成都市龙泉山城市森林公园土壤调查与分析

成都市龙泉山城市森林公园土壤调查与分析

自19世纪末以来，国外科学家主要从事森林环境研究，其内容主要包括造林区域的布局要素、分类和评价。龙泉山城市森林公园是成都市建设“公园城市”中必不可缺的一环，是推动成都市东进战略有效实施，实现两翼互动的重要突破点1335成都龙泉山城市森林公园位于龙泉山脉成都段(103°40′-104°40′E,29°40′-30°30′N),南北90km,东西10～12km,面积1275km2材料和方法2.1数据库数据库以及区划图收集了龙泉山城市森林公园森林资源二类调查数据库以及行政区划图。包括龙泉驿区、青白江区、金堂县、简阳市、双流区的部分，共计75964个小班。2.2增设样地，确定样地在ArcGIS10.2中对研究区进行渔网创建，将龙泉山城市森林公园按2km×2km划分成319个网格。以每个网格的中心点进行样点设置，若中心点在水体或建设用地上，则相应地移动样点，若在2km范围均为水体或建设用地，则该样点取消，共计设置样点307个(图1)。在确定的样点附近设置样地，样地大小为20m×20m。在样地内调查土地利用类型、植被情况、土壤状况。记录因子主要有地形因子(土壤类型、土层厚、土壤腐殖质层厚、经纬度、海拔、坡度、坡位、坡向)、植被因子(若为林地，则详细记录如下信息：乔木种名、平均胸径、平均树高，灌木种名、平均高、盖度，草本种名、盖度)。沿顺坡方向S形挖取土壤剖面，取土壤样品带回试验分析土壤物理和化学性质。其中土壤物理性质分析土壤容重、土壤毛管孔隙度、土壤总孔隙度、土壤毛管持水量、土壤总持水量等指标；土壤化学性质分析pH值、有机质含量、碱解N、速效K、有效P等指标。土壤化学性质由中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所综合测试与模拟中心分析测试。有机质采用燃烧法(仪器型号：varioMACROCUBE),碱解N采用碱解扩散法，速效K采用乙酸铵浸提-火焰分光光度法(仪器型号：FTP640),有效P采用盐酸、氟化铵浸提-紫外分光光度法(仪器型号：UV-2600)。2.3选择因素和处理2.3.1选择因素根据参考文献和专家咨询意见，初步选定了林分因子(郁闭度(2.3.2分级评分根据森林资源二类调查资料及参考文献，对16个因子进行分级打分(表1)。将307个样点、16个因子的得分数据录入Excel2010,然后在SPSS20.0里面进行主成分分析(因子分析)和系统聚类(变量聚类)分析。3结果与分析3.1主成分分析与系数分组结果3.1.1成分得分分析16个因子的相关矩阵见表2。可以看出，16个因子的相关性均不大，相关系数>0.30的指标仅有3对，即平均胸径与平均树高、地貌与坡度、土壤类型与土层厚。主成分特征值见表3。可以看出，前7个主成份的累积贡献率已达64%以上，已经基本能代表16个变量的信息。成分得分系数矩阵见表4。第1主成分上得分比较高的因子有平均胸径、平均树高，代表林分因子；第2主成分上得分比较高的因子有碱解N、有效P,代表土壤肥力因子；第3主成分上得分比较高的因子有土壤类型、土层厚，代表土壤基础因子；第4主成分上得分比较高的因子有地貌、坡向、坡位，代表地形因子；第5主成分上得分比较高的因子有土壤结构、土壤质地，代表土壤基础因子；第6主成分上得分比较高的因子是pH值，同样代表土壤基础因子；第7主成分上得分比较高的因子是有机质、速效K,代表土壤肥力因子。3.1.2土壤聚类分析将307×16矩阵数据在SPSS里面用系统聚类法(HierarchicalCluster),选用“变量(Varlables)聚类”,聚类树状图见图2。可以看出：16个因子最终聚成两大类。其中第一大类由两类聚集而成。分别是平均胸径和平均树高聚成一类，另一类由3小类聚成，分别是土壤质地和土壤结构聚成一小类，碱解N和有效P聚成一小类，有机质单独一小类。