水土保持林学复习资料 - 图文

水土保持林学 水保092

水土保持林学复习资料

一、水土保持林学的概念

水土保持林学：是根据林学和生态学原理，结合山地丘陵区水土保持和资源综合利用，主要阐述造林基本原理

与培育技术，水土保持林规划设计与体系配置建设技术，以及水土保持林体系多种功能与效益的一门应用学科。

水土保持林：是指在水土流失地区，调节地表径流，防治土壤侵蚀，减少河流、湖泊和水库泥沙淤积，改善山

地丘陵区的农牧业生产条件，提供一定林副产品的天然林和人工林。

二、 水土保持林学的主要内容

（一） 水土保持林的作用与功能

调节地表径流作用、水源涵养作用、减灾作用、固持土壤、防止地表侵蚀、改善区域生态环境作用

（二）原理与营林技术

森林立地与适地适树、树种选择与林分组成、造林密度与种植点配置、整地技术及季节、造林方法与季节、幼林抚育管理

（三）水土保持林体系配置

水土保持林规划设计

水土保持林体系配置：坡面配置、沟道配置、水边周围配置

水土保持林的种类：

1、分水岭防护林：山顶防护林、梁峁顶防护林

2、坡面防护林：坡面水土保持林、护坡薪炭林、坡面护牧林、护坡用材林、护坡经济林、坡地农林复合经

营、梯田地埂林

3、侵蚀沟道和山地沟道防护林：沟头防护林、沟边防护林、沟底防冲林、坝坡防护林 4、水库、河川防护林：水库防护林、护岸护滩林

三、森林与水土保持

（一）森林的效益

资源库、基因库、蓄水库、能源库；生态效益、经济效益、社会效益

生态效益：A.水源涵养 B.防风固沙 C.水土保持 D.改善气候 E.净化水质 F.净化大气 G.重要的物种基因库

经济效益： 直接经济效益：果品、油料、化学品及化工原料如香料、胶、单宁、松香、药材等

间接经济效益：农田的粮食、蔬菜、果树等增产效益，牧业的增产效益，水源的保护与水质的改善，

道路、堤岸、梯田、水利设施安全的保护、生物多样性增加等。

社会效益：森林旅游、消除疲劳、镇静安神的作用,是天然的保健康复医院。

（二）水土保持林目前存在的几个问题

1. 数量少，发展速度慢，不能满足水土保持的要求

2. 成活率、保存率低。这是目前水土保持林发展最关键和最难解决的问题 3. 生长缓慢，小老林面积大，既无生态效益，又无经济效益 4. 科研跟不上生产要求，对生产上提出问题解决不了 5. 树种单一，可替换树种研究较少

6. 造林所用苗木质量低

7. 对现有林分缺乏管理，重造轻管

第一章 水文效应

水土保持林的水文效应：指水土保持林对一个流域或区域的水文要素的影响。

水土保持林对这些要素（如降水、蒸发和径流）进行改变、调控，最终改变地下水与地表水的分配比例，从

- 1 -

水土保持林学 水保092

而改变水文过程，调节地表径流，保持水土。

第一节 对降雨的再分配

一、对降雨三次分配

1、林冠层截留:泛指所有森林植物的地上部分(乔木、灌木和活地被物)

2、枯枝落叶截留(死地被物) 3、枯枝落叶层下的土壤(下渗吸收或产生径流)

（一）林冠对降雨的截留作用

1.有关概念

(1)林冠截留作用 ：指降水到达林冠层时，一部分被林冠层枝叶和树干所临时容纳，后又蒸发返回大气中去的作用。 (2)林冠截留量：在降雨过程中，从林冠表面通过蒸发返回大气中的降水量和降水终止时林冠层还保留的降水量。 (3)截留率：该时段内林冠截留量与林外降水量之比。

