（1 黄委会西峰水土保持科学试验站  甘肃西峰  745000；2 郑州市节能中心  河南郑州  450006）

关键词：森林  荒漠  沙漠  环境  径流  泥沙  水土流失  水土保持  黄河
    摘  要：文中说明了森林（及草业）在环境中的重要性，和由人类破坏森林所引发的重要环境问题。说明森林和草对减洪、增加常水径流以至增加年径流的显著作用及减少泥沙的效益。表达作者对林业建设的期盼。

    1 保护和发展森林、草被是当今中国和世界实现可持续发展的迫切而重要的环境问题

    森林的减少以至消失，草地的退化以至荒漠化，是人类活动所引发的、全球范围的较普遍的环境问题。我国由“春秋后期自民国，由于人口屡增，战火频仍，历代王朝和帝国主义者掠夺式的采伐森林，……不合理的农业措施等，水土流失日益严重”。“引起水土资源和土地生产力的破坏和损失”①。以上由“中国大百科全书”所总结的发展过程，是广大西部地区环境的变化写照。
    今天地球的自然环境，是由几十亿年演化发展所形成的以森林为主体的自然环境。所谓“要想富快砍树”，想以毁林垦荒去增加耕地，增加粮食，但最终是减少耕地和粮食，使土地难以恢复，失去生产力。如昔日繁荣的敦煌、楼兰现已为沙漠所取代；策勒县城为避沙而三迁，罗布泊现在已是无“泊”可言②。过去人们尚不十分了解造成这一情况的原因，而实际这正是人们自身所致。新疆近四十年来已使可固沙的红柳减少40%，年耗红柳柴以1m1m可铺达西安（中央电视台语录）。这里，一个是人工林或其他燃料可解决的问题，一个是永久性的环境灾害和燃料引发困难的问题，孰重孰轻可想而知。
    黄河流域被称为中华民族的摇篮。在长期的生产、经济开发中，由于森林减少和草地退化，今天又给我们带来些什么呢？洪灾增加，常水减少以至干涸，使北方地区本来已显著短缺的淡水资源，更显匮乏。由于水土流失加剧，使土地贫瘠，气候反常，从而使干旱、沙尘暴、荒漠化、沙漠化加快发展。在黄河中游，如甘肃省环县，今天已使三十年代沟谷部位还普遍存在的稍林，曲子、甜水多达十余万公顷的灌木林和安山川上游的林区等，已基本消失。加之放牧过度和过去的挖草烧等，使现今的环县光山秃岭，水土流失呈增加趋势，成为危害黄河的多沙、粗沙的重要产区之一。
   以环县近四十年的年降水量看，前二十年的年均降水为435.3mm，后二十年则下降为374.4mm，比其它地区同期下降更为显著。据环县县志记载，各年代的灾情减产是：50年代为137万kg；60年代为1065万kg；70年代高达2219万kg。灾情中旱灾占69%。《环县土壤志》反映：环县北部公元221年时，林茂草盛。在今天因生态失调，沙化面积1986年较1975年十年净增1247km2。
    由植被破坏引起水土流失开始，逐步导致土地生产力减退，以至荒漠化、沙漠化，不仅中国有此现象，这也是全球各地均可证明的问题。从以文明、经济发展较早的地中海周边，尤其是南部各国来看，都可说明这一点。如伊拉克的美索不达米亚平原，早在四千年以前就建立了巴比伦王国。从公元前的史诗反映，当时山坡上有森林，平原有灌木、牧草，物产丰富。发展盛期时，人口是现在的三倍多。但现在荒漠、沙漠一片，年降水量仅152mm。土地承载力下降，除地下的石油外，生活品也难以自给③。全球由此年损失耕地多达400～700万hm2。联合国公布：1985年以来二氧化碳排放量增加一倍，与此同时地球的绿肺——森林在减少；受洪灾人口近二十年翻了一番；超过20亿人面临缺水问题等。
    联合国粮农组织在“粮食与环境”中谈到，“不加控制地采伐及任意毁坏天然林，已引起了许多灾难。……已发展到开始威胁全球环境的稳定及活力”。中国“水土流失公告（三）”中说，“上世纪90年代和80年代相比，风蚀面积增加了300万hm2”。这也诠释了“粮食与环境”中所昭示的事实和道理。
