森林對(duì)環(huán)境的服務(wù)功能及其作用機(jī)制

李良厚 陳寶林 汪衡 黃義林

1.河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008

2.河南省光山縣教師進(jìn)修學(xué)校，河南 光山 465450

3.河南省光山縣林業(yè)局，河南 光山 465450

4.河南省商城縣林科所，河南 商城 465350

森林對(duì)環(huán)境的服務(wù)功能及其作用機(jī)制

李良厚1陳寶林2汪衡3黃義林4

1.河南省林業(yè)科學(xué)研究院，河南 鄭州 450008

2.河南省光山縣教師進(jìn)修學(xué)校，河南 光山 465450

3.河南省光山縣林業(yè)局，河南 光山 465450

4.河南省商城縣林科所，河南 商城 465350

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既包括有生命的成分，也包含無(wú)生命的成分。森林中動(dòng)物、植物及微生物種類繁多，光、熱、水、土壤的作用和功能復(fù)雜，結(jié)構(gòu)層次多樣。森林在為社會(huì)提供木材和竹材、木本糧油、林化產(chǎn)品、藥用動(dòng)植物等大量產(chǎn)品的同時(shí)，還具有多種多樣的環(huán)境服務(wù)功能。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)森林的環(huán)境服務(wù)功能更加關(guān)注，許多學(xué)者從不同方面對(duì)其做過(guò)闡述[1-12]。但是，這些闡述有的內(nèi)容不夠全面，有的缺乏系統(tǒng)性和具體性，并且都沒(méi)有涉及森林服務(wù)環(huán)境的作用機(jī)制。本文從森林調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、減少污染、改良土壤、游憩保健以及保護(hù)生物多樣性等方面對(duì)森林的環(huán)境服務(wù)功能進(jìn)行了比較系統(tǒng)和具體的闡述，并且闡明了其作用機(jī)制，以幫助人們提高對(duì)森林的環(huán)境服務(wù)功能的認(rèn)識(shí)。

1 調(diào)節(jié)氣候

面積越大，林內(nèi)的相對(duì)濕度亦越高。通過(guò)林內(nèi)外氣體的交流，森林可以提高周?chē)諝庀鄬?duì)濕度，這對(duì)干旱有明顯的預(yù)防作用。

1.3 減少地表水分蒸發(fā)

降水落到地面上，除去徑流及滲入土壤深層以外，有一部分降水將被蒸發(fā)到大氣中。森林能減低地表風(fēng)速，提高相對(duì)濕度，林地的枯枝落葉能阻止土壤水分蒸發(fā)，林內(nèi)氣溫和土壤溫度都低于空曠地，使林內(nèi)地表蒸發(fā)低于無(wú)林地。

1.4 降低風(fēng)速

森林是天然的防風(fēng)屏障，對(duì)風(fēng)有很強(qiáng)的阻擋和摩擦作用。森林通過(guò)樹(shù)木枝葉對(duì)風(fēng)的阻擋和改變風(fēng)向，能把強(qiáng)風(fēng)分散成小股氣流，使風(fēng)速降低。森林還能夠減低地面的風(fēng)速，在森林的迎風(fēng)面，風(fēng)在距離林緣幾百米遠(yuǎn)時(shí)就開(kāi)始減低風(fēng)速，在森林地帶背風(fēng)一側(cè)形成明顯的遮蔽區(qū)，從而保護(hù)莊稼免遭風(fēng)的破壞。由于風(fēng)速削減，也減少了對(duì)土壤的風(fēng)蝕。

1.5 增加降水

森林在一定程度上能夠增加所在地區(qū)的降水量。森林植物有強(qiáng)大的蒸騰作用，太陽(yáng)能消耗較多，林地上空和林內(nèi)溫度較低，相對(duì)濕度大，林內(nèi)草木蒸騰和林地所蒸發(fā)的水分容易達(dá)到飽和狀態(tài)，就會(huì)凝結(jié)成露、霜、雨凇和霧凇，形成水平降水。森林地區(qū)比較多霧，樹(shù)枝和樹(shù)葉可以產(chǎn)生凝結(jié)降水，在一定程度上增加了降水。在條件相同地區(qū)，森林地區(qū)要比無(wú)林地區(qū)降水量大。

