[林学]森林水文学.ppt

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1、第一章,绪论,参考书目,1.，马雪华主编，中国林业出版社，1993年2.水文与水资源学，刘俊民、余新晓主编，中国林业出版社，1999年3.中国森林生态系统水文生态功能规律，刘世荣等著，中国林业出版社，1996年4.森林水文研究，陈利华，余新晓，董祥等译，中国林业出版社5.，中野秀章，中国林业出版社6.生态水文学，赵文智等译，海洋出版社，20037.水文学，雒文生，中国建筑工业出版社，20018.森林生态水文余新晓等，中国林业出版社，2004,几个思考问题,1下雨时为什么躲避在树下？,2小雨时，林内有没有雨？大雨条件下呢？无雨？有雨？,3林外下大雨，林内下小雨，这种说法对吗？为什么？,第一章 绪

2、论,1.1 及相关概念,1.3 的内容与特性,1.2 国内外发展概况,1.4 的任务及其与其他课程间的关系,1.1 及相关概念,一森林的概念与类型,森林是以乔木为主体、郁闭度大于0.3的植物群落与其环境相互作用而形成的生态系统。它是一种植被类型，属于植被范畴。森林是以木本植物为主的生物群落。与其周围的非生物环境进一步构成具有一定结构和功能的自然(或人工)的森林生态系统,具有独特的发生发展的历史和地理分布规律。,（一）森林的概念,森林是地球上的基因库、碳贮库、蓄水库和能源库，是人类赖以生存和发展的资源和环境。,1.1 及相关概念,二的概念与类型,森林是陆地上分布最广的一种植被类型。森林分布决定于

3、水热条件的结合状况。,（二）森林的类型按起源分：天然林和人工林；按森林外貌划分:针叶林、阔叶林、混交林；按水热条件划分：热带雨林、热带季雨林、亚热带常绿阔叶林、硬叶常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林、灌木林等几种主要的森林类型。,1.1 及相关概念,二的概念,水文学是研究地球上水的性质、分布、循环、运动变化规律及其与地理环境、人类社会活动之间相互关系的科学。它主要研究水的循环过程，包括陆地表面不同时期的降水量、植被的截留、土壤的下渗和径流的形成以及水在海洋和陆地之间的循环过程等。,（一）水文学（hydrological）,地球陆地表面的1/3是森林，覆盖面积43亿hm2，对森林生态系统水文功能的研

4、究具有重要的意义。,1.1 及相关概念,二的概念,（二）(hydrological of forest)美国学者Kittredge1948年首次提出的术语，他把研究森林对水影响的重要方面称为。此后，不同的学者对其概念和内涵进行深入探讨。,陈信雄认为研究的主要目的在于阐述森林在水分循环过程中扮演的角色。马雪华在一书中定义为：是研究森林植被对水分循环和环境的影响。,1.1 及相关概念,二的概念,（二）(hydrological of forest)是研究森林生态系统对水分循环和环境影响(包括对土壤侵蚀、水质和小气候等的影响)的科学。是水文学的分支学科，是研究森林和水关系的科学，是森林生态学与水文学

5、相结合而形成的一门学科。它研究森林植被结构和格局对水文生态功能和过程的影响，包括森林植被对水分循环和环境的影响，以及对土壤侵蚀、水的质量和小气候的影响。,1.2国内外发展概况,作为一门独立的学科，其科学研究始于19世纪末20世纪初，源于北美和欧洲。1864年德国的Ebmayer在巴伐利亚建立了第一个森林气象站，对林地的降水量、土壤蒸发和枯枝落叶层对地面蒸发的影响进行了测定。1879年奥地利开展了森林截留降水和蒸腾的观测研究。20世纪初，瑞士、日本、美国等在开展对比流域试验的基础上评价有林地和无林地的水源涵养作用，同时对各种森林类型的个别森林水文现象进行了细致的观测。此后，引起各国的重视。,1中

6、欧阿尔卑斯山区各国,1900年的瑞士埃曼托尔（Emmental）山区两个小流域对比试验是这类研究的开端，也是现代实验森林生态水文学开端的标志。第二次世界大战后,西德于l948年在著名的Harz山区流域进行了作用的定位观测。,近年来，在流域水文观测中，增加了对酸雨影响的观测以及森林对流域地表水、地下水水质影响的观测西德对的研究十分重视,1.2国内外发展概况,2美国,美国森林水文研究工作主要由农业部林务局所属的各林业院校进行。林务局研究的重点集中在植被的保护和更新方面，森林流域水文规律方面的研究大约占30%。主要方法：对比流域实验，流域自身对比法,1.2国内外发展概况,3前苏联前苏联对水量平衡进行

7、定位观测的单位有气象水文总局、苏联科学院、各加盟共和国科学院农业部、地质部、水利部和苏联林业委员会等。其中气象水文总站设有17个径流水量平衡站，集水区面积为20一50Km2。,1.2国内外发展概况,4英国20世纪60年代后，英国在威尔士中部开展了Plynlimon流域试验，旨在对比森林流域与牧草流域的河川流量。,5加拿大加拿大的森林水文研究开展的较晚，1957年才开始森林水文研究。目前加拿大拥有40多个试验小流域，主要用来研究各种自然因素对融雪径流、降雨径流的影响。,1.2国内外发展概况,6、日本日本2/3国土面积为山地，在森林水文方面的研究很重视。明治时代(1868一1911)的1872年开

