黑河中游荒漠区典型植被变化与环境水分关系的研究成果

土地荒漠化是当前十大环境问题之一，对人类的生存和发展构成了严重威胁。水分是植物生长的限制因子，如何让水分满足植物的生长，是荒漠化防治工作考虑的一个基本问题。根据流域水循环理论和生态水文学原理，在黑河上游山地水源涵养林区（西水站）、中游荒漠区南部龙渠站、荒漠区北部红沙窝站建立固定样地24个及安装相关仪器设施进行长期定位监测，取得数据30多万组；然后采用特征参数算法、相关和多元回归分析等方法，对气温、降水、土壤水、地下水、植物盖度和生物量变化特征和相互关系等进行分析，最后建立了植物与水分变化的关系模型。研究成果可为西北荒漠化防治中各部门和各行业水资源比例分配以及荒漠化防治评估提供参考数据和科技支撑。具体研究成果如下：

1.上游与中游降水、气温变化对比研究

（1）从中游北边缘到南边缘再到上游，随着海拔的逐渐增大，年均降水量逐渐增大，年均气温逐渐减小，但年际变化幅度相反，降水量的变化幅度逐渐减少，气温的变化幅度逐渐增加。从中游北边缘到南边缘再到上游年均降水量和年均气温波动范围分别为176.4～109.68 mm、217.0～140.08 mm、468.5～314.25 mm和9.07～7.93℃、8.50～7.31℃、2.95～1.25℃。祁连山北坡每年降水比南边缘多119.20％、气温低75.29％，比北边缘降水多173.64％、气温低68.35％；中游南边缘降水比北边缘多24.83％、气温低6.94％。

（2）从中游北边缘到南边缘再到上游，随着海拔的逐渐增大，月降水量都逐渐增大，气温都逐渐减小；祁连山北坡月均降水量变化幅度最小，月均气温变化幅度最大；走廊南、北边缘的月均降水量和气温变化幅度基本接近，变化幅度都较小。

（3）降水和气温属于高度相关或者显著性相关；祁连山北坡、中游南边缘、北边缘降水和气温的回归模型都通过了R2拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验。通过模型评估和分析，降水量和气温回归模型的拟合效果都较好，可预测祁连山北坡、中游南边缘、北边缘降水量和气温在97.6％以上，且准确率可达97.1％以上。

2.流域中游水资源转化模型研究

（1）降水量、空气湿度、水面蒸发量、5 cm土壤体积含水率、地下水埋深近6年均值分别为135.92 mm、46.02％、1108.10 mm、3.46％、265.31 cm；降水量、水面蒸发量、地下水埋深呈波动性增加趋势，5 cm土壤体积含水率和空气湿度呈波动性略有减少趋势。

（2）降水量、5 cm土壤体积含水率和地下水埋深年内变化步调基本一致，而水面蒸发量和空气湿度年内变化不一致。

（3）降水量、5 cm土壤体积含水率、地下水埋深相互关系属高度相关；5 cm土壤体积含水率与地下水埋深属于高度正相关。

（4）降水量、土壤水、地下水模型拟合属高度相关，拟合模型可分别预测降水量、土壤水、地下水变差的86.2％、88.7％、80.7％，预测准确率可分别达83.1％、86.2％、76.4％，预测误差平均分别为5.69 mm、0.56％、81.58 cm，预测水平在a=0.001（P＜0.001）上极显著，模型偏回归系数显著水平a分别为0.5、0.25、0.9，模型通过了R2拟合检验、F方差检验和t偏回归检验。

3.兔儿坝荒漠区植物生长与水分变化关系研究

（1）0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率、植被平均生物量、平均盖度、地下水埋深、降水量年均分别为2.04％、2.29％、2.72％、2.47％、136.13 g/m2、11.01％、271.63 cm、141.56 mm；年际变化幅度从大到小依次为20～40 cm、40～60 cm、10～20 cm、0～10 cm深土壤质量含水率、植被平均盖度、降水量、植被平均生物量、地下水埋深，其中0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率、植被平均盖度呈波动性增加趋势，植被平均生物量、地下水埋深、降水量呈波动性略有减少趋势。

