城市水资源与水环境：植被如何重塑地球水循环？

本节课围绕生物圈在水循环中的作用展开，重点在于植被—土壤—水之间的双向过程以及相关水文概念。

1. 生物圈与水循环总体

生物圈是地球水循环的核心媒介，所有水体平均约 17.1 年 完成一次完整循环。植被既是水分蒸发的出口，也调节着地表和地下的水量分布。

2. 植被与降水的相互作用

降水落到森林时，水的去向主要有几条路径：

• Interception（截留）：水滴首先被叶面拦截并直接蒸发到大气。

• Drip（滴落）：叶面上聚大的水滴最终滴落地面。

• Throughfall（穿透降水）：降水直接穿过树冠到达地表。

• Stemflow（树干径流）：水沿树干流下进入根系。
  同时，Sapflow（树干液流）指的是树体内部的水分输导，与外部径流不同。

这些过程决定了植被对地表径流和地下补水的调控能力。比如红树林的浅根系可以在沿海环境中有效利用表层水分。

3. 水滴对土壤的机械作用

降雨水滴的冲击会破坏土壤的团粒结构，压实孔隙，导致水分难以下渗，增加地表径流。这种“Mechanical Effects”在裸地或植被稀疏地区尤为明显。

4. 植被与水土保持

1. 树冠的截留有助于将水分储存在土壤表层1 m以下，提高保水力。
2. 苔藓的存在常被视为稳定生态的标志，意味着长期少有人为干扰。
3. 当年降水量低于 1000 mm 时，森林的蒸腾与截留反而可能减少河流径流（森林自身消耗）；而高于 1000 mm 时，森林则对暴雨具有调蓄作用，能削减洪峰。

5. 周期性淹水与湿地环境

湿地存在周期性淹水现象，形成缺氧、还原性环境。每次淹水都会使土壤中的氧气被排挤，改变微生物与化学过程。

6. 土壤中的水分形态与运动

土壤水分在重力（Gravity）和张力（Tension）作用下运动，可分为：

• Bound water（结合水）：被土壤颗粒强烈吸附，植物无法利用。

• Ground water（地下水）：包括承压水（受重力和压力控制，如自喷泉）与无压地下水（平整流动）。地下水是人类主要饮用水源。

土壤保水特征的关键指标：

• Field capacity（田间持水量）：土壤在排尽重力水后所能保留的水分。

• Wilting point（萎蔫点）：土壤含水量低到植物无法再吸收水分、发生萎蔫。

• Hygroscopic coefficient（吸湿系数）：干土壤从大气中能吸附的水分极限。