程 唱，賀康寧,*，俞國峰，柴世秀

1 北京林業(yè)大學水土保持學院水土保持國家林業(yè)局重點實驗室，北京 100083 2 北京市水土保持工程技術(shù)研究中心，北京 100083 3 林業(yè)生態(tài)工程教育部工程研究中心，北京 100083 4 青海省西寧市大通土族回族自治區(qū)氣象局，西寧 810100

干旱作為一種區(qū)域水分異常缺乏的自然現(xiàn)象,對生態(tài)環(huán)境具有深遠影響[1]。隨著全球氣候改變和氣候異常事件發(fā)生頻率增加[2- 3],未來我國的干旱形式將日益嚴峻。全球氣候變暖導致干旱事件逐年增加,對森林生態(tài)系統(tǒng)造成了巨大的負面影響[4- 6]。區(qū)域變暖和干旱脅迫減少了樹木胸徑生長和生物量積累[7]、降低森林群落物種的多樣性、導致植物生長特性發(fā)生變化等[8]。區(qū)域干旱還導致了生態(tài)環(huán)境脆弱,生物多樣性降低,水土流失,土地荒漠化、鹽堿化,草場退化,地區(qū)貧困加劇等一系列生態(tài)、經(jīng)濟和社會發(fā)展問題[9- 11]。

青海省海東黃土地區(qū)于20世紀 80 年代開始西北地區(qū)植樹種草活動,后經(jīng)數(shù)期“三北”防護林建設(shè)工程、天然林保護工程和退耕還林工程,形成了目前的基本規(guī)模。歷經(jīng)近20年封禁管理,隨著林木的生長,導致現(xiàn)有的林分郁閉程度、林分密度樹種組成和年齡組成極其不合理,人工林結(jié)構(gòu)和功能單一及穩(wěn)定性較差,病蟲鼠害等問題不斷出現(xiàn)。由于缺乏撫育管理,初始用材林的結(jié)構(gòu)未經(jīng)調(diào)整導致其綜合生態(tài)功能較低,為保證森林長期穩(wěn)定地發(fā)揮生態(tài)作用,迫切需要評估其水源涵養(yǎng)功能,對其進行調(diào)控經(jīng)營。

國內(nèi)對于水源涵養(yǎng)林效益的研究始于20世紀70年代,至20世紀80年代日漸興盛[12]。水源涵養(yǎng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)重要的生態(tài)服務(wù)功能之一,具有復雜性和動態(tài)性特征[13]。多數(shù)研究中,狹義地將水源涵養(yǎng)功能等同于降雨的攔蓄能力或?qū)搅鞯卣{(diào)節(jié)能力[14]。逐漸地,森林對降水的影響[15]、森林蒸發(fā)散、森林對徑流的影響[16]和森林對水質(zhì)的影響等受到重視。國內(nèi)外學者通過不同的計算方法對流域水源涵養(yǎng)功能進行研究,如丁程鋒[17]利用InVEST模型,結(jié)合氣候、土壤、地形等因素定量評估烏魯木齊河流域水源涵養(yǎng)功能；劉璐璐[18]等根據(jù)綜合蓄水能力法,分析南北盤江流域森林生態(tài)系統(tǒng)的水源功能,不同方法均存在計算繁瑣等問題。近年來,國內(nèi)學者對水源涵養(yǎng)能力評價的研究主要集中于對林冠層[19]、土壤層[20]、枯落物層[21]某一特定層的研究,而在整體層次水源涵養(yǎng)能力研究和評價方法的選用顯得很片面。在對相關(guān)林型的研究中,黃乾[22]通過測定枯落物層及土壤層持水量,評估不同密度青海云杉人工林水源涵養(yǎng)功能；劉凱[23]通過測定不同林分土壤特性評估起水源涵養(yǎng)功能；王先棒[24]運用層次分析法評估北川河流域不同林型水源涵養(yǎng)能力。前人的研究仍存在評估不準確、不客觀的問題,由此綜合前人已有的研究,本文以青海省大通縣塔爾溝流域6種不同林型的人工林為研究對象,引入模糊物元模型優(yōu)化水源涵養(yǎng)能力估算方法。

