黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响

林业科学研究２０１８，３１（１）：１５～２６　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＤＯＩ：１０．１３２７５／ｊ．ｅｎｋｉ．１ｙｋｘ￣．２０１８．０１．００２　黄土高原和六盘山区森林面积增加　对产水量的影响　王彦辉　，于澎涛　，张淑兰　，熊　伟　，徐丽宏　，左海军　，王　晓　（１．中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所，国家林业局森林生态环境重点实验室，北京　１０００９１；　２．佳木斯大学，黑龙江佳木斯１５４００７）　摘要：［目的］定量评价黄土高原地区造林对流域产水量的影响，指导林水协调的林业发展和森林管理。［方法］综　合分析多年在黄土高原、泾河流域、六盘山区开展的森林产流影响的多尺度研究结果。［结果】在黄土高原区域尺　度，林地平均年径流（１６　ｍｍ）比非林地（３９　ｍｍ）减少５９％；在典型流域尺度（泾河干流上游流域），森林年均产水量　（７６　ｍｍ）比自然草地减少５１％，其中，半湿润土石山区的森林年均产水量（８８．８　ｒａｍ）比自然草地减少５８％；在典型　小流域尺度（半湿润的香水河小流域），完全覆盖森林后的年均产流比无森林覆盖情景减少５９％。森林增加导致的　年产流减幅在干旱地区和干早年份会更大，并可能超过１００％，如年降水量低于４５０　ｍｍ的黄土流域、半干旱的泾河　上游黄土区的林地及半干旱的叠叠沟小流域的坡面乔木林分样地，其年产水量常为零或负值，即需消耗土壤水分和　坡上汇人径流等维持生存。低度问伐不能显著减少森林蒸散耗水。［结论］在黄土高原研究的小流域、流域和区域　空间尺度内，造林减少年产流量的平均幅度都在５０％～６０％以上，且随干旱程度的增加可达到１００％，并因消耗降　水外的其他水源而出现负产流。需依据水分承载力合理选择待恢复植被类型和确定森林覆盖率，这是保障区域供　水安全和实现林水协调管理的基本途径。　关键词：黄土高原；空间尺度；森林；流域；产水量　中图分类号：ｓ７１５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—１４９８（２０１８）０１－００１５　１２　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ａｒｅａ　Ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｙｉｅｌｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ　ａｎｄ　Ｌｉｕｐａｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ　Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｃｈｉｎａ　ＷＡＮＧ　Ｙａｈ．ｈｕｉ。ＹＵ　Ｐｅｎｇ．ｔａｏ　，Ｚｈａｎｇ　Ｓｈｕ．１ａｎ　Ｉ　，ＸＩＯＮＧ　Ｗｅｉ。，，ＸＵ　Ｌｉ　ｈｏｎｇ　，ＺＵＯ　Ｈａｉ－ｊｕｎ　，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ。　（１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｅｃｏｌｏｇｙ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ；Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００９１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｊｉａｍｕｓｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｍｕｓｉ　１５４００７，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｏ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ，ａｎｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｓｔ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．［Ｍｅｔｈｏｄ］Ｔｈｅ　ｌｏｎｇ·－ｔｅｒｍ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ－－ｓｃａｌｅｄ　ｓｔｕｄｙ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｆｏｒｅｓｔ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔ·－　ｅａｕ，Ｊｉｎｇｈｅ　Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ａｎｄ　Ｌｉｕｐａｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ　ｒｅｇｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ．［Ｒｅｓｕｌｔ］Ａｔ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｓｃａｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ，ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆｆ（１６　ｍｍ）ｆｒｏｍ　ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　５９％ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｆｒｏｍ　ｎｏｎ—ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ（３９　ｍｍ）．Ａｔ　ｔｈｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｓｃａｌｅ（ｔｈｅ　ｕｐｐｅｒ　ｓｔｒｅａｍ　ｏｆ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ），ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｆｒｏｍ　ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ（７６　ｍｍ）ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　５　１％ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｆｒｏｍ　ｎａｔｕｒａｌ　ｇｒａｓｓｌａｎｄ，　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ　ｈｕｍｉｄ　ｍｏｕｎｔａｉｎ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｗａｓ　５８％（８８．８　ｍｍ）．