摘要
森林与水之间关系是人们关注的热点问题。在森林流域中，气候与森林变化是影响径流变化的两个主要因素。大兴安岭地区位于我国高纬度寒温带，对气候变化十分敏感。同时，大兴安岭既是我国重要的国有林区之一，又是黑龙江和嫩江的发源地，对维持下游水生态稳定与水资源供给起着重要的作用。大兴安岭森林在过去的半个世纪里经历了采伐与恢复的动态变化过程，这势必对河川径流产生一定的影响。因此，在全球气候变化背景下，大兴安岭地区森林植被变化对河川径流的影响成为目前亟需研究的科学问题。本研究以大兴安岭北部塔河森林流域(6581km2)为研究对象，对过去45年(1972-2016)气象要素、河川径流、土地利用类型、森林村种组成与蓄积量变化趋势特征进行研究，分析森林变化对径流情势的影响，并利用SWAT水文模型与统计学方法定量估算气候与森林变化分别对河川径流量的影响。此外，通过对未来气候变化情景的模拟，预测塔河流域未来径流的变化特征。本研究旨在揭示我国寒温带森林流域在气候变化背景下，河川径流对森林采伐、恢复、树种组成变化的响应，以期为大兴安岭地区森林和流域水资源的可持续性管理提供理论依据。结采表明: (1)塔河流域在过去45年间年潜在蒸散发量、年平均气温与年平均最高温呈现显著增长趋势(p＜0.01)，上升速率分别为12.Omm/10a、0.28℃/10a与0.43℃/10a。年降水量与年径流量呈增长趋势但不显著，增长率分别为10.9mm/10a(p=0.31)与7.3mm/10a(p=0.40)。但冬季降水量与径流量均有显著增加，分别为2.5mm/10a(p＜0.05)，0.6mm/10a(p＜0.01)。说明塔河流域径流量与降水量变化趋势相一致，气温的显著升高并未对径流的变化趋势产生明显影响。 (2)塔河流域历史土地利用类型几乎不变，林地面积保持在流域总面积的90％以上。但是几十年的采伐导致塔河流域内落叶松原始林基本消失，落叶松天然林蓄积量从1970s采伐初期的90m3/ha下降到21世纪初的32m3/ha，且以幼龄林、中龄林为主。与此同时，白桦次生林面积不断增加，蓄积量随之增长到39m3/ha，森林树种组成由“10落”逐渐变化为“5落5白”的格局。 (3)森林采伐导致年径流量增加。森林采伐导致洪水径流量平均增长约20％，历时平均延长约6天，出现时机平均提前约5天，增加了1.9％的洪水出现概率（重返周期大于50年），变异系数增加了0.04。同时，森林采伐导致枯水径流量平均增长约70％，历时平均缩短约21天，发生时机平均提前约12天，变异系数平均增加0.01。 (4)森林恢复导致年径流量减少。此外，森林恢复减少洪水径流量，缩短洪水历时，推迟了约4天洪水径流出现时机，降低了大于5年洪水重返期的出现频率，洪水径流变异系数减少了0.02。同时，森林恢复导致枯水径流量平均减少约15.6％，历时平均增加约18天，发生时机平均提前约6天，变异系数增加0.04。 (5)森林蓄积量不变，树种组成变化减少年平均径流量。此外，森林树种组成变化会导致洪水径流量升高，历时增加，但推迟了3天洪水径流出现的时机，降低了极端洪水的发生频率与洪水径流的变异系数。同时，森林树种组成变化小幅度降低了枯水径流量，降幅平均仅为1.7％，发生时机平均延迟约13天。 (6)当前森林较采伐初期（基准期）对年径流的影响相似，但生物量却减少约20％。说明当前森林状态并不是森林“碳”与“水”生态价值权衡的最佳配置。 (7)基于CMIP5模式下的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0与RCP8.5四种温室气体排放情景，预测2050s塔河流域年均温平均变化量分别为-0.50℃，+0.38℃、+0.67℃和+1.0℃，年降水平均变化量分别为43mm，23mm，36mm与10mm。经SWAT模型模拟年径流平均变化量依次为43mm、31mm、60mm、31mm，且不同月份的径流变化特征不同，其中，1-4、7-12月径流量增加（RCP8.5在7月除外），4-6月径流量降低。 (8)基于塔河流域近40多年气候变化趋势构建未来30年后(2050s)的11种气候情景，其中，温度不变，降水量增加20％时，流域年径流量预计平均增加109mm(41.7％);温度不变，降水量增加l0％时，流域年径流量预计平均增加53mm(20.4％):温度升高0.84℃，降水量增加20％时，流域年径流量预计平均增加91mm(35.2％);温度升高0.84℃，降水量不变时，流域年径流量预计平均仅减少6mm(2.3％)。说明，塔河流域未来径流的变化量主要受降水的影响，温度升高对年径流量的减少影响有限。 大兴安岭地区森林的不断恢复正在逐渐减弱由于前期采伐对径流的影响;为提高大兴安岭地区森林固碳与水文的生态服务功能，在森林植被恢复的过程中，应注重对顶级森林群落的恢复;在森林采伐演替的落叶松-白桦混交阶段，可适当的在枯水年对白桦林进行疏林，增加径流量，缓解旱情:未来气候的变化有助于增加塔河流域径流量，从而抵消由于森林持续恢复而导致的径流量下降。
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