淺談森林撫育間伐對(duì)水質(zhì)的影響

孫志剛

（山西省太原市陽(yáng)曲縣國(guó)營(yíng)東山林場(chǎng) 030100）

1 途經(jīng)森林系統(tǒng)的水體

經(jīng)過(guò)森林的水體，以植物本體為界分內(nèi)外2部分，內(nèi)部因蒸騰作用是自下而上的，分根部毛細(xì)水、樹(shù)干徑流和葉面氣態(tài)水；外部因重力作用是自上而下的，有自然降雨、林內(nèi)水汽、枯透水、土壤滲透水和地下徑流。內(nèi)外兩部分互相聯(lián)系作用，即構(gòu)成森體系統(tǒng)水循環(huán)，同時(shí)與外部生態(tài)系統(tǒng)也有水交換。本篇著重分析植物外部水體水質(zhì)與森林撫育間伐的相互作用。

2 森林對(duì)途經(jīng)水體水質(zhì)的作用機(jī)制

森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)其外部水體水質(zhì)影響的作用效果是通過(guò)研究降雨、林間水、枯透水、毛細(xì)水等經(jīng)過(guò)森林生態(tài)系統(tǒng)的受重力作用下行的水體，最后以徑流形式輸出時(shí)的所含物質(zhì)含量變化來(lái)加以分析的，期間經(jīng)歷了一整套地球生物物理化學(xué)過(guò)程，包括過(guò)濾、貯存、吸附和調(diào)節(jié)等作用。以下根據(jù)作用方式不同加以闡釋。

物理作用方面：由于重力作用，森林植物對(duì)外部途經(jīng)水體自上而下劃分，作用主要分3個(gè)階段：首先是冠層作用。枝葉與降水或林間水產(chǎn)生物質(zhì)交換，降水因沖刷攜帶了來(lái)自植物表面大量的微粒和滲出物，同時(shí)植株也貯藏吸收了來(lái)自雨水中的胺鹽及金屬元素。對(duì)于降水?dāng)y帶的某一種元素而言，其含量變化與冠層結(jié)構(gòu)及特有和植物間作用、當(dāng)時(shí)氣象狀況有直接關(guān)系。其次是枯枝落葉層作用，與冠層相似，它也對(duì)水體內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行著吸附、過(guò)濾和淋溶的過(guò)程。再次是土壤層作用，經(jīng)過(guò)該層后水體以徑流的形式輸出到生態(tài)系統(tǒng)。一方面徑流能溶解攜帶部分土壤成分使其在輸出系統(tǒng)時(shí)某些物質(zhì)含量增加：另一方面，由于森林土壤結(jié)構(gòu)復(fù)雜、疏松多孔、成分多樣、微生物的分解作用強(qiáng)，使土壤的吸附過(guò)濾作用強(qiáng)，造成另一些物質(zhì)在徑流中的含量降低，如原水體中的泥沙含量和重金屬等。

生化作用方面：水體中鎂元素和鉀元素的變化規(guī)律是“兩升一降”，即經(jīng)冠層淋溶析出和枯葉層的微生物釋放，含量2次增強(qiáng)，但最終土壤層的吸附對(duì)其有減弱作用；鈉元素是“先降后升”，即經(jīng)冠層吸附先降，但枯葉層和土壤層析出補(bǔ)充；鈣元素是“持續(xù)升高”，即疊加冠層、枯葉層析出和土壤釋放三重作用；水體中重金屬如銅、鎘、鉛、砷經(jīng)森林系統(tǒng)較強(qiáng)吸附作用，特別是土壤中富含胡敏酸類物質(zhì)，膠體作用的吸附能力很強(qiáng)，結(jié)果到達(dá)地下徑流時(shí)，含量均有所降低；氮元素方面，主要以胺鹽和硝酸鹽的狀態(tài)呈現(xiàn)，水體經(jīng)過(guò)森林系統(tǒng)后，前者整體呈減弱狀態(tài)，后者顯增強(qiáng)態(tài)勢(shì)。磷元素方面，主要以磷酸鹽的狀態(tài)呈現(xiàn)，經(jīng)森林系統(tǒng)后，含量呈下降趨勢(shì)；其他如細(xì)菌、病毒等，經(jīng)過(guò)后也呈下降趨勢(shì)。

3 撫育間伐與森林生態(tài)系統(tǒng)之間的作用

撫育間伐是現(xiàn)代林業(yè)管理的重要手段，與過(guò)去單純用材采伐不同，隨著生態(tài)保護(hù)的不斷加強(qiáng)，生態(tài)林面積隨之持續(xù)增長(zhǎng)。出于營(yíng)林考慮，預(yù)防病蟲(chóng)害的衛(wèi)生伐、增強(qiáng)下層枝葉生長(zhǎng)的透光伐和調(diào)整林分組成的疏伐等間伐手段頻繁應(yīng)用，此舉對(duì)于保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和穩(wěn)定性發(fā)揮了作用。對(duì)應(yīng)可能對(duì)水體產(chǎn)生的效應(yīng)，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：一是由于間伐擴(kuò)大了單株的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)空間，總體看，森林林分平均直徑要明顯大于未撫育前的；二是間伐促使了植株的根、莖、葉、花、果實(shí)、種子所含元素含量發(fā)生變化；三是提高木材材質(zhì)的均質(zhì)性；四是間伐極大地促進(jìn)了森林系統(tǒng)生物多樣性和生物量的增長(zhǎng)，進(jìn)而直接影響到枯葉層微生物含量和土壤所含元素組成。