Ａｔ　ｔｈｅ　收稿日期：２０１７－１０－２５　企项『Ｉ：　家ｒ１然科　企坝Ｉｌ（４１６７１０２５、４１２３０８５２）；　ｊ　『ｌＩＩ族ｒ１治　坝『Ｉ（ＹＥＳ－１６－１２）；ｆｑ家　点徊ｆ发汁划坝ｆ　（２０１６ＹＦ．ＣＤ５０ｌ６０３、２Ｏｌ７ＹＦｃｏ５ｏ４６Ｏ２）；国家林业局宁夏六盘山森林生态站资助　作者简介：王彦辉（１９５７一），男，研究员，博士生导师．主要研究方向：森林水文、森林生态、森林土壤、多功能林业．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎ￣ｈ＠ｃａｒ　ｌ６　林业科学研究　第３１卷　ｔｙｐｉｃａｌ　ｓｍａｌｌ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ　ｓｃａｌｅ（ｔｈｅ　ｓｅｍｉ　ｈｕｍｉｄ　Ｘｉａｎｇｓｈｕｉｈｅ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ），ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｕｎｄｅｒ　ｆｕｌｌｙ　ｆｏｒｅｓｔｅｄ　ｓｃｅｎａｒｉｏ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　５９％ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｎｏｎ　ｆｏｒｅｓｔｅｄ　ｓｃｅｎａｒｉｏ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｆｏｒｅｓｔ　ａｒｅａ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｈｅａｖｉｅｒ　ａｒｉｄ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｄｒｉｅｒ　ｙｅａｒｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈｉｓ　ａｖｅｒａｇｅ　ｒａｎｇｅ，ａｎｄ　ｅｖｅｎ　ｅｘ—　ｃｅｅｄ　１００％．Ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ａｎｎｕａｌ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｏｆｔｅｎ　ａｐｐｅａｒｅｄ　ａｓ　Ｚｅｒｏ（ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｖａｌｕｅｓ）ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｅｓｓ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ　ｗｉｔｈ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｂｅｌｏｗ　４５０　ｍｍ，ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ—ａｒｉｄ　ｌｏｅｓｓ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ，　ａｎｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｐｌｏｔ　ｏｆ　ｆｏｒｅｓｔ　ｓｔａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉ—ａｒｉｄ　Ｄｉｅｄｉｅｇｏｕ　ｓｍａｌｌ　ｗａｔｅｒｓｈｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｍｅａｎｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｓｅ　ｆｏｒｅｓｔｓ　ｍｕｓｔ　ｕｐｔａｋｅ　ｍｏｒｅ　ｓｏｉｌ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｕｐｓｌｏｐｅ　ｒｕｎ—ｉｎ　ｔｏ　ｓｕｒｖｉｖｅ．Ａ　ｌｏｗ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｔｈｉｎｎｉｎｇ　ｃａｎｎｏｔ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ａ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｂｙ　ｆｏｒｅｓｔ　ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］Ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｐａｔｉａｌ　ｓｃａｌｅｓ（ｓｍａｌｌ　ｗａｔｅｒ—　ｓｈｅｄ，ｗａｔｅｒｓｈｅｄ，ａｎｄ　ｒｅｇｉｏｎ）ｓｔｕｄｉｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ，ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ａｆｌｂｒｅｓｔａｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　５０％一６０％ｏｒ　ｍｏｒｅ，ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｗｉｌｌ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｒｉｓｉｎｇ　ｄｒｏｕｇｈｔ　ｄｅｇｒｅｅ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ａｓ　ｔｏ　１００％，ｏｒ　ｅｖｅｎ　ｔｏ　ａ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｔｈｅｒ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｂｅｓｉｄｅｓ　ｐｒｅ—　ｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｓｅｅｍｓ　ｔｈａｔ　ａ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｐｅｒ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｔｙｐｅｓ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｓｔ　ｃｏｖｅｒ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ａ　ｓａｆｅ　ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ａｎｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ａｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｏｒｅｓｔ·－ｗａ·－　ｔｅｒ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ；ｓｐａｔｉａｌ　ｓｃａｌｅ；ｆｏｒｅｓｔ；ｗａｔｅｒｓｈｅｄ；ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　在黄土高原等土壤侵蚀严重的干旱缺水地区，　增加森林植被覆盖是降低侵蚀、改善环境的有效措　施。