鄧慧平， 王 倩， 丹 利

(1.聊城大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 聊城 252059； 2.中國科學(xué)院東亞區(qū)域氣候-環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院大氣物理研究所， 北京 100029)

1 研究背景

陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和水循環(huán)是陸地生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)重要的基本過程，碳水循環(huán)是相互聯(lián)系、相互反饋的過程，并且與氣候之間有著明顯的相互作用[1-6]。森林-徑流關(guān)系與碳水循環(huán)過程以及氣候密切相關(guān)，揭示森林-徑流關(guān)系的空間分異規(guī)律，深入研究森林-徑流關(guān)系機(jī)理，不僅對(duì)正確認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)森林植被的水文效應(yīng)，流域森林植被修復(fù)和林業(yè)經(jīng)營以及應(yīng)對(duì)全球氣候變化森林和水資源影響具有重要意義，也有助于認(rèn)識(shí)碳水循環(huán)的相互反饋及其與氣候的相互作用。關(guān)于森林對(duì)徑流量的影響，國內(nèi)外開展了大量的森林集水區(qū)研究,選擇兩個(gè)除森林植被外其它方面基本相似的流域或同一個(gè)流域前后兩個(gè)森林覆蓋不同的時(shí)期進(jìn)行徑流量的比較，得出森林植被對(duì)徑流的影響[7-20]。總結(jié)現(xiàn)有森林集水區(qū)研究結(jié)果，有以下3種結(jié)論：森林的存在使徑流量增加；森林的存在與徑流量之間沒有明顯的關(guān)系；森林的存在減少徑流量[7]。由于森林集水區(qū)試驗(yàn)研究不能對(duì)森林植被水文影響進(jìn)行機(jī)理分析,難以從根本上認(rèn)識(shí)森林植被對(duì)徑流量的影響，不同地區(qū)集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果尚未上升到形成規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)森林-徑流關(guān)系的空間變化規(guī)律，本文首先對(duì)已有的不同地區(qū)森林集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出森林-徑流關(guān)系空間分異規(guī)律，然后從理論上分析氣溫和土壤水分對(duì)植被凈光合速率、蒸騰、冠層截留蒸發(fā)和土壤蒸發(fā)的影響，尋求森林-徑流關(guān)系的空間分異的合理解釋，揭示森林-徑流關(guān)系機(jī)理和氣候?qū)ι?徑流關(guān)系的控制作用。

2 森林集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 森林集水區(qū)試驗(yàn)流域的基本信息

表1給出了所選用的試驗(yàn)流域的基本信息，以下主要基于這些位于不同氣候區(qū)的森林集水區(qū)已有的研究結(jié)果，梳理森林-徑流關(guān)系空間分異規(guī)律。

2.2 長江上游地區(qū)和東部季風(fēng)區(qū)

