莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(中)

編按:延續【轉載】莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(上),協助朋友認識維護土壤的可貴.

涓涓訴衷情──森林土壤的保水和防洪機能

作者:邱志郁(中央研究院生物多樣性研究中心研究員)

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道路 嗜血的快刀手
背負滾動的急切
磨蹭更鋒利的貪婪
舔拭台灣背脊深長的傷

圖片來源:邱志郁 圖片說明:新中橫公路開通至今,沿線的墾殖活動,已掀起濁水溪上游林相的巨大改變。南投縣信義鄉神木村,台灣最大的樟樹神木,已岌岌可危。神木前的土地公廟慘遭土石衝擊,連神像自身都難保平

 

孔徑的生成

土壤構造──孔隙,維繫土壤健全機能的優雅情懷,卻存在脆弱的體質。

過度踩踏之類的人為活動,會造成森林土壤喪失構造,退化成類似公園緻密、缺乏孔隙構造的土壤。

森林土壤,不僅止於提供漫步時的飄然想像,更攸關生活上切身的水源供需與國土保安。

仔細檢視森林的土壤層次結構,在地表上堆積著枯枝敗葉的腐植層,緊接著是深色、含有高量有機質的土壤表層,然後是色澤較淺、有機物含量較少的底土層,更下方則是初步風化的岩石碎屑。

森林的各個土層中,包括枯枝落葉堆積、小動物挖掘、樹根腐爛,構成大小不等、形狀互異的各種孔洞管道。加上由土壤團塊所構築的纖細孔隙,共同撐起了地面下超乎想像的空間。尤其在土壤表層,孔隙可高達整體體積的70%。這些曲折而分歧的孔徑,多少維持相通的狀態,提供了土壤中良好的通氣、透水性質,同時也具備相當程度的保水效果。森林中多層次的樹種間相互交錯的結構,則構成了自然的維護功能。多層的樹冠本身如同傘蓋,可阻擋暴雨的重力衝擊。地表堆積枯枝敗葉的腐植層,能夠進一步緩衝雨滴的撞擊力道,防止雨滴對於土壤結構所造成的破壞和侵蝕作用。

原始森林,不但在地面上具備良好的植被保護,土壤的孔隙也完整健全,不至於被迅速填補阻塞。地表的雨水,能夠順暢地往土壤內部滲透。

透過這些土壤孔隙,雨水可以由地表滲入土壤內部。蓄積在土壤孔隙中的水分,持續地挹注到地下水層,或是沿著坡面釋放到河流中,這也就造成乾旱時節,溪谷中還能保有涓涓細流。

簡單而言,健全的高山森林,可視為天然的綠色水庫。森林土壤無數遍佈的孔徑,則可視為構成了通往高山綠色水庫的密集入水口。

孔徑的破滅

雨後的公園、校園地面常有積水的現象。森林中卻幾乎看不到積水,降雨會迅速被地面吸收。

經由簡單的實驗,便足以瞭解不同性質的土壤間,雨水吸納功能的截然差距。在一平方公尺的面積內,傾倒一桶水(約四公升),森林表面只需五秒鐘即已漏乾,森林步道則須耗費九十秒的時間。其中的差異,主要是土壤中的孔隙數量、大小、形狀的差異所致。孔隙數量多、孔徑粗大、孔徑延伸長度較長、皆有助於排水。

即使在森林中,依據地面的狀態,土壤性質仍有相當大的差別。

森林步道位置孔隙稀少,森林內部的土壤則具備豐富孔隙。

再則,若以孔徑大小而論,森林步道位置的孔徑細微,僅能用放大鏡或顯微鏡觀察的程度;森林內部則不但有粗達手指可伸入的大型孔隙,但也有如同步道位置的細微孔隙。孔隙的數量和形狀差異,就是造成步道地面堅硬,森林內部土壤鬆軟的主因。

土壤大小的孔隙,許多都是由土壤生物的活動所造成。

森林地面有大量落葉,經由馬陸、蚯蚓等動物吞食之後,由糞土形成鬆軟的土塊堆積成孔洞,或者是由土壤動物活動所挖掘的洞穴。再則,樹木腐朽的根部也可構成孔道。相對而言,步道地面則少有落葉,也欠缺生物活動,人為踐踏更破壞原有的構造,只遺留下小型的孔隙。

雨水往下的移動作用和孔徑大小有密切的關係。小型孔徑毛細管作用張力強,水分移動緩慢,甚至停滯。大型孔徑則受到較少阻礙,雨水易於往下移動。

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快刀手橫掃的國度
怪獸自由行的國度
雞糞 粉飾了 石礫地富足的假象
泥土 已走遠 從那被剝離的故鄉

圖片來源:邱志郁 圖片說明:原本深峻的溪谷已遭土石填滿,南投縣信義鄉神木村龍華國小校園,已成為部份的溪床

防洪的機能

柔情的森林,究竟如何面對風雨的暴虐,撫慰溪流驚恐的心?

