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user: 5. 水土保持效果评价 5.1. 评价指标的选取 按照森林水土保持功能评价指标遵循因地制宜、综合性、主导因素、科学性、系统性和可操作性等筛选原则 [ 22 ]，同时参考前人的研究成果对评价指标进行频度统计分析，选取的指标主要有：1) 植被因子指标：考虑到地上林冠层对降雨截留削弱作用的复杂性，选择林下物种丰富度指数X 1 、郁闭度X 2 和林冠截留率X 3 为植被林冠层的评价指标；2) 凋落物因子指标：凋落物层具有蓄水、持水性能，同时对地表有良好的覆盖保护功能，选取林地地表凋落物层厚度X 4 、分解率X 5 和最大持水量X 6 为凋落物层的评价指标；3) 土壤因子指标：土壤层保持水土功能主要表现在林地土壤入渗、贮水以及土体自身抵抗水力侵蚀的性能，选取土壤容重X 7 、有机质X 8 、毛管持水量X 9 、水稳性团聚体X 10 、稳渗率X 11 和抗蚀指数X 12 为土壤层的评价指标。 5.2. 评价指标权重的确定 参考国内外相关文献以及现有的研究结果表明：林下丰富度指数X 1 的变化范围一般为10.00~90.00 [ 12 ]；郁闭度X 2 的变化范围一般为0.10~0.90 [ 2 ]；林冠截留率X 3 的变化范围一般为10.00%~35.00% [ 6 ]；凋落物层厚度X 4 、分解率X 5 、最大持水量X 6 的变化范围一般为0.50~5.00 cm、1.00~3.00、1.00~9.00 mm [ 21 ]；土壤容重X 7 、有机质X 8 、毛管持水量X 9 、水稳性团聚体X 10 、稳渗率X 11 、抗蚀指数X 12 的变化范围一般为0.50~2.50 g cm −3 、1.00%~5.00%、25.00%~75.00%、20.00%~80.00%、1.00~8.00 mm min −1 、30.00%~90.00% [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]。依据上述选取林地水土保持功能各指标实测值(或计算值)的变化范围，设定出各评价指标的上下限阈值，同时采用多个专家综合分析的意见，按照专家级分法并借助SPSS 24.0软件来确定各评价指标的权重。各评价指标上下限阈值及权重见表2。 Table 2 Upper and lower limit thresholds and weights of water and soil conservation function evaluation indexe 影响因子 评价指标 下限阈值 上限阈值 指标权重 植被因子 丰富度指数X 1 10.00 90.00 0.0685 郁闭度X 2 0.10 0.90 0.0535 林冠截留率X 3 (%) 10.00 35.00 0.1080 凋落物因子 凋落物层厚度X 4 (cm) 0.50 5.00 0.0735 分解率X 5 1.00 3.00 0.0610 最大持水量X 6 (mm) 1.00 9.00 0.0955 土壤因子 土壤容重X 7 (gcm −3 ) 0.50 2.50 0.0605 有机质X 8 (%) 1.00 5.00 0.0785 毛管持水量X 9 (%) 25.00 75.00 0.0860 水稳性团聚体X 10 (%) 20.00 80.00 0.0945 稳渗率X 11 (mm min −1 ) 1.00 8.00 0.0935 抗蚀指数X 12 (%) 30.00 90.00 0.1270 表2. 水土保持功能评价指标上下限阈值及权重 5.3. 评价指标评分值的计算 由于各评价指标类型复杂多变，且每项指标的单位(量纲)各不相同，如何判断各评价指标的优劣是比较模糊的，无法直接对这些指标数据进行相互比较。为此需要对各评价指标运用线型评分函数进行数据标准化处理，即用评价指标实测值与上下限阈值相比较得到指标评分值的无量纲化方法。对江苏北部低山丘陵区6种林分类型的水土保持功能各评价指标归一化处理如下：结合表2中各评价指标的上下限阈值，利用不同评价指标的线型评分函数公式(2)和公式(3)分别计算出各评价指标的评分值(表3)。 