從20世紀(jì)1960年開始，中國林業(yè)科學(xué)院和四川省林業(yè)研究所在川西米亞羅林區(qū)建立高山森林綜合定位研究站，研究森林水文效益，川西岷江上游森林與采伐跡地兩個(gè)小集水區(qū)徑流的對(duì)比觀測(cè)結(jié)果是高山森林增加了年徑流量[8]。但整個(gè)岷江上游(紫坪埔站以上)地區(qū)，森林覆蓋率變化對(duì)徑流量影響并不明顯[9]。而地處四川盆地北緣，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候的陵江上游廣元市工農(nóng)鎮(zhèn)碗廠溝5個(gè)小流域森林植被的恢復(fù)減小了徑流量[10]。以上的長江上游地區(qū)森林集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果體現(xiàn)了森林-徑流關(guān)系隨著海拔高度下降森林從增加徑流量到對(duì)徑流量影響不大和減小徑流量這一變化規(guī)律。對(duì)于長江上游地區(qū)，由于海拔高差懸殊形成明顯的垂直氣候帶，該區(qū)域?qū)贊駶櫟貐^(qū)，水分一般不成為限制因子，而溫度是影響光合和蒸散發(fā)的主要因子。森林-徑流關(guān)系主要受氣溫垂直差異影響，在森林生長的最低溫度到最佳溫度范圍內(nèi)，森林光合作用和蒸騰作用隨溫度增加而增強(qiáng)，因此森林減小徑流量的作用隨著氣溫的增加而增強(qiáng)。同樣，氣溫水平分異也影響森林-徑流關(guān)系。根據(jù)前蘇聯(lián)的資料顯示，徑流系數(shù)隨流域森林增多而增多，占48%, 無變化的占32%, 減少的占20 %,增多多發(fā)生在高緯濕潤地區(qū)，往南則無變化和減少[11]。表2是文獻(xiàn)[12]提供的大興安嶺黑土區(qū)3個(gè)流域20世紀(jì)60年代和70年代森林覆蓋率及降水徑流深資料以及由流域水量平衡計(jì)算得到的60年代和70年代各流域年蒸散發(fā)量。3個(gè)流域70年代森林覆蓋率和年降水量均比60年代有所減少，但年蒸散發(fā)量均有所增加，雅魯河流域年蒸散發(fā)量70年代較60年代增加了21.4 mm；阿倫河流域增加了25.8 mm；格尼河流域增加了44.8 mm。如果假定這3個(gè)流域60年代與70年代其它條件基本保持一致,則流域年蒸散發(fā)的增加主要由森林覆蓋率的減小所造成。大興安嶺黑土區(qū)森林覆蓋率增加將減小流域年蒸散發(fā)而使流域年徑流量增加，這和川西岷江上游米亞羅林區(qū)以及前蘇聯(lián)高緯濕潤地區(qū)的結(jié)果相一致。因20世紀(jì)80年代和90年代東北地區(qū)增溫明顯，流域年蒸散發(fā)量的增加已不能僅歸因于森林覆蓋率的減小。位于北京市密云縣東南部的紅門川流域，森林植被/土地覆被變化對(duì)流域年徑流具有顯著影響，2001-2006 年植被條件較好的土地利用較 1990-1995年和1996-2000年產(chǎn)流有所減少，多年平均徑流系數(shù)由1998年前的0.39 下降為1998年后的0.09，下降幅度為76.92%[13]。根據(jù)文獻(xiàn)[14]的資料，江西南方年降水量大致相同的3個(gè)小流域，濕潤闊葉林小流域較擇伐和荒山小流域年徑流深分別低206 mm和89 mm，而年蒸散發(fā)分別高出253.3 mm 和110.2mm，森林減小了徑流量。以上前蘇聯(lián)和國內(nèi)東部季風(fēng)區(qū)的森林集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果表明，從高緯到低緯隨著溫度的增加，森林-徑流關(guān)系也從增加徑流量到減小徑流量的變化。當(dāng)溫度超過森林生長的最佳溫度后，溫度進(jìn)一步增加將減小森林的光合作用和蒸騰作用，森林減小徑流量的作用將減小。在高溫地區(qū)，結(jié)構(gòu)簡單的森林群落蒸散量遠(yuǎn)低于裸地，如熱帶北緣廣東小良地區(qū)的裸地蒸散與降水比值高達(dá)0.751%，復(fù)層的混交林為0.696%，而單層結(jié)構(gòu)的桉樹林則只有0.466%，這與高溫抑制了植物的蒸騰作用有關(guān)[15]。

表1 所選試驗(yàn)流域基本信息

表2 20世紀(jì)60年代和70年代大興安嶺黑土區(qū)森林覆蓋率、年降水量、年徑流深和年蒸散量

2.3 黃土高原和祁連山區(qū)

