森林对环境的服务功能及其作用机制

李良厚 陈宝林 汪衡 黄义林

1.河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008

2.河南省光山县教师进修学校，河南 光山 465450

3.河南省光山县林业局，河南 光山 465450

4.河南省商城县林科所，河南 商城 465350

森林对环境的服务功能及其作用机制

李良厚1陈宝林2汪衡3黄义林4

1.河南省林业科学研究院，河南 郑州 450008

2.河南省光山县教师进修学校，河南 光山 465450

3.河南省光山县林业局，河南 光山 465450

4.河南省商城县林科所，河南 商城 465350

森林是陆地生态系统的主体，其结构复杂，既包括有生命的成分，也包含无生命的成分。森林中动物、植物及微生物种类繁多，光、热、水、土壤的作用和功能复杂，结构层次多样。森林在为社会提供木材和竹材、木本粮油、林化产品、药用动植物等大量产品的同时，还具有多种多样的环境服务功能。随着社会经济的发展，人们对环境质量的要求越来越高，对森林的环境服务功能更加关注，许多学者从不同方面对其做过阐述[1-12]。但是，这些阐述有的内容不够全面，有的缺乏系统性和具体性，并且都没有涉及森林服务环境的作用机制。本文从森林调节气候、涵养水源、保持水土、减少污染、改良土壤、游憩保健以及保护生物多样性等方面对森林的环境服务功能进行了比较系统和具体的阐述，并且阐明了其作用机制，以帮助人们提高对森林的环境服务功能的认识。

1 调节气候

面积越大，林内的相对湿度亦越高。通过林内外气体的交流，森林可以提高周围空气相对湿度，这对干旱有明显的预防作用。

1.3 减少地表水分蒸发

降水落到地面上，除去径流及渗入土壤深层以外，有一部分降水将被蒸发到大气中。森林能减低地表风速，提高相对湿度，林地的枯枝落叶能阻止土壤水分蒸发，林内气温和土壤温度都低于空旷地，使林内地表蒸发低于无林地。

1.4 降低风速

森林是天然的防风屏障，对风有很强的阻挡和摩擦作用。森林通过树木枝叶对风的阻挡和改变风向，能把强风分散成小股气流，使风速降低。森林还能够减低地面的风速，在森林的迎风面，风在距离林缘几百米远时就开始减低风速，在森林地带背风一侧形成明显的遮蔽区，从而保护庄稼免遭风的破坏。由于风速削减，也减少了对土壤的风蚀。

1.5 增加降水

森林在一定程度上能够增加所在地区的降水量。森林植物有强大的蒸腾作用，太阳能消耗较多，林地上空和林内温度较低，相对湿度大，林内草木蒸腾和林地所蒸发的水分容易达到饱和状态，就会凝结成露、霜、雨凇和雾凇，形成水平降水。森林地区比较多雾，树枝和树叶可以产生凝结降水，在一定程度上增加了降水。在条件相同地区，森林地区要比无林地区降水量大。

1.6 维持空气中的碳氧平衡

森林对平衡大气中的氧气和二氧化碳起着重要作用。森林植物的光合作用，能够吸收、固定最主要的温室气体二氧化碳，并将其存储在森林的生物量中（包括树干、树枝、植物的叶与根以及相关的微生物和动物）。在陆地植物与大气二氧化碳的交换中，90%以上是由森林植被完成的。因此森林是大气二氧化碳的一个重要缓冲器。

森林是地球上最厚的植被，对小气候和局部气候的影响是显著的。在成片的森林地区以及林冠层的下部都能形成一种特殊的小气候。森林小气候的主要表现是林冠内外的辐射、温度、湿度、降水和风都有相当大的差异。森林不仅使林内产生特殊的小气候，而且对邻近地区的气候也有较大的影响。在林区附近，气温变化和缓，温度较高，降水增多。森林对温度、湿度、蒸发、蒸腾及雨量可起调节作用。

