成都市龍泉山城市森林公園土壤調(diào)查與分析

成都市龍泉山城市森林公園土壤調(diào)查與分析

自19世紀(jì)末以來(lái)，國(guó)外科學(xué)家主要從事森林環(huán)境研究，其內(nèi)容主要包括造林區(qū)域的布局要素、分類和評(píng)價(jià)。龍泉山城市森林公園是成都市建設(shè)“公園城市”中必不可缺的一環(huán)，是推動(dòng)成都市東進(jìn)戰(zhàn)略有效實(shí)施，實(shí)現(xiàn)兩翼互動(dòng)的重要突破點(diǎn)1335成都龍泉山城市森林公園位于龍泉山脈成都段(103°40′-104°40′E,29°40′-30°30′N),南北90km,東西10～12km,面積1275km2材料和方法2.1數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)以及區(qū)劃圖收集了龍泉山城市森林公園森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)以及行政區(qū)劃圖。包括龍泉驛區(qū)、青白江區(qū)、金堂縣、簡(jiǎn)陽(yáng)市、雙流區(qū)的部分，共計(jì)75964個(gè)小班。2.2增設(shè)樣地，確定樣地在ArcGIS10.2中對(duì)研究區(qū)進(jìn)行漁網(wǎng)創(chuàng)建，將龍泉山城市森林公園按2km×2km劃分成319個(gè)網(wǎng)格。以每個(gè)網(wǎng)格的中心點(diǎn)進(jìn)行樣點(diǎn)設(shè)置，若中心點(diǎn)在水體或建設(shè)用地上，則相應(yīng)地移動(dòng)樣點(diǎn)，若在2km范圍均為水體或建設(shè)用地，則該樣點(diǎn)取消，共計(jì)設(shè)置樣點(diǎn)307個(gè)(圖1)。在確定的樣點(diǎn)附近設(shè)置樣地，樣地大小為20m×20m。在樣地內(nèi)調(diào)查土地利用類型、植被情況、土壤狀況。記錄因子主要有地形因子(土壤類型、土層厚、土壤腐殖質(zhì)層厚、經(jīng)緯度、海拔、坡度、坡位、坡向)、植被因子(若為林地，則詳細(xì)記錄如下信息：?jiǎn)棠痉N名、平均胸徑、平均樹(shù)高，灌木種名、平均高、蓋度，草本種名、蓋度)。沿順坡方向S形挖取土壤剖面，取土壤樣品帶回試驗(yàn)分析土壤物理和化學(xué)性質(zhì)。其中土壤物理性質(zhì)分析土壤容重、土壤毛管孔隙度、土壤總孔隙度、土壤毛管持水量、土壤總持水量等指標(biāo)；土壤化學(xué)性質(zhì)分析pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解N、速效K、有效P等指標(biāo)。土壤化學(xué)性質(zhì)由中國(guó)科學(xué)院、水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所綜合測(cè)試與模擬中心分析測(cè)試。有機(jī)質(zhì)采用燃燒法(儀器型號(hào)：varioMACROCUBE),堿解N采用堿解擴(kuò)散法，速效K采用乙酸銨浸提-火焰分光光度法(儀器型號(hào)：FTP640),有效P采用鹽酸、氟化銨浸提-紫外分光光度法(儀器型號(hào)：UV-2600)。2.3選擇因素和處理2.3.1選擇因素根據(jù)參考文獻(xiàn)和專家咨詢意見(jiàn)，初步選定了林分因子(郁閉度(2.3.2分級(jí)評(píng)分根據(jù)森林資源二類調(diào)查資料及參考文獻(xiàn)，對(duì)16個(gè)因子進(jìn)行分級(jí)打分(表1)。將307個(gè)樣點(diǎn)、16個(gè)因子的得分?jǐn)?shù)據(jù)錄入Excel2010,然后在SPSS20.0里面進(jìn)行主成分分析(因子分析)和系統(tǒng)聚類(變量聚類)分析。