牛 赟 ，張永喆 ，張 虎 ，劉建海 ，趙國生

（1.甘肅張掖生態(tài)科學(xué)研究院 甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺，甘肅 張掖 734000；2.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院 紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站，甘肅 張掖 734000；4.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510641）

黑河中游荒漠區(qū)植物生長與水分變化關(guān)系分析

牛 赟1,2,3，張永喆4，張 虎1,3，劉建海1,3，趙國生1,3

（1.甘肅張掖生態(tài)科學(xué)研究院 甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺，甘肅 張掖 734000；2.中國科學(xué)院 寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院 紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站，甘肅 張掖 734000；4.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510641）

土地荒漠化是當(dāng)前世界十大環(huán)境問題之一，對人類的生存和發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。通過黑河流域中游荒漠區(qū)建立的荒漠化綜合防治試驗(yàn)站對土壤各層含水率、植被生物量、蓋度、地下水埋深、降水量等9 a（2006—2014年）長期定位監(jiān)測，采用特征參數(shù)算法、相關(guān)和多元回歸分析方法，研究了植被生長和水分的年內(nèi)、年際變化特征及相關(guān)回歸模型。結(jié)果表明：（1）土壤平均質(zhì)量含水率、植被平均生物量、平均蓋度、地下水埋深、降水量年均分別為2.38%、136.13 g/m2、11.01%、271.63 cm、141.56 mm；年際變化幅度從大到小依次為土壤質(zhì)量含水率＞植被平均蓋度＞降水量＞植被平均生物量＞地下水埋深，其中土壤質(zhì)量含水率和植被平均蓋度呈波動性增加趨勢，植被平均生物量、地下水埋深、降水量呈波動性略有減小趨勢。（2）在一年的植物生長季的3～11月份期間，降水量、地下水埋深變化步調(diào)基本一致，各層土壤含水率變化步調(diào)基本一致。（3）植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率中度正相關(guān)，與降水量低度相關(guān)，與其它因子關(guān)系極弱。（4）植被平均蓋度模型預(yù)測準(zhǔn)確率可達(dá)79.2%，誤差平均為0.381，解釋變差可達(dá)89.9%。本研究可為荒漠化防治中的水資源管理以及退耕還林、天然林保護(hù)、黑河流域綜合治理等工程對水資源影響的評估等提供科技支撐和參考數(shù)據(jù)。

生物量；蓋度；土壤質(zhì)量含水率；荒漠化防治；黑河中游

全球干旱半干旱區(qū)域面積約占陸地總面積的三分之一，近百年來，氣候變暖使得中緯度地區(qū)的干旱半干旱區(qū)范圍不斷擴(kuò)大「1-2]。水分是干旱區(qū)植物生長的限制因子，如何讓水分滿足植物的生長需要，這是干旱半干旱區(qū)荒漠化防治工作考慮的一個(gè)基本問題[3]。假如我們掌握了植物生長與水分變化的關(guān)系，一方面，可合理科學(xué)調(diào)控水資源，如限制機(jī)井?dāng)?shù)量控制地下水埋深等方式滿足植被生長對水分的需要；另一方面，通過植物生長指標(biāo)評估水資源利用與管理工作。如在流域上、中、下游地區(qū)和各部門水資源比例分配，農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水比重調(diào)控，以及退耕還林、天然林保護(hù)、黑河流域綜合治理等工程對水資源的影響評估等。