鑒于水源涵養(yǎng)能力評價中各指標的不確定性、復雜性和模糊性,采用熵權(quán)法對指標進行客觀賦權(quán),結(jié)合模糊物元模型,引入歐式貼近度概念,相較于層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、模糊綜合評價法等更加客觀、簡單[25]。通過建立由林地蒸散發(fā),林冠持水特性,土壤物理性質(zhì)、持水特性,枯落物物理性質(zhì)、持水特性等16個指標構(gòu)成的評價體系,運用歐式貼近度進一步評價不同指標權(quán)重,評價水源涵養(yǎng)能力。塔爾溝流域地處西北干旱半干旱區(qū),生態(tài)敏感、脆弱,林水矛盾是是當?shù)亓址指脑斓闹匾獑栴},通過評估森林的水源涵養(yǎng)能力,探究流域水量平衡,關(guān)注森林的水文效應(yīng),對于調(diào)節(jié)流域徑流、改善當?shù)氐男夂蛴兄匾囊饬x。本文通過模糊物元模型對不同林分類型人工林水源涵養(yǎng)能力進行分析研究,為當?shù)卦炝謽浞N選擇、森林水源涵養(yǎng)能力提升、低效林改造和林分結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省東北部的西寧市大通縣塔爾溝小流域。地理坐標為100°51′—101°56′E,36°43′—37°23′N。地處祁連山東段,位于黃土高原與青藏高原的過渡地區(qū)。該地溝壑縱橫、地形條件復雜,海拔平均2903.4m。屬于高原大陸性氣候,氣候垂直變化明顯,年平均溫度4.9℃,年平均日照2605h、太陽輻射強烈,降水集中于6—8月,年平均降水量523.3mm,年平均蒸發(fā)量1762.8mm。研究區(qū)土壤主要為山地棕褐土、栗鈣土和黑鈣土。其森林植被資源豐富,其中草本植物種類繁多,造林樹種主要為青海云杉(PiceacrassifoliaKom.)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr.)、青楊(PopuluscathayanaRehd.)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)、祁連圓柏(JuniperusprzewalskiiKom.)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

試驗于2019年4月至2019年9月進行,在充分調(diào)查的基礎(chǔ)上,選取林齡相近、長勢良好、立地條件相似的云杉×白樺混交林、云杉×青楊混交林、云杉×落葉松混交林、云杉純林、落葉松純林、青楊純林6種典型林分作為研究對象,分別記作YB、YQ、YL、Y、L、Q,每種林分類型設(shè)置三個面積為20m×20m的樣地,共18塊樣地。記錄每塊樣地的海拔、坡位、坡度等信息,對樣地內(nèi)的喬木樹種進行每木檢尺,記錄平均胸徑、樹高、郁閉度等信息。調(diào)查樣地的基本情況如表1。

表1 調(diào)查樣地基本情況

2.2 指標測定

2.2.1林地蒸散發(fā)

在每塊樣地進行每木胸徑測量,平均劃分為4個徑級,每個徑級選標準木一棵,在標準木胸高處安裝探針測定液流,進而測定林木蒸騰量[26]；取連帶草本的土壤,使用土壤蒸發(fā)皿測定土壤(含草本植物和枯落物)蒸發(fā)量；林地蒸散發(fā)量為林木蒸騰量與土壤蒸散發(fā)量之和。

2.2.2林分結(jié)構(gòu)層面

使用ArcGIS中的泰森多邊形對林木空間位置圖進行鄰域分析[27- 29],生成Voronoi多邊形圖,通過大小比數(shù)和角尺度反映對象木與鄰近木的關(guān)系,進一步描述樣地林分結(jié)構(gòu)特點[30]。

(1)大小比數(shù)

大小比數(shù)(Ui)用于描述林分林木大小分化程度,表達式為：

(1)

林分整體大小比數(shù)U的計算公式為：

(2)

