余 林，曾 偉，肖復(fù)明，熊振宇，徐海寧

(江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌330032)

0 前言

森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，是防止水土流失的積極因素，其多層次的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以有效地分配雨水，從而減輕洪水災(zāi)害，減少泥沙流失［1，2］。影響森林生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能的因子眾多，且交織并存，互為影響，它們之間的關(guān)系很難確定主次關(guān)系，其變化有一定的隨機(jī)性。因此，探討森林生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能與其影響因子之間關(guān)系是水土保持研究中的重要課題?；疑P(guān)聯(lián)分析是根據(jù)因素之間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度來(lái)衡量因素間關(guān)聯(lián)程度的一種方法，已廣泛應(yīng)用于工程控制、經(jīng)濟(jì)管理、生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)等領(lǐng)域［3，4］。

雷竹(Phyllostachy praecox cv.prevernalis)廣泛分布于我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)，隨著其高效經(jīng)營(yíng)技術(shù)的研究和推廣，栽培面積也在逐年擴(kuò)大。退耕還林工程中種植雷竹林既能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，又能發(fā)揮良好的生態(tài)功能，因此林農(nóng)在退耕林地種植雷竹的熱情很高。以往有關(guān)雷竹的研究開(kāi)展較多，但主要集中在生產(chǎn)力退化［5］、生物學(xué)特性［6］、高效經(jīng)營(yíng)［7］、光合作用［8］等方面，未見(jiàn)關(guān)于退耕還林工程中雷竹林水土保持功能影響因素的報(bào)道。退耕雷竹林水土保持功能受到氣象、地質(zhì)、植被、土壤等眾多因素的綜合影響，因此為深入了解退耕雷竹林水土保持功能與其影響因子的關(guān)系，本文對(duì)14個(gè)影響因子進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法［9］，找出退耕雷竹林水土保持功能的主要影響因子，以期為退耕雷竹林水土保持功能評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 標(biāo)準(zhǔn)地設(shè)置

本研究樣地設(shè)置在江西省萬(wàn)年縣大源鎮(zhèn)盤(pán)嶺山，屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，年均氣溫17.7℃，年降水量1 766.9 mm，年均日照1 887.2 h，氣候溫和，光照充足，雨量充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)。萬(wàn)年縣林業(yè)用地面積6.46×104hm2，森林覆蓋率達(dá)64.2%。土壤以水稻土為主，紅壤、湖土次之，并有少量的紫色土和紅色灰土［10］。

自20世紀(jì)90年代末，在國(guó)家“退耕還林工程”建設(shè)的積極號(hào)召下，針對(duì)山區(qū)人均耕地少的實(shí)際，萬(wàn)年縣開(kāi)始鼓勵(lì)農(nóng)民種植雷竹。目前，全縣雷竹林以農(nóng)戶分散經(jīng)營(yíng)為主，雷竹產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為其優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，到2012年雷竹種植面積達(dá)到0.67 ×104hm2，成為中國(guó)第一大雷竹種植縣［11］。本研究選擇立地條件基本相同而經(jīng)營(yíng)類型不同的9塊退耕雷竹林，開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣地面積為10 m×10 m，樣地邊界做相應(yīng)標(biāo)識(shí)，樣地均進(jìn)行覆蓋措施。

1.2 研究方法

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣地進(jìn)行每竹檢尺，測(cè)定立竹平均胸徑、年齡等指標(biāo)。每年雨季進(jìn)行竹林水文過(guò)程觀測(cè)，測(cè)定林外降雨、林內(nèi)降水、樹(shù)干徑流、蒸發(fā)量等指標(biāo)，計(jì)算林冠截留率［11］。在各標(biāo)準(zhǔn)樣地內(nèi)坡面上部、中部和下部分別挖60 cm深土壤剖面，按0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm土層用100 cm3標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀分別采集各層土壤，環(huán)刀樣品取3個(gè)重復(fù)，以備測(cè)定土壤含水狀況、土壤容重、土壤孔隙狀況、通氣性及排水性能等土壤水分－物理性質(zhì);同時(shí)分層采集土壤樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤團(tuán)聚體各項(xiàng)指標(biāo)。退耕雷竹林水土保持功能影響因子及其代號(hào)見(jiàn)表1。

表1 退耕雷竹林水土保持影響因子及代號(hào)

1.3 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度的計(jì)算方法

設(shè)參考數(shù)列為X0={X0(1)，X0(2)，…，X0(n)}，被比較數(shù)列為Xi={Xi(1)，Xi(2)，…，Xi(n)}，i=1，2，…，m，則實(shí)數(shù)

