流变化持续的时间较短。流域产水量增加的变化在湿润地区通常在3年～10年消失(Cuenca et al，1997)。可以预料在较为干旱的地区，由于植被恢复速度较慢，流域产水量增加的趋势将会持续更长的时间。另外，较长时间的水文反应还与植被恢复的树种组成、结构变化和气候变动有关，研究表明流域产水量的变化是森林叶面积指数的函数(Swank et al，1988;Burt＆Swank，1992)。由于处于流域内森林的不同位置对径流形成具有不同的影响，因此，森林采伐的自然空间位置的差异也可导致不同的水文响应。

森林采伐对径流影响主要表现在增加地表径流和壤中流的比例，而下渗径流降低，与保留林相比，皆伐迹地地表径流增加152%，壤中流增加88.3%，下渗径流减少(周晓峰，1994)。刘昌明等(1978)分析了黄土高原年径流量及其成分随森林覆盖度变化的曲线，发现在径流量的两个组分——地表径流和地下径流中，地表径流随森林覆盖度增加呈直线降低，而地下径流有随覆盖度增加而微弱上升的趋势，地下径流增加在一定程度上减缓了森林覆盖率降低地表径流的趋势。

3 总结

森林与水的关系问题是当今生态学与水文学研究的中心议题之一。本文通过对森林调节降水、涵养水源、调控洪枯流量、调节径流等多方面功能的现有研究资料进行归纳分析，综合研究国内外不同森林类型的森林水文研究结果，旨在寻找其中科学规律，为森林生态环境建设和保护提供科学依据。

［1］Andrassian V.Waters and forests:from historical controversy to scientific debate［J］.Journal of Hydrology.2004，29:11 ～27.

［2］Austin S A.Stream flow Response to Forest Management:A Metaanalysis Using Published Data and Flow Duration Curves［D］.M.S.Thesis.Fort Collins，Colorado，USA:Colorado State University.1999.

［3］Black P E.Research issues in forest hydrology［J］.Journal of A-merican Water Resource，1998，34(4):98 ～115.

［4］Bonell M.Progress in the understanding of runoff generation dynamics in forests［J］.Journal of Hydrology，1993，150:217 ～275.

［5］Bosch J M，Hewlett J D.A review of catchment experiments to determine the effect of vegetation changes on water yield and evapotranspiration ［J］.Journal of Hydrology，1982，55:3-22

［6］Botmonn F H，Likens G F.Pattern and progress in a forested ecosystem［M］.New York:Springer-Verlag，1979，253.

［7］Brechtel H M，Fuehrer H W.Water yield control in beech forest:a paired watershed study in the Krofdorf forest research area［J］.Interactions Between Atmosphere，Soil and Vegetation，1991，204:477～484.

［8］Burt T P，Swank W T.Flow frequency responses to grass conversion and subsequent succession ［J］.Hydrological Processes，1992，6(2):179～188.

［9］Calder I R.Evaporation in the uplands［M］.Chichester:Wiley，1990:148.

［10］Cheng G W.Forest change:Hydrological effects in the Upper Yangtze River Valley［J］.Ambio，1999，28(8):457 ～459.

［11］Chirino E，Bonet A，Bellot J，et al.Effects of 30-year-old Aleppopine plantations on runoff，soil erosion，and plant diversity in a semi-arid landscape in south eastern Spain ［J］.Catena，2006，65:19～29.

［12］Cuenca RH，Stangel DE，Kelly SF.Soil water balance in a boreal forest［J］.Journal of geography research，1997，102(24):29355～29365.

［13］Gomez J A，Giraldez J V，Fereres E.Rainfall interception by olive trees in relation to leaf area［J］.Agricultural Water Management，2001，49:65 ～76.

［14］Harr R D，F M McCorison.Initial effects of clear cut logging on size and timing of peak flows in a small watershed in western Oregon［J］.WaterResourceResearch，1979，15:90 ～94.

［15］Hornbeck J W，Martin C W，Eagar C.Summary of water yield experiments atHubbard Brooks ExperimentalForest，New Hampshire［J］.Canadian Journal of Forest Research，1997，27:2043～2052.

［16］McCulloch J S G，Robinson M.History of forest hydrology［J］.Journal of Hydrology，1993，150:189 ～216.

［17］Park H，Hattori S，Kang H O.Seasonal and inter-plot variations of stemflow，throughfall，and interception loss in two deciduous broad-leaved forests［J］.Journal of the Japan Society of Hydrology Water Resources，2000，13:17 ～30.

［18］Ruprecht JK，Schofield NJ.Effects of partial deforestation on hydrology and salinity in high salt storage landscapes.II.Strip，soils and parkland clearing ［J］.Journal of Hydrology，1991，129(14):39～55.

［19］Sander R A.Urban Vegetation impacts on the hydrology of Dayton［J］.Ohio.Urban Eco，l 1986(9):361 ～376.

［20］Scott D F，Lesch W.Stream flow responses to afforestation with Eucalyptus grandis and Pinus petula and to felling in the Mokobulaan experimental catchments，South African ［J］.Journal of Hydrology，1997，199:360 ～377.

［21］Swanson R H.Forest hydrology issues for the 21st Century:A consultant's viewpoint［J］.Journal of American Water Resources Association，1998，34(4):755 ～763.

［22］Swank W T，Crossley D A.Forest hydrology and ecology at Coweeta［J］.Ecological study.New York:Springer-verlag.1988.

［23］Whitehead P G，Robinson M.Experimental basin studies-an international and historical perspective of forest impacts［J］.Journal of Hydrology，1993，145:217 ～230.

