水土保持林学主讲人：何丙辉 第一节第一节 保持水土、涵养水源作用保持水土、涵养水源作用 第二节 水土保持防护林固持土壤作用 第三节 水土保持防护林的其他作用第一章 水土保持防护林的作用水资源：短缺 过剩，调节方法：水库、森林、水源涵养、水土保持。 水土保持林的水文效应：指水土保持林对一个流域或区域的水文要素的影响。水土保持林与水的关系实 质 是水土保持林的水量平衡，即水土保持 林对水分循环各要素的影响。它对这些 要素进行改变、调控，最终改变地下水 与地表水的分配比例，从而改变水文过 程，调节地表径流，保持水土。 有林才有水，古长安城“七水绕长安”，由于植被破坏，现只剩“ 渭水”。 土蓄水，水养林，林固土第一节 保持水土、涵养水源 作用（一）林冠对降雨的截留作用1.有关概念 (1)林冠截留作用* 指降水到达林冠层时，有一部 分被林冠层枝叶和树干所临 时容纳，而后又蒸发返回大 气中去的作用。(2)林冠截留量在降雨过程的某一时段内，从林冠表面通过蒸发返回大 气中的降水量和降水终止时林冠层还保留的降水量。 (3)截留率该时段内林冠截留量与林外降水量之比。 (4)干流量大气降水过程中，有一部分雨量从林冠枝叶体转到树干 流入地表形成树干径流，称为干流量。(5)林内降雨量林外降雨量去除林冠截留量和干流量后的雨量 。由林冠间隙直接降落到地面的林冠通过雨量 和从林冠枝叶体表面降落至地面的林冠滴下雨 两部分雨量组成。林冠通过雨量林冠滴下雨（1）林冠特性林冠结构：重叠多、孔隙少，截留量多枝叶量：多少湿润程度：干湿树种：针叶灌木软阔硬阔林冠贮水量C：一次降雨中林冠所能容纳的最大降水量。2.影响林冠截留量的因素0 10 20 30 40 504 20降雨量降雨量mmmm截留量截留量mmmm油松、山杨林冠截留树种与截留率树种树 冠特征及截留率针叶阔叶灌木油松软阔叶硬阔叶 沙柳杭子梢茶条槭 山杨海棠辽东栎树冠投影面积 (m2)295220189382244040郁闭度09080707090707树冠厚（m）102755217351414树冠形状塔型圆锥型漏斗型圆锥型馒头状圆锥状圆锥状平均截留率(%)26616514882222185183备注中国科学院地理研究所水文室，陕西黄龙林区仙姑河上游寺沟流域 ，单丛观测。（2）降水量和林冠截留截留量（mm）1234524681012降水量（mm）（3）降水性质和林冠截留同样数量的降水量，当降水性质不同时，截留 数量相差很大。当雨水冲击力很大时，林冠就有可能承受不了 。另外，由于“附加截留”的存在，林冠的总截 留量有可能超过林冠的饱和截留量的那个极限值。附 加截留指的是对于历时长的降水在这个阶段中枝叶体 还将水继续蒸发到大气中去，它由湿而变干，这样一 来又增加了截留雨水的潜力，这种因蒸发而增加的截 留称为“附加截留”。（4）雨前林冠的湿润程度和林冠截留一次降水与前次降水相隔的时段愈长 ，则通过较长时段的蒸发，在雨前林冠愈干 燥，存留雨水的潜在能力愈大；反之，与前 次降水相隔的时间愈短，则林冠含有较多的 未来得及蒸发的前次截留量，存留雨水的潜 在能力就小了。总结：林冠截留的作用直接消减径流量，推迟林下降雨和出流， 减少洪水径流，控制水土流失 ；对降雨起再分配作用；改变林下降雨的雨滴动能；相对延长降雨历时；穿透雨和截留后二次降雨将大量养料从树 冠输送到土壤。 二、枯枝落叶层在森林水文中的作用1. 枯枝落叶层*由林木及林下植被凋落下来的茎、叶、 枝条、花、果实、树皮和枯死的植物残体所 形成的一层地面覆盖层。（地表特有的一个 层次）枯枝落叶层的两种分层方法未分解层：外形完整，颜色黄至棕黄 ；半分解层：外形可见易碎，有白色菌 丝体，颜色褐至黑褐色；完全分解层：呈粉末状，颜色黑褐色 。A00层：残体组织结构肉眼可辨A0层：不可辨2.