根據(jù)文獻(xiàn)[16]提供的資料，天澇池河森林覆蓋率65.0%，年降水量559.8 mm，年徑流深355.6 mm，由水量平衡計(jì)算得流域年蒸散發(fā)204.2 mm；寺大隆河森林覆蓋率32.0%，年降水量598.6 mm，年徑流深441.8 mm，由水量平衡計(jì)算得流域年蒸散發(fā)156.8 mm，較天澇池河流域少47.4 mm。天澇池河年降水量比寺大隆河少38.8 mm，而年蒸散發(fā)卻比寺大隆河高47.4 mm，森林覆蓋率的增加增加了流域蒸散發(fā)而減小了流域年徑流量。根據(jù)文獻(xiàn)[17]提供的資料，東溝森林覆蓋率41.8%，年降水量484.3 mm，年徑流深43.9 mm，由水量平衡計(jì)算得流域年蒸散發(fā)440.4 mm；西溝流域森林覆蓋率24.5%，年降水量417.7 mm，年徑流深35.4 mm，由水量平衡計(jì)算得流域年蒸發(fā)382.3 mm，較東溝流域小58.1 mm。東溝年降水量比西溝多66.6 mm，年徑流深僅比西溝多8.4 mm，而流域年蒸散發(fā)則比西溝多58.1 mm，森林覆蓋率的增加，增加了流域蒸散發(fā)，其作用應(yīng)是減小流域年徑流量，而非該文作者所說的即使在中溫帶亞中旱石質(zhì)山區(qū),森林植被也有增加河川徑流量的作用。黃土高原典型林區(qū)子午嶺林區(qū)森林對(duì)徑流的影響研究表明小流域和較大流域森林均具有顯著的減少徑流量的作用[14]。黃土高原西南部的山西省吉縣蔡家川嵌套流域無林和森林流域的雨季徑流對(duì)比分析表明，森林植被具有減小流域雨季徑流總量的作用, 在雨季徑流深和徑流系數(shù)上, 森林流域較無林流域減少80% ～ 95%、多林流域較少林流域減少 60%～ 70%[18]。文獻(xiàn)[19]提供了黃河中游5組對(duì)比流域，它們包括了黃土丘陵、黃土高原及石質(zhì)山地幾種不同地貌類型，流域面積從1至50 000 km2，每組對(duì)比流域除森林覆蓋率外其它自然條件基本相似。以下根據(jù)文獻(xiàn)[19]中提供的5組對(duì)比流域年降水量、徑流深和年蒸散發(fā)量進(jìn)行分析。臨鎮(zhèn)森林覆蓋率94.4%,子長森林覆蓋率為0,臨鎮(zhèn)年降水量555.2mm，無林的子長年降水量508.7mm，但臨鎮(zhèn)年徑流深比子長少15.6 mm，臨鎮(zhèn)年蒸散發(fā)量537.1 mm，比無林的子長多出66.4 mm，森林減小了年徑流量。張村驛森林覆蓋率97.0%,劉家河森林覆蓋率18.3%，張村驛年降水量568.0 mm，劉家河年降水量475.0 mm，年徑流深張村驛比少林的劉家河少9.9 mm，張村驛年蒸散發(fā)量549.3 mm，比少林的劉家河多出102.9 mm，森林覆蓋率的增加反而減小了年徑流量。洪廟溝森林覆蓋率98.5%,安民溝森林覆蓋率為0,洪廟溝年降水量636.2 mm，無林的安民溝623. 6 mm，年徑流深洪廟溝比安民溝少7.9 mm，洪廟溝年蒸散發(fā)量607.0 mm，比安民溝僅高20.5 mm，森林雖減小了年徑流量，但作用不很明顯。黃土高原的楊家溝森林覆蓋率27.8%，董莊溝森林覆蓋率為0,楊家溝年降水量526.0 mm，比董莊溝僅多0.3 mm，年徑流深比董莊溝少4.6 mm，因兩流域的年降水量基本相等又基本消耗于蒸發(fā)，有林的楊家溝與無林的董莊溝年蒸散發(fā)量自然差異很小，楊家溝蒸散發(fā)量520.6 mm，比無林的董莊溝僅多4.8 mm。石沙莊森林覆蓋率90.0%,盤陀森林覆蓋率為0,石沙莊年降水量581.0 mm，比無林的盤陀多26.5 mm，年徑流深比無林的盤陀少17.4 mm，石沙莊年蒸散發(fā)量455.9 mm，比無林的盤陀年蒸散發(fā)量多9.1 mm。以上黃河中游5組流域?qū)Ρ冉Y(jié)果表明森林覆蓋率的增加使流域蒸散發(fā)增加，不過有的對(duì)比流域森林覆蓋率的增加對(duì)流域蒸散發(fā)的影響不明顯。由于研究區(qū)域?qū)侔敫珊祷虬霛駶櫟貐^(qū)，水分條件會(huì)限制森林植被的蒸騰，抑制了森林增加蒸散發(fā)和減小徑流的作用。例如石質(zhì)山地的石沙莊一盤陀對(duì)比組，可能是由于土層淺薄，土壤蓄水能力低，干旱時(shí)期可供森林植被蒸騰的水分少，使森林覆蓋率90.0%的石沙莊年蒸散發(fā)量僅為455.9 mm，比無林的盤陀僅多9.1 mm。在年降水量400 mm左右的森林分布的極限地區(qū)，森林增加蒸發(fā)和減小年徑流量的作用到最小。以上僅是粗略的分析，至于水分脅迫對(duì)森林-徑流關(guān)系的影響還需進(jìn)一步深入分析研究。