關(guān)于植物生長與水分變化相關(guān)研究，有許多學(xué)通過植物組織含水量、蒸騰速率、水勢、滲透勢等測定研究植物體內(nèi)水分對植物形態(tài)、生理活動的影響[4-6]，而本研究是關(guān)于荒漠區(qū)植物生長對植物體外水分（如土壤水）變化的研究，不考慮水分對植物形態(tài)、生理等影響，而是只關(guān)注降水、土壤水、地下水對植物生物量、蓋度等方面的影響。關(guān)于這方面研究，有些學(xué)者研究了地下水位的變化，如趙傳燕等[7]在黑河下游地區(qū)研究了地下水位的波動變化，發(fā)現(xiàn)2006 年地下水位與黑河分水前( 2000 年) 的地下水位相比較，地下水位在總體上得到明顯升高，但中游地下水在分水后仍有顯著下降，平均下降 0.96 m。有些學(xué)者研究了土壤水對降水的響應(yīng)，如劉冰等人[8]對黑河流域荒漠區(qū)降水特征及其土壤水分對降水脈動響應(yīng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)荒漠區(qū)土壤水分對降水脈動具有顯著的響應(yīng)現(xiàn)象。這些研究成果都為干旱區(qū)荒漠化防治提供了寶貴的資料，但實(shí)際工作最需要緊緊圍繞植被荒漠化問題開展研究[9]。雖然也有一些學(xué)者也開展了相關(guān)研究，如趙良菊[10]對黑河下游河岸林植物水分來源進(jìn)行了研究，但是，總體顯得科技支撐較薄弱。正如趙文智等人[11]研究指出的那樣，荒漠化植物防治措施中，要考慮氣候、土壤、地下水等環(huán)境因素的綜合作用結(jié)果。正是這個(gè)原因，2006年甘肅省祁連山水源涵養(yǎng)林研究院在黑河流域中游建立“紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站”進(jìn)行長期定位多要素監(jiān)測。已取得了與土地荒漠化和沙塵暴發(fā)生、發(fā)展等相關(guān)的氣象、水文、土壤、植被等9 a連續(xù)完整數(shù)據(jù)。本研究為探索荒漠化防治中地下植物生長與水分變化的關(guān)系，提取0～10、10～20、20～40、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均生物量、植被平均蓋度、地下水埋深、降水量等數(shù)據(jù)開展研究。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

黑河流域地處中國西部，全長 821 km，跨青海、甘肅和內(nèi)蒙古 3 省(區(qū))，總面積 13×104km2，高山、河流、農(nóng)田、牧場、荒漠、沙漠等生態(tài)類型齊全，還保存著大批珍稀野生動植物資源，是我國及全球物種資源庫的一個(gè)重要組成部分，也是我國西北干旱地區(qū)最大的內(nèi)陸河流域之一, 黑河中游是指黑河出山口鶯落峽至正義峽之間的地區(qū)。研究區(qū)北部分布著巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠和塔克拉瑪干三大沙漠，風(fēng)沙線長達(dá)1 600 km。范圍從北緯37 °28 ′～ 39 °57 ′到東經(jīng) 97 °20 ′～ 102 °12 ′，平均海拔1 200～1 700 m。屬溫帶干旱大陸性荒漠氣候，年均氣溫7.4～8.5 ℃，年均降水量108.3～150 mm，降水主要集中在6～9月，占全年降水量的70%～80%，年蒸發(fā)量1 340.7～2 388.0 mm。該區(qū)人口聚集，人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的干擾最為劇烈，土地受人為活動影響也最顯著。其天然植被稀疏，主要有白刺N(yùn)itraria tangutorum、紅砂Reaumuria songarica、木本豬毛菜Salsoal arbuscula和泡泡刺N(yùn)itraria sphaerocarpa等旱生植物，地帶性土壤為灰漠土、灰鈣土和灰棕漠土；非地帶性土壤有風(fēng)沙土、草甸土、沼澤土、鹽漬土和灌淤土等?？偟奶攸c(diǎn)是土壤貧瘠、有機(jī)質(zhì)缺乏、質(zhì)地較粗、含鹽量高、屬荒漠土類，生態(tài)地域復(fù)雜，具有平原荒漠植被的特征，在植被地理規(guī)律和地理時(shí)空分布上分異明顯，有古老和現(xiàn)代特征。地貌景觀類型有流動，半流動，固定、半固定沙丘以及丘間低地。

1.2 數(shù)據(jù)來源及監(jiān)測方法

紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站位于甘肅省張掖市中心以北15 km處，海拔1 450 m，地理坐標(biāo)為 39 °01 ′46.3 ″N， 100 °31 ′56.2 ″E，各試驗(yàn)點(diǎn)位置如表1所示，降水量數(shù)據(jù)來自氣象站，設(shè)置為每晝夜0～23點(diǎn)每小時(shí)整點(diǎn)采收1次數(shù)據(jù)；地下水埋深數(shù)據(jù)來自1號井和2號井，每月15號調(diào)查1次，且取2井的平均值；土壤質(zhì)量含水量數(shù)據(jù)來自源于荒漠區(qū)1～7號樣地周邊隨機(jī)選取3個(gè)有代表性的樣地挖剖面取土樣，每月15號調(diào)查1次；植被平均生物量和蓋度數(shù)據(jù)來源于荒漠區(qū)1～7號，大小為20 cm×20 cm的固定樣地（如表1），每月15號調(diào)查1次。本研究提取2006年至2014年相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