其中,U為林分平均大小比數(shù)；N為林分對象木的總數(shù)；Ui表示的是第i株對象木的大小比數(shù)。

(2)角尺度

角尺度(Wi)：用于描述林分林木個體水平地面上的分布格局,表達式為：

(3)

林分整體角尺度W的計算公式為：

(4)

其中,W為林分平均角尺度；N為對象木的總數(shù)；Wi表示的是第i株對象木的角尺度。

2.2.3林冠層面

(1)樹干流

選擇直徑不同但能代表該樹種普遍干形、分枝角度的6棵典型木,在其樹干上盤繞剖開的塑料軟管,軟管與樹干的間隙使用玻璃膠進行填充,軟管末端插入塑料壺中收集樹干徑流,水量記作V,測定樹干徑流深度H1。

(5)

其中,S1表示典型木林冠投影面積,θ表示林分郁閉度。

(2)穿透雨

將若干上口徑為18cm,高為30cm的塑料桶制作為簡易雨量筒,采用6×6的點陣式布置制作好的簡易雨量筒,各桶間距為3m,收集桶中降水水量記作Q,測定穿透雨水深H2。

(6)

其中,S2表示簡易雨量筒的桶口面積。

(3)林冠截留量

喬木林冠截留量采用林外降雨與穿透雨和樹干徑流量的差值來表示。

2.2.4土壤層面

(1)土壤物理性質(zhì)

在每個樣地內(nèi)隨機挖2個土壤剖面,用環(huán)刀分0—20,20—40,40—60cm 3層取樣,每層取3個重復。采用烘干稱量法測定土壤容重、孔隙度、持水量、飽和導水率。

(2)土壤持水性質(zhì)

土壤飽和蓄水量和土壤非毛管蓄水量是評價土壤蓄水性能的重要指標,計算公式如下：

Wt=10000Pth

(7)

W0=10000P0h

(8)

Wc=10000Pch

(9)

式中：Wt為土壤飽和蓄水量(m3/hm2)；W0為土壤非毛管蓄水量(m3/hm2) ；Wc為土壤毛管蓄水量(m3/hm2)；Pt為土壤總孔隙度(%)；P0為土壤非毛管孔隙度(%)；Pc為土壤毛管孔隙度(%)；h為土層厚度(取0.6m)。

2.2.5枯落物層面

在樣地以對角線形式設(shè)定3個1m×1m的小樣方,調(diào)查枯落物厚度并取樣。將取回的樣品稱重記為m0后,將樣品置于烘箱,在80℃烘干至恒量后稱重記為m1。將烘干后的樣品裝入尼龍袋完全浸入水中24h后再次稱量,記為m2。計算枯落物蓄積量、自然含水率、最大持水量、最大持水率、最大攔蓄率、有效攔蓄率。

其中最大持水率、有效攔蓄率是表示枯落物持水性質(zhì)的重要指標,計算公式分別為：

(10)

Rs=Rm-R0

(11)

Wa=(0.85Rm-R0)M

(12)

C為最大持水率,Wa為有效攔蓄量(t/hm2)；Rs為最大攔蓄率(%)；Rm為最大持水率(%)；R0為自然含水率(%)；M為枯落物儲量(t/hm2)。

2.3 指標篩選

在干旱地區(qū),森林水源涵養(yǎng)功能突出表現(xiàn)為森林的蓄水、保水能力,影響森林的蓄水、保水能力的因子有很多,一般通過林冠截留、枯落物持水及土壤性質(zhì)來評估,而飽和蓄水量是直接反映其蓄水能力的重要指標,所以我們選擇飽和蓄水量作為主導的影響因子,通過與其他因子進行相關(guān)性分析,篩選出的最終影響水源涵養(yǎng)功能的影響因子。

使用SPSS對土壤飽和蓄水量進行單因素ANOVA檢驗,組間顯著性為0.024(P<0.05),不同造林樹種類型與土壤飽和蓄水量呈顯著相關(guān)。

對12塊樣地下表所示26個指標進行雙變量相關(guān)分析,采用person系數(shù)分析不同林分水源涵養(yǎng)指標相關(guān)性。由表2可知,穿透雨水深、截留量、蒸散發(fā)量、土壤容重、孔隙度、持水量、枯落物蓄積量、最大持水量、最大攔蓄率、有效攔蓄率是與土壤飽和蓄水量存在顯著相關(guān)性的16個有效指標。