稱為Xi對(duì)于X0在k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

ρ為分辨系數(shù)，是0與1之間的某一取定的數(shù)，ρ值不同，關(guān)聯(lián)系數(shù)的取值不同，一般取ρ= 0.5［12，13］，并定義Xi對(duì)于X0的關(guān)聯(lián)度為:

比較r1，r2，…，rm的大小，便得到關(guān)聯(lián)序。

2 結(jié)果與分析

2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各影響因素?cái)?shù)量級(jí)差懸殊，所以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理有初始化變換、均值化變換、標(biāo)準(zhǔn)化變換、百分比變換以及極差變換等多種方法，本文采用極差變換法:

即從各影響因素原始數(shù)據(jù)列中分別找出其最大值和最小值，再代入式(3)求得對(duì)應(yīng)的新數(shù)列，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 退耕雷竹林水土保持功能影響因子變換后的數(shù)據(jù)

按照公式△i(k)=|X0(k)－Xi(k)|，求得X0與Xi各對(duì)應(yīng)點(diǎn)極差。本文取ρ=0.5計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，并得到關(guān)聯(lián)序，計(jì)算結(jié)果列于表3。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

從表3可以看出，按照關(guān)聯(lián)度大小排列的關(guān)聯(lián)序?yàn)?r1＞r4＞r11＞r3＞r6＞r10＞r7＞r9＞r12＞r8＞r2＞r13＞r14＞r5，即林分平均胸徑(X1)對(duì)退耕雷竹林水土保持功能的影響最大，其次是土壤體積含水量(X4)和＞0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量(X11)，土壤質(zhì)量含水量(X3)和土壤毛管孔隙度(X6)與退耕雷竹林水土保持功能也有一定的關(guān)系，土壤容重(X5)影響最小。也就是說(shuō)，林分平均胸徑越大、土壤體積含水量和＞0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量越高的退耕雷竹林，其水土保持功能越佳。

3 結(jié)論

水土保持是關(guān)系到人類生存與發(fā)展的重大問(wèn)題，森林生態(tài)系統(tǒng)在水土保持方面起著重要的作用，探討森林生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能與其影響因子之間的關(guān)系顯得尤其重要。何東進(jìn)［14］等運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了水土流失模擬預(yù)測(cè)模型，為水土保持的研究提供了一個(gè)新的方法。影響森林生態(tài)系統(tǒng)水土保持功能的因子很多，因素之間關(guān)系比較復(fù)雜，特別是表面的現(xiàn)象、隨機(jī)性的變化會(huì)掩蓋其本質(zhì)，使得在分析關(guān)鍵因子時(shí)得不到全面的信息。這些灰色的因素主要是灰色的關(guān)聯(lián)性在起作用，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法分析關(guān)鍵因子已有不少報(bào)道［3，15］，且均能夠取得符合實(shí)際情況的結(jié)果［16，17］。

表3 參考數(shù)列與各比較數(shù)列關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

由于長(zhǎng)期過(guò)度的毀林開(kāi)荒和不合理的經(jīng)營(yíng)管理，以及獨(dú)特的地形地貌、植被和氣象等自然條件，使江西省成為我國(guó)南方水土流失較為嚴(yán)重的省份［18］。為減少水土流失，1999年江西省響應(yīng)國(guó)家號(hào)召?gòu)V泛開(kāi)展退耕還林工程。退耕還林工程中種植雷竹是個(gè)很好的探索，既考慮生態(tài)效益又兼顧經(jīng)濟(jì)效益。本文研究結(jié)果表明，影響退耕雷竹林水土保持功能的主要因子為林分平均胸徑。雷竹林分平均胸徑在一定程度上代表著雷竹林的生長(zhǎng)水平，也是影響雷竹林(筍)產(chǎn)量的重要測(cè)樹(shù)因子之一。雷竹林分生長(zhǎng)良好能夠有效防止雨滴直接擊濺地表、改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤孔隙，改善林內(nèi)生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)雷竹林的水土保持功能?？梢?jiàn)，合理的經(jīng)營(yíng)措施既能夠?qū)崿F(xiàn)雷竹林豐產(chǎn)、高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，又能夠發(fā)揮其水土保持功能。這一結(jié)果具有一定的科學(xué)性和客觀性，對(duì)于江西省退耕還林工程中雷竹林的水土保持功能評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

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