在生态学研究领域，“自然”有着另一个概念：生态系统。而研究生态系统中的相互关系和规律是认识自然、顺应自然、保护自然的重中之重。

森林涵养水源离不开土壤

森林被称为“绿色水库”。那么，森林为什么可以涵养水源？又是如何涵养水源的呢？

近期，荣获2019年度四川省科技进步一等奖的“岷江上游森林植被恢复与生态功能提升关键技术与应用”项目取得重要研究进展，并对此作了解答。

森林调节水的作用受林冠层截持-林内灌草层截持-林地枯枝落叶层和苔藓层拦蓄-森林土壤层含蓄所构成的一个综合复杂过程影响，90%以上取决于森林长期演替形成的复杂土壤结构。

岷江上游地处青藏高原东南缘，是成都平原乃至长江上游的重要水源地和生态屏障。为阐释森林对水源涵养的调控机制，中国林科院以国家重大战略需求为目标，积极承担“973”国家重点基础研究计划等系列重大攻关项目，历经20多年扎根岷江，集中联合攻关，并梳理总结了长期积累的观测数据，在森林植被水文调节机制和退化森林恢复与水源涵养功能提升关键技术方面取得了创新性成果。

研究发现，岷江冷杉是岷江上游的主要建群树种，其树体生物量大、叶面积指数高、蒸腾作用小等特性使得岷江冷杉林对水的含蓄作用效果突出。

尤其是岷江冷杉的原始林对水源的涵养作用更为显著。主要原因在于岷江冷杉原始林长期自然演替形成了发达的海绵状苔藓层和枯枝落叶层以及具有非毛管孔隙度大、密度高、渗透性强的土壤团粒结构，有利于非重力水的垂直渗透。

数据显示，岷江冷杉原始林苔藓层和枯枝落叶层的蓄水量，每公顷分别高达126.36吨和223.85吨，分别是人工云杉林、次生阔叶林和灌丛的3.41（2.59）、8.26（29.82）、5.55（4.60）倍。

这在一定程度上证实了黄秉维院士在《确切地估计森林的作用》一文中提出的森林会降低土壤表面径流这一观点。但径流减少的水并不是完全用于森林自身的蒸发散，而是通过森林土壤蓄存起来了。

不同的森林类型涵养水源的作用大小不一，不同的树种对水分的利用规律也大同小异，森林土壤让森林成为真正的“绿色水库”。

岷江样板，山水林田湖草一体化的实践

受海拔、地势、光热等因素影响，岷江上游的植被覆盖类型呈现出高山草甸、亚高山暗针叶林、中下部常绿阔叶林并种植用材林以及林下经济作物、平原发展农田经济的区域社会-经济-自然复合系统。在流域水分循环过程的长期观测研究中，研究团队意外得到一个重要发现，水在不同植被类型中的循环利用而串起的这个系统，恰好诠释了山水林田湖草一体化的自然生态系统理念。

海拔3800米以上的高山草甸对降水具有低蒸散、高渗透的作用，但从草甸土壤中渗透出来形成的径流水顺势流入亚高山区域的云杉针叶林，给该区域的森林土壤提供了水源补给；更重要的是，亚高山暗针叶林自身的蒸发散90%又以雨雾水的形式回降到了高山草甸，滋润了草甸植被的稳定生长。

与此同时，从亚高山森林中缓缓流出的水形成的径流可以为山下的林下经济、平原的农田灌溉、畜禽养殖提供源源不断的水源供给，为人类清洁饮水和从事各类生产活动提供了保障。这一现象不仅很好诠释了山水林田湖草是一个生命共同体的生态文明理念，更为人类系统认识自然、研究自然提供了现实案例。

为科学诠释山水林田湖草系统化治理理念，团队首次运用稳定同位素示踪技术，首次发现了岷江冷杉是该区节水、调水和蓄水功能最佳的树种，且岷江冷杉原始林比其它不同演替阶段的次生林和人工林具有更高的水源涵养功能。这一研究结果为岷江流域森林水源涵养功能的正确认识提供了科学依据。

不要轻易试图“改变自然”

天然林保护工程实施20年多以来，岷江上游地区的森林覆盖率由1997年的38%上升到2017年的43%；森林水源涵养能力预期可以由21.88亿吨提升至26.52亿吨；衡量旱涝灾害发生的重要指标洪枯比在岷江杂谷脑流域的监测数据由1982年的11.5下降到2006年的7.1，紫坪铺的洪枯比由1983年的10.3下降到了2016年的4.95。这足以说明长江上游天然林保护工程的实施为岷江上游的水源生态安全做出了巨大贡献。

看到成效的同时也要注意看到人为干扰对森林的影响。比如，1998年的特大洪水给人类过度采伐森林上了一堂自然警示课，大规模集中连片种植的人工纯林背后潜藏的外来物种入侵、病虫害爆发、生态系统健康问题越来越凸显，气候变化导致的全球增温、降水格局变化和极端气候事件等，也正加速影响着森林的更新和生态系统功能。

当前，随着气候变暖、冰川消退和降雪减少，岷江流域面临基流补给减少的威胁，这将可能引发岷江流域的水生态安全问题。

研究指出，在岷江上游地区的天然林保护工程建设中，应首先保护好现存的天然林植被，包括原始暗针叶林、天然灌丛、草地和高山草甸等；植被建设要以天然更新和自然生态恢复或人工促进天然更新为主，不应一味强调大规模营造人工造林，特别是人工针叶纯林。大面积的人工植被覆盖会加重区域生态用水从而降低流域产水量，减少下游可利用的水资源。

对于岷江上游的天然林保护修复工作，可在前期大面积栽植粗枝云杉人工林的基础上，通过开林窗、带状疏伐等模拟自然干扰的方式，逐渐恢复以岷江云杉为建群种的原始林，以更好发挥森林涵养水源的服务功能，保障水资源和生态安全。这是自然委托我们科学向人类传达的“自然语言”。

（作者系中国林业科学研究院院长、森林生态学首席专家）