1.6 維持空氣中的碳氧平衡

森林對(duì)平衡大氣中的氧氣和二氧化碳起著重要作用。森林植物的光合作用，能夠吸收、固定最主要的溫室氣體二氧化碳，并將其存儲(chǔ)在森林的生物量中（包括樹(shù)干、樹(shù)枝、植物的葉與根以及相關(guān)的微生物和動(dòng)物）。在陸地植物與大氣二氧化碳的交換中，90%以上是由森林植被完成的。因此森林是大氣二氧化碳的一個(gè)重要緩沖器。

森林是地球上最厚的植被，對(duì)小氣候和局部氣候的影響是顯著的。在成片的森林地區(qū)以及林冠層的下部都能形成一種特殊的小氣候。森林小氣候的主要表現(xiàn)是林冠內(nèi)外的輻射、溫度、濕度、降水和風(fēng)都有相當(dāng)大的差異。森林不僅使林內(nèi)產(chǎn)生特殊的小氣候，而且對(duì)鄰近地區(qū)的氣候也有較大的影響。在林區(qū)附近，氣溫變化和緩，溫度較高，降水增多。森林對(duì)溫度、濕度、蒸發(fā)、蒸騰及雨量可起調(diào)節(jié)作用。

1.1 調(diào)節(jié)溫度

森林具有龐大的林冠層，在地表與大氣之間形成一個(gè)綠色調(diào)溫器，它不僅使林內(nèi)的有特殊的變化，而且對(duì)森林周?chē)臏囟纫灿泻艽蟮挠绊憽Ｅc無(wú)林地相比，林內(nèi)冬暖夏涼、夜暖晝涼，溫差較小，有利于林下植物生長(zhǎng)和動(dòng)物棲息。夏季，太陽(yáng)輻射投射到林冠后，被林冠吸收一部分，這部分太陽(yáng)輻射能絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，主要由林冠層的蒸騰作用消耗掉。由于林冠遮蔽陽(yáng)光，林內(nèi)的太陽(yáng)輻射很弱，林內(nèi)土壤不受陽(yáng)光直接照射，可以降低地面溫度，從而使林內(nèi)年均溫較無(wú)林地低。到了冬季由于林冠的覆被，阻緩了熱量的散發(fā)，從而使林內(nèi)氣溫反而比林外高。氣溫低時(shí)森林又具有保溫御寒作用，由于樹(shù)冠的阻擋，減少上升熱氣流的產(chǎn)生，從而減少冬季夜晚林內(nèi)的熱量散發(fā)，林內(nèi)氣溫、土溫散失遲緩。冬季氣溫越低保溫御寒作用越大。而在整個(gè)一年中，森林的冷卻作用強(qiáng)于保溫作用。森林能降低每日最高溫度，而提高每日最低溫度，在夏季較其它季節(jié)更為顯著。森林使夏季降溫，冬季增溫，有利于植物夏季躲避大氣的高溫脅迫，對(duì)植物越冬十分有利。夏季森林使地面溫度降低，空氣垂直溫差變化減少，上升氣流速度減弱，因而還可削弱形成雹災(zāi)的條件。

1.2 提高空氣相對(duì)濕度

森林的蒸騰作用使有林地區(qū)的空氣濕度高于無(wú)林地區(qū)。林木及其它森林植物蒸騰和林地蒸發(fā)的水汽可以在林內(nèi)保持較多，使林內(nèi)的相對(duì)濕度比林外高。樹(shù)木越高大，則樹(shù)葉的蒸騰

2 涵養(yǎng)水源

2.1 攔蓄降水

森林是蓄存降水的天然大水庫(kù)，具有強(qiáng)大的蓄水作用。森林復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)能對(duì)降水層層截持，不僅使降雨發(fā)生再分配，而且減弱了降水對(duì)地面侵蝕的動(dòng)能。林冠的枝葉可以攔截和保留降落在樹(shù)冠上的一些雨水，森林內(nèi)的灌木與草本植物層攔截并保留的雨水更多。森林地面的枯枝落葉層處于松軟狀態(tài)，具有很大的孔隙度和持水力，吸收和滲透降水很快。穿過(guò)枯枝落葉層的降水又被土壤吸收，枯枝落葉層的持水量和滲透率越大，產(chǎn)生的地表徑流就越少。在林地土壤中，喬木、灌木和草本植物的大量根系，生長(zhǎng)在不同深度的土層中，這些根系枯死之后，不僅會(huì)增加土壤的有機(jī)質(zhì)，而且在土壤中遺留下許多孔道，這些孔道會(huì)增加土壤的蓄水量。在森林土壤中還生活著大量的微生物和昆蟲(chóng)等動(dòng)物，它們?cè)谕寥乐虚_(kāi)掘了大量的洞穴和孔道，這些洞穴和孔道也能夠蓄存大量的降水。另外，由于林地上枯枝落葉的分解轉(zhuǎn)化，增加了林地土壤有機(jī)質(zhì)，形成了較好的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使林地土壤具有很強(qiáng)的持水能力。

