刘学义:涵养水源莫忘森林露

2010-8-20 09:36 来源: 科学时报
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  我国水资源危机区在北方,以华北为重,西北次之。节流固然重要,开源是根本所在。依靠森林和工程造林是开源的关键。然而,长期以来对开源问题关注甚少,概念模糊、操作随意,以致自我损害、资源浪费严重,迫切需要理论和观念创新,行为科学规范。

  森林能够涵养水源,其本质问题是露形成,包括露水和雾露水,以雾露水为主。

  传统观念“森林能够涵养水源,是因为基部有很厚腐质层,把降水积储起来,缓慢地流出”存在错误。一是此概念没有水生成(只涵不养);二是森林需要消耗大量水分,会使降水减少。此概念从总的水量上看,有森林不如没有森林。这种错误理论影响了人们对水的开源行动,并导致毁坏森林和发展耗水林的无序现象。

  在地球上多数地区,特别是多雾森林区,露是普遍存在着的长期、持续的现象。国际上有关学者已经观察到森林30~900mm的露量,甚至超过了某些地区的降水总量。笔者观察,地处我国干旱前沿的山西庞泉沟自然保护区,年降水量只有820mm,这个量还不能满足森林生长需要,但是,在114km2范围内涵养出0.9亿~1.2亿吨水(流量),表明露生成量在900mm左右。陕西长青国家级自然保护区,面积280.55km2,年露量达到1410.8mm,相当于降水量的2倍。我国“山高水高”现象随处可见,其本质是露的形成。

  露是陆地上水分冷凝的普遍过程,降水只是冷凝的特殊形式。全球陆地降水量平均740mm,笔者推断全球陆地露形成量至少在600mm以上,才能满足当前的生态状况维持。

  可以断言,森林涵养水源的本质是露,它是地球上还没有引起人们重视的重要水分来源,对于干旱区而言甚至是比降水更为重要的水源。

  通过在能够产生露水的区域发展森林(无林少林区),和发展能够产生露水的森林(森林的培育和保护)策略,可以有效解决水危机问题。

  “林木森森,重峦叠嶂,云雾缭绕,千泉竞流”是对森林系统的形象描述。可以看出,能够产生露水的涵养森林,应具有丰富的层次(最大叶面积系数)和郁闭程度,有足够大的下垫面(面积),树体有足够大的表面积(针叶类型);应处于一定起伏的海拔高度;能够造成高湿度环境,云雾频繁发生;不论降雨与否,有稳定的水流出。

  郁闭的、相当面积的、具有一定海拔和起伏的森林,能够造成局部冷凉环境,使相邻区域移动来的热空气上升或直接冷却,达到露点温度形成露,并进行多层次拦截。森林的蒸腾可维持高湿度环境,源源不断地产生露水。局部湿度的增加,反过来增加局部内的降水量,进一步维护湿度。这种既运动又稳定的高湿度循环系统,保证了水分持续生产。

  森林丰富层次是拦截水分的关键。完整的森林一般具有5~7个层次,其叶面积系数通常可以达到16以上,即相当于30倍以上的地表面积与湿润空气接触。自然选择过程中形成的针叶状林木,其表面积可以达到地表面积的40倍,并且具有明显的湍流作用,拦截水分效果十分壮观。完整的森林所拦截水分不仅满足自身需要,而且保证稳定的源流。低地林木和经济林不具备森林众多特点,露水产生量极少,是耗水林。

  庞泉沟是我国半干旱地区内典型的水源涵养森林,年出现露水日几率100%,日持续时段6~24小时不等,日均生产水20万吨。据笔者测定,极端条件下山脊部雾露水达到惊人地步,单棵林木(松,直径22厘米)每小时截获露水达到36.0升。

  正确评价森林和植树的作用,在我国已有多次大的讨论,有人认为植树好,有人认为不好,一直没有定论。要肯定森林和树木是一个巨大的耗水系统,只有在特定条件下,即露水产生,才会涵养水源。