1.1 调节温度

森林具有庞大的林冠层，在地表与大气之间形成一个绿色调温器，它不仅使林内的有特殊的变化，而且对森林周围的温度也有很大的影响。与无林地相比，林内冬暖夏凉、夜暖昼凉，温差较小，有利于林下植物生长和动物栖息。夏季，太阳辐射投射到林冠后，被林冠吸收一部分，这部分太阳辐射能绝大部分转化为热能，主要由林冠层的蒸腾作用消耗掉。由于林冠遮蔽阳光，林内的太阳辐射很弱，林内土壤不受阳光直接照射，可以降低地面温度，从而使林内年均温较无林地低。到了冬季由于林冠的覆被，阻缓了热量的散发，从而使林内气温反而比林外高。气温低时森林又具有保温御寒作用，由于树冠的阻挡，减少上升热气流的产生，从而减少冬季夜晚林内的热量散发，林内气温、土温散失迟缓。冬季气温越低保温御寒作用越大。而在整个一年中，森林的冷却作用强于保温作用。森林能降低每日最高温度，而提高每日最低温度，在夏季较其它季节更为显著。森林使夏季降温，冬季增温，有利于植物夏季躲避大气的高温胁迫，对植物越冬十分有利。夏季森林使地面温度降低，空气垂直温差变化减少，上升气流速度减弱，因而还可削弱形成雹灾的条件。

1.2 提高空气相对湿度

森林的蒸腾作用使有林地区的空气湿度高于无林地区。林木及其它森林植物蒸腾和林地蒸发的水汽可以在林内保持较多，使林内的相对湿度比林外高。树木越高大，则树叶的蒸腾

2 涵养水源

2.1 拦蓄降水

森林是蓄存降水的天然大水库，具有强大的蓄水作用。森林复杂的立体结构能对降水层层截持，不仅使降雨发生再分配，而且减弱了降水对地面侵蚀的动能。林冠的枝叶可以拦截和保留降落在树冠上的一些雨水，森林内的灌木与草本植物层拦截并保留的雨水更多。森林地面的枯枝落叶层处于松软状态，具有很大的孔隙度和持水力，吸收和渗透降水很快。穿过枯枝落叶层的降水又被土壤吸收，枯枝落叶层的持水量和渗透率越大，产生的地表径流就越少。在林地土壤中，乔木、灌木和草本植物的大量根系，生长在不同深度的土层中，这些根系枯死之后，不仅会增加土壤的有机质，而且在土壤中遗留下许多孔道，这些孔道会增加土壤的蓄水量。在森林土壤中还生活着大量的微生物和昆虫等动物，它们在土壤中开掘了大量的洞穴和孔道，这些洞穴和孔道也能够蓄存大量的降水。另外，由于林地上枯枝落叶的分解转化，增加了林地土壤有机质，形成了较好的土壤团粒结构，使林地土壤具有很强的持水能力。

2.2 削洪减灾

我国降水丰富的地区，降水分布不均，全年 80% 的雨水集中在 7～9 月，这一时期容易形成洪峰。在有林地区，当降水强度超过枯枝落叶层和土壤的渗透力产生地表径流时，流水也只能在枯枝落叶层和土层内流动。由于反复受枯枝落叶和土壤的阻拦，径流分散，流速减慢。还因为森林对降水的层层截留，林地蓄存的降水，借助于良好的土壤结构将地表径流转化为地下径流，径流不会短时间过量集中，可以防止和减缓洪水的暴发。这主要表现为降低洪峰水位，减少洪峰流量，延缓洪水产生的过程，削弱洪水之害。无林和少林地区的洪峰进退迅猛，加大了洪水的威胁。一般说，林区的洪峰比林外低一半多，林区的最高洪峰比非林区低2.4倍。

2.3 补给河水

森林可以将涵养的水转变为地下水，防止河流断流。森林通过土壤和生物组织吸收大量降雨来减少多雨季节时的水流量，同时又提供持久的溪水来降低旱季时的缺水现象。森林内地表径流量小，大部分降水都渗入地下，贮存在土壤或岩石中，化为涓涓细流，使水流常年比较均匀地进入河流或水库，以丰补歉，在枯水期仍能维持一定量的水注入河川，使河川水流量在一年内均匀分配，能增加枯水季节水流量，缩短枯水期时间，缩小丰水期和枯水期的水流量差距，稳定江河一年中的水位，具有较大的调节地表径流和江河流量的作用。能够持续地提供水力发电、居民生活和灌溉用水，从而避免了洪水季节大量降水的无效流失，使更多的降水能得到有效的利用，在一定程度上能缓解水资源的短缺，减少旱季缺水造成的损失。

