-森林作业对林地径流水量的影响

森林作业对林地径流水量的影响 王冬 摘要 本文阐述了森林作业对迹地径流流量的影响 不同的采伐方式和采伐强 度对森林径流量的影响十分明显 而对我国森林植被变化水文效应文献的综合 分析表明 由于存在各种差异 我国不同地区森林采伐的径流效应也各不相同 这对于进一步的研究有比较重要的参考意义 关键词 森林作业 差异 径流流量 The Impact of Forest Operations on The Cutting Sites of Runoff Flow Wang dong Abtract The paper points out that the impact of forest operations on the cutting sites of runoff flow and the different harvesting methods and harvesting intensity on forest impact on runoff is very obvious But the forest vegetation on the hydrological effects of changes in the comprehensive analysis of the literature showed that there were various differences in different regions of our country s run off effects of deforestation are also different Finally a certain reference value for the further study of the forest operations can be provided Key words forest operations difference runoff flow 1 引言 水是森林生态系统物质循环的重要物质 森林是陆地生态系统的主体 森 林水文效应是生态系统中森林和水相互作用及其功能的综合体现 径流是水循 环的主要环节 径流量是陆地上最重要的水文要素之一 是水量平衡的基本要 素 森林与径流关系一直是国内外学术界长期争论的一个问题 争论焦点是森 林植被的存在能否提高流域的径流量 森林植被变化对森林水文过程的影响将 会改变水量平衡的各个环节 影响森林的水分状况和河川径流 有关研究表明 1 2 3 森林采伐后 主要在 3 方面影响径流的状况 1 土壤的物理性质发生一些变化 这种变化一方面来自采伐时的破坏 另 一方面来自降雨对土壤的冲刷力 土壤物理性质的改变将改变径流的分配状况 一般可使地表径流增加 而下渗径流相对减少 2 林木的蒸腾和截留作用减少甚至消失 这可能使径流量增大 3 降雨到达地面时的动能增大 对土壤的侵蚀力增加 并且雨水进入林地的 方式单一 值得注意的是 森林采伐后旺盛生长的草本植物的水文功能明显提 高 在一定程度上可缓冲采伐对水文的影响 4 森林采伐对径流量的影响是森林水文学长久以来关注的研究话题 在 20 世 纪初 在欧洲就有研究森林采伐和未采伐森林产水量的对比试验 后来自身对 比法也得到了较为广泛的应用 大大丰富了该领域的研究资料 5 我国从 20 世 纪 60 年代开始也进行了大量的类似研究 6 9 也有一些学者对森林变化的影响 进行了估计 10 但仍然与国际上的基本估计相差无几 11 12 我国地大物博 不 同地区森林植被变化对径流的影响幅度相差较大 这正说明了森林植被变化的 水文效应是一个非常复杂的问题 在不同地区只有进行具体分析才能把握森林 的水文功能 从而为森林生态工程的建设提供依据 2 森林采伐对径流量的影响 2 1 不同采伐方式对径流量的影响 在森林作业诸环节中 采伐方式对迹地径流的影响最为显著 研究表明 13 间伐后系统 3 年内的径流系数递增变化较小 对照区径流系数平均年递增 0 3 而间伐区的径流系数平均年递增 0 7 最小和最大径流深与对照区无明 