2.2 削洪減災(zāi)

我國(guó)降水豐富的地區(qū)，降水分布不均，全年 80% 的雨水集中在 7～9 月，這一時(shí)期容易形成洪峰。在有林地區(qū)，當(dāng)降水強(qiáng)度超過(guò)枯枝落葉層和土壤的滲透力產(chǎn)生地表徑流時(shí)，流水也只能在枯枝落葉層和土層內(nèi)流動(dòng)。由于反復(fù)受枯枝落葉和土壤的阻攔，徑流分散，流速減慢。還因?yàn)樯謱?duì)降水的層層截留，林地蓄存的降水，借助于良好的土壤結(jié)構(gòu)將地表徑流轉(zhuǎn)化為地下徑流，徑流不會(huì)短時(shí)間過(guò)量集中，可以防止和減緩洪水的暴發(fā)。這主要表現(xiàn)為降低洪峰水位，減少洪峰流量，延緩洪水產(chǎn)生的過(guò)程，削弱洪水之害。無(wú)林和少林地區(qū)的洪峰進(jìn)退迅猛，加大了洪水的威脅。一般說(shuō)，林區(qū)的洪峰比林外低一半多，林區(qū)的最高洪峰比非林區(qū)低2.4倍。

2.3 補(bǔ)給河水

森林可以將涵養(yǎng)的水轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤?，防止河流斷流。森林通過(guò)土壤和生物組織吸收大量降雨來(lái)減少多雨季節(jié)時(shí)的水流量，同時(shí)又提供持久的溪水來(lái)降低旱季時(shí)的缺水現(xiàn)象。森林內(nèi)地表徑流量小，大部分降水都滲入地下，貯存在土壤或巖石中，化為涓涓細(xì)流，使水流常年比較均勻地進(jìn)入河流或水庫(kù)，以豐補(bǔ)歉，在枯水期仍能維持一定量的水注入河川，使河川水流量在一年內(nèi)均勻分配，能增加枯水季節(jié)水流量，縮短枯水期時(shí)間，縮小豐水期和枯水期的水流量差距，穩(wěn)定江河一年中的水位，具有較大的調(diào)節(jié)地表徑流和江河流量的作用。能夠持續(xù)地提供水力發(fā)電、居民生活和灌溉用水，從而避免了洪水季節(jié)大量降水的無(wú)效流失，使更多的降水能得到有效的利用，在一定程度上能緩解水資源的短缺，減少旱季缺水造成的損失。

3 保持水土

3.1 防止土壤侵蝕

森林植被可以通過(guò)多種途徑阻止土壤侵蝕的發(fā)生。森林覆蓋率增加，土壤流失就會(huì)隨之降低。如果有效蓋度達(dá)到60%，可以顯著地減少土壤流失。這種效應(yīng)對(duì)于接近地面的植被來(lái)說(shuō)更加明顯。植物的分層現(xiàn)象也起一定的作用。灌木和草本植物混合植被下的土壤流失程度比草地低20%。森林在雨季可以攔截降雨，使大部分降雨保持在植物表面上、枯枝落葉層中、土壤里及生命組織中，從而減少地表徑流。森林茂密的植被除截流一些雨水外，還能夠在土壤表面形成一個(gè)保護(hù)層，顯著地減少雨水對(duì)土壤表面的直接沖刷，保持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，消除雨水的侵蝕作用，裸露的土壤在暴雨雨滴的擊打和浸潤(rùn)下，土壤結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞，抗侵蝕力急劇降低，被水分所飽和的表層土壤很快呈稀泥狀態(tài)，堵塞土壤空隙，減少降水滲透，流水會(huì)將其夾帶形成徑流，造成土壤侵蝕，而林地土壤可以得到植被和枯枝落葉層的保護(hù)，使土壤不被侵蝕。林地枯枝落葉層增加了地面的粗糙度，起到過(guò)濾、阻斷和減緩地表徑流的作用。樹(shù)木根系深，根幅大，骨干根粗壯，根系抗折強(qiáng)度大，防止土壤重力侵蝕和泥石流能力也較強(qiáng)。