  我国北方水危机形成的根本原因,不完全是用水的增多,其根本问题是对涵养林破坏及不良造林导致耗水增加。由于对森林涵养水源的本质把握不清,盲目造林和破坏森林在我国问题严重,加剧了水危机。

  森林之所以能够涵养水源,是因为它所处的环境不同,收集的露水量和降水量之和大于自身消耗量。人工经济林和绿化林所处的位置比森林低,不(少)具备收集露水的条件,以消耗降水为主要目标,在降水不满足消耗情形时,必须人工灌溉才能保证成活。当森林被破坏到一定程度时,如垫面缩小、层次减少等,会完全失去涵养功能,转化为消耗森林。

  观念上必须区分涵养林与耗水林。如果一个林区除了自己正常生长发育外,能够源源不断地流出水来,可以认定为水源涵养林,需要促进其壮大发展;如果一个林区自己能够正常生长发育,但流不出水来,可以认定为准水源涵养林,需要促进其向涵养林转化;在可以发展水源涵养林的地方,而发展经济林,耗水严重,要严厉取缔,并恢复涵养林;在不适合造林地方造林及建设防护林,除必要外应有所限制。

  受大气环流的制约,一个地区的降水量是相对稳定的,除了人工增雨措施外,通过造林创造拦截露水环境是增加水源的必然途径。在能够产生露水区域发展森林,和发展能够产生露水的森林,应成为我国乃至全球水资源危机区造林的基本原则。

  我国水资源危机区在华北,次之西北。我国二级阶地起始区域具有较为理想水源涵养林营造环境。针对水资源现状,我国目前营林方案应为“f ”型。

  “f ”型是我国北方二级阶地及其相邻区域的形象描述。包括兴安岭、燕山山脉、阴山山脉东部、太行山脉、吕梁山脉、秦岭和六盘山山脉。这些山脉具有良好的雾水条件,大部分海拔在1000~2000米,存在一定面积的森林涵养林,是解决我国北方地区缺水问题的根本所在。

  太行山是我国华北平原的水之源,面对华北平原河流断水的现实,这里应成为我国首要水源涵养林营造的重点区;燕山是首都北京水之源,水源涵养林营造可以显著改善北京水资源状况;六盘山处于我国半干旱地区边缘,具有不可比拟的生态战略地位,吕梁山是我国半干旱地区的水生态环境的前哨。

  山西省有汾河、桑干河、滹沱河、清漳河、浊漳河、沁河等汇入华北平原,境内有太行山、吕梁山等著名山脉,海拔适度,山区面积众多,产生露条件适宜,是华北水资源危机问题解决的关键所在,应该成为我国水源涵养林建设的重点区域。

  依据森林涵养水源的新概念,选择适宜区域实施造山工程,营造森林,可以达到涵养水源和调剂区域气候之目标。毛乌素沙漠和子午岭是我国北方干旱和半干旱区域的分界线,海拔一般在1200~1600米。在毛乌素沙漠和子午岭一线,通过工程措施,点状营造五六处海拔2000~2800米、规模各300~500km2的人工山体,创造露形成条件、发展人工森林,涵养水源,增加黄土高原区水资源量,提高区域大气湿度,进而提高西北东部和华北地区降水量,有可能从根本上彻底解决中国北方干旱和缺水问题。同时可以有效增加耕地面积,增加粮食、生态安全性能。

  森林涵养水源的本质是露(露水+雾露水),利用露水、森林与海拔高度的内在联系,在二级阶地起始区和腹地科学发展水源涵养森林,限制经济林(耗水林)的盲目发展,可以缓解和进一步解决我国北方愈来愈严峻的水危机。同时,发展水源涵养森林对固定CO2、减缓地球增温、抑制沙尘暴、降低环境污染和促进经济发展诸多方面有益。建议进一步论证、研究和制定方略。