撫育間伐對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)水文生態(tài)功能的影響

高媛 袁斌 趙晶忠

摘? ? 要：森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)營與水文生態(tài)密切相關(guān)，通過合理開展撫育間伐工作，為森林生態(tài)的良性維持與健康生長創(chuàng)造更好的外界條件。從水源涵養(yǎng)、森林水質(zhì)等角度入手，分析了撫育間伐對(duì)水文生態(tài)的影響。

關(guān)鍵詞：撫育間伐;森林;水文生態(tài);水源涵養(yǎng);影響

文章編號(hào)： 1005-2690（2020）23-0119-02? ? ? ?中圖分類號(hào)： S715;S753? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

森林生態(tài)系統(tǒng)是維系地球生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，因此要保證森林生態(tài)系統(tǒng)處于健康工作狀態(tài)。撫育間伐是優(yōu)化森林生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境的重要手段，在林業(yè)工作中應(yīng)根據(jù)撫育間伐的影響，合理采用撫育間伐手段，使其發(fā)揮最大效能。

1? ?對(duì)水源涵養(yǎng)的影響

撫育間伐對(duì)水源涵養(yǎng)的影響體現(xiàn)在林冠層、林下植被層、凋落層及土壤層4個(gè)層次。

1.1? ?喬木層

林冠層是森林生態(tài)系統(tǒng)水文生態(tài)體系的基礎(chǔ)層次，具有一定的水資源截留能力，是森林生態(tài)正常的重要保證。劉世榮等學(xué)者對(duì)不同類型植被的截留能力進(jìn)行對(duì)比分析，林冠截留量最大近630 mm，變動(dòng)系數(shù)和平均林冠截留率分別為40%和35%。森林水文體系中穿透降水量也是重要因素，并與地區(qū)降水量密切相關(guān);相比之下，樹干徑流流量僅占到地區(qū)降水量的極少部分，但是水文意義同樣重大，是植物吸收水源的重要來源，也是決定土壤層中水資源分布的重要因素。

森林生態(tài)系統(tǒng)中的水文生態(tài)過程與天氣環(huán)境因素、植被自身因素密切相關(guān)，植被的年齡、種類、所在地區(qū)的年降水量、降水日數(shù)等因素均能顯著影響水文生態(tài)，因此水文生態(tài)過程又具有復(fù)雜性、敏感性等特征。撫育間伐的目的在于改變林冠層截留降水資源能力，采伐中則需要注意樹木的高度、蓄水能力、斷面大小等因素，并達(dá)到改變截留能力的效果。根據(jù)相關(guān)研究成果，采伐行為與林冠層截留能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。林冠層的截留能力與撫育間伐行為的手段、強(qiáng)度等因素密切相關(guān)，且在撫育間伐后不同時(shí)間長度內(nèi)體現(xiàn)不同的影響效果;下層疏伐截留量伴隨著時(shí)間的推移超過對(duì)照層截留量，上層疏伐截留量則始終處于最低水平。

1.2? ?林下植被層

森林的撫育間伐對(duì)林冠層以下的植被層有顯著影響，有可能改變林下層中草本、地被物的數(shù)量分配與長勢，對(duì)降水分配過程也有明顯影響。根據(jù)研究結(jié)果，撫育間伐行為顯著促進(jìn)草本層的生長，并提升林下層中植被種類和數(shù)量的多樣性，促進(jìn)林下層生態(tài)環(huán)境的繁榮;研究結(jié)果中還指出適當(dāng)擴(kuò)大撫育間伐面積也是促進(jìn)林下層生態(tài)繁榮的重要因素。但也有部分研究認(rèn)為生物多樣性受撫育間伐行為影響較小;某學(xué)者以落葉松云冷杉混交林為對(duì)象研究撫育間伐的影響，并通過研究發(fā)現(xiàn)撫育間伐后林下植被層物種數(shù)量與長勢基本維持原狀態(tài)，并未體現(xiàn)明顯的促進(jìn)效應(yīng)。還有部分研究認(rèn)為撫育間伐對(duì)林下植被層生態(tài)有消極影響，以某學(xué)者根據(jù)硬闊葉林開展的研究為例，研究結(jié)果顯示在執(zhí)行撫育間伐后林下植被層植物豐富度降低。

由上述研究結(jié)果表明，撫育間伐對(duì)林冠層下層植被數(shù)量和結(jié)構(gòu)均有影響，且這種影響伴隨著時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生變化;在執(zhí)行撫育采伐后較短時(shí)間內(nèi)林下層水源涵養(yǎng)能力短暫降低，此后水源涵養(yǎng)能力逐步恢復(fù)提升，并超過撫育間伐前的涵養(yǎng)能力，與此同時(shí)林下層草本、植物種類不斷增加;林下植物層中的上層疏伐水源涵養(yǎng)能力提升更為明顯。

