水土保持林學(xué)課件

第一章

水文效應(yīng)第一節(jié)對(duì)降雨的再分配第二節(jié)土壤水文性質(zhì)改良作用第三節(jié)消減洪峰涵養(yǎng)水源我國(guó)水資源狀況水資源總量：2.8萬(wàn)億m3，居世界第六位人均占有量2300m3，是世界人均水平的1/4，列153個(gè)國(guó)家的121位世界上13個(gè)貧水國(guó)家之一全國(guó)600多個(gè)城市中，300多個(gè)缺水，嚴(yán)重缺水108個(gè)北京年人均水資源量<400m3，居國(guó)內(nèi)嚴(yán)重缺水城市之首，只有全國(guó)平均水平的1/7，世界平均水平的1/25農(nóng)業(yè)缺水量為農(nóng)業(yè)用水量的30.6%工業(yè)缺水量為工業(yè)用水量的44%地球總水量13.86億km3，

大陸降水總量11.9萬(wàn)km3。

水資源：短缺過(guò)剩，調(diào)節(jié)方法：水庫(kù)、森林、水源涵養(yǎng)、水土保持。水土保持林的水文效應(yīng)：指水土保持林對(duì)一個(gè)流域或區(qū)域的水文要素的影響。水土保持林與水的關(guān)系實(shí)質(zhì)是水土保持林的水量平衡，即水土保持林對(duì)水分循環(huán)各要素的影響。它對(duì)這些要素進(jìn)行改變、調(diào)控，最終改變地下水與地表水的分配比例，從而改變水文過(guò)程，調(diào)節(jié)地表徑流，保持水土。按水文過(guò)程的順序講述降雨水分貯存徑流水分消耗一、對(duì)降雨三次分配二、地面凈雨量第一節(jié)對(duì)降雨的再分配一、對(duì)降雨的三次分配*林冠層截留泛指所有森林植物的地上部分(喬木、下木、灌木和活地被物)枯枝落葉截留(死地被物)枯枝落葉層下的土壤下滲吸收或產(chǎn)生徑流（一）林冠對(duì)降雨的截留作用1.有關(guān)概念(1)林冠截留作用*指降水到達(dá)林冠層時(shí)，有一部分被林冠層枝葉和樹(shù)干所臨時(shí)容納，而后又蒸發(fā)返回大氣中去的作用1.有關(guān)概念(2)林冠截留量在降雨過(guò)程的某一時(shí)段內(nèi)，從林冠表面通過(guò)蒸發(fā)返回大氣中的降水量和降水終止時(shí)林冠層還保留的降水量。(3)截留率該時(shí)段內(nèi)林冠截留量與林外降水量之比。(4)干流量大氣降水過(guò)程中，有一部分雨量從林冠枝葉體轉(zhuǎn)到樹(shù)干流入地表形成樹(shù)干徑流，稱(chēng)為干流量。1.有關(guān)概念(5)林內(nèi)降雨量林外降雨量去除林冠截留量和干流量后的雨量。由林冠間隙直接降落到地面的林冠通過(guò)雨量和從林冠枝葉體表面降落至地面的林冠滴下雨兩部分雨量組成。林冠通過(guò)雨量林冠滴下雨（1）林冠特性林冠結(jié)構(gòu)：重疊多、孔隙少，截留量多枝葉量：多>少濕潤(rùn)程度：干>濕樹(shù)種：針葉>灌木>軟闊>硬闊林冠貯水量C：一次降雨中林冠所能容納的最大降水量。2.影響林冠截留量的因素C=(1-α)P-T-SIC=P-T-SC=IC-αPIC=C+αP林冠貯水容量的表達(dá)式水量平衡觀測(cè)土內(nèi)徑流測(cè)量土壤水分觀測(cè)土壤入滲試驗(yàn)

樹(shù)種

項(xiàng)目針葉闊葉灌木油松軟闊葉硬闊葉沙柳杭子梢茶條槭山楊海棠遼東櫟樹(shù)冠投影面積(m2)29．522．018．93．822．44．04．0郁閉度0．90．80．70．70．90．70．7樹(shù)冠厚（m）10．27．55．21．73．51．41．4樹(shù)冠形狀塔型圓錐型漏斗型圓錐型饅頭狀圓錐狀圓錐狀平均截留率(%)26．616．514．88．222．218．518．3備注中國(guó)科學(xué)院地理研究所水文室，陜西黃龍林區(qū)仙姑河上游寺溝流域，單叢觀測(cè)。樹(shù)種與截留率雨量與截留量：正變關(guān)系、非直線性

IC<C時(shí)成立，否則不成立。（2）雨量、雨的性質(zhì)林內(nèi)雨量觀測(cè)01020304050420降雨量mm截留量mm油松、山楊林冠截留3.林冠截留的作用增加大氣濕度直接消減徑流量改變林下降雨的雨滴動(dòng)能相對(duì)延長(zhǎng)降雨歷時(shí)林內(nèi)觀測(cè)（二）枯落物對(duì)降雨的截留作用1.枯枝落葉層*由林木及林下植被凋落下來(lái)的莖、葉、枝條、花、果實(shí)、樹(shù)皮和枯死的植物殘?bào)w所形成的一層地面覆蓋層。（地表特有的一個(gè)層次）枯枝落葉層的兩種分層方法

未分解層半分解層完全分解層

A00層：殘?bào)w組織結(jié)構(gòu)肉眼可辨

A0層：不可辨①截留、吸收部分降雨；②徹底消滅降雨動(dòng)能；③形成地表保護(hù)層，維持土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；④增加土壤有機(jī)質(zhì)，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力；⑤增加地表粗糙度，分散、滯緩、吸收過(guò)慮地表徑流；⑥攔截過(guò)濾固體徑流，沉積沙粒；⑦防止土壤蒸發(fā)，穩(wěn)定土壤濕度和溫度，利于樹(shù)木生長(zhǎng)⑧提高土壤入滲能力，增加土壤入滲量，減少地表徑流⑨提高土壤的抗蝕能力。2.枯枝落葉的水土保持作用*①枯落物的水容量*單位干重枯落物所能吸收的水分的數(shù)量，一般用它干重吸水的百分?jǐn)?shù)或相當(dāng)?shù)慕涤旰撩讛?shù)表示。

LC(%)=SL/WL×100%LC(mm)=SL/(ρ·AL)×10Lc－水容量；SL－截留降雨量(g)；WL－枯落物干重(g)；ρ－水的密度(g/cm3)；AL－樣本面積(cm2)。3.影響枯落物截留量的因素則干重為WL的枯落物截留量If:

If=WL×LC

影響水容量的因子：

枯落物的組成：葉90％以上

分解程度

②枯落物的數(shù)量枯落物的數(shù)量決定于輸入量和分解速度輸入量闊＞針，密度大＞小，年齡大＞小，旺盛＞衰弱分解速度：微生物完成闊＞針，高溫＞低溫，濕潤(rùn)＞干燥數(shù)量與厚度的關(guān)系1cm以上有作用③枯枝落葉的干燥程度干燥＞濕潤(rùn)暴雨時(shí)明顯，連續(xù)降雨不明顯?？葜β淙~的水容量森林類(lèi)型枯落物年產(chǎn)量(kg/hm2)枯枝落葉層特征組成各組成物重量(kg/hm2)自然含水率(%)最大持水率(%)有效蓄水率(%)一次降水正常有效儲(chǔ)水深度(mm)厚度(cm)重量(kg/hm2)松林20303．52782枝葉半腐物1621025160064119552．3251027711818264櫟林26804．02865枝葉半腐物36592015804272302．7482982509710646二、地面凈雨量的測(cè)定與計(jì)算地面凈雨量：經(jīng)過(guò)林冠層、枯枝落葉層的兩次分配作用后，到達(dá)林地地面的實(shí)際有效降雨量。

Pe＝T＋S－IfPe＝P－Ic－IfPe凈雨量；T林內(nèi)降雨；S干流量；If枯落物截留量；Ic林冠截留量1.林冠層截留量Ic測(cè)定實(shí)測(cè)法Ic＝P－T－S模型法①統(tǒng)計(jì)：

IC=aP+b

IC=alnR0+blnt+C(Jackson,1975)R0平均雨強(qiáng)，t歷時(shí)

