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森林是如何保持水土、涵养水源的?
森林保持水土、涵养水源的作用层次主要是林冠和林下植被层(灌木和草本植物)、枯枝落叶层、根系土壤层,通过这三个层次对降水进行调节,并提高土壤的抗蚀抗冲性能。
01林冠和林下植被层
①植被截留
林冠和林下植被层就像一把伞,削减了雨滴势,也拦截了部分降水。植物截留量可视为两部分组成,其一,降水过程中从枝叶表面蒸发的水量;其二,降水终止时枝叶上存留的水量,这部分最终也消耗于蒸发。
截留后,阻止了雨滴击溅表土,避免了土壤颗粒被击碎;另一方面,大大减少了落到地面的降雨量,从而减少了地表径流量,也从而减少了土壤侵蚀量。
林冠越低,郁闭度越大,林下植被越茂密,这个作用就越强。在中纬度条件下,一个基本郁闭的森林生态系统,大约可截留当年降水量的15%—30%。其中乔木冠层对降水有较强的截持能力。
同时,林冠可减少太阳长波辐射,降低风速和气温,减小林地空气饱和水气压差等,从而降低土壤水分蒸发量。
02枯枝落叶层
①截蓄降水
当林冠和林下植被层的承雨能力达到饱和后,从树冠和植冠上落下的水滴对地面土壤具有更大的冲击力。此时森林的枯落物所形成的枯枝落叶层就构成了第二道屏障。
森林每年产生的枯落物很多,其中数量最多、作用最大的是乔木树种的叶子,约占60%—80%。与林冠层相比,枯枝落叶层覆盖在地面,防止雨滴击溅土壤的效果更为明显。这些枯落物具有很大的孔隙度,可以吸收和渗透降水,具有很强的水源涵养性能,最大持水率均在136.56%以上,最大持水量在9.32t/hm²以上。
②改善土壤性质
枯枝落叶层腐烂后,形成腐殖质和有机质,参与土壤团粒结构的形成,特别是还能组合粗粒土壤和增加粘重土壤的孔隙度,使前者持水量增加,使后者易于通气透水,促进雨水的迅速下渗,从而减少了地表径流对土壤的冲刷。
③阻延径流,防洪减灾
当降水强度超过林冠截留和森林枯落物与土壤的临界持水能力时,就会产生坡面径流。由于枯枝落叶层的存在,径流在其中的流动速度因受阻而减缓。
另外,枯枝落叶层自身抵抗水流冲刷的能力,以及通过影响林地土壤结构和植物根系含量,均能增强土壤的抗冲效应。在坡度为25°,冲刷流量达到常见暴雨雨强,对覆盖有不同枯落物厚度的林地土壤进行抗冲刷试验的结果表明,覆盖有1cm厚枯落物时,可减少土壤冲刷量47.1%—89.8%,覆盖2cm时即可基本或完全防止冲刷发生。由于径流不能在短时间内过