8、始雇聘荷兰工程师多恩到日本指导工作，以后陆续有荷兰治水专家别日本，其中的代表人物是载列克。,7中国,中国对森林与水文关系的认识可以追溯到2000多年以前,明朝中期闰绳芳在“镇海楼记”中生动地记述了山西祁县森林破坏与洪水危害的关系。清朝梅曾亮（17861856）在“书栅民事”的奏文中，对安徽宣城开荒破坏森林造成水土流失的严重后果做了细致描述。“未开之山，山坚石固，草树茂密，腐叶积数年，可二、三寸。每年雨从树至叶，从叶至土石，历石罅，滴沥成泉，其下水也缓，又水下而土石不随其下；水缓，故低田受之不成灾。而半月不雨，高用犹受浸溉。今以斧斤童其山，而以锄犁疏其土，一雨未毕，砂石随下，奔流注壑，涧中皆填淤

9、不可贮水，毕至洼田中乃止，而山田之水无继者”。,1.2国内外发展概况,我国近代最早进行森林水文研究始于20世纪20年代。19241926年间，前金陵大学美籍学者罗德明博士和李德毅先生等在山东、山西等地的寺庙林地，观测研究了不同森林植被类型对雨季径流和水土保持效应的影响，率先拉开了我国近代森林水文研究的帷幕。,7中国,新中国成立后，有关科研院所和高等学校，结合科研和教学实践，开展了小规模的研究。6070年代，由于历史的原因，我国的研究处于停滞的状态。70年代以来，我国在海南、广西、湖南、四川、甘肃、长白山以及东北东部等地陆续建立了森林水文站和生态站。70年代末到80年代初，特别是1978年中国科

10、学院召开了陆地生态系统定位研究工作会议，以及1982年林业部在山东泰安召开了森林生态系统定位研究工作座谈会后，我国的研究进入了一个新时期，出现了大量的研究成果。,1.2国内外发展概况,90年代以来，刘世荣等系统地计量评价了小流域森林水文生态效益，使我国森林水文研究跨入新的高度。而且，随着我国森林生态定位研究站网络体系的健全，研究方法的逐步统一和成熟，计算机技术和地理信息系统技术在研究中的应用，使我国的研究上了一个新台阶。,80年代初黄秉维教授“森林的作用”这一争论性问题的提出，推动了森林水文作用研究工作的进一步开展，使我国森林水文研究出现了第一次高潮。,1.3 的内容与特性,（一）林冠截留林冠

11、截留以及截持雨量的蒸发在森林生态系统水文循环和水量平衡中占有极其重要的地位。林冠截留损失比灌木和草本截留损失大的的原因有两个：一是林冠具有较大的截留容量；二是林冠具有较大的空气动力学阻力近而增加截持雨量的蒸发。,（二）森林枯枝落叶层截留森林枯枝落叶层具有较大的水分截持能力从而影响穿透降雨对土壤水分的补充和植物的水分供应。,一、的主要内容,1.3 的主要内容,（三）、林地土壤水分入渗及贮水林地土壤水分入渗和水分贮存对森林流域径流形成机制具有十分重要的意义。,（四）、林地蒸发散 林地蒸发散是森林生态系统水分循环与能量平衡中最为重要的因素之一，森林变化引起流域产水量的变化与森林蒸发散密切相关。,（五

12、）、森林与径流森林植被的存在能否提高流域的径流量。,1.3 的主要内容,（七）、森林生态系统生物地球化学循环研究(1)养分(2)水质,（六）、森林植被控制土壤侵蚀机理研究 森林植被一般可分为三个层次，即冠层、枯落物层和含根土壤层，这三个作用层在防止土壤侵蚀中各有其重要作用。,（八）、森林水文模型水文模型开发可以分为基于概化和相似性假设的传统工程水文学集总式参数模型和基于水文过程物理机制的分布式参数模型两个基本方向。,1.3 的内容与特性,二、的基本特性,1.4的任务及其与其他课程间的关系,一基本任务自20世纪50年代，向两个主要方向发展：森林水文机制和水文特征的研究，森林生态系统的基本功能与水

13、文特征的相互关系的研究。20世纪60年代，美国生态学家Bormann和Likens提出了森林小集水区技术，开创了森林生态系统研究和研究相结合的先河。自80年代以来，森林水文作用被划分为3个相互联系的领域，森林对水文循环量、质的影响，森林对水文循环机制的影响，建立基于森林水文物理过程分布式参数模型，为资源管理和工程建设服务。,1.4的任务及其与其他课程间的关系,二与本专业的关系是水土保持与环境科学的专业课。,三与其他课程间的关系与基础课，如高数、化学、计算机、遥感等。与专业基础课的关系，如土壤侵蚀、水土保持、森林培育、森林经理等。,复习题,一、基本概念森林、水文学、二、基本理论1、的研究对象与研

