滇中城市水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能評(píng)價(jià)

曾建軍，史正濤，張華偉，常龍芳，陳嚴(yán)武，苗 武

（云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明650500）

森林水源涵養(yǎng)功能的優(yōu)劣與分布與森林各層次（林冠層、枯落物層和土壤層）的傳輸過(guò)程相關(guān)，且主要取決于枯落物的蓄水能力和土壤層的貯水能力等［1－2］。不同類型林地的植物生物學(xué)特性及林分結(jié)構(gòu)不同。探討不同林型與水源涵養(yǎng)功能之間的關(guān)系［3］，可為森林健康監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及其合理經(jīng)營(yíng)提供一定的理論依據(jù)。現(xiàn)階段對(duì)于森林的水源涵養(yǎng)功能，國(guó)內(nèi)外已有大量研究，但這些研究都是針對(duì)某一特定層的定性研究，如樹(shù)冠穿透降雨的空間異質(zhì)性［4］，枯落物層水文生態(tài)效應(yīng)［5］，土壤層水文物理特性與涵養(yǎng)水源功能［6－7］，而在整體層次水源涵養(yǎng)功能研究和評(píng)價(jià)方法的選用也顯得很片面，為此很多學(xué)者開(kāi)展了森林水源涵養(yǎng)功能的綜合評(píng)價(jià)方法研究［8－12］。

滇中地區(qū)作為云南省的人口聚集區(qū)和經(jīng)濟(jì)核心區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于云南省領(lǐng)先水平，但是人均水資源量?jī)H為全省平均水平的31%［13］。受巖溶地貌類型制約及復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境的作用，滇中城市工農(nóng)業(yè)生活用水主要依靠水源地水庫(kù)提供。因此，對(duì)滇中城市水源涵養(yǎng)林進(jìn)行研究，對(duì)該區(qū)的生物多樣性保護(hù)、水源涵養(yǎng)及水資源的可持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。本文擬通過(guò)對(duì)楚雄市九龍甸水源地4種林型枯落物蓄水能力和土壤層的貯水功能研究的基礎(chǔ)上，利用歐式貼近度的模糊物元模型對(duì)不同林型水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出最好的林型，以期為楚雄市九龍甸水源地森林營(yíng)造、退化森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為森林涵養(yǎng)水源的評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

1 不同林型水源涵養(yǎng)功能的模糊物元模型評(píng)價(jià)

1．1 不同林型水源涵養(yǎng)功能的復(fù)合模糊物元

以有序三元組（事物、特征、模糊量值）作為描述事物的基本單元，稱為模糊物元［14］。如果m個(gè)事物有n項(xiàng)特征（C1，C2，…，Cn）與相應(yīng)的模糊物元量值（Uij）來(lái)描述事物的復(fù)合物元，則稱m個(gè)事物的n維復(fù)合模糊物元。建立不同林型水源涵養(yǎng)功能的復(fù)合模糊物元：

式中：Mi——研究區(qū)的第i個(gè)林型（i＝1，2，…，m）；Ck——某研究區(qū)林型水源涵養(yǎng)功能的第k個(gè)特征（k＝1，2，…，n）。

1．2 不同林型水源涵養(yǎng)功能的差平方復(fù)合模糊物元

從某研究區(qū)不同林型水源涵養(yǎng)功能的隸屬度復(fù)合模糊物元中可選擇不同林型水源涵養(yǎng)功能的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)復(fù)合模糊物元。

若以Δij（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）表示不同林型水源涵養(yǎng)功能的基準(zhǔn)模糊物元R0n與不同林型水源涵養(yǎng)功能的復(fù)合模糊物元Rmn中各項(xiàng)差的平方，則組成不同林型水源涵養(yǎng)功能的差平方復(fù)合模糊物元RΔ，即：

其中，Δij＝［u0j－uij］2；u0j表示不同林型水源涵養(yǎng)功能的基準(zhǔn)模糊物元R0n的模糊量值，u0j取1．0（j＝1，2，…，17）；uij表示不同林型水源涵養(yǎng)功能的復(fù)合模糊物元Rmn模糊量值。

1．3 不同林型水源涵養(yǎng)功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

本文采用反映指標(biāo)特征值之間的統(tǒng)計(jì)參數(shù)—變異系數(shù)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，其計(jì)算公式如下：

1．4 歐式貼近度

由權(quán)重和差平方模糊物元可以計(jì)算歐式貼近度［15］。

式中：pHi——第i個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域的歐式貼近度。pHi值越大，表示第i區(qū)域與最優(yōu)值區(qū)域越接近，說(shuō)明越好；反之，則表示與最優(yōu)值區(qū)域相差越遠(yuǎn)，表示越差。

