淺談森林水文效應(yīng)的研究進(jìn)展
2012-12-31 00:00:00葛艷梅
我省全面啟動(dòng)生態(tài)省建設(shè)，根據(jù)其功能劃分，主導(dǎo)生態(tài)功能為保持和提高源頭徑流能力與水源涵養(yǎng)能力，保護(hù)生物多樣性和保持水土。保護(hù)和發(fā)展方向主要是：搞好退耕還林、封山育林，建設(shè)水源涵養(yǎng)林。森林植被具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)徑流、改善水質(zhì)、保護(hù)土壤和水環(huán)境等水文功能，現(xiàn)已成為共識(shí)，但森林對(duì)河流總徑流量的影響卻長(zhǎng)期存在爭(zhēng)論，國(guó)內(nèi)外專家?guī)资甑难芯糠e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(yīng)定量研究較少，按流域進(jìn)行的綜合性研究分析還很薄弱。應(yīng)該認(rèn)為，由于各地流域面積、植被類型、氣候特征、地質(zhì)地貌條件、土壤結(jié)構(gòu)等因素的差異，森林對(duì)河流年徑流量的影響也因地而異，一個(gè)地區(qū)所獲得的結(jié)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(duì)多年降雨、水文和森林覆蓋資料進(jìn)行分析，評(píng)估該流域森林覆蓋率對(duì)河流徑流能力的影響，對(duì)指導(dǎo)實(shí)踐生態(tài)省建設(shè)有積極意義。森林水文效應(yīng)是森林環(huán)境效應(yīng)的組成部份，也是森林生態(tài)效益計(jì)量與評(píng)價(jià)研究的重要內(nèi)容之一。
１．水資源的挑戰(zhàn)
水是人類生存和發(fā)展的基本物質(zhì)條件之一。從人類出現(xiàn)之日起，就以這種或那種方式影響地球上的水文系統(tǒng)，利用它，又同它斗爭(zhēng)。水的消耗量同人口增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度，以及文化進(jìn)步等有密切關(guān)系。我國(guó)人均耗水量約為600多立方米/年。據(jù)外國(guó)專家估算，20世紀(jì)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(jì)初的15倍。雖然增長(zhǎng)速度有增快趨勢(shì)，但世界總耗水量這個(gè)數(shù)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)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(huán)流，季風(fēng)，距海洋遠(yuǎn)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(qū)，水資源嚴(yán)重不足，水資源空間不均的情況同土地資源，人口分布，工農(nóng)業(yè)分布的不均分布相結(jié)合，加劇了區(qū)域性水資源不足的矛盾。同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水的季節(jié)性，工業(yè)生產(chǎn)和人的生活用水持續(xù)不斷的需要，也產(chǎn)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(fā)展過程中經(jīng)常性的自然災(zāi)害。
第三，人類對(duì)水資源的開發(fā)利用受自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)及技術(shù)條件的限制，到目前為止，已開發(fā)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(kuò)大水資源的開發(fā)利用。有的水資源，如地下水又存在開發(fā)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(yán)重污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)全世界污水排放量達(dá)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(dá)不到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，這不僅直接危及人類安全，也破壞了水域生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，反過來又影響人類的生活。
2.森林的生態(tài)效益
森林與水資源存在著不可分割的聯(lián)系。它既是水資源組成部分，又對(duì)水資源的其他組成部分產(chǎn)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(shù)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(yīng)。森林水文學(xué)的發(fā)展表明，它正是從過去單純的研究森林對(duì)水分的某個(gè)變量的影響，發(fā)展到全面研究森林對(duì)水資源作用的各個(gè)方面，并把這種研究同供水，水質(zhì)改善，控制洪水和干旱的總目標(biāo)相結(jié)合而成為一門綜合性，實(shí)用性很強(qiáng)的學(xué)科。它所提供的研究成果和數(shù)據(jù)充分證明，森林在水分循環(huán)中是一個(gè)強(qiáng)大的積極的因素，是人類在改善水資源狀況所進(jìn)行各種斗爭(zhēng)中的得力助手。森林是陸生態(tài)系統(tǒng)的主體。