人们传统上已了解了控制泥土流失是森林的一个重要功能。用遭受冲刷的农田重新造林是田纳西工程管理局在三十年代拟订计划的主要推动力。如今,群众关切的焦点已从洪水和水流转移到水的质量上。然而,在群众中还存在着森林和森林实践影响水利资源的混乱思想。

水的问题由于地区的差异而各有特殊之处。在美国干旱的西部,水量是至关重要的问题,而在其他地方则无关紧要。在太平洋西北地区,土崩是件众所关切的问题,而在东北部酸雨则是一个主要问题。为了调查目前一些敏感的水问题,我们邀请了若干地区的管理和研究人员给一些特殊的问题画个轮廓,但所列的问题并不详尽。

水量

生长成材的树林一般会增加土地的含水置。年降雨量大的(太平洋西北部或美国东南部)一类森林,增长的幅度一般说比较大。稀疏的采伐作业和部分采伐所产生的影响比大面积的采伐作业要小;在前一种情况下,留下来的树木吸取先前附近树木要耗用的土壤水分。从流域有选择地采伐掉30%的树木基本面积不会使流域的水量有任何变化,反之,占水系30%面积的整片采伐必然会引起水量相当可观的变化。

采伐针叶树可望比砍伐落叶类树木增加更多的水流(针叶树耗用更多的水分)。流域水量最大的增加期往往出现在湿润的年份。此外,由于每年只采伐一小部分的森林地,在大流域河口增加的流量百分数与整片采伐从地下直接测量出来的增加的水量百分数相比是小的。森林的采伐还不能证明:可以为满足下游地区日趋增加的需水量,是一项有效的办法。

直到最近,大规模水量的好转还没有成为联邦政府的争论点,部分是因为在任何一个时刻治理一个流域的大部分的需要。事实上,联邦机构一贯积极地致力于减小个别采伐区的规模和在任何短时期内减少采伐流域的区段。现在,国会议员正在讨论大规模植被,用以增加Colorado河流量,以满足与墨西哥签订的条约义务。

雨水支配生态系统的研究证实森林植被的采伐对多数洪峰流量的大小无甚影响。在大暴雨出现期间,永久性森林和光秃区的土壤的含水量都已很高。在这两种情况时,加上大暴雨的水量会立即形成一条水路。森林植被将毫不起作用。在雪支配的生态系统,特别在不稳定的雨 - 雪地带的森林里,流域实验提供了矛盾不一的结果。

除了由于树木被采伐清除外,还有其他可能对洪峰流量具有更大影响的一些因素。例如,道路或坚实的泥泞小道占据了排水区的重要部位,或遭受火灾后,地表渗透力受到影响的地方,加速了暴雨量流入河流系统,这些都确实会增加洪峰流量,尽管树木的采伐本质上并不产生影响。此外,泥沙或漂浮的有机废物的加速流入对航道产生的影响远大于洪峰流量的变化。

水质

森林水文学的基本“规律”之一是水往山下流,Murphy的推论认为水在某种程度上这样流,会产生许多灾害。采伐树木和在坡地筑路的林业工人可能在日常作业的判断中注意到了此推论。

如今,表面冲刷与大片泥土迁移给林业人员提出了许多重要的水的管理问题。表面冲刷的原理已在农垦地上作了彻底的研究,其中的许多概念都可直接应用于林垦地。光秃土地面积的百分比是冲刷率的一项控制因素,植被的迅速恢复或废物覆盖的场所使冲刷减小到最低程度。对林垦地上支配大片泥土迁移的原理则了解得较少。根系的力量、孔隙水的压力,泥土的粘结力,以及斜坡的坡度都是已知的因素,但还没有有效的预测模型。

冲刷的过程与有联系的现场泥土流失和生产能力仅仅构成泥沙沉积问题的初始阶段,一旦被水流挟带,悬浮泥沙和河床质的输移可对航道中的渔业产生影响,同时也影响其下游的用户。