(4)干流量：大气降水过程中，有一部分雨量从林冠枝叶体转到树干流入地表形成树干径流，称为干流量。

树干径流顺树干流到地面，免除了雨滴的击溅侵蚀，有利于保护土壤。在一般情况下，茎流在树干附近渗入土壤，有利于树木根系吸收水分。

(5)林内降雨量：林外降雨量-（林冠截留量+干流量）= 林内降雨量。

由林冠间隙直接降落到地面的林冠通过雨量和从林冠枝叶体表面降落至地面的林冠滴下雨两部分雨量组成。 2.影响林冠截留量的因素

（1）林冠特性：林冠结构：重叠多、孔隙少，截留量多； 枝叶量：多>少； 湿润程度：干>湿 （2）林分特征：树种：针叶>灌木>软阔>硬阔； 郁闭度；

林龄：同一树种因林龄不同，枝叶茂密程度不同，截留率也不相同。 （3）雨量、雨的性质 ：

雨量与截留量：正相关关系、非直线性 （当林冠截留量IC< C林冠贮水量时）

林冠贮水量C：一次降雨中林冠所能容纳的最大降水量。

降雨性质与截留量：雨强越大，降雨越集中，截留量越小；雨强越小，历时越长，有利于林冠充分吸水和吸水后蒸发，截留量越大。另外，由于“附加截留”的存在，林冠的总截留量有可能超过林冠的饱和截留量的那个极限值。附加截留指的是对于历时长的降水在这个阶段中枝叶体还将水继续蒸发到大气中去，它由湿而变干，这样一来又增加了截留雨水的潜力，这种因蒸发而增加的截留称为“附加截留”。 （4）雨前林冠的湿润程度和林冠截留

在雨前林冠愈干燥，存留雨水的潜在能力愈大；反之，与前次降水相隔的时间愈短，则林冠含有较多的未来

得及蒸发的前次截留量，存留雨水的潜在能力就小了。 3.林冠截留的作用

增加大气湿度；直接消减径流量，推迟林下降雨和出流，减少洪水径流，控制水土流失；改变林下降雨的雨滴动能；相对延长降雨历时（杉木林下降雨的持续时间比林外降雨一般要长20—30min）

（二）林下灌草层对降雨的截留作用

穿过林冠的雨水与林下灌木和草本植物接触后，一部分被截留。林下灌木草本层截留量的大小，取决于自

身生长状况和枝叶量的大小。而灌木草本层的生长发育状况又受到上层林冠的影响。

（三）枯落物对降雨的截留作用

1.枯枝落叶层 ：由林木及林下植被凋落下来的茎、叶、枝条、花、果实、树皮和枯死的植物残体所形成的一层地

面覆盖层。（是林地地表特有的一个层次）

根据分解程度，枯枝落叶层可分为上中下三层: 未分解层、半分解层、完全分解层。

2

水土保持林学 水保092

2.枯枝落叶的水土保持作用

①截留、吸收部分降雨；（1kg枯枝落叶可吸收2-4kg水分，最高可达其6倍） ②彻底消灭降雨动能，形成地表保护层，维持土壤结构稳定； ③增加土壤有机质，改良土壤结构，提高土壤肥力；

④ 增加地表粗糙度，分散、滞缓、吸收过虑地表径流，起到调节河川流量和削弱洪峰的作用；1cm厚枯枝落叶层，

地表径流速度是裸地的1/6; ⑤ 拦截过滤固体径流，沉积沙粒，避免土沙流入河川和水库； ⑥ 防止土壤蒸发，稳定土壤湿度和温度，利于树木生长； ⑦ 提高土壤入渗能力，增加土壤入渗量，减少地表径流; ⑧ 提高土壤的抗蚀能力。 3.影响枯落物截留量的因素

（1）枯落物的水容量（或持水量）

指在自然条件下，单位干重枯落物所能吸收水分的数量，一般用它干重吸水的百分数或相当的降雨毫米数表示。

影响枯落物水容量的因子：

1、枯落物的组成： 枝占3%，叶91％，果占6%左右，吸水作用最大的是叶子。 2、树种 ：阔叶﹥针叶； 3、分解程度：分解彻底的﹥分解不彻底的 （2）枯落物的数量

枯落物的数量决定于输入量和分解速度。

输入量：阔＞针，密度大＞小，年龄大＞小，旺盛＞衰弱

分解速度：微生物完成，阔＞针，高温＞低温，湿润＞干燥 数量与厚度的关系：1cm以上有作用 （3）枯枝落叶的干燥程度

干燥＞湿润； 暴雨时明显，连续降雨不明显。

二、地面净雨量的测定与计算

地面净雨量：降水经过林冠层、林下植被和枯枝落叶层的截留之后，到达林地地面的实际有效降雨量。 地面净雨量Pe可表示为：Pe= Pi+ Ps - Ib - If 或 Pe=P-Ic -Ib - If

