滇中城市水源地不同林型水源涵养功能评价

曾建军，史正涛，张华伟，常龙芳，陈严武，苗 武

（云南师范大学 旅游与地理科学学院，昆明650500）

森林水源涵养功能的优劣与分布与森林各层次（林冠层、枯落物层和土壤层）的传输过程相关，且主要取决于枯落物的蓄水能力和土壤层的贮水能力等［1－2］。不同类型林地的植物生物学特性及林分结构不同。探讨不同林型与水源涵养功能之间的关系［3］，可为森林健康监测、评价及其合理经营提供一定的理论依据。现阶段对于森林的水源涵养功能，国内外已有大量研究，但这些研究都是针对某一特定层的定性研究，如树冠穿透降雨的空间异质性［4］，枯落物层水文生态效应［5］，土壤层水文物理特性与涵养水源功能［6－7］，而在整体层次水源涵养功能研究和评价方法的选用也显得很片面，为此很多学者开展了森林水源涵养功能的综合评价方法研究［8－12］。

滇中地区作为云南省的人口聚集区和经济核心区，经济发展处于云南省领先水平，但是人均水资源量仅为全省平均水平的31%［13］。受岩溶地貌类型制约及复杂地质环境的作用，滇中城市工农业生活用水主要依靠水源地水库提供。因此，对滇中城市水源涵养林进行研究，对该区的生物多样性保护、水源涵养及水资源的可持续发展有着深远意义。本文拟通过对楚雄市九龙甸水源地4种林型枯落物蓄水能力和土壤层的贮水功能研究的基础上，利用欧式贴近度的模糊物元模型对不同林型水源涵养功能进行综合评价，筛选出最好的林型，以期为楚雄市九龙甸水源地森林营造、退化森林生态系统的恢复提供基础数据，为森林涵养水源的评价提供参考依据。

1 不同林型水源涵养功能的模糊物元模型评价

1．1 不同林型水源涵养功能的复合模糊物元

以有序三元组（事物、特征、模糊量值）作为描述事物的基本单元，称为模糊物元［14］。如果m个事物有n项特征（C1，C2，…，Cn）与相应的模糊物元量值（Uij）来描述事物的复合物元，则称m个事物的n维复合模糊物元。建立不同林型水源涵养功能的复合模糊物元：

式中：Mi——研究区的第i个林型（i＝1，2，…，m）；Ck——某研究区林型水源涵养功能的第k个特征（k＝1，2，…，n）。

1．2 不同林型水源涵养功能的差平方复合模糊物元

从某研究区不同林型水源涵养功能的隶属度复合模糊物元中可选择不同林型水源涵养功能的评价基准复合模糊物元。

若以Δij（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）表示不同林型水源涵养功能的基准模糊物元R0n与不同林型水源涵养功能的复合模糊物元Rmn中各项差的平方，则组成不同林型水源涵养功能的差平方复合模糊物元RΔ，即：

其中，Δij＝［u0j－uij］2；u0j表示不同林型水源涵养功能的基准模糊物元R0n的模糊量值，u0j取1．0（j＝1，2，…，17）；uij表示不同林型水源涵养功能的复合模糊物元Rmn模糊量值。

1．3 不同林型水源涵养功能的评价指标权重

本文采用反映指标特征值之间的统计参数—变异系数确定评价指标的权重，其计算公式如下：

1．4 欧式贴近度

由权重和差平方模糊物元可以计算欧式贴近度［15］。

式中：pHi——第i个评价区域的欧式贴近度。pHi值越大，表示第i区域与最优值区域越接近，说明越好；反之，则表示与最优值区域相差越远，表示越差。

2 应用实例

本文以楚雄市九龙甸水源地为例进行实征研究。九龙甸水源地作为楚雄市的的主要水源地，位于云南省中部楚雄市吕合镇下紫甸村，地处102°45′—102°59′E，25°08′—25°27′N 之间，集水面积为257．6 km2。属亚热带季风气候，多年平均气温为15．6℃，多年平均降雨量为864mm。雨季一般为5—10月，降水量占全年雨量的85%；旱季一般为11—4月，降水量占全年雨量的15%；土壤类型以棕壤为主；植被类型主要有云南松（Pinusyunnanensis）次生林、天然次生青冈栎（Cyclobalanopsisglauca）、人工桉树林（Eucalpptus）和灌木丛（shrub）。

2．1 指标体系构建

建立的指标体系应能反映出各评价指标在水源地不同林型水源涵养功能的影响程度。由于林地水源涵养功能的优劣主要取决于枯落物层的蓄水能力和土壤层的贮水能力。因此，选择水源地不同林型水源涵养功能的两个主要影响因子（枯落物层和土壤层），5个评价对象（枯落物厚度、枯落物的蓄积量、枯落物的持水能力、土壤持水能力、土壤理化性质），17个评价指标建立不同林型水源涵养功能指标体系（表1）。

表1 不同林型水源涵养功能指标体系

2．2 数据来源及预处理

基于已有的样方调查法、烘干法、浸泡法、环刀法，对滇中城市水源地4种林型森林枯落物及土壤持水特性的研究［16］，参照文献［16］给出的滇中4种主要林型的进行指标确定（表2）。

对各评价指标进行从优隶属度计算，可分为越大越优和越小越优两类：

式中：uij——水源地第i个林型第j项特征对应的模糊量值（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）；xij——第i个林型第j项特征对应的量值（i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n）；Xij——某林型中第j项特征所对应的所有量值中的最大值；Xij——某林型中第j项特征所对应的所有量值中的最小值。

2．3 评价结果及分析

利用欧式贴近度模糊物元模型对楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能进行评价：

首先，由式（7）、（8）得到楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能的目标优属度模糊物元R：

并通过式（3）计算楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能的差平方模糊物元矩阵RΔ：

表2 楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能评价指标数据

其次，据式（4）、（5）计算楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能的各评价指标权重Rwi：

再次，由差平方复合模糊物元矩阵和指标权重，据式（6）得楚雄市九龙甸水源地4种林型林地水源涵养功能的欧式贴近度RpHi：

由计算得到的欧式贴近度大小（R混交林＞R青冈栎林＞R灌木林＞R人工桉树林）不难看出，混交林欧式贴近度较高，说明混交林水源涵养功能较强；青冈栎林、灌木林欧式贴近度居中，说明它们水源涵养功能一般；人工桉树林的欧式贴近度很低，说明人工桉树林水源涵养功能较弱。

3 结 论

（1）利用构建的欧式贴近度模糊物元模型，对楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养功能进行了评价，结果表明，混交林的水源涵养功能较强；青冈栎林、灌木林水源涵养功能一般；人工桉树林水源涵养功能较弱。

（2）利用欧式贴近度模糊物元模型对楚雄市九龙甸水源地不同林型水源涵养能力进行评价时，利用变异系数求取权重，对原始数据的使用在一定程度上减少了权重确定的主观性。

（3）欧式贴近度的模糊物元模型与文献［16］传统分析研究结果一致，也与实际情况相吻合，充分证明九龙甸水源混交林涵养功能最强。

（4）同时，建立的欧式贴近度的模糊物元模型对水源涵养功能的评价提供了一种新的思路，对于数据的分析更加直接，所得结果也较为准确。

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