森林对水源的涵养研究进展

姬少玲

森林对水源的涵养研究进展

姬少玲

（辽宁省森林经营研究所，辽宁丹东118003）

水源涵养功能是森林生态系统服务功能的重要组成之一，阐明森林对水源涵养的过程与机理，对于明确森林的水源涵养功能，科学合理地培育水源涵养林具有重要意义。本文分别从林冠层、枯落物层、土壤层等三个层次，分析了森林的水文特征与水文过程，并进一步剖析森林蒸发散与森林植被对水质的影响，旨在为进一步科学评价的森林水源涵养功能，寻找水源涵养过程的规律，以期为森林生态环境的建设和保护提供科学依据。

森林；水源涵养；水文特征

近年来，水资源短缺的问题日趋严重，森林的涵养水源功能与作用逐渐受到关注，有关森林水源涵养功能的研究也日渐增加。水源涵养林（也称水源林）作为防护林种之一，泛指河川、水库、湖泊等上游集水区内的大面积森林。森林涵养水源主要是指森林能增加枯水期径流量，缓和大雨时涨水，减缓洪峰流量、增加年总径流量等［1］。目前，狭义的水源涵养功能指“森林拦蓄降水或调节河川径流量的功能”，广义的水源涵养功能指“森林生态系统内多个水文过程及其水文效应的综合表现”［2］。森林涵养水源的过程主要体现在森林生态系统各个层次之间的水分分配和运动过程，包括林冠截留、枯落物截留、土壤蓄水、地表径流、森林蒸发散和对水质的影响等。

1 林冠层的水文特征

大气降水进入森林后，林冠层的叶、枝、干等首先截留一部分降水，枝叶表面吸附和积蓄一部分雨量形成林冠截留；随着降雨量的增加，一部分直接滴落和穿过林冠间隙的雨水一起到达地面形成穿透雨，另一部分则沿枝条树干汇流到地面形成树干径流，即林冠层将大气降水分配为穿透雨、树干径流和林冠截留三部分［3］，直接改变了降雨特征和空间分配格局，影响了森林生态系统的水文循环和水量平衡，具有重要的生态水文意义［4］。

1.1 林冠截留

林冠截留是大气降水在森林生态系统的首次分配过程，主要受森林类型、林分特征、降水特征等因素影响［5］。在一定降水量范围内，林冠截留量随着降水量增加而增加，树干粗糙程度、枝叶稠密与粗糙程度等均影响截留降水量；针叶林枝叶密集，一次性降水截留量大于阔叶林［6］，森林林冠截留量与林分郁闭度呈正相关，林冠截留率与单次降水量和降水强度均呈负相关［7］。

1.2 树干径流

树干径流指降雨沿叶片、枝条、茎干向下运动，最终到达植物根部的水量［8］。树干径流量与降雨特征和植被结构特征相关。研究表明：树干径流量与降雨量之间呈线性关系［9］；树干胸径对树干径流量的大小产生影响［10］。一般，树干径流量占林外降雨量的0.5%－14%［11］，但水分通过对植物叶片、枝条和树干的洗刷后，树干径流和林冠穿透雨的水质有较大差异［12］。

1.3 林下灌木及草本层持水

灌草层位于森林乔木层下，不仅能截留一部分雨水，而且还能分散、减弱林内的降雨动能，减缓降水对林地表面的直接冲击，是森林截流降水的重要组成部分［13］。灌草层截留主要受林分结构、郁闭度和本身盖度等的影响。研究表明：林下灌草层截留量与盖度成正比，与林分郁闭度呈负相关，林冠郁闭度高的类型，灌木草本稀少、覆盖度低，灌木草本层的截留量小［14］，而且冠层结构的异质性直接决定了林下草本植物群落的组成［15］。

