森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法

近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑。从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征。从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量。同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水;在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流。大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究。建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法。就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法。研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法;2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题。

中亚热带典型森林生态系统水源涵养功能

以中亚热带典型的5类森林生态系统为研究对象,对不同森林生态系统的水源涵养功能进行评估并分析其影响因素。基于国家林业和草原局云南玉溪森林生态系统国家定位观测研究站2017—2021年的生态监测数据,采用水量平衡法对中亚热带磨盘山5种典型森林生态系统水源涵养量进行计算,在分析水源涵养量时空分布规律的基础上评估森林生态系统水源涵养功能。研究表明:(1)2017—2021年间5类森林生态系统水源涵养量有增长趋势,2018年的降水量和水源涵养量相比于2017年、2019年有显著增长,2019—2021年常绿阔叶林、高山栎林和华山松林水源涵养功能均呈较好增长趋势,而滇油杉林和针阔混交林表现不佳。(2)水源涵养量的空间分布与林内降雨量、蒸腾量空间分布大致相同,而与地表径流量的空间分布不同。空间分布上常绿阔叶林水源涵养功能最强(97.2 mm),高山栎林(77.6 mm)、针阔混交林(71.7 mm)、华山松林(65.2 mm)次之,滇油杉林水源涵养能力相对最弱(60.2 mm)。(3)5类森林生态系统水源涵养量的影响因素不同且差异较大,林内降水量为主要显著影响因素(P<0.05),其次为凋落物蓄积量和林分郁闭度,并建立了耦合性较高的水源涵养量与显著影响因素的线性回归模型,以预测空间上未知点的水源涵养量。森林生态系统长期定位监测数据可以综合的评估不同森林生态系统的水源涵养功能及其发展趋势,有利于生态价值的衡量和保护力度的把握。

应用InVEST模型对水库集水区水源涵养功能优化方案

基于InVEST模型在对浙江省临安市水涛庄水库集水区水源涵养功能分析的基础上,利用研究区内水源涵养能力较好的林型替换较差的林型,在综合对比各类替换模式后,进而提出提升研究区森林水源涵养功能的优化方案。结果表明:研究区森林水源涵养总量为3 189.39×10~4m^3,研究区森林平均水源涵养深度为594.82 mm(水源涵养功能可表现为水源涵养深度)。研究区内各林型中针阔混交林的水源涵养深度最大,为902.79 mm。不同森林类型在不同坡度级上的平均涵养深度均随坡度的增加而减小,在平坡(0°<α≤5°,α为坡度)上均达到最大;影响研究区水源涵养功能的最主要因素是下垫面特征和气候,其中下垫面特征中的土壤饱和导水率的影响最大,且土壤饱和导水率会随着植被的改善和群落的演替而提高。经优化模拟比较,在保证研究区油茶(Camellia oleifera)、毛竹(Phyllostachys heterocycla var.pubescens)等经济林正常经营的基础上,将研究区16°<α≤35°坡度级上除针阔混交林和阔叶林以外的森林类型全部替换成针阔混交林,森林水源涵养功能可提升41.07%。