一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法

1.本发明涉及生态恢复技术领域，具体涉及一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法。


背景技术：

2.中国南北方喀斯特石漠化地区植被覆盖度低，土层薄，成土速度慢，水土流失严重，植被一旦被破坏很难恢复。水源涵养工程是石漠化治理的重要组成部分，在抑制石漠化发生、控制水土流失、维护植物多样性方面有着举足轻重的作用。在近几年的石漠化治理过程中，植被覆盖度有所增加，但是其功能价值很难实现。单一物种的生态位需求不能得到满足，展现的功能势单力薄不能解决实际问题。
3.目前水源涵养功能计算方法过于片面，其计算方法存在差异。部分学者采用冠层截留降水量，此方法适合于大流域水源涵养空间分布格局的研究，不适于小流域部分物种的监测。同时最大降雨量的监测非一朝一夕就能得出数据，若采用所公布的数据，就存在一定的滞后性。部分学者忽略其他层次结构对水源涵养功能的影响，对水源涵养功能只考虑土壤有效持水量，或只考虑凋落物层的最大持水量，每一层次考虑的影响因素较为单一，不能根据物种的特性选出主要驱动因子。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法，该方法最大限度地发挥水源涵养功能，促进喀斯特地区的水土保持，防止石漠化加剧。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法，包括以下步骤：
7.确定影响生态系统持水的水文层次；
8.确定每个层次与水源涵养相关联的影响指标；
9.分析主成分确定每个层次的主控因子，计算每个物种在每个层次中的综合得分；
10.将每个层次中的每个物种的综合得分进行聚类分析，划分植物的水源涵养功能群的等级高低，构建喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群。
11.优选地，所述水文层次包括林冠层、凋落物层和土壤层。
12.优选地，所述林冠层的吸水截留指标为叶鲜质量、叶片厚度、叶面积、叶长宽比、叶片最大持水量、叶干物质、叶干物质含量、比叶面积、叶片最大持水率、相对水分亏损率、叶片水分截留率。
13.优选地，所述凋落物层的水持存指标为自然含水量、自然含水率、最大持水量、时间点的持水量、时间点的吸水速率、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量。
14.优选地，所述土壤层的蓄水能力指标为土壤容重、土壤毛管持水量、土壤自然含水量、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管持水量、土壤最大持水量、土壤有效持水
量、土壤饱和持水量、土壤总蓄水量。
15.优选地，分析主成分的软件为spss统计软件。
16.优选地，利用spss软件进行主成分分析时，提取的主成分初始特征的方差百分比累计贡献率在85.00％以上，利用spss软件计算列出每个层次与水源涵养相关联的影响指标的成分矩阵，通过成分载荷除以各自根号下的特征值得到主成分系数，确定每个层次的主控因子。
17.优选地，通过主成分系数乘以标准化后的自变量，分别计算主成分得分，以主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，计算综合得分。
18.优选地，功能群建立后，治理石漠化时，排除低截留-低持存-低蓄积的功能群植物，根据石漠化等级、地形、坡位、水土流状况为依据进行空间布局，为不同类型区域配制合适的植物功能群或植物功能群搭配组合，达到水源涵养功能的目的。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明提供了一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法，本发明摆脱以往片面研究某一个层次或者某一种影响因素，而是从多个层次进行综合分析，利用地理环境特征与植物适应功能关系，将有可能影响水源涵养的所有指标进行定量分析，所需数据测定方法简单，容易操作，所选指标科学合理，综合性较强，用最全面最科学的方法来揭示植物的水源涵养功能。本发明的方法可操作性合理，功能性强、可以有效地提高土地利用效率，加强了植物造林防护水土流失的科学性。本发明的方法最大限度地发挥水源涵养功能，更加稳定地促进喀斯特地区的水土保持，防止石漠化加剧
附图说明
21.图1为水源涵养植物系统聚类分析图。
具体实施方式
22.本发明提供了一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法，包括以下步骤：
23.确定影响生态系统持水的水文层次；
24.确定每个层次与水源涵养相关联的影响指标；
25.分析主成分确定每个层次的主控因子，计算每个物种在每个层次中的综合得分；
26.将每个层次中的每个物种的综合得分进行聚类分析，划分植物的水源涵养功能群的等级高低，构建喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群。