2.4 模型分析

運用物元分析理論[31],通過歐式貼近度模糊物元模型,對不同造林類型的水源涵養(yǎng)能力進行評價,其中評價指標為篩選出的16個有效指標。

(1)引入模糊物元概念,即描述事物的基本元,其表達式為：

R=(M,C,u)

(13)

(14)

其中,R為研究區(qū)四種造林類型16維復合模糊元；Mi為第i種林分類型,i=1,2,3...,m,m=6；Cj為第j個評價指標,j=1,2,3...,n,n=16；uij為第i種林分類型第j個指標對應(yīng)的模糊量值。

表2 相關(guān)性分析結(jié)果表

(2)從優(yōu)隸度屬原則,描述各單項評估指標相對應(yīng)的模糊量值的隸屬程度。服從越小越優(yōu)指標有穿透雨水深、蒸散發(fā)量、土壤容重,其余指標均為越大越優(yōu)型。

越大越優(yōu)型：

(15)

越小越優(yōu)型：

(16)

式中:xij為第i個灌木類型第j個指標對應(yīng)的量值；xmaxij、xminij為i灌木類型第j個指標所對應(yīng)的所有量值中的最大值和最小值。

(3)差平方模糊物元。差平方模糊物元R3由標準模糊物元R2(u0j=1.0) 與R1各項差

的平方求得,其中,Δij=(u0j-uij)2。

(17)

(4)歐式貼近度。表示各評價方案與最優(yōu)評價方案之間的貼近程度,歐式貼近度越大, 該造林類型的水源涵養(yǎng)能力越強。由公式依次得到評價指標權(quán)重模糊物元R4及歐式貼近度模糊物元R5：

(18)

(19)

(20)

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 林地蒸散發(fā)及林冠截留量分析

由表3得出6種林分截留量為0.64—1.42mm之間,平均為1.11mm,表現(xiàn)為混交林大于純林,針葉林大于闊葉林；蒸散發(fā)量為371—422mm之間,平均為403.76mm,表現(xiàn)為純林大于混交林。方差分析結(jié)果表示為混交林之間林冠截留量、林地蒸散發(fā)量差異均不顯著(P>0.05),純林中針葉林間林冠截留量差異不顯著(P>0.05),林地蒸散發(fā)量差異顯著(P<0.05)。

表3 不同林分類型林冠截留量和林地蒸散發(fā)量

3.2 土壤層持水特性分析

由圖1可以得出,不同林型的土壤容重均隨著土壤層厚度的增加而增大,6種林型不同土層容重均值變化范圍在0.93—1.26g/cm3之間。對于表土層,除了白樺×云杉混交林和云杉×青楊混交林的土壤容重小于1.0g/cm3,其他4中林型表土層均大于1.0g/cm3；對于20—40cm土層,白樺×云杉混交林土壤容重最小(1.00±0.09)g/cm3,青楊純林容重最大(1.21±0.05)g/cm3；40—60cm土層土壤容重大小排序為YQ0.05)。

圖1 不同林分類型的土壤容重Fig.1 Soil bulk density of different forest types YB: 云杉×白樺混交林Picea crassifolia Kom.×Betula platyphylla Suk.YQ: 云杉×青楊混交林Picea crassifolia Kom.×Populus cathayana Rehd.YL: 云杉×落葉松混交林Picea crassifolia Kom.×Larix principis-rupprechtii Mayr.Y: 云杉純林、Picea crassifolia KomL: 落葉松純林、Larix principis-rupprechtii Mayr.Q: 青楊純林Populus cathayana Rehd.