1.3? ?凋落物層

凋落物一般具有結(jié)構(gòu)疏松、面積偏大、分布散亂等特征，位于生態(tài)系統(tǒng)地下土壤層之上并起到顯著的截留降水作用，有效降低土壤環(huán)境蒸發(fā)量并保證土壤生態(tài)環(huán)境安全，確保地表徑流不會(huì)流失。由此可見，凋落層水源涵養(yǎng)能力較強(qiáng)，且受凋落物自身結(jié)構(gòu)、地表水源蓄積能力、森林物種成分等多種因素影響。根據(jù)對(duì)不同樹種凋落物層涵養(yǎng)水源能力的對(duì)比分析，葉闊混交林凋落層水源涵養(yǎng)能力最強(qiáng)，針葉林與闊葉林涵養(yǎng)能力偏弱。凋落層強(qiáng)大的水源涵養(yǎng)能力通過持水量和最大持水率指標(biāo)體現(xiàn)，凋落物葉片持水量最大可達(dá)自身重量的5倍，最大持水率近400%。撫育間伐對(duì)凋落物層的影響是間接的，一般通過改變凋落層上層的地上生物層次物種結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)凋落物層生物種類數(shù)量的影響，并達(dá)到改變水源涵養(yǎng)能力的目的。有研究中以未間伐樣地為參照項(xiàng)目，通過對(duì)比顯示撫育間伐后的土地凋落物層持水指標(biāo)與蓄水指標(biāo)呈明顯下降狀態(tài)，凋落層植物儲(chǔ)量同樣顯著下降。撫育間伐強(qiáng)度也會(huì)影響到凋落物層持水能力，伴隨著間伐強(qiáng)度的提升，凋落層最大持水量指標(biāo)呈迅速下降狀態(tài)，可見間伐強(qiáng)度與凋落物層儲(chǔ)量、持水能力均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。周曉光學(xué)者的研究成果同樣關(guān)注間伐強(qiáng)度對(duì)凋落物層水源涵養(yǎng)能力的影響，并認(rèn)為弱度間伐是提升涵養(yǎng)能力的重要保證。其他學(xué)者研究成果則關(guān)注撫育間伐對(duì)凋落物層的積極意義，認(rèn)為適度開展撫育間伐能夠提升凋落物層的分解能力并提升凋落物層的儲(chǔ)物容量，有效改善凋落物層的光強(qiáng)、溫度等自然條件，并提升凋落層的水源涵養(yǎng)功能。

有研究以針葉林為對(duì)象，通過研究得出適中的撫育間伐力度可提升凋落層的分解和蓄水能力，進(jìn)而完善土地水源涵養(yǎng)體系。水源涵養(yǎng)功能與撫育間伐后恢復(fù)時(shí)間長度密切相關(guān)，通過對(duì)照落葉松天然次生林林地樣地并對(duì)比研究得出，施加40%的間伐強(qiáng)度則試驗(yàn)對(duì)象相比于樣地表現(xiàn)出更強(qiáng)的水源涵養(yǎng)能力與生態(tài)性能，由此可見間伐強(qiáng)度大小適中可顯著提升凋落物層的持水性能。

1.4? ?土壤層

土壤層在水文生態(tài)、水源涵養(yǎng)方面起到重要作用，本身具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、包含元素養(yǎng)分種類多等特征。土壤層的厚度以及孔隙度是影響水源涵養(yǎng)能力的重要指標(biāo)，在對(duì)比分析中要重點(diǎn)關(guān)注。根據(jù)對(duì)多種森林土壤層的研究結(jié)果，適當(dāng)?shù)膿嵊g伐力能夠提升土壤層的孔隙度，促進(jìn)水分在土壤層中的滲透效應(yīng)，同時(shí)降低土壤容重性;孔隙度是衡量土壤層滲透能力的重要指標(biāo)，通常情況下滲透能力與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，因此對(duì)土壤滲透能力的提升則多采用提升孔隙度的方式。撫育間伐強(qiáng)度與恢復(fù)時(shí)間都會(huì)影響土壤層與林地的水文性能，中等偏上的采伐強(qiáng)度顯著提升水文生態(tài)，間伐行為10年后林地水文生態(tài)提升效應(yīng)更加顯著。但是同樣有研究指出間伐行為對(duì)土壤質(zhì)量、水文生態(tài)影響不大甚至?xí)a(chǎn)生消極影響，部分研究認(rèn)為執(zhí)行采伐后土壤水源涵養(yǎng)能力下降。綜上所述，林地土壤層水源涵養(yǎng)能力的變化與撫育間伐力度、樹林成分結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。