3結(jié)果與分析3.1主成分分析與系數(shù)分組結(jié)果3.1.1成分得分分析16個(gè)因子的相關(guān)矩陣見(jiàn)表2?？梢钥闯?，16個(gè)因子的相關(guān)性均不大，相關(guān)系數(shù)>0.30的指標(biāo)僅有3對(duì)，即平均胸徑與平均樹(shù)高、地貌與坡度、土壤類型與土層厚。主成分特征值見(jiàn)表3?？梢钥闯?，前7個(gè)主成份的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)64%以上，已經(jīng)基本能代表16個(gè)變量的信息。成分得分系數(shù)矩陣見(jiàn)表4。第1主成分上得分比較高的因子有平均胸徑、平均樹(shù)高，代表林分因子；第2主成分上得分比較高的因子有堿解N、有效P,代表土壤肥力因子；第3主成分上得分比較高的因子有土壤類型、土層厚，代表土壤基礎(chǔ)因子；第4主成分上得分比較高的因子有地貌、坡向、坡位，代表地形因子；第5主成分上得分比較高的因子有土壤結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地，代表土壤基礎(chǔ)因子；第6主成分上得分比較高的因子是pH值，同樣代表土壤基礎(chǔ)因子；第7主成分上得分比較高的因子是有機(jī)質(zhì)、速效K,代表土壤肥力因子。3.1.2土壤聚類分析將307×16矩陣數(shù)據(jù)在SPSS里面用系統(tǒng)聚類法(HierarchicalCluster),選用“變量(Varlables)聚類”,聚類樹(shù)狀圖見(jiàn)圖2?？梢钥闯觯?6個(gè)因子最終聚成兩大類。其中第一大類由兩類聚集而成。分別是平均胸徑和平均樹(shù)高聚成一類，另一類由3小類聚成，分別是土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)聚成一小類，堿解N和有效P聚成一小類，有機(jī)質(zhì)單獨(dú)一小類。第二大類先由兩類聚成。即pH值單獨(dú)一類。另一類又由兩類聚成。一類為地貌、坡度聚類，坡向、坡位聚類，然后再聚成一類，還有一類為土壤類型、土層厚聚類再與郁閉度聚類再與速效鉀聚成一類。3.2理論模型擬合運(yùn)用GS+軟件計(jì)算土壤養(yǎng)分的全向半方差函數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表5?？梢钥闯?，pH值、速效K的決定系數(shù)>0.6,堿解N、有效P的決定系數(shù)>0.5,說(shuō)明理論模型擬合具有一定合理性。從基臺(tái)值可以看出，各土壤養(yǎng)分值均具有一定的基臺(tái)值，說(shuō)明受地形、土壤、植被和人類活動(dòng)等因素所控制。3.3立地類型劃分結(jié)果綜合以上分析，龍泉山城市森林公園的立地因子主要選用以下4個(gè)：地貌、土壤類型、坡位、土層厚。將成都市龍泉山城市森林公園劃分為3個(gè)立地類型區(qū)，即平原立地類型區(qū)(Ⅰ)、丘陵立地類型區(qū)(Ⅱ)、低山立地類型區(qū)(Ⅲ)。平原立地類型區(qū)劃分為3個(gè)立地類型組，丘陵立地類型區(qū)劃分為3立地類型組，低山立地類型區(qū)劃分為2立地類型組。共計(jì)劃分34個(gè)立地類型，其中，平原立地類型區(qū)分為4個(gè)立地類型，丘陵立地類型區(qū)分為16個(gè)立地類型，低山立地類型區(qū)分為14個(gè)立地類型(表6)。