14、究范围。2、的研究内容主要有哪些？三、扩展题1、对指导林业生态环境建设的科学意义是什么？2、学科最新发展动态和趋势。,第二章我国森林的地理分布和水分状况,董智,2.1 中国森林概述,2.2 我国森林的地理分布与水分状况,2.3 森林的水环境,2.4 与水分相关的森林结构与指标,第二章我国森林的地理分布和水分状况,一、森林生态系统类型多样，物种丰富,2.1 中国森林概述,由北向南分布着寒温带针叶林森林生态系统、温带针阔混交林森林生态系统、暖温带落叶阔叶林森林生态系统、亚热带常绿阔叶林森林生态系统、热带季雨林森林生态系统和热带雨林森林生态系统6大森林生态系统。全国乔灌木树种约8000种。,2.1

15、中国森林概述,二、区域性分布明显，空间结构复杂，功能多样气候带多样，地域差异明显；垂直分布高度差异明显；多层次结构，功能多样。,三、森林生态系统资源地理分布不平衡400mm等降水量以东地区多，以西地区少；东北、西南、东南地区多，西北、华北地区少；山区森林资源多，且以天然林为主，平原地区少且以人工林为主；边疆省份多，内地省份少。,2.1 中国森林概述,四、森林资源绝对量高，总量不足，人均水平低全国森林面积1.75亿hm2，覆盖率18.21%，活立木蓄积和森林蓄积量分别为136.18亿hm2和124.56亿hm2。中国森林面积占世界的4.5%，居俄罗斯、巴西、加拿大和美国之后，列全球第五；蓄积量列

16、全球第六。,但森林覆盖率仅相当于世界平均水平29.6%的61.52%，居世界130位。人均占有面积0.132hm2，相当于世界平均水平0.6hm2的22.00%，居134位。,2.1 中国森林概述,五、森林生态系统中，人工林面积大，功能弱世界人工林面积为18673.3万hm2，占森林总面积的4.8%，每年平均造林445.8万hm2。世界人工林主要分布在10个国家，中国以5325.73万hm2居世界第一。,1中国（5325.73）；2印度（3257.8）；3俄罗斯（1734.0）；4美国（1623.8）；5日本（1068.2）6印尼（987.1）；7巴西（498.2）；8（492.0）；9乌克兰

17、（442.5）；10伊朗（228.4）,2.2我国森林的地理分布与水分状况,一、寒温带针叶林区二、温带针阔叶混交林区三、暖温带落叶阔叶林区四、亚热带常绿阔叶林区五、热带季雨林和雨林六、非地带性森林,一、寒温带针叶林区,（一）自然概况分布：寒温带森林地区位于大兴安岭北部及其支脉的山地，包括E12720 以西，N4920以北区域。年均温0，年降水360500mm，年蒸发600mm，湿润度1.0，径流深150200mm。土壤为棕色针叶林土、棕色森林土、灰色森林土为主。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,（二）森林分布及其功能我国最北部的森林区，森林覆盖率 53.6。植物种类较简单，主要建群种为兴

18、安落叶松。,兴安落叶松林被砍伐或破坏后，通常被次生的白桦林、黑桦林、蒙古栎林所代替。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,一、寒温带针叶林区,本区是重要的用材林基地,林区内有多条河流通过,具有明显的水源涵养、保护土壤，抵御来自蒙古高原强风,调节气候的作用,是东北平原的天然屏障。,二、温带针阔叶混交林区,（一）自然概况包括东北松嫩平原以东，松辽平原以北的广大山地。主要包括小兴安岭、张广才岭、完达山及长白山等主要林区。大致在N40155020，E12613530。长白山海拔最高达 2700m。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,年均气温0以上，年降水量长白山、小兴安岭为600800mm，长白

19、山主峰天池1374mm。年蒸发量低于600mm，湿润度11.2，径流深300-600mm，土壤侵蚀模数小,白头山以北约2050t/akm2，以南为500t/akm2。区内有黑龙江、松花江、图们江、牡丹江、乌苏里江等河流。土壤为暗棕森林土。,二、温带针阔叶混交林区（二）森林分布及其功能 地带性森林是以红松为优势组成的针阔混交林。森林组成的树种比较丰富，针叶树还有红皮云杉、鱼鳞云杉、臭冷杉、沙松、落叶松、紫杉等。长白山区除蒙古栎、白桦、山杨外,还有紫椴、枫桦、水曲柳、黄波罗、核桃楸、蒙古栎、榆、千金榆、糠椴、大青杨及多种槭树。针阔叶林采伐后通常形成以栎树林、山杨林、白桦林等为主的次生阔叶混交林。本

