森林與水的關(guān)系一直是森林生態(tài)系統(tǒng)研究的中心議題，也是探索水文循環(huán)的重要內(nèi)容。森林水分的時(shí)空分配、傳輸轉(zhuǎn)換及循環(huán)機(jī)制的影響問題是水文研究的核心。有效控制與合理改善森林生態(tài)系統(tǒng)水分狀況是提高森林生產(chǎn)力的重要措施[1-2]。森林生態(tài)系統(tǒng)中各相關(guān)水分因子量的時(shí)空分配及轉(zhuǎn)化形式對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和整個(gè)水分循環(huán)過程均產(chǎn)生較大的影響。從森林林冠層、土壤層等不同界面層次中水分截留、蒸發(fā)、儲(chǔ)蓄、下滲、徑流形成與匯集的過程出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)地探討森林水分的時(shí)空分布及其蓄持、運(yùn)移、轉(zhuǎn)換機(jī)制、森林生態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)水分循環(huán)的影響，特別是在森林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)經(jīng)營管理及水資源的合理開發(fā)利用方面，從理論基礎(chǔ)的角度闡明森林生態(tài)建設(shè)的水文循環(huán)特征及效應(yīng)評(píng)價(jià)問題。

1國內(nèi)外森林水文的發(fā)展概況

1.1發(fā)展簡史

水是地球上一切生命的源泉，也是森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中不可或缺的因素之一。森林水文學(xué)是研究森林和水關(guān)系的學(xué)科，主要目的是探索研究森林植被對(duì)水分循環(huán)的影響及森林水文循環(huán)的整個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程，即通過測定森林水分收支的各項(xiàng)因子量以探知雨量在森林中時(shí)空分布規(guī)律及流域內(nèi)水文效應(yīng)的特征，進(jìn)而闡明林地生態(tài)系統(tǒng)的水文功能規(guī)律[3]。森林水循環(huán)是陸地水循環(huán)的主要組成部分，它不但影響森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及分布格局，還影響著各項(xiàng)水因子動(dòng)態(tài)過程中的分配、傳輸與轉(zhuǎn)換機(jī)制。由此可見，水循環(huán)在森林生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡過程中發(fā)揮著重要作用。徑流補(bǔ)給和涵養(yǎng)水源不僅是森林水文功能的主要生態(tài)效應(yīng)，而且對(duì)森林生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)等其它功能也產(chǎn)生影響。因此，森林與水的關(guān)系仍是當(dāng)今生態(tài)學(xué)與水文學(xué)研究的中心議題[4-10]。森林生態(tài)系統(tǒng)中水分由于森林的影響而表現(xiàn)出來的降雨、林冠截留、樹干莖流、蒸散、地表徑流等時(shí)空分配的動(dòng)態(tài)過程即森林的水文響應(yīng)[11]。森林水循環(huán)研究主要在于揭示森林水文特征，為探討水分運(yùn)動(dòng)過程機(jī)制提供基礎(chǔ)資料，也是當(dāng)前森林水文學(xué)研究中的一個(gè)重要方面[12]。