森林实践法令改变了林业人员和伐木工人怎样在林地工作。在有这种法令的18个州中,林业人员之间对水土流失一类的环境问题日益敏感。归根结底,森林对水土的影响要由技术人员来负担,不管计划有多好或者依据的资料有多完善。大多数森林采伐和道路建筑作业都符合或优于国家森林实践法令的范围。在施行适当的地方,据报水土流失少于水土保持标准所规定的每年每公顷2 ~ 7公吨——远远低于大多数农垦地。然而在不稳定的地区,除了通常最佳的管理工作之外,还要求采取特别的防范措施。

在南方,沼泽地的森林作业已是一个长期的问题。W72年的联邦水污染控制法修正案规定一项管理这类作业的许可制度。或许在过去十年中最引人注目的森林作业与水有关的法令是在林垦地限制使用除草剂。法院已禁止在所有联邦土地上使用除草剂,在有些州的土地上则严格限制使用,特别在加里福尼亚州,群众关切的实质是除草剂对饮用水的污染,以及对人体健康的影响。

若干因素结合起来提出了更多的规定。在西海岸,鲑鱼的游程一直靠近浅海岸,因此生态环境的保护一直是个主要问题。在西南部,人口的迅速增长使水成为日益宝贵的商品。在南部及东南部,不断发展的茂密的森林地上频繁的作业与水质问题和沼泽地的管理联系起来。全国住宅的发展正扩展至森林的边缘,很可能引起群众对森林作业更深入的研究,特别在那些可能影响家用水供应的地方,管理人员在安排森林作业时受到前所未有的挑战去研究潜在的水利资源的影响,不然就必须加紧补充管理条例。

森林管理人员能够预防水的种种问题。水温的控制可以通过保持植被,以树荫防止阳光直射河流而得以实现。由于大量微小的有机物质的存在使水的含氧量减少,可以将倒入河道中的树木清除掉而得以控制。在许多情况中,山区河流天然的快速复氧消除了溶解氧的显著变化。

在60年代后期,植树流域在采伐后养分的释出是个主要的问题。在美国许多地方的研究表明:在头几年内增加的养分浓度明显地出现在河流中,接着迅速下降回复到预先处理的水平。相似的反应特征也可以出现在森林施肥以后,研究调查已表明:养份释出的增加量是不大的。

环绕森林化学品的使用引起了争论,即使使用正常,没有残存物流入河道系统,群众仍深为关切,因为即使距离最远的源头流入河道的水,可能是下游居民区的饮用水。林业人员必须承认防止河水受化学品的污染是群众决定要优先考虑的事情,即使受污染程度在规定的限度以下。

另一个饮用水的问题涉及到家庭成员和旅游者,他们饮用了森林河流里未经处理的水。水传播的病菌引起的肠胃疾病已成为一个主要的问题,特别在稠密的旅游区。

寻找解决的办法

早在二十世纪初期Colorado州开始了流域的研究工作,研究森林采伐对洪水和流量的影响。这两项主题与森林保持美国河流的可航性所起的作用具有密切的关系。

研究工作已将重点转移到与当前一些问题相一致的主题上。下图是一份美国正在进行中的188项“森林与水”研究工程的主题索引。约占全部研究工作的20%是以水流量/水文为主题的一个组成部分。“地下水流”与“地下水”包括在内少于5%。此外,理解地下水流,即在植树的流域里水运动的支配机理,对管理人员解决坡度的稳定性和水质问题具有重大的意义。工程的大部分包括水质的若干方面。近来对酸雨和大气沉积物的关切是显然的。几乎工程中的半数包括“水化学/酸雨”。对“沉积物输移”与“冲刷”也反映了广泛的兴趣。

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目前有许多项研究是面向应用方面的,几乎有2/5的项目评价森林实践对水资源的影响。研究摘要表明:经济评价与遥感工具很少参与到研究工作中去。太空工业派生出来的高级技术正迅速改变林业人员和陆地管理人员怎样去解决问题,然而遥感技术的直接使用看起来好像还不曾在森林与水的研究中存在。没有一项提及沼泽地的研究项目。

在过去二十年中,我们对森林实践与水量和水质具有怎样的关系所取得的理解也大大增加,由于流域研究人员已弥补了资料的不足。对环境问题敏感的林业人员处在可以做好国家森林水利资源管理工作的地位,但是他们面临着科学的、立法的、社会的和政治的许多问题。现在正是向森林水利研究重新投资的时候了。

[英文报刊资料农林类,1985年11月]