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世紀末以來，國外科學家主要從事森林環(huán)境研究，其內(nèi)容主要包括造林區(qū)域的布局要素、分類和評價。龍泉山城市森林公園是成都市建設“公園城市”中必不可缺的一環(huán)，是推動成都市東進戰(zhàn)略有效實施，實現(xiàn)兩翼互動的重要突破點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)庫數(shù)據(jù)庫以及區(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)庫以及行政區(qū)劃圖。包括龍泉驛區(qū)、青白江區(qū)、金堂縣、簡陽市、雙流區(qū)的部分，共計75964個小班。2.2增設樣地，確定樣地在ArcGIS10.2中對研究區(qū)進行漁網(wǎng)創(chuàng)建，將龍泉山城市森林公園按2km×2km劃分成319個網(wǎng)格。以每個網(wǎng)格的中心點進行樣點設置，若中心點在水體或建設用地上，則相應地移動樣點，若在2km范圍均為水體或建設用地，則該樣點取消，共計設置樣點307個(圖1)。在確定的樣點附近設置樣地，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，則詳細記錄如下信息：喬木種名、平均胸徑、平均樹高，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分析土壤物理和化學性質(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；土壤化學性質(zhì)分析pH值、有機質(zhì)含量、堿解N、速效K、有效P等指標。土壤化學性質(zhì)由中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所綜合測試與模擬中心分析測試。有機質(zhì)采用燃燒法(儀器型號：varioMACROCUBE),堿解N采用堿解擴散法，速效K采用乙酸銨浸提-火焰分光光度法(儀器型號：FTP640),有效P采用鹽酸、氟化銨浸提-紫外分光光度法(儀器型號：UV-2600)。2.3選擇因素和處理2.3.1選擇因素根據(jù)參考文獻和專家咨詢意見，初步選定了林分因子(郁閉度(2.3.2分級評分根據(jù)森林資源二類調(diào)查資料及參考文獻，對16個因子進行分級打分(表1)。將307個樣點、16個因子的得分數(shù)據(jù)錄入Excel2010,然后在SPSS20.0里面進行主成分分析(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個因子的相關矩陣見表2?？梢钥闯?，16個因子的相關性均不大，相關系數(shù)>0.30的指標僅有3對，即平均胸徑與平均樹高、地貌與坡度、土壤類型與土層厚。主成分特征值見表3?？梢钥闯?，前7個主成份的累積貢獻率已達64%以上，已經(jīng)基本能代表16個變量的信息。成分得分系數(shù)矩陣見表4。第1主成分上得分比較高的因子有平均胸徑、平均樹高，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、土壤質(zhì)地，代表土壤基礎因子；第6主成分上得分比較高的因子是pH值，同樣代表土壤基礎因子；第7主成分上得分比較高的因子是有機質(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”,聚類樹狀圖見圖2?？梢钥闯觯?6個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)構聚成一小類，堿解N和有效P聚成一小類，有機質(zhì)單獨一小類。第二大類先由兩類聚成。即pH值單獨一類。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理論模型擬合運用GS+軟件計算土壤養(yǎng)分的全向半方差函數(shù)，結(jié)果見表5。可以看出，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,說明理論模型擬合具有一定合理性。從基臺值可以看出，各土壤養(yǎng)分值均具有一定的基臺值，說明受地形、土壤、植被和人類活動等因素所控制。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：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。共計劃分34個立地類型，其中，平原立地類型區(qū)分為4個立地類型，丘陵立地類型區(qū)分為16個立地類型，低山立地類型區(qū)分為14個立地類型(表6)。將307個樣點的土壤pH值、有機質(zhì)、堿解N、速效K、有效P這5個實驗室所測數(shù)據(jù)在ArcGIS10.2的SpatialAnalyst工具中的“插值分析”下采用“反距離權重法(IDW)”進行空間插值，獲取整個區(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地分布特征土層厚度是土壤的一個重要物理性質(zhì)，反映了土壤質(zhì)量的基本狀況，影響土壤結(jié)構和養(yǎng)分含量3.5龍泉山市森林公園困難場地植物恢復建議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。對該類地進行植被恢復時，需要先采取工程措施，用大型機械對表面的水泥地或建渣進行清除、培土。3.5.2坡下立地類型該類立地類型組包括3個不同坡位(坡上部、坡中部及坡下部)的立地類型。針對坡上部立地類型采取封禁措施，自然恢復植被；坡中部和坡下部采取適當培土進行植被恢復。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，自然恢復植被；坡中部采取適當培土進行植被恢復。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。針對此類立地類型組，采取封禁措施進行植被恢復?？蛇m當種植一些極耐干旱、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)格取樣為基礎的地理信息系統(tǒng)結(jié)合地統(tǒng)計學，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因子為地貌、土壤類型、坡位、土層厚。從聚類分析結(jié)果來看，整個區(qū)域的立地條件較差，困難立地類型的地塊面積占整個區(qū)域的30.94%。從地貌來看，以低山區(qū)的困難立地類型最多；從行政區(qū)域來看，以東南部的簡陽市最多。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。對于此類區(qū)域，應根據(jù)實際情況，選擇適應性強、耐干旱、耐瘠薄的物種采取工程措施結(jié)合植樹造林、植草以及封禁等不同措施進行植被恢復。4.2土壤養(yǎng)分的空間差異土壤養(yǎng)分是影響植物生長的重要因子。其中，有機質(zhì)、N、P、K的含量是指示土壤中肥力(養(yǎng)分)的重要指標。基于某種尺度，采樣范圍選取多大，如何確定采樣點，對土壤養(yǎng)分含量的準確性和真實性影響較大。隨著“3S”技術地形和地貌對土壤與環(huán)境間物質(zhì)和能量交換影