4 撫育間伐對(duì)于水質(zhì)的影響

理論上講，撫育間伐作用于森林生態(tài)系統(tǒng)，而森林生態(tài)系統(tǒng)又與途經(jīng)水體水質(zhì)元素含量的變化存在必然聯(lián)系，故而撫育間伐是能夠直接影響水質(zhì)的。一是植物單體樹(shù)冠獲得解放，枝葉之間不再擁擠，降雨對(duì)植物表面的沖刷作用得到加強(qiáng)，從而途經(jīng)水體在加強(qiáng)與植物樹(shù)冠及周邊枝葉物質(zhì)交換的同時(shí)，直接增加了對(duì)植物表面滲出物的淋溶作用，水體中含量發(fā)生明顯變化，如有機(jī)質(zhì)、脂類和無(wú)機(jī)鹽類的激增。二是由于間伐造成枝條實(shí)體減少，林間水汽附著植株表面的量化指標(biāo)減弱，更多地沉降到枯葉層上，客觀上對(duì)大氣直接降水水體含元素起到稀釋作用。三是根據(jù)間伐對(duì)生物多樣性塑造的原則要求，除主力喬木外，更多的水體供給了低矮喬木、花灌木及地被植物，在促進(jìn)其生長(zhǎng)的同時(shí)，水體自身的元素含量也于過(guò)程中獲得種類和數(shù)量上的增強(qiáng)。客觀上講，其沉降到枯葉層表面時(shí)，因植物吸附和貯存作用，其所含不溶性顆粒類物質(zhì)變少，可溶性的各類無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物則增多。四是經(jīng)過(guò)以上作用，流經(jīng)枯葉層的水體已經(jīng)“富養(yǎng)化”。此時(shí)枯葉層中的微生物“粉墨登場(chǎng)”，對(duì)沖刷下來(lái)的各類有機(jī)物和無(wú)機(jī)物進(jìn)行處理。舉例微生物對(duì)植物主要養(yǎng)分氮和磷的處理效果：①氮元素，其間的氨氧化菌、亞硝酸氧化菌及異養(yǎng)硝化細(xì)菌通過(guò)對(duì)水體中的氮?dú)夂椭参锏鞍踪|(zhì)進(jìn)行固定、胺化、硝化和反硝化作用，除氣體排放外，基本轉(zhuǎn)化為可溶于水的胺鹽，為下一步被根系吸收做好準(zhǔn)備；②磷元素，由微生物參與的磷循環(huán)并不會(huì)改變磷的氧化狀態(tài)，其引起的大多數(shù)磷的狀態(tài)變化是將磷酸基團(tuán)從無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，或由不溶性化合物轉(zhuǎn)化為可溶性化合物，同時(shí)也是為下一步被根吸收做好準(zhǔn)備。經(jīng)過(guò)以上作用，除部分重金屬尚存外，原來(lái)大氣中的降水在進(jìn)入土壤時(shí)就已經(jīng)是“滿負(fù)荷”了。第五是在土壤中滲漏并最終形成徑流的過(guò)程，對(duì)水體水質(zhì)的影響最大。在這里，“水土交換”占到整個(gè)水體在森林系統(tǒng)中穿行所產(chǎn)生的物質(zhì)交換的85%以上，除物理性質(zhì)的溶融、析出外，一部分厭氧菌參與進(jìn)來(lái)對(duì)其間有機(jī)物進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，促使其被植物根系所吸收。而經(jīng)過(guò)間伐的森林群落植物根系更具多樣性表現(xiàn)，即從淺到深和對(duì)四周的延展和擴(kuò)張較未間伐前更加密布，從而對(duì)水體中無(wú)機(jī)鹽的吸收更加徹底，凈化作用獲得強(qiáng)化。同時(shí)，也是因?yàn)楦档倪\(yùn)動(dòng)，地下土壤結(jié)構(gòu)更加疏松，空隙增多形成海綿效應(yīng)增強(qiáng)，對(duì)水體水質(zhì)中的大顆粒和重金屬的吸附作用增強(qiáng)，凈化效果更為徹底。六是間伐導(dǎo)致的森林植株分布呈均質(zhì)性效果，排除地形地勢(shì)因素外，最終所產(chǎn)生的地下徑流則趨向穩(wěn)定和均勻分布。

整體看，森林生態(tài)系統(tǒng)因重金屬如鈣、鐵、鎂和鉀等方面與途經(jīng)水體存在交流，因此直接影響水質(zhì)的pH值和元素含量。那么，作為對(duì)森林系統(tǒng)的調(diào)整，間伐作為改變森林結(jié)構(gòu)的行為，也會(huì)直接干預(yù)到水質(zhì)的變化。最主要的改變?cè)谟陂g伐改變了枯葉層和土壤層的理化特性，其中枯葉層的變化源自生物多樣性的增強(qiáng)而導(dǎo)致的微生物的幾何級(jí)數(shù)的增加，進(jìn)而增強(qiáng)對(duì)途經(jīng)水體內(nèi)各種元素的處理能力；而土壤層的改變則源自枯葉層的分解產(chǎn)品和植物根系的雙重作用。統(tǒng)籌看，森林對(duì)于途經(jīng)水體水質(zhì)的影響主要還是通過(guò)間伐對(duì)土壤層的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（收稿：2018-01-20）

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