抚育间伐对森林生态系统水文生态功能的影响

高媛 袁斌 赵晶忠

摘    要：森林生态系统的稳定经营与水文生态密切相关，通过合理开展抚育间伐工作，为森林生态的良性维持与健康生长创造更好的外界条件。从水源涵养、森林水质等角度入手，分析了抚育间伐对水文生态的影响。

关键词：抚育间伐;森林;水文生态;水源涵养;影响

文章编号： 1005-2690（2020）23-0119-02       中图分类号： S715;S753       文献标志码： A

森林生态系统是维系地球生态环境稳定的关键所在，因此要保证森林生态系统处于健康工作状态。抚育间伐是优化森林生态系统环境的重要手段，在林業工作中应根据抚育间伐的影响，合理采用抚育间伐手段，使其发挥最大效能。

1   对水源涵养的影响

抚育间伐对水源涵养的影响体现在林冠层、林下植被层、凋落层及土壤层4个层次。

1.1   乔木层

林冠层是森林生态系统水文生态体系的基础层次，具有一定的水资源截留能力，是森林生态正常的重要保证。刘世荣等学者对不同类型植被的截留能力进行对比分析，林冠截留量最大近630 mm，变动系数和平均林冠截留率分别为40%和35%。森林水文体系中穿透降水量也是重要因素，并与地区降水量密切相关;相比之下，树干径流流量仅占到地区降水量的极少部分，但是水文意义同样重大，是植物吸收水源的重要来源，也是决定土壤层中水资源分布的重要因素。

森林生态系统中的水文生态过程与天气环境因素、植被自身因素密切相关，植被的年龄、种类、所在地区的年降水量、降水日数等因素均能显著影响水文生态，因此水文生态过程又具有复杂性、敏感性等特征。抚育间伐的目的在于改变林冠层截留降水资源能力，采伐中则需要注意树木的高度、蓄水能力、断面大小等因素，并达到改变截留能力的效果。根据相关研究成果，采伐行为与林冠层截留能力呈负相关关系。林冠层的截留能力与抚育间伐行为的手段、强度等因素密切相关，且在抚育间伐后不同时间长度内体现不同的影响效果;下层疏伐截留量伴随着时间的推移超过对照层截留量，上层疏伐截留量则始终处于最低水平。

1.2   林下植被层

森林的抚育间伐对林冠层以下的植被层有显著影响，有可能改变林下层中草本、地被物的数量分配与长势，对降水分配过程也有明显影响。根据研究结果，抚育间伐行为显著促进草本层的生长，并提升林下层中植被种类和数量的多样性，促进林下层生态环境的繁荣;研究结果中还指出适当扩大抚育间伐面积也是促进林下层生态繁荣的重要因素。但也有部分研究认为生物多样性受抚育间伐行为影响较小;某学者以落叶松云冷杉混交林为对象研究抚育间伐的影响，并通过研究发现抚育间伐后林下植被层物种数量与长势基本维持原状态，并未体现明显的促进效应。还有部分研究认为抚育间伐对林下植被层生态有消极影响，以某学者根据硬阔叶林开展的研究为例，研究结果显示在执行抚育间伐后林下植被层植物丰富度降低。

由上述研究结果表明，抚育间伐对林冠层下层植被数量和结构均有影响，且这种影响伴随着时间的推移会发生变化;在执行抚育采伐后较短时间内林下层水源涵养能力短暂降低，此后水源涵养能力逐步恢复提升，并超过抚育间伐前的涵养能力，与此同时林下层草本、植物种类不断增加;林下植物层中的上层疏伐水源涵养能力提升更为明显。

1.3   凋落物层

凋落物一般具有结构疏松、面积偏大、分布散乱等特征，位于生态系统地下土壤层之上并起到显著的截留降水作用，有效降低土壤环境蒸发量并保证土壤生态环境安全，确保地表径流不会流失。由此可见，凋落层水源涵养能力较强，且受凋落物自身结构、地表水源蓄积能力、森林物种成分等多种因素影响。根据对不同树种凋落物层涵养水源能力的对比分析，叶阔混交林凋落层水源涵养能力最强，针叶林与阔叶林涵养能力偏弱。凋落层强大的水源涵养能力通过持水量和最大持水率指标体现，凋落物叶片持水量最大可达自身重量的5倍，最大持水率近400%。抚育间伐对凋落物层的影响是间接的，一般通过改变凋落层上层的地上生物层次物种结构，实现对凋落物层生物种类数量的影响，并达到改变水源涵养能力的目的。有研究中以未间伐样地为参照项目，通过对比显示抚育间伐后的土地凋落物层持水指标与蓄水指标呈明显下降状态，凋落层植物储量同样显著下降。抚育间伐强度也会影响到凋落物层持水能力，伴随着间伐强度的提升，凋落层最大持水量指标呈迅速下降状态，可见间伐强度与凋落物层储量、持水能力均呈负相关关系。周晓光学者的研究成果同样关注间伐强度对凋落物层水源涵养能力的影响，并认为弱度间伐是提升涵养能力的重要保证。其他学者研究成果则关注抚育间伐对凋落物层的积极意义，认为适度开展抚育间伐能够提升凋落物层的分解能力并提升凋落物层的储物容量，有效改善凋落物层的光强、温度等自然条件，并提升凋落层的水源涵养功能。

