淺談森林水文效應的研究進展

我省全面啟動生態省建設，根據其功能劃分，主導生態功能為保持和提高源頭徑流能力與水源涵養能力，保護生物多樣性和保持水土。保護和發展方向主要是：搞好退耕還林、封山育林，建設水源涵養林。森林植被具有涵養水源、調節徑流、改善水質、保護土壤和水環境等水文功能，現已成為共識，但森林對河流總徑流量的影響卻長期存在爭論，國內外專家幾十年的研究積累了大量正面和反面的例子，取得了積極的成果，但綜合性的多因子森林水文效應定量研究較少，按流域進行的綜合性研究分析還很薄弱。應該認為，由于各地流域面積、植被類型、氣候特征、地質地貌條件、土壤結構等因素的差異，森林對河流年徑流量的影響也因地而異，一個地區所獲得的結論不能外推，以采伐森林來獲得河流徑流量增減的措施更不能盲目引用。本文對多年降雨、水文和森林覆蓋資料進行分析，評估該流域森林覆蓋率對河流徑流能力的影響，對指導實踐生態省建設有積極意義。森林水文效應是森林環境效應的組成部份，也是森林生態效益計量與評價研究的重要內容之一。

１．水資源的挑戰

水是人類生存和發展的基本物質條件之一。從人類出現之日起，就以這種或那種方式影響地球上的水文系統，利用它，又同它斗爭。水的消耗量同人口增長，經濟發達程度，以及文化進步等有密切關系。我國人均耗水量約為600多立方米/年。據外國專家估算，20世紀初，全世界耗水量大約是4×1011立方米/年，到1950年11×1011立方米/年，1975年為3×1012立方米/年。2000年為6×1012立方米/年，為20世紀初的15倍。雖然增長速度有增快趨勢，但世界總耗水量這個數字同地球上水圈的水總貯量15×1017立方米相比較，所占比例很小。

第一，我們通常所稱的“水資源”并不是水圈的全部貯水，而是指和人類生活及工農業生產有密切關系的，能直接利用的一部分淡水，包括淺層地下水，湖泊（淡水），河川徑流及土壤水等，這部分水的貯量約占地球上總水量的千分之三。

第二，因受大氣環流，季風，距海洋遠近，以及下墊面特征的影響，水資源的空間分布不均。全世界約有1/3的土地屬干旱區，水資源嚴重不足，水資源空間不均的情況同土地資源，人口分布，工農業分布的不均分布相結合，加劇了區域性水資源不足的矛盾。同農業生產需水的季節性，工業生產和人的生活用水持續不斷的需要，也產生很大矛盾。水分不足形成的干旱和水分集中過多所帶來的洪水危害，一直是人類生存和發展過程中經常性的自然災害。

第三，人類對水資源的開發利用受自然條件和社會經濟及技術條件的限制，到目前為止，已開發利用的水資源只占可利用水資源的很小比例。雖然，人類一直不斷地在擴大水資源的開發利用。有的水資源，如地下水又存在開發利用過度，以致帶來一系列新問題。如地下水位顯著下降，地下水漏斗狀下降等。還有就是水資源嚴重污染，據統計全世界污水排放量達75×1010立方米/年，加劇了水資源短缺的矛盾。由于污染，全世界約有60%的居民飲水達不到衛生標準，這不僅直接危及人類安全，也破壞了水域生態系統的生產能力，反過來又影響人類的生活。

2.森林的生態效益

森林與水資源存在著不可分割的聯系。它既是水資源組成部分，又對水資源的其他組成部分產生廣泛而深刻的影響，如地下水、湖泊、河流、土壤水大氣中水汽含量等。這種影響既包括它們的數量，又包括其分布及變化。這就是森林的水文作用或水文效應。森林水文學的發展表明，它正是從過去單純的研究森林對水分的某個變量的影響，發展到全面研究森林對水資源作用的各個方面，并把這種研究同供水，水質改善，控制洪水和干旱的總目標相結合而成為一門綜合性，實用性很強的學科。它所提供的研究成果和數據充分證明，森林在水分循環中是一個強大的積極的因素，是人類在改善水資源狀況所進行各種斗爭中的得力助手。森林是陸生態系統的主體。以森林為基礎的林業，集生態、社會和經濟效益于一體，是國民經濟不可缺少的組成部分。林業建設不僅為農業營造綠色屏障，保護和改善生態環境，也為社會經濟發展提供資源支撐。

