您現(xiàn)在的位置:首頁 > 科技 > 正文

林水關(guān)系復(fù)雜 森林與水并非“此消彼長”

時間:2021-03-18 14:28:05    來源:中國科學(xué)報    

森林,最具價值的生態(tài)服務(wù)之一就是通過復(fù)雜的森林水文過程存儲、釋放和凈化水,“無償”為人類提供穩(wěn)定的清潔水源。關(guān)于林水關(guān)系,主流觀點認為,“森林增加會引起徑流減少,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,二者關(guān)系遠非這么簡單。

日,受《科學(xué)》雜志邀請,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)表觀點文章。他們提出,要全面、系統(tǒng)、客觀地評估森林變化對水生態(tài)服務(wù)的影響,制定適應(yīng)森林經(jīng)營措施,權(quán)衡協(xié)同多項水生態(tài)服務(wù),這對變化環(huán)境下的全球流域森林和水資源適應(yīng)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)合國糧農(nóng)組織全球森林資源評估報告,全球森林面積自1990年以來總體呈下降趨勢。年來,在巴西亞馬孫、澳大利亞、美國西部等地發(fā)生的大規(guī)模災(zāi)難森林火災(zāi),以及北美西部地區(qū)大范圍森林天牛蟲害,對區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)造成了極大破壞。而在中國,受益于持續(xù)的人工造林和天然林保護工程,2015年全國森林面積較1990年增加了32.5%,中國成為全球森林資源增加的主要貢獻國。

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

事實上,森林變化與水的關(guān)系一直是森林水文學(xué)領(lǐng)域的焦點問題。不同尺度流域森林變化可能造成的水文影響及其機制,仍存在諸多爭議。因此,全面系統(tǒng)揭示這一問題,統(tǒng)一對林水關(guān)系一致和復(fù)雜的認識,指出未來森林水文研究方向和藍圖,對于森林水文學(xué)發(fā)展,以及變化環(huán)境下的資源適應(yīng)管理十分必要。

魏曉華表示,過去研究表明,森林與水的關(guān)系的確存在一致,但主要集中在較長時間尺度的年徑流量以及小流域尺度。同時,絕大多數(shù)配對流域?qū)嶒炑芯勘砻?,采伐森林會增加年徑流量,在荒地上造林會減少年徑流量。而在較短時間內(nèi)的洪峰徑流與枯水流量對森林變化的響應(yīng),則呈現(xiàn)較大的復(fù)雜和難預(yù)估。

“配對流域?qū)嶒炇嵌可肿兓捻憫?yīng)的經(jīng)典方法。”張明芳說,但該方法僅適用于小流域,且無法有效評估森林、氣候、水和流域特點之間的相互作用和反饋機制。此外,即便年來大流域研究發(fā)展出多種手段,但其僅能評價森林和氣候?qū)λ牡?span id="hftjv55" class="keyword">獨立影響,不能對二者交互影響和反饋機制進行研究。

張明芳表示,從生態(tài)系統(tǒng)觀點看,森林不僅影響水文,也通過改變水文情勢影響水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。

2015年,其團隊曾對加拿大內(nèi)陸貝克溪和柳樹河兩大流域進行了研究,系統(tǒng)評估了森林變化對徑流情勢的影響。結(jié)果表明,森林干擾顯著改變了兩大流域的徑流情勢。徑流情勢的改變一方面加劇流域洪水風(fēng)險,威脅下游城市公共安全;另一方面對水生生物的生境和水生生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生潛在負面影響,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和系統(tǒng),徑流的五大特征參數(shù)(徑流量、出現(xiàn)時間、持續(xù)時間、頻率、變異率)表征了水文功能的整體,同時也對水生生態(tài)系統(tǒng)功能起決定作用。”張明芳說。

為評估設(shè)計系統(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年徑流、枯水徑流及其時空變異的影響因素,提出了未來研究森林—水復(fù)雜關(guān)系的系統(tǒng)框架設(shè)計。

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

在研究手段方面,融合傳統(tǒng)定位觀測、同位素示蹤、智能遙測、模型模擬等多種技術(shù)手段;在研究尺度方面,基于長期地面觀測和遙感監(jiān)測數(shù)據(jù),采用機器學(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制。

“未來的流域管理也應(yīng)遵循上述系統(tǒng)框架設(shè)計。例如評估森林水生態(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,應(yīng)考慮多個代表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。

強化適應(yīng)管理

魏曉華指出,研究森林與水的關(guān)系對造林或采伐規(guī)劃、流域水資源管理、河流生物多樣及生境保護等,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,對徑流情勢的完整,包括徑流量、頻率、變異率、出現(xiàn)時間、持續(xù)時間則研究不足。而徑流的這些特征參數(shù)共同決定了徑流情勢、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。過去評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水文整體功能改變的低估或誤判。未來要提高流域管理工具設(shè)計的系統(tǒng),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,開展森林生態(tài)水文大數(shù)據(jù)挖掘、分析與建模,深入探究多個空間尺度上的氣候和流域特征對林水關(guān)系的作用與反饋機制。同時,開發(fā)設(shè)計森林生態(tài)水文智能遙測網(wǎng)絡(luò)與硬件設(shè)備,提高觀測數(shù)據(jù)采集效率,降低長期、大范圍觀測研究成本。”(韓揚眉)

關(guān)鍵詞: 森林 此消彼長

相關(guān)新聞

凡本網(wǎng)注明“XXX(非中國微山網(wǎng))提供”的作品,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和其真實性負責。

特別關(guān)注