森林代表着绿色，承载着人民对环境保护、生态文明、和谐发展的期望。因此，我国几十年来一直在环境恶劣的北方干旱地区努力植树造林。然而，严重的干旱缺水导致林木成活困难和生长不良一直是林业发展的重大限制;另一方面，随着各行各业的水资源需求急剧升高，需在维持甚至提高森林植被生态服务功能的前提下降低林业生态用水，是个不断提高的新要求。如何突破林水矛盾的制约瓶颈，是我国林业发展中必须面对的挑战和亟待解决的首要问题。

 　　王彦辉在林科院召开的国际会议上做学术报告

    　针对干旱地区林水关系与协调管理的难题，作为中国林科院森林水文与水土资源管理首席专家的王彦辉研究员，以攻克科技难关和服务国家建设为己任，和其研究团队多年在苦甲天下的宁夏固原等地，克服种种困难险阻，长期坚持生态水文研究，依托国家林业局宁夏六盘山森林定位站和当地政府及林业部门的支持，连续实施了30多个国家、部门和国际合作等类型的项目(课题)，潜心研究，勇于创新，推动了我国森林生态水文学的孕育及林水协调管理的创新，为推进我国生态文明建设做了突出贡献。　

   　 协调林水矛盾保护生态环境

   　 我国政府非常重视林业发展，持续努力大规模造林，扩大森林面积、提高森林质量、增强生态功能。但在不同地区，需首先认识特定条件下的森林面积、质量与功能的关系，并在此基础上科学规划林业建设和合理指导森林管理，从而改善生态环境和使林业对区域发展的贡献不断优化和提高。

   　 在我国黄土高原等土壤侵蚀和荒漠化严重的广大北方干旱地区，格外需尽快恢复和增加森林覆盖。几十年来，我国一直在实施“三北防护林”、“退耕还林”等重大林业生态工程，努力植树造林，改善生态环境。但干旱缺水导致的林木成活率低和生长不良，是林业发展的首要限制;其次，增加森林导致的径流减少问题日渐突出，很多河流流量明显减少，加重了区域水资源短缺，可能危及区域水安全和可持续发展，林水矛盾已上升为影响区域林业发展的焦点。如何合理协调林水关系?成为了国家的重大科技需求，需在深入认识林水相互作用机理的基础上提高林水协调管理能力，探索林水协调的多功能林业发展道路。

   　 虽然国内外一直持续关注造林的水量影响，然而有关研究多是对比流域的径流比较，难以反映森林等环境要素时空变化的影响，所谓的全球研究集中在湿润地区，缺少在干旱地区的观测，而且我国也一直没有真正的对比流域研究，这限制着对我国干旱地区林水关系调控的科学指导。

    　那么，究竟该怎样协调林水关系呢?对此，王彦辉和其团队长期努力研究，试图基于生态水文等研究成果提出合理调控技术，推进我国的生态文明建设和林业发展升级。

   　 深入研究林水相互作用

   　 王彦辉与其团队多年开展了森林植被结构动态及其水文影响的多过程、跨尺度的综合研究，深入理解和准确评价了典型植被的水文影响。

    　在样地尺度，王彦辉和团队调查了环境驱动下的典型植被结构动态，在国内首次应用树木径向变化记录仪和平衡式张力计新技术，研究细微时间尺度内土壤水分等环境条件对树木生长的影响，揭示了水分条件对树木年内径向生长和年高生长的作用，发现土壤含水量是年内径向生长的最重要限制因子，其影响是太阳辐射、空气湿度与温度的数倍;利用构建的坡面土壤-植被-水分传输模型进行多年连续模拟，表明乔木和高大灌木生长更多依赖土壤积累的上年降水，而低矮灌木和草地主要依赖当年降水，认为气候变化导致的极端干旱已成为限制造林的因素，也野外观测到了极度干旱导致的华北落叶松林在生长季内提前大量落叶。

