森林火灾对流域水循环影响的研究进展

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1、森林火灾对流域水循环影响的研究进展摘耍：全球气候变暖导致森林火险天气增加，森林火灾的发生机率有上升的趋势，因此，森林流域的防灾减灾与灾后重建问题的研究值得重视。森林火灾通过影响植被、地表枯落物、土壤及生态环境等影响流域水文过程的各个环节，森林火灾的水文效应受到国内外学者的广泛关注。文章从森林火灾对降水截留、土壤水文特性、流域蒸散发和径流量等方面分析了森林火灾对流域水循环影响的国内外研究进展。同时指出，由于森林火灾的空间异质性导致火烧对流域水循环各分量的影响程度不同，未来分析森林火灾对流域水文过程的影响时应考虑植被类型、火的类型及火烧的严重

2、程度等因素。关键词：森林火灾；降雨截留；土壤下渗；土壤蓄水能力；蒸散发；径流中图分类号：P33文献标识码：A文章编号：16721683(2013)05011605林火作为森林生态系统的一个生态因子，经常作用于森林生态系统［1］。林火失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展时便形成森林火灾。森林火灾破坏生态环境，加剧水土流失，影响流域的水文过程。随着全球气候变暖，特別是20世纪80年代以来，世界范围内森林火灾的发生有增加的趋势［23］。近年来美国、澳大利亚、欧洲、中国等地森林大火不断［45］,森林火灾引起世界各国的高度重视，对森林火灾及其影响的

3、研究也不断涌现，其中森林火灾的水文效应就是一个方面。森林火灾通过对植被及林下土壤的破坏而影响流域水文过程的各个环节，影响流域水资源的时空分布，进而影响经济社会的可持续发展。然而，我国由于森林水文研究历史较短，灾后缺乏长期连续观测数据，研究方向多集中丁火灾后的短期径流响应，对森林火灾引起水文过程变化的机制欠缺讨论。本文通过重点分析森林火灾对降水分配、土壤水文特性、地表蒸散发及径流的影响，展现森林火灾对流域水循环的影响，并探讨了森林火灾对流域水循环影响研究的发展趋势。1森林火灾对降水分配的影响森林通过林冠层和凋落物层对降水进行再分配。首先是林

4、冠层对降水进行截留，数值上等于降水量减去穿透雨与树干径流量之和［6］；其次是林区凋落物层进行二次分配［7］。凋落物层结构松散，有较大的水分截持能力。经过林冠截留的降水到达地表后，部分被凋落物层截留，部分下渗到土壤中，超渗水量形成地表径流。林冠层对降雨的截留…般用林冠截留率表示。林冠截留率随降雨量的增加而减小，随森林郁闭度和林分密度的增加而增加，并呈现一定的区域性差异［89］,主要受降水特征、森林类型、林分特征及风速等因素影响［10］。研究表明，林冠截留率一般在9.0%〜69.1%左右,在相似茂密的森林覆盖度下，林冠截留率一般规律是：针叶林

5、〉阔叶林，落叶林＞常绿林，复层异龄林〉单层林［1112］。林冠截留后，凋落物层对降雨进行第二次调蓄分配。凋落物层不但截留降雨，而且削弱降雨动能，缓冲雨滴对地面的直接冲击，减少水土流失，在森林植被截留效应中具有重要作用O凋落物的截留蓄水能力取决于凋落物的蓄积量和持水能力等［13］,与凋落物的成分、厚度、分解程度、湿度和林外降雨特征等有密切关系［ll］o目前，对林冠截留的研究较为广泛，以Rutter［1415］和Gash［16］林冠截留模型为代表，已经能够较好地预测林冠截留效应，从定位的实验观测发展到模型模拟阶段，深入探讨林冠截留的过程和机理

6、。而凋落物层位于林冠层下方，野外测量凋落物层截留量较为困难，多为样品选定后实验室测定并推算得到［11］，存在尺度转换的问题。森林火灾烧毁植物冠层，破坏地表的枯枝落叶层，导致森林生态系统的截留作用锐减或者消失。由于森林火灾的空间异质性，对林冠层和凋落物层的破坏程度不均匀，导致截留量的测定较为困难。目前这方面的研究较少，大多集中于定性分析，定量可供参考的实例不多。可以尝试实验室内不同火强及火烧类型的林火模拟，测定不同火烧严重程度时林冠层及枯枝落叶层的截留变化。2森林火灾对土壤水文特性的影响森林土壤物理结构好，孔隙度高，具有较强的透水性和持水能

7、力。森林火灾烧毁地表植被的同时，破坏凋落物层和腐殖质层，影响土壤的理化性质，从而影响到土壤的渗透性和土壤的持水能力。2.1森林火灾对土壤渗透性的影响林下土壤良好的渗透性是森林水文的一个重要特征，其关系到地表径流的产生、地下水的补给及土壤侵蚀等。由于凋落物层、树根及林下特殊纶物群的影响，森林纶态系统的土壤表层富含丰富的有机质和腐殖质，形成良好的土壤团聚结构和孔隙状况，有利于水分下渗；随土层的加深，根系密度降低，土壤有机质的含量逐渐减少，土壤孔隙度降低，土壤容重逐渐增加，土壤的入渗性能降低。一般而言，经过森林火灾的高强度火烧后，凋落物层被烧毁

8、，有机质含量明显降低，如Fernandez等［17］对比了未发生火灾和高强度森林火灾发生后地表0〜5cm和5~10cm厚度土样中有机碳的含量，发现高强度火灾导致土壤表层0〜10cm有机碳损失量