3 保持水土

3.1 防止土壤侵蚀

森林植被可以通过多种途径阻止土壤侵蚀的发生。森林覆盖率增加，土壤流失就会随之降低。如果有效盖度达到60%，可以显著地减少土壤流失。这种效应对于接近地面的植被来说更加明显。植物的分层现象也起一定的作用。灌木和草本植物混合植被下的土壤流失程度比草地低20%。森林在雨季可以拦截降雨，使大部分降雨保持在植物表面上、枯枝落叶层中、土壤里及生命组织中，从而减少地表径流。森林茂密的植被除截流一些雨水外，还能够在土壤表面形成一个保护层，显著地减少雨水对土壤表面的直接冲刷，保持土壤结构的稳定性，消除雨水的侵蚀作用，裸露的土壤在暴雨雨滴的击打和浸润下，土壤结构会被破坏，抗侵蚀力急剧降低，被水分所饱和的表层土壤很快呈稀泥状态，堵塞土壤空隙，减少降水渗透，流水会将其夹带形成径流，造成土壤侵蚀，而林地土壤可以得到植被和枯枝落叶层的保护，使土壤不被侵蚀。林地枯枝落叶层增加了地面的粗糙度，起到过滤、阻断和减缓地表径流的作用。树木根系深，根幅大，骨干根粗壮，根系抗折强度大，防止土壤重力侵蚀和泥石流能力也较强。

3.2 减少泥沙淤积

森林植被和林地枯枝落叶层对林地土壤的保护，使林地一般不会发生土壤侵蚀，同时由于枯枝落叶层结构上的特异性，还可使森林所在地的上部地段的泥沙或林内进入径流的泥沙及半分解物质沉积，对地表径流起到过滤作用，减少泥沙流入河道和水库。不仅林带内部可以沉积泥沙，而且在林带下方两倍树高距离内的地段也可以沉积泥沙。林地枯枝落叶层越厚，分解得越好，质地越疏松，对地表径流的过滤作用越突出。由于林地枯枝落叶层具有过滤泥沙的作用，从林内流出的是涓涓清流，泥沙含量少，就能够大大减缓河床、水库的淤积速度。

4 改良土壤

森林植被通过改善土壤的化学、物理和生物结构，能够提高土壤的肥力。林地枯枝落叶分解形成的腐殖质能黏合粗粒土壤和增加黏重土壤的孔隙度，使森林土壤具有良好的团粒结构，增加了土壤的持水量和通气透水性。森林内动物多，可使枯枝落叶分解作用加强，促进土壤结构和通透性的改善，土壤动物挖掘的洞穴、孔道能增加土壤的通气透水性。林木不断生长延伸的根系，穿插交织着土壤，牢固地团聚土块，增强了土壤抗侵蚀能力。森林改善生物结构，使土壤中的微生物变得丰富，林地枯枝落叶经微生物分解形成腐殖质，使土壤腐殖质含量提高。森林的枯枝落叶可以把养分返回到土壤中，改善了土壤的化学结构。森林的动植物每年增加的有机物质，连同枯枝落叶，厚厚地盖着林地，腐烂以后成为优质肥料。此外，森林可以使空气中的部分元素转移到土壤中，比如某些植物的固氮作用。

5 减少污染

5.1 吸收有害气体

森林植物种类丰富，对多种有害气体均有一定的吸收积累能力。森林植物的新陈代谢要吸收空气，在这个过程中，空气中的有害气体一旦与植物接触，会被束缚或溶解于植物表面，或通过气孔被植物吸收。被吸收的有害气体一部分被同化为植物体的组成物质，另一部分被富集，暂时储存在植物的器官和组织中[3]。

