编者按
森林是陆地生态系统的主体，具有涵养水源、保育土壤、减缓气候变化、改善空气质量、维持生物多样性等多种功能。其中，天然的"无坝水库"是森林的重要作用。那么，森林是如何涵养水源的？如何通过森林经营提高森林的涵养水源能力？本期，我们将就这些问题与大家一起分享交流。
联合国数据显示，全球人口的日常用水有四分之三来自森林集水区，超过16亿人靠森林满足用水、食物、药物和燃料等生活需求。2025年，全球将有约18亿人口面临绝对缺水问题。联合国森林论坛秘书长索伯拉指出，保护和恢复森林不仅有助于应对气候变化，同时也是发展新净水基础设施之外一个符合成本效益与环保的替代方案，因为“森林是地球天然的水塔。”
（图片来自视觉中国）
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森林与降水的关系 |
森林对集水区水文状况的影响主要体现在涵养水源、保持水土、调节径流、防止洪水、缓解干旱改善局部地区水文循环等方面。森林对降水有再分配作用，其分配过程可以通过一张图来进行理解（示意图如下）。
森林降水再分配示意图
（图片来自森林多目标经营与管理）
大气降水落到森林表面时，首先在林冠层发生树冠截留、树冠蒸发、树干截留，并与树木的蒸腾作用一起构成降水的第一次分配，分配*力主能**要与林分类型、树种组成、林冠结构、林木年龄、林层厚度和单位蓄积等因素有关，也受风、降水强度和湿度等环境因子影响；当降水量足够大时，一部分降水到达腐朽的倒木、树根和枯枝落叶构成的枯落层及其下部的腐殖质层，由枯落层截留、地表蒸发和地表径流共同构成降水的第二次分配，影响分配能力的主要因素有枯落层的数量、性质、分布以及坡度和土壤性质等；降水进入土壤后一部分被根系吸收，另一部分被土壤截留或形成表层流，最终进入地下径流，这是降水的第三次分配。
森林对降水再分配的总趋势是到达林地土壤表面的降水会有所减少，其中相当一部分被林冠层和枯落层截留，再通过蒸发返回大气中，对林地土壤来说成为无效降水。但湿润条件下的蒸发可以抑制树木蒸腾和地表蒸发，使进入土壤的水分有充足的时间在土壤内重新分配。同时，冠层截留可以消耗雨滴动能，降低雨水对地表土壤的侵蚀，地被植物的截留作用可以提高土壤的饱和持水量。此外，枯落层和腐殖质层形成的林地附着“海绵体”通过对降水的吸收而减小地表径流，同时当土壤水分达到饱和时，一部分水分以表层径流的形式流入河道，客观上延长了洪水的总历时，起到削峰作用。在干旱季节，涵养在森林中的水又会源源不断的为河流补充水源，起到补枯作用。这就是森林涵养水源的基本原理，总体上，森林的水源涵养功能主要体现在以下几个方面：
① 树冠和树干截留降水。
② 下层植被和枯枝落叶层吸收并阻碍地表径流。
③ 腐殖质土壤形成海绵结构增强土壤吸水和保水能力。
④ 林间日照和通风受阻，有效减少蒸发。
⑤ 植物根系吸水和叶面蒸腾形成水分循环，净化水质；地表植被有效过滤杂质，稳定水体。
上述功能中，①②③④项直接发挥涵养水源的作用；①②项对缓和洪水起到直接作用，③项起间接作用；⑤项起到净化和稳定水质的作用。森林的水源涵养能力要远远高于裸地和草地，稳定且具有一定厚度的复层林分结构对提高森林的水源涵养功能起到至关重要的作用。
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怎样提高森林的涵养水源能力？ |
以目标树为骨架构建全林分复层截留体系
森林的水源涵养功能主要体现在森林冠层、树干、枯落物层及土壤层对降水的拦截和滞留作用。其中林分蓄积量和组成森林冠层的主林层、亚林层、灌木层，草本层、枯落层以及腐殖质土壤的结构和厚度是影响降水再分配能力的主要因素。以目标树为骨架构建全林分复层截留系统体系：
首先，可以形成以多树种大径级优良木构成的森林骨架，在满足林分基本蓄积量要求以外，又能为森林的天然更新提供遗传品质优良、树种多样化源源不断的种源；