②經(jīng)驗(yàn)：

IC=C[1-e(-P/λ)](崔起武，1982)λ＝C/φ(m.△t)IC=C[1-e(-P/C)]+E0t(Merrian,1960)E0:葉面蒸發(fā)強(qiáng)度參數(shù)值表

參數(shù)橡樹(shù)松樹(shù)杉幼樹(shù)蘋(píng)果刺槐油松白楊C2017201523212016φ(m.△t)0.200.170.200.180.210.200.200.182.枯枝落葉層截留量If測(cè)定長(zhǎng)期無(wú)雨

If＝Sl＝Lc·WL前期有雨

If=(Lc-Ls).WL

Ls為前期枯落物含水量考慮蒸發(fā)

If=(Lc-Ls).[1-e(-(T+S)/(Lc-Ls))]+EiT三、小結(jié)

①林冠、枯枝落葉截留的作用，干旱與多雨地區(qū)的差別②截留對(duì)消減洪水的作用是有限的③水土保持林配置對(duì)截留的要求④枯枝落葉的效益中心作用、分解速度的控制⑤針葉、硬闊葉的特點(diǎn)超聲波測(cè)雪第二節(jié)土壤水文性質(zhì)改良作用

一、土壤水分常數(shù)與運(yùn)動(dòng)水勢(shì)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，從水池中把極少量的純水從基準(zhǔn)面上等溫的、可逆的移動(dòng)到土壤中某一吸水點(diǎn)，使之成為土壤水所必需做的功。1．基本參數(shù)總水勢(shì)：ψt=ψm+ψg+ψp+ψsSPAC：ψsp=ψm+ψs

ψm基模勢(shì)；ψg重力勢(shì)；ψp壓力勢(shì)；ψs溶質(zhì)勢(shì)水力勢(shì)：ψh=ψm+ψg+ψp

非飽和流：ψu(yù)f=ψm+ψg

飽和流：ψsf=ψg+ψp

土壤水吸力：S=-(ψm+ψs)PF=lg(S)

水分常數(shù)：

田間持水量：

PF=2－2.521/10－1/3個(gè)大氣壓

100－333cm水柱高

凋萎濕度（系數(shù)）：

PF=4.1815個(gè)大氣壓

15000cm水柱高有效土壤含水量:

PF=2－4.18入滲率：地表與處在大氣壓之下的水體保持接觸時(shí)，通過(guò)地表進(jìn)入土壤的水分通量。導(dǎo)水率：土壤剖面內(nèi)部水分的傳導(dǎo)速率。水容比：?jiǎn)挝晃λ鼙３值乃至俊?．入滲過(guò)程*：

滲吸階段（通量控制階段）

ψmψg表層K(θ)=Ks滲漏階段（剖面控制階段）

t≥tp,ψm0,ψg∞；

ψm=0，ψg為主穩(wěn)滲階段

ψg，Ksff00tpt供水強(qiáng)度穩(wěn)滲率積水定強(qiáng)供水入滲t0入滲模型：

Phlip:I(t)=St1/2+Ati(t)=S-1/2+AGreen-Ampt:i=ic+b/IKostiakove:i=Bt-n霍頓：if、i0、k分別為穩(wěn)滲率、初滲率和土壤特性參數(shù)。二、林地入滲特征

1．影響因子土壤含水量：土壤物理性質(zhì)：孔隙度、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、間層、結(jié)皮

2．入滲特征*一般規(guī)律：林地>非林地初始入滲率和穩(wěn)滲率都升高，曲線上移；入滲率隨時(shí)間增加而平緩降低，曲線呈圓滑形；土壤的積水前時(shí)間tP明顯延長(zhǎng)；單位時(shí)間內(nèi)的入滲量提高，對(duì)暴雨、大強(qiáng)度降雨的作用明顯。入滲率與土壤結(jié)構(gòu)和植被的關(guān)系

土壤結(jié)構(gòu)入滲能力（mm/h）裸土植被覆蓋的土壤粘土0～55～10粘壤土5～1010～20壤土10～1520～30沙壤土15～2020～40沙土20～2540～50不同林地土壤水文性質(zhì)平均值處理容重(g/cm3)前期含水量(cm3/cm3)吸力(10-4m/s)有效飽和導(dǎo)水率(m/s)集水前時(shí)間(s)未擾動(dòng)1．0929．151．1645．145×10－534．3集材道1．1628．000．9490．545×10－519．1碾壓1．3932．210．5280．070×10－55．8北海道各地不同地被的終期入滲率（mm/h）

地被類(lèi)別

林地草地耕地放牧地裸露地終期下滲率

414128563714黃土地區(qū)（吉縣）不同地類(lèi)和地形條件下30分鐘土壤累積入滲量（mm）

地類(lèi)部位灌木林油松林刺槐林荒草地農(nóng)耕地陰坡708．3166．5152．877．294．1陽(yáng)坡179．261．578．494．828．4坡底131．885．282．259．964．5坡頂205．4136．895．062．675．3平均306．2112．5102．173．665．6I=5.7360t1/2+0.7340t刺槐林地（8年生）I=4.1813t1/2+0.2015t荒草地I=3.1008t1/2+0.1220t農(nóng)耕地（甘肅徑川）三、土壤水分貯存與評(píng)價(jià)

1．概念重力持水量、吸收持水量降雨的水分吸收、多余水分排出暴雨吸收、林木生長(zhǎng)土壤含水量：W=

吸收貯水量指標(biāo)：水容比C(θ)，田間持水量，毛管孔隙度重力持水量指標(biāo)：非毛管孔隙度2．評(píng)價(jià)方法

土壤重力持水量：

Wg=10000×Hd×SfWg=10000Hd×（W0-Wf）×rdWg－土壤重力持水量，t/hm2HD－土層厚度，mSf－土壤粗孔隙度，％

W0－土壤飽和含水量，％

Wf－土壤田間持水量，％

rd－土壤容重，g/cm3土壤實(shí)際蓄水量：

Wm=(Wa－Wb)×Hm×rD×1000Wm－降雨后土壤實(shí)際蓄水量，t/hm2Wa－降雨后土壤含水量，％Wb－降雨前土壤含水量，％Hm－土壤濕潤(rùn)深度，mrD－土壤容重，g/cm3土壤吸收貯水量：

Ws=10000×Hz×rD×(Wf－Wo)Ws－土壤吸收貯水量，t/hm2Hz－有效土層厚度，mrD－土壤容重，g/cm3Wf－土壤最大持水量，%Wo－土壤最小持水量，%四、土內(nèi)徑流

1．形式

基質(zhì)流：結(jié)構(gòu)孔隙中所流水流，層流管流：大孔隙中的水流，紊流亞表層降雨徑流：近地表層快速?gòu)搅魍寥琅倜媸疽鈭D腐殖質(zhì)層：腐敗物質(zhì)的沉淀層表土層：含有豐富的有機(jī)物有機(jī)質(zhì)層底土層：有機(jī)物含量較少，礦物質(zhì)含量很高淀積層母質(zhì)層：不含任何有機(jī)物質(zhì)基巖：土壤中礦物質(zhì)的來(lái)源母巖層土壤剖面結(jié)構(gòu)：（A00,A0）

（A）

（B）（C）（D）2．分布

枯枝落葉層（A00,A0）有機(jī)質(zhì)層（A）淀積層（B）母質(zhì)層（C）母巖層（D）3．發(fā)生條件

雨強(qiáng)，入滲率，導(dǎo)水率土壤剖面的垂直梯度變化土壤間層土層深1.地表徑流2.層流6.層流7.基流4.土壤基質(zhì)吸收5.從土壤基質(zhì)進(jìn)入基流3.從6進(jìn)入基流不透水層有機(jī)質(zhì)層土內(nèi)徑流示意圖4．特征

①影響因子質(zhì)地：粗，垂直流占優(yōu)勢(shì)；細(xì)，流路優(yōu)先結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定性，裂隙產(chǎn)生孔隙度：高，發(fā)生深；低，發(fā)生淺②特征垂直梯度緩和，入滲能力提高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，根系穿透間層

深度增加，反應(yīng)時(shí)間延遲，淺層發(fā)生機(jī)會(huì)減少一、消減洪峰的作用二、水源涵養(yǎng)作用三、計(jì)量方法第三節(jié)消減洪峰涵養(yǎng)水源

產(chǎn)流過(guò)程：降雨初損，坡面漫流，流域匯流產(chǎn)流機(jī)理：蓄滿(mǎn)產(chǎn)流，超滲產(chǎn)流一、對(duì)徑流的影響

