赤水河上游森林植被退化、生物多样性减降低、水土流失加剧与补水量减少等生态环境问题已经对国酒茅台的酿造环境和下游河流生态系统造成影响。前人对水源涵养林的研究多集中于群落尺度,本研究以赤水河上游32个水源涵养林树种和10个森林类型为研究对象,以植物功能群为尺度转换工具,在水源涵养林类型特征、树种适应功能和水源涵养功能研究的基础上,对水源涵养功能林分结构进行诊断,并提出水源涵养林结构配置与调整对策。取得如下成果:1、植物群落特征根据赤水河上游植被和立地类型的差异,将选取的74个群落样地按TWINSPAN分类方法划分为杉木林、丝栗栲林、马尾松林、柏木林和白栎林等17个群系,再按照顺序替代过程划分为灌草、灌丛、灌木、乔林和次顶极5个演替阶段。从17个群系中,选择分布面积较广的柏木林、杉木林、丝栗栲林、马尾松林、撑绿竹林、白栎林、马尾松+柏木林、杉木+马尾松林、马尾松-白栎林和火棘+金佛山荚蒾林共计10个类型开展水源涵养林类型特征研究。随着顺向演替进展,群落高度逐渐增加、结构愈加复杂。不同演替阶段的植物多样性特征为:垂直结构上,灌木层多样性最高、物种组成丰富,但植物多样性指数整体不高,乔林群落阶的物种组成最丰富,可作为森林群落结构调整的参考依据。2、水源涵养林树种适应性与功能群(1)32个水源涵养林树种的叶片含水量为54.44%~80.46%,束缚水/自由水为0.02~10.07,蒸腾速率为0.05~1.30 g.cm-2.h-1,水势为-2.43~-14.74 MPa,相对水分亏缺为34.74%~69.03%,比叶面积为230.15~585.39 cm2.g-1,干物质量为8.39~31.83。其中:叶片组织含水量与比叶面积、干物质量均呈极显著幂函数关系,干物质量与比叶面积、相对水分亏缺均呈二次函数关系。(2)林分内形成的林窗以中小型为主,光照强度为林窗>林缘>林内,边缘木平均高度越低则林窗内光度值越高。光合特性主要受到最大净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的影响。根据光合生理指标可将32个水源涵养林树种划分为高光合低蒸腾高水分利用效率、低光合低蒸腾高水分利用效率、低光合高蒸腾低水分利用效率、低光合低蒸腾低水分利用效率和高光合高蒸腾低水分利用效率5种类型。植物群落优势种的幼苗在林窗内出现的频率较高,综合来看80~160 m2的林窗较有利于森林更新,<80 m2的林窗最不利于森林更新。(3)叶片δ13C值变幅为-26.97‰~-31.72‰,均值为(-29.44±1.19)‰,低于我国总体水平。乔木与灌木,常绿树种与落叶树种、常态地貌与喀斯特地貌,石灰土、黄壤、石质土和紫色土的植物叶片δ13C值差异均不显著。植物叶片δ13C值与最大持水率、最大持水速率呈显著的指数函数关系,但与自然含水率无显著的相关关系(P<0.05)。(4)32个水源涵养林树种的适应能力大小为:油桐、撑绿竹、构树、李、柑橘、白栎、柏木、枇杷、金佛山荚蒾、枫香、马尾松、盐肤木、杨梅、黄连木、茶、梧桐、火棘、黄荆、乌桕、慈竹、毛桐、杉木、丝栗栲、南天竹、山胡椒、马桑、杨树、油茶、南酸枣、楝树、香椿、檵木。3、水源涵养功能树种持水特性与功能群(1)32个水源涵养林树种0~60 cm根区土壤层的最大持水量为212.00~357.94 mm,有效贮水量为11.07~85.15 mm;其持水速率大于失水速率,均表现为初期下降快、后期下降慢的特征,二者与时间的关系均符合幂函数模型。(2)32个水源涵养林树种枯落物的现存量为0.15~4.50 t.hm-2,自然含水率为10.23%~137.66%,饱和持水深为0.04~1.70 mm,有效拦蓄深为0.02~1.27 mm,最大失水深为0.01~0.43 mm。树种枯落物持水速率和失水速率均表现为前期大于后期、初期下降更快、后期趋于平缓的特征。(3)32个树种的叶片最大持水倍数为0.33~1.59,表面被毛的叶片持水能力相对更强;持水速率和失水速率均与时间呈现出显著的幂函数关系,且随着时间的推移持水速率和失水速率均逐渐降低。(4)32个树种的胸径/地径、树高和冠长等测树因子与树冠层持水量呈现出较好的幂函数关系,可用于估算和预测树冠吸持水分功能。从树冠层来看,毛桐、白栎、柏木等具有较高的持水率,而马尾松、油桐、楝树和香椿等的持水率较低。(5)32个树种水源涵养能力的大小排序为杉木、南天竹、毛桐、梧桐、杨树、慈竹、黄荆、杨梅、撑绿竹、香椿、檵木、枫香、茶、丝栗栲、马尾松、枇杷、油茶、白栎、山胡椒、金佛山荚蒾、楝树、盐肤木、柑桔、柏木、南酸枣、火棘、黄连木、构树、乌桕、李、马桑、油桐,包括低截留-低拦蓄-低根区孔隙-低水源涵养Ⅰ、中截留-低拦蓄-低根区孔隙-低水源涵养Ⅱ、中截留-低拦蓄-低根区孔隙-中水源涵养Ⅲ、高截留-低拦蓄-高根区孔隙-中高水源涵养Ⅳ、高截留-中拦蓄-高根区孔隙-高水源涵养Ⅴ、中截留-中拦蓄-中根区孔隙-中水源涵养Ⅵ、中截留-高拦蓄-中根区孔隙-中高水源涵养Ⅶ7组水源涵养功能群。4、不同森林类型水源涵养功能结构、能力及调整对策研究区10个主要森林类型可以包括4种结构类型,分别是低持水竹灌林(火棘+荚蒾林、撑绿竹林)、中持水针叶林(杉木林、马尾松-白栎林)、中高持水针叶林(柏木林、马尾松+柏木林、杉木+马尾松林)、高持水针阔林(丝栗栲林、马尾松林、白栎林)。不同植被水源涵养结构类型调整方向应以高一级演替的结构功能为目标。低持水竹灌林以水源涵养功能群Ⅱ、Ⅶ的物种为主,应增加水源涵养功能群Ⅲ、Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ的物种,朝高持水针阔林或针叶林发展;针叶林功能群结构类型主要以水源涵养功能群Ⅲ、Ⅵ的物种组成,应增加水源涵养功能群Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ的物种,朝高持水针阔林发展;高持水针阔林类型以水源涵养功能群Ⅳ、Ⅵ的物种为主,应维持现有林分。研究区80~160 m2林窗的数量及面积比例、林窗内光度值、土壤养分水平和环境综合指数均较高,幼苗个体密度最高,更有利于幼苗更新。