其次，可以围绕目标树形成大冠幅主林层和亚林层，增强树冠和树干截留能力；
再次，伐除干扰树后可以有效改善林分透光度，增强亚林层和灌草层的生长能力，增加厚度，在提高截留能力的同时减少地表径流；
最后，在地势平缓、立地条件较好的区域内，目标树在完成主导功能以后还可以采伐利用，在保障森林水源涵养能力的同时还可以产生相应的经济效益。
（1）构建目标树骨架
目标树的选择一般是大乔木且为基本成林树种，先锋树种一般不选作目标树，但特殊目标树和生境树除外。在不影响主导功能的前提下，选择珍贵树种作为目标树，其综合价值较高。选择目标树除考虑单株本身的自然条件外，在不降低选择条件的基础上还应兼顾周围其他树木的位置，以伐除较少的干扰树为宜；水源涵养林坡度介于25°-36°时，实行弱度经营，一般不考虑木材生产的经济收益，但可选择普通目标树和特殊目标树构成功能强大的森林构架和长期有效的优质天然更新，施工作业时以伐除最少的干扰树为佳，对一部分影响目标树生长的干扰树可进行环剥，令其自然枯死。对坡度＞36°以上的林分不再进行人为干扰。
（2）建立复层截留体系
乔木林冠的层次状况称为林层（也称林相）。林冠集中在一个层次的称为单层林；林冠分为两层或两层以上的称为复层林。我们来认识一下完整的复层林分结构（示意图如下）：地上部分应包括主林层、亚林层、灌草层和枯落层；地下部分包括根系、土壤和岩石层。林冠层结构对降水的再分配起到至关重要的作用，林冠层越厚，截留降水的能力越强。地表灌草层和枯枝落叶层厚，不仅可以再次截留降水，而且可以通过吸收降水有效减少地表径流，促进入渗。复层林涵养和调节水源的能力普遍高于单层林。
针叶林截留降水的能力较强，如油松就是较理想的水源涵养林主林层树种。主要因
为油松枝条成层状生长，较为密集，树冠对降水截留能力较强，但针叶纯林枯枝落叶较少，枯落层和腐殖质层较薄涵水能力较差，而阔叶林枯落物较多，枯落层和腐殖质层较厚，涵水能力较强，所以，理想的水源涵养林应是针阔混交林。此外，林冠形态与截留能力也存在密切关系，高密度林分中的树木树冠较窄且短，枝条张开角度小，使水分茎流比例大，降水会迅速沿树枝和树干流下并大量集中在树干基部，不利于降水截留；低密度林分的树木树冠较大，枝繁叶茂，枝条张开角度大，水分茎流的比例小，可以有效增加截留，且低密度林透光性好，有利于复层林的形成和灌草的生长。
森林复层林分结构示意图
（图片来自森林多目标经营与管理）
水源涵养林经营设计案例
山西省中条山国有林管理局中村林场位于重要的集水区，森林经营目标重点考虑涵养水源、保持水土、改善水质等功能。2015年，应中村林场的邀请，我们（中国林业科学研究院林业科技信息研究所森林多目标经营与管理项目组）作为技术支撑单位，根据林区实际情况和经营需要为其设计了“以涵养水源为主的油松多目标森林经营模式”。森林经营内容主要包括水源涵养林培育、生态系统改良和森林资源合理利用3个方面：
（1）水源涵养林培育：加速树木生长、调整林分结构、保护水源涵养林生态系统及其他自然资源与环境，提高集水区水源涵养能力；
（2）生态系统改良：整治与恢复已遭破坏的集水区资源与生态系统，通过优化树种结构改良退化的林地，提高集水区林地生产力和保水力；
（3）森林资源合理利用：通过科学管理，在提高水源涵养能力的同时合理利用其他森林资源，实现森林的可持续经营。
中村林场水源涵养林复层截留体系设计的基本模式是：以油松为主要树种，搭配辽东栎等阔叶树种构成针阔混交的主林层；以耐阴性乡土演替树种和小乔木构成亚林层；以种类繁多的灌木和草本植物构成的灌草层及其枯落层构成的森林水源涵养体系。
经过科学经营，目前中村林场林区每年可多贮水2.6838万立方米。林场规划新增森林面积1789.2公顷。按每公顷森林每年截留降雨和减少径流300吨计算，共可涵养水源53.676万吨（数据由中村林场提供）。
图文来自：森林多目标经营与管理