蓄滿(mǎn)產(chǎn)流*包氣帶未達(dá)到蓄水容量以前不產(chǎn)流，達(dá)到蓄水容量以后全部產(chǎn)流，受控條件為包氣帶的水分虧缺量。超滲產(chǎn)流*指降雨強(qiáng)度超過(guò)土壤入滲能力時(shí)就產(chǎn)流，否則不產(chǎn)流，受控條件為降雨強(qiáng)度和入滲能力的大小。1．影響坡面漫流的因素

流量：Q=A·VPRdhIθ坡面徑流示意圖容重水力半徑水力坡度水流切應(yīng)力濕周能量差長(zhǎng)度過(guò)水?dāng)嗝娣e均勻流沿程水頭損失與切應(yīng)力的關(guān)系V－坡面徑流的流速q－坡面的單寬流量h－坡面末端的徑流深θ－坡度坡面漫流的流量、流速：V－流速（cm/s)Q－單寬流量(l/m.mim)草地：裸地：草、裸地流速經(jīng)驗(yàn)公式：水土保持林的作用：h:林冠、枯枝落葉截留入滲量增加整地洼蓄對(duì)雨強(qiáng)、歷時(shí)的影響θ:整地

n:枯枝落葉、整地、林木及林下植被2.研究成果方法：皆伐、造林、現(xiàn)有植被皆伐地表徑流量增加：1.5－2.0倍洪峰流量增加：1.1－2.0倍麗林紅松林：徑流系數(shù)2.3%

跡地：徑流系數(shù)12.4%

春季融雪徑流：紅松林<1％跡地23.9％皆伐后直接流量和洪峰流量的增加率

試驗(yàn)地點(diǎn)一次雨量級(jí)直接徑流量平均增加率(％)最大洪峰流量平均增加率(%)最大釜淵二號(hào)集水區(qū)20～30436611860430～4025466120540～5020366228350～6023525011960～801841365280～10024332441100～120833968120～16018233838160～28393184龍之口北谷20～30793894310330～40653493311140～50441065911450～603611111013160～8029767512980～100596746110100～120517064124120～1404577113153140～16053796982更新造林直接徑流量與洪峰流量都減小美國(guó)松樹(shù)河流域：

P=150mm:幼苗郁閉，20年徑流量是無(wú)林流域的11－48％（直接徑流量）

10－30％（洪峰流量）日本多摩川：

P=31－32mm:

荒地：直接徑流量4.3mm，洪峰流量1.4m3/s

幼林：直接徑流量0.79mm，洪峰流量3.3m3/s

成林：直接徑流量0.048mm，洪峰流量0.51m3/s

現(xiàn)有植被流域?qū)Ρ确?，森林有巨大的調(diào)蓄作用東北三省：匯流歷時(shí)延長(zhǎng)1.62－5.0倍梨樹(shù)徑流站匯流歷時(shí)平均延長(zhǎng)7.65倍，最高13.3倍有林流域洪峰流量4.92m3/s，匯流歷時(shí)30.4h

無(wú)林流域洪峰流量37.66m3/s，匯流歷時(shí)4.0h西峰水保站：森林平均攔蓄暴雨徑流70％以上，最高90％以上消減洪峰流量60％以上各測(cè)站相似雨情洪峰過(guò)程線特征比較

雨洪日期測(cè)站雨情洪峰最大流量模數(shù)kg/s.km2洪峰過(guò)程的峰度系數(shù)Ce相對(duì)歷時(shí)％雨量cm歷時(shí)min強(qiáng)度mm/h歷時(shí)min徑流深mm9月22～30王家河119.60131.200．73140.77724．850．90187黨家川106.8114.050．91681.605167．5010．501007月26～28王家河55.036.101．51140.23402．751．75119黨家川56.918.561．5960.321011．9613．0010010月6～13王家河28.776.40．41560.19984．850．62130黨家川28.650.240．61200.24556．8613．80100前期雨量影響土壤干燥，小雨或中雨，有林與無(wú)林流域徑流都比較小土壤干燥，大雨，森林削洪作用明顯連續(xù)小雨，中雨，森林削洪作用明顯連續(xù)降雨，大雨，森林有一定的削洪作用二、水源涵養(yǎng)作用定義*：指暫時(shí)貯存的水分的一部分以土內(nèi)徑流形式或以地下水的方式補(bǔ)充給河川，從而起到調(diào)節(jié)河流流態(tài)的作用，特別是調(diào)節(jié)季節(jié)性河川水文狀況的作用。1.影響因子大氣、流域參數(shù)、植被條件流域總水量：在某一時(shí)段流域出口總的徑流量Q－流量P－雨量B－輻射平衡L－汽化潛熱2.基本觀點(diǎn)森林可以起到涵養(yǎng)水源，改善河流水文狀況的作用在一些地區(qū)恢復(fù)植被可以增加流域的出水量在另外一些地區(qū)恢復(fù)植被降低流域的總水量一般來(lái)說(shuō)，恢復(fù)植被都可以增加地下徑流量總水量的一些研究結(jié)果俄羅斯：方法：相關(guān)分析，55－100個(gè)流域結(jié)果：森林覆被率增加或減少1％，河川流量增加或減少1mm

沼澤度增加或減少1％，河川流量減少或增加0.4－0.5mm

春汛隨流域覆被率增加而減小美國(guó)：方法：流域?qū)Ρ冉Y(jié)果：森林采伐后總徑流量可以增加20－40％同時(shí)采伐后地表徑流量增加水量增加的時(shí)間主要在7－12月

多林區(qū)與少林區(qū)河流洪、枯流量與含沙量對(duì)比

河流名稱(chēng)最大流量與最小流量比平均含沙量(kg/m3)多林區(qū)的河流亞馬孫河3.00.06剛果河3.50.05多瑙河10.00.14松花江3.60.16伊洛瓦底江4.90.62怒江18.00.39少林區(qū)的河流尼羅河49.01.25印度河637.02.08密蘇里河210.02.97科羅拉多河

16.60遼河9000.06.86永定河40000.060.80黃河5600.037.00三、計(jì)量方法攔洪作用總徑流地下徑流1.攔洪量的計(jì)量方法引入削洪系數(shù)森林覆被率作為一個(gè)因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析使用對(duì)比分析利用產(chǎn)流理論計(jì)算最大蓄水量削洪系數(shù)計(jì)算覆被率因子計(jì)算

日本，27個(gè)流域，面積64～3370km2M—?dú)v年最大的洪水比流量，m3/(s.100km2)fr—流域森林覆被率，%A–流域面積，km2B—流域平均寬度，km或?qū)Ρ确治龇╓蘭＝I林－I非W蘭－林地的攔洪效益I林－林地的滲蓄雨量與地上植物截留之和I非－非林地的滲蓄雨量與地上植物截留之和θ產(chǎn)流理論計(jì)算法I=0.1×rd×h×(θ0－θi)I－一次降雨的土壤蓄水量rd－土壤的容重（g/cm3）h－下滲的鋒面深（cm）θ0－下滲鋒面內(nèi)土壤的最大含水量（％）θi－下滲鋒面內(nèi)土壤的初始含水量（％）產(chǎn)流響應(yīng)層深度及相應(yīng)土壤蓄水量

地類(lèi)產(chǎn)流相應(yīng)層最小深（cm）相應(yīng)土層的平均容重(g/cm3)前期土層平均含水率（％）土壤蓄水量(mm)道路51.41611耕地151.32650草地301.2531120林地501.1027250不同雨量林地?cái)r洪量(mm)

黃土地區(qū)土石山區(qū)雨量林地?cái)r洪量雨量林地?cái)r洪量10017500～122006810016～2030016415024～282.總徑流量的計(jì)量方法標(biāo)準(zhǔn)流域法對(duì)比流域法標(biāo)準(zhǔn)流域法*在一個(gè)流域內(nèi)進(jìn)行造林或采伐，研究其處理方法對(duì)徑流變化的影響作用方法1.標(biāo)定流域出水量Q與降雨量P的關(guān)系