为此，我国几十年来连续实施了“三北防护　林”、“退耕还林”等生态工程，森林植被覆盖明显提　径。因此，自１９９９年实施退耕还林工程以来，中国　林业科学研究院森林生态环境与保护研究所在宁夏　六盘山建立了长期森林生态定位站，开展了包括观　测对比、统计分析、模型模拟等方式的森林生态水文　研究，涉及多个水文过程和空间尺度，发表了很多学　高，土壤侵蚀显著降低，取得了预期成效，但伴随出　现了许多流域年径流量显著减少的问题¨　Ｊ，加剧　了流域或区域水资源短缺，危及供水安全和可持续　发展，并认为造林种草、水土保持等土地利用变化的　作用很大　Ｊ，因而需要格外重视林水关系和转向林　水综合管理　；然而，对森林增加与流域　一流的关系　一术论文，但一直还未系统总结。本文将按区域／流　域、小流域、林分等空间尺度，总结分析森林的数量　和结构特征对产水量的影响，为深入认识黄土高原　地区的林水关系和指导林水协调管理提供科技　基础。　直存在不同研究结果和学术争论，分为增加、减少　和基本无关三种情况Ｌ５　Ｊ，原因是流域产水同时受气　候、地形、土壤、植被、流域特征等多种因素影　响　Ｊ。多数研究认为，增加森林会减少径流，全球　范围的造林影响径流的对比流域研究成果汇总表　１　研究区概况　黄土高原干旱缺水、植被稀少、侵蚀严重。受气　候和土地利用变化的影响，多条主要河流（如渭河、　明，平均减少年径流２２７　ｍｍ（５２％）　，但其应用数　据多分布在年降水６００　ｍｍ以上地区，缺乏干旱地　区的数据。另外，由于对比流域研究格外耗时　Ｊ，在　黄土高原（甚至我国）一直没有严格的对比流域研　泾河、洛河、无定河及窟野河等）的年径流量自２０世　纪８Ｏ年代以来明显减少¨Ｉ２　Ｊ，对社会经济可持续发　展及林业建设的越来越严重。　泾河流域（１０５。４９　～１０８。５８　Ｅ，３４。１４　～３８。１０　Ｎ）是黄河流域十大水系之一，源于宁夏泾源，流经　宁夏、甘肃和陕西注入渭河，干流全长４５５．１　ｋｍ，面　积４５　４２１　ｋｍ。。地处温带半湿润半干旱过渡带，为　典型的温带性气候，年均气温和降水量均由南　向北递减，年降水量为３５０～６００　ｍｍ，７２％～８６％　集中在５　一究，现有研究多是流域径流与森林覆盖的统计分析，　缺乏考虑其他森林特征，着从区域水安全角度　来合理规划林业发展规模与指导森林经营活动。　在定量研究和深入理解森林系统结构与空间格　局对水文过程影响的基础上，籍助生态水文模型定　量预测森林植被变化的水文影响，尤其对产水量的　月；年均气温８￣Ｃ，最冷月一８～　１Ｏ℃，最热月２２～２４℃。流域内的地形、气候、土　影响，是弥补我国及黄土高原地区缺乏对比流域研　究、尽快提供林水协调管理决策支持工具的一个捷　壤和植被等差异较大。北部、西北部、东部多为半干　旱区，以草地覆盖为主；东南部和西南部受山地海拔　第１期　王彦辉，等：黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响　１７　升高的影响，森林覆盖率相对较高。土壤类型除西　南部山地多为灰褐土外，其它多覆被深厚黄土。　泾河干流上游指西南部的泾川水文站以上　（１０６。１１　～１０７ｏ２１　Ｅ，３５。１５　～３５。４５　Ｎ），面积　态耗水，还增大了雪折危险　“　，急需在深入理解林　水关系的基础上实行林水协调管理，保障区域生态　安全和供水安全，增强森林和林业的多种服务功能。　３　１６４　ｋｍ　，海拔１　０２６～２　９２２　ｍ。分为半湿润土石　山区和半干旱黄土区，土石山区海拔１　７５０　ｍ以上，　由六盘山及其余脉组成；黄土区海拔１　０２６～Ｉ　７５０　２　黄土高原区域的年径流减少与森林　影响　在黄河最大支流渭河，年径流量自２０世纪６Ｏ　ｍ。土石山区和黄土区的年降水量分别为６１４、４７５　ｍｍ，７０％以上集中在６　月；年均气温分别为６．５、　８．８￣Ｃ，年潜在蒸发量分别为１　４１９．９、１　４３８．４　ｎｌｍ。　森林主要分布在土石山区，多为红桦（Ｂｅｔｕｌａ　ａｌｂｏ—　ｓｉｎｅｎｓｉｓ　Ｂｕｒｋ．）、山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓ　ｄａｖｉｄｉａｎａ　Ｄｏｄｅ）、华山　松（Ｐｉｎｕｓ　ａｒｍａｎｄｉ　Ｆｒａｎｃｈ．）、辽东栎（Ｑｕｅｒｃｕｓ　ｌｉａｏｔｕｎ—　ｇｅｎｓｉｓ　Ｋｏｉｄｚ．）等的天然次生林，少部分为华北落叶　松（　ｐｒｉｎｃｉｐｉｓ—ｒｕｐｐｒｅｃｈｔｉｉ　Ｍａｙｒ）人工林。农田在　黄土区的面积比较大，分布于川地、塬地及丘陵。草　地覆盖度在土石山区达５０％～７０％，在黄土区则达　４０％～５０％。　宁夏六盘山区位于泾河干流上游，最高海拔　２　９３１　ｍ。年降水量一般在５００　ｍｍ以上，但外围半　干旱区３５０～４５０　ｍｍ。大于１０℃积温在山前平川　为１　９００℃以上。生长季约１８０　ｄ，全年日照时数低　于２　２００　ｈ。母岩包括石灰页岩、红色沙岩等；土壤　石砾含量多，土层薄。灰褐土占总面积的９４．４％。　在海拔１　７００～２　７００　ｍ，植被以阔叶林为主，土壤有　机质含量高，形成较肥沃的山地灰褐土，质地较细、　土层较薄，易遭冲刷；在海拔２　６４０　ＩＴＩ以上的山体顶　部，气候湿冷，生长有草甸植被，土壤为山地草甸土　并有大量有机质积累，土层厚约１４０　ｅｌＴｌ。　六盘山区是黄土高原重要水源地，年径流量约　７．３亿１ＴＩ　，另有地下水储量约３．２４亿１ＴＩ　（可开发利　用２．４４亿１１３　）。六盘山区也是生物多样性富集区，　丰富多样的森林植被发挥着控制侵蚀、固碳释氧、水　文调节等生态效益。区域林业主导功能应是在控制　土壤侵蚀的前提下，为周边地区提供数量多、质量高　的水资源；同时，保护生物多样性、提供木材和其他　林产品、发展生态旅游等也是重要功能；然而，受传　统林业思维影响，森林主导功能过分关注木材生产，　追求提高蓄积量，从２Ｏ世纪７Ｏ年代以来的持续造　林虽使森林覆盖率大幅回升　，但森林结构不良、　质量下降、功能低下等问题严重，尤其流域产水大幅　下降，干旱胁迫危及树木健康和稳定性，多年禁伐形　成了大量过密林分，即降低了木材价值，又加大了生　年代后一直减少　，尤其８０年代后，在１９９０年后　甚至减至过去的１／３。相对１９６０－－１９７０年，在上、　中、下游１９７１－－２００９年减少的径流中，分别有　１３．８％、１７．６％、２０．７％来自降水变化，而人类活动　贡献达８６．２％、８２．４％、７９．３％［培ｊ。毕彩霞等　研　究表明，渭河流域华山水文站１９５８．２Ｏ１１年的径流　量显著下降，从２０世纪６０年代的９６．２亿ＩＴＩ　降到　２１世纪初的４６．３亿ｍ　，减少了５１．８％；在基准期　１９５８－－１９９４年和变化期ｌ９９５—２０ｌ１年问，枯、平和　丰水年的年径流量分别降低６４．６％、４１．３％和　４５．５％，降水减少、蒸散增加和人类活动增强导致径　流减少（３３．９　ｍｍ）的贡献率分别为３７．１％、１１．９％　和５１．０％。　在渭河的最大支流泾河流域，年降水一径流关　系的年代变化明显（图１），１９６０和１９７０年代的关系　很相近，但之后产流率不断降低，年径流急剧减　少心Ｊ　－１６］，从１９６０年代的５０．１　ｍｍ减到２ｌ世纪初　的２２．３　ｍｍ。相对基准年段，降水变化对径流减少　的贡献不断降低，而包括１９７０年代以来实施的水土　保持及植被建设工程以及工农业用水增加等人类活　动的贡献不断提高（表１），成为绝对的主导因素。　喜　弯　ｌ　墨　曩　嚣　Ｉ｛｝Ｉ　１　流域小¨　ｌ　代的　ｌ　降水：ｌ：＝　ｊ衽流深的火系　Ｆｉｇ．