圖2 不同林分類型的土壤孔隙度Fig.2 Soil porosity of different forest types

由圖2可知,不同林分類型的總孔隙度均隨著土層厚度的增加而不斷降低,大小變化范圍為48.51—62.33%,與容重呈相反的變化趨勢。在不同土層深度,不同林型土壤孔隙度的大小排序均為YB>YQ>YL>Y>L>Q。純林和混交林的土壤孔隙度呈顯著性差異(P<0.05)；40—60cm土層白樺×云杉混交林與其他兩種混交林的土壤孔隙度呈顯著性差異(P<0.05),在其他土層與其他兩種混交林差異不明顯(P>0.05)。

對土壤持水性能指標進行分析,結(jié)果圖3所示,0—60cm土層土壤平均飽和持水量和非毛管蓄水量呈現(xiàn)相似的變化趨勢。土壤飽和持水量變化范圍為41.24%—59.27%,土壤非毛管蓄水量變化范圍為11.10—24.60t/hm2,白樺×云杉混交林的兩項指標值均為最大,青楊的兩項指標值均為最小。除落葉松、青楊純林的土壤飽和持水量和云杉×落葉松混交林、云杉純林的土壤非毛管蓄水量數(shù)值差異較小,其他指標的數(shù)值差距總體較為顯著。

圖3 不同林分類型的土壤飽和持水量和非毛管蓄水量 Fig.3 Soil saturated water capacity and non-capillary water storage capacity of different forest types

3.3 枯落物層持水特性分析

由圖4可知,各林型枯落物蓄積量差異較大。6種林型枯落物蓄積量在6.85—35.00t/hm2之間,大小排序為L>YL>Y>YB>YQ>Q；其中落葉松純林枯落物蓄積量最大達(35.00±3.60)t/hm2,青楊純林枯落物蓄積量最小達(6.85±0.35)t/hm2,最大值約為最小值的5.1倍。

圖4 不同林分類型的枯落物蓄積量Fig.4 Litter accumulation in different forest types

由圖5可以得出,不同林型的枯落物最大持水量的變化范圍為78.44—178.00t/hm2,大小排序為L>YL>Y>YB>YQ>Q,其中落葉松純林枯落物最大持水量最大達(243.31±10.03)t/hm2,青楊純林枯落物蓄積量最小達(81.00±7.56)t/hm2。

圖5 不同林分類型的枯落物最大持水量 Fig.5 Maximum water holding capacity of litter in different forest types

由圖6可以得出,枯落物最大攔蓄率和有效攔蓄率隨著林分類型的變化呈現(xiàn)較相似的趨勢,枯落物最大攔蓄率變化范圍為15%—103%,不同林分大小排序為L>Y>YL>YB>YQ>Q,6種林型中青楊數(shù)值最低為15.00%±4.00%；不同林分枯落物有效攔蓄率變化范圍為8.70%—82.79%,落葉松純林數(shù)值最大為82.79%±1.77%,青楊純林數(shù)值最小為8.70%±1.30%。

圖6 不同林分類型的枯落物最大攔蓄率和有效攔蓄率 Fig.6 Maximum storage rate and effective storage rate of litter in different forest types

3.4 水源涵養(yǎng)能力綜合分析

(1)歐式貼近度分析

對不同層次評價指標編號C1—C16,其中C1為林冠層指標,代表林冠截留量；C2為林地蒸散發(fā)量；C3—C12為土壤層指標,依次代表0—20cm土層容重、20—40cm土層容重、40—60cm土層容重、0—20cm土層孔隙度、20—40cm土層孔隙度、40—60cm土層孔隙度、0—20cm土層持水量、20—40cm土層持水量、40—60cm土層持水量和0—60cm非毛管蓄水量；C13—C16為枯落物層指標,依次代表枯落物蓄積量、最大持水量、最大攔蓄率、有效攔蓄率。

