森林资源及其水文功能

森林资源及其水文功能内容1.森林资源2.森林水文功能1.森林资源1.1基本概念森林：森林是以乔木为主体、郁闭度大于0.3的植物群落与其环境相互作用而形成的生态系统。它是一种植被类型，属于植被范畴。森林的分类：天然林(自然发生形成的森林，包括原始林和次生林)人工林(人工方式形成的森林，如直播造林、直苗造林、飞播造林等)天然林与人工林相比具有以下特征:(1)种类丰富；(2)层次结构复杂；(3)功能完善，对生态平衡的贡献大；(4)生命周期和演替系列长1.森林资源1.1基本概念森林的分类：针叶林(以针叶树为建群种的森林)；阔叶林(由阔叶树组成的森林)；混交林(由针叶树和阔叶树组成的森林)。1.森林资源1.1基本概念森林的分类：热带森林；温带森林；寒带森林。1.森林资源1.1基本概念森林生态系统：由森林植被与其环境相互作用而形成的复合有机体。森林资源：可供人类利用的森林，属于资源范畴。1.森林资源问题1：森林、森林生态系统和森林资源三者间的关系？森林＝森林生态系统＝森林资源1.森林资源1.2森林资源概况图1.50年来中国森林资源变化120001133512186124681589404000800012000160002000050s60s70s80s90s年代森林面积（万公顷）长江上游天然林面积和蓄积量随时间的变化1000130016001900220050's60's70's80's90's面积(104hm2)5101520253035蓄积量(108m3)面积蓄积量金沙江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化200500800110050's60's70's80's90's面积(104hm2)510152025蓄积量(108m3)岷沱江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化10016022028034050s60s70s80s90s面积(104hm2)123456蓄积量(108m3)嘉陵江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化10016022028050's60's70's80's90's面积(104hm2)1234蓄积量(108m3)乌江流域天然林面积和蓄积量随时间的变化02040608010012014050's60's70's80's90's面积(104hm2)020004000600080001000012000蓄积量(104m3)干流区天然林面积和蓄积量随时间的变化(K)干流06012018024050s60s70s80s90s面积(104hm2)00.511.52蓄积量(108m3)1.森林资源1.3森林资源价值Costanza等(1997)划分的17类生态公益和生态功能序号生态公益生态功能举例1气体调节大气化学成分调节CO2/O2平衡、O3防护UV-B和SOx水平2气候调节调节全球温度、降水以及其它受温室气体调节、影响云形成的硫化甲酯生物影响的全球或局部气候过程生成3干扰调节生态系统反应对环境波动的容纳、防止风暴、控制洪水、干旱恢复以及其它延迟和整合能力由植被控制的生境对环境变化的反应4水分调节调节水文过程为农业、工业或运输提供水分5水分供给水分的保持和储存由集水区、水库和含水层供给水分6侵蚀控制和生态系统内的土壤保持防止风蚀、径流和其它运移过程，把淤泥层积物保持保存在湖泊和湿地中7土壤形成成土过程岩石风化和有机物的积累8养分循环养分存储、内循环、转化和获取固氮和N、P和其它元素或养分循环9废弃物处理移动性养分的恢复、过剩或有毒废弃物处理、污染控制和解除毒性物质的转移或分解10传粉植物配子的移动为植物种群的繁殖提供传粉者11生物控制调节种群的营养级动态关键捕食者对猎物种类的控制、顶级捕食者使草食动物数量消少12庇护为定居和临时种群提供生境为迁徙种提供繁育和栖息地、为当地种提供区域栖息地或越冬场