27.在本发明中，确定影响生态系统持水的水文层次。本发明的水文层次优选包括林冠层、凋落物层和土壤层。
28.在本发明中，确定每个层次与水源涵养相关联的影响指标。所述林冠层的吸水截留指标优选为叶鲜质量、叶片厚度、叶面积、叶长宽比、叶片最大持水量、叶干物质、叶干物质含量、比叶面积、叶片最大持水率、相对水分亏损率、叶片水分截留率。所述凋落物层的水持存指标优选为自然含水量、自然含水率、最大持水量、时间点的持水量、时间点的吸水速率、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量。所述土壤层的蓄水能力指标优选为土壤容重、土壤毛管持水量、土壤自然含水量、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管持水量、土壤
最大持水量、土壤有效持水量、土壤饱和持水量、土壤总蓄水量。
29.在本发明中，分析主成分确定每个层次的主控因子，计算每个物种在每个层次中的综合得分。分析主成分的软件优选为spss统计软件。在浓缩提取因子的前提下，提取的主成分累计贡献率越高，说明所解释分析的结果越具有说服力。在本发明中，在进行主成分分析前先用spss统计软件进行数据检验，所述数据检验的方式优选为kmo检验，当测定的数值p＜0.05则适合做主成分分析，如果所测定的数据适合做主成分分析可采用此方法，如果所测定数据不符合主成分分析要求，则不能采取此建造方法。在本发明中，作为一优选的实施方式，利用spss软件进行主成分分析时，提取的主成分初始特征的方差百分比累计贡献率在85.00％以上，利用spss软件计算列出每个层次与水源涵养相关联的影响指标的成分矩阵，通过成分载荷除以各自根号下的特征值得到主成分系数，确定每个层次的主控因子。在本发明中，作为一优选的实施方式，过主成分系数乘以标准化后的自变量，分别计算主成分得分，主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，计算综合得分。
30.功能群可简化对具有众多物种生态系统的研究，将相同功能物种聚集在一起来提升整体功能特性，群落中功能相似的物种越多，环境变化时有一些种可以存活的概率也越大，所以功能群在维持生态系统稳定性、调节地上地下水分循环发挥着不可替代的作用。本发明以植物叶片的持水指标的综合得分代表林冠层的截留能力，以凋落物的持水指标的综合得分代表凋落层的持存能力，以土壤的持水指标的综合得分代表土壤的蓄积能力。在本发明中，将每个层次中的每个物种的综合得分进行聚类分析，划分植物的水源涵养功能群的等级高低，构建喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群。本发明通过植物功能群的构建，有利于水土保持治理措施对位配置，标志着治理措施的配置已从主观布设治理措施到按自然规律、环境适应性及功能需求进行合理配置。本发明中的建造方法还能对小流域内选取的优势物种的综合得分进行系统聚类分析。基于综合得分的相似程度，对物种进行聚类分组建立功能群，每个功能群物种以截留-持存-蓄积进行命名。本发明的植物功能群构建后，在石漠化治理过程中，根据石漠化等级、地形、坡位、水土流状况为依据进行空间布局，为不同类型区域配制合适的植物功能群或植物功能群搭配组合，如石漠化等级较高，坡度较陡地区保留和种植较高截留-高持存-高积蓄功能群内优势物种；再如，水土流失较严重的地区，保留和种植较高截留-高持存-高积蓄功能群内优势物种，同时可搭配保留或种植中截留-低持存-高蓄积功能群物种。在本发明中，作为一优选的实施方式，功能群建立后，治理石漠化时，排除低截留-低持存-低蓄积的功能群植物，根据石漠化等级、地形、坡位、水土流状况为依据进行空间布局，为不同类型区域配制合适的植物功能群或植物功能群搭配组合，达到水源涵养功能的目的。
31.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.实施例1
33.本实施例在贵州省清镇石漠化治理示范区挑选了7个植物优势物种(即翅荚香槐、桉树、川钓樟、山胡椒、烟管荚蒾、西南栒子、川榛)测定数据进行植物功能群建造。
34.一种喀斯特石漠化地区植物水源涵养功能群的建造方法，步骤如下：
35.1)林冠层吸水截留
36.林冠层截留指雨水降落在植被上，受到植被树冠上层第一次截留的过程。通过筛选统计得出影响林冠层截留的指标11个，影响冠层截留能力指标有叶鲜质量、叶片厚度、叶面积、叶长宽比、叶片最大持水量、叶干物质、叶干物质含量、比叶面积、叶片最大持水率、相对水分亏损率、叶片水分截留率。摘取所测优势物种上、中、下、东、西、南、北成熟健康叶片20片，每个物种9个重复，并对叶片进行编号。使用精度为0.001g的电子天平测定叶鲜质量；避开叶片主脉，沿着主叶脉0.25cm处均匀选3个点，使用数显千分尺进行测量，3个数据的平均值为叶片厚度。用叶面积仪测叶面积，叶片基部到叶尖的间距为叶长、与叶脉垂直的最大距离为叶宽，计算出长宽比；叶片浸入清洁自来水中待重力水滴净后称重里面所含水重两为叶片最大持水量。把测定完的叶片装入信封，放入60℃烘箱中烘干至恒质量为叶干物质。叶干物质含量、比叶面积、叶片最大持水率、叶片相对水分亏损率、叶片水分截留率按照下列公式进行计算。
