林水關(guān)系復(fù)雜 森林與水并非“此消彼長(zhǎng)”

森林，最具價(jià)值的生態(tài)服務(wù)之一就是通過(guò)復(fù)雜的森林水文過(guò)程存儲(chǔ)、釋放和凈化水，“無(wú)償”為人類(lèi)提供穩(wěn)定的清潔水源。關(guān)于林水關(guān)系，主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，“森林增加會(huì)引起徑流減少，森林減少則造成徑流增加”。但在電子科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授張明芳看來(lái)，二者關(guān)系遠(yuǎn)非這么簡(jiǎn)單。

近日，受《科學(xué)》雜志邀請(qǐng)，張明芳與加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)流域生態(tài)首席教授魏曉華聯(lián)合發(fā)表觀(guān)點(diǎn)性文章。他們提出，要全面、系統(tǒng)、客觀(guān)地評(píng)估森林變化對(duì)水生態(tài)服務(wù)的影響，制定適應(yīng)性森林經(jīng)營(yíng)措施，權(quán)衡協(xié)同多項(xiàng)水生態(tài)服務(wù)，這對(duì)變化環(huán)境下的全球流域森林和水資源適應(yīng)性管理具有重要指導(dǎo)意義。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)》。

復(fù)雜的林水關(guān)系

全球森林正在面臨巨大變化。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織全球森林資源評(píng)估報(bào)告，全球森林面積自1990年以來(lái)總體呈下降趨勢(shì)。近年來(lái)，在巴西亞馬孫、澳大利亞、美國(guó)西部等地發(fā)生的大規(guī)模災(zāi)難性森林火災(zāi)，以及北美西部地區(qū)大范圍森林天牛蟲(chóng)害，對(duì)區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)造成了極大破壞。而在中國(guó)，受益于持續(xù)的人工造林和天然林保護(hù)工程，2015年全國(guó)森林面積較1990年增加了32.5%，中國(guó)成為全球森林資源增加的主要貢獻(xiàn)國(guó)。

“鑒于森林生態(tài)系統(tǒng)在整個(gè)水循環(huán)中的重要作用，大規(guī)模的森林變化對(duì)其水資源供給服務(wù)的潛在影響引起了廣泛擔(dān)憂(yōu)和爭(zhēng)論。”論文第一作者兼通訊作者張明芳告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。

事實(shí)上，森林變化與水的關(guān)系一直是森林水文學(xué)領(lǐng)域的焦點(diǎn)問(wèn)題。不同尺度流域森林變化可能造成的水文影響及其機(jī)制，仍存在諸多爭(zhēng)議。因此，全面系統(tǒng)揭示這一問(wèn)題，統(tǒng)一對(duì)林水關(guān)系一致性和復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)，指出未來(lái)森林水文研究方向和藍(lán)圖，對(duì)于森林水文學(xué)發(fā)展，以及變化環(huán)境下的資源適應(yīng)性管理十分必要。

魏曉華表示，過(guò)去研究表明，森林與水的關(guān)系的確存在一致性，但主要集中在較長(zhǎng)時(shí)間尺度的年徑流量以及小流域尺度。同時(shí)，絕大多數(shù)配對(duì)流域?qū)嶒?yàn)研究表明，采伐森林會(huì)增加年徑流量，在荒地上造林會(huì)減少年徑流量。而在較短時(shí)間內(nèi)的洪峰徑流與枯水流量對(duì)森林變化的響應(yīng)，則呈現(xiàn)較大的復(fù)雜性和難預(yù)估性。

“配對(duì)流域?qū)嶒?yàn)是定量森林變化水文響應(yīng)的經(jīng)典方法。”張明芳說(shuō)，但該方法僅適用于小流域，且無(wú)法有效評(píng)估森林、氣候、水和流域特點(diǎn)之間的相互作用和反饋機(jī)制。此外，即便近年來(lái)大流域研究發(fā)展出多種手段，但其僅能評(píng)價(jià)森林和氣候?qū)λ牡?span id="layq0sa" class="keyword">獨(dú)立影響，不能對(duì)二者交互影響和反饋機(jī)制進(jìn)行研究。