Q=aP+b2.對(duì)流域進(jìn)行處理

3.觀測(cè)處理后的流量，計(jì)算總流量的變化量ΔQ

ΔQ=Qi－Q=Qi－(aPi+b)對(duì)比流域法*選擇兩個(gè)基本未受干擾、流域參數(shù)、植被、氣候條件基本一致的流域，一個(gè)作為對(duì)照，對(duì)另一個(gè)進(jìn)行處理，研究處理措施對(duì)徑流的影響方法：1.對(duì)試驗(yàn)流域Qt和對(duì)照流域Qc的流量進(jìn)行標(biāo)定

Qt=aQc+b2.對(duì)照流域保持原狀，對(duì)試驗(yàn)流域進(jìn)行處理

3.同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)流域的流量，分析處理措施對(duì)試驗(yàn)流域的流量的變化量ΔQ

ΔQ=Qi－Qt=Qi－(aQc+b)3.地下徑流量的計(jì)量方法覆被率常數(shù)法水量平衡法入滲系數(shù)法森林覆被率常數(shù)法Qg=afr+bQg－地下徑流量fr－森林覆被率a、b－參數(shù)例如：俄羅斯伏爾加河上游地區(qū)

Qg=20+0.35fr水量平衡法ΔQ＝ΔP－ΔQd－ΔEΔQ－地下徑流的連年變化值ΔP－降雨的連年變化值ΔQd－地表徑流的連年變化值ΔE－蒸散量變化值入滲系數(shù)法αP=P－Rd－ET令H=P－Rd則α＝（H－ET）/PH=αP+ET

α<1HP測(cè)流堰地下水測(cè)量干流觀測(cè)水

質(zhì)

采

樣光合測(cè)定蒸騰測(cè)定黃土高原：溝壑密度4－6/km2

≥1000t/km2.a輕度侵蝕≥10000t/km2.a極強(qiáng)烈侵蝕輕度侵蝕最高66400t/km2.a42mm/a南方：≥1000t/km2.a強(qiáng)烈侵蝕水土流失強(qiáng)度與特點(diǎn)水土保持林－控制土壤侵蝕的重要生物措施龐大的根系固持、網(wǎng)絡(luò)、改良土壤；枯枝落葉層消滅降雨動(dòng)能，攔截、過(guò)濾、分散徑流；樹(shù)干對(duì)土體的支撐；林冠及地被物對(duì)降雨的攔截；土壤較高的滲蓄能力；生物小循環(huán)對(duì)土壤理化性質(zhì)的改良。生物措施的特點(diǎn)從根本上改善生態(tài)環(huán)境條件；控制侵蝕的效益隨林齡的增加而增加；具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)能力；費(fèi)用相對(duì)比較低；只有坡面得到防護(hù)，工程措施的效益才會(huì)發(fā)揮出來(lái)。工程生物第一節(jié)對(duì)水蝕因素的控制作用一、水蝕因素二、對(duì)降雨動(dòng)能的影響三、對(duì)徑流侵蝕的影響四、對(duì)土壤抗蝕性的影響五、控制侵蝕的效果泥石流立式攔沙壩臥式攔沙壩根系剪切試驗(yàn)土壤剪切試驗(yàn)坡面防護(hù)措施試驗(yàn)水蝕的定義*是由于雨水降落在地面并以徑流形式離開(kāi)地面時(shí)，經(jīng)過(guò)水的分散和搬運(yùn)而造成的一種土壤侵蝕。與風(fēng)蝕、重力侵蝕并稱(chēng)為土壤侵蝕。引起土壤水蝕的基本動(dòng)力降雨雨滴打擊地表土壤顆粒促使其結(jié)構(gòu)分散的雨滴動(dòng)能；剝蝕地表土壤顆粒同時(shí)搬動(dòng)已分散的土粒到沉積區(qū)的地表徑流的切應(yīng)力和搬運(yùn)力。一、水蝕因素降雨：降雨動(dòng)能、徑流動(dòng)能；土壤：土壤抗蝕力（分散與懸浮能力）；地貌：坡度、坡長(zhǎng)、凸、凹；地質(zhì)：風(fēng)化能力；植被：類(lèi)型、覆蓋度、發(fā)育狀況。二、對(duì)降雨動(dòng)能的影響1.雨強(qiáng)變化

（Ic<C）P<C林內(nèi)I內(nèi)

<林外I外（Ic=C〕P>C林內(nèi)I內(nèi)

=林外I外

林內(nèi)I分布不均，林外分布均勻西弗吉尼亞空曠地和硬闊葉混交林內(nèi)外

降雨強(qiáng)度、降雨量

mm/h，mm環(huán)境5min雨強(qiáng)15min雨強(qiáng)降雨量夏季冬季夏季冬季夏季冬季空曠地30．016．318．39．412．214．5林內(nèi)25．413．214．57．99．111．42.雨滴大小組成變化雨滴中徑D50：*在一次降雨中以該直徑為界，大于這一直徑的雨滴的總體積，等于小于這一直徑的雨滴的總體積。雨滴分布表達(dá)式：

d－雨滴直徑a、n－參數(shù)，雨強(qiáng)的函數(shù)林內(nèi)與林外雨滴組成的差異林外D50與I關(guān)系密切，成正變關(guān)系；黃土高原a=3.58I

0.25n=2.44I-0.06；D50受雨型影響大。林內(nèi)D50與林內(nèi)降雨I關(guān)系不密切；黃土高原a=2.51,n=2.61雨滴直徑分布范圍比林外大；林內(nèi)D503.5mm,林外D500.74－2.11mm；極大、極小的雨滴。不同作物植冠下的雨滴中徑與截留面積之間的相關(guān)關(guān)系

mm

測(cè)量項(xiàng)目湯菜甜菜土豆裸地范圍相關(guān)系數(shù)范圍相關(guān)系數(shù)范圍相關(guān)系數(shù)D50(P)1.2~2.7+0.4441.7~3.0+0.7511.4~1.9+0.9842.1D50(M)1.8~2.8+0.1551.6~3.3+0.5991.5~2.4+0.966D50(LD)4.5~6.3+0.7324.0~4.2+0.5624.7~5.9+0.107注：P－植冠下，M－植冠間隙，LD－葉片滴下雨滴的位置

華山松林內(nèi)外的雨滴體積累計(jì)曲線3.動(dòng)能

E=1/2mv2m體積直徑d,m=f(d),m=π/6.d3.ρV降落高度h,v=f(h),v=gt

E=f(d,h)

終點(diǎn)速度Vk

雨滴在降落過(guò)程中，重力和空氣阻力達(dá)到平衡時(shí)雨滴所具有的最大速度。林冠高度＞8～9米時(shí)，可達(dá)到Vk；林冠高度＜8～9米時(shí)，達(dá)不到Vk。林內(nèi)外降雨動(dòng)能差別林內(nèi)單位毫米降雨的雨滴動(dòng)能與雨強(qiáng)關(guān)系不密切；赤松林1－200mm/hr,26.8J/m2.mm。雨滴組成、分布、林冠高度、終點(diǎn)速度一定。林外單位毫米降雨的雨滴動(dòng)能與雨強(qiáng)關(guān)系密切。E=A+blnI不同植物冠下降雨動(dòng)能與截留面積的關(guān)系

J/(m2.mm)

測(cè)量項(xiàng)目湯菜甜菜土豆裸地范圍相關(guān)系數(shù)范圍相關(guān)系數(shù)范圍相關(guān)系數(shù)Ke(P)5.6~9.6+0.1948.1~10.5+0.6276.7~8.1+0.93011.0Ke(M)7.7~10.2+0.7906.9~9.8+0.6217.2~9.6+0.506Ke(LD)1.3~6.2+0.9950.6~4.8+0.9550.4~3.4+0.874注：P－植冠下，M－植冠間隙，LD－葉片滴下雨滴的位置小結(jié)林冠是否可以起到消能的作用，決定于林冠的特性與高度；在林冠截留未飽和時(shí)可以起到一定的消能作用；一般在高強(qiáng)度降雨時(shí)可以起到消能作用，在低強(qiáng)度降雨時(shí)作用有限；當(dāng)林冠高度達(dá)到8－9m以上時(shí)，VVk；水土保持林配置：復(fù)層結(jié)構(gòu)，垂直郁閉度、降低林分高度，保護(hù)枯枝落葉層。三、對(duì)徑流侵蝕的影響水流的作用：推離、懸移、摩擦侵蝕過(guò)程：擊濺、分散、遷移侵蝕發(fā)展：濺蝕、面蝕、細(xì)溝、溝蝕徑流的侵蝕力：搬運(yùn)泥沙能力對(duì)底層土壤的切應(yīng)力上一頁(yè)回目錄頁(yè)不同林分徑流量與流速的比較