3.2 減少泥沙淤積

森林植被和林地枯枝落葉層對(duì)林地土壤的保護(hù)，使林地一般不會(huì)發(fā)生土壤侵蝕，同時(shí)由于枯枝落葉層結(jié)構(gòu)上的特異性，還可使森林所在地的上部地段的泥沙或林內(nèi)進(jìn)入徑流的泥沙及半分解物質(zhì)沉積，對(duì)地表徑流起到過(guò)濾作用，減少泥沙流入河道和水庫(kù)。不僅林帶內(nèi)部可以沉積泥沙，而且在林帶下方兩倍樹(shù)高距離內(nèi)的地段也可以沉積泥沙。林地枯枝落葉層越厚，分解得越好，質(zhì)地越疏松，對(duì)地表徑流的過(guò)濾作用越突出。由于林地枯枝落葉層具有過(guò)濾泥沙的作用，從林內(nèi)流出的是涓涓清流，泥沙含量少，就能夠大大減緩河床、水庫(kù)的淤積速度。

4 改良土壤

森林植被通過(guò)改善土壤的化學(xué)、物理和生物結(jié)構(gòu)，能夠提高土壤的肥力。林地枯枝落葉分解形成的腐殖質(zhì)能黏合粗粒土壤和增加黏重土壤的孔隙度，使森林土壤具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加了土壤的持水量和通氣透水性。森林內(nèi)動(dòng)物多，可使枯枝落葉分解作用加強(qiáng)，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)和通透性的改善，土壤動(dòng)物挖掘的洞穴、孔道能增加土壤的通氣透水性。林木不斷生長(zhǎng)延伸的根系，穿插交織著土壤，牢固地團(tuán)聚土塊，增強(qiáng)了土壤抗侵蝕能力。森林改善生物結(jié)構(gòu)，使土壤中的微生物變得豐富，林地枯枝落葉經(jīng)微生物分解形成腐殖質(zhì)，使土壤腐殖質(zhì)含量提高。森林的枯枝落葉可以把養(yǎng)分返回到土壤中，改善了土壤的化學(xué)結(jié)構(gòu)。森林的動(dòng)植物每年增加的有機(jī)物質(zhì)，連同枯枝落葉，厚厚地蓋著林地，腐爛以后成為優(yōu)質(zhì)肥料。此外，森林可以使空氣中的部分元素轉(zhuǎn)移到土壤中，比如某些植物的固氮作用。

5 減少污染

5.1 吸收有害氣體

森林植物種類豐富，對(duì)多種有害氣體均有一定的吸收積累能力。森林植物的新陳代謝要吸收空氣，在這個(gè)過(guò)程中，空氣中的有害氣體一旦與植物接觸，會(huì)被束縛或溶解于植物表面，或通過(guò)氣孔被植物吸收。被吸收的有害氣體一部分被同化為植物體的組成物質(zhì)，另一部分被富集，暫時(shí)儲(chǔ)存在植物的器官和組織中[3]。

5.2 過(guò)濾塵埃

森林樹(shù)木有高大的樹(shù)干和稠密的樹(shù)冠，是空氣流動(dòng)的巨大障礙，它能改變風(fēng)速和風(fēng)向，對(duì)粉塵有很大的阻擋和過(guò)濾吸附作用。當(dāng)含塵量大的氣流通過(guò)樹(shù)林時(shí)，隨著風(fēng)速的降低，空氣中顆粒較大的粉塵會(huì)迅速下降。森林植物的高蒸騰速率能使森林周?chē)３州^高的濕度，增加煙塵的水分含量，有助于灰塵和煙霧沉降到地面和植物的表面。另外林木具有大量枝葉，枝葉表面又常凸凹不平，有些樹(shù)木的表皮長(zhǎng)有絨毛或者能夠分泌出黏液或油脂，它們能把粉塵粘在表面，這些枝葉經(jīng)雨水沖洗后又會(huì)恢復(fù)吸附塵埃的作用，從而使經(jīng)過(guò)樹(shù)林的氣流含塵量大大降低。