37.ldmc＝ldm/lfm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
38.式中：ldmc为叶干物质含量(g/g)；ldm为叶干物质(g)；lfm为叶鲜质量(g)；
39.sla＝la/ldm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
40.式中：sla为比叶面积(g/g)；la为叶面积(cm2)；ldm为叶干物质(g)；
41.lwrr(％)＝(swcl-ldm)/ldm
×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
42.式中：lwrr为叶片最大持水率(％)；swcl叶片饱和含水量(g)；ldm为叶干物质(g)；
43.crr(％)＝(swcl-lfm)/ldm
×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
44.式中：crr为叶片水分截留率(％)；swcl叶片饱和含水量(g)；lfm为叶鲜质量(g)；ldm为叶干物质(g)；
45.rwd＝(swc-lfm)/(lwr-ldm)
×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
46.式中：rwd为相对水分亏缺(％)；swcl叶片饱和含水量(g)；lwr为叶片最大持水量(g)；lfm为叶鲜质量(g)；ldm为叶干物质(g)；
47.在利用spss软件进行提取信息时，该软件提取标准默认特征根值大于1，如果累计贡献率不能达到85.00％，则需降低标准，增加因子，使其初始特征的方差百分比累计贡献率在85.00％以上。应用此方法构建贵州省清镇石漠化治理示范区优势物种的冠层吸水截留因子。主要提取4个成分，累计贡献率达到88.724％，可解释88.724％，总体效果不错(表1)。
48.表1主成分特征值及其贡献率
[0049][0050]
利用spss软件计算列出冠层吸水截留的11个因子成分矩阵，通过成分载荷除以各
自根号下的特征值得到主成分系数。从表2中可以看出，第1主成分主要受叶片最大持水率、叶干物质含量；第2主成分主要受叶干物质、叶鲜质量影响；第3主成分主要受叶长宽比、比叶面积影响；第4主成分主要受叶面积、叶片水分截留率影响。
[0051]
表2成分矩阵和成分得分系数
[0052][0053]
成分(z)，是通过主成分系数乘以标准化后的自变量。将各指标的数据代入主成分表达式中，分别计算主成分得分(z1、z2、z3
…
)。综合得分：以主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，计算综合得分，对每种植物冠层的截留能力进行排序。表3数据显示桉树和川榛的冠层叶片吸水截留能力最强，西南荀子的截留能力较弱。
[0054]
表3叶片吸水截留能力综合得分及排序(下同)
[0055]
[0056][0057]
2)凋落物层水的持存
[0058]
凋落物层结构疏松，会阻碍雨水对地面的直接冲击，吸收部分水分，达到对水的持存效果，通过筛选统计得出影响凋落物层水的持存指标8个，分别为自然含水量、自然含水率、最大持水量、时间点的持水量、时间点的吸水速率、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量。首先，确定小流域内的优势物种，选取每个优势物种的检测样地，在每个监测地四周及中心设置5个100cm
×
100cm样方，调查样方内凋落物层总厚度，并按照未分解、半分解标准收集全部凋落物，分层放进档案袋，带回实验室进行称重，作为风干前的鲜重。其次，在80℃条件下烘干至恒重即干重，据此换算成该林地凋落物储量。最后将烘干后的凋落物分别装入100目20cm
×
30cm的尼龙网中。将网袋完全浸入清水中，分别浸入0.25、0.5、1、2、4、8、12、24h后取出，悬挂静止约5min至无水滴下来时立刻称重。将凋落物层的持存能力用自然含水量、自然含水率、最大持水量、时间点的持水量、时间点的吸水速率、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量来表示，计算公式如下：
[0059]
r0＝m
1-m2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0060]
式中：r0为自然含水量(g)；m1凋落物的鲜重(g)；m2为干重(g)；
[0061]r,0
＝(m
1-m2)/m2×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0062]
式中：r
,0
为自然含水率(g)；m1凋落物的鲜重(g)；m2为干重(g)；
[0063]rmax
＝m