張明芳表示，從生態(tài)系統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)看，森林不僅影響水文，也通過(guò)改變水文情勢(shì)影響水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。

2015年，其團(tuán)隊(duì)曾對(duì)加拿大內(nèi)陸貝克溪和柳樹(shù)河兩大流域進(jìn)行了研究，系統(tǒng)評(píng)估了森林變化對(duì)徑流情勢(shì)的影響。結(jié)果表明，森林干擾顯著改變了兩大流域的徑流情勢(shì)。徑流情勢(shì)的改變一方面加劇流域洪水風(fēng)險(xiǎn)，威脅下游城市公共安全;另一方面對(duì)水生生物的生境和水生生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生潛在負(fù)面影響，甚至造成重大生態(tài)災(zāi)難。

“林水關(guān)系研究和管理中要注重水文功能整體性和系統(tǒng)性，徑流的五大特征參數(shù)(徑流量、出現(xiàn)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、頻率、變異率)表征了水文功能的整體性，同時(shí)也對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)功能起決定性作用。”張明芳說(shuō)。

為評(píng)估設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架

基于包括上述研究在內(nèi)的一系列研究成果，在該文章中，張明芳全面分析了不同尺度流域森林變化對(duì)年徑流、枯水徑流及其時(shí)空變異性的影響因素，提出了未來(lái)研究森林—水復(fù)雜關(guān)系的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)。

按照系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，在未來(lái)森林水文研究中，應(yīng)選取徑流的五大特征參數(shù)表征水文功能的整體性;在確定林水關(guān)系影響因素時(shí)，充分考慮氣候、流域特點(diǎn)、森林以及三者的交互和反饋?zhàn)饔?在流域水文過(guò)程方面，結(jié)合地表水和地下水過(guò)程進(jìn)行關(guān)鍵帶水流路徑、流域儲(chǔ)水和持水的研究。

在研究手段方面，融合傳統(tǒng)定位觀(guān)測(cè)、同位素示蹤、智能遙測(cè)、模型模擬等多種技術(shù)手段;在研究尺度方面，基于長(zhǎng)期地面觀(guān)測(cè)和遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、氣候—生態(tài)—水文耦合模型等方法，深入探究大空間尺度上的森林、氣候與水的作用與反饋機(jī)制。

“未來(lái)的流域管理也應(yīng)遵循上述系統(tǒng)性框架設(shè)計(jì)。例如評(píng)估森林水生態(tài)服務(wù)與其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡和協(xié)同效用時(shí)，應(yīng)考慮多個(gè)代表性水文變量表征森林水生態(tài)服務(wù)的整體效應(yīng)。”張明芳說(shuō)。

強(qiáng)化適應(yīng)性管理

魏曉華指出，研究森林與水的關(guān)系對(duì)造林或采伐規(guī)劃、流域水資源管理、河流生物多樣性及生境保護(hù)等，都有十分重要的意義。

研究人員坦承，研究中關(guān)注的水文變量多為年徑流量、洪峰流量、枯水流量等變量，對(duì)徑流情勢(shì)的完整性，包括徑流量、頻率、變異率、出現(xiàn)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間則研究不足。而徑流的這些特征參數(shù)共同決定了徑流情勢(shì)、水生生態(tài)系統(tǒng)功能以及水資源供給等生態(tài)服務(wù)。

“有限的水文變量不足以反映森林水文整體功能。”張明芳說(shuō)。過(guò)去評(píng)估中通常只考慮有限的水文變量，例如年徑流量，這種做法可能造成對(duì)水文整體功能改變的低估或誤判。未來(lái)要提高流域管理工具設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性，并考慮整體效應(yīng)。

她表示，“下一步，我們依托電子科技大學(xué)在電子信息技術(shù)方面的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展森林生態(tài)水文大數(shù)據(jù)挖掘、分析與建模，深入探究多個(gè)空間尺度上的氣候和流域特征對(duì)林水關(guān)系的作用與反饋機(jī)制。同時(shí)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)森林生態(tài)水文智能遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)與硬件設(shè)備，提高觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)采集效率，降低長(zhǎng)期、大范圍觀(guān)測(cè)研究成本。”(韓揚(yáng)眉)

關(guān)鍵詞： 森林 水 此消彼長(zhǎng)