陜北小流域植被耗水過程及環(huán)境因素影響研究

陜北小流域植被耗水過程及環(huán)境因素影響研究陜北地區(qū)是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū),研究流域尺度植被耗水特征及環(huán)境因子影響,對(duì)合理規(guī)劃、利用水土資源及建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)有重要意義。本文通過監(jiān)測(cè)流域內(nèi)不同土地利用方式土壤水分,系統(tǒng)掌握了不同植被類型耗水規(guī)律,并分析了小流域土壤理化性質(zhì)的空間分布特征。本研究的主要結(jié)論如下:(1)不同土地利用方式土壤水分垂直變化上可分為土壤水分活躍層(0~40cm)、土壤水分利用層(40~160cm)和土壤水分調(diào)節(jié)層(160cm以下)。變異系數(shù)和平均含水量呈線性負(fù)相關(guān),極差和平均含水量呈線性正相關(guān)。不同土地利用儲(chǔ)水量季節(jié)變化規(guī)律基本一致,5、6月份土壤儲(chǔ)水量最少,8、9月份土壤儲(chǔ)水量最高。2009年生長(zhǎng)期降水量相對(duì)充足為421.5mm,裸地、農(nóng)地和灌木在雨季末土壤水分略有盈余。2010年生長(zhǎng)季降水量較少為364.7mm,導(dǎo)致所有土地利用方式土壤水分在雨季末均呈現(xiàn)出虧缺狀態(tài)。2009年耗水量依次為:林地>草地>灌木>農(nóng)地>裸地,2010年耗水量依次為:草地>灌木>林地>農(nóng)地>裸地。(2)通過累積概率、相對(duì)偏差和spearman相關(guān)系數(shù)分析可知,LA、LB和LC子區(qū)域內(nèi)點(diǎn)LA17、LB13和LC8與平均儲(chǔ)水量間的相關(guān)性好、差異性小,可以分別代表3個(gè)區(qū)域剖面平均土壤儲(chǔ)水量。LA和LB子區(qū)域3~4m土壤儲(chǔ)水量比其它土層穩(wěn)定,子區(qū)域LC土壤儲(chǔ)水量時(shí)間穩(wěn)定性特征與LA和LB存在明顯差異性。土壤儲(chǔ)水量與spearman秩相關(guān)系數(shù)存在密切關(guān)系,土壤儲(chǔ)水量變化較大時(shí),spearman秩相關(guān)系數(shù)較小,時(shí)間穩(wěn)定性差。而儲(chǔ)水量保持穩(wěn)定時(shí),spearman秩相關(guān)系數(shù)明顯較大。(3)不同處理3種植被株高和莖粗在生育期內(nèi)的變化呈現(xiàn)出“慢-快-慢”的趨勢(shì),保水劑處理植被生長(zhǎng)狀況最好,株高、莖粗比秸稈覆蓋和對(duì)照處理都要好。不同處理土壤蒸發(fā)量和植被蒸散耗水量日變化過程受降水量影響明顯。秸稈覆蓋明顯減少了土壤蒸發(fā)量和植被蒸散耗水量,但對(duì)植被生物量和土壤性質(zhì)的影響不明顯,保水劑處理可減少土壤和植被的耗水量,同時(shí)對(duì)植被生物量和土壤性質(zhì)的改善比較明顯。保水劑和對(duì)照處理日實(shí)際蒸散耗水量與氣象因素有明顯的相關(guān)性,而秸稈覆蓋條件下日蒸散耗水量與氣象因子之間的相關(guān)性較弱。(4)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)表明流域內(nèi)土壤顆粒分形維數(shù)、土壤pH、總孔隙度和容重屬于弱變異,粘粒、粉粒、砂粒、有機(jī)碳、全磷、全氮、銨態(tài)氮、有效鉀、有效磷、有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳和毛管孔隙度均屬于中等變異,硝態(tài)氮和飽和導(dǎo)水率為強(qiáng)變異。單因素方差分析的結(jié)果表明不同土地利用方式顯著影響土壤理化性質(zhì)在流域內(nèi)的分布狀況。小流域內(nèi)的分形維數(shù)值在1.37~2.66之間,分形維數(shù)與粘粒、粉粒和沙粒分別呈曲線相關(guān)。地統(tǒng)計(jì)學(xué)研究表明,流域內(nèi)不同土壤理化性質(zhì)含量及其它屬性的空間變異結(jié)構(gòu)存在較大差異,且土壤理化性質(zhì)的空間自相關(guān)距變化較大,空間自相關(guān)范圍差異顯著。土壤理化性質(zhì)插值圖可以獲取準(zhǔn)確的土壤性質(zhì)空間信息及分布規(guī)律,為該地區(qū)實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供幫助和依據(jù)。(5)主成分人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于4站點(diǎn)日ET0值的模擬能力非常好,特別在訓(xùn)練樣本階段主成分人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)榆林、太原和西安日ET0值模擬效果明顯好于傳統(tǒng)BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,且與Penman-Monteith公式計(jì)算值的相關(guān)性