水源涵养量及其价值的研究成果

4.2.3.1　水源涵养量

11月到次年3月为海北高寒草甸土壤冻结期，鉴于高寒草甸土壤在冻结以后，水分散失逐渐减少。同时，冬季的降雪量少且无法向土中渗透，对土壤含水量不造成明显影响（宋理明和娄海萍，2006）。因此，在此将海北高寒草甸土壤冻结期的水分含量看作固定不变，为冻结前和解冻前的平均值。研究表明，内蒙古温带草原在土壤冻结期土壤水分变化不大，尤其是当冰雪覆盖下垫面以后，土壤水分保持相对稳定，直到第二年融化期到来（李宁等，2006），因此，可将内蒙古温带羊草草原11月到次年4月的土壤含水量看作不变，只取10月测得的土壤含水量值。长白山阔叶红松林在冬春季（10月至次年3月末）为土壤水分相对稳定阶段（杨弘等，2006），因此，可将10月到次年4月的土壤含水量看作保持不变，取值为9月土壤含水量。森林生态系统水源涵养量包括截蓄降水量和供给水量，草地和农田生态系统水源涵养量则为截蓄降水量。八种生态系统类型按照一年中的水源涵养总量从大到小排序为：西双版纳热带季节雨林（12108 m3·hm-2·a-1）＞鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林（11484 m3·hm-2·a-1）＞长白山温带阔叶针叶林（7318 m3·hm-2·a-1）≈千烟洲亚热带双季稻田（7214 m3·hm-2·a-1）＞禹城温带冬小麦-夏玉米田（5075 m3·hm-2·a-1）≈常熟亚热带冬小麦-水稻田（5052 m3·hm-2·a-1）＞海北高寒草甸（1980 m3·hm-2·a-1）＞内蒙古温带羊草草原（803 m3·hm-2·a-1）。三种森林中，西双版纳热带季节雨林截蓄降水量和供给水量大小相差不大，所占的比例都在50%左右；鼎湖山季风常绿阔叶林中供水量为主，所占的比例为82.98%；而长白山温带阔叶红松林则是以截蓄降水量为主，所占的比例为70.05%。

表4.1　三种森林供水量季节分配情况

一年中，西双版纳的水源涵养量都高于长白山和鼎湖山，长白山的月水源涵养量都高于鼎湖山（图4.4）。西双版纳和长白山的水源涵养曲线的形态与各自的截留降水量曲线一致，鼎湖山的水源涵养量曲线形态与供给水量曲线一样，最大值月与供水量最大值月一样，都在6月。在降水量和植被生长周期变化的作用下，三种森林生态系统的水源涵养量在年内一直发生着变化，各自的曲线都有一个最高峰，且都在夏季，不同的是，最高峰出现的月份不一样。草地生态系统和农田生态系统的月水源涵养量即为各自的月截留降水量，因此水源涵养量曲线即为截留降水量曲线。

图4.4　典型森林生态系统水源涵养量

4.2.3.2　水源涵养价值

不同类型生态系统的水源涵养价值及其年内动态过程差异较大。与水源涵养量一致，森林生态系统水源涵养价值由截蓄降水和供水价值两部分组成，且两部分的构成不同。草地生态系统和农田生态系统水源涵养价值主要指截蓄降水价值。八种生态系统按水源涵养年价值从大到小排序为鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林（823$·hm-2·a-1）＞西双版纳热带季节雨林（712$·hm-2·a1）＞长白山温带阔叶红松林（366$·hm-2·a-1）＞千烟洲亚热带双季稻田（247$·hm-2·a-1）＞禹城温带冬小麦-夏玉米田（147$·hm-2·a-1）＞常熟冬小麦-水稻田（92$·hm-2·a-1）＞海北高寒草甸（75$·hm-2·a-1）＞内蒙古温带羊草草原（30$·hm-2·a-1）。三种森林中，西双版纳热带季节雨林水源涵养价值以供水价值为主，所占的比例为69.97%；鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林水源涵养价值也以供水价值为主，所占的比例为91.04%；长白山温带阔叶红松林水源涵养价值中截蓄水价值和供水价值所差无几，所占比例都在50%左右。可见，虽然西双版纳热带季节雨林水源涵养总量大于鼎湖山季风常绿阔叶林，但是西双版纳热带季节雨林水源涵养价值却小于鼎湖山季风常绿阔叶林。此外，尽管西双版纳热带季节雨林和鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林水源涵养水量中截蓄水量和供给水量所占的比重相差比较大，但是在水源涵养价值中都以供水价值为主。