   　 在群落植被结构的水文过程影响上，王彦辉和团队区分了植被和石砾含量对土壤水文性质尤其大孔隙的影响，发现石砾含量在20%以下范围内的增加能显著降低土壤蒸发;确定了典型植被的冠层截持性能并基于叶面积指数扩展了冠层截持的概念模型;评价了地表植被和枯落物对地表径流的影响;研究团队的熊伟副研究员等人，测定了华北落叶松、华山松、白桦、辽东栎、沙棘等多个树种的树干液流，创新了考虑树冠重叠和优势度差别影响的林分蒸腾计算方法。借助生态水文模型耦合了生态过程与水文过程，获得了典型植被的年蒸散量和径流量及其与年降水量的数量关系。

王彦辉和于澎涛参加国际林联会议

  　  在坡面尺度上，王彦辉和团队还研究了典型坡面的地形、土壤、植被、气象等水文要素和蒸散特征的坡位差异，评价了森林结构和产流影响的坡面尺度效应。在小流域尺度上，研究团队的于澎涛研究员和徐丽宏副研究员等人，基于水文要素的空间格局及其变化规律，根据多年连续观测数据，率定了不同分布式流域生态水文模型，模拟和预测了多种植被变化情景的水文影响。

   　 多尺度评价造林减少径流作用

  　  在样地、小流域、大流域、区域等不同空间尺度，王彦辉和团队实地研究和模拟分析了植被结构及其空间分布的径流影响。

   　 在半湿润的六盘山香水河小流域，草地转为森林后减少年径流(比例)湿润年为213 mm(38%)，干旱年为93 mm(86%);平均增加流域面积10%的森林将减少年径流15.8 mm;在半干旱的六盘山叠叠沟小流域，草地、灌丛和森林的生长季蒸散分别占同期降水的60%、93%和95%以上，草地转为森林将减少年径流50-100 mm;在干旱区的祁连山排露沟小流域，增加流域面积10%的森林减少年径流25.6 mm，相当于无林小流域年径流的13%。

王彦辉和熊伟(左二)及研究生2005年5月在叠叠沟流域踏察

   　 在面积更大的半湿润的泾河干流上游，天然草地的多年平均产水量为153.5 mm，而灌木林、乔木林、农田、人工草地降至78.8、76.1、75.9、58.1 mm。对泾河流域50年的年径流变化分析表明，造林种草、修建梯田等人为活动的影响已超越降水减少等气候变化的影响，成为导致流域径流大幅降低的主要因素。

    　在整个黄土高原，王彦辉和团队建立了流域森林覆盖率与年蒸散和年产流量的统计关系。在年降水量高于450 mm的流域，非林地的年蒸散和径流分别为483和39 mm，林地为502和20 mm，与非林地相差19 mm;在年降水量低于450 mm的流域，非林地的年蒸散和径流为356和38 mm，林地为419和-25 mm，相差63 mm，需依靠降水外的其他水源维持林木生存。

    　王彦辉和团队进行的这些实地观测、统计分析、模型模拟的多尺度研究均表明，干旱地区增加森林会减少流域产水，过度造林会危及区域水资源供给安全，因而指出林业发展必须考虑水资源限制，森林管理必须面对流域产水功能，将水资源影响作为林业发展和森林管理的首要考量指标。

   　 提出植被承载力指标体系及确定途径

   　 为克服干旱地区广泛存在的造林成活率低、林木生长差问题，森林的营造与管理均需依据立地水分的植被承载力。有关前期研究采用密度作为承载力指标，这虽然实用性很强，但科学性和普适性不足。王彦辉和其团队基于多年研究，认为叶面积指数是直接联结植被结构与水文过程的关键参数，可在不同植被类型、种类、年龄间通用，将其确定为植被承载力基本指标，并在一些典型立地和坡面上应用，如叠叠沟小流域的阴坡华北落叶松林和阳坡草地，计算的可承载叶面积指数与实际观测十分接近，也体现了坡面水分再分配影响下的承载力的坡位变化。

  　  为便于在生产中应用以叶面积指数为指标的植被承载力研究结果，王彦辉和团队以华北落叶松林为例，建立了生长季内(7月份)最大叶面积指数与林龄和密度的关系，藉此可很方便地转换为密度，实现了承载力指标的科学性和实用性的统一。