   那么像我国南方如不注意生态保护，是否可以长期维持“山清水秀”？在上世纪50年代常有人说：南方气候好，草木被破坏了也能很快恢复，它不会像黄河流域一样，出现泥沙危害等。好像“泥沙冠军”永远属于黄河。但80年代以后，人们又惊呼：今天的长江明天也会成为‘黄河’（但也有人发表不同文章，认为“这是危言耸听”）。据此，这里也谈一些南方的事实。
    据云南省东川市蒋家沟中国科学院东川泥石流观测站介绍，其年流失泥沙模数一般高达十多万吨，这使黄河流域侵蚀模数最高的地区也望尘莫及。那里原本森林茂密，物产丰富，但由于千百年来伴随铜矿业的开发，破坏性的掠夺森林资源，从而由表层土壤流失开始，再而使泥石流频繁暴发，最后愈演愈烈。以二十世纪的近百年时间，完成把整个大川的好耕地全部以沙石铺盖。把一个原本风景优美的好地方，弄得山崩地裂，一片狼藉，破败不堪。连铁路在雨季中也往往要停运数月甚至半年。
    土之不存，焉能生产？人们只好弃家上山，到山顶上去垦种那些溯源侵蚀尚未达到的远山高山陡坡地。生产资料、煤、菜及日用品，都要靠夏季行走时有危险的川道路，由外地运至山下，再由驴驮、人担、人背上山，苦不堪言。数年前的7月间，在草木生长期，当我问一位刨草根烧的青年：你现在刨草根，以后草少了怎么办？他无奈的回答：“我只管现在，不管将来”。
    如前所说：水土流失“引起水土资源和土地生产力的破坏和损失”，这在南方各地同样可以得到验证。南方的现实可以说明：①不管条件多好，森林、草被都可以破坏掉；②南方有很大范围和蒋家沟的地质、土壤条件相似。一旦较长时间失去森林，都可使土地失去生产力；③西双版纳在失去森林的局部地区，也可偶见泥石流。但多数地区由于有森林保护或虽失去森林但时间尚短，且灌木、草被较好，从而给人们创造了有利生产、生活的良好的生态环境，物产丰富。这足可说明森林就是财富，就是防灾的屏障。在此，面对林草逐年减少的现实（也包括西双板纳，因为它50年前森林被覆度为60%，现在则仅为27%。虽为中国著名林区，但林地比例远小于日本全国的森林被覆度，也低于世界29%的平均数），使人不无忧虑的联想：若不保持水土，保护林草，今天的长江，明天也会成为“黄河”，这也绝非“危言耸听”。
2  森林有重要的减洪作用
    这里以黄河中游的实测资料，讨论一下林、草的减洪、减沙问题。
    2.1  以洪峰、洪量讲，在植被、地貌相似的不同面积之间，基本呈以下的经验性关系式④：
                      qm=a1f0.736                                (1)    
wm=a2f0.986（也可近似的以 wm=a2f代之）  (2)
qm 、wm ——不同频率的年最大洪峰、洪量或各年最大的均值；
a1、a2——由不同频率、植被、地貌所产生的不同系数；
f——流域面积（km2）。
    这一关系是根据黄河中游泾河流域地貌、地形相似的、流域面积由1～3000多km2的水文站、水保站资料算得，它也和国外的一些研究结果相近。这说明这一关系各地均有大体的一致性。
    2.2  为定量说明，我们以下借助以上（1）、（2）关系式，算出不同林地占有比例的流域在不同频率下的最大洪峰、洪量及多年平均最大洪量模数。以此模数相对比，可以发现林草在不同频率下均有大体一致的、显著的削减作用。这里仅以各年最大值的平均模数为例，以简化的系数方法列入表1。
表1   不同林地比例对洪峰、洪量模数的削减作用④
林地比例（%） 影响系数 林地比例（%） 影响系数
洪峰 洪量 洪峰 洪量
0 1 1 40 0.17 0.30
10 0.69 0.74 50 0.09 0.22
20 0.46 0.55 60 0.04 0.17
30 0.29 0.41 70 0.02 0.12