（2）在一年的植物生长季的3—11月份期间，降水量、地下水埋深变化步调基本一致，各层土壤含水率变化步调基本一致。

（3）植被平均盖度与土壤各层质量含水率中度正相关，与降水量低度相关，与其他因子关系极弱。

（4）植被平均盖度模型预测准确率可达79.2％，误差平均为0.381，解释变差可达89.9％。

4.龙首滩荒漠区植物生长与水分变化关系研究

（1）2006—2014年际变化上，生长季节的3—11月份植物平均生物量、植物平均盖度、地下水埋深呈波动性增加趋势，0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm深土壤质量含水率、降水量呈波动性略有减少趋势。

（2）在一年的植物生长季的3—11月份期间，土壤各层含水率变化步调基本一致，植物平均生物量和盖度变化步调基本一致，降水量、地下水埋深变化步调基本一致，降水量和平均生物量变化最剧烈，60～80 cm土壤深质量含水率变化最小、最稳定。(www.xing528.com)

（3）植物平均生物量和植物平均盖度回归模型都通过了R2拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验。通过模型分析，由0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土壤质量含水率、平均盖度可解释植物平均生物量变差的97.7％，由0～20 cm土壤质量含水率、平均生物量、降水量可解释植物平均盖度变差的82.8％。

5.西墩滩荒漠区植物生长与水分变化关系研究

（1）2006—2014年，土壤质量含水率、生物量、盖度变化接近且最大，降水量次之，地下水埋深最小；生物量、盖度呈波动性增大趋势较明显，降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势，但不明显。

（2）在植物生长季的3—11月份期间，土壤各层含水率变化步调基本一致，植物平均生物量和盖度变化步调基本一致，降水量和地下水埋深变化步调基本一致。变化幅度从大到小依次为降水量＞生物量＞地下水埋深＞平均盖度＞土壤质量含水率。

（3）建立了盖度与0～20 cm土壤质量含水率、生物量与0～20 cm土壤质量含水率回归方程，且均通过了R2拟合检验、F方差检验、t回归系数检验，通过模型可预测盖度、生物量的变差分别为99.0％和91.4％，预测盖度和生物量变化的准确率分别可达86.5％、78.9％。

6.高崖盐碱地植物生长与水分变化关系研究

（1）2006—2014年，盖度、生物量、地下水埋深呈波动性增加趋势，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率、降水量呈波动性略有减少趋势。

（2）在一年植物生长季的3—11月份，降水量和地下水埋深、土壤各层含水率、生物量和盖度等变化步调基本一致。

（3）建立了盖度与生物量、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率、降水量、地下水埋深的回归模型以及生物量与盖度、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率、降水量、地下水埋深的回归模型，且均通过了R2拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验。建立的模型可以解释植物盖度、生物量的变差分别为95.3％、98.6％。

7.中游荒漠区植物生长与水分变化关系

将兔儿坝、龙首滩、西墩滩试验区的监测数据汇总分析，可得出：

（1）2006—2014年际变化上，土壤水变化最剧烈，降水、生物量、盖度变化剧烈程度极接近，且也较大，地下水位变化最缓和。盖度呈波动性增大趋势较明显，生物量略有增加趋势，降水、土壤水、地下水位变化呈波动性略有降低趋势，但不明显。

（2）在植物生长季的3—11月份期间，土壤各层含水率变化步调基本一致，生物量和盖度变化步调基本一致，降水量、地下水埋深变化步调基本一致，年内变化幅度从大到小依次为降水量＞地下水埋深＞生物量＞平均盖度＞土壤质量含水率。

（3）盖度、生物量模型均通过了R2拟合检验、F方差检验、t回归系数检验，通过模型可预测变差的58.0％、98.7％，准确率可达52.0％、86.2％。

8.流域中游荒漠区生态环境评价结果

甘肃张掖北部荒漠区生态环境已受到严重破坏，虽然经过多年治理，生态环境有所改善，但大部分地区仍有继续恶化的趋势，干旱少雨是甘肃张掖北部荒漠区生态环境恶化的主导因素。