  　  为在不同空间尺度上协调林水关系，王彦辉和团队还创新发展了区域植被承载力分层指标体系及其确定途径。指标体系包括：流(区)域的森林覆盖率、流(区)域内的植被空间格局、不同立地的植被类型和种类、植被群落的结构(如叶面积指数)，其确定原则是土地多功能利用和林水协调。

  　  在确定流(区)域的合理森林覆盖率时，除按传统考虑可用土地面积外，还对森林的降水限制和产流影响方面进行考虑，这可通过一些经验关系或模型模拟而实现，包括不考虑产流限制的潜在森林覆盖率和考虑产流限制的合理森林覆盖率;在确定流(区)域内植被合理空间格局时，除按传统考虑水土灾害、生产力和利用限制、林业可用土地外，还要考虑不同立地的产流差别及其造林响应，这可借助于分布式水文模型模拟而实现;在确定不同立地的合理植被类型和树种时，除按传统考虑立地质量、苗木供给、抗旱性能等外，还要考虑具体立地的植被承载力、植被耗水差别和水分利用策略，这可借助实地研究结果和水量平衡模拟比较而实现，选择稳定性强、价值高、多功能、节水好的植被类型和树种。在确定具体林分结构时，除按传统考虑树木空间竞争、培育优质木材等外，还要考虑满足一定产水要求的植被承载力(叶面积指数)限制，构建近自然的多功能林分，综合分析现有林分与合理结构的差距后提出经营措施。

   　 制定水源林多功能经营技术规程

    　密度调控是森林经营的主要手段，但传统上仅主要考虑林木竞争和木材生产。为协调林水关系和发挥森林多种功能，需基于密度与多种功能的定量关系，提出能同时满足包括产水在内的多种功能需求的合理密度。

    　以六盘山水源林区华北落叶松中龄林为例，探讨了在保障水源供给主导功能的同时能尽量兼顾其他功能的合理密度，分别建立了木材生产、植物多样性、生长固碳、产水能力等森林服务功能及林木抵抗雪害的能力随林分密度变化的数量关系，并在此基础上综合分析确定了能减免雪灾以保障林分稳定、降低蒸散以维持产水、促进目标树生长以提高木材收入、维持林下植物生长以保护多样性、保持较高生物量以发挥固碳功能的多功能合理密度，建议控制在1000-1200株/ha。

   　 为指导北方水源涵养林多功能经营，主要基于宁夏六盘山研究成果，创造性提出了《土石山区水源涵养林多功能经营技术规程》，已获批为宁夏地方标准，奠定了多功能水源林构建与经营的技术基础。

   　 该技术规程的基本原则是：合理划分立地类型并确定对应的多种功能，提出多功能森林的理想结构要求，在不同发育阶段采取针对性经营措施来构建和促成多功能林理想结构，同时充分利用森林的多种服务和水文功能。

  　  提出的多功能水源林理想结构是：林冠郁闭度在0.7左右(0.6-0.8，为达到维持天然更新和控制杂草的平衡及维持生物多样性)、林地覆盖度在0.7以上(为控制土壤侵蚀)、林木高径比(m/cm)在0.7左右(为避免冰雪灾害);此外，需遵从常规的多树种、多世代、多层次的稳定高效森林结构要求，并充分考虑森林多功能和流域产水功能的刚性需求;在任何森林演替阶段，所有经营措施都要以加快形成和良好维持这个理想结构为目标。

    　在融合了近自然林业技术的基础上，王彦辉提出了多功能水源林构建与经营的具体技术，包括不同森林发育阶段的林分结构调控目标和经营措施。此外，提出了多功能水源林经营决策的5个步骤，即：1)立地质量调查与分类;2)立地主要功能及优先性确定;3)现有林分结构特征调查及定量描述;4)现有林分结构与功能诊断;5)面向结构/功能的经营活动安排。

    　开发区域植被承载力决策支持工具

   　 受气候、地形、土壤及植被的时空差异影响，植被承载力及其水文影响也有很大时空变化，限制着科学决策，简单决策也难以胜任，需要发展相关模型和开发决策支持工具。

   　 为此，研究团队的于澎涛研究员等人基于分布式生态水文模型SWIM，结合数据库和GIS技术，采用模块化结构，开发了区域水资源植被承载力计算系统。用户可结合特定流域的自然环境与社会经济要求，在确定流域产流要求后，基于模拟结果而优选确定能满足产流需求的植被恢复或管理方案。此软件已登记为国家计算机软件著作权。