3-m2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0064]
式中：r
max
为最大持水量(g)；m3为吸水48h后重量(g)；m2为干重(g)；
[0065]rt
＝m
t-mdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0066]
式中：r
t
为t时刻凋落物持水量(g)；m
t
为t时刻凋落物湿重(g)；md为凋落物干重(g)；
[0067]
v＝r
t
/t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0068]
式中：v为凋落物某时间段的吸水速率(g/h)；r
t
为t时刻凋落物持水量(g)；t为凋落物浸泡时间(h)；
[0069]r,max
＝(m
3-m2)/m2×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0070]
式中：r
,max
为最大持水率(％)；m3为吸水48h后重量(g)；m2为干重(g)；
[0071]
wm＝(r
,max-r
,0
)
×mꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0072]
式中：wm为最大拦蓄量(g/m2)；r
,max
为最大持水率(％)；r
,0
为自然含水率(％)；m为枯落物的蓄积量(g/m2)；
[0073]
w＝(0.85
×r,max-r
,0
)
×mꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0074]
式中：w为有效拦蓄量(g/m2)；r
,max
为最大持水率(％)；r
,0
为自然含水率(％)；m为枯落物的蓄积量(g/m2)；
[0075]
将凋落物层的持水能力用自然含水量、自然含水率、最大持水量、时间点的持水量、时间点的吸水速率、最大持水率、最大拦蓄量、有效拦蓄量8个因子进行主成分分析(分
析原则同步骤1))。贵州省清镇石漠化治理示范区优势物种凋落物层主要提取3个成分，累计贡献率达到93.803％，前三个因子可解释93.803％，总体效果不错(表4)。
[0076]
表4主成分特征值及其贡献率
[0077][0078]
利用spss软件计算列出凋落物层水的持存的8个因子成分矩阵，通过成分载荷除以各自根号下的特征值得到主成分系数，数据t时刻点的持水量和吸水速率采用的是12小时的数据。从表5中可以看出，第1主成分主要受12时刻点的持水量和吸水速率影响；第2主成分主要受自然含水量和自然含水率影响；第3主成分主要受最大持水率影响。
[0079]
表5成分矩阵和成分得分系数
[0080][0081][0082]
成分(z)，是通过主成分系数乘以标准化后的自变量。将各指标的数据代入主成分表达式中，分别计算主成分得分(z1、z2、z3
…
)。综合得分：以主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，计算综合得分，对每种植物凋落物层水的持存能力进行排序。表6数据显示桉树和川榛的冠层叶片吸水截留能力最强。
[0083]
表6凋落物层水的持存能力综合得分及排序
[0084][0085]
3)土壤的蓄水性能
[0086]
土壤的物理性质直接影响着林地土壤的蓄水性能，通过筛选统计得出影响土壤蓄水能力的指标10个，分别为土壤容重、土壤毛管持水量、土壤自然含水量、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管持水量、土壤最大持水量、土壤有效持水量、土壤饱和持水量、土壤总蓄水量。在每个实验样地内，选取样地优势种，每个优势种选其3棵植物，在距其树根部1.5m距离内用100cm3环刀采取原状土壤样本，采取表层土壤20cm(低于表层厚度的，以实际厚度为准)和土壤深度。采用浸泡法测定土壤容重、土壤毛管持水量、土壤自然含水量、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管持水量、土壤最大持水量、土壤有效持水量、土壤饱和持水量、土壤总蓄水量等蓄水性能计算公式如下。
[0087]
p＝(m-m0)/v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0088]
式中：p为土壤容重(g/cm3)；m为环刀干土重(g)；m0为环刀重(g)；v为环刀容积(cm3)；
[0089]cm
＝(m
12-m)/(m-m0)
×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0090]
式中：cm为土壤毛管持水量(％)；m
12
为置沙12h环刀土重(g)；m为环刀干土重(g)；m0为环刀重(g)；
[0091]
s＝(m
1-m2)/m2×
100％
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0092]