5.2 过滤尘埃

森林树木有高大的树干和稠密的树冠，是空气流动的巨大障碍，它能改变风速和风向，对粉尘有很大的阻挡和过滤吸附作用。当含尘量大的气流通过树林时，随着风速的降低，空气中颗粒较大的粉尘会迅速下降。森林植物的高蒸腾速率能使森林周围保持较高的湿度，增加烟尘的水分含量，有助于灰尘和烟雾沉降到地面和植物的表面。另外林木具有大量枝叶，枝叶表面又常凸凹不平，有些树木的表皮长有绒毛或者能够分泌出黏液或油脂，它们能把粉尘粘在表面，这些枝叶经雨水冲洗后又会恢复吸附尘埃的作用，从而使经过树林的气流含尘量大大降低。

5.3 杀灭细菌

森林植物的枝叶，通过吸附大量尘埃，减少细菌的载体，使空气中细菌的数量减少。树木是杀菌能手，其叶、芽、花、果能分泌一些芳香挥发性物质，飘浮在空气中，这些物质能杀死细菌和真菌。许多树木在生长时散发出具有杀菌作用的有机物质，以防细菌侵害。这是树木为了保卫自己而释放的化学物质， 能杀死多种病原菌。

5.4 消除噪声

森林有减轻噪声干扰和危害的功能。树木的干、枝、叶具有阻挡声波的作用，当噪声传播到森林时，被树木的干、枝、叶反射和散射而减弱。此外，植物枝叶表面的毛孔、绒毛能吸收噪音。有人测定，70dB的噪音通过40m宽的林带，能降低10dB～15dB，4m宽的绿篱可减弱噪音6dB，绿化街道可减少噪声8dB～10dB。因此，绿色植物被称为“巨大的消声器”和“天然的隔音板”。

5.5 改善水质

森林能有效地防止水资源的物理、化学、生物和热能的污染。森林土壤对污水具有过滤作用，经过森林土壤过滤的水流，细菌数量降低。降水通过林冠或沿树干流下渗入土壤，再由河溪流出，使降水得到森林的过滤。森林的过滤及消毒作用强，经过森林过滤的降水，其化学成分会发生变化，化学物质含量下降，水的硬度降低，提高了水的质量。

6 游憩保健

森林环境，景色优美，空气清新，空气中积累的阴离子较多，它可以调节人的感官神经，舒缓紧张的精神状态，能改善人的神经功能，调整代谢过程，提高人的免疫力。绿色森林环境创造和提供的自然美、生活美和艺术美，能满足人们欣赏和享受的需要。森林植物对人的情绪有镇静作用，使中枢神经系统放松，并通过中枢神经系统对人的全身起着良好的调节作用。特别是人从喧哗的地方到安静的森林环境中，脑神经系统就从烦躁的情绪中解放出来，使人感到愉快安逸。森林自然景观一年四季随季节的改变发生规律性的变化，森林植物发芽、开花、结果的不断变化，能使人感到大自然的勃勃生机，感受到生命的活力。森林植物多彩的颜色和绚丽的花朵及释放的芳香气味，会对人的大脑皮层产生良好的刺激，有助于解除人的焦虑心情，稳定情绪，不仅能使人感到舒畅，而且可以消除疲劳，改善睡眠。经常处在优美、安静的绿色环境中，脉搏跳动减缓，呼吸均匀，血流减缓，心脏负担较轻，有利于高血压、神经衰弱、心脏病人恢复健康。

7 保护生物多样性

森林是地球上最大的物种基因库和生态环境庇护地，是陆地生物多样性的主要栖息地。森林是物种最丰富的地区，茂密的树木能给许多生物提供生活栖息场所，提供它们的生存环境。地球上的森林庇护着生物圈中70%的植物种，40～50%的动植物种。丰富的动植物物种的生存完全依赖于森林植被及其生态功能，它们本身也是生态系统及其功能的一部分，并在其中不断演化和多样化。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.008

河南省政府决策研究课题（2011B294）

李良厚(1964-），男， 博士，研究员，主要从事森林培育和森林生态学方面的研究。