   　 利用该软件，在泾河干流上游模拟分析了森林覆盖率和林分结构的径流影响及满足不同产流要求的植被承载力，给出了对应的森林覆盖率、空间分布和叶面积指数特征。以保持年径流在37.8 mm以上为例，黄土区坡度0～15°的草坡和沟谷地草地均可恢复为叶面积指数大于1.5的森林，此时流域森林覆盖率可达27.23℅，其中在年降水量550 mm以上地区及沟谷等水分条件好的立地的森林叶面积指数可在2.5以上，而年降水量低于550 mm的立地的森林叶面积指数宜维持在1.5～2.0;如容许年径流为现有径流的50%(21.3 mm)，流域内适宜恢复为森林的草地均可恢复为森林，这时森林覆盖率可达43.31%。

    　推动成果的生产应用和政策转化

    　王彦辉坚信，尽管我国林业发展的长期任务仍将是扩大森林面积、提高森林质量、增强生态功能，但增强生态功能的要求会越来越高，必须走以增强森林和林业的整体功能为导向的多功能林业发展道路，对干旱缺水地区这首先体现在与水相关的功能上，特别是对水资源供给安全的影响。

   　 为此，王彦辉格外注意研究成果的推广应用和政策转化，他近年曾建议国家林业局发展多功能林业并领衔开展了“中国多功能林业道路探索”的调研，还参加了国家林业局承接的“我国水安全战略”调研，提出了保障水安全的林业行动需求和建议。国家林业局已专门部署和强调把干旱半干旱地区作为特殊独立板块，量水而行，大力发展节水林业。有关技术已应用于北京市在山地水源区执行的我国首个德援森林经营项目中，关于华北落叶松林多功能合理经营密度的案例写入了国家林业局2013首次刊布的《中国森林可持续经营国家报告》。

    　王彦辉和其团队的研究结果有着非常广阔的应用前景，在引导我国林水协调管理和多功能林业发展的理念更新与技术进步、推动提高林业对生态文明建设的贡献等方面将发挥越来越大的作用。并将通过与世界自然保护联盟、国际林联、联合国粮农组织等国际组织及科教单位的紧密合作，在世界范围内产生深远影响，例如曾为国际林联举办过“森林与水”的国际培训班。

   　 主持多个科研项目和荣获多种奖励

   　 王彦辉多年从事森林水文、水土保持、森林土壤、森林健康等领域的研究，尤其对森林植被与水资源的相互关系与合理调控进行了长期系统研究，突破了林水矛盾的制约瓶颈，促进了我国森林植被建设与水资源的协调管理，使生态水文学快速发展。他还倡导近自然林业和多功能林业，基于多年研究提出了多功能水源涵养型森林植被的建设与管理模式，为协调我国林水关系起到了重要示范引领作用，也从一定程度上加强了对生态环境的保护，促进了林业保障区域发展的生态服务功能的整体提高。

 　王彦辉和六盘山林业局余治家局长陪德国专家参观

    　王彦辉和团队紧紧围绕林业发展中出现的难点热点问题，长期扎实地开展科学研究工作，他先后主持3个国家自然科学基金重点项目，还主持或参加973项目(课题)、国际合作项目等近30项，在森林生态水文、酸雨区森林健康、多功能林业发展和多功能森林管理等方面也做出了杰出贡献。王彦辉和团队的多年科学研究成果，对于我国林业更新发展理念、提高科技水平都起到了重要作用。其实早在上世纪80年代，他在黄土高原进行硕士论文研究期间，就首次系统和定量研究了刺槐人工林的水土保持效益，评价了包括林冠层、林下灌草、枯落物等结构特征对降雨的数量分配和侵蚀力的影响，建立了森林植被结构和水土流失的定量关系，从植被减少侵蚀力的角度解释了构建良好的植被结构对减少土壤流失的重要作用，尤其指明了维持林地的灌草和枯落物等地被物的重要水土保持作用，认为地表覆盖度是形成水土保持效益的关键指标，不管乔灌草植被类型，只要地表覆盖良好就能有效降低土壤侵蚀，这对对后来干旱缺水地区防护林建设更加注意森林植被结构恢复和强调恢复灌草覆盖起到了积极推动作用。在1991-1996年留学德国期间，研究了气候环境条件(主要是水分和温度条件)和酸沉降对土壤有机质分解、土壤浸提液化学组成、土壤交换性阳离子总量和组成、土壤溶液和淋溶水化学组成等的影响，指出气候变化带来的温度升高和干旱都会明显恶化土壤化学性质，但极度干旱的威胁更大些。回国后结合相关项目实施引入了欧洲的森林健康监测方法体系。在2003年，王彦辉主笔参与制定了国家林业局的“森林植被建设与水资源保护和生态用水战略”，并通过和团队后来在北方干旱地区开展的林水关系与合理调控的系统研究，实现了生态水文融入林业发展，这对我国林水协调管理起了巨大的引领作用。