3 氣候影響森林-徑流關(guān)系的理論分析

3.1 氣候?qū)ι謨舫跫?jí)生產(chǎn)力和蒸騰的影響

為了揭示氣候?qū)ξ髂仙絽^(qū)流域森林-徑流關(guān)系的影響，文獻(xiàn)[21]用耦合模型SSiB4T/TRIFFID對(duì)長江上游的梭磨河流域進(jìn)行了以下4組試驗(yàn)：第1組試驗(yàn)是將梭磨河流域5年資料重復(fù)運(yùn)行120次連續(xù)模擬600年，作為控制試驗(yàn)(T)；第2組試驗(yàn)是將每個(gè)計(jì)算步長輸入的氣溫均減小1.5℃連續(xù)模擬600年(T-1.5)；第3組試驗(yàn)是將每個(gè)計(jì)算步長輸入的氣溫均增加2℃連續(xù)模擬600年(T+2)；第4組試驗(yàn)是將每個(gè)計(jì)算步長輸入的氣溫和降水均分別增加5.0℃和40%，連續(xù)模擬600年(T+5，P(1+40%))。現(xiàn)增加(T+5)試驗(yàn)，將每個(gè)計(jì)算步長輸入的氣溫增加5.0℃連續(xù)模擬600年，作為氣溫上升5.0℃而降水保持不變的敏感性試驗(yàn)。模型中6種植被類型為落葉闊葉林、常綠針葉林、C3草、C4草、灌木和苔原灌木[21]。下面將主要根據(jù)T、T+2、T+5，P(1+40%)和T+5 4組試驗(yàn)最后5個(gè)模擬年(第596到第600模擬年)的模擬結(jié)果分析水熱因子對(duì)森林凈光合速率、凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)和蒸騰的影響。

最后5個(gè)模擬，年流域由森林覆蓋，隨著溫度增加，常綠針葉林覆蓋率減小，而落葉闊葉林覆蓋率增加，常綠針葉林覆蓋率從控制試驗(yàn)的0.806下降到0.699，而落葉闊葉林覆蓋率從0.073上升到0.301[21]。模型中溫度和水分影響凈光合速率的影響函數(shù)f(Tc)[22]和f(W)[23]為：

C3植物：

f(Tc)=2Qt/(1+exp(0.3(Tc-Thigh)))

(1)

C4植物：

f(Tc)=2Qt/((1+exp(0.2(Tlow-Tc)))·

(1+exp(0.3(Tc-Thigh))))

(2)

f(W)=1-e-ph1[ph2-ln(-φr)]

(3)

式中：Qt=0.1(Tc-Toptm);Tc為植被冠層溫度，K;Toptm、Tlow和Thigh分別為植物光合最佳、最低和最高溫度，K；W為根系層土壤濕度;φr為根系層土壤水勢(shì);ph1為斜率因子；ph2為氣孔徹底關(guān)閉的點(diǎn)。

圖1為不同試驗(yàn)組次5年平均各月森林冠層表面溫度，圖1(b)為相應(yīng)的溫度影響函數(shù)。從圖1可知，梭磨河流域溫度明顯影響凈光合速率，f(Tc)冬季最小，夏季最大，隨溫度增加而增大。根據(jù)冠層凈光合速率與冠層阻力成反比的關(guān)系[22]，植被蒸騰也明顯受溫度影響，植被蒸騰應(yīng)隨溫度增加而增大。

