森林对降水的生态效应探究(2)

　　2. 4 土壤的截留效应

　　降水通过凋落物层后会受重力作用继续向下移动，其中一部分被土壤吸存、植物根系吸收和蒸发消耗，另一部分则以地表径流和土壤渗透的方式输出系统，构成森林生态系统对降水的再分配[53].土壤对降水截留量的大小主要取决于土壤结构、质地和孔隙度等物理性状[43].一般而言，森林土壤比较疏松，具有较高的水分入渗率和水源涵养能力。目前，国内一般利用土壤非毛管空隙饱和含水量来计算土壤的水源涵养能力。据研究，每公顷森林土壤可以涵养水分600 多 t[54].

　　3 降水在森林养分循环中的作用

　　3. 1 降水的养分输入

　　通过降水向森林生态系统输入养分的途径主要包括大气湿性沉降作用和降水对树干与树冠养分的淋溶作用[55 -57].淋溶过程包括降水对植物组织分泌物的淋溶和对树体表面沉积物的淋溶[58].林内雨和树干茎流中营养元素的浓度往往高于林外雨，所以淋溶作用有利于提高土壤养分，是植物生长的养分来源之一。同时，淋溶作用也会因为水分变化和物质输入等原因影响林下凋落物层的分解，调节土壤 pH 值，进而影响土壤生态环境。黄建辉等[59]研究表明，雨水对林冠和树干进行淋溶后其养分含量比林外雨高 80% 左右。据测定，每年经植物枝叶和树皮淋洗进入土壤的钾量 往 往 比 凋 落 物 归 还 到 土 壤 中 的 钾 量 还要大[60 -61].降水中的主要阳离子是 H+,约占总阳离子的70% ,其余是 NH+4,Ca2 +,Na+,Mg2 +和 K+; 阴离子以SO2 -4占多数，是处于第 2 位的 NO-3的 2. 5 倍左右[59].在不同区域通过降雨输入土壤的养分量差异较大，大量研究表明，通过大气降水输入的 N,P,K,Ca 和 Mg 量大致在 14 ~ 26,0. 6 ~ 4. 0,4 ~ 42,42 ~ 53和 7 ~10 kg/（ hm2·a）[62 -63].大气降水作为水分和养分的主要来源，对于森林生态系统的物质循环、生物生产以及生态系统的演化具有重要意义。

　　3. 2 径流的养分输出

　　森林生态系统内的养分常常会以地表径流和地下渗透（ 地下径流） 的形式从系统中输出[64 -65],但不同地域、不同森林类型以及不同季节之间的养分输出状况存在差异，尤其在人为或自然扰动大、生态系统趋于破坏的森林中，其养分状况往往容易失衡[63].

　　维持生态系统的养分平衡，对于提高森林生产力、保持森林可持续发展具有重要意义。

　　人为或自然扰动所引起的水土流失是导致森林生态系统养分失衡的最主要原因之一。水土流失归根到底是由于森林中大量的有效土壤和有效养分随着降水所形成的地表径流和地下径流而流失，这方面的研究已经不胜枚举。森林的水文变化情况及其相关的养分输出规律一直是世界各国的研究热点，因为它涉及到生态系统的养分平衡以及与人类生活息息相关的水质问题。

　　从上世纪 60 年代开始，许多国家先后建立了大量的森林生态系统定位站，重点研究了森林的养分收支状况及其与水质的关系。例如，苏联科学家研究表明，位于农田集水区下部的森林能够有效净化农田所引起的水质污染[66].欧美[67 -71]和日本[72 -76]的研究人员对不同年龄林分以及森林采伐后生态系统的养分动态及其对水质的影响过程和机理进行了长期而系统的研究，获得了大量资料，为森林经营和水环境改善提供了有力依据。从上世纪 80 年代开始，我国科学工作者在全国主要区域进行了生态定位研究，初步揭示了森林生态系统对水质的调节功能。例如，湖南会同杉木林生态系统定位站以及海南尖峰岭热带林生态系统定位站分别对杉木人工林[77 -78]和热带雨林[79]的水质净化过程和效果进行了初步研究，为我国进一步开展森林水文效应研究奠定了基础。

　　4 结语

　　森林对降水的分配与转化是森林所具有的重要环境功能之一，它影响着大气、植物、土壤三者之间的水分和养分的移动速度和方向，对于土壤水分补给和养分利用有着重要影响。我国科学工作者对森林的降水过程及其变化规律作了大量研究，取得诸多进展； 但由于我国森林区域范围广、森林类型多、人为和自然扰动程度大、缺乏长期性和系统性研究，所以还有许多问题有待于探索。

　　近年来，随着人工林地力衰退问题的日益凸显以及对森林环境效应的重视，森林生态系统养分循环等基础性研究成为热点之一。大气降水作为森林生态系统养分的重要来源，也作为许多元素移动和吸收利用的重要载体而愈发受到关注。今后有必要针对不同类型的森林生态系统开展长期而深入的养分动态研究，探明森林生态系统养分循环规律，把握森林与水质、土壤、大气等环境的作用关系，为我国天然林保护措施的制定以及人工林经营技术的研发提供理论依据。

　　此外，随着气候变化和局部空气污染的加剧，干旱、洪灾以及沙尘、雾霾、酸雨等现象时有发生，这必将影响森林生态系统的稳定性，以及森林生态系统的水文规律和养分动态规律。因此，在新的形势下开展不同尺度的森林水文学和森林生态学研究显得尤为迫切和重要。

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