20、带的森林面积约有2亿hm2,森林覆盖率44.3,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,（二）森林分布及其功能 该区的小兴安岭与大兴安岭、长白山是我国东北的三大林区，是重要的用材林基地。本区的长白山是鸭绿江、图们江、松花江及许多支流的源头，小兴安岭则是黑龙江、松花江两大水系的分水岭，因而其水源涵养、调节径流的功能十分重要。,三、暖温带落叶阔叶林带,(一)自然概况 暖温带落叶阔叶林带的范围东起辽西山地、辽东半岛和山东半岛山地丘陵，西到青海东部，北界长城，南到秦岭和淮河以北山地丘陵。主要包括东北平原、华北平原及西北的黄土高原地区。地势西高东低，东阔西窄，明显地分成山地、丘陵、平原三部分。年均气温81

21、4，年降水量5001000mm，蒸发量8001200mm及其以上，干燥度11.5。径流深多在200mm以下。黄土高原区水土流失严重，黄河年输沙16.3亿t。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,(二)森林分布及其功能地带性森林以落叶栎类、杨属、桦属、榆属、槭属为代表的落叶阔叶林为主。建群种有蒙古栎、辽东栎、槲栎、栓皮栎、麻栎、波罗栎等。针叶林的主要组成有赤松、油松、华山松、华北落叶松、白杄、青杄和侧柏等。,本区河流众多，河网密集，特别是黄土高原地区，水土流失严重。森林的主要功能是发挥其保持水土、涵养水源等防护作用。,四、亚热带常绿阔叶林带,亚热带常绿阔叶林带的范围北起秦岭、淮河一线以南，南界

22、在北回归线附近，西界青藏高原的东侧并延伸到西部国界线。,本带东部包括华中、华东、华南的大部分低山丘陵地区，西部包括横断山脉南部及云南高原的大部分地区。总面积约为250万km2,森林覆盖率25左右。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,该森林群落内物种丰富，结构复杂，形成较典型的常绿与落叶树种的混交林，优势树种不明显。不少种类为我国热带区域共有类群，并且多古老、孑遗和特有种。常绿阔叶林是本区具有代表性的类型，壳斗科、樟科、山茶科等为优势成分，次生树种有马尾树、云南松和思茅松。本区也是我国重要的木材生产基地和珍稀树种集中的分布区。根据本地带水热条件的差异，可分为北、中、南3个亚带。,(一)北亚热

23、带含有常绿阔叶树的落叶阔叶林区1、自然概况北亚热带包括北纬 3l以北到暖温带界线之间的地区。本地带分布在秦巴山地、伏牛山地、大别山地、南阳盆地、淮阳丘陵、长江中、下游平原等地。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,年均温1316，降水8001250mm，蒸发量800-1200mm，属于湿润区。多年径流深200800mm，属多水带。长江入海泥沙4.5亿t。,2、森林分布及其功能地带性森林为暖温带向亚热带过渡的常绿、落叶阔叶混交林。以壳斗科占优势，建群种有麻栎、栓皮栎等。山地残存森林是以落叶栎树和油松、侧柏为主的混交林.山地是淮河、汉江及长江流域等支流的主要水源，本区森林在保持水土、涵养水源、防

24、止水库淤塞等方面发挥着十分重要的作用。,中亚热带的范围在北纬 23 31 之间，包括苏、浙、鄂、皖、湘、赣、闽、滇、贵、桂、川和粤等省(自治区)的全部或部分地区，主要分布在江南丘陵，浙闽丘陵、南岭山地、四川盆地、云贵高原、横断山地南部等地。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,(二)中亚热带常绿阔叶林区1、自然概况,年均气温1621，降水量10001200mm。地表水资源丰富，径流深5001200mm。黄壤、红壤等地带性土壤分布广泛。,该带是我国典型常绿阔叶林带，建群种由壳斗科的青冈属、栲属、石栎属；樟科的楠木属、樟属、山胡椒属、木姜子属；山茶科的木荷属、茶属，除此之外还有木兰科、金缕梅科的

25、有关属种组成。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,(二)中亚热带常绿阔叶林区2、森林分布状况及其功能,该区也是我国马尾松和杉木的主要产区。是我国木材生产的重要基地之一，在我国木材生产、竹林生产中占有重要地位。本区森林在保护生态环境、涵养水源、防风、保持水土、减少洪灾、经济林生产以及发展旅游等方面，都具有重要意义。,(三)南亚热带季风常绿阔叶林区1、自然概况南亚热带的范围包括台湾的中南部，云南、广西、广东等地的南部以及闽东南部,面积约占我国陆地面积的3.8。基本处于北回归线两侧。季风气候显著，气候暖湿，年均温2022，降水量14001800mm，有的可达2000mm。径流深多在800mm以上

26、。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,2、森林分布状况及其功能本带的地带性森林植被为偏湿性的季风常绿阔叶林，为亚热带向热带过渡的森林类型。现有的森林多为马尾松、杉木等人工林。在其西部还有思茅松、云南松和高山松林，在南部生长着海南松林。,本区农业发达，大部分地区原生的季风常绿阔叶林遭到破坏，现多形成多层次的次生林或人工马尾松林、杉木林、桉树林及各种经济林。本区的森林主要以发挥其保持水土、涵养水源的防护作用为主。,五、热带季雨林和雨林带,（一）、自然概况热带季雨林和雨林带基本上在北回归线以南，包括台湾、广东、广西、云南和西藏等地的南部以及海南全部，约占全国总面积的3。高温多雨，年均温在2022