显差异 皆伐后系统 3 年内的径流系数递增变化较显著 皆伐区的径流系数平 均年递增 10 7 最小和最大月径流深与对照区差达 13 1 mm 森林植被能有 效地改善年径流量的分配格局 研究表明 14 对照区和间伐区年枯水期径流量 占年径流量的比例分别为 37 2 和 39 8 大于皆伐区的 30 1 李耀翔 7 等为了说明不同采伐方式引起的迹地径流的变化情况 选取了某 林业局水文站的一些原始数据 该局对 5 个集水区进行了综合性实验 将 2 个 集水区的林木皆伐后 于次年进行炼山 全垦整地 营林 2 个集水区进行强 度为 50 的间伐 1 个集水区保留为对照 采伐后这 3 个区年径流量和径流变 幅的变化各不相同 间伐后系统的径流系数递增变化较小 这个区域的径流系 数伐后有增 但是不十分显著 皆伐区迹地伐后径流量变化较为明显 这是由 于皆伐后的迹地无上层乔木等覆盖 雨水直接冲刷地表面 相对降水强度大 汇水时间也相对较短 所以 皆伐采伐方式对迹地地表径流量变化的影响最为 显著 皆伐后迹地径流量明显增大 表 1 表 1 各集水区径流量 径流系数比较 2 2 不同采伐强度对径流量的影响 根据国内外的研究结果 采伐强度的大小对迹地径流量的变化也息息相关 魏晓华 13 等对蒙古栎林进行不同采伐强度来研究其径流的影响 由表 1 可见 在蒙古栎林作业中皆伐使林地的地表径流增加 7 8 壤中流增加 3 3 总径 流量增加 14 4 而下渗流减少 12 1 这说明采伐强度对径流量的影响显著 表表 1 不同采伐强度对径流的影响不同采伐强度对径流的影响 采伐强度 地表径流 mm 占总径流量 壤中流 mm 占总径流量 下渗流 mm 占总径流量 总径流量 mm 占总径流量 保留林 郁闭度 0 95 13 65 6 4 5 65 2 7 192 8 90 9 212 10 100 0 疏伐林 郁闭度 0 6 13 14 3 4 16 96 8 2 183 87 88 4 213 97 100 0 皆伐迹地 34 4 14 2 17 70 7 0 191 3 78 8 242 77 100 0 3 我国不同地区森林砍伐的径流效应分析 3 1 东北地区 东北林业大学在帽儿山的蒙古栎采伐实验 14 表明 采伐改变了森林径流的 分配 疏伐对总径流量影响较小 而皆伐会较大程度地增加年径流量 经 50 疏伐 使郁闭度从 0 95 降低到 0 6 径流量仅增加 1 9mm 增加百分比为 0 88 皆伐迹地径流增加了 30 7mm 净增加 14 46 森林采伐对径流的影响主要表 现在增加地表径流和壤中流的比例 而下渗径流降低 与保留林相比 皆伐迹 地地表径流增加 152 壤中流增加 88 3 下渗径流减少 在径流成分中 皆 伐迹地的增加量最为明显 红松阔叶林对比研究表明 其增加量可以达到 588 而白桦林增加为 47 4 15 在东北地区 森林采伐使径流增加可解释为 林冠截留降低和融雪速度的增加 采伐减少了凋落物的蓄积量 使其分解 导 致地表蓄水能力减弱 地表径流增加比例增大 虽然东北地区森林采伐引起森林覆盖度降低可增加径流 但是在较大流域 面积的河川径流量却随森林覆盖度增加而增加 这恰好与小区测定的结果相反 据相关研究分析 松花江流域森林覆盖度增加 10 河川径流量可以增加 23 8mm 有些学者将这种现象解释为森林的积雪效应 森林的融雪径流增加了 河川径流 16 除了以上原因之外 可能还有尺度增大产生的加成效应 美国也有森林砍伐增加径流的观测结果与森林覆盖度对大流域的径流具有 正效应的相关分析结果相左的现象 在 700hm2 独立流域森林的皆伐 年产流 量可以增加 40 400mm 森林产生的径流比草本植被少 但是 俄罗斯基于 10000km2或更大流域的年流量与森林覆盖度的相关关系研究发现与几十 km2观 测结果相反的结论 森林对产生河川流量有正效应 美国水文学家在美国北部 140 个小于 260km2的流域发现相似的相关关系 多元统计分析及来自俄勒冈和 加利福利亚州的数据表明 当河道长度大于 15 30km 流域大小指标 时 森林 