Table 3 Scoring values of soil and water conservation function evaluation indexes of 6 forest type 评价指标 赤松林 黑松林 侧柏林 栎类林 杂木林 刺槐林 丰富度指数X 1 0.3586 0.4114 0.3889 0.5009 0.7320 0.6496 郁闭度X 2 0.3890 0.3385 0.4040 0.2231 0.4662 0.1317 林冠截留率X 3 0.7405 0.6837 0.6137 0.8113 0.9213 0.7550 凋落物层厚度X 4 0.2942 0.3915 0.2455 0.5205 0.2769 0.4334 凋落物分解率X 5 0.5287 0.4960 0.0526 0.3735 0.1765 0.5500 凋落物最大持水量X 6 0.6850 0.9482 0.7820 0.8388 0.8678 0.7271 土壤容重X 7 0.4733 0.0825 0.2435 0.1454 0.4411 0.3515 土壤有机质X 8 0.6518 0.4356 0.3508 0.5177 0.4859 0.3323 土壤毛管持水量X 9 0.8340 0.8071 0.6941 0.5762 0.9400 0.7608 土壤水稳性团聚体X 10 0.6654 0.5833 0.9511 0.8900 0.5732 0.7749 土壤稳渗率X 11 0.7439 0.9264 0.6473 0.7127 0.8243 0.8018 土壤抗蚀指数X 12 0.9030 0.8466 0.7948 0.8016 0.6981 0.8942 表3. 6种林分类型水土保持功能评价指标的评分值 5.4. 评价结果与分析 土壤表层(0~20 cm)是土壤侵蚀以及水土保持的起始场所，对土壤表层的研究最为重要。从林分水土保持的机理出发，由植被的林冠层、凋落物层和土壤表层3个层面来评价其水土保持功能。6种林分类型水土保持功能评价指标的测定值或计算值见表4。根据各指标的权重以及利用线型评分函数并结合相关实测值计算出各评价指标的评分值(表3)，最后运用加权综合法得到6种林分类型水土保持功能的评价值，即江苏北部低山丘陵区6种林分类型水土保持功能评价结果见表5。依据林地水土保持功能评价值S的大小可以将待评林分类型水土保持效果定性划分为5个等级 [ 22 ]：强(0.8~1.0)、较强(0.6~0.8)、中等(0.4~0.6)、较弱(0.2~0.4)、弱(0.0~0.2)。 Table 4 Measured value or calculated value (average value) of soil and water conservation function evaluation index of 6 forest type 评价指标 赤松林 黑松林 侧柏林 栎类林 杂木林 刺槐林 丰富度指数X 1 46.35 39.18 23.74 61.50 72.81 67.24 郁闭度X 2 0.70 0.65 0.55 0.80 0.60 0.50 林冠截留率X 3 (%) 17.51 19.77 16.62 24.83 28.05 25.69 凋落物层厚度X 4 (cm) 2.29 2.76 1.95 3.68 4.87 4.50 凋落物分解率X 5 2.11 2.40 1.92 2.57 2.95 2.78 最大持水量X 6 (mm) 4.55 4.90 3.36 6.41 7.03 6.65 土壤容重X 7 (gcm −3 ) 1.19 1.22 1.21 1.25 1.23 1.26 土壤有机质X 8 (%) 2.18 2.17 1.92 2.21 1.89 2.36 毛管持水量X 9 (%) 49.08 48.29 48.42 46.16 47.73 44.85 水稳性团聚体X 10 (%) 68.34 71.71 63.52 70.65 78.49 74.65 稳渗率X 11 (mm min −1 ) 1.78 2.23 1.48 3.09 4.12 3.54 土壤抗蚀指数X 12 (%) 54.05 63.40 51.50 71.80 80.65 77.15 表4. 6种林分类型水土保持功能评价指标的测定值或计算值(平均值) Table 5 Evaluation results of soil and water conservation function of 6 forest type 主要林分类型 赤松林 黑松林 侧柏林 栎类林 杂木林 刺槐林 功能评价值S 0.4285 0.5869 0.2670 0.6001 0.7327 0.6902 功能评价等级 中等 中等 较弱 较强 较强 较强 评价结果排序 5 4 6 3 1 2 表5. 6种林分类型水土保持功能评价结果 由表5可知，6种林分类型水土保持功能评价结果排序为：杂木林 > 刺槐林 > 栎类林 > 黑松林 >赤松林 > 侧柏林。在研究区6种林分类型水土保持功能评价排序中，落叶阔叶林(杂木林、刺槐林和栎类林)的水土保持功能整体上要优于针叶林(黑松林、赤松林和侧柏林)，3种落叶阔叶林表现出较强的水土保持功能，主要是因为落叶阔叶林具有多层次结构，林分组成及分布较为合理，其林下凋落物层厚度、分解强度(分解率)和持水量均为最优，林下凋落物层能够储蓄大量水分，且其枯枝落叶分解后产生的土壤有机质和养分元素可以改善土壤结构，增强其土壤持水能力和入渗性能，其土壤抗蚀能力显著提高。针叶林水土保持功能较低，这是由于其林下冠幅较窄，其凋落物层和土壤层的涵养水源以及防止土壤侵蚀能力相对较弱。