27、或更高，降水量多超过1500mm，气候有明显的干湿季之分。土壤以砖红壤性土为代表。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,（二）、森林分布状况及其功能季雨林和雨林植被层次繁多，由不同的乔、灌、草混杂一起构成的阴暗、郁闭、异龄的密林。热带雨林分布在海南岛东南部和台湾南部，由阔叶的常绿林组成，终年翠绿一片。橡胶，椰子、棕榈、蒲葵等是代表树种。,本区森林物种丰富，结构复杂，多为异龄混交复层林，且经济林果种类丰富，因而本区的森林不仅具有很高的经济价值和开发利用前途，而且其森林防护作用意义重大。本区降水充沛，且多为暴雨，径流丰富，森林的减少地表径流、保持水土、涵养水源、调节水量、改善生态环境的效益十分明

28、显。,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,六非地带性分布的森林,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,(一)、青藏高原高寒区的森林 青藏高原是世界上最高、最大、最年轻的高原，其范围在N2740、E78105之间。,青藏高原位于我国西南部，北起昆仑山、阿尔金山，南界喜马拉雅山，东至横断山脉，西至国境线。包括藏、青、滇西北、川西、甘西南以及新疆的南部，总面积约为250 万km2,2.2 我国森林的地理分布和水分状况,从高原东北由甘肃的武威南下至青海的玉树到西藏的比如、嘉黎、加查、贡嘎一线以北为灌木林分布区，组成高原灌木林的主要植物种类有圆柏、柳、金露梅、水柏枝、多种杜鹃、黄栌、矮山栎等。,青藏高

29、原区的植物区系主要由中国喜马拉雅成分组成，森林植被类型比较齐全，几乎包括了从寒温带到热带雨林的所有类型。,此线的南部和东部主要为山地暗针叶林的分布区，由云杉属、冷杉属、和铁杉属的林木组成，构成森林的树种有青海云杉、丽江云杉、青杄、川西云杉、紫果云杉、林芝云杉、川滇冷杉、黄果冷杉、急尖长苞冷杉、喜马拉雅冷杉、鳞皮冷杉、云南铁杉等树种。,亚高山山地暗针叶林是组成高原森林的主体，其面积占总面积的43。在暗针叶林分布区的中、上部，还分布有川滇高山栎、川西栎、灰背栎和高山栎等高山栎林。,从西藏察隅以东到云南中甸、四川稻城、九龙、汉源一线为云南松和高山松林分布区。青藏高原东南部的高山峡谷下部和低山丘陵区，

30、海拔1000m以下的河谷湿热地段，分布着热带山地雨林和季雨林。,四川措普湖高山松林,香格里拉高山栎林,此区是我国第二大林区，也是我国西南部的主要木材生产基地。该区不仅木材生产潜力大，而且森林中富含珍贵用材树种和多种经济树木，林下药用植物资源尤为丰富，具有很大的开发价值。,该区的森林都分布在长江上游一些支流的源头地区，在保持水土、涵养水源、调节河川流量、调节气候等方面，具有重要的作用。,长江流域通天河段,三江源头,（二）、温带草原区的山地森林温带草原区位于我国的北部内陆，其东边为松辽平原(海拔120-400m)，中部为内蒙古高原(海拔1000-1500m),西南为黄土高原(海拔15002 000

31、m)，其间被大兴安岭阴山和燕山吕梁山所分割，西部为阿尔泰山。,温带草原区的山地森林主要分布在大兴安岭南部、内蒙古高原、阴山和贺兰山等林区。,1、大兴安岭南部林区是大兴安岭温带针叶林向草原的延伸部分。此区树种组成较为丰富,分布有山地落叶阔叶林，以蒙古栎、黑桦和白桦为优势，其次为山杨等。,2、内蒙古高原区：森林主要分布于部分沙地、山地，如红花尔基沙地的樟子松林呈断续带状分布，浑善达克沙地上的白杄林、油松林等针叶林较为集中，发挥着防风固沙、遏制荒漠化、防护牧场等重要生态功能。,3、阴山林区：森林分布在海拔12002000m的地带。低海拔处为虎榛子灌丛、杜松疏林、侧柏或油松杜松混交林或油松林。高海拔地

32、段分布有白桦、山杨林及其与云杉混交林。,4、贺兰山林区：森林植被主要分布于海拔 l500-3000m 的地段。从低到高依次分布有山杨林和灌丛油松山杨混交林、油松或云杉、山杨混交林云杉林。,本区森林如大兴安岭、阴山、贺兰山等山地森林，在保持水土、涵养水源，防止崩塌及泥石流等方面具有极其重要的防护作用。,贺兰山森林纵贯于荒漠与荒漠草原之间，阻挡三大沙漠前移，保护银川平原减轻水土流失、沙尘暴发生等灾害，防止土地退化，减少侵蚀模数等。,三、温带荒漠区的山地森林此区域的森林主要分布在阿尔泰山、天山和祁连山，区内有准噶尔和塔里木等内陆盆地和阿拉善高原。平均海拔高为 1000m 左右。气候具有强烈的大陆性。