枯枝落叶层作用： （1）截留、吸收部分降雨；1kg枯枝落叶可吸收2-4kg水分，最高可达其6倍。 （2）彻底消灭降雨动能，形成地表保护层，维持土 壤结构稳定；4-9m/s降雨，可将小土粒击溅6090cm高，1.5m远；雨强50mm/h，每公顷雨滴产能相当于625压力，可在1h 内使17.5cm厚土层跃至90cm高86次。 山地水保林很少完全郁闭，枯枝落叶层防止溅蚀发生。 如南方马尾松纯林扒掉针叶后的影响。 （3）提高土壤入渗能力，增加土壤入渗量，减少地 表径流；50年天然常绿阔叶林，枯枝落叶层下渗速度达125mm/分 。2.枯枝落叶层作用： （4）增加地表粗糙度，分散、滞缓、吸收过滤地表 径流，起到调节河川流量和削弱洪峰的作用；1cm厚枯枝落叶层，地表径流速度是裸地的1/6;付辉恩在祈连山试验（19781981）：枯枝落叶层地表径 流速度为0.824m/min；150170年生苔藓层为1.348m/min ， 滞流削峰的局限性：对孤立洪峰或常年洪峰明显，对连续 洪峰或超大洪峰作用仅2530。 （5）拦截过滤固体径流，沉积沙粒，避免土沙流入 河川和水库。1215m宽林带每年可沉积泥沙57cm,生物篱。枯落物的水容量* 单位干重枯落物所能吸收的水分的数量，一般用它干 重吸水的百分数或相当的降雨毫米数表示。LC(%)=SL/WL100%LC(mm)=SL/(AL)10Lc水容量；SL截留降雨量(g)； WL枯落物干重(g)；水的密度(g/cm3)； AL样本面积(cm2)。3.影响枯落物截留量的因素则干重为WL的枯落物截留量If :If=WLLC影响水容量的因子： 枯落物的组成：叶90以上分解程度枯落物的数量枯落物的数量决定于输入量和分解速度 输入量阔针，密度大小，年龄大小，旺盛衰 弱 分解速度：微生物完成阔针，高温低温，湿润干燥 数量与厚度的关系1cm以上有作用枯枝落叶的干燥程度干燥湿润 暴雨时明显，连续降雨不明显。枯枝落叶的水容量森 林 类 型枯落物年 产量 (kg/hm2)枯枝落叶层 特征 组 成各组成物 重量 (kg/hm2)自然 含水 率 (%)最大 持水 率 (%)有效蓄 水率 (%)一次降 水正常 有效储 水深度 (mm)厚度 (cm)重量 (kg/hm2)松 林2030352782枝 叶 半腐物162 1025 1600641195523251027711818264栎 林2680402865枝 叶 半腐物365 920 158042723027482982509710646三、水分在森林土壤内渗透储存和移动 1.森林的水源涵养功能 不同森林类型涵养水源的机能与土壤物理性质 的好坏和林地枯枝落叶层的状况关系极大，而森 林贮水量的大小主要取决于森林土壤非毛管孔隙 度。每公顷降水储存量（t）=10000m2 * 土层厚度(m) *土壤非毛管孔隙度(%) * 水容重(t/m3)由下表看出，土壤非毛管孔隙率大，其降水贮 存量也大，有利于涵养水源。广西大明山林区不同森林类型的土壤非 毛管孔隙度与土壤蓄水量森林类类型天然林天然次生 林马马尾松木 莲莲混交林马马尾 松林杉木林草坡非毛管孔隙度 （%）17.5813.5810.7311.589.567.940-20厘米土层层 降水贮贮存量（ 吨/公顷顷）351.6277.0214.6231.6 191.2 158.8皆伐后直接流量和洪峰流量的 增加率 试验地点一次雨量级直接径流量 平均增加率() 最大洪峰流量 平均增加率(%) 最大釜渊二号 集水区20304366118604 3040254661205 4050203662283 5060235250119 608018413652 8010024332441 100120833968 12016018233838 16028393184龙之口北 谷20307938943103 30406534933111 