項(xiàng)目裸地草地油松刺槐沙棘虎榛子油松×刺槐流量(%)10055．2335．0015．0012．1311．9312．42流速(%)10060．2336．2213．2211．416．1810．06集中徑流對(duì)不同物質(zhì)的極限切應(yīng)力

物質(zhì)粒徑大小切應(yīng)力(N/m2)細(xì)粒石英砂0.4~1.02.45~2.94粗粒石英砂可達(dá)到23.96壤土－9.81~11.77石英砂礫5~1512.66短期種植的草皮－19.61~29.42柳樹(shù)覆蓋－39.23粗粒砂巖40~5047.07石灰層(厚1~2cm,長(zhǎng)4~6cm)－54.92鋪石路－≥98.07植被的影響對(duì)徑流流速的影響：地表粗糙度、單寬流量對(duì)徑流流量的影響：截留、入滲對(duì)地表結(jié)皮的影響：枯枝落葉四、對(duì)土壤抗蝕性的影響土壤的抗蝕性指標(biāo)侵蝕率:土壤可蝕性：土壤侵蝕系數(shù)：DR－土壤分散率ME－水分當(dāng)量Col－土壤膠體含量‘d’－大于0.05mm顆粒與其在Nacl中分散后的部分之比

h’－大于0.25mm團(tuán)粒在100mm/min

的水流中沖1h后的含量Wb－土壤樣本總重量Wa－樣本被侵蝕后的殘留量t－侵蝕發(fā)生的時(shí)間作用影響因子：

土壤性質(zhì)植被狀況水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量、粒徑大??；有機(jī)質(zhì)含量；生物活性及分泌物多少；根毛的數(shù)量；土壤質(zhì)地。刺槐林地土壤風(fēng)干率

地類(lèi)林木年齡草地農(nóng)田4年生7年生13年生16年生白善土風(fēng)干率(%)>0.5mm

34.3339.0334.8745.8253.5710.51>0.25mm41.8741.5743.4151.0556.3619.08刺槐林地土壤風(fēng)干率

地類(lèi)林木年齡草地農(nóng)田4年生7年生13年生16年生山地褐土風(fēng)干率(%)>0.5mm

16．8324．7166．73

83.795.68>0.25mm21.5328.5172.16

83.3617.41不同地類(lèi)的土壤侵蝕率采樣地點(diǎn)土地類(lèi)型侵蝕率(%)采用地點(diǎn)土地類(lèi)型侵蝕率(%)（刺槐林地）耀縣柳林林場(chǎng)7齡林地65．64（刺槐林地）扶風(fēng)野河林場(chǎng)齡林地58．1013齡林地60．85齡林地54．1319齡林地65．83齡林地56．4125齡林地61．80齡林地54．35密草地52．79密草地55．38疏草地70．76疏草地67．88農(nóng)田66．43農(nóng)田66．67甘肅子午嶺不同地類(lèi)土壤抗蝕性地類(lèi)測(cè)定深度(mm)有機(jī)質(zhì)(%)<0.005mm膠體含（％）持水當(dāng)量（％）膠體與持水當(dāng)量之比分散率（％）侵蝕率（％）灌木林0～93．0530．823．31．3235．825．6

9～191．8029．820．91．4331．422．0喬木林4～192．3125．625．11．0237．136．0

19～311．0825．722．51．1443．138．3草地0～132．4725．425．01．0234．533．8

13～261．1624．422．51．0837．234．4農(nóng)耕地0～201．7321．024．50．8645．853．3

20～390．4319．821．40．9656．461．3不同地類(lèi)土壤的抗沖能力

采樣地點(diǎn)地類(lèi)沖刷模數(shù)（g/L）采樣地點(diǎn)地類(lèi)沖刷模數(shù)（g/L）0~10cm20~30cm40~50cm0~10cm20~30cm40~50cm麟游5齡沙棘1．852．135．10安塞13齡檸條11．7244．1752．309齡沙棘0．510．541．9318齡檸條9．0243．2549．5112齡沙棘0．501．581．6022齡檸條4．4938．9857．3012齡沙棘0．582．004．6428齡檸條10．5140．2361．3416齡沙棘2．191．412．82

自然草地0．402．645．47自然草地32．3760．2459．45農(nóng)地17．913．341．10農(nóng)地209.2150．9059．45五、控制土壤侵蝕的效果

結(jié)構(gòu)合理、配置得當(dāng)、保護(hù)良好的林地、基本或完全中止土壤侵蝕過(guò)程。通用流失方程式A=RKLSCPR－降雨因子K－土壤因子L－坡長(zhǎng)因子S－坡度因子C－作物管理因子（植被）P－水土保持措施因子植被的覆被率(%)減少的侵蝕量(%)2092409460988099.9西吉小流域治理坡度減少侵蝕量10％62.5％2％64.3%49％62.6%森林覆被率030%黃土人工林西峰：植被的平均減沙效益為99％。10年生刺槐有林75.1－99.0，陡坡退耕為76.9－99.85%。

延安：人工林減沙83.4－100%。一次洪水?dāng)r泥沙效益日期年月日測(cè)站雨情徑流泥沙攔泥效益％雨量mm歷時(shí)時(shí):分徑流深mm最大徑流模數(shù)L/(s.km2)輸沙模數(shù)t/km2最大含沙量kg/m3平均含沙量kg/m31960.08.20王家河12.715:400.00810.87000100巍家溝12.816:330.02661.240.011.000.511961.09.26~29王家河58.940:150.16472.12000100巍家溝49.639:390.3958345.035.7426.117.011961.10.10~23王家河80.3135:301.51173.600000100巍家溝84.2-1.77128.05030.3250.217.011961.11.17~21王家河30.149:450.9821.400000100巍家溝26.849:400.13182.1600.090.710.701962.09.21~30王家河119.6131:200.77724.850.070.590.0899.5巍家溝110.3100:021.450127.0467.0486.0288.91962.07.26~28王家河56.036:100.2342.75000100巍家溝56.918:560.32111.9613.662.041.71961.09.26~30王家河119.6131:200.77724.850.070.590.0899.98巍家溝106.8114:051.605167.50371.8367.4231.61961.10.06~13王家河28.776:400.19984.85000100巍家溝28.650:240.24556.862.6912.810.84不同類(lèi)型植被下土壤的侵蝕模數(shù)

地點(diǎn)、資料來(lái)源地類(lèi)坡度（％）侵蝕模數(shù)t/km2.a與休閑地比較％倍數(shù)SouthernPiedmontBennett休閑地10148．3100．01．0棉花69．947．12．1輪作32．021．64．6草地0．70．5211．9森林0．0040．000337075第二節(jié)林木根系固持土體的作用一、根系形態(tài)分布二、林木對(duì)坡體的穩(wěn)定的作用三、根系增力的理論分析四、影響林木固土作用的因子分析五、森林防治泥石流和落石的作用一、根系形態(tài)分布1.形態(tài)主根型（深根型）、散生型、水平型（淺根型）如果條件適宜，根系主要表現(xiàn)自己的遺傳特性，如果條件不適宜，則根系產(chǎn)生一定的變異性來(lái)適應(yīng)環(huán)境；根系的適應(yīng)性有一定限度。根系形態(tài)的變異性2.傾斜面上根系的分布傾斜面上根系的分布的特點(diǎn)*根系在土壤中分布的深度與坡度關(guān)系不大；不論坡度怎樣變化，根系總是沿垂直于坡面的方向生長(zhǎng)；根系的數(shù)量以朝向坡下部伸展為多一些；根系對(duì)坡面土壤的固持范圍是以垂直于坡面的而非垂直于地心的。幾種林地及草坡根系調(diào)查統(tǒng)計(jì)

根系地類(lèi)根徑0～1mm根徑1～3mm根徑>3mm總計(jì)備注根長(zhǎng)m干重kg根長(zhǎng)m干重kg根長(zhǎng)m干重kg根長(zhǎng)m干重kg青海云杉249.80.1585.61.3370.22.55405.64.03

祁連山圓柏844.00.34146.40.5471.91.661062.32.54高山灌叢1167.50.32308.70.6157.31.371533.52.30草坡