所13食物生产总初级生产中可作食物的部分鱼、猎物、作物、果实的捕获与采集，农业或渔业生产14原材料总初级生产中可作原材料的部分木材、燃料和饲料的生产15遗传资源野生生物材料和产品来源药物、材料科学产品、抗植物病毒和作物害虫的基因、装饰物种16休闲提供休闲娱乐机会生态旅游、钓鱼运动和其它户外娱乐活动17文化提供非商业用途机会生态系统的美学、艺术、教育、精神和科学价值中国森林的经济价值陈仲新和张新时(2000)的估价为：15434×108元侯元兆等(1995)的估价为：130000×108元以上两项研究结果表明：前者仅为后者的1/8!?森林资源及其水文功能1.森林资源¶2.森林水文功能2.森林水文功能2.1水文过程森林水文学的定义森林水文学是研究森林生态系统对水分循环和环境影响(包括对土壤侵蚀、水质和小气候等的影响)的科学。它是水文学的一个分支，是森林生态学与水文学相结合而形成的一门学科。森林水文学简史森林水文学早期起源于人们对森林与水关系的观察和了解，如消洪补枯。公元3－4世纪，古希腊人就观察到了树木与水文的关系；中国对森林与水文关系的认识可以追溯到2000多年以前(李文华等,2001)。尽管如此，但系统研究森林水文过程的历史相对较短，国外对森林水文效应的科学研究可追溯到17世纪，而国内对这一领域的科学研究始于1924年(李文华等,2001)。随着研究手段的日新月异，森林水文学研究已经进入了快速发展阶段。水文界面水文过程降水分配总蒸散大气降水蒸散林冠截留林窗乔木层蒸发干流滴流第穿一次透分蒸散灌木截留配灌水木层蒸发干流滴流林地降水地表蒸散草本层(包括苔藓)调蓄层蒸发凋落物调蓄地表径流第二蒸发次分下渗下渗配土河川径流壤土壤调蓄层土壤蒸发地下潜流土壤径流图2流域尺度天然林生态系统水文过程2.森林水文功能问题2“林外下大雨林内下小雨”这种说法对吗？2.森林水文功能2.2水文功能定量化的计算方法某一时段内的区域水量平衡方程：P=R+E+gV式中：P－降水量，m3;R－河川径流，m3;E－蒸散量，m3;g－地下潜流量，m3;V－某一时段区域内蓄水变量，m3。月截留量：是指某区域森林林冠在某个月内截留降水的数量，用公式表示为：Ai=A×Pi×Ii×10000式中：Ai为某区域森林在第i个月截留的降水量(m3)，A为该区域森林面积(hm2)，Pi为该区域第i个月降水量(mm)，Ii为第i个月森林林冠截留率(%)。长江上游干支流天然林林冠截留降水量月变化(108m3)1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月I3.45.87.910.59.812.813.014.511.86.64.82.0II1.31.83.16.04.75.25.17.66.55.02.20.8III0.91.22.14.03.93.64.45.55.84.62.10.8IV0.90.91.42.02.52.01.92.72.32.41.70.9V1.82.03.25.55.53.43.53.35.15.83.62.1VI8.411.817.728.126.427.027.933.631.424.414.46.7I.金沙江流域；II.岷沱江流域；III.嘉陵江流域；IV.乌江流域；V.干流；VI.上游.一次性水源涵养效益是指森林土壤蓄水量和地表层持水量之和，用公式表示为：V=Vws+Vwg式中：V为森林水源涵养总效益，Vws为森林土壤蓄水量，Vwg为地表层持水量。(A)上游050100150200一次涵养水量(108m3)(B)金沙江020406080100一次涵养水量(108m3)(C)泯沱江0102030405050s60s70s80s90s一次涵养水量(108m3)(D)嘉陵江05101520(E)乌江02468(F)干流061218243050s60s70s80s90s森林土壤蓄水量是指森林土壤含蓄水分的潜力，用公式表示为：Vws=10000×Pn×D×A式中：Vws为森林土壤蓄水量(m3)，Pn为森林土壤非毛管孔隙度(%)，D为土层深度(m)，A为森林面积(hm2)。