有研究以针叶林为对象，通过研究得出适中的抚育间伐力度可提升凋落层的分解和蓄水能力，进而完善土地水源涵养体系。水源涵养功能与抚育间伐后恢复时间长度密切相关，通过对照落叶松天然次生林林地样地并对比研究得出，施加40%的间伐强度则试验对象相比于样地表现出更强的水源涵养能力与生态性能，由此可见间伐强度大小适中可显著提升凋落物层的持水性能。

1.4   土壤层

土壤层在水文生态、水源涵养方面起到重要作用，本身具有结构复杂、包含元素养分种类多等特征。土壤层的厚度以及孔隙度是影响水源涵养能力的重要指标，在对比分析中要重点关注。根据对多种森林土壤层的研究结果，适当的抚育间伐力能够提升土壤层的孔隙度，促进水分在土壤层中的渗透效应，同时降低土壤容重性;孔隙度是衡量土壤层渗透能力的重要指标，通常情况下渗透能力与孔隙度呈正相关关系，因此对土壤渗透能力的提升则多采用提升孔隙度的方式。抚育间伐强度与恢复时间都会影响土壤层与林地的水文性能，中等偏上的采伐强度显著提升水文生态，间伐行为10年后林地水文生态提升效应更加显著。但是同样有研究指出间伐行为对土壤质量、水文生态影响不大甚至会产生消极影响，部分研究认为执行采伐后土壤水源涵养能力下降。综上所述，林地土壤层水源涵养能力的变化与抚育间伐力度、树林成分结构等因素相关。

2   对流域水文生态的影响

大气、土壤、植物是组成森林生态系统的重要因素，森林生态系统的涵养水源、协调径流功能与上述因素密切相关。20世纪初国外学者选择不同河流流域分析森林植被覆盖率、森林采伐行为对流域内河川径流量的影响，但是当前尚未确定影响径流量的因素。部分研究流域內河川径流量的增加与植被覆盖率呈正相关关系，较高的植被覆盖率则显著提升河川径流量;但是李文华等学者研究成果表明，流域内植被覆盖率与河川径流量并无直接关系。抚育间伐对流域水文生态的影响呈现出综合、全面的特征，具体表现为对林冠层、土壤层等四大层次的水文生态影响。根据对抚育间伐影响的分析，选择性间伐以及全部间伐均会影响到流域内的河川径流量，且流域内自然环境、植被分布等因素也会影响河川径流量，并得出影响河川径流量因素相对复杂的结论。不同的抚育间伐手段和强度也会影响到流域内河川径流的大小，朱道光等学者以贺兰山附近河川径流为研究对象，并通过研究表明流域内的森林抚育间伐对高山融雪径流和流域内河流径流均有影响，并起到提升区域径流、改变生态功能的作用。

3   对森林水质的影响

大气降水落地并被森林生态系统各层次吸收的过程中会发生化学反应，进而导致其组成成分元素的变化，该过程被定义为淋溶过程。淋溶量是衡量森林生态系统通过淋溶过程改变大气降水成分的重要指标，森林生态系统所在环境的气象条件、植被结构特征、社会活动行为等因素均会显著影响淋溶量大小，且影响程度是各不相同的。凋落物层通过吸收大气降水溶解水分中的总金属元素和有害元素，降低大气降水中的毒性。土壤层则能够使外界降水中的有害物质实现化学反应，从而降低降水中有害因素作用并实现水质改善。但是对土壤层影响外界降水成分过程的研究难以开展，原因在于土壤层组成结构复杂且元素众多，难以确定单一因素对外界降水的影响。皆伐是抚育间伐常用的手段，能够使生态水文过程发生整体性变化并显著影响森林水质，针对间伐手段对森林水质的影响已有研究成果，国外科学家以固定流域内混交林为对象，通过对比研究林区河流径流发现，皆伐区域内河川径流氮氧元素含量显著高于未皆伐的林区。此后研究择伐对林区河流径流元素的影响，结果表明择伐手段对河流径流中元素种类和数量影响较小。

部分科学家通过研究认为，抚育采伐对林区水质元素影响具有滞后性，氮氧等主要元素的含量在采伐行为2～3年后快速降低，对林区进行郁闭处理后使林区水质逐步恢复正常。美国某高校实验室以华山松为对象，研究不同强度赋予间伐对水质元素含量的影响。结果表明，华山松林区凋落层、土壤层中水的锌、铅元素含量提升，酸度值呈逐步下降趋势，且上述效应与抚育间伐强度呈正相关，由此可见需要控制森林抚育间伐强度，保证森林水质结构合理。

综上所述，抚育间伐在森林生态系统维护体系中发挥重要作用，林业部门应当秉承因地制宜的原则，根据当地水文环境和植被种类，选择合理的抚育间伐手段，进而获取更好的森林生态系统优化效果。