邵英男 沃晓棠 李云红 陈 瑶 韩丽冬

(1.黑龙江省森林工程与环境研究所 森林持续经营与环境微生物工程重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081；2.东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

森林水源涵养功能是生态系统服务功能之一，是森林生态功能评价的重要组成部分[1，2]。森林的水源涵养功能是指森林生态系统通过3个作用层，即林冠层、枯落物层和土壤层拦截和滞蓄降水[3],从而起到涵蓄土壤水分、补充地下水、调节林内小气候、减小林内地表蒸发散和调节河川径流的作用[4]。因此，森林植被水源涵养功能受物种组成、林分结构、土壤类型、外来干扰等因素的影响很大[5-7]。通过研究森林水源涵养功能，探讨森林植被对降雨分配的影响，也为正确评价森林水文生态功能提供科学依据。

目前,森林水源涵养功能研究多见报道,但对其生态作用和作用机制仍缺乏系统全面的认识。因此,在现有研究的基础之上,对影响森林水源涵养功能的各项因素进行归纳和总结,以期为今后相关方面的研究提供一定的借鉴和指导作用。

1 森林水源涵养功能研究进展

1.1 林冠层

林冠层是大气降水进入森林后的第一个作用层，是森林蒸发散的重要组成部分，直接影响降水在森林生态系统中的整个循环过程。大量研究表明，林冠截留占总降水量的9.0%～69.1%左右[8-10]。郭永盛等[11]对内蒙古大青山典型植被水源涵养功能进行分析，结果表明：油松林的林冠截留量最大,为0.170mm，落叶松林和白桦林依次为0.104mm和0.052mm。莫菲等[12]对东灵山林区4种森林植被水源涵养功能进行了评价，研究发现：林冠层截留率为12.28%～19.23%，林冠截留能力大小依次为辽东栎林、落叶阔叶混交林、油松林、华北落叶松林。王黑子来等[13]研究发现，大兴安岭地区森林植被林冠层持水能力为：针阔混交林冠层截留量最高为1 034.83t/hm2，截留率为26.19%；落叶松林林冠层截留量最小，为483.05t/hm2，截留率为15.51%。孙德泉[14]对井冈山国家级自然保护区水源涵养能力进行研究，研究表明：林冠层截留总量为5.29×104t，其中针阔混交林最强，阔叶林最弱。

1.2 枯落物层

森林的枯落物层对降水的调节能力也较强[15]。大量研究结果表明，森林枯落物层持水能力的大小与森林流域的产流机制有着密切的联系[16]，同时受枯落物的组成、蓄积量、植被类型、林龄、枯落物的分解状况、降雨特点的影响。研究发现，水分在枯落物层的传输机制类似于林冠的截留过程，其截留量与枯落物的种类、蓄水能力有关，与林地单位面积枯落物成正比[17]。陈引珍[18]对三峡库区森林植被水源涵养功能进行评价，结果表明：不同林型枯落物持水量为灌木林(80.6t/hm2)>针阔混交林(47.11t/hm2)>常绿阔叶林(43.2t/hm2)>楠竹林(33.4t/hm2)。乔玉[19]对辽东山区不同林型枯落物持水能力进行分析，结果表明：落叶松林(61.79t/hm2)>阔叶混交林(50.07t/hm2)>花曲柳林(39.79t/hm2)>红松林(34.79t/hm2)>针阔混交林(29.56t/hm2)。时忠杰等[20]对六盘山主要森林类型枯落物的水文功能进行研究，结果表明:枯落物的最大持水率为177.68%～387.42%,枯落物层的最大持水量为0.9～7.6mm,最大拦蓄量为0.36～4.96mm,有效拦蓄量为0.23～3.82mm, 均表现为针叶林>阔叶林>灌丛。陈波等[21]研究冀北山地4个海拔梯度的华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)人工林枯落物层的水文效应，结果表明：枯落物总蓄积量、最大持水量、有效拦蓄能力均随海拔升高而增大,枯落物总储量在8.19～39.49t/hm2之间,最大持水量在17.76～74.12t/hm2之间,有效拦蓄能力在14.56～54.60t/hm2之间。顾宇书等[22]对浑河上游4种典型林分类型的枯落物持水特性进行了研究，研究表明：枯落物最大持水量的大小依次为日本落叶松人工林(55.93t/hm2)>辽东栎天然次生林(50.42t/hm2)>核桃楸阔叶混交林(37.84t/hm2)>冷杉针阔混交林(35.84t/hm2)