对径流的影响为正 很少出现负效应 17 3 2 黄土高原区 黄土高原区气候干旱 林区降水量较少 仅仅为 400 600mm 土壤蒸发强 烈 土层深厚 土质疏松 透水性能强 森林植被主要为辽东栎 桦 杨 椴 榆树组成的次生性落叶阔叶林和由侧柏 油松等组成的温带针叶林 据黄土高原对有林和无林流域降水和径流的相对变化量的资料统计表明 黄土高原区森林覆盖度增加会普遍降低河川径流量 森林覆盖率平均每增加 10 将减少径流量 1 67mm 会增加流域降水量 4 12mm 3 而吉县的清水河 60 80 年代资料却表明 森林植被恢复后会显著减少流域的降水量 31 这说明了在 黄土高原区森林盖度增加会降低流域的径流量 在黄土高原区 森林盖度增加 10 流域蒸发散平均增加 4 99mm 森林覆盖率增加引起径流量降低可以理解 为森林覆盖度增加引起的流域蒸发大于森林增加降水的效应产生的结果 在位于汾河流域的石质山地却出现与其它地区不一致的情况 森林覆盖率 增加有增加年径流量的作用 刘昌明 3 等认为这是地面物质组成的差异引起的 黄土林区林下有较深的黄土层 透水能力极强 是巨大的蓄水层 森林大量增 加雨水入渗 使之贮藏于土中 由于黄土深厚 水分还未来得及下渗到地下水 层便源源不断地蒸发掉了 因此 深厚的黄土层与森林渗水作用配合 造成土 壤蒸发与森林蒸腾极为有利的条件 特别是土壤蒸发力加大 而使径流减少 而在石质山区 由于森林长在土层浅薄的石质山地上 浅薄的土壤遇水容易饱 和 并且在相对不透水的岩石界面上 极易产生壤中径流 在这种情况下 森 林并不减少地表径流与壤中流 而是有利于径流的形成 使得径流量比周围非 林区大 刘昌明等分析了黄土高原年径流量及其成分随森林覆盖度变化的曲线 发 现黄土高原流域年径流量随森林覆盖度增加而降低 即森林具有减少河川径流 的作用 在径流量的两个组分 地表径流和地下径流中 地表径流随森林覆 盖度增加呈直线降低 而地下径流有随覆盖度增加而微弱上升的趋势 地下径 流增加在一定程度上减缓了森林覆盖率降低地表径流的趋势 这可能是在黄土 高原区树木根系分布较深 植物蒸腾形成的巨大蒸腾拉力提升地下水 表现为 地下径流补偿年径流的现象 3 3 长江上游地区 长江上游地区各流域森林砍伐或多林与少林的流域对比统计数据表明 森 林植被盖度降低会导致流域的径流量减少 例如在岷江上游的米亚罗亚高山森 林生态系统中 森林砍伐显著地降低了流域的产水量 从两个对比试验沟观测 数据可以看出 森林覆盖度降低 10 可以降低径流量 70mm 左右 森林砍伐 降低河川径流效应明显 6 8 10 但地处四川剑阁县的桤柏混交林的流域对比试验 表明 人工林覆盖度的降低可以导致流域径流量的增加 森林覆盖度每减少 10 可以增加径流 17 5mm 19 在四川境内的长江上游各支流 20 世纪 60 80 年代森林植被覆盖度变化对流 域径流影响对比数据表明 随沱江 嘉陵江 渠江和涪江流域森林覆盖率的增 加 年径流量和径流系数增加 20 以枯水月平均径流与年径流量的比值 保持 指数 为指标 可以清楚地反映森林植被变化对河川枯水期径流的影响 21 上 述 4 个流域在森林覆盖率增加的情况下 尽管年径流量和径流系数均增加 但 枯水期径流并未得到明显改善 建国初期 岷江流域森林覆盖率在 50 左右 而在 70 年代末 由于森林采伐 森林覆盖率下降到 20 以下 80 年代开展的 植树造林使森林覆盖率得到一定程度的提高 尽管植被开始恢复 河川径流和 径流系数也开始回升 但还未达到 60 70 年代的平均水平 这说明森林植被变 化对河川径流的影响有一个较长的时滞过程 长江上游和黄土高原森林覆盖度对径流的影响结果截然相反 这是由于长 江上游地区山高谷深 气候湿润 林地总蒸发量较小 降雨强度不大 因此 大面积的森林流域的年径流量常常大于少林或无林流域的径流量 虽然森林采 伐能促使年径流量略有增加 但是由于该区植被恢复快 径流量可较快地恢复 到原有水平 而在黄土高原区 因地处半干旱区 蒸发量大 森林的生长势必 引起蒸发量的大大增加 从而显著地影响到年径流量 因此 