祁连山及山前绿洲荒漠区的生态水分变化与植物生长分析

4.5.1　植物生长和水分年际变化特征分析

根据平均值μ、标准差σ、变异系数Cv统计分析，2006—2014年生长季节的3—11月份，研究区0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土壤质量含水率，植物平均生物量，盖度，地下水埋深，降水量年均值，标准差，变异系数，波动范围上下限如表26所示，由于各层次土壤水分在垂直空间变化上不明显，所以可以将土壤各层质量含水率的平均值、标准差、变异系数及波动范围再次求得平均值，分别为3.03％、0.86％、0.28、2.17％～3.89％，从表26可知，土壤质量含水率和降水量变异系数最大，地下水埋深变异系数最小。从图12可以看出，盖度呈波动性略有增大趋势，生物量、降水、土壤水、地下水位（地下水埋深与水位相反）变化呈波动性略有降低趋势，但都不明显。

表26　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长和水分年际变化特征

图12　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长和水分年际变化特征

4.5.2　植物生长和水分年内变化特征分析

如图13所示，在植物生长季的3—11月份，降水量、地下水埋深变化步调基本一致，3月份累积降水量为4.14 mm，地下水埋深平均为83.56 cm，随后均逐渐增大，直到7月份累积降水量为36.10 mm，地下水埋深平均为578.11 cm，达到最大值，然后又逐渐降低，进入10月份后，地下水埋深平均为191.89 cm，11月份又升为300.20 cm，而降水量继续降低至11月份的0.70 mm。土壤各层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2.39％，随着时间波动性变化，变异系数在0.21～0.27之间波动，变化很小。从土壤含水率垂直变化来看，土壤质量含水率月均值从浅到深变化也较小。植物平均生物量和盖度变化步调基本一致，3月份平均盖度为8.51％，平均生物量为57.70 g/m2，随后均逐渐增大，直到9月份平均盖度为14.16％，平均生物量为83.63 g/m2，均达到最大值，然后逐渐减小，直到11月份平均盖度为9.87％，平均生物量为51.37g/m2。

如表27、图13所示，在植物生长季的3—11月份，年内变化幅度（变异系数）从大到小依次为降水量＞地下水埋深＞土壤质量含水率＞生物量＞盖度。

图13　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长和水分年内变化特征

表27　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长和水分年内变化特征

4.5.3　植物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。将2006—2014年的3—11月份相关因子共计81个样本进行相关性分析。从表28可以看出，盖度与生物量中度相关，与降水量低度相关，与地下水埋深不相关。生物量与降水量、盖度中度相关，与地下水埋深低度相关，与土壤含水率不相关。因此，可初步筛选盖度与降水量，生物量与降水量、盖度进行回归分析。(https://www.xing528.com)

表28　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长和水分相关系数

4.5.4　回归模型分析

（1）回归模型拟合及方差分析

如表29所示，生物量拟合复相关系数R为0.892，属于高度相关；复测定系数R2为0.796，说明模型拟合效果较理想，也表明土壤质量含水率、盖度可解释生物量变差的79.6％。调整后复测定系数R2为0.674，说明土壤质量含水率、盖度可说明生物量变化的67.4％，还有33.6％需由其他因素来解释，比如陆面的微地形变化等因子。标准误差为6.512，说明预测值与实际监测值误差平均为6.512，此值越小，说明拟合程度越理想。表29中F值是方差分析检验值，是回归均方差与剩余均方差的比值，由于我们期望回归均方差越大越理想，剩余均方差越小越理想，所以，F值越大，说明模型预测结果越理想。一般地，我们期望F显著水平a≤0.05。从表29可以看出，生物量回归模型极显著，而盖度模型不显著，因此，盖度建模可去除，而生物量回归模型在a=0.05（P＜0.05）水平上极显著，且置信度为95％，求得F检验值为6.512（如表29），查得F0.0 5（3，5）的临界值Fa为5.409，F检验值大于临界值Fa，说明利用盖度、降水量、地下水埋深建立模型能较理想地预测生物量变化。

表29　黑河中游西墩滩荒漠区植物生长与水分拟合

（2）回归模型偏回归系数分析

偏回归系数分析主要是检验偏相关系数的显著程度，表30中P值表示偏回归系数的显著程度，P值越小，偏回归系数变化越显著。在生物量回归模型中，常数、降水量偏回归系数的P值均小于0.05，因此，a=0.05水平上，查得t0.05（8）的临界值为0.706，从表30可看出，其相对应的t检验值的绝对值均大于临界值，这说明常数、土壤质量含水率在a=0.05（P＜0.05）水平上极显著，且置信度为95％。盖度和地下水埋深偏回归系数的P值较大，说明其偏回归系数的变化对回归模型的影响不显著，在模型中发挥的权重较小。

表30　黑河中游西墩滩荒漠区植物生物量与水分偏回归系数

综合上述R拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验，可得出生物量回归模型为：B=1.892C-0.033D+0.834P+44.369（R2=0.796，P＜0.05），式中B、C、D、P分别为平均生物量（B，g/m2）、平均盖度（C，％）、地下水埋深（D，cm）、降水量（P，mm）