［24］程根伟.四川盆地江河径流特性与森林的关系探讨［J］.水土保持学报，1991，5(1):48 ～52.

［25］程根伟，钟祥浩，何毓成.森林水文研究中的悖论及最新认识［J］.大自然探索，1996，15(2):81 ～85.

［26］程根伟，Hetherington E.太平洋西海岸森林砍伐对洪水特征的影响［J］.山地研究，1997，15(3):167～172.

［27］程根伟，余新晓，赵玉涛，等.山地森林生态系统水文循环与数学模拟［M］.北京:科学出版社，2004.

［28］高甲荣，肖斌，张东升，等.国外森林水文研究进展评述［J］.水土保持学报，2001，15(5):60 ～64.

［29］韩永刚，杨玉盛.森林水文效应的研究进展［J］.亚热带水土保持，2007，19(2):20 ～25.

［30］黄礼隆.川西高山林区森林水源涵养性能的初步研究［J］.见:李承彪，四川森林生态研究.成都:四川省科学技术出版社，1990.

［31］雷瑞德，张仰渠.秦岭林区森林水文效应的研究［J］.见:林业部科技司.中国森林生态系统定位研究.哈尔滨:东北林业大学出版社，1996，223 ～233.

［32］李昌哲，郭卫东.森林植被的水文效应［J］.生态学杂志，1986，5(5):17 ～21.

［33］李文华，何永涛，杨丽韫.森林对径流影响研究的回顾与展望［J］.自然资源学报，2001，16(5):398 ～406.

［34］刘昌明，钟骏襄.黄土高原森林对年径流影响的初步分析［J］.地理学报，1978，33(2):112 ～116.

［35］刘向东，苏宁虎，吴钦孝，等.六盘山森林水文生态功能评价［M］.国际森林水文学研究方法讨论会，1987.

［36］刘世荣，常建国，孙鹏森.森林水文学:全球变化背景下的森林与水的关系［J］.植物生态学报，2007，31(5):753 ～756.

［37］刘世荣，温远光，王兵，等.中国森林生态系统水文生态功能规律.北京:中国林业出版社，1996.

［38］卢培俊.热带森林水文学研究刍议［J］.热带林业科技，1987，2:1～8.

［39］马雪华.四川米亚罗地区高山冷杉林水文作用的研究［J］.林业科学，1987，23(3):253 ～265.

［40］马雪华.森林水文学［M］.北京:中国林业出版社，1993.

［41］石健，郭小平，孙艳红，等.森林植被对径流形成机制的影响［J］.水土保持应用技术，2006，(2):5 ～8.

［42］石培礼，李文华.森林植被变化对水文过程和径流的影响效应［J］.自然资源学报，2001，16(5):481 ～487.

［43］薛建辉，郝奇林，吴永波，等.3种亚高山森林群落林冠截留量及穿透雨量与降雨量的关系［J］.南京林业大学学报(自然科学版)，2008，32(3):9 ～13.

［44］王爱娟，肖文波.林冠截留降雨研究综述［J］.水土保持研究，2009，16(4):55 ～59.

［45］王飞高，周冬梅，俞均昌，等.森林对河川径流影响以及研究方法［J］.江西林业科技，2005，(2):16-18.

［46］王怀宇，张福利，霍宏.我国森林植被变化对河川径流影响的研究进展［J］.林业科技情报，2010，42(1):8 ～11.

［47］王金叶，车克钧.祁连山森林复合流域径流规律研究［J］.土壤侵蚀与水土保持学报，1998，4(1):22～27.

［48］王礼先，张志强.森林植被变化的水文生态效应研究进展［J］.世界林业研究，1998，11(6):14 ～23.

［49］魏晓华，李文华，周国逸，等.森林与径流关系——一致性和复杂性［J］.自然资源学报，2005，20(5):761 ～770.

［50］吴万奎，魏玉广，李文采，等.广元市元坝区主要森林类型生物生产力及水源涵养能力的研究［J］.四川林业科技，1996，17(2):55～61.

［51］文仕之，何炳飞.杉木人工林生态系统不同干扰条件下径流规律的研究［J］.见:刘煊章.森林生态系统定位研究.北京:中国林业出版社，1993，221 ～227.

［52］杨海军，孙立达，余新晓.晋西黄土区森林流域水量平衡研究［J］.水土保持通报，1994，14(2):26 ～31.

［53］张志强，王礼先，余新晓，Klaghofer E.森林植被影响径流形成机制研究进展［J］.自然资源学报，2001，16(1):79 ～84.

［54］张晓萍，张橹，李锐，等.基于DEM的黄河中游植被恢复对年均径流量影响的估计［J］.植物生态学报，2009，33(6):1056～1064.

［55］周梅.森林对河川径流影响研究综述［J］.内蒙古林学院学报(自然科学版)，1995，17(4):9 ～17.

［56］周晓峰，赵惠勋，孙慧珍.正确评价森林水文效应［J］.自然资源学报，2001，16(5):420 ～426.

［57］周晓峰，李庆夏.帽儿山、凉水森林水分循环的研究［J］.见:林业部科技司.中国森林生态系统定位研究.哈尔滨:东北林业大学出版社，1994，pp213 ～221.

［58］周彦辉.森林对径流的影响［M］.东北林业大学，1986.

［59］朱道光，蔡体久，姚月峰，等.小兴安岭森林采伐对河川径流的影响［J］.应用生态学报，2005，16(12):2259～2262.

［60］朱劲伟.小兴安岭红松阔叶林的水文效应［J］.东北林学院学报，1982，(4):17 ～24.