表1 黑河流域中游紅沙窩荒漠化綜合試驗(yàn)點(diǎn)位置Table 1 Positions of test point of desertification control in Hongshawo in desert areas of Heihe middle reaches

1.2.1 土壤質(zhì)量含水率數(shù)據(jù)

1.2.2 植被平均生物量和蓋度數(shù)據(jù)

由于研究區(qū)荒漠化植被較稀疏，主要是白刺、紅砂、木本豬毛菜、泡泡刺等，因此，測定樣方內(nèi)每株植物覆蓋總面積與樣方面積之比求得植被平均蓋度；生物量測定選擇傳統(tǒng)的收割法，也就是選擇與固定樣地植被最相似、大小相同的3塊隨機(jī)樣地，將樣方地上部分的植被全部收割，然后帶回實(shí)驗(yàn)室稱取其鮮重和干重，植被干重與樣方面積比求得植被平均生物量[13]。

1.3 分析方法

用以下公式分別計(jì)算0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均生物量、植被平均蓋度、地下水埋深、降水量年內(nèi)、年際變化平均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差σ、變異系數(shù)Cv。式中Xi為各因子統(tǒng)計(jì)參數(shù)，N為年份數(shù)。

1.3.1 相關(guān)分析法

整編紅沙窩荒漠化綜合防治試驗(yàn)站2006—2014年數(shù)據(jù)，建立月0～10 cm（Sw5，%）、10～20 cm（Sw15，%）、20～40 cm（Sw30，%）、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率（Sw50，%）、平均生物量（B，g/m2）、平均蓋度（C，%）、地下水埋深（D，cm）、降水量（P，mm）數(shù)據(jù)表。利用以下公式求得相關(guān)系數(shù)r，式中μx、μy分別為平均值，σx、σy分別為標(biāo)準(zhǔn)差，n為數(shù)據(jù)對數(shù)。

1.3.2 多元回歸分析法

通過植被生長和水分系數(shù)擬合計(jì)算、方差分析、回歸模型優(yōu)度R2檢驗(yàn)、F檢驗(yàn)、t檢驗(yàn)等，最后建立植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子的回歸模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 植被生長和水分年際變化特征分析

從表2可以看出，根據(jù)平均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差σ統(tǒng)計(jì)分析，2006—2014年，研究區(qū)0～10、10～20、20～40、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均生物量、平均蓋度、地下水埋深、降水量年均值分別為2.04%、2.29%、2.72%、2.47%、136.13 g/m2、11.01%、271.63 cm、141.56 mm；波動范圍分別為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，區(qū)間波動的幾率占68%。通過變異系數(shù)Cv統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合圖1，2006—2014年，變化幅度從大到小依次為20～40、40～60、10～20、0～10 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均蓋度、降水量、植被平均生物量、地下水埋深，其中0～10、10～20、20～40、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均蓋度呈波動性增加趨勢，植被平均生物量、地下水埋深、降水量呈波動性略有減少趨勢。

表2 黑河流域中游荒漠區(qū)植物生長和水分年際變化特征Table 2 The interannual variation features of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

2.2 植被生長和水分年內(nèi)變化特征分析

除降水量采用月累積算法外，其它各因子均采用月平均算法，分析結(jié)果如圖2所示，在一年植物生長季的3～11月份，降水量、地下水埋深變化步調(diào)基本一致，從3月份開始逐漸增大，直到7、8月份增到最大值，然后又逐漸降低，到10月份后，地下水埋深有個(gè)升高，而降水量繼續(xù)降低。土壤含水率變化步調(diào)基本一致，3月份各層土壤質(zhì)量含水率平均值為2.4 %，隨著時(shí)間逐漸降低，到5～6月份降到最低為1.65 %～1.78 %，然后逐漸升高，直到10份達(dá)到最大值為3.57 %，然后又逐漸降低到11月份的2.16 %。從土壤含水率垂直變化來看來，土壤質(zhì)量含水率月均值從大到小依次為20～40 cm深土壤質(zhì)量含水率、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率、0～10 cm深土壤質(zhì)量含水率。植物平均生物量和蓋度在生長季變化不大。