森林地表层持水量是指森林地表层含蓄水分潜力，用公式表示为：Vwg=L×C×A式中：Vwg为天然林地表层持水量(m3)，L为地表物积累量(t.hm-2)，C为地表物最大持水量(%)，A为天然林面积(hm2)。年水源涵养效益是指森林在一年之内累积含蓄水分的潜在能力，用公式表示为：Vwa=P×A×(1-Ii)×100001000式中：Vwa为某区域天然林水源涵养效益(m3.a-1)，P为该区域年降水量(mm)，A为天然林面积(hm2)，Ii为天然林林冠截留率(%)。(A)上游050010001500年涵养水量(108m3)(B)金沙江0200400600800年涵养水量(108m3)(C)泯沱江06012018024030050s60s70s80s90s年涵养水量(108m3)(D)嘉陵江050100150200(E)乌江0306090120(F)干流05010015020050s60s70s80s90s水土保持效益是指由于森林的存在而使林区土壤免被侵蚀的潜力，常常通过测定森林林地和无林地土壤年侵蚀模数来计算，用公式表示为：Vs=A×(M0-Mf)式中：Vs为某区域天然林年保土效益(t.a-1)，A为天然林面积(hm2)，M0和Mf为分别为无天然林土壤侵蚀模数和天然林土壤侵蚀模数(t.hm-2.a-1)。长江上游干支流天然林年保持土壤随时间的变化（亿吨）010203040506070809010050s60s70s80s90s金沙江岷沱江嘉陵江乌江干流土壤水库蓄水容量又称土壤水库总库容，是指森林土壤的全蓄水量或饱和持水量，用公式表示为：Vws=10000×P×D×A式中：Vws为森林土壤总库容(m3)，P为森林土壤总孔隙度(%)，D为土层深度(m)，A为森林面积(hm2)。长江上游干支流土壤水库总库容随时间的变化05010015020025030035040045050050s60s70s80s90s总库容(108m3)金沙江岷沱江嘉陵江乌江干流流域涵养指数()是指某个流域中植被涵养水分的实际能力，用公式表示为：=Q枯/Q年式中：Q枯和Q年分别为最枯月平均流量和年平均流量。流域地下水年出流量(Wg)是指在一年内某个流域中补充到河川径流的壤中流量，用公式表示为：Wg=0.315×(1+)/2×Q年(108m3)式中：和Q年分别为流域涵养指数和年平均流量。改良土壤效益是指森林通过凋落物回归土壤而提高土壤肥力的潜力，常常通过测定某区域土壤养分含量和年保土量来计算森林的改良土壤效益，用公式表示为：Vf=Vs×(P1+P2+…+Pn)式中：Vf为某区域森林保肥效益(t.a-1)，Vs为某区域森林年保土量(t.a-1)，Pn为各类养分含量(%)。长江上游干支流天然林年保持有机质随时间的变化（亿吨）0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.050s60s70s80s90s金沙江岷沱江嘉陵江乌江干流水源涵养和水土保持概念水源涵养是指森林涵蓄大气水分和补充地下水调节河川径流的功能。水土保持是指森林通过乔木、灌木、地被物及庞大的根系削弱雨水冲击，增强土壤抗冲性，提高土壤抗侵蚀能力，从而减少土壤流失的功能。2.3长江上游天然林水文功能2.3.1流域气象特征天然林变化与年降水量变化的相关性面积变化蓄积量变化上游--金沙江--岷沱江--嘉陵江--乌江--干流--天然林变化与年降水量变幅的关系SD=-24776*CV+4059.9R=-0.497*(n=24;P=0.013)0100020003000400050000.040.080.120.16年降水量变异系数CV蓄积量密度(SD)Stockdensity(m3.km-2)C=-67.312*CV+19.639R=-0.527**(n=24;P=0.008)0510152025覆盖率Coverage(C)(%)天然林变化与年日照变化的相关性面积变化蓄积量变化上游0.625**0.6