圖2(a)為不同試驗(yàn)組次5年平均各月根系層土壤濕度，圖2(b)為相應(yīng)的水分影響函數(shù)。對(duì)于控制試驗(yàn)，各月根系層土壤濕度在0.6以上，每個(gè)步長降水均減小20%，而溫度不變(T，P(1-20%)根系層土壤濕度略有減小，每個(gè)步長氣溫均減小1.5℃，根系層土壤濕度略有增加，每個(gè)步長氣溫均增加2.0℃，根系層土壤濕度有所減小，尤其7月之前減小較為明顯，但最低仍在0.5左右，以上4種情景下相應(yīng)的水分影響函數(shù)均達(dá)到1，即土壤水分對(duì)植被光合作用和蒸騰作用未產(chǎn)生限制作用。當(dāng)每個(gè)步長氣溫均增加5.0℃而降水保持不變，根系層土壤濕度減小，尤其是冬季，由于輸入的降水僅2～3 mm，根系層土壤濕度減小最明顯，已接近凋萎點(diǎn)，導(dǎo)致冬季水分影響函數(shù)明顯減小，6-10月水分影響函數(shù)達(dá)到或接近1，對(duì)植被光合和蒸騰基本未產(chǎn)生限制作用，而其它月份水分影響函數(shù)均低于1，即水分條件對(duì)光合作用產(chǎn)生了限制作用(水分脅迫)。T、T+2、T+5，P(1+40%)和T+5四組試驗(yàn)最后5個(gè)模擬年平均凈光合速率分別為2.78、2.89、3.17和2.37 μmol/(m2·s)，5年平均NPP分別為1052.0、1093.6、1199.5和896.9 g/(m2·a)。當(dāng)未受水分脅迫時(shí)，凈光合速率和NPP隨溫度增加而增加，對(duì)于氣溫增加5.0℃而降水不變的T+5試驗(yàn)，由于1-5月和11-12月存在水分脅迫，導(dǎo)致凈光合速率和NPP減小。相應(yīng)的植被蒸騰也受到水分條件的限制。冠層的蒸散來自冠層濕潤部分的蒸發(fā)(冠層截留蒸發(fā))和非濕潤部分的蒸騰，因此蒸騰除受溫度與水分因子控制外，還受冠層濕潤分?jǐn)?shù)(wetness fraction)的影響。圖3(a)為試驗(yàn)?zāi)M的最后5個(gè)模擬年5年平均各月冠層濕潤分?jǐn)?shù)，圖3(b)為相應(yīng)的各月森林蒸騰。隨著溫度增加雨季冠層濕潤分?jǐn)?shù)明顯減小，冠層蒸散中冠層截留蒸發(fā)部分減小而蒸騰部分增加，第3組試驗(yàn)旱季由于受水分脅迫，蒸騰明顯減小，雨季不存在水分脅迫時(shí)，蒸騰隨溫度增加而增大(T、T+2和T+5)，隨冠層濕潤分?jǐn)?shù)增加而減小。

圖1 各月冠層表面溫度和各月溫度影響函數(shù)

圖2 各月根系層土壤濕度和各月水分影響函數(shù)