將數(shù)據(jù)帶入表達式R中,得到6種林型的水源涵養(yǎng)能力復合模糊元R,并根據(jù)上述方法依次求得R1—R5。

由R5可知,6種林分的歐式貼近度的大小順序為：白樺×青楊混交林(0.794)>云杉×青楊混交林(0.723)>云杉×落葉松混交林(0.655)>云杉純林(0.494)>落葉松純林(0.416)>青楊純林(0.270)。歐式貼近度越大,則該評價方案越接近最優(yōu)方案,該林分類型水源涵養(yǎng)能力更強。通過運算結(jié)果可知,白樺×青楊混交林的水源涵養(yǎng)能力最強,云杉×青楊混交林水源涵養(yǎng)能力稍次之,三種混交林水源涵養(yǎng)能力均高于純林；三種純林中,云杉純林水源涵養(yǎng)能力最強,青楊水源涵養(yǎng)能力最差。因此,在該研究區(qū)內(nèi),白樺×青楊混交林、云杉×青楊混交林水源涵養(yǎng)能力較強；青楊純林水源涵養(yǎng)能力較差。

(2)林分飽和蓄水評價

如表4所示,不同林型土壤飽和蓄水變化范圍為220.56—339.30t/hm2,大小順序與歐式貼近度值順序一致。對飽和蓄水量與歐式貼近度值作相關(guān)性分析,P值為0.003,相關(guān)系數(shù)R值為0.953,線性回歸R2為0.908,呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表4 不同林型土壤飽和蓄水量

4 討論

塔爾溝流域位于干旱半干旱區(qū),林地保水、蓄水能力成為評價森林水源涵養(yǎng)能力的重要標準,本研究通過歐式貼近度結(jié)果,結(jié)合土壤飽和蓄水量數(shù)值比較不同林型水源涵養(yǎng)功能。權(quán)重指標模糊元計算結(jié)果表明,不同層次所占權(quán)重大小排序為枯落物層>土壤層>林冠層>林地蒸散發(fā)。

在森林的不同作用層中,枯落物發(fā)揮著獨特的生態(tài)水文功能。本次研究中,不同林型枯落物蓄積量表現(xiàn)為針葉林>混交林>落葉闊葉林,這與李陽等[32]得出的針葉林純林枯落物存量大于闊葉林純林的結(jié)論一致,與楊良辰等[33]在承德壩區(qū)得出的混交林枯落物蓄積量大于針葉林的結(jié)論不同。原因可能是塔爾溝小流域海拔較高,針葉林林下枯落物分解速率較慢,枯落物存量較大,累積的針葉枯落物造成土壤酸化,降低土壤微生物活性,進一步減緩甚至阻礙枯落物的分解；研究區(qū)枯落物持水特性與枯落物蓄積量大小排序相似,變化規(guī)律不同。三項指標均表現(xiàn)為針葉林遠大于混交林與落葉闊葉林,與張佳楠[34]在晉西黃土區(qū)得出的針闊混交林>針葉林結(jié)論不同。結(jié)合歐式貼近度結(jié)果,混交林水源涵養(yǎng)能力大于針葉林純林；可能是由于混交林中闊葉樹種枯落物的木質(zhì)素、纖維和次生代謝產(chǎn)物含量較低,分解速度較快,能通過改善土壤通氣性能提高水源涵養(yǎng)能力,但蓄積量較少直接影響其持水性能。

土壤層研究結(jié)果表明6種林分類型的土壤容重均隨土層的加深而增大,土壤孔隙度均隨土層的加深而減小,劉凱等、楊霞等[35]也曾得出相似的變化規(guī)律。不同土層土壤容重均表現(xiàn)為純林>混交林,土壤孔隙度表現(xiàn)為混交林>純林,混交林中,白樺×云杉林土壤理化性質(zhì)最好；純林中,青楊林土壤理化性質(zhì)最差。張宗應(yīng)的研究結(jié)果也表明混交林土壤結(jié)構(gòu)更疏松,土壤通氣性和透水性更好。不同林型土壤飽和持水量和土壤非毛管蓄水量均為混交林>針葉林純林>落葉闊葉林純林,混交林對水分的靜態(tài)涵養(yǎng)能力更強,這與劉凱在青海得出的混交林水源涵養(yǎng)能力大于純林的結(jié)論一致。