１　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｕｎｏｆｆ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　Ｂａｓｉｎ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｄｅｃａｄｅｓ　１８　林业科学研究　ｕｎ　蓦日《赫暾攫艇婷　ｍ　５　Ｏ　第３１卷　表１　降水及人类活动对泾河流域年径流深变化的贡献率　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｕｍａｎ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｔｏ　ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆｆ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　Ｂａｓｉｎ　由于缺少严格对比的流域实验，用面积１０　ｋｍ　以上的５７个黄土高原流域的文献数据，统计分析了　森林减少径流的作用¨７　３，表明径流系数随年降水量　的增大不但没增加，反而降低（图２），说明其他因素　影响已超过降水；进一步分析表明，年径流系数随森　林覆盖率的升高而减小，表明森林影响很大。为了　定量分析森林的影响，按整个黄土高原、年降水大于　和小于４５０　ｍｍ　３种情况，拟合了流域年均总蒸散　（ＥＴ，ｍｍ）与森林面积比（＿厂，小数）、非森林面积比（１　一．厂，小数）、年均降水量（Ｐ，ｍｍ）的关系：　ＥＴ＝Ｐ·０，·－加　强　厂＋Ｐ·ａ　·（１一　∞　５　０　（１）　式中：血，和ａｎ／表示林地和非林地的多年蒸散　率或占降水比值（表２）。　２００　３００　４００　５００　６００　７００　０　２０　４０　６０　８０　１００　年降水￣Ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｅ：ｉｐｌｔａｔｉｏｎ／ｍｍ　森林覆盖率Ｆｏｒｅｓｔ　ｃｏｖｅｒａｇｅ／％　图２黄土高原流域多年平均年径流系数随年降水量和森林覆盖率的变化　Ｆｉｇ．２　Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆｆ　ｒａｔｉｏ　ｗｉｔｈ　ａｎｎｕａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｓｔ　ｃｏｖｅｒａｇｅ　ｉｎ　ｌｏｅｓｓ　ｂａｓｉｎ　表２黄土高原流域林地和非林地的年均蒸散量和蒸散比率拟合结果　Ｔａｂｌｅ　２　Ｆｉｔｔｅｄ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕａｌ　ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）ａｎｄ　ＥＴ·ｒａｔｉｏ　ｔｏ　ｍｅａｎ　ａｎｎｕｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（Ｐ）ｆｏｒ　ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ　（　）ａｎｄ　ｎｏｎ－ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ（　）ｉｎ　ｌｏｅｓｓ　ｂａｓｉｎｓ　第１期　王彦辉，等：黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响　１９　在整个黄土高原，林地和非林地的年蒸散率分　别为０．９６６和０．９１７，对应所有流域的年均降水量　（４６３　ｍｍ）的年蒸散量分别是４４７和４２４　ｍｍ，年径　流量分别是１６和３９　ｍｍ，即林地平均多耗水２３　ｍｍ，林地年产水量比非林地降低５９％。在年降水量　大于４５０　ｍｍ的分区，林地和非林地的年蒸散率分　别为０．９６２和０．９２５，即林地比非林地多耗水１９　开展了多情景模拟，分黄土区和土石山区评价了不　同植被的蒸散及产水特征¨　。　３．１流域的水量平衡　泾河干流上游，１９９７－－２００３年的年均降水为　５４７　ｍｌＴｌ，径流４１．７　ｍｍ；模拟的潜在蒸散９３４　ｍｍ，实　际蒸散４５１　ｍｍ（４２５～５４５　１Ｔｉｍ），包括冠层截持４０　ｍｍ、植被蒸腾１５７　ｍｍ、土壤蒸发２５３　ｍｍ。在海拔　ｍｍ，与刘昌明等¨　的研究结果（黄土高原流域森林　２　２５０，￣２　９２２　ｍ的六盘山土石山区，森林覆盖率高，　覆盖率增加１０％平均减少年径流１．６７　ｍｍ）十分接　年降水量多，年蒸散达４８６　ｍｍ，其中，冠层截持９４　近。在年降水量低于４５０　ｍｍ的分区，林地和非林　ｍｍ、植被蒸腾２０８　ＩＴｌｍ、土壤蒸发１８４　ｍｍ；在海拔　地的年蒸散率分别为１．０６４和０．９０３，即林地比非林　１　７５Ｏ～２　２５０　ｍ的土石山区，因年降水量较低，年蒸　地多耗水６３　ｍｍ，且森林需依靠降水外的其它水源　散量降至４３６　ｍｍ；在海拔１　０２６～ｌ　７５０　ｍ的黄土　（坡面径流、土壤水、灌溉等）才能生存，导致年蒸散　区，随温度升高，年蒸散升为４５８　ｍｍ，其中，冠层截　量超过降水量。这说明大规模造林和梯田、淤地坝　持降至３２　ｍｍ，土壤蒸发升至２７５　ｍｍ。　等水保工程一样，也能大幅降低流域产水。　在整个泾河干流上游，由各流域单元模拟值求　和得到的年地表径流１０．７　ｍｍ、壤中流３１．９　ｍｍ，作　３　泾河干流上游流域的水量平衡和森　为二者之和的径流量为４２．６　ｍｍ，非常接近实测值　林植被影响　４１．７　ｍｍ。模拟计算的深层渗漏量为６４　ｍｍ，其与径　流量之和被视为产水量，为１０６．６　ｍｍ，远大于水文　要在流域内协调林水关系，需先在流域尺度量　站的实测径流量，说明大部分产水在汇集过程中被　化不同森林植被的径流（蒸散）影响。为此在泾河　消耗。此外，模型计算的产水量及其组成的区域差　于流上游流域，利用率定的生态水文模型ＳＷＩＭ［　］　异明显（表３）。　表３　ＳＷＩＭ模型模拟的泾河上游１９９７－－－２００３年的产水量组分与空间分布　Ｔａｂｌｅ　３　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＳＷＩＭ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｉｎ　１９９７—－２ＯＯ３　３．２不同森林类型的水量平衡　８６．１～１１６．８　ｍｍ（１５％～２２％），占总蒸散的１７．Ｏ％　泾河干流上游森林覆盖率为２６．８％，其中，　￣２３．５％；灌丛截留量６０．１～６５．６　ｍｍ（１０％），占　２０．５％在土石山区（６３７．３　ｋｍ　），６．３％在黄土区　总蒸散的１２％。土壤蒸发和植物蒸腾的区域差异　（１９３．９　ｋｍ　）。从模拟结果中抽取了主要森林类型　明显，黄土区稀疏林地的土壤蒸发大于土石山区较　的多年水量平衡及分量组成（表４）。土石山区林地　密林地，土石山区的森林年蒸腾量比黄土区的大。　年蒸散为４７９．１～５１９．４　ｍｍ，算术和面积加权平均　灌丛蒸腾明显小于林地，黄土区和土石山区分别为　分别为５０５和５１１．５　ｍｍ；灌丛年蒸散４２９．２　ｍｍ。　１８８．４、１７３．４　ｍｍ。　黄土区主要是刺槐和杨树人工林，年均蒸散５０７．２　在降水少的黄土区，森林和灌丛的年总产水量　ｍｍ；灌丛年蒸散５０３．０　ｍｍ。总的来说，森林蒸散高　（地表径流、壤中流与深层渗漏之和）几乎为０，且基　于其它植被，其占年降水量的比例为黄土区平均达　本都是地表径流；在降水多的土石山区，森林平均年　９９％，土石山区平均达８４％。　总产水量为８８．８（６２．７～１１９．５）ｍｍ，灌丛为１５６．５　在森林年蒸散组分及比例中，冠层截留量为　ｍｍ，且壤中流比例很大，地表径流很小，说明土石山　林业科学研究　第３１卷　区森林水源涵养作用大。　