圖3 各月冠層濕潤分?jǐn)?shù)和各月森林蒸騰

3.2 氣候?qū)α饔蛩科胶夂退掷眯实挠绊?/h3>

圖4為T、T+2和T+5，P(1+40%)3組試驗(yàn)植被從裸地到C3草到灌木最后到森林演替過程中按5個(gè)模擬年平均的流域植被年蒸騰、年冠層截留蒸發(fā)和年土壤蒸發(fā)的變化。溫度增加使冠層濕潤分?jǐn)?shù)減小和植被蒸騰速率增加，因此植被蒸騰隨溫度增加而增加，蒸騰在蒸散中的比例增加，各植被類型中森林蒸騰增幅最大。植被冠層截留蒸發(fā)隨溫度增加而增加，但在蒸散中的比例下降，由于森林葉面積指數(shù)大于草和灌木，各植被類型中森林冠層截留蒸發(fā)隨溫度增加增幅最大。土壤蒸發(fā)隨溫度增加而增加，各植被類型中森林土壤蒸發(fā)隨溫度增加增幅最小。亞高山區(qū)氣溫低，限制了森林的蒸騰，森林冠層蒸散與草和灌木差異小，森林冠層接受的輻射能量主要作為感熱加熱大氣，由于能量主要被森林冠層接受，森林明顯減小了土壤蒸發(fā)，在植被從C3草到灌木最后到森林的演替過程中，灌木覆蓋流域蒸散發(fā)最大而森林覆蓋流域蒸散發(fā)最小，因此增加了流域徑流量[21]。但溫度較控制試驗(yàn)增加2℃，在植被演替過程中，由于森林蒸騰和森林冠層截留蒸發(fā)增加幅度大于草和灌木，森林冠層截留蒸發(fā)與蒸騰增加之和與土壤蒸發(fā)減小量相當(dāng)，流域蒸散發(fā)變化不大，即森林覆蓋率增加對(duì)徑流量沒有明顯影響[21]。溫度較控制試驗(yàn)增加5℃，森林蒸騰和冠層截留蒸發(fā)較草和灌木明顯增加，在植被演替過程中，流域蒸散發(fā)隨森林覆蓋率增加而增加，明顯高于草和灌木覆蓋時(shí)的流域蒸散發(fā)，森林減小了流域徑流量[21]。T、T+2和T+5，P(1+40%)3組試驗(yàn)最后5個(gè)模擬年平均年蒸散分別為388.1、539.6和802.9 mm/a，用NPP與蒸散的比值計(jì)算的水分利用效率(WUE)分別為2.70、2.02和1.49 g/kg，WUE隨溫度增加而減小。

圖4 蒸騰的變化、冠層截留蒸發(fā)的變化和土壤蒸發(fā)的變化

4 結(jié)果與討論

森林集水區(qū)比較試驗(yàn)結(jié)果表明，長江上游地區(qū)和東部季風(fēng)區(qū),森林減小流域徑流量的作用隨著溫度增加而增加, 高溫會(huì)抑制森林減小徑流量的作用。對(duì)于黃土高原和祁連山區(qū), 森林也具有減少徑流量的作用,但隨著水分條件變差, 森林減少徑流量的作用減小。長江上游亞高山區(qū)的梭磨河流域數(shù)值模擬結(jié)果表明，當(dāng)未受水分脅迫時(shí)，凈光合速率受溫度控制，隨溫度增加而增加，蒸騰隨溫度增加而增加，隨冠層濕潤分?jǐn)?shù)增加而減??；對(duì)于氣溫增加5℃的試驗(yàn)，由于1-5月和11-12月存在水分脅迫，導(dǎo)致凈光合速率和蒸騰減??；各植被類型中森林蒸騰和冠層截留蒸發(fā)隨著溫度增加增幅最大，而各植被類型中森林土壤蒸發(fā)隨溫度增加增幅最小。衡量碳水耦合關(guān)系的水分利用效率WUE隨溫度增加而減小。

國內(nèi)森林集水區(qū)試驗(yàn)多為兩個(gè)植被覆蓋不同的流域比較和同一集水區(qū)植被覆蓋變化前后的比較，而不是兩個(gè)相似的集水區(qū)共同測(cè)定一段時(shí)期，然后改變其中一個(gè)集水區(qū)的植被，而另一個(gè)仍保持不變作為對(duì)照這種較為嚴(yán)格科學(xué)的比較。同一流域前后比較也很難保證兩個(gè)時(shí)期流域其它條件一致。例如大興安嶺黑土區(qū)1980年代和1990年代氣溫較1960年代上升了1～2℃[12]，氣溫變化對(duì)流域水量平衡的影響已不可忽視。兩個(gè)不同的流域比較時(shí)雖然都會(huì)強(qiáng)調(diào)除植被外其它條件相似或基本相似，但實(shí)際上往往并沒有給出確實(shí)的相似性證明。金棟梁等[20]給出了長江流域6 組多林和少林流域的比較，根據(jù)文中提供的降水與徑流深資料，經(jīng)流域水量平衡計(jì)算，少林或無林流域比多林流域年蒸發(fā)均高出數(shù)百毫米，例如岷江青衣江天全-滎經(jīng)對(duì)比組，天全森林覆蓋率60%,年降水量1 650 mm，年徑流深1 510 mm,由流域水量平衡方程得流域年蒸發(fā)140 mm；滎經(jīng)森林覆蓋率10%，年降水量1 840 mm，年徑流深1 320 mm，流域年蒸散發(fā)520 mm，比天全多出380 mm。如按該文作者所說，在選擇對(duì)比流域時(shí), 要強(qiáng)調(diào)流域的可對(duì)比性, 即地形、土壤、巖性、氣候等類似[20],那為何在類似的氣候條件下，森林覆蓋率低的流域年蒸散發(fā)能達(dá)到520 mm，而森林覆蓋率高的流域蒸散發(fā)卻如此之低？既與蒸發(fā)理論不符也與其他亞熱帶季風(fēng)氣候條件下的森林集水區(qū)試驗(yàn)結(jié)果明顯不一致，如此反常的結(jié)果卻又沒有給出任何合理的解釋。

