兔儿坝荒漠区植物生长与水分变化分析成果

4.3.1　植被生长和水分年际变化特征分析

从表16可以看出，根据平均值μ、标准差σ统计分析，2006—2014年，兔儿坝荒漠区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、降水量年均值分别为2.04％、2.29％、2.72％、2.47％、136.13 g/m2、11.01％、271.63 cm、141.56 mm；波动范围分别为1.44％～2.64％、1.49％～3.08％、1.53％～3.92％、1.44％～3.50％、103.10～169.15 g/m2、8.30％～13.71％、236.01～307.25 cm、106.50～176.62 mm，区间波动的概率占68％。通过变异系数Cv统计分析，结合图8，2006—2014年，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。

表16　黑河中游兔儿坝荒漠区植物生长和水分年际变化特征

图8　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分年际变化特征

4.3.2　植被生长和水分年内变化特征分析

除降水量采用月累积算法外，其他各因子均采用月平均算法，分析结果如图9所示，在一年植物生长季的3—11月份，降水量、地下水埋深变化步调基本一致，从3月份开始逐渐增大，直到7、8月份增到最大值，然后又逐渐降低，到10月份后，地下水埋深升高，而降水量继续降低。土壤含水率变化步调基本一致，3月份各层土壤质量含水率平均值为2.4％，随后逐渐降低，到5—6月份降到最低，为1.65％～1.78％，然后逐渐升高，直到10份达到最大值，为3.57％，然后又逐渐降低到11月份的2.16％。从土壤含水率垂直变化来看，土壤质量含水率月均值从大到小依次为20～40 cm深土壤质量含水率、40～60 cm深土壤质量含水率、10～20 cm深土壤质量含水率、0～10 cm深土壤质量含水率。植物平均生物量和盖度在生长季变化不大。

如表17、图9所示，在植物生长季的3—11月份，变化幅度（变异系数）从大到小依次为降水量，地下水埋深，0～10 cm、40～60 cm、20～40 cm、10～20 cm深土壤质量含水率，平均生物量，平均盖度，说明降水量和地下水埋深变化最剧烈，植被平均生物量和平均盖度变化最小、最稳定。

表17　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分年内变化特征

图9　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分年内变化特征

4.3.3　植被生长和水分相关性分析

一般地，相关系数|r|＞0.95，存在显著性相关；0.95≤|r|≥0.8高度相关；0.5≤|r|＜0.8中度相关；0.3≤|r|＜0.5低度相关；|r|＜0.3关系极弱，认为不相关。从表18可以看出，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。植被平均生物量与其他因子认为不相关。这是因为荒漠干旱区植物利用水分的方式有两种：一是利用深根吸收地下水或深层土壤水，二是利用发达的浅层水平根系吸收各层土壤水［32］。此外，还有的植物具有二态性根系，能够更灵活地适应干旱区环境［33］。兔儿坝荒漠区植物主要为荒漠地区超旱生小灌木，根系较短，地下水埋深对其影响较小，因此，表现出植物生物量或盖度与地下水埋深关系极弱的现象。根据相关性分析，筛选植被平均盖度与土壤各层质量含水率、降水量5个因子进行回归模型分析。

表18　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分相关系数

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4.3.4　植被盖度与降水、土壤水回归模型分析

（1）植被盖度与降水、土壤水拟合分析

将植被平均盖度作为因变量，土壤各层质量含水率、降水量作为自变量，经拟合分析，其复相关系数R2为0.948，属于高度正相关；复测定系数R2为0.899，说明回归模型的拟合效果较好，也表明土壤各层质量含水率和降水量5项因子可以解释植被平均盖度变差的89.9％。调整后复测定系数R2为0.729，说明土壤各层质量含水率和降水量5项因子可以说明植被平均盖度的79.2％，还有10.8％需要由其他因素来解释，比如陆面的微地形变化等因子。标准误差为0.381，说明由土壤各层质量含水率和降水量5项因子计算出的植被平均盖度与实际监测值之间误差平均为0.381，此值越小，说明拟合程度越好。

（2）植被盖度与降水、土壤水方差分析

从表19可以看出，土壤各层质量含水率和降水量5项因子对其平均值的总偏差为SSr，即变差值为3.859，回归均方差MSr为0.772；植被平均盖度观测值对其预测值的总偏差SSe为0.436，剩余均方差MSe为0.145。F值是MSr和MSe的比值，由于我们期望MSe越小越理想，期望MSr越大越理想，所以，F值越大，说明对植被平均盖度预测结果越理想。求得F检验值为5.314，查得F0.1（5，3）的临界值Fa为5.309，F检验值大于临界值Fa，说明利用土壤各层质量含水率和降水量5项因子预测的植被平均盖度在a=0.1（P＜0.1）水平上极显著，且置信度为90％以上。

表19　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分方差分析

（3）植被盖度与降水、土壤水偏回归系数分析

偏回归系数分析主要是检验偏相关系数的显著程度，如20，常数、0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率、降水量对应的P值分别为0.003、0.105、0.208、0.381、0.325、0.096，分别小于0.005、0.25、0.25、0.5、0.5、0.1，因此，常数在P＜0.005，也就是a=0.005水平上，查得t0.005（8）的临界值为3.833，从表20可看出，其相对应的t检验值为8.861，检验值大于临界值，这说明常数在a=0.005水平上偏相关系数差异显著；同理，0～10 cm、10～20 cm深土壤质量含水率偏相关系数在P＜0.25，也就是a=0.25水平上，t检验值的绝对值2.304、1.599大于t0.25（8）=1.240的临界值，说明0～10 cm、10～20 cm深土壤质量含水率偏相关系数差异在a=0.25水平上显著；20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率偏回归系数在P＜0.5，也就是a=0.5水平上，t检验值的绝对值1.024、1.173大于t0.5（8）=0.706的临界值，这说明20～40 cm、40～60 cm深土壤质量含水率偏相关系数差异在a=0.5水平上显著；降水量偏回归系数在P＜0.1，也就是a=0.1水平上，t检验值的绝对值2.398大于t0.1（8）=1.860的临界值，这说明降水量差异偏相关系数差异在a=0.1水平上显著。

表20　黑河中游兔儿坝荒漠区植被生长和水分偏回归系数

综合上述R拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验，可得出植被平均盖度与土壤各层质量含水率和降水量5项因子的回归模型：

C=2.13Sw5-1.44Sw15-0.8Sw30+0.52Sw50+0.03P+10.48（R2=0.899，P＜0.1），式中C为植被平均盖度（％），Sw5、Sw15、Sw30、Sw50分别为0～10 cm（％）、10～20 cm（％）、20～40 cm（％）、40～60 cm（％）深土壤质量含水率，P（mm）为降水量。