33、,1、阿尔泰山林区:位于新疆北部，是我国西部干旱地区主要的林区之一。森林主要分部在阿尔泰山的东南部。组成森林的主要树种有西伯利亚落叶松、疣皮桦、欧洲山杨、白榆、新疆冷杉林、新疆五针松林等。,此区森林资源丰富，是我国西北地区的重要木材生产基地之一。,2、天山林区：位于新疆的中部，是新疆的主要林区之一。森林主要类型有雪岭云杉林、西伯利亚落叶松林及其混交林。,天山林区是新疆的木材生产基地和重要的水源涵养林区.发源于天山南北坡的河流共318条，径流量占全疆河流径流量的一半。发挥着保持水土、涵养水源、调节径流、保障灌溉的作用。,雪岭云杉林,3、祁连山林区：位于青藏高原的北缘。森林主要分布在海拔20003

34、400m的地段。主要森林类型有云杉林，云杉、红桦、棘皮桦混交林，祁连山圆柏林，以及红桦、棘皮桦、山杨混交林等。,祁连山区森林调节气候、积聚和贮存水分的作用极为突出。石羊河、黑河、疏勒河三大水系发源于此，灌溉着河西走廊的商品粮基地。,4、绿洲边缘及内部的森林：在准噶尔盆地、塔里木盆地、柴达木盆地内及阿拉善高原的绿洲水分较为充足的地段，生长有天然林和人工防护林。,典型的天然林为胡杨林、柽柳林及梭梭林以及杨、柳、桦、沙枣等组成河岸林或河谷。人工防护林为箭杆杨、新疆杨、白榆、白蜡、沙枣及果树等.,2.1 中国森林概述,2.2 我国森林的地理分布与水分状况,2.3 森林的水环境,2.4 与水分相关的森林

35、结构与指标,第二章我国森林的地理分布和水分状况,一、水对森林的影响1、水对森林植物生长的影响森林植物的每一阶段生活史几乎都需要水。与森林植物最直接的是土壤水分。当土壤水分不足时，植物体的高生长、直径生长、繁殖及幼苗的成活，都会受到严重的影响，严重时会出现萎蔫甚至死亡。,2.3 森林的水环境,一、水对森林的影响2、水对森林分布的影响森林依赖于水分而存在和发展，森林的分布同降水的联系非常密切。关于植被与气候关系，我国常用K（称干燥度，即大于10的活动积温与同期降水量r之比的0.16倍）指标。,2.3 森林的水环境,我国干燥度，湿润、干旱区域划分与植被类型的关系,二、森林对水的影响1、森林具有涵养水

36、源的作用 据日本科学家研究，3333hm2森林的蓄水能力，相当于蓄水（100104）m3的水库。,2.3 森林的水环境,2、森林对降水量的影响,3、森林影响水质,一、树冠与林冠树木的枝叶群称为树冠(crown)，森林总体的树冠层称为林冠(forest canopy)。二、单层林与复层林人工林的林冠有单层的和复层的，前者是皆伐后同时期造林形成的，后者称为复层林(compound storied forest)，按林冠数又可分为二层林(twostoried forest)、三层林等，在择伐林地上可形成多层林。,2.3与水分相关的森林结构与指标,三、郁闭度与覆盖率 郁闭度：林冠覆盖地面的程度称为郁闭

37、度或树冠密度(crown density)，林冠的垂直投影面积所占林地面积用百分率表示。根据联合国粮农组织规定，0.20（含0.20）以上的郁闭林（一般以0.20-0.69为中度郁闭，0.70以上为密郁闭），0.20（不含0.20）以下为疏林。覆盖率：某个地区现有森林面积占该地区总面积的百分率，称为该地区的森林覆盖率。在计算森林覆盖率时，森林面积包括郁闭度0.3以上的乔木林地面积和竹林地面积，国家特别规定的灌木林地面积、农田林网以及四旁（村旁、路旁、水旁、宅旁）林木的覆盖面积。森林覆盖率（%）=森林面积土地总面积100,2.3与水分相关的森林结构与指标,四、叶的性质及指标森林与水的关系，主要是

38、通过森林植物的枝叶和根来维持的，作为森林总体一部分的枝叶和根，在形态上、空间与时间分布上以及数量上，对于这种关系有很大的影响。指标：叶的形态、大小及其在枝上的着生方式、落叶和常绿、叶面积、叶量等。,2.3与水分相关的森林结构与指标,叶量指单位地面上叶的纯干重量(t公顷)。林型不同、林龄不同，叶量不同。叶量可用下列公式推算：WL=aDn或WL=a1D1n式中，WL叶量(干重)(公斤)；D胸高直径(cm)；D1枝下直径（cm），a、a1、n常数,四、叶的性质及指标叶面积指单位地面上叶的总面积，又称叶面积指数(1eaf area index)(hm2/hm2，或m2/m2)，也可用植物个体单位重量的