第二大类先由两类聚成。即pH值单独一类。另一类又由两类聚成。一类为地貌、坡度聚类，坡向、坡位聚类，然后再聚成一类，还有一类为土壤类型、土层厚聚类再与郁闭度聚类再与速效钾聚成一类。3.2理论模型拟合运用GS+软件计算土壤养分的全向半方差函数，结果见表5。可以看出，pH值、速效K的决定系数>0.6,碱解N、有效P的决定系数>0.5,说明理论模型拟合具有一定合理性。从基台值可以看出，各土壤养分值均具有一定的基台值，说明受地形、土壤、植被和人类活动等因素所控制。3.3立地类型划分结果综合以上分析，龙泉山城市森林公园的立地因子主要选用以下4个：地貌、土壤类型、坡位、土层厚。将成都市龙泉山城市森林公园划分为3个立地类型区，即平原立地类型区(Ⅰ)、丘陵立地类型区(Ⅱ)、低山立地类型区(Ⅲ)。平原立地类型区划分为3个立地类型组，丘陵立地类型区划分为3立地类型组，低山立地类型区划分为2立地类型组。共计划分34个立地类型，其中，平原立地类型区分为4个立地类型，丘陵立地类型区分为16个立地类型，低山立地类型区分为14个立地类型(表6)。将307个样点的土壤pH值、有机质、碱解N、速效K、有效P这5个实验室所测数据在ArcGIS10.2的SpatialAnalyst工具中的“插值分析”下采用“反距离权重法(IDW)”进行空间插值，获取整个区域的土壤酸碱度及土壤肥力分布图，再与龙泉山城市森林公园二类调查小班矢量数据进行叠加(其余因子值由区域的森林资源二类调查小班矢量数据获得),根据上述划分出的立地类型，制作成都市龙泉山城市森林公园立地类型分布图。3.4龙泉山市森林公园困难场地分布特征土层厚度是土壤的一个重要物理性质，反映了土壤质量的基本状况，影响土壤结构和养分含量3.5龙泉山市森林公园困难场地植物恢复建议3.5.1泥地或建渣该类立地类型主要为废弃的宅基地。硬化水泥地或建渣较多，土层极为瘠薄。对该类地进行植被恢复时，需要先采取工程措施，用大型机械对表面的水泥地或建渣进行清除、培土。3.5.2坡下立地类型该类立地类型组包括3个不同坡位(坡上部、坡中部及坡下部)的立地类型。针对坡上部立地类型采取封禁措施，自然恢复植被；坡中部和坡下部采取适当培土进行植被恢复。在物种选择上，乔、灌选取耐旱、耐瘠薄，耐碱性土壤的物种。3.5.3坡下植被恢复该类立地类型组包括坡上部和坡中部2种立地类型。坡上部立地类型采取封禁措施，自然恢复植被；坡中部采取适当培土进行植被恢复。物种选择耐旱、耐瘠薄，耐酸性土壤的物种。3.5.4不同立地类型组的植被恢复工程该类立地类型组包括不同酸碱度、不同坡位的立地类型。针对此类立地类型组，采取封禁措施进行植被恢复。可适当种植一些极耐干旱、瘠薄的草本植物，如菊芋等。4结论和讨论4.1龙泉山城市森林公园立地条件以网格取样为基础的地理信息系统结合地统计学，可使取样方法更为精确。土壤养分属性的变程范围仅有效P>2km,说明本研究选取2km×2km的采样网格是合理的。成都市龙泉山城市森林公园的立地条件主导因子为地貌、土壤类型、坡位、土层厚。从聚类分析结果来看，整个区域的立地条件较差，困难立地类型的地块面积占整个区域的30.94%。从地貌来看，以低山区的困难立地类型最多；从行政区域来看，以东南部的简阳市最多。困难立地类型多为坡度较大、坡中上部、土层很薄、土壤养分含量低的区域。对于此类区域，应根据实际情况，选择适应性强、耐干旱、耐瘠薄的物种采取工程措施结合植树造林、植草以及封禁等不同措施进行植被恢复。4.2土壤养分的空间差异土壤养分是影响植物生长的重要因子。其中，有机质、N、P、K的含量是指示土壤中肥力(养分)的重要指标。基于某种尺度，采样范围选取多大，如何确定采样点，对土壤养分含量的准确性和真实性影响较大。随着“3S”技术地形和地貌对土壤与环境间物质和能量交换影