在黄土区，各类森林的深层渗漏量均小于０，在　值也小于０，说明森林蒸散耗水能力很大；但土石山　区灌丛渗漏量（７９．２　ｍｍ）较大，可能因其土层较薄　土石山区也不高（４．６～１５．５　ｍｍ），且山杨林渗漏　且根系分布相对较浅。　表４泾河上游１９９７－－２００３年典型森林和灌丛的ＳＷＩＭ模型模拟的水量平衡分量　Ｔａｂｌｅ　４　Ｗａｔｅｒ　ｂａｌａｎｃｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｆｏｒｅｓｔｓ／ｓｈｒｕｂｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ＳＷＩＭ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｉｎ　１９９７－－２００３　ｍｒｒｌ　３．３不同农田类型的水量平衡　径流量（地表径流与壤中流之和）差别很大，黄土区　泾河干流上游农田面积占４２％，主要在黄土　变化在３．５～６．２　ｍｍ，平均４．８　ｍｉｌｌ，且以地表产流　区。模拟结果（表５）表明：黄土区各类农田年蒸散　为主，显著低于以壤中流为主但地表径流也较高的　４４７．３～４７０．１　ｍｍ，占降水的比例为８６％～９２％，　土石山区麦田（９６．９　ｍｍ）。各类农田的深层渗漏　均大于土石山区麦田（４２５．８　ｍｍ）。各类农田年总　都是正值，即输水补给深层土壤水／地下水，其中，　产水量以土石山区麦田的最高（１５９．６　ｍｍ），主要组　土石山区麦田６２．７　ｍｍ，黄土区各类农田４１．１　成为壤中流和深层渗漏；而黄土区各类农田为４４．０　－－－６３．９　ｍｍ。　～７Ｏ．１　ｍｍ，主要组成为深层渗漏。各类农田的年　表５泾河上游１９９７－－２００３年典型农田的ＳＷＩＭ模型模拟的水量平衡分量　Ｔａｂｌｅ　５　ｗａｔｅ　ｂａｌａｎｃｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｒｏｐｌａｎｄｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ＳＷＩＭ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｉｎ　１９９７－－２００３　ｍｍ　３．４不同草地的水量平衡　降水的比例（５０３．９　ｍｍ，８９％）明显大于土石山区自　草地在流域内面积最大，产水贡献也最高。模　然草地（３７７．７　ｍｍ，６３％）和黄土区自然草地（４２０．４　拟表明（表６）：土石山区人工草地的年蒸散量和占　ｍｍ，８１％），甚至高于各类农田和森林。这是因土石　第１期　王彦辉，等：黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响　２１　山区人工草地的生物量大，因而其冠层截留（３８．５　ｍｍ），虽然其土壤蒸发（２５５．８　ｍｍ）低于黄土区自然　ｍｍ）和蒸腾（２０９．７　ｍｍ）明显高于黄土区自然草地　草地（３０１．４　ｍｍ）和土石山区自然草地（３１２．７　（１３．５、１０５．４　ｍｍ）和土石山区自然草地（１６．５、４８．５　ｍｍ）。　表６泾河上游１９９７－－２００３年主要草地及其他土地利用的ＳＷＩＭ模型模拟的水量平衡分量　Ｔａｂｌｅ　６　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ｗａｔｅ　ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｇｒａｓｓｌａｎｄ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｌａｎｄ　ｕｓｅ　ｔｙｐｅｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　ＳＷＩＭ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｉｎ　１９９７－－２００３　ｍｌｎ　年总产水量为土石山区自然草地（２１３．５　ｍｍ）　水域和居民地对流域水量平衡有特殊作用。水　显著大于土石山区人工草地（５８．１　ｉ／ｌｍ）和黄土区自　域的年蒸发量最大（９８５．８　ｍｍ）；由于饱和不透水，　然草地（９３．５　ｍｍ）。年径流（地表径流与壤中流之　径流量接近降水量（５５０．３　ｍｍ），但蒸发量高使其净　和）是土石山区人工草地最低，几乎为０；黄土区自　产水为负值。居民地由于地面硬化，产水量最大，高　然草地为６．７　ｍｍ，以地表径流为主；土石山区自然　达４０６．８　ｍｍ，其中，地表产流１５９．３　ｍｍ，表层土壤　草地最大，为３３．６　ｍｍ，且以壤中流为主。深层渗漏　快速壤中流２４７．５　ｍｍ。　量为山地自然草地最大（１７９．９　ｍｍ），比土石山区人　３．５不同植被类型的水量平衡比较　工草地（５８．１　ｍｉｌ１）和黄土区自然草地（８６．８　ｍｍ）分　在不区分黄土区和土石山区时，整个泾河干流　别高１２１．８、９３．１　ｍｍ。总的来看，无论土石山区还　上游内１９９７－－２００３年的各地类年均水量平衡分量　是黄土区，各类草地的深层渗漏均为正值，且有较大　模拟计算值见表７。　产水功能。　表７泾河上游不同植被覆盖类型１９９７－－－２００３年水量平衡分量平均值的比较　Ｔａｂｌｅ　７　Ｃｏｍｐａｒａｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｂａｌａｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｃｏｖｅｒ　ｉｎ　Ｊｉｎｇｈｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｉｎ　１９９７－－－２００３　ｍｍ　实际年蒸散量（ｒａｍ）为人工草地（５０３。９）＞乔　然草地（３９９．０）。从蒸散分量看，土壤蒸发（ｍｍ）为　木林（５００．５）＞灌丛（４６４．８）＞农田（４５２．９）＞自　自然草地（３０７．１）＞人工草地（２５５．８）＞农田　林业科学研究　第３１卷　（２３３．７）＞灌丛（２２２．３）＞乔木林（１７４．８）；冠层截　研究表明：在华北落叶松替换为山杨或桦树的　成熟林（最大叶面积指数（ＬＡＩ）分别为５．５、２．４和　留（ｍｍ）为乔木林（１０５．６）＞灌丛（６２．９）＞人工草　地（３８．４）＞农田（３１．９）＞自然草地（１５．０）；植被蒸　腾（ｒａｍ）为乔木林（２２０．１）＞人工草地（２０９．７）＞农　田（１８７．２）＞灌丛（１７９．６）＞自然草地（７６．９）。　年均径流量（ｍｍ）为林地（８２．９）＞灌丛（５６．０）　＞农田（２３．２）＞自然草地（２０．１）＞人工草地　３．９）后，年产水量变化很小。当占小流域面积　２３．８％的华北落叶松林变化为桦树林后，年均产水　量几乎没有变化；变为山杨林后，流域面积１０％的　树种替换导致年产流仅增加２．７　ｍｍ，相当于华北落　叶松林年产流深的５．２％。这可解释为该小流域的　年蒸散量主要受控于土壤水分和气象条件而不是林　冠ＬＡＩ大小。实际上，在ＬＡＩ达到２～３时，年蒸散　量就接近其最大值了；然而，植被类型变化能强烈影　响年产水量。在整个小流域覆盖森林后，年产流深　平均降低了１５８　ｍｍ，即草地转为林地能显著降低产　水量，增加流域面积１０％的森林平均减少年产水深　１５．８　ｍｉｌｌ，这远大于半干旱区叠叠沟小流域的径流　（０．０），其中，壤中流（ｍｌｎ）为乔木林（８２．５）＞灌丛　（５３．７）＞农田（１６．５）＞自然草地（１５．４）＞人工草　地（０），地表径流（ｍｍ）为农田（６．７）＞自然草地　（４．７）＞灌丛（２．２）＞乔木林（０．