瘠薄山地生态林蓄水保土功能及生态效益定量评价

【摘要】：为探索鲁中南瘠薄山地不同林分类型的生态林蓄水保土功能,选择适宜于鲁中南瘠薄山地的树种类型,为山东省乃至华北的荒山生态林营造及恢复具有借鉴意义。本研究选择在具有鲁中南山区典型代表土壤特点的山亭区2000年营造的8种林分为研究对象,对8种林分类型的土壤物理性状、土壤水文效应、生物量、径流量、以及土壤侵蚀量进行研究,并对其进行量化,最后利用层次分析法对8种林分类型下的生态效益进行综合评价,选择出生态效益相对较好的林分类型,取得了以下研究成果和结论: 1、对8种林分类型土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度以及土壤容重等4种指标进行分析,结果表明4种指标除毛管孔隙度外均差异性显著,结果分别为:F0.05= 19.5418 ,Sig.= 0.000; F0.05= 5.808 ,Sig.= 0.0005; F0.05=1.7956, Sig.= 0.09;F0.05=158.0817 Sig.=0.000。经过分析得出8种不同林分类型与对照相比对土壤物理性状均有较好的改良效果,对土壤物理性状的改良效果可以分为三类:第一类侧柏黑松混交林、刺槐纯林对土壤物理性状的改良效果相对较好,第二类五角枫纯林、皂角纯林、花椒纯林、臭椿纯林的改良效果次之,第三类侧柏纯林与黑松纯林改良效果相对较差。 经分析8种林分类型下土壤颗粒分形维数存在差异,其变动范围为1.994～2.297之间(平均值为2.128),且8种不同林分类型之间差异显著(方差分析F0.05=5.119,Sig.=0.016);且8种林分类型土壤颗粒分形维数的大小顺序为:刺槐纯林侧柏黑松混交林五角枫纯林花椒纯林皂角纯林臭椿纯林侧柏纯林黑松纯林对照。 2、对8种林分类型下土壤的土壤含水量、毛管最大持水量以及土壤饱和贮水量等3种指标进行分析,结果表明不同林分类型下的3种指标值存在差异,且3种指标均呈现差异性显著,结果分别为:F0.05=7.31 Sig.=0.000;F=20.14 Sig.=0.000;F0.05=13.5 Sig.=0.000。经过分析得出8种不同林分类型与对照相比对土壤水文效应均有较好的改良效果,对土壤水文效应的改良效果可以分为三类:第一类侧柏黑松混交林以及刺槐林为较好地的一类;第二类五角枫、皂角和花椒林为次之的一类;第三类臭椿、侧柏和黑松林为较差的一类。 3、对8种不同林分类型条件下,物种丰富度最高的为刺槐林为12;最低的是对照为7;总体平均值为9.3;Shannon-Wiener多样性指数(H)和Simpson多样性指数(D)均以刺槐林最大,分别为1.67和0.77;对照地最小,分别为1.23和0.49;Pielou的均匀度指数(J)和Alatalo均匀度指数(E)也均以刺槐林最大,分别为0.75和0.71;对照地最小,分别为0.47和0.44。对8种林分类型的Shannon-Wiener多样性指数(H)以及Alatalo均匀度指数(Ea)进行方差分析,结果为,F0.05= 23.55 ,Sig.= 0.000;F0.05= 18.64 , Sig.= 0.000,均呈显著性差异。8种林分可以划归为好、中、差3类。第一类侧柏黑松混交林、刺槐纯林可以划归为一类且改良效果最好;第二类五角枫纯林、皂角纯林和花椒纯林划归为一类且改良效果次之;第三类侧柏纯林、臭椿纯林和黑松纯林划归为一类且改良效果相对较差。 4、对8种林分类型的地表径流量分析,以对照地的地表径流量最大为2820.3 m~3/hm~2·a,最小的刺槐纯林为2101.8 m3/hm~2·a,平均为2313. 3 m~3/hm~2·a,不同林分类型的径流系数存在差异,且以对照地最大为0.42,刺槐纯林最小为0.31,平均为0.35。且径流系数与土壤容重呈正相关y=2.628x+0.3557,R2=0.7831;径流系数与土壤总孔隙度呈显著性负相关y=-79.15x+80.937 ,R2=0.909。 5、对8种林分类型的土壤侵蚀量进行分析,以对照地的土壤侵蚀模数最大为52.1t/hm~2,刺槐林地的最小为32.00 t/hm~2。对其进行方差分析F0.05= 617.7 Sig.= 0.000,差异性显著。土壤侵蚀模数与土壤总孔隙度呈显著性负相关y=-0.0039x+68.267,R2=0.8947;土壤侵蚀模数与植被盖度呈显著性负相关y=-0.017x+131.04,R2=0.9434。不同林分类型的保土效益存在明显差异。保土效益大小排序依次为刺槐纯林五角枫纯林侧柏黑松混交林花椒纯林皂角纯林臭椿纯林黑松纯林侧柏纯林。 6、不同林分类型的土壤有机质含量不同,最大为刺槐0.758%,最小为对照0.421%,平均值为0.693%。全氮、全磷、全钾的含量不同,平均值分别为0.067%、0.043%、0.084%,且都大于对照样地,其中刺槐纯林、五角枫纯林、侧柏黑松混交林的土壤养分含量相对较高,皂角、花椒、臭椿的土壤养分含量次之,侧柏、黑松的的土壤养分含量相对较差。 7、不同林分类型的乔木生物量在3.97~4.90t/hm~2之间,以刺槐最大4.90 t/hm~2,臭椿最小3.97 t/hm~2,平均为4.39t/hm~2;灌木生物量在1.15~2.16t/hm~2之间,以刺槐林内的最大为2.16 t/hm~2,对照最小为1.15 t/hm~2,平均值为1.91 t/hm~2;草本生物量1.82~3.42t/hm~2之间,以刺槐林内的最大为3.42 t/hm~2,对照最小1.82 t/hm~2,平均为3.02 t/hm~2;枯落物积蓄量1.31~2.01t/hm~2之间,以刺槐林内的最大为2.01t/hm~2,侧柏林最小1.31 t/hm~2,平均为1.75 t/hm~2;结果为刺槐为一类,生物量相对较大;花椒、皂角、五角枫、臭椿为一类,生物量次之;侧黑、黑松、侧柏为一类、生物量相对较小。 8、对8种不同林分类型减少土地废弃价值、减少土壤淤积的价值、减少土壤养分价值、增加涵养水源价值、增加的消洪补枯价值以及增加的净化水质价值等7种价值进行分析,以刺槐林最大为2733.6元/ hm~2·a hm2?a,黑松最小为947.97元/ hm~2·a,平均值为1741.18元/ hm~2·a。利用SPSS软件对8种不同林分类型的各种效益进行聚类分析结果为侧柏黑松混交林、刺槐纯林为较好的一类;花椒林、皂角林、五角枫林次之;侧柏林、黑松林、臭椿林较差。