式中：Pe ——林地地面净降水量（mm）；P——大气降水量（mm）； Pi——林内降雨量（mm）；Ps——树干茎流量（mm）；Ic——林冠截留量（mm）；Ib——林下灌木草本植物层截留量（mm）；If——枯枝落叶层截留量（mm）。 1.林冠层截留量Ic测定

实测法：Ic＝P－ Pi － Ps 模型法①统计模型法②经验模型法 2.枯枝落叶层截留量If测定

长期无雨： If＝ Lc · WL

式中： Lc ——单位面积单位重量的枯枝落叶的最大含水量（mm）； WL——枯枝落叶的现存量 前期有雨（考虑枯枝落叶前期含水量）： If=(Lc－Ls) · WL Ls——为前期枯落物的自然含水量

第二节 森林对土壤水文性质改良作用

林地土层是产生森林水文效应的第三个活动层，降雨在这里进行第三次再分配。

先后产生入渗、填洼、贮存、径流以及蒸发、蒸腾等水文过程。这些过程在流域的水文循环中对贮存量和输出量都有非常显著的影响。降水通过林冠层和枯枝落叶层的再分配之后，一部分水分将进入土壤中被贮存，被林木及植物吸收蒸腾或通过地面直接蒸发掉；或者作为土内径流流走或渗入到地下潜水层中；而另外一部分将作为直接径流从地表流走，参与流域的汇流过程形成流域出口的洪峰流量。

降雨第三次再分配的效果不仅是影响坡面径流和流域出口流量的重要因素，也是影响水蚀强度的重要因素。

3

水土保持林学 水保092

一、土壤水分入渗

（一）概念

1.入渗： 指水分(降水和灌溉水)进入土壤形成土壤水的过程。它是降水、地面水、土壤水和地下水相互转化的一个重要环节。简单来说入渗包括垂直入渗和侧向入渗两方面，在野外一般均指垂直入渗。

2.入渗率和入渗量

入渗率：指单位时间内通过地表单位面积入渗到土壤中的水量，单位是mm／min或cm／d等。

在充分供水条件下的入渗率又称为入渗能力，也叫入渗容量。 累积入渗量(简称入渗量)：指入渗开始后一定时间内，通过地表单位面积入渗到土壤中的总水量，通常用水深(单

位cm或mm)表示，通过室内和野外试验，可以直接测得累积入渗量F(t)或ｆ入渗率。

3.稳渗率和饱和导水率

入渗率随时间而减小，开始时入渗速度较快，之后，随着时间的推移而逐渐变慢，最后趋于一个较稳定的数值，此时入渗率即为稳渗率，用fc表示。

土壤饱和导水率：指在单位水压梯度下，通过垂直于水流方向的单位土壤截面积的水流速度，又称土壤渗透系数。

（二）入渗过程及其数学模型

入渗过程：指水分进入土壤的过程，是非饱和土壤水分的运动过程。

野外入渗测定一般是指水分从土壤表面垂直向下进入土壤的过程。

根据水分入渗过程中所受的力（分子力、毛管力和重力）和运动特征，入渗过程可分为三个阶段。 入渗过程的三个阶段：

（1）渗吸阶段：供水强度小于入渗能力， 入渗主要在土壤吸力作用下进行 “受通量控制阶段”

（2）渗漏阶段： t≥tp, 供水强度超过入渗能力，地表产生积水，入渗在吸力梯度和重力梯度（占优势）综合作用下进行 “剖面控制阶段”