５）＞人工草地　（０．０）。农田的壤中流较大，主要因山地麦田壤中　流较高，而黄土区农田壤中流几乎为０。　深层渗漏／外界交换水量（ｍｍ）为自然草地　（１３３．４）＞人工草地（５８．１）＞农田（５２．８）＞灌丛　（２２。８）＞乔木林（一６．８）。灌丛有深层渗漏，主要　因土石山区灌丛深层渗漏较大；黄土区灌丛与林地　深层渗漏均为负值，需消耗土壤水或上坡汇人径流　等外界输入水分。　降低值（５～１０　ｍｍ），是因香水河年降水量比叠叠　沟高１９９　ｍｍ。总体来看，年产水减少量随森林覆盖　率的增加近线性增大。因年降水量变化（３７２～９６６　ｍｍ），小流域完全覆盖森林后的年产水减少量波动　很大（９３～２１３　ｍｍ），对应年产流减少率为３８％～　８６％，１２年的平均值为５９％，即年产流为无森林覆　盖对照情景的４１％。　年总产水量（ｍｍ）为自然草地（１５３．５）＞灌丛　（７８．８）＞乔木林（７６．１）＞农田（７５．９）＞人工草地　（５８．１）。　５　典型样地植被的蒸散和水量平衡　４　六盘山香水河小流域植被变化对年　特征　产水的影响　５．１　蒸散对林木密度和叶面积指数的响应　六盘山香水河小流域现有森林主要是次生林　（覆盖率约５８％），还有一些华北落叶松、青海云杉　等人工林。基于１９９６－－２００７年的气象数据（平均年　降水量６４０　ｍｌＴ１），利用ＳＷＩＭ模型模拟了树种替换　及森林面积变化（０％～９９．７％）系列情景对年产水　量的影响，并以小流域全无森林覆盖时（８７．８％为草　为指导林水协调管理，需定量理解林分结构调　控（间伐、择伐、ＬＡＩ变化等）的水文作用。２００２年　在半干旱的赵千户林场将华北落叶松林、山桃林、沙　棘灌丛密度通过间伐从２　５００、３　３３３、３　３３３株·　ｈｍ　降至１　６６７、２　５００、２　５００株·ｈｍ～，问伐强度分　别为３３％、２５％、２５％，之后的生长季（５—１０月，降　地、１２．１％为灌丛）的年产水量为基准进行评价　ｊ。　水４０４．４　ａｒｍ）各蒸散分量见表８　。　表８六盘山赵千户林场不同树种的林分密度对生长季（５—１０月。降水４０４．４　ｍｍ）蒸散的影响　Ｔａｂｌｅ　８　Ｓｔａｎｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｆｆｅｃｔ　Ｏｎ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｓｅａｓｏｎ　ＥＴ　ｉｎ　Ｚｈａｏｑｉａｎｈｕ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｆａｒｍ　ｏｆ　Ｌｉｕｐａｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ　ｍｌ￣１　第１期　王彦辉，等：黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响　间伐之后，华北落叶松林、山桃林、沙棘灌丛的　总蒸散变化分别为一８％、一２％和＋２１％。落叶松　林和山桃林的林木蒸腾虽有所减少，但减少比例远　低于间伐强度，说明间伐后个体蒸腾增大；沙棘灌丛　蒸腾量不但未减少，反而显著增加，可能因间伐刺激　了沙棘生长和蒸腾。由于问伐后落叶松林冠恢复较　慢，而山桃和沙棘恢复较快，林冠截持量减少强度对　落叶松林是略低于间伐强度，对山桃林和沙棘灌丛　一场１００　ｍｍ以上的大暴雨时也很少；在２００６年和　２００７年生长季，不同植被样地的地表径流占降水量　的比率基本都在０．５％左右，壤中流比率也不到　０．５％。利用坡面小区人工漫流供水强度和出流量　稳定时的产流强度，反推计算了叠叠沟小流域不同　植被的土壤稳渗速率（ｍｍ·ｍｉｎ　），其均值为：天然　草地（５．３）＞虎榛子灌丛（５．１）＞沙棘灌丛（４．３）＞　华北落叶松林地（３．８），均远高于可能的瞬时降雨　则是显著低于间伐强度，尤其沙棘几乎能很快恢复　到问伐前水平。因问伐后林下光照增强，林下植被　蒸腾无一例外地升高，３种植被类型的土壤蒸发和　枯落物截持在间伐后都有所增加。　综合来看，林分蒸散随林分密度的变化较复杂。　首先，林分蒸散一般随密度的降低而减小，但不是相　同比例地线性下降，还需采用其他植被特征（如叶面　积指数）进行描述；其次，不同植被类型的间伐响应　各异，似乎有种趋势，从乔木、亚乔木到灌木，间伐后　的冠层恢复能力在增强，即问伐减少蒸散的作用在　变弱。因此，需思考问伐对减少蒸散或增加产水的　作用究竟有多大？什么间伐强度才有明显作用？不　同植被种类的差别多大？这还需很多严格对比实验　和理论研究；但至少可以肯定，在干旱缺水地区恢复　草地、稀树草原植被或稀树灌丛式植被，利于更多　产水。　多年的研究表明，林地蒸散受冠层ＬＡＩ直接影　响，随ＬＡＩ的增加而增大，还受土壤含水量与气象条　件的影响，同时，蒸散各组分均与林冠ＬＡＩ有紧密关　系。在叠叠沟华北落叶松林，单株日蒸腾（Ｙ，Ｌ·　ｄ　）随林冠ＬＡＩ（　）的增加而增大（Ｙ＝０．０２４　２＋　０．４１８　７ｘ一０．０１６　ｌｘ　，Ｒ　：０．５６）。冠层截持同时受　林冠截持容量和雨中气象条件的影响，其中，截持容　量等于叶面水膜厚度与ＬＡＩ的乘积，所以与ＬＡＩ直　接相关　Ｊ。林下蒸散由土壤蒸发、草灌蒸腾和地被　物截持等组成，在香水河小流域，日均林下蒸散量　（ｍｍ·ｄ　）为稀植乔木的天然灌丛（１．０９）＞华北　落叶松＋灌木复层林（０．９６）＞天然灌丛（０．８８）＞　华北落叶松纯林（０．６９），表现为随林冠层ＬＡＩ的增　大而减小的近线性关系（Ｙ＝３．２４４　１—１．７５９　６·Ｉｎ　（　），Ｒ　＝０．６４）。　５．２典型植被类型样地的生长季蒸散与产水量　坡面水量平衡场的多年观测结果表明，不管乔、　灌、草任何植被，只要地面覆盖很好，地表径流和０　～５０　ｃｍ浅层壤中流均很低，即使２００４年６月３０日　强度　，由此可解释为什么地表径流和浅层壤中流　很少。这说明，在六盘山土石山区分析植被的水分　平衡及产水影响时，可将地表径流和浅层壤中流忽　略；产水能力的植被类型差别主要体现在深层渗漏　量上。基于此，某时段内一定土层的水量平衡方程　为：降水量：蒸散量＋土壤蓄水变化量＋平衡项。　其中，土壤蓄水变化量为正值时表示土壤水分增加，　负值时表示减小；平衡项包括地表径流、壤中流、深　层渗漏等产流组分，也包括与相邻土层的水分交换　或水分侧向移动，正值表示发生了深层渗漏或侧向　流输出，负值表示得到了土壤水分的垂直补充或上　方侧向补充。　表９表明了叠叠沟小流域不同植被类型的蒸散　组分与水量平衡组成。在２００４年生长季（６　月），降水量３７８　ｍｍ，半阳坡草地和阳坡草地的蒸散　分别为２０４．２和２３７．８　ｍｍ，灌丛的为３７４．１ｍｒｎ，缓　坡坡脚华北落叶松和陡坡阴坡华北落叶松林的蒸散　分别为４１５．６和３８４．３　ｍｍ。半阳坡草地和阳坡草　地的产水量分别为１６１．５、１２０．０　ｍｍ，远大于沙棘灌　丛（２４．１　ｍｍ）和陡坡华北落叶松林（３．９　ｍｍ），缓坡　华北落叶松林产水量甚至是负值（一５７．９　ｍｍ）［２４ｊ。　在２０１０－－２０１２年生长季，叠叠沟半阳坡和阳坡　草地的蒸散在每年的水分输出项中都最大；土壤水　分变化有正也有负，但阳坡变幅大于半阳坡。每年　水量平衡项（产水量）都是正值，２０１０年分别是　１６３．６、１３２．７　ｍｍ，２０１１年为８５．９、３．０　ｍｍ；２０１２年　高达２４７．６、２８７．７　ｍｍ。２０１２年蒸散高出前２年很　多，０～１００　ｃｍ土层水分变化也不同于前２年，表现　为负值，说明土壤水分消耗超出补给，这可能与这年　降水充沛导致植被生长更好有关。　叠叠沟阴坡华北落叶松林样地，２０１０年生长季　蒸散中最大分量是树木蒸腾（２１４．６　ｍｍ，４７．７１％），　其次是林下蒸散（１６６．４　１Ｔｉｍ，３７．