2 應(yīng)用實(shí)例

本文以楚雄市九龍甸水源地為例進(jìn)行實(shí)征研究。九龍甸水源地作為楚雄市的的主要水源地，位于云南省中部楚雄市呂合鎮(zhèn)下紫甸村，地處102°45′—102°59′E，25°08′—25°27′N 之間，集水面積為257．6 km2。屬亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為15．6℃，多年平均降雨量為864mm。雨季一般為5—10月，降水量占全年雨量的85%；旱季一般為11—4月，降水量占全年雨量的15%；土壤類型以棕壤為主；植被類型主要有云南松（Pinusyunnanensis）次生林、天然次生青岡櫟（Cyclobalanopsisglauca）、人工桉樹(shù)林（Eucalpptus）和灌木叢（shrub）。

2．1 指標(biāo)體系構(gòu)建

建立的指標(biāo)體系應(yīng)能反映出各評(píng)價(jià)指標(biāo)在水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能的影響程度。由于林地水源涵養(yǎng)功能的優(yōu)劣主要取決于枯落物層的蓄水能力和土壤層的貯水能力。因此，選擇水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能的兩個(gè)主要影響因子（枯落物層和土壤層），5個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象（枯落物厚度、枯落物的蓄積量、枯落物的持水能力、土壤持水能力、土壤理化性質(zhì)），17個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立不同林型水源涵養(yǎng)功能指標(biāo)體系（表1）。

表1 不同林型水源涵養(yǎng)功能指標(biāo)體系

2．2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

基于已有的樣方調(diào)查法、烘干法、浸泡法、環(huán)刀法，對(duì)滇中城市水源地4種林型森林枯落物及土壤持水特性的研究［16］，參照文獻(xiàn)［16］給出的滇中4種主要林型的進(jìn)行指標(biāo)確定（表2）。

對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行從優(yōu)隸屬度計(jì)算，可分為越大越優(yōu)和越小越優(yōu)兩類：

式中：uij——水源地第i個(gè)林型第j項(xiàng)特征對(duì)應(yīng)的模糊量值（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）；xij——第i個(gè)林型第j項(xiàng)特征對(duì)應(yīng)的量值（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）；Xij——某林型中第j項(xiàng)特征所對(duì)應(yīng)的所有量值中的最大值；Xij——某林型中第j項(xiàng)特征所對(duì)應(yīng)的所有量值中的最小值。

2．3 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

利用歐式貼近度模糊物元模型對(duì)楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)：

首先，由式（7）、（8）得到楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能的目標(biāo)優(yōu)屬度模糊物元R：

并通過(guò)式（3）計(jì)算楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能的差平方模糊物元矩陣RΔ：

表2 楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)

其次，據(jù)式（4）、（5）計(jì)算楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能的各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Rwi：

再次，由差平方復(fù)合模糊物元矩陣和指標(biāo)權(quán)重，據(jù)式（6）得楚雄市九龍甸水源地4種林型林地水源涵養(yǎng)功能的歐式貼近度RpHi：

由計(jì)算得到的歐式貼近度大小（R混交林＞R青岡櫟林＞R灌木林＞R人工桉樹(shù)林）不難看出，混交林歐式貼近度較高，說(shuō)明混交林水源涵養(yǎng)功能較強(qiáng)；青岡櫟林、灌木林歐式貼近度居中，說(shuō)明它們水源涵養(yǎng)功能一般；人工桉樹(shù)林的歐式貼近度很低，說(shuō)明人工桉樹(shù)林水源涵養(yǎng)功能較弱。

3 結(jié) 論

（1）利用構(gòu)建的歐式貼近度模糊物元模型，對(duì)楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，混交林的水源涵養(yǎng)功能較強(qiáng)；青岡櫟林、灌木林水源涵養(yǎng)功能一般；人工桉樹(shù)林水源涵養(yǎng)功能較弱。

（2）利用歐式貼近度模糊物元模型對(duì)楚雄市九龍甸水源地不同林型水源涵養(yǎng)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，利用變異系數(shù)求取權(quán)重，對(duì)原始數(shù)據(jù)的使用在一定程度上減少了權(quán)重確定的主觀性。

（3）歐式貼近度的模糊物元模型與文獻(xiàn)［16］傳統(tǒng)分析研究結(jié)果一致，也與實(shí)際情況相吻合，充分證明九龍甸水源混交林涵養(yǎng)功能最強(qiáng)。

（4）同時(shí)，建立的歐式貼近度的模糊物元模型對(duì)水源涵養(yǎng)功能的評(píng)價(jià)提供了一種新的思路，對(duì)于數(shù)據(jù)的分析更加直接，所得結(jié)果也較為準(zhǔn)確。

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