    （1）表1中“林地比例”以子午岭黄土丘陵林区、残林区的航測图，结合实际调查算得。无林区为泾河流域。
    （2）子午岭林区其林地减少的规律，是由农民先把梁、峁、坡面的森林毁掉垦种；而沟谷地形破碎，水土流失严重，不宜耕种，因此使沟谷林木保持的时间长一些。且因沟谷部位径流、泥沙大，这又使沟谷林的减洪、减沙效益比想象的高些⑤。
    从表1可以看出，林草的减峰、减洪作用在‘林地比例’为30%时，其减峰作用达71%，减洪达59%。林地比例达50%时，减峰达91%，减洪达78%。
    2.3  森林不仅有减洪作用，而且显著增加常流水，以至增加年径流
   这里把黄河中游的有森林流域、破坏林区流域和其相邻的无林区流域列出，不难看出森林的减洪和增加常水的效益（见表2）。
        表2   有林流域和相邻无林流域的径流、泥沙对比表
河站名 年降水（mm） 年径流深（mm） 年泥沙模数（t/km2） 流 域 概 况
合水川板桥 565 31.3 2255 上游为丘陵林区，中下游为无林区
西川庆阳 442 21.4 8809 丘陵无林区
东川庆阳 526 25.7 6197 上游局部丘陵残林区，中下游为无林区
汭河袁家庵 625 132．1 3856 上游少量林，中游沟谷灌木、草被好
达溪河张家沟 545 78．1 3756 上游少量林，中游沟谷灌木、草被好
三水河刘家河 592 82．0 2265 上游为林区，中下游为无林区
洪河杨闾 572 49．9 10400 无林区
蒲河巴家咀 543 47．7 9733 无林区
仕望川大村 592 40．1 1574 大部为丘陵沟壑林区，少量为无林区
延河甘谷驿 518 33．4 8988 大部为丘陵沟壑无林区，少量为林区
葫芦河张村驿 575 28．8 146．3 流域大部分为丘陵沟壑林区，少量为无林区
马莲河雨落坪 529 24．6 7461 流域大部分为丘陵沟壑无林区，少量林区
    表2表明，凡有林、残林流域，其年径流一般均大于所邻近的无林流域，而年沙量则显著小于无林流域。如有林流域葫芦河年径流深28.8mm；大于无林流域马莲河的24.6mm。若减去洪水径流，单以常水比较，葫芦河年常水径流深为27.1mm,马莲河仅为12.3mm，由此可见，森林增加常水的作用更为显著。这是因为一般无林区洪水约占年径流的50%，而有林流域则远小于此。若以沙量相比较，葫芦河仅为马莲河的2%。
3  林草的减沙作用更大于减洪
   甘肃省西峰市南小河沟流域以沟谷林为主的杨家沟和非治理的董庄沟的洪峰、洪量、泥沙的对比观测效益，详见下表3。
    表3  杨家沟、董庄沟各年平均对比观测的杨家沟减洪、减沙效益表
年   份 年减洪效益（%） 年减沙效益（%） 年最大洪量效益（%）
最大洪峰 最大输沙率 洪  量 泥  沙
1954～1965 46.4 75.7 79.3 91.5 62.8 77.6
1958～1965 45.9 92.6 82.9 96.2 72.8 90.5
（1）效益（%）=（董庄沟模数－杨家沟模数）/董庄沟模数。模数由（1）、（2）式算得。
    （2）董庄沟、杨家沟是南小河沟进行对比观测的相邻二支沟，面积相近。董庄沟为1.15～1.06km2，杨家沟为0.87km2。
    （3）杨家沟1954～1955年实施造林，造林的主要部位是沟谷，塬保持无治理的一般状况。塬面以下的坡面一般有荒草坡和农地两种地类，但造林仅在荒草坡部位，树少且小，郁闭差，所以沟谷林为主要效益部位。1957年以前主要为造林的工程效益，1957年发生大洪水，工程被毁，所以1958年以后可视为林草效益。
    从表3可说明，林地仅占40%的杨家沟在多年平均、各年最大的洪量中，其平均减洪、减沙效益巨大而稳定。1958～1965平均年减沙效益为92.6%。从各年所发生的最大洪量的减沙效益看，其平均效益为90.5%，和年均效益92.6%基本一致。1988年7月23日南小河沟流域发生百年一遇的暴雨，因董庄沟观测撤销，经调查推算，杨家沟林木虽在“文革”中遭到破坏，但仍有85%的减沙效益。还应说明，这个效益是在未减少耕地面积和增加经济收入的情况下取得的。而且杨家沟因它以沟谷林为重点，使其和子午岭自然林效益基本相近（见图1）。
    如果把子午岭自然林的不同林地比例的流域、破坏林区流域和杨家沟人工林流域、无林区流域的侵蚀模数绘在一起，不难看出，凡有林只要符合表1“（2）”的说明，就能显著减沙（见图1）⑤。
                                                                                       
