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第16章 水与森林的关系

一、水对森林的影响

水在自然界中,有气体、液体和固体三种形态。其中,液态降水是最为常见的形式。降水量的多少及其分布情况,影响着森林植物的生长和分布。

1.水对森林植物的影响。森林植物的每一阶段生活史几乎都需要水。首先,水是构成植物体的无机成分之一。从生活细胞中的原生质到林木的种子,都含有不同数量的水分。其次,林木的一切生命活动,都必须在有水的条件下进行。林木的光合作用、有机物的水解作用、根系养分的吸收以及养分在林木体内的运转和利用,都离不开水分。另外,林木组织器官形状的保持以及功能的发挥、植物体温度的稳定,也都需要有水参加。与森林植物最直接的是土壤水分。在自然界中,水分在时空上的变化是极为明显且剧烈的。根据植物对水分的适应性,可把植物分为水生植物、中生植物和旱生植物。水生植物可以生长在水分较多的土壤中以及空气湿度较大的环境中;旱生植物可以长期忍受干旱条件下的水分不足,在土壤水分张力为4000千帕的条件下仍能生长;中生植物是介于水生植物和旱生植物之间的过渡类型,大部分森林植物都属于这一生态类型。但是,任何森林植物对水分条件的适应性都有一定的限度。当土壤水分不足时,植物体的高生长、直径生长、繁殖及幼苗的成活,都会受到严重的影响,严重时会出现萎蔫甚至死亡。当土壤水分过多时,由于土壤空气中O2含量下降,会导致植物根系生长衰退,植物难以生存。另外,水的质量也影响到森林植物的生存和发展。自美国1936年第一次记录到酸雨以来,酸沉降现象已在世界许多地方发生,造成了严重的生态危机。目前,酸沉降的影响尤以对森林的危害最引人注目。酸雨会降低森林生长量、果实和种子质量,会使森林衰亡。酸沉降的间接影响表现在对土壤的酸化上。土壤酸化后,直接影响根系对土壤营养元素的吸收。

2.水对森林分布的影响。森林依赖于水分而存在和发展,森林的分布同降水的联系非常密切。我国由东南向西北分为湿润、半干旱和干旱气候区域,相应出现的三个植被类型为森林、草原和荒漠。

二、森林对水的影响

1.森林具有涵养水源的作用。哪里有森林,哪里就有水。据日本科学家研究,3.333公顷森林的蓄水能力,相当于蓄水(1.0×106)立方米的水库。因此,森林有“绿色水库”之称。森林和水的关系十分密切,许多河流都发源于高山密林之中。例如:松花江、牡丹江发源于长白山林区;闽江发源于武夷山林区;山西省的汾河发源于管涔林区;文峪河发源于关帝山林区。森林之所以能涵养水源,是因为林冠可以截留相当数量的降水(15%~40%),而且还可以阻止雨滴直接冲击土壤;林下的枯枝落叶层能阻止地表径流,使大量水分(40%~80%)渗入地下,把地表径流减小到最小程度;森林土壤中丰富的腐殖质,具有相当高的持水能力。另外,森林土壤疏松,孔隙多,可促进降雨向土层渗透,提高森林土壤吸收降雨的能力。根据调查,25年生的天然林,每小时可以吸收降雨量150毫米;草地每小时吸收降雨量10毫米左右;裸露地每小时吸收降雨还不到5毫米。林地的降水,25%被林冠截留或蒸发,35%变为地下水徐徐补充为河道水。在荒废的裸露地,约有5%的降雨变为地表水很快流走,40%暂时保留或蒸发,贮存到土壤中用于补充水源的水仅占5%。林地涵养水源的能力为裸露地的7倍。

2.森林可以少量增加降水量。森林的增雨作用,与降水和森林的状况有很大关系。据前苏联研究,有了森林,一般年降水量可以增加1%~25%。据测定,在我国长白山林区、甘肃兴隆山、山西太岳山,森林可使降雨量增加2%~5%。在日本北海道冷杉、山毛榉等针阔混交的天然林中,4月份和7月份林内雨量分别增加11%和10%。在我国1990年春夏之交,内蒙古巴林右旗出现大旱。为缓解旱情,曾采用人工降雨的措施。然而,人工云不在本旗境内降雨,却漂浮到了森林植被比较好的邻旗。这一现象的出现,即与巴林右旗缺乏森林植被有关。降水可分为垂直降水和水平降水。绝大部分的观测资料都证明,森林具有增加水平降水的能力。对于森林能否增加垂直降水,还存在着争论。随着科学技术的发展,森林对降水的作用将会得到进一步的阐明。

3.森林影响水质。从森林流域中流出的水,含有各种化学成分。这是因为,降水经过森林流域时,可以将土壤和岩石风化物及生物遗体中的各种物质溶解,这样就增加了水的化学成分。另一方面,降水通过森林流域时,由于枯枝落叶和土壤腐殖质的作用,又可除去某些溶解成分,起到净化水的作用。人们常把山涧中的溪水作为饮用水,就是因为森林对水有着良好的净化作用。不同的乔木和灌木树种对流经森林地带的水质所起的作用不同。如果把来自无林地的水中的含沙量作为100%,那么流经松林带以后的水,含沙量能减少到20%,而流经榆树林的含沙量能够降低到15%。另外,降水还可以淋洗植物叶片中的物质。在英国发现,从林冠下收集到的雨水要比附近空旷地收集的雨水含有较多的钾、钠、钙、镁。森林对水的影响还表现为,森林能减少洪峰流量,使河流水量变化缓和而较为稳定,减少洪涝灾害的发生。但是,森林对洪水的削弱作用是有限的,不能过分夸大。

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