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水土流失降低了土壤肥力,造成土壤的养分流失,土层变薄,降低了林地生产力,对林业生产带来了不利影响,同时也严重影响了生态环境,使生态环境遭到破坏,涝灾害等发生频繁。因此,对水土保持功能进行研究,改善生态环境极为重要。大量科学研究表明结构决定功能,结构好的林分,其功能越好。林分空间结构对林分水土保持功能具有重要意义,优化林分空间结构是改善森林水土保持功能的重要途径,因此研究林分空间结构与水土保持功能之间的关系具有重要意义。本文以湖南省福寿林场杉木生态公益林为研究对象,对2006年造林经营林分、2006年造林对照林分、1999年造林经营林分和1999年造林对照林分四种的空间结构与水土保持功能进行动态分析,并在此基础上通过多元回归分析和通径分析研究林分空间结构与水土保持功能间的关系,建立林分空间结构与水土保持功能关系模型,为杉木生态公益林水土保持功能的提高提出相关建议。主要结论如下:(1)杉木生态公益林空间结构动态分析。选取全混交度、竞争指数、开阔比数、林层指数和角尺度分析四种林分类型2012年-2018年连续六年的空间结构动态变化。结果表明,2006年经营林分、2006年对照林分、1999年经营林分和1999年对照林分到2018年全混交度分别提高了 111.76%、53.33%、375%和22.22%;竞争指数分别上升了 16.99%、16.61%、0.52%和 10.70%;开阔比数分别减少了 20.48%、13.09%、57.89%、22.64%;林层指数分别增加了 63.16%、29.71%、50.00%、28.00%;角尺度到分别下降 20.34%、8.33%、23.21%、6.89%。(2)杉木生态公益林水土保持功能动态分析及评价。运用Delphi法选取涵养水源功能、保育土壤功能两个方面14个指标对四种林分的水土保持功能进行动态分析并运用层次分析法进行评价。结果表明,2006年经营林分、2006年对照林分、1999年经营林分和1999年对照林分土壤持水率分别提高了 19.81%、1.79%、50.44%和21.34%,土壤孔隙度分别增加了 3.01%、2.49%、11.20%和0.45%,土壤容重分别减少了 19.42%,11.64%,20.89%和 10.37%。灌草生物量分别增加了 10.28%、1.89%、64.13%和了 1.11%,灌草最大持水量分别增加了 43.69%、6.55%、112.94%和 4.65%,灌草最大持水率分别提高了 30.18%、4.58%、29.89%和3.69%。枯落物生物量分别提高了 13.20%、8.58%、28.65%和18.79%,枯落物最大持水量分别增加了 26.36%、11.06%、48.72%和 20.15%,枯落物最大持水率分别增加了 11.61%、2.24%、15.60%和1.15%。土壤有机质含量分别提高了 38.29%、17.73%、32.54%和19.20%,土壤全N含量分别提高了 103.74%、75.22%、84.34%和64.86%,土壤全K含量分别增加了29.46%、10.43%、36.88%和17.51%,土壤全P含量分别增加了 69.09%、57.14%、97.78%和49.02%,土壤pH值分别提高了 11.81%、9.72%、11.28%和9.73%。本文运用层次分析法对福寿林场杉木生态公益林水土保持功能进行评价,建立了水土保持功能模型为:A=0.0583Y1+0.1021Y2+0.1771Y3+0.0 191Y4+0.0337Y,+0.0131Y6+0.0244Y7+0.055Y8+0.0173Y9+0.2269Y10+0.0861Y11+0.0543 Y12+0.01086Y13+0.0240Y14式中,A为水土保持功能量化指标,Y1为土壤持水率,Y2为土壤孔隙度,Y3为土壤容重,Y4为灌草生物量,Y5为灌草最大持水量,Y6为灌草最大持水率,Y7为枯落物生物量,Y8为枯落物最大持水量,Y9为枯落物最大持水率,Y10为土壤有机质含量,Y11为土壤全N含量,Y12为土壤全K含量,Y13为土壤全P含量,Y14为土壤pH值。通过综合评分法得到两种经营林分水土保持功能得分高于对照林分,1999年经营林分水土保持功能得分高于2006年经营林分。(3)林分空间结构与水土保持功能关系研究。运用多元回归分析和通径分析法研究林分空间结构对水土保持功能关系的影响及其关系模型,结果表明,林层指数和全混交度对土壤持水率和土壤容重有较强的直接影响作用;对土壤孔隙度直接影响最大的空间结构因子是全混交度;对灌草层生物量和灌草最大持水量直接影响程度为开阔比数;对灌草最大持水率直接影响最大的空间结构因子是林层指数;对枯落物层涵养水源功能直接影响最大的空间结构因子为林层指数;对土壤有机质含量的直接影响最大的为全混交度;对土壤全N含量直接影响程度为竞争指数;对土壤全K含量影响最明显的因子为全混交度和开阔比数;全混交度对全P含量的影响较大;对土壤pH值直接影响最为明显的结构因子为全混交度和竞争指数。通过多元回归分析及水土保持功能评价,得到福寿林场杉木生态公益林空间结构与水土保持功能模型为:A=4.659X1+0.105X2+1.721X3+10.377X4-7.242X5+15.382式中,A为水土保持功能量化指标,X1为全混交度,X2为竞争指数,X3为开阔比数,X4为林层指数,X5为角尺度。通过研究发现,林分空间结构对水土保持功能具有重要作用,对林分的空间结构进行优化,同时在林下补植乡土阔叶树种,大力营造混交林,有利于提高林分的水土保持功能,增加林分的稳定性,从而保证森林健康生长。