森林区的年径流 量显著小于少林或无林区 22 3 4 热带雨林区 海南岛从 50 年代到 70 年代由于森林采伐 森林覆盖度下降 森林覆盖度 下降最高的南渡江上游和望楼河流域达到 50 森林覆盖度降低导致了各流域 年平均径流量不同程度的增加 而且 年径流量增加的幅度超过年降雨量增加 的幅度 其中 以南渡江 南叉河 南湾河径流量增幅较大 年径流系数分别 增加 7 1 8 8 和 12 其它流域增加幅度较小 可见流域径流量的增加是森 林覆盖度减少造成的 6 热带山地雨林砍伐后 森林覆盖率减少 凋落物分解 加速 土壤持水能力减弱 在热带暴雨的袭击下 增大了地表径流 热带雨林 砍伐迹地地表径流冲刷会引起水土流失和土壤肥力的严重衰退 因此 热带山 地要严禁大面积的森林砍伐和以砍伐森林为代价的轮歇耕作 热带雨林区森林 破坏对径流系数的影响较明显 据所得数据统计 海南岛森林覆盖度与河流径 流具负相关关系 即森林覆盖度每降低 10 河流径流系数可以增加 3 4 结语 森林作业对迹地径流量的影响显著 不同的采伐方式和采伐强度都对迹地 径流产生影响 但是迹地径流量的变化还与林型 气候条件 地理位置等因素 有关 综合考虑不同因素对迹地径流的影响是未来研究的重点问题之一 本文 对不同地区森林采伐的径流效应进行了分析 在研究我国不同地区森林作业后 径流量的影响方面具有一定的参考意义 参考资料 1Paul W Sdams and Jeanette O Pinger The effects of timber harvesting and forest roads on water quantity and quality in the pacific northwest Research Report Oregon State University 1994 2Zulkifli Yusop Anhar Suki and Uold Pauzi Zakaria Effects of selective logging on physical streamwater quality in Hill Tropical Rain Forest THE UALAYSTAN FORESTER 3R R Ziemer J Lewis R U Rice and T E Lisle Modeling the cumulative watershed effects of forest management strategies J ENVIRON QUAL VOL 20 JANUARY UAREH 1991 4孙墨珑 杨学春 森林作业与森林环境 J 世界林业研究 1998 4 5于志民 王礼先 水源涵养林效益研究 M 北京 中国林业出版社 1999 6马雪华 海南岛原始热带林的破坏对河流流量和泥沙量的影响 A 中国农学会农业气象 研究会 林业气象论文集 C 北京 气象出版社 1984 171 177 7赵永泉 孙锡宏 李耀翔 李晓磊 森林采伐对迹地径流流量的影响 J 森林工程 2000 5 16 3 8黄礼隆 川西亚高山暗针叶林森林涵养水源性能的研究 A 林业部科技司 中国森林生态 系统定位 C 哈尔滨 东北林业大学出版社 1994 410 412 9马雪华 四川米亚罗地区高山冷杉林水文作用的研究 J 林业科学 1987 23 3 253 265 10 刘世荣 温远光 王兵等 中国森林生态系统水文生态功能规律 M 北京 中国林业出版社 1996 11 Swank W T Crossley D A Forest hydrology and ecology at Coweeta Ecological studies 66 M New York Springerverlag 1988 12 Liebscher H Results of research on some experimental basins in the Upper Harz Mountains J IAHS Publ 1972 97 150 162 13 魏晓华等 蒙古栋林生态系统的水文效应