云南高原山地典型小流域森林水文生态功能的研究

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云南高原山地位于长江上游地区,在整个长江流域中有着特殊的地理位置,因水土流失、森林资源减少等问题引起广泛关注,其土地利用格局和森林生态修复措施也日益引起重视。云南高原山地森林植物种类丰富多样,在涵养当地水源、净化水质、维护生态系环境方面具有重要的作用。研究和保护长江上游云南高原山地生态环境是当前一项重要任务。以云南高原山地典型小流域头塘监测站主要植被类型华山松+云南松+马桑混交林、云南松+栓皮栎混交、水冬瓜林、云南松纯林及圆柏林为研究对象,以坡耕地和荒草地为对照,在分析典型小流域头塘监测站降雨特性的基础上,从森林植被的林冠层、枯落物层、土壤层三个垂直活动层次,采用相关性分析、回归分析、灰色关联法等分析方法,分析了林冠层截留、枯落物层持水、土壤入渗、土壤持水特性、地表径流等水文特征及其影响因子对不同层次水文生态功能的影响,运用AHP法模型建立了不同类型林分水文生态功能评价指标体系,对不同植被配置模式林分的水源涵养价值进行了评估,研究结果将对指导云南高原山地森林生态的保护与建设、土地利用和植被恢复具有重要的理论和实践意义。主要研究结果如下:(1)比较不同林分林冠层生态水文功能得到,华山松+云南松+马桑混交林为最好。5种不同林分林冠截留率大小顺序为华山松+云南松+马桑混交林(24.84%)>云南松+栓皮栎林(21.77%)>云南松纯林(20.80%)>圆柏(16.]]%)>水冬瓜(14.35%)。该地区5种森林类型林冠截留率与降雨量呈对数相关,对降雨量进行分级来比较截留率的变化也进一步表明,不同林分的林冠截留率随着降雨量级的增大而逐级减小。(2)通过不同林分枯落物层的生态水文功能的比较可知,以华山松+云南松+马桑混交林为最好。不同林分枯落物储量差异明显,华山松+云南松+马桑混交林的枯落物储量最大,为12.0t.hm-2,分别是云南松纯林、云南松+栓皮栎混交林、水冬瓜林、圆柏林地的1.51,1.68,2.24,2.75倍。枯落物年凋落量、最大持水量及有效拦蓄量大小排序与枯落物储量大小排序完全一致,5种林分枯落物最大持水率的变动范围在261.02%~401.03%之间;各林分的有效拦蓄量在7.13-37.66t.hm-2之间,相当于拦蓄0.71-3.77mm的降雨。5种林分中华山松+云南松+马桑混交林的拦蓄能力最强。这也充分说枯落物储量大的林分其最大持水能力也强。(3)比较不同林分土壤层的生态水文功能可知,以华山松+云南松+马桑混交林为最好。土壤的入渗性能层间变化差异较大,除了荒草地外,初渗率和稳渗率均以A层腐殖质层>B层淀积层>C层母岩;各林分土壤的初始入渗速率大小顺序为:华山松+云南松+马桑(14.93mm-min-1)>云南松+栓皮栎(6.2mm·min-1)>云南松纯林(5.75mm·min-1)>水冬瓜(4.06mm-min-1)>坡耕地(3.41mm·min-1)>圆柏(2.61mm·min-1)>荒草地(2.02mm-min-1),不同地类表层土壤的稳定与初始入渗速率表现出相同的规律。相关分析和主成分分析的结果均表明土壤理化性质中水稳性团聚体、自然含水率、总孔隙度、有机质、非毛管孔隙度、容重是影响渗透特性的主要影响因子。单位面积不同地类的有效蓄水量的大小排序为:华山松+云南松+马桑混交林(512.11t·hm-2·-1)>云南松+栓皮栎混交林(250.59t·hm-2·a-1)>云南松纯林(178.81t·hm-2·a-11)>水冬瓜(174.26t·hm-2·a-1)>圆柏林(147.66t-hm-2·a-1)>坡耕地(94.83t·hm-2·a-1)>荒草地(86.52t·hm-2·a-1)。(4)结合2001至2013年6-10月雨季的相关数据分析可知,年度径流深及总径流深大小规律均为:坡耕地>荒草地>圆柏林>水冬瓜林>云南松纯林>云南松+栓皮栎混交林>华山松+云南松+马桑混交林。不同森林类型的典型林分的径流系数从2001年到2013年都有降低的趋势,而荒草地和坡耕地的径流系数呈上升趁势。2013年全年的总地表径流量以坡耕地的最多,以华山松+云南松+马桑混交林的最少。利用灰色关联度分析法得出与径流系数关系最密切的是降雨量因子和60分钟最大雨强因子。通过回归分析,不同地类地表径流量和降雨量之间的关系用3次曲线方程模拟效果最好,模型均能通过F检验。运用SPSS相关系数法分析头塘监测站各地类产流受林地土壤理化性质及地表覆盖物的影响,结果表明径流系数与上述因素均呈负相关关系,大小排序为:郁闭度>枯落物储量>最大持水率>土壤有效蓄水量>非毛管孔隙灌度>初渗率。(5)运用层次分析法对影响森林水文生态功能的14个指标进行综合评价,得出不同林分的水文生态功能综合评价量化得分排列顺序为:华山松+云南松+马桑混交林(0.981)>云南松+栓皮栎混交林(0.730)>云南松纯林(0.617)>水冬瓜林(0.514)>圆柏林(0.502)。(6)采用影子工程法将森林生态系统汛期调蓄洪峰的水文生态效益进行价值核算得到,流域内各林分类型调节洪峰的价值大小排序为:华山松+云南松+马桑混交林(8746.95元.hm-2)>云南松+栓皮栎混交林(4488.30元.hm-2)>云南松纯林(3359.55元.hm-2)>水冬瓜林(3025.35元.hm-2)>圆柏林(2594.10元.hm-2)。各森林类型水源涵养潜力都较大,在云南高原山地发挥着重要的生态和社会效益。
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