祁连山绿洲荒漠区植物生长及水分变化分析

4.6.1　植物生长和水分年际变化特征分析

从表31可以看出，根据平均值μ、标准差σ统计分析，2006—2014年，研究区0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率、盖度、生物量、地下水埋深、降水量年均值分别为17.94％、20.76％、21.32％、21.43％、20.22％、204.89 g/m2、271.63 cm、141.56 mm；波动范围分别为11.51％～24.37％、14.89％～26.63％、16.14％～26.51％、16.61％～26.24％、16.99％～23.44％、143.39～266.39 g/m2、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14，2006—2014年，变化幅度从大到小依次为0～10 cm土壤质量含水率，生物量，10～20 cm土壤质量含水率，降水量，20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，盖度，地下水埋深。从年际变化趋势可看出，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。

表31　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分年际变化特征

图14　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分年际变化特征

4.6.2　植物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15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，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21.06％，随后逐渐降低，到6—9月份降到最低，平均为18.89％，然后逐渐升高，直到11份达到最大值，平均为28.80％。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逐渐增大。生物量和盖度变化步调基本一致，3月份盖度为19.44％，生物量为129.5 g/m2，随后均逐渐增大，直到8—9月份盖度为23.82％，生物量为286.78 g/m2，达到最大值，然后又逐渐降低，直到11月份盖度为17.27％，生物量为138.95 g/m2。

如表32、图15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，生物量，0～10 cm土壤质量含水率，盖度，10～20 cm、40～60 cm、20～40 cm土壤质量含水率，说明降水量和地下水埋深变化最剧烈，20～40 cm土壤质量含水率变化最小、最稳定。

表32　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分年内变化特征

图15　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分年内变化特征

4.6.3　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。从表33可以看出，盖度与生物量、降水量高度正相关，与20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率中度负相关，与地下水埋深中度正相关，与10～20 cm土壤质量含水率降低度负相关，与10～20 cm土壤质量含水率关系极弱。生物量与盖度高度正相关，与20～40 cm土壤质量含水率高度负相关，与10～20 cm、40～60 cm土壤质量含水率中度负相关，与地下水埋深中度正相关，与降水量低度正相关，与10～20 cm土壤质量含水率关系极弱。根据相关性分析，筛选植被盖度与生物量，降水量，10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋深进行回归模型分析；生物量与盖度，降水量，10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋深进行回归分析。

表33　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分相关系数

续表

4.6.4　回归模型分析

（1）回归模型拟合分析(www.xing528.com)

因变量和自变量如表34所示，经拟合分析，盖度拟合模型的复相关系数R2为0.976，属于高度正相关；复测定系数R2为0.953，说明回归模型的拟合效果较好，也表明模型可以解释盖度变差的95.3％。调整后复测定系数R2为0.811，说明模型可说明盖度的81.1％，还有19.9％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1.489，说明模型预测值与实际监测值之间误差平均为1.489，此值越小，说明拟合程度越好。同理，如表34所示，生物量模型拟合更为理想。

表34　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分拟合系数

（2）回归模型方差分析

从表35可以看出，生物量，降水量，10～20、20～40、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋深对其平均值的总偏差为SSr，即变差值为89.250，回归均方差MSr为14.875；盖度观测值对其预测值的总偏差SSe为4.435，剩余均方差MSe为2.217。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，说明对盖度预测结果越理想。求得F检验值为6.708（如表35），查得F0.5（6，2）的临界值Fa为1.282，F检验值大于临界值Fa，说明模型预测盖度在a=0.5（P＜0.5）水平上极显著，且置信度为95％以上。同理，生物量模型中，求得F检验值为24.196（如表35），查得F0.05（6，2）的临界值Fa为19.33，F检验值大于临界值Fa，说明模型预测生物在a=0.05（P＜0.05）水平上也极显著，且置信度为99.5％以上。

表35　黑河流域中游盐碱地植物生长和水分方差分析

（3）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，如表36，除40～60 cm土壤质量含水率系数对应的P值小于0.7以外，常数，10～20 cm、20～40 cm土壤质量含水率，盖度，地下水埋深，降水量对应的P值均小于0.5，因此，a=0.5水平上，查得t0.5（8）的临界值为0.706；a=0.7水平上，查得t0.7（8）的临界值为0.399，从表36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40～60 cm土壤质量含水率在a=0.7水平上偏相关系数差异显著，即置信度大于95％，常数，10～20 cm、20～40 cm土壤质量含水率，盖度，地下水埋深，降水量在0.5水平上相关系数差异显著，即置信度大于95％；同理，如表37，盖度，降水量，10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋系数在a=0.5水平上相关系数差异显著，即置信度大于95％。

表36　黑河流域中游盐碱地盖度与水分偏回归系数

表37　黑河流域中游盐碱地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，可得出盖度与生物量，降水量，10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋深的回归模型，以及生物量与盖度，降水量，10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率，地下水埋深的回归模型分别为：

C=-1.636Sw15+4.096Sw30-0.423Sw50+0.085B+0.017D+0.22P-52.203（R2=0.953，P＜0.5）

B=19.088Sw15-53.906Sw30+8.821Sw50+8.887C-0.212D-2.148P+712.83（R2=0.986，P＜0.5）

式中Sw15、Sw30、Sw50、B、C、D、P分别为10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤质量含水率（％），生物量（g/m2），盖度（％），地下水埋深（cm），降水量（mm）。