將307個(gè)樣點(diǎn)的土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解N、速效K、有效P這5個(gè)實(shí)驗(yàn)室所測(cè)數(shù)據(jù)在ArcGIS10.2的SpatialAnalyst工具中的“插值分析”下采用“反距離權(quán)重法(IDW)”進(jìn)行空間插值，獲取整個(gè)區(qū)域的土壤酸堿度及土壤肥力分布圖，再與龍泉山城市森林公園二類調(diào)查小班矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加(其余因子值由區(qū)域的森林資源二類調(diào)查小班矢量數(shù)據(jù)獲得),根據(jù)上述劃分出的立地類型，制作成都市龍泉山城市森林公園立地類型分布圖。3.4龍泉山市森林公園困難場(chǎng)地分布特征土層厚度是土壤的一個(gè)重要物理性質(zhì)，反映了土壤質(zhì)量的基本狀況，影響土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分含量3.5龍泉山市森林公園困難場(chǎng)地植物恢復(fù)建議3.5.1泥地或建渣該類立地類型主要為廢棄的宅基地。硬化水泥地或建渣較多，土層極為瘠薄。對(duì)該類地進(jìn)行植被恢復(fù)時(shí)，需要先采取工程措施，用大型機(jī)械對(duì)表面的水泥地或建渣進(jìn)行清除、培土。3.5.2坡下立地類型該類立地類型組包括3個(gè)不同坡位(坡上部、坡中部及坡下部)的立地類型。針對(duì)坡上部立地類型采取封禁措施，自然恢復(fù)植被；坡中部和坡下部采取適當(dāng)培土進(jìn)行植被恢復(fù)。在物種選擇上，喬、灌選取耐旱、耐瘠薄，耐堿性土壤的物種。3.5.3坡下植被恢復(fù)該類立地類型組包括坡上部和坡中部2種立地類型。坡上部立地類型采取封禁措施，自然恢復(fù)植被；坡中部采取適當(dāng)培土進(jìn)行植被恢復(fù)。物種選擇耐旱、耐瘠薄，耐酸性土壤的物種。3.5.4不同立地類型組的植被恢復(fù)工程該類立地類型組包括不同酸堿度、不同坡位的立地類型。針對(duì)此類立地類型組，采取封禁措施進(jìn)行植被恢復(fù)?？蛇m當(dāng)種植一些極耐干旱、瘠薄的草本植物，如菊芋等。4結(jié)論和討論4.1龍泉山城市森林公園立地條件以網(wǎng)格取樣為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)結(jié)合地統(tǒng)計(jì)學(xué)，可使取樣方法更為精確。土壤養(yǎng)分屬性的變程范圍僅有效P>2km,說(shuō)明本研究選取2km×2km的采樣網(wǎng)格是合理的。成都市龍泉山城市森林公園的立地條件主導(dǎo)因子為地貌、土壤類型、坡位、土層厚。從聚類分析結(jié)果來(lái)看，整個(gè)區(qū)域的立地條件較差，困難立地類型的地塊面積占整個(gè)區(qū)域的30.94%。從地貌來(lái)看，以低山區(qū)的困難立地類型最多；從行政區(qū)域來(lái)看，以東南部的簡(jiǎn)陽(yáng)市最多。困難立地類型多為坡度較大、坡中上部、土層很薄、土壤養(yǎng)分含量低的區(qū)域。對(duì)于此類區(qū)域，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇適應(yīng)性強(qiáng)、耐干旱、耐瘠薄的物種采取工程措施結(jié)合植樹(shù)造林、植草以及封禁等不同措施進(jìn)行植被恢復(fù)。4.2土壤養(yǎng)分的空間差異土壤養(yǎng)分是影響植物生長(zhǎng)的重要因子。其中，有機(jī)質(zhì)、N、P、K的含量是指示土壤中肥力(養(yǎng)分)的重要指標(biāo)。基于某種尺度，采樣范圍選取多大，如何確定采樣點(diǎn)，對(duì)土壤養(yǎng)分含量的準(zhǔn)確性和真實(shí)性影響較大。隨著“3S”技術(shù)地形和地貌對(duì)土壤與環(huán)境間物質(zhì)和能量交換影