（3） 稳渗阶段：入渗继续进行，土壤吸力逐渐消失，仅重力势起作用，入渗率趋于恒定，在数值上与饱和导水率

相等（土壤稳渗率）。土壤稳渗率主要取决于土壤的质地、结构和密实程度等因素

（三）影响土壤入渗的自然因素

土壤入渗能力是土壤一个十分重要的水文性质，是林地是 否能产生地表径流和地表冲刷侵蚀、是否能起到消减暴雨洪峰

流量、涵养水源、补充地下水以及河川流量等作用的关键所在。 1、 土壤初始含水量：前期含水量小，土壤干燥，吸水能力强，

初始入渗率大； 2、 土壤理化性质：孔隙度、结构、质地、团粒结构、表面结皮等；有

机质含量、矿物质（可溶性的遇水 后被溶解，有利于入渗，如遇水发生凝结作用的，则使入渗率减小。） 3、 降雨特性：降雨强度、历时、降雨过程分布等。 在相同土壤水分

条件下，入渗率随降雨强度增大而减小； 4、流域地形：同一地面的土壤入渗速率随坡度、坡向、坡位等的不同而有较大差异。

在一定坡度范围内，坡度越大，稳渗率越小，而且两者之间存在一定的线性关系。

（四）林地土壤入渗特点

林地土壤特点：枯枝落叶分解，土壤中的树根、草根腐烂更新，土壤动物或微生物多。 林地土壤入渗的一般规律：

1、初始入渗率和稳渗率都升高，曲线上移；

2、入渗率随时间增加而平缓降低，曲线呈圆滑形； 3、土壤积水前时间tP明显延长；

4

水土保持林学 水保092

4、单位时间内的入渗量提高，对暴雨、大强度降雨的作用明显。

二、森林土壤水分贮存

森林对降雨进行三次分配后，降雨的一部分变成地表径流，其余部分被土壤贮存。贮存的水分被植物吸收利用、蒸发，还有一部分成为土内径流，最终进入河槽或变成地下水贮存起来。 具有良好结构的森林土壤，具有良好的水文特征：

一是在降雨时，特别是在降暴雨时林地土壤具有吸收贮存水分的能力；

二是在降雨停止以后，林地土壤吸收的水分的保持能力及多余水分的排除能力。

前者可以减少地表径流、防止土壤侵蚀、削弱洪峰，后者可以涵蓄水源、延长洪峰历时，补充地下水。 土壤水分贮存的两种形式：

一是吸持贮存---在不饱和土壤中，水依靠毛管吸持力贮存。其水分供植物根系吸收蒸腾或最后被蒸发掉，与径流和地下水供给不发生关系。吸持贮存的上限是田间持水量，

二是滞留贮存----饱和土壤中自由重力水在非毛管孔隙(大孔隙)中暂时贮存，称滞留贮存。这些水分属于通过深层渗透进入地下水或土内径流或深层土壤再分配的部分。

这两种形式贮存的水量分别叫做吸持贮存量和滞留贮存量，二者合称土壤贮存水量或森林蓄水量。

三、林地土壤水分动态

土壤水分在年周期内随深度和时间发生的变化，称土壤水分的季节动态，也叫土壤水文状况。不同自然条件下，林地土壤水分的季节动态变化明显不同。

第三节 森林涵养水源作用

一、森林对径流的调节作用

河川径流形成的两个阶段：

一是产流阶段；二从坡面漫流到汇流阶段 产流过程：降雨初损，坡面漫流，流域汇流 产流机理：蓄满产流，超渗产流

蓄满产流：包气带未达到蓄水容量以前不产流，达到蓄水容量以后全部产流，受控条件为包气带的水分亏缺量。 超渗产流：指降雨强度超过土壤入渗能力时就产流，否则不产流，受控条件为降雨强度和入渗能力的大小。 由于森林植被的存在，产流的下垫面发生了改变，地表径流和地下径流的比例发生了改变，从而改变了水文过程，起到了消减洪峰、涵养水源的作用。

森林的水文效应的实质是森林对水分循环的各要素产生影响和改变。

1．影响坡面漫流的因素

当降水强度大于入渗强度或亚表层存在饱和气体而产生薄层坡面均匀流，其逐渐汇集就会形成坡面（地表）径流。坡面径流是一种空间渐变的不恒定流，水流呈片状紊流态。

由于坡面流可近似看作是一种薄层均匀流，坡度与水力梯度基本相等，因而得出坡面流速公式：

坡面漫流的流速和单宽流量：

由此看出，坡面漫流主要受糙率n、水深h和坡度S的影响，森林对坡面径流的作用，也是通过这些要素来实现的。 结合动能公式

分析，流速越小，流量越小(与m呈正比)，则冲刷力越小，保持水土的功能越强。

2、水土保持林对径流的影响

（1）对径流深（h）的影响

5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cmuf.html