００％）和林冠截持　（８６．８　ｍｍ，１９．３０％）；０～１００　Ｏ１１１土层水分变化为　２Ｏ．３　ｍｍ（４．５１％），说明土壤水分增加；产水量为　林业科学研究　第３１卷　３８．３　ｍｍ。２０１１年各水量平衡分量及其所占比例　与２０１０年有别，但基本规律变化不大，其中林下蒸　一来，２０１１年水分消耗较２０１０年加剧，产水量为一　１０９．３　ｍｍ。２０１２年生长季降水非常充沛，达５２６　ｍｍ，因而林地也有水分盈余，形成了一定产水（５１．２　ａｍ）。ｒ　散（２５７．３　ｍｍ）及其占降水比例（５９．１４％）明显提　升，可能由于当年林冠叶面积指数降低在林木　蒸腾的同时促进了林下植被和土壤的蒸散；总体看　表９叠叠沟不同典型植被样地生长季内水量平衡　Ｔａｂｌｅ　９　Ｗａｔｅｒ　ｂｕｄｇｅｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｓｅａｓｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｐｌｏｔｓ　ａｔ　Ｄｉｅｄｉｅｇｏｕ　ｍｍ　２　。５　－１９－，。４４　出　ｄ　一　一　６５．９　１３２．７　半阳坡草地　Ｈａｌｆ－ｓｕｎｎｙ　ｇｒａｓｓｌａｎｄ　２　５　１　２　２　３　６３．３　１６３．６　阴坡华北落叶松林　Ｓｈａｄｄｙ　ｌａｒｃｈ　ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　３　Ｏ　８６．８　２１４．６　１６６．４　４６７．８　２Ｏ．３　—３８．３　从多年研究来看，半干旱区的阴坡华北落叶松　在半湿润区的香水河小流域，２０１１年生长季降　林的生长季蒸散在多数年份超过同期降水量，属水　水量为７７２．５　ｍｌＴｌ（表１０），华北落叶松林最大水分　输出是树木蒸腾（２０４．５　ｍｍ，２６．５％），其次是林冠　截持（２０１．４　ｍｍ，２６．１％）和林下蒸散（１５３．１　ｍｍ，　１９．８％）；０～１００　ｅｍ土层水分变化量为７１．７　ｍｍ　（９．３％），说明土壤水分含量增加；平衡项为１４１．７　ｍｍ，占同期降水量的１８．３％。华山松林的林冠截持　和树木蒸腾更高些，林下蒸散与华北落叶松林相近，　分消耗型，一般需依靠降水外的其他水分输入维持　生存，仅在丰水年才可能产生径流。华北落叶松林　利用降水外的水源，除土壤水分外，还可能包括坡上　汇入地表径流和壤中流．由于有边墙阻拦地表径流，　因此，可能是上坡壤中流输入或／和深层土壤水分　提升。　第１期　王彦辉，等：黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响　但０～１００　ｃｍ土层的土壤水分稍微降低，各水量平　而，在半干旱区，自然草地属径流生产型，是主要产　Ｏ　Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　２　Ｏ　８　６　４　２　０　衡分项的相互作用使水量平衡项为１　１８　ｍｍ，也具备　较高产水能力。　水地类；灌丛和小乔木林属水分平衡型，仅产生少量　簧辞　鞋并　径流；乔木林和人工草地属水分消耗型，其蒸散可超　薯ｃｊ∞　一∞｝ｌ　在图３中，利用蒸散量和同期降水量的比值比　较了不同时期和地点的各类植被样地的蒸散或产水　差别。由图３可看出：在降水相对充沛的半湿润区，　乔木林地也能产生较多径流，这不同于半干旱区；然　出降水量，很难产出径流，尤其种植生长快、生物量　盘时一∞％　∞　大的人工牧草时难以起到节水效果。由此看来，合　理选择植被类型是实现节水型植被恢复和维持一定　鞭抖郫酲　产水的关键　Ｊ。　Ｉ覃盎　∞　吣瞄对＇【叽毋时　表ｌＯ香水河小流域华北落叶松林和华山松林２０１１年生长季的水量平衡　Ｔａｂｌｅ　１０　Ｗａｔｅｒ　ｂｕｄｇｅｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｓｅａｓｏｎ　ｉｎ　２０１１　ｆｏｒ　ｆｏｒｅｓｔ　ｐｌｏｔｓ　ａｔ　Ｘｉａｎｇｓｈｕｉｂｅ　瓣赣　￡０　）【　３　《０∞　ｍｍ　∞皿毒　∞　ｕＩ要ｕｎ。ＩＩ　ｇ。　萎暑　馘　类　擞　ａ　ｃｏ　嚣ｇＨＡ　纂　莹撼菩　Ｉ｛口　嵇　．。　ｔ　ｇ　§甚　晰　∞　瞧　越　苗　霸料Ｈ、，　∞　ｃ爵一‰　【＿坼竹∞　髅　德　器　图３六盘山半干旱区及半湿润区不同植被类型样地的生长季蒸散量和降水量的比值　Ｆｉｇ．３　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｅｖａｐｏｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ（ＥＴ）ｔｏ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ（Ｐ）（ＥＴ／Ｐ）ｉｎ　ｇｒｏｗｉｎｇ　ｓｅ￣ｏｎ　ｏｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｐｌｏｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉａｒｉｄ　ａｎｄ　ｓｅｍｉｈｕｍｉｄ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｌｉｕｐａｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ　６　结论　总结了在黄土高原及泾河流域和六盘山区从样　地、小流域、流域和区域等空间尺度上多年开展的森　林产流影响研究结果，表明人类活动在不断增强，已　成为流域产流减少的主因，而且增加森林面积是导　额外水源（即产流贡献为负值）。在泾河干流上游　流域（年均降水量５４７　ｍｍ），年总产水量表现为乔木　林（７６　ｍｍ）仅为自然草地（１５４　ｍｍ）的４９％，即降低　了５ｌ％，但在半干旱黄土区和半湿润土石山区差别　很大，其中，黄土区（年均降水量５１４　ｍｍ）乔木林年　产水量为零（负值），而自然草地为９３．５　ｍｍ；土石山　区（年均降水量５９３　ｍｍ）乔木林平均年产流量８８．８　致产流减少的重要原因。对整个黄土高原（年均降　水量４６３　ｍｍ）而言，林地年均径流（１６　ｍｍ）为非林　地（３９　ｍｍ）的４ｌ％，即减少了５９％（２３　ｍｍ），高于全　球平均减幅（５２％）　Ｊ，且年径流减少量随流域年降　水量的减少而增大的差别很大，在年降水量低于　４５０　ｍｍ时，林地不但难以产生径流，还需依靠消耗　ｍｍ，仅为自然草地（２１３．５　ｍｍ）的４２％，即降低了　５８％。在半湿润的香水河小流域（年均降水量６４０　ｍｍ），完全覆盖森林后的多年平均产流为无森林覆　盖对照情景的４０．７％，即降低了５９％。在半干旱的　叠叠沟小流域典型植被坡面样地上，阴坡华北落叶　林业科学研究　第３１卷　松人工林的生长季产水量在枯水年和平水年均为零　性［Ｊ］．自然资源学报，２００５，２０（５）：７６１—７７０．　［１０］李怀珠．论宁夏六盘山地区针阔混交水源涵养林工程建设现状　及发展规划［Ｊ］．宁夏农林科技，１９９９，（３）：２２—２４．　［１１］郝佳，熊伟，王彦辉，等．宁夏六盘山华北落叶松人工林雪　（负值，即消耗其他水源），仅在丰水年生长季（降水　量５２６　ｍｍ）观测到产水量５１．２　ｍｉｌｌ，但仅为阳坡草　地的１８％和半阳坡草地的２１％。综合来看，在研　究的几个空间尺度内，不论黄土高原的小流域、流域　害的影响因子［Ｊ］．林业科学，２０１２，４８（７）：１—７．　［１２］孙悦，李栋梁，朱拥军．渭河径流变化及其对气候变化与人类　活动的响应研究进展［Ｊ］．干旱气象，２０１３，３１（２）：３９６—４０５．　［１３］侯钦磊，白红英，任园园，等．５０年来渭河干流径流变化及其驱　动　分析［Ｊ］．