森林間的降雨,一部份被樹木的枝葉、攀附植物、地被植物所留滯。到達地面的雨水,會逐漸滲入土壤內部,除非歷經長時間的豪雨,不至於形成地表逕流。

雨水通過透水性良好的腐植層,往土壤下層移動,或者沿著坡面的方向往谷間底部方向移動。隨著孔隙大小和性質的差異,水分在土壤中的移動速度有所區別。透水性高的土壤表層,雨水流動較快;底部的層次流動較為緩慢。這些通過土壤孔隙的水流,都比沿著地表移動的逕流和緩,不至於立即進入溪流。況且土壤孔隙的水分,歷經滲入和流出的過程,也延緩了雨水到達溪流的時間。即使是短時間內的集中降雨,也能夠較為均勻而穩定地注入溪流。

森林能夠減緩豪雨往河川奔流的水量。土壤孔隙扮演著類似海綿的緩衝機能,讓森林建構了隱藏在地底的水庫。

在水源的涵養功能上,森林猶如優質的舞台,真正扮演的主角則是土壤。

存在於土壤中大大小小的孔隙空間,發揮了暫時留滯雨水的效果。

在山地降下的雨水可暫時保存在土壤中,並藉由良好的土壤結構所形成的孔徑,挹注地下水層。正因為這項保水和調節的機能,緩和了洪水期溪水暴漲、枯水期間溪水枯竭的問題。

土壤、山林整體究竟能保存多少水分?雖然依據土壤質地和化育特性而有區別,難以一概而論,根據粗略的估計,一公尺深的土壤大約可保持數十至百餘公釐的雨量,更深層土壤可吸納的雨量約為一百至數百公釐。這種吸納保存水分的能量,是依地形,地質條件,土層深度,地底岩石風化程度差異而改變。

基於這個因素,並不能單憑森林的樹種,研判土壤的保水能力和河川的流量關係。森林林相組成、土壤的化育形態、森林的坡面地形,才是真正決定遲滯洪水的因素。

森林間接提供土壤生成的環境,並且維護土壤構造。良好的土壤構造,間接地也保障了森林存續的安全。

成熟健全的森林,不僅有多樣樹種所構成多層次的樹冠,地面又堆積枯枝落葉層提供保護,且具備優質的土壤孔隙構造,保水和排水的功能健全。至於樹種多樣性偏低,地被植物和枯枝落葉層單薄的人工林,土壤的孔隙構造不健全,並無法充分發揮保水和涵養地下水的功能。

原始林和成熟的森林,排水功能良好,具備強大的防護機能足以消解豪雨的衝擊。

人工林排水功能不全,對抗豪雨的衝擊力較弱。集中的強烈降雨,便可能超越負荷而造成崩潰。

這些因素,也正是在國土保安的角度上,人工林無法取代原始林的關鍵

瞭解森林儲水的本質,再檢視台灣的森林體質,讓人為之憂心不已。長年經濟開發至上的政策,在台灣開鑿了各式的道路。一條條的大小道路猶如利刃,一次次地切割原始林,啃噬著台灣的命脈。即使砍伐原始林後補植了人工林,卻已無法挽回森林體質改變的事實。

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水庫 積滿
山脈的血肉
森林的悲淚

圖片來源:邱志郁
萬大水庫,居然是位於觀光勝地的清靜農場、霧社、廬山下方的山谷。墾殖、觀光建設的所造成的淤積,是無可迴避的必然。

(未完待續 2/3)

【全部篇章】

莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(上)地老情不荒──森林的敦厚情懷

莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(中) 涓涓訴衷情──森林土壤的保水和防洪機能

莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(下)變色的文明

※圖文的部份內容摘自作者所著〈梨山哀歌〉、〈大地私語〉,原載《笠》詩刊269期(2009年)、 277期(2010年)。
※主要內容轉載自翰林自然科學天地第39期(2010年),經作者稍作修飾。

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3 篇留言回應

  1. 家豪 七月 27th 2010 at 07:02 am 1

    父親談及以前當兵的經驗時說:有一次他們行軍到山區,在一片看似平靜正常的林地,走進去,卻是水深及腰。讓我對森林的儲水功能印象深刻。

  2. 鴻駿 七月 27th 2010 at 03:41 pm 2

    這是一份很珍貴的資料,感謝分享!!
    也希望更多人能夠理解文章內對於土壤與森林的介紹
    並進而認同森林存在的價值,並願為守護森林盡一已之心力!

  3. 合樸農學市集 » 【轉載】莫怨蒼天變了心──森林土壤的哀歌(上) 七月 28th 2010 at 09:22 am 3

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