早在20世紀(jì)初，森林水文學(xué)作為一門單獨(dú)研究森林流域與水文關(guān)系的學(xué)科，在森林砍伐對(duì)流域水量影響方面的研究比較集中。現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)性森林水文學(xué)的開端始于1900年瑞士Emmental山地的對(duì)比2個(gè)小型流域的試驗(yàn)。1948年美國學(xué)者Kittredge提出森林水文學(xué)(foresthydrology)這個(gè)學(xué)科術(shù)語，他把森林對(duì)水分影響的重要方面，如降水、土壤水、河流、洪水等單獨(dú)稱為森林水文學(xué)，因此，森林水文成為一門邊緣性的獨(dú)立學(xué)科。20世紀(jì)60年代，美國生態(tài)學(xué)家Borman和Likens率先在創(chuàng)立的HarboardBrook試驗(yàn)站應(yīng)用小集水區(qū)技術(shù)法從事森林水文研究，并試圖從宏觀角度闡明水文的時(shí)空變化規(guī)律，建立基于森林水文物理過程的分布式參數(shù)模型。他們將森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測與森林水文學(xué)研究相結(jié)合，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的角度闡述森林水分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和機(jī)制、森林演替過程和森林環(huán)境變化對(duì)水分循環(huán)的影響，進(jìn)而推動(dòng)了森林水文學(xué)研究由定性到定量、由單項(xiàng)到綜合的深層發(fā)展。上世紀(jì)80年代以來，森林水文學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段，研究森林水文作用的主要內(nèi)容集中在對(duì)水分循環(huán)量、質(zhì)及循環(huán)機(jī)制的影響；并構(gòu)建基于森林水文物理變化過程的分布式參數(shù)模型。20世紀(jì)90年代以后，生態(tài)水文學(xué)已成為國際水文和生態(tài)研究的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。21世紀(jì)初期，以描述生態(tài)格局和生態(tài)過程水文學(xué)機(jī)制的生態(tài)水文學(xué)逐漸興起，它注重研究生態(tài)學(xué)和水文學(xué)的交叉領(lǐng)域。我國近代森林水文研究始于20世紀(jì)20年代。羅德民、李德毅等學(xué)者在1924-1926年期間分別研究了魯、晉地區(qū)不同森林植被對(duì)雨季徑流和水土保持效應(yīng)的影響。60年代，我國金棟梁學(xué)者研究了大范圍的長江流域森林對(duì)徑流產(chǎn)流的影響。70年代，我國先后在瓊、桂、湘、川、甘及東北等地建立了有關(guān)森林水文和生態(tài)方面的試驗(yàn)站。80年代初期，馬雪華在多地區(qū)研究森林的采伐對(duì)河流流量和泥沙水質(zhì)的影響。與之同期的黃秉維教授提出具有爭論性的話題“森林的作用”。特別是四川“81.7”特大洪災(zāi)后，森林水文方面的研究上升到了一個(gè)新的發(fā)展階段。自90年代以來，劉世榮、溫遠(yuǎn)光等研究人員以大尺度、高層次水平的層面，系統(tǒng)地歸納分析我國10多個(gè)森林生態(tài)試驗(yàn)站及水文觀測點(diǎn)數(shù)十年的科研成果，使我國森林水文研究步入了新的發(fā)展歷程[2-20]。

1.2研究現(xiàn)狀

關(guān)于森林生態(tài)系統(tǒng)水量平衡、森林流域內(nèi)降水的分配及森林對(duì)水質(zhì)的影響，國內(nèi)外水文工作者對(duì)其積極開展了研究和探索，并取得了驕人的成績。其中，一致認(rèn)為運(yùn)用對(duì)比流域的試驗(yàn)方法是最有效的研究手段[14]。20世紀(jì)50年代以來，國內(nèi)外森林水文工作者為探索森林流域內(nèi)水文的作用開展了頗有成就的探索。其中，關(guān)于森林植被截留降雨的研究十分活躍，并取得了一系列有價(jià)值的成果，特別是林冠截留的研究從理論到模型已經(jīng)獲得相對(duì)成熟的結(jié)果。我國自1989年以來在森林水文研究方面取得了較多成果，其研究方向主要體現(xiàn)在森林的綜合水文效應(yīng)、森林區(qū)域的水分循環(huán)和水量平衡、森林對(duì)降水的影響、森林蒸散發(fā)、森林對(duì)徑流的作用、森林對(duì)水質(zhì)的影響、通過模擬研究建立森林水文模型、氣候變化對(duì)森林水文的影響等。由于我國森林水文定位監(jiān)測的時(shí)間較短，數(shù)據(jù)不足，難以充分闡釋問題，觀測方法及手段尚存在缺陷。目前已取得的研究成果多為定性研究和典型區(qū)域研究，森林水文要素的單項(xiàng)研究較多，綜合系統(tǒng)性的定位研究少，同國外的研究相比還存在較大差距。因此，加強(qiáng)對(duì)不同區(qū)域典型的森林生態(tài)系統(tǒng)水文過程與生態(tài)學(xué)過程及相關(guān)因子的長期定位觀測與研究，長期積累連續(xù)的森林植被與水分循環(huán)研究的數(shù)據(jù)顯得十分必要[4-19]。

當(dāng)前，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，森林水文的研究方法也在不斷更新，其中渦度相關(guān)技術(shù)是一種測定近地表層水熱通量較為精準(zhǔn)的方法，所獲取的觀測數(shù)據(jù)得到微氣象學(xué)、水文學(xué)、地理學(xué)和生態(tài)學(xué)研究工作者和專家們的廣泛認(rèn)可，并已成為檢驗(yàn)各種模型估算精度的權(quán)威資料[10]，它在國內(nèi)外森林水文研究中的投入運(yùn)作、觀測探索和應(yīng)用發(fā)展等諸多方面起著重要的引領(lǐng)作用。

2國內(nèi)外森林生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)的主要研究成果