以森林為基礎(chǔ)的林業(yè)，集生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益于一體，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺少的組成部分。林業(yè)建設(shè)不僅為農(nóng)業(yè)營(yíng)造綠色屏障，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，也為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)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(duì)空氣的溫度濕度及降水，風(fēng)速等氣象要素，有不同程度影響。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)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(qiáng)大的蒸騰作用，消耗大量的熱能，從則降低了林區(qū)及固邊區(qū)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(qū)空氣濕度較非林區(qū)高10%-25%，溫度低8-10℃。研究表明，林地內(nèi)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(huì)提高其覆蓋區(qū)內(nèi)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(shí)，由于森林的光合作用，呼出O2，吸收CO2，對(duì)降低“溫室效應(yīng)”，控制區(qū)內(nèi)氣候變暖，減緩干旱發(fā)展有極大的作用。大量的事實(shí)表明，森林覆蓋率大小直接影響局部區(qū)域的氣候。試驗(yàn)資料顯示，當(dāng)森林占地30%以上，且分布均勻時(shí)，即有顯著的調(diào)節(jié)氣候作用。所以森林水文效應(yīng)既是森林水文學(xué)，森林生態(tài)學(xué)的重要課題。
3.森林覆蓋率與徑流量關(guān)系
7-9月（夏季）森林覆蓋率（FR）從52.62%提高到53.62%時(shí)，月均徑流深（R）增加0.87mm，而其他季節(jié)（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(rùn)地區(qū)大面積的森林，在蒸發(fā)量（Eo）＞降雨量（P）時(shí)，森林覆蓋對(duì)徑流量影響較大，這是由于此時(shí)蒸散發(fā)能力對(duì)徑流量的大小起主導(dǎo)作用。據(jù)報(bào)導(dǎo)，植物對(duì)紅外光的反射系數(shù)在0.4-0.6之間，而土壤的反射系數(shù)僅為0.1左右。紅外光有強(qiáng)烈的熱效應(yīng)，森林覆蓋的增加，提高了下墊面對(duì)紅外光的反射能力，能減少蒸散發(fā)。
4.降雨量與徑流量關(guān)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(jié)（10-6月）增加9.09mm，兩者差異是由植物生長(zhǎng)需水和下墊面蒸散發(fā)引起的，夏季植物生長(zhǎng)需水和水分蒸散發(fā)比平時(shí)旺盛，因此截留的水分多，徑流量小。
5.森林水文效應(yīng)的研究方向及進(jìn)展
在群落水平上研究森林水文效應(yīng)，實(shí)測(cè)森林內(nèi)水分收支的各項(xiàng)數(shù)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(guān)的一系列特征。降水過程的特點(diǎn)易于確定。降水強(qiáng)度，降水持續(xù)期和季節(jié)分布與截留量建立了相關(guān)方程。在這個(gè)基礎(chǔ)上，不少地區(qū)還確定了產(chǎn)生凈降水，基本流和徑流的臨界降水量。對(duì)一特定森林來說，截留過程的定量關(guān)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(xù)時(shí)間，降雨過程中的蒸發(fā)及森林群落暫時(shí)貯水能力的函數(shù)。
科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，為更精確的測(cè)定水文數(shù)據(jù)，確定水分平衡中水文參數(shù)，提供了很多手段，這些手段中最重要的是計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)及核技術(shù)的應(yīng)用。為更好地發(fā)揮森林在水分循環(huán)中的作用。森林水文效應(yīng)研究仍面臨很多難題。我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的研究還比較落后，加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，開展有組織，有計(jì)劃的協(xié)作，使森林水文效應(yīng)的研究和森林水源涵養(yǎng)，水土保持效益的計(jì)量和評(píng)價(jià)工作，盡快取得進(jìn)展。使之在完成天然林資源保護(hù)工程及退耕還林（還草）工程中發(fā)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(dá)73%以上，如果森林覆蓋率再提高1個(gè)百分點(diǎn)，全年能增加徑流量190.94萬M3水資源，相當(dāng)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]