圖1 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分年際變化特征Fig. 1 The interannual variation features of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

圖2 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分年內(nèi)變化特征Fig. 2 The annual variation features of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

如表3、圖2所示，在植物生長季的3～11月份，變化幅度（變異系數(shù)）從大到小依次為降水量、地下水埋深、0～10 cm、40～60 cm、20～40 cm、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率、平均生物量、平均蓋度，說明降水量和地下水埋深變化最劇烈，植被平均生物量和平均蓋度變化最小、最穩(wěn)定。

2.3 植被生長和水分相關(guān)性分析

一般地，相關(guān)系數(shù)|r|＞0.95，存在顯著性相關(guān)；0.95≤|r|≥0.8，高度相關(guān)；0.5≤|r|＜0.8，中度相關(guān)；0.3≤|r|＜0.5，低度相關(guān)；|r|＜0.3，關(guān)系極弱，認(rèn)為不相關(guān)。從表4可以看出，植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率中度正相關(guān)，與降水量低度相關(guān)，與其它因子關(guān)系極弱。植被平均生物量與其它因子認(rèn)為不相關(guān)。這是因?yàn)榛哪珊祬^(qū)植物利用水分的方式有兩種：一是利用深根吸收地下水或深層土壤水，二是利用發(fā)達(dá)的淺層水平根系吸收各層土壤水[14]。此外，還有的植物具有二態(tài)性根系，能夠更靈活地適應(yīng)干旱區(qū)環(huán)境[15]。本研究區(qū)植物主要為荒漠地區(qū)超旱生小灌木，根系較短，地下水埋深對其影響較小，因此，表現(xiàn)出植物生物量或蓋度與地下水埋深關(guān)系極弱的現(xiàn)象。根據(jù)相關(guān)性分析，篩選植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率、降水量5個(gè)因子進(jìn)行回歸模型分析。

表3 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分年內(nèi)變化特征Table 3 The interannual variation features of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

2.4 植被蓋度與降水、土壤水回歸模型分析

表4 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分相關(guān)系數(shù)Table 4 The correlation coefficient of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

2.4.1 植被蓋度與降水、土壤水?dāng)M合分析

將植被平均蓋度作為因變量，土壤各層質(zhì)量含水率、降水量作為自變量，經(jīng)擬合分析，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.948，屬于高度正相關(guān)；復(fù)測定系數(shù)R2為0.899，說明回歸模型的擬合效果較好，也表明土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子可以解釋植被平均蓋度變差的89.9%。調(diào)整后復(fù)測定系數(shù)R2為0.729，說明土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子可以說明植被平均蓋度的79.2%，還有10.8%需要由其他因素來解釋，比如陸面的微地形變化等因子。標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.381，說明由土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子計(jì)算出的植被平均蓋度與實(shí)際監(jiān)測值之間誤差平均為0.381，此值越小，說明擬合程度越好。

2.4.2 植被蓋度與降水、土壤水方差分析

從表5可以看出，土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子對其平均值的總偏差為SSr，即變差值為3.859，回歸均方差MSr為0.772；植被平均蓋度觀測值對其預(yù)測值的總偏差SSe為0.436，剩余均方差MSe為0.145。F值是MSr和MSe的比值，由于我們期望MSe越小越理想，期望MSr越大越理想，所以，F(xiàn)值越大，說明對植被平均蓋度預(yù)測結(jié)果越理想。求得F檢驗(yàn)值為5.314，查得F0.1( 5，3) 的臨界值Fa為 5.309，F(xiàn)檢驗(yàn)值大于臨界值Fa，說明利用土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子預(yù)測的植被平均蓋度在a＝0.1（p＜0.1)水平上極顯著，且置信度為90%以上。

表5 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分方差分析Table 5 The analysis of variance of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