39、叶面积即用叶面积比(specific 1eaf area)(hm2/t)来表示。森林的叶面积指数随树种组成、个体密度、林龄等所构成的林型或地理位置而异（见下表）。,2.3与水分相关的森林结构与指标,表5森林及其它植被的叶面积指数和叶量（据只木良也等）,注：1）常绿针叶林为除日本落叶松、赤松、黑松、日本柳杉、日本扁柏以外的树种；2）欧洲赤松为美国栽培；3）热带雨林泰国栽培，阔叶树叶面积按上或下表面计算，针叶树按全表面的1/2计算,2.3与水分相关的森林结构与指标,五、根的性质及指标,2.3与水分相关的森林结构与指标,在相同的土壤条件下，不同的树种根的伸展状态也有所不同，根向深处扩展的称为深根性树

40、种，而主要向水平方向扩展的称为浅根性树种。,根量以土壤表层居多,随土层的加深而急剧减少。,2.3与水分相关的森林结构与指标,表不同土层深度的粗根分布,注：粗根是指直径2mm以上的根。粗根分布指重量百分比（%）,五、根的性质及指标树木的地上部分和地下部分之间存在一定的比例关系，用地上部分的重量通过下列公式可在一定范围内推算出根的重量。式中，Wr根的重量(公斤)，H树高(米)；a、a1、a2、kl、k2常数。,2.3与水分相关的森林结构与指标,一、基本概念树冠与林冠、森林覆盖率、郁闭度、叶量、叶面积、干燥度二、基本理论1、简述我国森林生态系统的特点。2、我国地带性森林的类型及其地理分布。3、我国非

41、地带性森林的类型及其地理分布。4、不同地带性森林类型的代表植物有哪些？5、我国的水分条件分布特征。6、我国森林分布特征。,复习题,7、森林分布与水分分布的关系。8、各个植被分区的水分特点。9、森林对水的影响作用。三、扩展题1、试分析森林植被生态功能。2、如果在山东地区进行植被建设，宜选用哪些植物种？,复习题,第三章大气降水与森林,林学院,3.1 蒸发与凝结,3.2降水类型、特征及其表示方法,3.3影响降水的因素,3.5 森林对降水的截留,3.4降水资料的获取分析及流域平均降水量计算,第三章 大气降水与森林,一、蒸发（一）、蒸发与蒸发耗热水由液态或固态变为汽态的过程称为蒸发。一克水蒸发为同温度下

42、的水汽所消耗的热量称为蒸发耗热（二）、过程蒸发过程凝结过程；（三）、水面蒸发、蒸发量与蒸发率由地表水体的自由水面逸入大气的水汽过程称为水面蒸发；蒸发消耗的水量称为蒸发量。单位时间内从水面蒸发的水量称为水面蒸发率，以mm/d计。用20cm口径，高10cm的蒸发皿测定。,3.1 蒸发与凝结,（四）、影响水面蒸发的因子,3.1 蒸发与凝结,1、温度：蒸发面温度愈高，蒸发愈强；反之亦然。2、空气饱和差：空气的饱和差越大，蒸发愈强。蒸发速度(单位面积、单位时间内蒸发所失去的重量或水层厚度)与饱和差之间的关系，可用道尔顿蒸发定律表示：q=A(E-e)/P式中q为蒸发速度，A为与风速有关的系数，P为气压。遵

43、尔顿定律说明蒸发速度与饱和差、风速成正比，与气压成反比。,3、气压：气压愈高蒸发速度减小，反之，则蒸发速度加快。4、风速：风速愈大，蒸发愈强。5、水质：水中的盐分子会增加水中的吸力，减少蒸发量。,（五）土壤蒸发（soil evaporation）1、概念土壤中的水分沿土壤孔隙通过上升和汽化从土壤表面以水汽形式逸入到大气的过程称土壤蒸发。土壤蒸发影响土壤含水量的变化，是水文循环的一个重要环节。在一定时段内土壤中的水分沿土壤孔隙以水汽形式逸入大气的水量称土壤蒸发量。,3.1 蒸发与凝结,（五）土壤蒸发2、土壤蒸发的条件（1）有足够的热量到达地面满足水的汽化热；（2）水汽从地面移走；（3）土壤水能持

44、续传导至地面。前两个条件受气象因素制约，第三个条件则决定于土壤的导水性质，与土壤本身的结构和理化性质、土壤表面状况、土壤含水量与地势有关。,3.1 蒸发与凝结,（五）土壤蒸发3、土壤蒸发的三个阶段（1）大气蒸发力控制阶段（毛细管运行阶段）；此阶段土壤湿润，蒸发在土表进行，此时土壤蒸发速率近似于水面蒸发速率，蒸发强度取决于土温、饱和差、风等因子。（2）土壤导水率控制阶段（薄膜运行阶段）；土壤蒸发速率主要取决于土壤含水量。（3）土壤扩散控制阶段（扩散运行阶段）蒸发仅发生于土壤深层，再通过扩散进入大气,3.1 蒸发与凝结,（五）土壤蒸发4、土壤蒸发的影响因子除影响水面蒸发的相同因素外，还有以下因子：

