森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展

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1、曹云等：森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展5森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展曹云，欧阳志云*，郑华，黄志刚，邢芳芳中国科学院生态环境研究中心//城市与区域生态国家重点实验室，北京摘要：森林水文调节功能是森林所实现的重要服务功能之一，可是由于森林资源被无节制的开采利用，导致人们不断遭受森林破环所带来的洪旱灾害。因此关于森林生态水文功能研究已成为生态学和水文学的研究重点之一。近年来，国内外对森林水文调节过程及其生态学机制进行了广泛深入的研究，所以文章从森林的水文过程出发，对林冠截留、树干流、凋落物层截留、林地水分涵养和蒸发蒸腾

2、及其影响因子的国内外研究现状进行了归纳分析，研究认为林地各冠层均能够截留降雨，降低雨水动能，从而减少地表径流的产生和对地表的冲击；凋落物层能蓄留水分、抑制蒸散、减缓地表径流；而树干流改变降雨水平空间格局，影响水分入渗以及土壤水源涵养。森林结构复杂，明显改变了降雨分配过程，而森林水文过程及调节功能又受到森林结构的制约，因此定量定性探讨森林生态系统的结构、过程与水文调节功能之间关系，是未来森林生态水文功能研究的重点。关键词：森林水文调节功能；森林结构；水文过程；降雨分配中图分类号：S715；S718.5文献标识码：A文章编号：1672-2175（200

3、6）06-1360-06曹云等：森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展5森林生态系统水文调节功能是森林和水相互作用后产生的综合功能的体现，即在调节气候、涵养水源、净化水质、保持水土等方面所发挥的巨大功能，其中涵养水源、净化水质和保持水土是森林生态系统服务功能的重要方面[1-2]。但是，由于对森林生态系统功能和重要性缺乏了解以及林业经营管理上的失误，导致森林生态系统遭受巨大破坏，对森林生态系统服务功能造成严重损害[3-4]。所以森林生态系统水文调节功能的研究成为生态学和水文学中研究的热点。近年来国内外在森林生态系统水文过程以及水文调节的机理方

4、面，均有广泛研究，因而对森林水文方面研究成果及时总结归纳，将有助于森林水文研究的进一步深入发展。1森林生态系统结构与过程的水文效应在森林生态系统中，植被类型多样、物种丰富、结构复杂，降雨首先受到乔木层、灌木层、草本及苔藓层或枯枝落叶的截留和再分配，可有效减少地表径流的产生和对地表的直接冲击，同时森林通过蒸散又将一部分所蓄留的水分释放到大气中，显著影响流域水分平衡规律[5]。森林所具有的深厚凋落物层，具有较高的持水能力，同时能够抑制林下蒸散、减缓地表径流速度等作用，在降水再分配过程中的具有重要作用[6]。森林植被能改善林地土壤透性，增强了土壤的渗透能

5、力和持水能力，从而提高了林地蓄水能力[7-8]。森林生态系统水文过程及调节功能的实现，与植被结构之间关系复杂，其中林冠截留量、蒸散量受到树种组成、林冠结构特点、年龄大小、郁闭度、降雨量和降雨强度的影响；凋落物层的截留量与林地枯枝落叶在数量、厚度、湿度及分解程度上有着密切的关系；森林还明显影响林地土壤化学组成及其空间变异[1,7]。对于不同类型森林植被，其物种组成、生长状况、群落结构及其所处的演替阶段上的差异，明显影响森林截留、蒸散、地表径流以及土壤入渗等水文过程，最终导致森林在涵养水源、净化水质、保持水土的能力差异，甚至同一森林类型在不同经营管理方

6、式下，也具有不同水文调节效果。大量的水文试验结果也显示，森林类型与径流量密切相关，但是森林影响径流是一个复杂的过程，森林覆盖与径流量并非简单的线性关系，受到森林植被本身以及其他环境因素影响[2,4,9]。总之，森林植被结构的改变会影响水文过程的变化，而森林水文功能的实现均与森林结构与水文过程变化相关联，因此森林结构与水文过程的响应关系及其作用机制的研究，具有重要意义。2森林生态系统水文调节过程森林具有高的土壤水分渗透能力，独特的生态系统结构与水文过程，并且森林水文作用在生态系统服务功能中起到了突出的作用，因而森林管理措施和土地利用类型的转变，将会对

7、于水文过程及其服务功能产生显著性的影响[3,6]。所以，不同类型的森林水文过程研究在热带地区[11]，温带地区[12]以及寒温带地区[13]相继展开。2.1林冠截留的水文效应曹云等：森林生态系统的水文调节功能及生态学机制研究进展5在森林所覆盖的地区，降雨首先被林冠所拦截，然后截留的水分通过蒸发返回空气中。林冠对降水再分配过程是森林生态系统重要的水文生态功能之一，具有重要的水文生态意义[14]。林冠层对雨水的截留和缓冲作用，明显减少了进入林地的水量，地表径流减少，从而起到削弱洪峰流量、涵养水源的功能，对防止土壤侵蚀有良好的效益。林冠截留量是总降雨量减

8、去林内雨量和树干流量的差值，但是植被对降雨截留和再分配的机制是非常复杂的[15]。叶的大小、形状[11]、林冠结构和林分密