2 枯落物层水文特征

枯落物层具有防止雨滴击溅土壤、拦蓄渗透降水、分散减少地表径流和覆盖减少表层土壤水分蒸发等作用［16］。影响森林枯落物持水性能的因素包括：枯落物组成、森林郁闭度、植被类型、年龄阶段等。研究表明：不同年龄阶段森林枯落物储量不同，随着林龄的增加，单位面积枯落物最大持水能力呈增加趋势［17］；枯落物层截留量取决于枯落物蓄水容量［18］，通常，半分解枯落物的蓄积量大于未分解层，半分解层的最大持水量大于未分解层［19］。枯落物截留动态过程受大气降水和环境因子影响，且与自身湿润程度等有关。

3 土壤层水文特征

土壤层水文特征主要指水分在土壤层的运动，一部分滞蓄于土壤中形成土壤水，被植物根系吸收用于蒸腾或直接蒸发回归到大气中；一部分沿土壤孔隙向周围和深层扩散形成壤中流［20］；当降水强度大于入渗强度或暂时贮存于土壤中的水分超过一定限度时就产生地表径流，其截留效应受乔木层、枯落物层截留的间接影响［2］。森林土壤层的水文特征受土壤贮水特征和土壤水分入渗特征影响。土壤水分入渗过程和渗透能力影响土壤层的水文特征，影响坡地地表径流和流域产流及土壤水分状况。通常毛管孔隙度高的土壤结构其持水量高，透水较慢，而非毛管孔隙比例大的土壤，其渗透性能良好，雨水下渗速度较快，涵养水源能力相对较强［21］。

4 森林蒸发散

森林蒸发散是森林生态系统向大气输送水汽的总量，包括土壤和植物表面的水分蒸发及植物的皮孔、气孔和角质层蒸腾等［22］。森林蒸散量受林龄、气候和降雨量等因子影响［23］。森林蒸散量随降雨量增加而微弱增加［24］，湿润冠层的蒸发率要大于干燥冠层的蒸发率［25］。一般森林蒸发散大于无林区蒸发散，但实际森林总蒸发量与无林地水面的蒸发量较接近［26］。目前对森林蒸散的研究主要集中在测定和计算方法上。

5 森林植被对水质的影响

森林植被对水质的影响贯穿于大气降水在森林生态系统中的分配过程：在林冠层主要表现为雨水对树木表面分泌物的溶解、对枝叶表面粉尘、微粒等大气悬浮沉降物的淋洗以及枝叶对降水中离子的吸收等［27］，常绿阔叶林通常对酸性降雨有一定的缓冲能力，通过离子交换使穿透雨pH值高于大气降水［28］；在枯落物层和土壤层主要表现为活地被物对降水中离子的吸收、枯落物的淋洗、微生物对化合物的分解以及对离子的摄取、土壤颗粒的物理吸附、土壤对金属元素的化学吸附和沉淀等［2］。枯落物层能过滤、吸附穿透雨中的各种物质，同时其自身所含的可溶性元素大量溶入其中［29］，通常通过枯落物层的水质发生较大改变。

6 研究展望

森林的水源涵养功能涉及植被、气候、地质地貌等多个因素之间的相互作用和影响［30］，是一个极其复杂的综合过程，而且在不同地区、不同林型其功能发挥过程与机理均有所不同，目前多数研究主要集中在对水源涵养量的测定分析，通过建立评价指标体系分析森林的涵养水源能力。为了更科学地认识森林涵养水源的水文过程机理，在以后的研究中应利用森林野外定位观测站点，定位开展典型森林生态系统的水源涵养功能监测与分析。采取野外实际观测和理论模拟的方法，分析研究典型森林生态系统的水文过程与机理。应用GPS、RS等卫星遥感技术，在全球尺度上开展森林的空间格局和动态变化对水文过程影响的研究。在不同区域的时间和空间尺度上为明确森林水源涵养功能的科学问题开展深入研究。

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S273

A

10.13601／j.issn.1005－5215.2017.07.031

2017－05－11

姬少玲（1963－），女，辽宁绥中人，大专，高级工程师，现从事林业种苗培育研究.