   　 王彦辉2000年以来主持或参与的科研项目主要有：国家自然科学基金重点项目“干旱半干旱地区森林与水资源的相互影响及合理调控机理”和“干旱缺水区土地覆被变化对区域耗水的影响”及“气候变化背景下黄土高原土地利用影响径流的空间尺度效应”、国家重点基础研究发展规划项目课题“森林植被对坡面水文过程与水量转化的调节机理”、北京市重点基金项目“官厅库区土壤水分承载量及植被恢复机理研究”、科技部社会公益研究专项“林业生态工程的水资源调节影响监测研究”和“植被建设与水资源相互关系调控决策支持系统”、国家林业局林业公益性行业科研专项经费项目“西北典型区域基于水分管理的森林植被承载力研究”和课题“西北土石山区典型森林植被对水资源形成过程的调控研究”及课题“森林对PM2.5等颗粒物的调控功能与技术研究”以及课题“多功能林业发展地方模式与监测评价研究”、科技部“十一五”科技支撑项目专题“六盘山重要水源区水源涵养林构建技术试验示范”、国家林业局重点项目“天然林保护工程区森林灾害预防技术”和“林业生态环境建设决策支持系统引进”及“六盘山水源涵养林经营管理技术推广”、中挪合作项目“酸雨对中国的森林影响(1999-2003)等，取得了丰硕的成果。

  　  迄今，王彦辉发表论文215篇，出版著作18部，获科技成果5项、软件著作权1项，并获得省部级科技奖励6次和“全国野外科技工作先进个人”、“三北防护林体系建设突出贡献者”、“中国水土保持学会先进工作者”等荣誉称号。他现任职于多个国内外学术组织，如国际林联“供水与水质”学科组副协调人、中国林学会森林水文与流域治理分会副理事长、中国自然资源学会理事等，受聘为国家基金委“黑河流域生态水文重大研究计划”跟踪专家，数次组织森林水文方面的国际学术会议及参加联合国粮农组织和教科文组织的专家研讨会，还担任《林业科学》副主编和《Journal of Forestry Research》、《生态学报》、《林业科学研究》、《中国水土保持科学》、《北京林业大学学报》等期刊的编委。

    　王彦辉和其团队长期坚持在干旱缺水地区开展森林生态水文研究，取得了领先而丰富的成果，并在生产中得到应用和推动了相关林业发展理念与政策的完善，从而推动了我国的林业生态环境建设和生态文明发展。他在我国森林生态水文研究和林水协调管理等方面做出的贡献，使他在林业界有口皆碑。为了推动我国林业的科学发展和功能增强而致力于森林生态水文、林水协调管理、多功能林业发展和多功能森林经营研究的王彦辉，会一如既往地继续从事自己真心喜爱的科研事业，为促进我国的林水协调发展、增强林业的整体服务功能而不懈努力。绿色的森林、肥沃的土壤、充足的水源都是实现可持续发展的保障，如同他的研究团队名称“森林水文与水土资源管理”体现的，为实现保护生存环境、建设美丽中国、实现生态文明、造福子孙后代的美好梦想，王彦辉将带领他的研究团队，继续充满信心地憧憬着林业发展的美化未来，并通过创新研究而培育绿色发展的希望。

　　(撰稿人：王永梅)