2? ?對(duì)流域水文生態(tài)的影響

大氣、土壤、植物是組成森林生態(tài)系統(tǒng)的重要因素，森林生態(tài)系統(tǒng)的涵養(yǎng)水源、協(xié)調(diào)徑流功能與上述因素密切相關(guān)。20世紀(jì)初國外學(xué)者選擇不同河流流域分析森林植被覆蓋率、森林采伐行為對(duì)流域內(nèi)河川徑流量的影響，但是當(dāng)前尚未確定影響徑流量的因素。部分研究流域內(nèi)河川徑流量的增加與植被覆蓋率呈正相關(guān)關(guān)系，較高的植被覆蓋率則顯著提升河川徑流量;但是李文華等學(xué)者研究成果表明，流域內(nèi)植被覆蓋率與河川徑流量并無直接關(guān)系。撫育間伐對(duì)流域水文生態(tài)的影響呈現(xiàn)出綜合、全面的特征，具體表現(xiàn)為對(duì)林冠層、土壤層等四大層次的水文生態(tài)影響。根據(jù)對(duì)撫育間伐影響的分析，選擇性間伐以及全部間伐均會(huì)影響到流域內(nèi)的河川徑流量，且流域內(nèi)自然環(huán)境、植被分布等因素也會(huì)影響河川徑流量，并得出影響河川徑流量因素相對(duì)復(fù)雜的結(jié)論。不同的撫育間伐手段和強(qiáng)度也會(huì)影響到流域內(nèi)河川徑流的大小，朱道光等學(xué)者以賀蘭山附近河川徑流為研究對(duì)象，并通過研究表明流域內(nèi)的森林撫育間伐對(duì)高山融雪徑流和流域內(nèi)河流徑流均有影響，并起到提升區(qū)域徑流、改變生態(tài)功能的作用。

3? ?對(duì)森林水質(zhì)的影響

大氣降水落地并被森林生態(tài)系統(tǒng)各層次吸收的過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致其組成成分元素的變化，該過程被定義為淋溶過程。淋溶量是衡量森林生態(tài)系統(tǒng)通過淋溶過程改變大氣降水成分的重要指標(biāo)，森林生態(tài)系統(tǒng)所在環(huán)境的氣象條件、植被結(jié)構(gòu)特征、社會(huì)活動(dòng)行為等因素均會(huì)顯著影響淋溶量大小，且影響程度是各不相同的。凋落物層通過吸收大氣降水溶解水分中的總金屬元素和有害元素，降低大氣降水中的毒性。土壤層則能夠使外界降水中的有害物質(zhì)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，從而降低降水中有害因素作用并實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善。但是對(duì)土壤層影響外界降水成分過程的研究難以開展，原因在于土壤層組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜且元素眾多，難以確定單一因素對(duì)外界降水的影響。皆伐是撫育間伐常用的手段，能夠使生態(tài)水文過程發(fā)生整體性變化并顯著影響森林水質(zhì)，針對(duì)間伐手段對(duì)森林水質(zhì)的影響已有研究成果，國外科學(xué)家以固定流域內(nèi)混交林為對(duì)象，通過對(duì)比研究林區(qū)河流徑流發(fā)現(xiàn)，皆伐區(qū)域內(nèi)河川徑流氮氧元素含量顯著高于未皆伐的林區(qū)。此后研究擇伐對(duì)林區(qū)河流徑流元素的影響，結(jié)果表明擇伐手段對(duì)河流徑流中元素種類和數(shù)量影響較小。

部分科學(xué)家通過研究認(rèn)為，撫育采伐對(duì)林區(qū)水質(zhì)元素影響具有滯后性，氮氧等主要元素的含量在采伐行為2～3年后快速降低，對(duì)林區(qū)進(jìn)行郁閉處理后使林區(qū)水質(zhì)逐步恢復(fù)正常。美國某高校實(shí)驗(yàn)室以華山松為對(duì)象，研究不同強(qiáng)度賦予間伐對(duì)水質(zhì)元素含量的影響。結(jié)果表明，華山松林區(qū)凋落層、土壤層中水的鋅、鉛元素含量提升，酸度值呈逐步下降趨勢，且上述效應(yīng)與撫育間伐強(qiáng)度呈正相關(guān)，由此可見需要控制森林撫育間伐強(qiáng)度，保證森林水質(zhì)結(jié)構(gòu)合理。

綜上所述，撫育間伐在森林生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)體系中發(fā)揮重要作用，林業(yè)部門應(yīng)當(dāng)秉承因地制宜的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)厮沫h(huán)境和植被種類，選擇合理的撫育間伐手段，進(jìn)而獲取更好的森林生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化效果。