1518.80.52二、林木對(duì)坡體的穩(wěn)定的作用根系的增強(qiáng)作用－彈性阻力轉(zhuǎn)變?yōu)榭辜袅?；土壤水分的減少作用－蒸騰、截留；支撐作用－樹(shù)干的直接支撐與固定；載荷的作用－林木的重量；根楔的作用－根系深入巖隙。網(wǎng)狀根樁的作用幾種植被型土地利用下滑坡面積百分比

鼠尾草和高山淫羊藿23．91年生草11．9多年生草6．5河岸森林5．3橡樹(shù)沙巴拉群落2．6植物型滑坡面積闊葉沙巴拉群落1．2三、根系增力的理論分析根系受力剪切模型拉力彈性阻力表面摩擦力抗剪力剪切面庫(kù)侖定律：

1.理論模型根剪xZ剪切帶tR

張力tR

張力根系Cosθ.tRSinθ.tRθ垂直根系的阻力轉(zhuǎn)化為抗剪力模型無(wú)林：有林：增強(qiáng)的力：根系的張力TR－單位面積土體中根系的平均張力強(qiáng)度tR－單根系的平均張力強(qiáng)度AR－剪切面土壤中根系的橫斷面積A－剪切面根系分布的面積AR/A－根系所占剪切面的比例ni－第i級(jí)根系的數(shù)量ai－第i級(jí)根系的平均橫斷面積ti－第i級(jí)根系的平均張力強(qiáng)度模型的敏感性分析當(dāng)25°<φ<40°且40°<θ<70°時(shí)，φ、θ對(duì)不敏感，其取值為1.0－1.3,故取平均為有效根系長(zhǎng)度dR－根系的直徑τR’－根系與土壤之間最大切向應(yīng)力或根系與土壤之間的拉出應(yīng)力長(zhǎng)度抗拉力側(cè)向壓縮力充分摩擦2.一般增力模型xZ剪切帶tR

張力tR

張力根系ψK=x/z剪切變形率β模型與最大值的最大值發(fā)生在β＝45°+φ/2例如沙土β＝60°3.林木對(duì)坡體的穩(wěn)定作用分析GsGsGfT0R0TtRt無(wú)林有林無(wú)林：有林：坡體穩(wěn)定性計(jì)算公式四、影響林木固土作用的因子分析1.樹(shù)種的生物學(xué)特性2.環(huán)境因素3.地質(zhì)條件1.樹(shù)種的生物學(xué)特性樹(shù)種

根型根系發(fā)育狀況根系的穿透能力根系的表面積根系的物理特性根系的直徑根系的抗拉強(qiáng)度根系的通直性穿過(guò)剪切面的根量根面積率越高抗剪強(qiáng)度越大地上生物量與地下根系量緊密相關(guān)小葉錦雞兒虎榛子地上生物量與根量?jī)绾瘮?shù)關(guān)系樹(shù)木的年齡樹(shù)木的年齡與根系的固土能力有緊密關(guān)系幼林小中狀林大老林下降日本柳杉5－20齡易滑坡，是成林的5～6倍采伐對(duì)根系固土能力的影響采伐后，根系逐漸腐爛，根系的固土能力隨時(shí)間的推移而降低采伐后4～5年易發(fā)生滑坡

20年生刺槐，伐后2年、4年固土能力分別下降了49.1％、60.15％幾種樹(shù)木根系抗拉力比較

樹(shù)種根徑根的拉力（kg）與油松的比值油松10118．541．00山杏10106．010．89杜梨1095．820．81山桃10110．570．93山荊子10120．961．02河北楊10136．521．15刺槐10193．521．63檸條10241．842．04白榆10281．832．38落磯山黃杉10151．001．27云杉、鐵杉1099．000．842.環(huán)境因素土壤種類(lèi)沙質(zhì)→壤質(zhì)→粘質(zhì)：摩擦力增加。土壤緊實(shí)度緊實(shí)度越高摩擦力也越高，但緊實(shí)度越高根系生長(zhǎng)越不良。土壤水分水分增加，摩擦力減小。3.地質(zhì)條件A類(lèi)：土層薄，無(wú)過(guò)渡層，巖石無(wú)裂隙，根系不能深入基巖。B類(lèi)

土層薄無(wú)過(guò)度層，巖石有裂隙，根系可以深入基巖。森林的根系可以極大地增加土壤的穩(wěn)定性，采伐森林使坡體不穩(wěn)定。C類(lèi)

土層薄，有過(guò)渡層存在，過(guò)渡層的抗剪強(qiáng)度大于表土，過(guò)渡層導(dǎo)水率低，易對(duì)表土造成孔隙水壓力。森林根系在表土分布密，在過(guò)渡層分布稀。根系對(duì)土體的穩(wěn)定性起了很大作用，使表土層與過(guò)渡層之間的抗剪強(qiáng)度極大增強(qiáng)。采伐森林使坡體不穩(wěn)定。D類(lèi)

土層深厚，土壤對(duì)林木根系生長(zhǎng)沒(méi)有限制作用，根系分布比較深。五、正確評(píng)價(jià)根系的固土作用1.根系范圍(一般為40~60cm)為固持土壤的范圍，對(duì)更深層則無(wú)能為力；2.有時(shí)樹(shù)體地上部分的重量對(duì)坡面穩(wěn)定產(chǎn)生負(fù)作用；坡很陡，地表幾十厘米以下的基巖不透水；高海拔地區(qū)的凍融層；樹(shù)大招風(fēng)。3.對(duì)較小滑動(dòng)體的固持作用較明顯，對(duì)很大滑動(dòng)體不明顯。六、森林防治泥石流和落石的作用

落石泥石流防止落石的作用落石發(fā)生在地質(zhì)比較疏松、巖石物理風(fēng)化強(qiáng)烈、地震頻繁的地區(qū)。森林改善風(fēng)化條件：濕度、溫度、日照。樹(shù)木的直接阻擋作用。與工程措施相結(jié)合。對(duì)泥石流的緩和作用泥石流發(fā)生條件：大量疏松堆積物，足夠的降雨量，充足的前期降雨量，快速的徑流反應(yīng)時(shí)間。森林的作用發(fā)生區(qū)：蒸騰、蒸發(fā)，減少土壤水分；林木根系的網(wǎng)絡(luò)、固持作用；樹(shù)干的支撐、阻擋作用；流域上部森林減少?gòu)搅髁俊Ａ魍▍^(qū)：阻擋作用，減少沿途兩側(cè)的物質(zhì)、流量補(bǔ)給作用；減少泥石流的運(yùn)動(dòng)距離；降低泥石流的能量。生態(tài)環(huán)境是指影響生物生存的環(huán)境因子的綜合。水土保持林改善區(qū)域環(huán)境就是改善區(qū)域的環(huán)境因子。環(huán)境因子中氣候、土壤、水文最為基礎(chǔ)。第一節(jié)改善區(qū)域小氣候作用一、下墊面性質(zhì)的變化二、輻射與熱量平衡三、森林小氣候一、下墊面性質(zhì)的變化(一)影響氣候的因子太陽(yáng)輻射大氣環(huán)流下墊面性質(zhì)：地表層性質(zhì)改造前二者很難。改變下墊面性質(zhì)來(lái)改變小氣候較易。一、下墊面性質(zhì)的變化(二)小氣候的定義與特點(diǎn)小氣候：由于下墊面的不均勻性，人類(lèi)和生物活動(dòng)所產(chǎn)生的近地層和土壤層中的氣候特點(diǎn)。小氣候特點(diǎn)：氣候要素的明顯日變化；強(qiáng)烈的脈動(dòng)性質(zhì)；垂直梯度的變化超過(guò)水平的變化；垂直梯度上也具有明顯的日變化特征。兩極地區(qū)南北兩極地區(qū)幾乎常年嚴(yán)寒，陸地上幾乎沒(méi)有植物生長(zhǎng)。針葉樹(shù)林北半球的針葉樹(shù)林地帶，冬天漫長(zhǎng)而寒冷，夏天短暫而暖和。溫帶森林地區(qū)的氣候變化很大。北部的樹(shù)木到秋天時(shí)便落葉，形成枯枝落葉層，南部的樹(shù)木則大多終年常綠。溫帶森林熱帶森林在熱帶森林里，一年之中總有一些樹(shù)木長(zhǎng)出綠葉和開(kāi)花結(jié)果?；纳铰愕剞r(nóng)地草原南北半球的溫帶和熱帶地區(qū)都有廣闊的草原。沙漠沙漠地區(qū)熾熱如火，雨量稀少，因此是最不適宜動(dòng)植物生長(zhǎng)的生物帶。山岳山岳占地球地面的百分之五，總面積約合二百九十萬(wàn)平方里。(三)森林下墊面的特點(diǎn)*林分的活動(dòng)層比裸地厚得多；下墊面粗糙度增加；森林有三個(gè)作用面，使輻射和熱量交換更為復(fù)雜；林冠上層、林冠層、林下土壤層。隨季相、林分結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)發(fā)育階段變化。城市“熱島效應(yīng)”可以造成局部地區(qū)氣候異常。城市大氣溫度較高，熱空氣上升，郊區(qū)農(nóng)村的冷空氣就流入城市，形成“城市風(fēng)”?！俺鞘酗L(fēng)”會(huì)把城市郊區(qū)一些企業(yè)的污染物質(zhì)，源源不斷的帶向城市，加重城市的空氣污染。城市的溫度較高，就會(huì)造成城市上空的云量和降水量增加，最高可比農(nóng)村多30%左右。熱島雨島混濁島風(fēng)島霧島(四)森林下墊面作用結(jié)果改變了熱量平衡；改變了垂直亂流交換與水平熱交換；改變了近地層垂直的溫度、濕度；改變了水分垂直交換的數(shù)量和過(guò)程；改變了降雨的分配量、水汽凝結(jié)、蒸發(fā)過(guò)程。二、輻射與熱量平衡(一)輻射平衡與特點(diǎn)太陽(yáng)輻射＝吸收＋反射＋透過(guò)吸收＞反射、透過(guò)；林冠層對(duì)太陽(yáng)輻射的再分配很復(fù)雜，不同林分、不同高度、不同時(shí)刻的林內(nèi)輻射分布都不同；林分不同作用面獲得的凈輻射不同；林分的凈輻射比草地和裸地都大。(二)熱量平衡凈輻射用于蒸散耗熱量、亂流交換輸熱、傳導(dǎo)和熱貯存。云杉11－14時(shí)各占約2/3、約1/3、5％。生長(zhǎng)季節(jié)不同下墊面的輻射平衡裸地草地沙棘刺槐刺槐林地油松油松林地Rn166.53195.21208.29209.5035.43207.4329.88A00.00.00.01.860.03.090.0P44.6870.6880.7369.285.7568.554.88β0.630.760.720.580.390.580.46Rn－凈輻射；A0－林木貯熱；P－感熱量；β－波文比。