                                                   侵蚀模数（t/ km2）

 图1流域不同林地比例与产沙模数                                                  

4  林草的减洪、增水、减沙机理小议
    4.1  林（草）所以减洪、削峰，是由于树冠及草截留雨量大。林地土壤，特别是有腐殖质土壤的天然林，其吸水性极高。即是人工造林，看似一般，而实际吸水性也是高的。以人工油松林而言，其根系可使0～20cm土壤容重比撂荒地低23.5%，使容水量最大达119.4mm，如果减去土壤自然含水量36.1mm，仍可有调蓄量83.3mm（这大于当地多年平均的最大日降水量值）。
    而对一般林地而言，土壤水分相对偏低，在干旱年约低于田间50%；入渗率在10cm以内为撂荒地的10倍以上，20cm深处为2倍⑥，这更有利于土壤调蓄降雨作用的发挥。加之林地腐殖质多，年降雨一般偏多（见表2）。从而有涵养水源、增加常水径流以至年径流的基础。 
4.2林地减沙
   4.2.1 在黄土高原地区，一般来说沟谷部位产沙多，而林又往往集中在沟谷。以黄土高原沟壑区的南小河沟讲，沟谷产沙占流域的85%。这为林木（特别是沟谷林木）减沙提供了基础。
   以杨家沟和董庄沟的流量(q：m3/s)和输沙率(qs：kg/s)建立关系，分别是qs=400q1. 28和qs=550q1. 28（图略）。它说明在同一流量下，杨家沟也可减沙为：（550—400）/550=27%。扣除流域面积影响，则仍可有减沙作用22%。它基本是林木的固坡、稳定沟床和对高含沙水流流态影响的作用。
    高含沙水流具有易冲和易淤的双重特性，即若保持窄深水流，它会和人们的想像相反——具有比清水更大的下切作用；反之则又易淤积。众多小支毛沟的沟谷林草，由于其固土、抗冲作用，可改变高含沙水流的下切特性，使沟床由原来无林时的窄深形式，淤积成无输沙能力的宽、浅形式。再而抬高沟床、稳定坡角后，又使坡面土壤流失减弱，形成固沟、减蚀的巨大减沙效益。据黄委会西峰水土保持科学试验站调查，开始于130年前所形成的子午岭林区，其党家川（流域面积30 km2）的干沟沟床淤高5m；近代森林破坏后，干沟的中下游则又重新下切5m。这即高含沙水流特征的实际反映和沟谷林减沙效益高的原因。
    4.2.2由林地减洪而减沙：以董庄沟的次洪水量模数(m：m3/km2)和次洪水输沙量模数(ms：t/km2)的关系式ms=0.00435m1.6来看，由杨家沟减洪45.9%，约可减沙63%。
    仅以上两项可减沙85%。另外，由qs=550q1. 28也可看出，其削减洪峰的减沙作用也大于减峰本身。这一分析可说明和实测效益92.6%基本接近。
    当前国家提出“再建西北地区秀美山川”的号召，对林业建设给予高度评价和重视，成效显著。林地面积已由1988年的12%，上升为现在的16.5%，使人欣喜。但这对于一个山区面积占三分之二的中国来说，距应该达到的要求还差甚远，尚须长期努力。相信以人与自然协调发展的“天人合一”的现实，一定会再现中国大地。      

参 考 文 献

①“中国大百科全书”，大百科全书版，1990年9月版，1131页1336页
②“中国地图集”，地图出版社，2000年8月
③“各国概况”，人民出版社，1972年版
④ li zhuo，zheng heqing，“an inquisition into the methods of design
      flood for small and medium sized cut chments ”，unesco，1994
⑤ 李  倬，“浅谈林草的固沟作用”，《人民黄河》1983年第5期
⑥ 赵鸿雁等，“人工油松林根系层的水文作用”，《中国水土保持》1994年第6期