45、（1）土壤结构：在条件相同的情况，紧密土壤的蒸发速度大于疏松土壤，团粒结构的土壤蒸发量小于非团粒结构；（2）地下水位：埋深小，则蒸发均匀,3.1 蒸发与凝结,（3）土壤表面特征：如粗糙地面的蒸发量比平滑地面的大（4）土壤色泽：土壤颜色愈深，蒸发量愈大。（5）地形和方位：高地蒸发量比盆地的大；地表坡向不同，影响吸收辐射，蒸发量也有所不同。,（五）土壤蒸发5、测定方法（1）实测法(器测法)，常用土壤蒸发器根据水量平衡原理确定土壤蒸发。这种方法适用于点上,而在大面积上因植被和土壤类型复杂,难于分清土壤蒸发与植物散发，所以器测法极少应用。（2）数学模型法，模型可由热量平衡原理建立。平衡方程由净辐射通量

46、、土壤吸收热通量、感热通量和蒸发热通量组成。通过计算可得土壤蒸发率。,3.1 蒸发与凝结,二、凝结与凝华（一）凝结的条件水由汽态变为液态的过程叫凝结，由汽态直接变为固态的过程叫凝华。,3.1 蒸发与凝结,要满足这个条件必须增加空气中的水汽含量，使水汽压增大，或降低温度使饱和水汽压减小。,2凝结核,1.空气中的水汽达到饱和或过饱和,在纯净的空气中，温度虽然降低到露点以下，相对湿度超过了100仍不能发生凝结。,二、凝结与凝华（二）凝结现象,3.1 蒸发与凝结,当地面物体的露点温度高于0，水蒸汽凝结为水滴附着在地面物体上形成露；当露点低于O时，则水蒸气直接凝华在地面物体上形成霜。,1、地面上的水汽凝

47、结现象露和霜,一、降水的形成与过程,3.2降水类型、特征及其表示方法,（一）降水的定义大气中的水汽以液态或固态的形式到达地面的过程，称为降水。其主要形式有降雨和降雪，以及雹、露、霜等。,降水是水循环的主要环节之一，是地球上各种水体的直接或间接补给来源。,（二）降水形成的条件,1、水汽的凝结,水汽凝结成云,3.2降水类型、特征及其表示方法,在一定温度条件下，大气中水汽含量有一最大值，空气中最大的水汽含量称为饱和湿度。,大小水滴在下降过程中的冲并,2、云滴不断增大，空气阻力和上升气流顶托不住云滴而降落到地面。,3.2降水类型、特征及其表示方法,降水的动态过程：水汽蒸发、蒸腾大气中的水汽上升冷却凝结

48、成云滴小云滴碰撞增大降落到地面。,3.2降水类型、特征及其表示方法,二、降水的类型,（一）按降水性质分连续性降水、阵性性降水、毛毛状降水,（二）按降水强度分,3.2降水类型、特征及其表示方法,（四）按降水成因分：气旋雨、对流雨、地形雨、台风雨,1、气旋雨：随着气旋或低压过境而产生的降雨低为气旋雨。气旋雨分为非锋面雨和锋面雨两种，非锋面雨是由于低气压中心气流辐合上升形成的降水。锋面雨是暖气团上行于冷气团上而产生的，锋面雨有冷锋雨和暖锋雨两种。,（三）按降水形态分 雨、雪、霰、雹.,冷锋雨的降雨强度大，历时较短，降雨笼罩面积较小。冷锋雨在锋面的后面。暖锋雨出现在地面锋线的前面，降水强度小，历时长，

49、降雨笼罩面积大。我国大部分地区锋面雨占全年降水的60以上，华中和华北超过80%，即使西北内陆也达70%。是降水的主要形式之一。,3.2降水类型、特征及其表示方法,2、对流雨：由于冷暖空气上下对流形成的降雨。特点是降雨强度大、历时短、降水笼罩面积小，常伴有雷电，,3、地形雨暖湿空气在前进途中，遇到地形的阻碍在迎风坡被迫抬升、绝热冷却、形成降水。山的迎风坡常成为多雨的中心，山的背风坡因水汽已在迎风坡凝结降落，而且下沉增温，变得十分干燥。,3.2降水类型、特征及其表示方法,4、台风雨台风雨是热带海洋上的风暴带到大陆来的雨。台风雨的特点是强度大、雨量大，很容易造成大的洪水灾害。,3.2降水类型、特征及

50、其表示方法,表1降水的四种类型,三、降水的基本要素和表示方法（一）降水的基本要素指标,3.2降水类型、特征及其表示方法,1、降水量：是指从空中降下来的液态水，或融化后的固态水，在水平面上未经蒸发、渗透、流失所聚积的水层深度，亦即在一定时间内降落在某一面积上的水量，一般用mm表示。2、降水历时和降水时间：降水历时是指从降水开始到降水结束所经历的时间。降水时间是对应于某一降水量的时间长短。,三、降水的基本要素和表示方法（一）降水的基本要素指标,3.2降水类型、特征及其表示方法,3、降水强度是指单位时间内的降水量，单位为mm/min，mm/h或mm/d。4、降水面积：是指某次降水所笼罩的水平面积。5