林冠層截留量數(shù)值總體表現(xiàn)為混交林大于純林,烏都[36]在清水河縣的研究也得出了相似的結(jié)論；純林中針葉林大于落葉闊葉林,與前人的研究結(jié)果不完全一致。這主要由于青海省大通縣針葉林的造林密度遠大于落葉闊葉林的造林密度,導致林分郁閉度增大,減少穿透雨量,使針葉林純林林冠截留量大于落葉闊葉林純林。

干旱區(qū)90%的降水能以自然蒸散發(fā)的形式回歸大氣[37],不同林型林地蒸散發(fā)量的差異體現(xiàn)著森林耗水及干旱狀況的變化。本次研究結(jié)果表明純林蒸散發(fā)量大于混交林蒸散發(fā)量,其中落葉松林蒸散發(fā)量最大,白樺×云杉林蒸散發(fā)量最小,可能是由于白樺×云杉林造林密度、林分結(jié)構(gòu)更為適宜,進一步減少蒸散發(fā)；受干旱脅迫影響較小,森林生長良好、水源涵養(yǎng)能力較好。

前人引入模糊物元模型對滇中城市水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能進行評價,得出混交林綜合水源涵養(yǎng)功能最好的結(jié)論,本研究通過分析林分歐式貼近度及土壤飽和蓄水量,得出塔爾溝小流域各林型水源涵養(yǎng)能力為混交林>針葉林>落葉闊葉林,與前人結(jié)論相似。這可能是由于混交林在土壤層、林冠層、林地蒸散發(fā)3個層次水源涵養(yǎng)能力最優(yōu)；針葉林在枯落物層性能最優(yōu)；而青楊在4個層次水源涵養(yǎng)能力均為最差,可能是由于其林下枯落物存量少、土壤結(jié)構(gòu)差；林分結(jié)構(gòu)單一,植被耗水量大,從而減少小流域水量,激化林水矛盾。針葉林雖然枯落物存量較大,但存在林下生物多樣性差,林分結(jié)構(gòu)不合理等問題,其水源涵養(yǎng)能力次于混交林?；旖涣炙春B(yǎng)能力最優(yōu),可能是由于近年對白樺、落葉松、青楊疏林進行補植青海云杉,使得林分的垂直立體結(jié)構(gòu)發(fā)育良好,林分郁閉度提高,草本蓋度和多度提升,改善森林耗水策略,增加小流域內(nèi)產(chǎn)水量,從而提高了混交林的水源涵養(yǎng)能力。因此,在今后的造林營林中可以對于水源涵養(yǎng)效益較低的青楊林進行補植白樺林,改善林分結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

干旱區(qū)不同林型林地蒸散發(fā)量的差異體現(xiàn)著森林耗水及干旱狀況的變化。研究結(jié)果表明混交林林地蒸散發(fā)量較小,水源涵養(yǎng)能力較好；針葉林地耗水較多,水源涵養(yǎng)能力一般；落葉闊葉林地耗水嚴重,水源涵養(yǎng)能力較差。受干旱脅迫影響較小的林分類型,林分結(jié)構(gòu)更為適宜,森林生長良好、水源涵養(yǎng)能力較好。鑒于水源涵養(yǎng)能力評價中各指標的不確定性、復雜性和模糊性,研究采用熵權(quán)法對指標進行客觀賦權(quán),相較于前人在北川河流域使用層次分析法評估水源涵養(yǎng)能力更加客觀。歐式貼近度的大小順序為白樺×青楊混交林(0.794)>云杉×青楊混交林(0.723)>云杉×落葉松混交林(0.655)>云杉純林(0.494)>落葉松純林(0.416)>青楊純林(0.270)。歐式貼近度越大,該林分類型水源涵養(yǎng)能力更強。6種林型中,白樺×青楊混交林水源涵養(yǎng)能力最強,青楊林水源涵養(yǎng)能力最差。不同林型飽和土壤蓄水量大小排序為：白樺×青楊混交林>云杉×青楊混交林>云杉×落葉松混交林>云杉純林>落葉松純林>青楊純林,土壤飽和蓄水量與歐式貼近度值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

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