三、森林小氣候的特點(diǎn)*凈輻射高，大于裸地25％，資源利用率提高；潛熱量增多、感熱量減少，大氣濕度增加；林下熱通量減小，蒸發(fā)降低，林內(nèi)溫度變化緩和；林冠上方亂流交換增強(qiáng)，熱量不易集中，近地層溫度緩和；林內(nèi)亂流交換減弱，是林外風(fēng)速的20～50％；總之，森林小氣候向增濕、緩和氣溫和天氣過(guò)程。第二節(jié)改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境的作用控制區(qū)域土壤侵蝕改善流域水文過(guò)程改善區(qū)域氣候條件對(duì)降雨過(guò)程的影響一、控制區(qū)域土壤侵蝕在一個(gè)流域森林面積達(dá)到一定，且合理分布，土壤侵蝕會(huì)得到基本控制；40％→70％流域的輸沙量與森林覆被率有關(guān)系；黃河流域水土保持，入黃泥沙每年減少了3億噸。二、改善流域水文過(guò)程森林通過(guò)對(duì)降雨的攔蓄與涵養(yǎng)作用，調(diào)節(jié)河川水分狀況，改善流域水文過(guò)程；秦嶺黑河流域，森林覆蓋率73％，枯水年徑流量大于平水年，如下表。年份降水量mm徑流深mm徑流系數(shù)19581210758.60.631959669333.80.501960800279.10.35黑河流域豐、枯、平水年徑流陜西省水文總站觀測(cè)，在秦嶺山區(qū)森林覆被率每增加1％，徑流深相應(yīng)增加1.0～5.6mm（森林覆被率20～75％）；山上一畝林，山下三分田。三、改善區(qū)域氣候條件動(dòng)力蒸散量減弱，大氣濕度增加，風(fēng)速減?。粴鉁鼐徍?，極端溫度降低；無(wú)霜期延長(zhǎng)；冰雹及其他自然災(zāi)害減少。動(dòng)力蒸散森林增加了地表粗糙度，降低了風(fēng)速，增加了空氣濕度，從而降低了動(dòng)力蒸散量。地區(qū)風(fēng)速（m/s）濕度(%)動(dòng)力蒸散量(mm)右玉2.660351.3五臺(tái)2.858355.9偏關(guān)2.253386.3平魯2.953423.9大同4.253499.5四、對(duì)降雨過(guò)程的影響一定的環(huán)境條件下，森林可以增加局部地區(qū)的降雨量，特別是在濕熱和干旱地區(qū)更為明顯；崔起武：黃河流域大面積恢復(fù)森林和水利化可使降雨量增加3％；傅報(bào)璞：西北地區(qū)全面綠化和實(shí)現(xiàn)水利化后，可使下墊面反射率減少9％，引起溫度變化，夏季可增雨40.2mm的內(nèi)雨，同時(shí)刺激外來(lái)水汽激發(fā)的外來(lái)雨量是內(nèi)雨的2～3倍。不同地帶平均降雨量地帶風(fēng)速(m/s)降水量(mm/a)觀測(cè)值訂正值巖石裸露2．2612771458平原1．6713391462森林0．3314591466林內(nèi)小氣候觀測(cè)林外小氣候觀測(cè)水量平衡場(chǎng)一、有關(guān)概念人工林：天然林：原始林、天然次生林；人工造林－無(wú)林地造林；人工更新－跡地造林；低產(chǎn)林改造－低價(jià)值林分。林種劃分一級(jí)林種：防護(hù)林、用材林、經(jīng)濟(jì)林、薪炭林、特用林。二級(jí)林種：防護(hù)林：水源涵養(yǎng)林、水土保持林、防風(fēng)固沙林、農(nóng)田防護(hù)林、護(hù)岸林、護(hù)路林……用材林：普通用材林、纖維造紙林、膠合板用材林、礦柱林、珍貴用材林……二、人工造林的技術(shù)體系造林：以林木和林地為主要對(duì)象，以培育一定結(jié)構(gòu)和功能的森林為主要目的的生產(chǎn)技術(shù)；也是利用政策、經(jīng)費(fèi)、人員的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。造林學(xué)的基礎(chǔ)理論：林木的生物學(xué)特性、生態(tài)學(xué)特性和林地的生態(tài)環(huán)境等基礎(chǔ)理論。人工造林成功＝正確的樹(shù)種選擇＋有效的整地等管理措施。培育目標(biāo)成活成林穩(wěn)定多功能高效益落葉松林杉木人工林人工林定向培育理論林業(yè)分工對(duì)不同林區(qū)和林地，根據(jù)需要和可能，明確規(guī)定其培育目標(biāo)；每一片林地都有具體的培育目標(biāo)，所采取的培育措施應(yīng)當(dāng)以實(shí)現(xiàn)培育目標(biāo)為原則。追求多效益培育措施在針對(duì)某一個(gè)培育目標(biāo)時(shí)，也要兼顧其它可能達(dá)到的從屬目標(biāo)，使森林能全面發(fā)揮作用；有主次的定向復(fù)合培育目標(biāo)。三、人工林的特點(diǎn)*人工選擇的苗木具有良好的遺傳特性；林木分布比較均勻，營(yíng)養(yǎng)空間利用充分；空間結(jié)構(gòu)合理，郁閉后分化比較?。患s程度高，生長(zhǎng)速度快。地區(qū)林種天然林人工林人工林華北山地落葉松3－510.9日本落葉松13.9加楊30沙木35－40油松7.3東北紅松27.1南方山地馬尾松5－711.2南方山地云冷杉2－310.5用材林（m3/hm2）成材年限與培育目標(biāo)用材林成材年限北方天然林100－120年人工林40－50年南方天然林40－50年人工林10－20年培育目標(biāo)(m3/hm2)東北7.5華北山地4.5平原10.5南方山地10.5云貴高原7.5