由于一年内森林生态系统截蓄降水量变化较小，三种森林生态系统水源涵养价值年内变化曲线的形态与供给水量的变化形态基本一致；草地生态系统水源涵养价值主要为截蓄降水价值，两种草地生态系统水源涵养价值年内变化曲线的形态与截蓄降水的变化形态一致；虽然农田生态系统水源涵养价值也主要为截蓄降水价值，但是由于农田生态系统要减去灌溉成本，因此，农田生态系统水源涵养价值年内变化曲线不同于其截蓄水量变化曲线（图4.5）。三种森林生态系统水源涵养价值年内动态曲线都呈现单峰形态，鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林最大值出现在6月，西双版纳热带季节雨林和长白山温带阔叶红松林的最大值都出现在8月，且鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林的峰值最大；海北高寒草甸水源涵养价值年内变化较缓慢，内蒙古温带羊草草原在5—10月期间呈现下降趋势；千烟洲亚热带双季稻田水源涵养价值年内变化曲线较平缓，常熟亚热带小麦-水稻田水源涵养价值变化曲线呈现双谷形态，禹城温带冬小麦-夏玉米田水源涵养价值年内变化曲线在3月出现一个波谷，之后至8月曲线逐渐上升，8—11月曲线平缓，12月又下降。农田生态系统水源涵养价值变化曲线与灌溉时间和灌溉量的大小关系很大。禹城温带冬小麦-夏玉米田的灌溉主要集中在3—7月，常熟亚热带小麦-水稻田的灌溉主要集中在6—10月，千烟洲亚热带双季稻田的灌溉主要集中在4—9月。其中，常熟小麦水稻田的灌溉量最大，一年高达10450 m3·hm-2，是禹城农田的2.2倍，是千烟洲农田的4倍。

图4.5（一）　典型森林、草地和农田水源涵养价值年内动态变化过程

图4.5（二）　典型森林、草地和农田水源涵养价值年内动态变化过程(www.xing528.com)

一年中各生态系统月水源涵养价值变异程度不同，海北高寒草甸的变异程度较低，变异系数为3.98%；其次为千烟洲双季稻田，变异系数为8.12%；后面依次为内蒙古温带草原、长白山温带阔叶红松林、禹城冬小麦-夏玉米田、西双版纳热带季节雨林、鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林、常熟小麦-水稻田，变异系数分别为23.02%、31.01%、34.95%、61.33%、74.68%和154.51%。西双版纳、鼎湖山和长白山三种森林生态系统水源涵养价值都是在秋季最多；海北和内蒙古两种草原四季的水源涵养价值较为平均；农田生态系统中，千烟洲两季稻田四季的水源涵养价值也较为平均，禹城冬小麦-夏玉米田的在春冬两季的水源涵养价值高于夏秋两季，常熟小麦-水稻田在春夏两季的水源涵养价值最高，秋季的水源涵养价值为负值，这主要与秋季灌溉水量大，成本大有关（表4.2）。

除了常熟小麦-水稻田外，其他几种生态系统年内水源涵养价值累积过程曲线都是上升的，累积价值逐渐增大。其中，西双版纳热带季节雨林、鼎湖山亚热带季风常绿阔叶林和长白山温带阔叶红松林的累积过程曲线近似呈S形曲线，海北高寒草甸、内蒙古温带草原、禹城冬小麦-夏玉米田和千烟洲双季稻田的价值累积过程呈近似直线，由于常熟小麦-水稻田在6月、8月和9月的灌溉量较大，灌溉成本超过了蓄积水的价值，因此，这几个月的累积价值下降（图4.6）。

表4.2　典型森林、草地和农田生态系统水源涵养价值季节分配情况

图4.6（一）　典型森林、草地和农田生态系统水源涵养价值累积过程

图4.6（二）　典型森林、草地和农田生态系统水源涵养价值累积过程

4.2.3.3　水源涵养价值与降水量关系

三种森林生态系统月水源涵养价值与月降水量之间都呈现较明显的线性相关关系（表4.3）。两种草地生态系统中，海北高寒草甸月水源涵养价值与月降水量之间无线性相关关系，内蒙古温带羊草草原月水源涵养价值与月降水量之间具有一定的线性相关关系；三种农田生态系统月水源涵养价值与月降水量之间无线性相关关系。出现以上现象的原因主要为：森林生态系统月水源涵养价值中包含供水价值，即主要由径流产生的价值，而径流量往往与降水量之间具有线性关系，因此，三种森林生态系统月水源涵养价值与月降水量呈较明显线性相关关系。草地生态系统水源涵养价值主要指截蓄水价值，即由土壤蓄水产生的价值，而土壤含水量一般较稳定，其变化相对于降水有一定的滞后效应，因此，草地生态系统月水源涵养价值与月降水量之间线性关系不明显或无线性关系。农田生态系统水源涵养价值主要指截蓄水价值，而且还扣除了灌溉水的成本，因此，农田生态系统月水源涵养价值与月降水量之间无线性相关关系。

表4.3　四种生态系统月水源涵养价值与月降水量之间的线性关系

注 y为月水源涵养价值，$·hm-2；x为月降水量，mm。