5.3 殺滅細(xì)菌

森林植物的枝葉，通過(guò)吸附大量塵埃，減少細(xì)菌的載體，使空氣中細(xì)菌的數(shù)量減少。樹(shù)木是殺菌能手，其葉、芽、花、果能分泌一些芳香揮發(fā)性物質(zhì)，飄浮在空氣中，這些物質(zhì)能殺死細(xì)菌和真菌。許多樹(shù)木在生長(zhǎng)時(shí)散發(fā)出具有殺菌作用的有機(jī)物質(zhì)，以防細(xì)菌侵害。這是樹(shù)木為了保衛(wèi)自己而釋放的化學(xué)物質(zhì)， 能殺死多種病原菌。

5.4 消除噪聲

森林有減輕噪聲干擾和危害的功能。樹(shù)木的干、枝、葉具有阻擋聲波的作用，當(dāng)噪聲傳播到森林時(shí)，被樹(shù)木的干、枝、葉反射和散射而減弱。此外，植物枝葉表面的毛孔、絨毛能吸收噪音。有人測(cè)定，70dB的噪音通過(guò)40m寬的林帶，能降低10dB～15dB，4m寬的綠籬可減弱噪音6dB，綠化街道可減少噪聲8dB～10dB。因此，綠色植物被稱為“巨大的消聲器”和“天然的隔音板”。

5.5 改善水質(zhì)

森林能有效地防止水資源的物理、化學(xué)、生物和熱能的污染。森林土壤對(duì)污水具有過(guò)濾作用，經(jīng)過(guò)森林土壤過(guò)濾的水流，細(xì)菌數(shù)量降低。降水通過(guò)林冠或沿樹(shù)干流下滲入土壤，再由河溪流出，使降水得到森林的過(guò)濾。森林的過(guò)濾及消毒作用強(qiáng)，經(jīng)過(guò)森林過(guò)濾的降水，其化學(xué)成分會(huì)發(fā)生變化，化學(xué)物質(zhì)含量下降，水的硬度降低，提高了水的質(zhì)量。

6 游憩保健

森林環(huán)境，景色優(yōu)美，空氣清新，空氣中積累的陰離子較多，它可以調(diào)節(jié)人的感官神經(jīng)，舒緩緊張的精神狀態(tài)，能改善人的神經(jīng)功能，調(diào)整代謝過(guò)程，提高人的免疫力。綠色森林環(huán)境創(chuàng)造和提供的自然美、生活美和藝術(shù)美，能滿足人們欣賞和享受的需要。森林植物對(duì)人的情緒有鎮(zhèn)靜作用，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)放松，并通過(guò)中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)人的全身起著良好的調(diào)節(jié)作用。特別是人從喧嘩的地方到安靜的森林環(huán)境中，腦神經(jīng)系統(tǒng)就從煩躁的情緒中解放出來(lái)，使人感到愉快安逸。森林自然景觀一年四季隨季節(jié)的改變發(fā)生規(guī)律性的變化，森林植物發(fā)芽、開(kāi)花、結(jié)果的不斷變化，能使人感到大自然的勃勃生機(jī)，感受到生命的活力。森林植物多彩的顏色和絢麗的花朵及釋放的芳香氣味，會(huì)對(duì)人的大腦皮層產(chǎn)生良好的刺激，有助于解除人的焦慮心情，穩(wěn)定情緒，不僅能使人感到舒暢，而且可以消除疲勞，改善睡眠。經(jīng)常處在優(yōu)美、安靜的綠色環(huán)境中，脈搏跳動(dòng)減緩，呼吸均勻，血流減緩，心臟負(fù)擔(dān)較輕，有利于高血壓、神經(jīng)衰弱、心臟病人恢復(fù)健康。

7 保護(hù)生物多樣性

森林是地球上最大的物種基因庫(kù)和生態(tài)環(huán)境庇護(hù)地，是陸地生物多樣性的主要棲息地。森林是物種最豐富的地區(qū)，茂密的樹(shù)木能給許多生物提供生活棲息場(chǎng)所，提供它們的生存環(huán)境。地球上的森林庇護(hù)著生物圈中70%的植物種，40～50%的動(dòng)植物種。豐富的動(dòng)植物物種的生存完全依賴于森林植被及其生態(tài)功能，它們本身也是生態(tài)系統(tǒng)及其功能的一部分，并在其中不斷演化和多樣化。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.008

河南省政府決策研究課題（2011B294）

李良厚(1964-），男， 博士，研究員，主要從事森林培育和森林生態(tài)學(xué)方面的研究。