资源科　，２０１１，３３（８）：１５０５—１５１２．　和区域尺度，造林后的年产水量减少率平均都在　５０％～６０％以上，在干旱年份和地区会达到和超过　１００％，即需消耗土壤水和坡上汇人径流来维持生　存。这是由于森林的叶面积更大和根系更深，导致　了更高的截持和蒸腾及总蒸散损失。低度间伐不能　显著和长期减少森林蒸散耗水，依据水分承载力合　理选择待恢复植被类型，将乔木林覆盖率维持在水　分承载力范围内，将是保障区域供水安全和实现林　水协调管理的基本途径。　参考文献：　［１］张晓萍，张橹，王勇，等．黄河中游地区年径流对土地利用变　化时空响应分析［Ｊ］．中国水土保持科学，２００９，７（１）：１９—２６．　【２］张淑兰，王彦辉，于澎涛，等．泾河流域近５０年来的径流时空变　化与驱动力分析［Ｊ］．地理科学，２０１　ｌ，３ｌ（６）：７２１—７２７．　［３］刘昌明，李艳忠，刘小莽，等．黄河中游植被变化对水量转化的影　响分析［Ｊ］．人民黄河，２０１６，３８（１０）：７一ｌ２．　［４］Ｗａｎｇ　Ｙ　Ｈ，ＢｏｎｅＨ　Ｍ，Ｆｅｇｅｒ　Ｋ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｆｏｒｅｓｔｒｙ　ｐｏｌｉｃｙ　ｂｙ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｉｎｔｏ　ｆｏｒｅｓｔ／ｖｅｇｅｔａｔｉｏｎ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｄｒｙｌａｎｄ　ａｒｅａｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　２ＯＩ２，２６【１）：５９－＿６７．　［５］陈　锋，仑秀彬．森林Ｉ＿ＩＩｃ被变化刈流域水义影响的　沦［Ｊ］．『Ｉ然　资源学报，２００１，１６（５）：４７４—４８０．　［６］李文华，何永涛，杨丽韫．森林对径流影响研究的回顾与展望　［Ｊ］．自然资源学报，２００１，Ｊ６（５）：３９８—４０６，　［７］Ｚｈｏｕ　Ｇ　Ｙ，Ｗｅｉ　Ｘ　Ｈ，Ｃｈｅｎ　ｘ　Ｚ．Ｇｌｏｂａｌ　ｐａｔｔｅｒｎ　ｆｏｒｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｌｉ—　ｍａｔｅ　ａｎｄ　ｌａｎｄ　ｃｏｖｅｒ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，　２０１５，６：５９１８．　［８］Ｊａｃｋｓｏｎ　Ｒ　Ｂ，Ｊｏｂｂ６ｇ３￣Ｅ　Ｇ，Ａｖｉｓｓａｒ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｔｒａｄｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｏｆｒ　ｃａｒ－　ｂｏｎ　ｗｉｔｈ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃａｒｂｏｎ　ｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００５，３　１０　（５７５６）：１９４４—１９４７．　［９］魏晓华，李文华，周国逸，等．森林与径流关系——一致性和复杂　［１４］毕彩饯，穆必　，赵广　，　．　女　流域　似变化　』人炎　动刈　流的影响［Ｊ］．·『ｌＩｌ　水土　特科　，２０１３，１　１（２）：３３—３８．　［１５］张淑　，Ｉ　彦辫，于澎涛，等．人炎活动刈泽　流域　流时　变　化的影ｌ　１［Ｊ］．　ｊ１．１ｘ：资源　ｊ环境，２０１ｌ，２５（６）：６６—７２．　［１６］张淑兰．土地利用和气候变化对流域水文过程影响的定量评价　［Ｄ］．北京：中国林业科学研究院，２０１１．　［１７］Ｗａｎｇ　Ｙ　Ｈ，Ｙｕ　Ｐ　Ｔ，Ｆｅｇｅｒ　Ｋ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ａｎｎｕａｌ　ｒｕｎｏｆ　ａｎｄ　ｅｖａｐｏ—　ｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｓ　ａｎｄ　ｎｏｎ—ｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｓ　ｉｎ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｂａｓｉｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｌｏｅｓｓ　Ｐｌａｔｅａｕ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｃｏｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，２０１１，４（２）：２７７　—２８７．　［１８］刘昌明，钟骏襄．黄土高原森林对年径流影响的初步分析［Ｊ］．　地理学报，１９７８，３３（２）：１１２—１２７．　［１９］Ｋｒｙｓａｎｏｖａ　Ｖ。Ｗｅｃｈｓｕｎｇ　Ｆ．ＳＷＩＭ（Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｍｏｄ—　ｅ１）ｕｓｅｒ　ｍａｎｕＢｌ［Ｍ］．Ｐｏｔｓｄａｍ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｃｌｉｍａｔｅ　Ｉｍｐａｃｔ　Ｒｅ·　ｓｅａｒｃｈ，Ｐｏｔｓｄａｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ，２０００．　［２Ｏ］Ｙｕ　Ｐ　Ｔ，Ｋｒｙｓａｎｏｖａ　Ｖ，Ｗａｎｇ　Ｙ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．，Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｅｓｔｉｍａｔｅ　ｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｗａｔｅｒ—ｌｉｍｉｔｅｄ　ａｒｅａ　ｉｎ　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ＬｅｔｔｅｌＳ，２００９，３６　（２）：２４０６—２４１１．　［２１］熊伟．六盘山北侧主要造林树种耗水特性研究［Ｄ］．北京：中　国林业科学研究院，２００３．　［２２］徐丽宏，时忠杰，王彦辉，等．六盘山主要植被类型冠层　特　征［Ｊ］．应用生态学报，２０１０，２１（１０）：２４８７—２４９３．　［２３］杜阿朋，何常清，管伟，等．六盘山叠叠沟小流域土壤稳渗速　率及其影响因子［Ｊ］．林业科学，２００９，４５（１０）：２５—３１．　【２４］Ｗａｎｇ　Ｙ　Ｈ，Ｙｕ　Ｐ　Ｔ，Ｘｉｏｎｇ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ｗａｔｅｒ　ｙｉｅｌｄ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ａｆｔｅｒ　ａｆ－　ｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｅｍｉａｒｉｄ　Ｌｉｕｐａｎ　Ｍｏｕｎｔａｉｎｓ，　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｎｒａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ａｓ—　ｓｏｃｉａｔｉｏｎ．２００８，４４（５）：１０８６—１０９７．　（责任编辑：詹春梅）