式中：s为土壤自然含水量(％)；m1为土壤鲜重(g)；m2为土壤干重(g)；
[0093]
pt＝93.947-32.995p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0094]
式中：p
t
为土壤总孔隙度(％)；p为容重(g/cm3)；
[0095]
pc＝cm×
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0096]
式中：pc为土壤毛管孔隙度(％)；cm为毛管持水量(％)；p为土壤容重(g/cm3)；
[0097]
po＝p
t-pcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0098]
式中：po为非土壤毛管孔隙度(％)；p
t
为总毛管孔隙度(％)；pc为毛管孔隙度(％)；
[0099]
wc＝10000
×
pc×hꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0100]
式中：wc为土壤最大持水量(t/hm2)；pc土壤总孔隙度(％)；h为土层厚度(m)；
[0101]
w’＝10000
×h×
poꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0102]
式中：w’为土壤有效持水量(t/hm2)；h为土层厚度(m)；po为土壤非毛管孔隙度(％)；
[0103]wt
＝w’ wcꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0104]
式中：w
t
为土壤饱和持水量(t/hm2)；w’为土壤有效持水量(t/hm2)；wc毛管持水量
(t/hm2)；
[0105]wt
＝p
t
×
1000
×hꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0106]
式中：w
t
为土壤总蓄水量(t/hm2)；p
t
为总孔隙度(％)；h为土壤厚度(m)。
[0107]
将影响土壤蓄水性能的土壤容重、土壤毛管持水量、土壤自然含水量、土壤总孔隙度、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管持水量、土壤最大持水量、土壤有效持水量、土壤饱和持水量、土壤总蓄水量10个指标进行主成分分析(分析原则同上)。贵州省清镇石漠化治理示范区优势物种土壤层主要提取2个成分，累计贡献率达到89.842％，前两个因子可解释89.842％，总体效果不错(表7)。
[0108]
表7主成分特征值及其贡献率
[0109][0110]
利用spss计算列出土壤10个持水因子成分矩阵，通过成分载荷除以各自根号下的特征值得到主成分系数。第一主成分主要受土壤容重、土壤总孔隙度、土壤最大持水量、土壤总蓄水量影响。第二主成分主要受土壤毛管孔隙度影响(表8)。
[0111]
表8成分矩阵和成分得分系数
[0112][0113]
成分(z)，是通过主成分系数乘以标准化后的自变量。将各指标的数据代入主成分表达式中，分别计算主成分得分(z1、z2、z3
…
)。综合得分：以主成分的贡献率对主成分得分
进行加权平均，计算综合得分，对每种植物根部土壤蓄水能力进行排序，表9表明翅荚香槐和山胡椒土壤层的蓄水能力较强。
[0114]
表9土壤层蓄水能力综合得分及排序
[0115][0116]
4)水源涵养功能群的构建
[0117]
以植物叶片的持水指标的综合得分代表冠层的截留能力；以凋落物的持水指标的综合得分代表凋落物的持存能力；以土壤的持水指标的综合得分代表土壤的蓄积能力。对小流域内选取的优势物种的综合得分进行系统聚类分析。基于综合得分的相似程度，对物种进行聚类分组建立功能群，每个功能群物种以截留-持存-蓄积进行命名。物种多样性越丰富人工林越稳定，群落生产力也越高，也越能促进生态系统功能的发挥，通过功能群的建立在石漠化治理过程中，根据石漠化等级、地形、坡位、水土流状况为依据进行空间布局。选取出高截留-高持存-高积蓄的植物划分为水源涵养功能群优选植物，如石漠化等级较高，坡度较陡地区保留和种植较高截留-高持存-高积蓄功能群内优势物种。尽量将低截留-低拦蓄-低持水的植物排除在水土保持工程的选取范围或挖掘出其他功能特性进行搭配。所筛选的物种还可以进行垂直空间上林灌草配置，使其单位面积内功能达到最大化。
[0118]
贵州省清镇石漠化治理示范区通过对7个物种聚类分析得出：第一功能群具有高截留-高持存-中蓄积特点，物种桉树整体的水源涵养能力较高。第二功能群具有中截留-低持存-高蓄积特点，物种翅荚香槐与山胡椒表现出相似特性，整体水源涵养能力适中。第三功能群具有低截留-中持存-低蓄积特点，物种川钓樟、烟管荚蒾、西南荀子表现出相似特性，整体水源涵养能力较低(图1)。在该示范区水土流失较严重的地区建议保留和种植桉树、翅荚香槐、山胡椒作为建群物种组建功能群，可达到水源涵养功能。
[0119]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。