華南（南亞熱帶、熱帶林區(qū)）10.5人工林生產(chǎn)力潛力人工林的水平顯著高于天然林；6－40m3/hm2，是天然林的2－7倍。人工林的產(chǎn)量水平與氣候的地帶性相關(guān)；針葉人工林平均生長(zhǎng)量7－15m3/hm2

，亞熱帶15－30m3/hm2

，熱帶>40m3/hm2。人工林的光能利用有很大潛力。人工林光能利用效率最高記錄為生理輻射的2.13%（美國(guó)的一片鵝掌楸林），而理論值可以達(dá)到10％，農(nóng)作物目前為5％。四、人工林生長(zhǎng)發(fā)育階段(一)不同分類(lèi)方法第一種方法幼林時(shí)期中狀齡林時(shí)期成熟林時(shí)期過(guò)熟林時(shí)期。山毛桃與油松造林緩苗期(一)不同分類(lèi)方法第二種方法森林形成時(shí)期速生時(shí)期成長(zhǎng)時(shí)期近熟時(shí)期成熟時(shí)期衰老時(shí)期。沙棘與紅柳造林成活階段(一)不同分類(lèi)方法第三種方法個(gè)體生長(zhǎng)階段開(kāi)始郁閉階段自然稀疏階段。落葉松林的郁閉前階段(二)不同時(shí)期生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)1.幼林時(shí)期幼林成活階段幼林郁閉前階段經(jīng)過(guò)緩苗期的油松幼林1.幼林時(shí)期(1)幼林成活階段1～3年時(shí)間，新移植苗木要經(jīng)過(guò)緩苗期，生長(zhǎng)環(huán)境變化，部分苗木根系活力降低，易受不良環(huán)境的影響而死亡，個(gè)體與環(huán)境之間的矛盾是主要矛盾；供應(yīng)充足的水分是關(guān)鍵；減少蒸騰、蒸發(fā)，增加水分來(lái)源，降低雜草等不良環(huán)境的競(jìng)爭(zhēng)。1.幼林時(shí)期(2)幼林郁閉前階段3～5年時(shí)間，苗木的生理活性已完全恢復(fù)，已適應(yīng)新環(huán)境，根系生長(zhǎng)較快，種間關(guān)系尚未出現(xiàn)，個(gè)體小抵抗不良環(huán)境的能力差；干旱、寒冷、動(dòng)物危害是主要因子；幼林保護(hù)、改善環(huán)境條件是管理的重點(diǎn)。杏樹(shù)病害中華鼢鼠危害不可能郁閉的干旱地區(qū)人工林1.幼林時(shí)期(3)成林階段樹(shù)冠相接林分開(kāi)始郁閉，基本形成了森林環(huán)境條件，群體抗性增強(qiáng)，種間關(guān)系開(kāi)始出現(xiàn)，林下植被發(fā)生變化；及時(shí)調(diào)節(jié)種間關(guān)系是關(guān)鍵；撫育修枝、間伐、土壤管理，保持良好的空間結(jié)構(gòu)和土壤環(huán)境。郁閉進(jìn)入成林的

杉木與竹子混交林2.中狀齡時(shí)期林分郁閉到林木生長(zhǎng)速度明顯減緩；地上、地下全部郁閉，形成典型的森林環(huán)境，森林外貌與結(jié)構(gòu)基本定型；高、冠、徑生長(zhǎng)都很快，由H>D生長(zhǎng)漸變?yōu)镈>H生長(zhǎng)，葉面積達(dá)到最大；種間矛盾加劇，出現(xiàn)林木分化、自然整枝、自然稀疏等現(xiàn)象；調(diào)節(jié)種間矛盾、維持合理密度是關(guān)鍵；疏伐，調(diào)節(jié)種間關(guān)系。機(jī)能旺盛的狀齡林郁郁蔥蔥的中狀齡林3.成熟林時(shí)期林木的直徑與材積生長(zhǎng)都趨于緩慢，開(kāi)始大量開(kāi)花結(jié)實(shí)，自然稀疏也明顯減緩，林冠繼續(xù)郁閉，生物學(xué)、工藝方面都已進(jìn)入成熟；這時(shí)生物機(jī)能最旺盛，環(huán)境效益最高；主伐利用，進(jìn)行更新。4.過(guò)熟林時(shí)期林木已開(kāi)始衰老，生長(zhǎng)非常緩慢；能出現(xiàn)病腐、心瘤，產(chǎn)生枯梢等生理衰老現(xiàn)象；應(yīng)盡早進(jìn)行更新?？萆遥硭ダ仙炙ダ?，急需更新森林衰老，急需更新一、造林地（一）無(wú)林地荒山地：不具備森林植被和土壤特征。灌木地：灌木覆蓋大于50％；草叢地：灌木覆蓋小于50％；竹叢地：各種矮小竹叢植被覆蓋。平坦荒地：撂荒地、沙地、鹽堿地、沼澤地、河灘地、海涂、退化草牧場(chǎng)。農(nóng)耕地：復(fù)合經(jīng)營(yíng)地、退耕地、四旁地。主要障礙：雜草、灌木、小竹競(jìng)爭(zhēng)，困難立地的限制因素。（二）人工更新林地采伐跡地：森林采伐后空出的林地。新采伐跡地：土壤、光照條件好；老采伐跡地：大量雜草侵入?；馃E地：森林被火燒之后空出的林地。新火燒跡地條件好。局部更新造林地：低產(chǎn)林改造：效益低、無(wú)利用前途的林分；局部更新地：主伐前進(jìn)行的局部更新。主要障礙：采伐、火燒跡地盡快更新，避免條件惡化。沙地退耕地荒坡采伐跡地二、基本概念1、立地條件*又稱(chēng)立地，是指林業(yè)用地上體現(xiàn)氣候、地質(zhì)、地貌、土壤、水文、植被、生物等對(duì)林木生存、生長(zhǎng)有重大意義的生態(tài)環(huán)境因子的綜合。二、基本概念2、立地條件類(lèi)型*具有相同或相似的氣候、土壤、生物條件的各個(gè)地段的總稱(chēng)。把立地條件及其生長(zhǎng)效果相似的造林地歸并成為類(lèi)型即立地條件類(lèi)型。簡(jiǎn)稱(chēng)為立地類(lèi)型，是立地分類(lèi)中最基本的單位。二、基本概念3、立地分類(lèi)*是指對(duì)林業(yè)用地的立地條件、宜林性質(zhì)及其生產(chǎn)力的劃分。然后在此基礎(chǔ)上，科學(xué)地確定造林營(yíng)林措施，以期達(dá)到造林營(yíng)林的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)目的。二、基本概念4、林業(yè)區(qū)劃是根據(jù)當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和林業(yè)所占地位，合理確定當(dāng)?shù)氐牧址N區(qū)劃。比如，防護(hù)林、用材林、經(jīng)濟(jì)林、薪炭林、特用林等地劃分、區(qū)劃。二、基本概念5、造林區(qū)劃是在林業(yè)區(qū)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)施林種的需要，科學(xué)地確定造林所用的喬灌木樹(shù)種以及與之相關(guān)的一系列造林、營(yíng)林技術(shù)措施。三、立地條件劃分（一）森林植物帶的劃分森林植物帶：在較大的地理范圍內(nèi)，由于降水和熱量的地帶性分布，導(dǎo)致了土壤、植被也有相似的地帶性分布。這種氣候、土壤、植被的規(guī)律性分布按其同異性劃分為帶，即為森林植物地帶。它綜合反映了環(huán)境條件與森林植物之間的關(guān)系。1、森林植物帶的劃分溫度帶的劃分指標(biāo)(1)日均氣溫≥10℃的積溫≥3400℃積溫走向?yàn)榕瘻貛Ш椭袦貛^(qū)劃線，并兼顧一些地貌單元的完整性；輔助指標(biāo)：最冷月平均氣溫，絕對(duì)最低氣溫。(2)干濕帶區(qū)劃指標(biāo)：干燥度干燥度1.0-1.5半濕潤(rùn)，1.5-2.0半干旱，>2.0干旱；輔助指標(biāo)：年平均降水量、年平均蒸發(fā)量。(3)對(duì)某些地區(qū)與自然景觀不相吻合的地區(qū)，以輔助指標(biāo)降水量為依據(jù)，并參考植被因素進(jìn)行區(qū)劃；(4)類(lèi)型區(qū)區(qū)劃依據(jù)中等