浅谈森林抚育间伐对水质的影响

孙志刚

（山西省太原市阳曲县国营东山林场 030100）

1 途经森林系统的水体

经过森林的水体，以植物本体为界分内外2部分，内部因蒸腾作用是自下而上的，分根部毛细水、树干径流和叶面气态水；外部因重力作用是自上而下的，有自然降雨、林内水汽、枯透水、土壤渗透水和地下径流。内外两部分互相联系作用，即构成森体系统水循环，同时与外部生态系统也有水交换。本篇着重分析植物外部水体水质与森林抚育间伐的相互作用。

2 森林对途经水体水质的作用机制

森林生态系统对其外部水体水质影响的作用效果是通过研究降雨、林间水、枯透水、毛细水等经过森林生态系统的受重力作用下行的水体，最后以径流形式输出时的所含物质含量变化来加以分析的，期间经历了一整套地球生物物理化学过程，包括过滤、贮存、吸附和调节等作用。以下根据作用方式不同加以阐释。

物理作用方面：由于重力作用，森林植物对外部途经水体自上而下划分，作用主要分3个阶段：首先是冠层作用。枝叶与降水或林间水产生物质交换，降水因冲刷携带了来自植物表面大量的微粒和渗出物，同时植株也贮藏吸收了来自雨水中的胺盐及金属元素。对于降水携带的某一种元素而言，其含量变化与冠层结构及特有和植物间作用、当时气象状况有直接关系。其次是枯枝落叶层作用，与冠层相似，它也对水体内物质进行着吸附、过滤和淋溶的过程。再次是土壤层作用，经过该层后水体以径流的形式输出到生态系统。一方面径流能溶解携带部分土壤成分使其在输出系统时某些物质含量增加：另一方面，由于森林土壤结构复杂、疏松多孔、成分多样、微生物的分解作用强，使土壤的吸附过滤作用强，造成另一些物质在径流中的含量降低，如原水体中的泥沙含量和重金属等。

生化作用方面：水体中镁元素和钾元素的变化规律是“两升一降”，即经冠层淋溶析出和枯叶层的微生物释放，含量2次增强，但最终土壤层的吸附对其有减弱作用；钠元素是“先降后升”，即经冠层吸附先降，但枯叶层和土壤层析出补充；钙元素是“持续升高”，即叠加冠层、枯叶层析出和土壤释放三重作用；水体中重金属如铜、镉、铅、砷经森林系统较强吸附作用，特别是土壤中富含胡敏酸类物质，胶体作用的吸附能力很强，结果到达地下径流时，含量均有所降低；氮元素方面，主要以胺盐和硝酸盐的状态呈现，水体经过森林系统后，前者整体呈减弱状态，后者显增强态势。磷元素方面，主要以磷酸盐的状态呈现，经森林系统后，含量呈下降趋势；其他如细菌、病毒等，经过后也呈下降趋势。

3 抚育间伐与森林生态系统之间的作用

抚育间伐是现代林业管理的重要手段，与过去单纯用材采伐不同，随着生态保护的不断加强，生态林面积随之持续增长。出于营林考虑，预防病虫害的卫生伐、增强下层枝叶生长的透光伐和调整林分组成的疏伐等间伐手段频繁应用，此举对于保护生态系统多样性和稳定性发挥了作用。对应可能对水体产生的效应，主要体现在以下3个方面：一是由于间伐扩大了单株的生长和营养空间，总体看，森林林分平均直径要明显大于未抚育前的；二是间伐促使了植株的根、茎、叶、花、果实、种子所含元素含量发生变化；三是提高木材材质的均质性；四是间伐极大地促进了森林系统生物多样性和生物量的增长，进而直接影响到枯叶层微生物含量和土壤所含元素组成。

4 抚育间伐对于水质的影响

理论上讲，抚育间伐作用于森林生态系统，而森林生态系统又与途经水体水质元素含量的变化存在必然联系，故而抚育间伐是能够直接影响水质的。一是植物单体树冠获得解放，枝叶之间不再拥挤，降雨对植物表面的冲刷作用得到加强，从而途经水体在加强与植物树冠及周边枝叶物质交换的同时，直接增加了对植物表面渗出物的淋溶作用，水体中含量发生明显变化，如有机质、脂类和无机盐类的激增。二是由于间伐造成枝条实体减少，林间水汽附着植株表面的量化指标减弱，更多地沉降到枯叶层上，客观上对大气直接降水水体含元素起到稀释作用。三是根据间伐对生物多样性塑造的原则要求，除主力乔木外，更多的水体供给了低矮乔木、花灌木及地被植物，在促进其生长的同时，水体自身的元素含量也于过程中获得种类和数量上的增强。客观上讲，其沉降到枯叶层表面时，因植物吸附和贮存作用，其所含不溶性颗粒类物质变少，可溶性的各类无机盐和有机物则增多。四是经过以上作用，流经枯叶层的水体已经“富养化”。此时枯叶层中的微生物“粉墨登场”，对冲刷下来的各类有机物和无机物进行处理。举例微生物对植物主要养分氮和磷的处理效果：①氮元素，其间的氨氧化菌、亚硝酸氧化菌及异养硝化细菌通过对水体中的氮气和植物蛋白质进行固定、胺化、硝化和反硝化作用，除气体排放外，基本转化为可溶于水的胺盐，为下一步被根系吸收做好准备；②磷元素，由微生物参与的磷循环并不会改变磷的氧化状态，其引起的大多数磷的状态变化是将磷酸基团从无机物转化为有机物，或由不溶性化合物转化为可溶性化合物，同时也是为下一步被根吸收做好准备。经过以上作用，除部分重金属尚存外，原来大气中的降水在进入土壤时就已经是“满负荷”了。第五是在土壤中渗漏并最终形成径流的过程，对水体水质的影响最大。在这里，“水土交换”占到整个水体在森林系统中穿行所产生的物质交换的85%以上，除物理性质的溶融、析出外，一部分厌氧菌参与进来对其间有机物进行分解转化，促使其被植物根系所吸收。而经过间伐的森林群落植物根系更具多样性表现，即从浅到深和对四周的延展和扩张较未间伐前更加密布，从而对水体中无机盐的吸收更加彻底，净化作用获得强化。同时，也是因为根系的运动，地下土壤结构更加疏松，空隙增多形成海绵效应增强，对水体水质中的大颗粒和重金属的吸附作用增强，净化效果更为彻底。六是间伐导致的森林植株分布呈均质性效果，排除地形地势因素外，最终所产生的地下径流则趋向稳定和均匀分布。

整体看，森林生态系统因重金属如钙、铁、镁和钾等方面与途经水体存在交流，因此直接影响水质的pH值和元素含量。那么，作为对森林系统的调整，间伐作为改变森林结构的行为，也会直接干预到水质的变化。最主要的改变在于间伐改变了枯叶层和土壤层的理化特性，其中枯叶层的变化源自生物多样性的增强而导致的微生物的几何级数的增加，进而增强对途经水体内各种元素的处理能力；而土壤层的改变则源自枯叶层的分解产品和植物根系的双重作用。统筹看，森林对于途经水体水质的影响主要还是通过间伐对土壤层的改变来实现的。

（收稿：2018-01-20）

参考文献：

[1]陈步峰,周光益,骆土寿,李意德,曾庆波,伍南辉.流溪河水源林流域径流水化学含量及评价[J].北京林业大学学报,1998(04):21-26.

[2]陈雪,马履一,贾忠奎.间伐对森林土壤影响的研究进展[J].中国水土持,2012(09):60-63+77.