40504410659114 506036111110131 6080297675129 80100596746110 100120517064124 1201404577113153 14016053796982更新造林美国松树河流域：美国松树河流域：P=150mm:幼苗 郁闭，20年径流量是无林流域的1148（直接径流量）1030（洪峰流量）日本多摩川：日本多摩川：P=3132mm:荒地荒地： 直接径流量4.3mm， 洪峰流量1.4m3/s幼林：幼林：直接径流量0.79mm， 洪峰流量3.3m3/s成林：成林：直接径流量0.048mm，洪峰流量0.51m3/s 各测站相似雨情洪峰过程线特征比较 雨洪 日期测站雨情洪峰最大流 量模数 kg/s.km2洪峰过 程的峰 度系数 Ce相对 历时 雨量 cm历时 min强度 mm/h历时 min径流 深 mm 9月 22 30王家 河119.60131.20073140.7772485090187党家 川106.8114.05091681.6051675010501007月 26 28王家 河55.036.10151140.2340275175119党家 川56.918.5615960.32101196130010010月 6 13王家 河28.776.4041560.1998485062130党家 川28.650.24061200.24556861380100森林水源涵养作用的定义 森林减少地表径流，促使水流均匀进入河川或 水库，在枯水期间仍然维持一定量的水进入河川 或水库的作用。 （P18）森林水源涵养作用是指：由于促进了山地降水 渗入地下，减少了降雨后的地表径流量，所以在 暴雨涨水期，能降低洪峰（调节洪水的效能）； 由于渗入地下的降水均变为地下水而逐渐流入 河川，所以河川流量基本接近一定状态（缓和枯 水的效能）。（P20第7行）产流过程：降雨初损，坡面漫流，流域汇流产流过程：降雨初损，坡面漫流，流域汇流产流机理：蓄满产流，超渗产流产流机理：蓄满产流，超渗产流蓄满产流*包气带未达到蓄水容量以前不产流，达到蓄 水容量以后全部产流，受控条件为包气带 的水分亏缺量。 超渗产流*指降雨强度超过土壤入渗能力时就产流，否 则不产流，受控条件为降雨强度和入渗能 力的大小。前期雨量影响1. 土壤干燥，小雨或中雨，有林与无林流域径流都比较小 2. 土壤干燥，大雨，森林削洪作用明显 3. 连续小雨，中雨，森林削洪作用明显 4. 连续降雨，大雨，森林有一定的削洪作用基本观点森林可以起到涵养水源，改善河流水文状况 的作用 在一些地区恢复植被可以增加流域的出水量 在另外一些地区恢复植被降低流域的总水量 一般来说，恢复植被都可以增加地下径流量多林区与少林区河流洪、枯流量与含沙量对比 河流名称最大流量与最小 流量比平均含沙量 (kg/m3)多林区的河流亚马孙河3.00.06刚果河3.50.05多瑙河10.00.14松花江3.60.16伊洛瓦底江4.90.62怒江18.00.39少林区的河流尼罗河49.01.25印度河637.02.08密苏里河210.02.97科罗拉多河16.60辽河9000.06.86永定河40000.060.80黄河5600.037.002. 林地入渗特征 (1)影响因子土壤含水量：土壤物理性质：孔隙度、结构、质地、间层、结皮团粒结构土壤：渗透性好林地土壤：枯枝落叶分解，土壤中的树根、草根腐烂更新，土壤动 物或微生物多，例子：肥沃橡胶林：500700万个蚯蚓/ha，贫瘠无 林地110万个/ha。降雨强度和历时土壤表层植被覆盖条件(2)入渗特征*v一般规律：林地非林地v初始入渗率和稳渗率都升高，曲线上移；v入渗率随时间增加而平缓降低，曲线呈圆滑形 ；v土壤的积水前时间tP明显延长；v单位时间内的入渗量提高，对暴雨、大强度降 雨的作