1.3 土壤层

森林土壤层对降水资源分配格局的影响最为明显,是森林发挥水文调节作用的主要场所[23]，其截留效应受乔木层、枯落物层的间接影响[24]。森林土壤的水分入渗和森林土壤的蓄水能力是评价森林水源涵养功能的重要参数。林地土壤入渗模型以Philip模型最为常见，该模型成功地描述了土壤入渗和森林水源涵养之间的关系[25]。李婧[26]研究发现：三峡库区4种主要森林类型土壤层的入渗速率为常绿阔叶林(46.50mm/min)>常绿阔叶+落叶阔叶混交林(24.33mm/min)>落叶阔叶林(21.17mm/min)>暖性针叶林(10.08mm/min) 。张伟等[27]对冀北山地各林分土壤水文效应进行研究，结果发现：土壤最大持水量排序为山杨林(1 709t/hm2)>油松蒙古栎混交林(1 551t/hm2)>白桦林(1 549t/hm2)>油松林(1 547t/hm2)>华北落叶松林(1 357t/hm2)>蒙古栎林(1 303t/hm2)；土壤渗透性能排序为:油松蒙古栎混交林>山杨林>白桦林>油松林>蒙古栎林>华北落叶松林。张展[28]研究发现：水源头区域森林土壤最大蓄水量的变化范围在1 980.48～2 199.56t/hm2之间，木荷—润楠混交林最大，撂荒地最小。有效蓄水量的大小依次为刺楸—枫香混交林(150.75t/hm2)>木荷—润楠混交林(146.25t/hm2)>木荷—润楠混交林(139.12t/hm2) >撂荒地(127.54t/hm2)。各样地土壤上层(0～15cm)的初渗和稳渗速度变化范围分别为1.82～8.71mm/min，0.55～3.62mm/min，其中木荷—润楠混交林的初渗和稳渗系数最大,分别为4.11mm/min和1.43mm/min。顾宇书等[29]对浑河上游4种典型水源林土壤物理性质及水源涵养功能进行研究，结果发现：不同林分土壤最大持水量、毛管持水量和非毛管持水量大小排序为核桃楸—色木槭—花曲柳混交林(1 304.45、908.78、395.67t/hm2)>冷杉—白桦—怀槐(1 252.51、905.26、347.26t/hm2)>日本落叶松纯林(1 136.15、832.12、304.04t/hm2)>辽东栎天然次生林(1 057.27、817.88、239.40t/hm2)。

2 展望

森林生态系统的水源涵养功能及其价值评估是当前生态服务功能研究的热点问题,同时也是一个极其复杂的难点问题。目前国内关于森林水源涵养功能的研究较多,但与国外相比仍存在很大差距,整体研究水平亟待提高。为此,应特别关注以下两个方面的研究工作:

(1)从林冠截留研究现状来看，我国的相关研究尚处于初步阶段，只限于把降水特征和林分郁闭度等少数因素作为影响因素，着重研究的是林冠层对月或年的降水截留量大小，而没有考虑林冠层对一次降雨截留的大小，没有讨论林冠截留与其他因素(如林冠湿润度、林冠贮水能力、枝叶量等)的相关性。因此，在今后的研究工作中要着重对林冠截留的监测。

(2)从已有的研究可以看出，我国对森林生态系统的降水分配、截留远未阐明。大多数研究仍局限于对各组分(如林冠层、灌木层、草本层、枯落物等)的监测研究，缺乏对森林生态系统大尺度的监测研究。所以我们还无法科学、准确地阐明森林生态系统的水文过程和机制。因此，我们要进行多学科、全方位、多层次的综合研究，更好地阐述森林生态系统对降水分配和截留的作用机制。

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