大面積的森林，通過改變太陽輻射和大氣流通，對空氣的溫度濕度及降水，風速等氣象要素，有不同程度影響。根據試驗測定：1hm2森林每年要從土壤中吸取225-375萬kg水，這需要消耗365×107立方米/年kJ的熱能，由于森林強大的蒸騰作用，消耗大量的熱能，從則降低了林區及固邊區域的溫度，增加了空氣濕度。在夏季1hm2的闊葉林可蒸騰2400t水，使林區空氣濕度較非林區高10%-25%，溫度低8-10℃。研究表明，林地內的雨水可較無林地增加17.5%-26.6%，大面積的森林和林地，必然會提高其覆蓋區內的水分。從而增加降水的可能性，影響氣候。另外，森林覆蓋率高，林地占地比例高時，由于森林的光合作用，呼出O2，吸收CO2，對降低“溫室效應”，控制區內氣候變暖，減緩干旱發展有極大的作用。大量的事實表明，森林覆蓋率大小直接影響局部區域的氣候。試驗資料顯示，當森林占地30%以上，且分布均勻時，即有顯著的調節氣候作用。所以森林水文效應既是森林水文學，森林生態學的重要課題。

3.森林覆蓋率與徑流量關系

7-9月（夏季）森林覆蓋率（FR）從52.62%提高到53.62%時，月均徑流深（R）增加0.87mm，而其他季節（10-6月）則減少0.08mm，全年月均徑流深增加0.15mm。隨著森林覆蓋率（FR）的提高，其增加幅度減小。北方濕潤地區大面積的森林，在蒸發量（Eo）＞降雨量（P）時，森林覆蓋對徑流量影響較大，這是由于此時蒸散發能力對徑流量的大小起主導作用。據報導，植物對紅外光的反射系數在0.4-0.6之間，而土壤的反射系數僅為0.1左右。紅外光有強烈的熱效應，森林覆蓋的增加，提高了下墊面對紅外光的反射能力，能減少蒸散發。

4.降雨量與徑流量關系

降雨量（P）增加，徑流深（R）也增加，月雨量增加10mm，夏季可增加5.99mm徑流量，其他季節（10-6月）增加9.09mm，兩者差異是由植物生長需水和下墊面蒸散發引起的，夏季植物生長需水和水分蒸散發比平時旺盛，因此截留的水分多，徑流量小。

5.森林水文效應的研究方向及進展

在群落水平上研究森林水文效應，實測森林內水分收支的各項數量及其變化。截留量的大小基本上取決于降水過程及林分截留過程有關的一系列特征。降水過程的特點易于確定。降水強度，降水持續期和季節分布與截留量建立了相關方程。在這個基礎上，不少地區還確定了產生凈降水，基本流和徑流的臨界降水量。對一特定森林來說，截留過程的定量關系是由林木直徑，樹冠密度及葉量決定的；截留量是降雨持續時間，降雨過程中的蒸發及森林群落暫時貯水能力的函數。

科學技術的進步，為更精確的測定水文數據，確定水分平衡中水文參數，提供了很多手段，這些手段中最重要的是計算機、地理信息系統及核技術的應用。為更好地發揮森林在水分循環中的作用。森林水文效應研究仍面臨很多難題。我國在這個領域的研究還比較落后，加強領導，開展有組織，有計劃的協作，使森林水文效應的研究和森林水源涵養，水土保持效益的計量和評價工作，盡快取得進展。使之在完成天然林資源保護工程及退耕還林（還草）工程中發揮積極作用。森林能提高夏季徑流量，為枯水的夏季提供水源。目前該流域森林覆蓋率已達73%以上，如果森林覆蓋率再提高1個百分點，全年能增加徑流量190.94萬M3水資源，相當于每畝新增林地能提供89.08M3水。就提高徑流量而言，目前最有效的辦法是封山育林，減少林木砍伐量，提高森林郁閉度。 [科]