在自然條件下，各種類型的森林具有一定的分布范圍，在水熱條件組合對(duì)森林生長最有利的地區(qū)，森林光合和蒸騰達(dá)到最大，森林減小徑流量的作用應(yīng)最大。從作用最大中心向外由于溫度和水分條件組合逐漸偏離水熱條件的最佳組合，森林光合作用和蒸騰逐漸下降，森林減小徑流量的作用逐漸減小。在處于森林生長的水分邊緣地帶，森林的蒸騰因明顯受水分的限制，森林減小徑流量的作用達(dá)到最小；在地處森林生長的溫度邊緣地帶，在濕潤地區(qū)，由于森林蒸騰與其他植被類型差異不大但卻明顯減小了土壤蒸發(fā)，森林反而增加了徑流量。

西南山區(qū)隨著溫度增加，森林水分利用效率減小。中國東部南北樣帶18.6～45.4°N范圍內(nèi) 9個(gè)森林采樣點(diǎn)估算的生長季植被總初級(jí)生產(chǎn)力與蒸騰之比計(jì)算的水分利用效率2.13～28.67 g/kg，與緯度成正比，與年平均溫度成反比[5]。中國東部南北樣帶3個(gè)點(diǎn)渦度相關(guān)測(cè)量的總初級(jí)生產(chǎn)力和蒸散計(jì)算的生態(tài)系統(tǒng)水分利用效率，從北到南隨年平均溫度增加減小[6]。對(duì)于東部和西南濕潤地區(qū)，水分基本不成為限制因素，水分利用效率主要受溫度控制，隨著緯度從北到南減小或山區(qū)海拔高度下降溫度增加，水分利用效率減小，氣候水平地帶性和垂直地帶性分布控制了水分利用效率的空間分布格局。

5 結(jié) 論

水熱條件通過控制森林的凈光合速率、蒸騰、冠層截留蒸發(fā)和土壤蒸發(fā)而控制森林-徑流關(guān)系，水熱條件的空間變化決定了森林-徑流關(guān)系和水分利用效率的空間變化。在自然條件下，由于氣候垂直地帶性和水平地帶性影響，隨著海拔高度下降或從北到南隨著溫度增加，水分利用效率減小，森林-徑流關(guān)系存在從增加徑流量到對(duì)徑流量沒有明顯影響再到減小徑流量的變化，水分脅迫或高溫將抑制森林蒸騰從而抑制森林減少徑流量，森林集水區(qū)比較試驗(yàn)結(jié)果體現(xiàn)了森林-徑流關(guān)系這種空間變化規(guī)律。氣候控制森林植被的生長和分布，森林植被通過與大氣能量和碳水等物質(zhì)交換對(duì)氣候產(chǎn)生影響，今后應(yīng)在未來氮沉降和大氣中CO2濃度增加及全球變暖背景下，在同一個(gè)動(dòng)力框架下研究碳-氮-水循環(huán)的時(shí)空演變,碳-氮-水3個(gè)循環(huán)過程的相互反饋機(jī)制及其對(duì)氣候的響應(yīng)和反饋。