2.4.3 植被蓋度與降水、土壤水偏回歸系數(shù)分析

偏回歸系數(shù)分析主要是檢驗(yàn)偏相關(guān)系數(shù)的顯著程度，如表6，常數(shù)、0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、降水量對應(yīng)的P-value分別為0.003、0.105、0.208、0.381、0.325、0.096，分別小于0.005、0.25、0.25、0.5、0.5、0.1，因此，常數(shù)在P＜0.005，也就是α=0.005水平上，查得t0.005(8)的臨界值為3.833，從表6可看出，其相對應(yīng)的t檢驗(yàn)值為8.861，檢驗(yàn)值大于臨界值，這說明常數(shù)在α=0.005水平上偏相關(guān)系數(shù)差異顯著；同理，0～10 cm、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率偏相關(guān)系數(shù)在p＜0.25，也就是α=0.25水平上，t檢驗(yàn)值的絕對值2.304、1.599大于t0.25(8)=1.240的臨界值，說明0～10 cm、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率偏相關(guān)系數(shù)差異在α=0.25水平上顯著；20～40 cm、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率偏回歸系數(shù)在p＜0.5，也就是α=0.5水平上，t檢驗(yàn)值的絕對值1.024、1.173大于t0.5(8)=0.706的臨界值，這說明20～40 cm、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率偏相關(guān)系數(shù)差異在α=0.5水平上顯著；降水量偏回歸系數(shù)在p＜0.1，也就是a=0.1水平上，t檢驗(yàn)值的絕對值2.398大于t0.1(8)=1.860的臨界值，這說明降水量差異偏相關(guān)系數(shù)差異在a=0.1水平上顯著。

表6 黑河流域中游荒漠區(qū)植被生長和水分偏回歸系數(shù)Table 6 The partial regression coefficients of plant growth and water in desert areas in Heihe middle reaches

綜合上述R擬合檢驗(yàn)、F方差檢驗(yàn)、t偏回歸系數(shù)檢驗(yàn)，可得出植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子的回歸模型：C=2.13Sw5－1.44Sw15－0.8Sw30＋0.52Sw50＋0.03P＋10.48（R2=0.899，P＜0.1） ，式中C為植被平均蓋度（%），Sw5、Sw15、Sw30、Sw50分別為0～10 cm（%）、10～20 cm（%）、20～40 cm（%）、40～60 cm（%）深土壤質(zhì)量含水率，P（mm）為降水量。

3 結(jié)論與討論

3.1 討 論

黑河流域土地荒漠化面積占54.90%～64.30%[16]，土地荒漠化防治其中一項(xiàng)重要措施是調(diào)控土壤水能夠維持旱生植物的正常生命。通過本研究發(fā)現(xiàn)，由土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子可以解釋植被平均蓋度變差的89.9%。利用這個(gè)回歸模型原理，通過對機(jī)井?dāng)?shù)量的控制來調(diào)節(jié)土壤含水量指標(biāo)，確定植物生長對水分的最低要求閥值指標(biāo)；另外，以旱生植物生長與水分需要是否滿足為標(biāo)準(zhǔn)，在分配流域上、中、下游地區(qū)和各部門水資源比例，安排農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水比重，以及退耕還林、天然林保護(hù)、黑河流域綜合治理等工程對水資源的影響等。

河川徑流是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域的主要水資源。流域內(nèi)往往存在上、中、下游地區(qū)和各部門實(shí)行公平合理的水資源分配問題。例如黑河流域，原國家計(jì)委和水利部先后于1992年和1997年批準(zhǔn)了黑河分水方案。流域上游常常建有水力發(fā)電站，人工調(diào)控向中下游供水。在這些水資源調(diào)控和管理中，文中研究的植被生長和水分年內(nèi)年際變化規(guī)律以及植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子的回歸模型都可提供科技支撐和參考數(shù)據(jù)。

3.2 結(jié) 論

（1）從2006～2014年的年際變化看，0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均生物量、平均蓋度、地下水埋深、降水量年均分別為2.04%、2.29%、2.72%、2.47%、136.13 g/m2、11.01%、271.63 cm、141.56 mm；波動范圍分別為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，區(qū)間波動的幾率占68%。年際變化幅度從大到小依次為20～40 cm、40～60 cm、10～20 cm、0～10 cm深土壤質(zhì)量含水率、植被平均蓋度、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深土壤質(zhì)量含水率、植被平均蓋度呈波動性增加趨勢，植被平均生物量、地下水埋深、降水量呈波動性略有減少趨勢。

（2）在一年的植物生長季的3～11月份期間，降水量、地下水埋深變化步調(diào)基本一致，從3月份開始逐漸增大，直到7、8月份增到最大值，然后又逐漸降低，到10月份后，地下水埋深有個(gè)升高，而降水量繼續(xù)降低。土壤含水率變化步調(diào)基本一致，3月份各層土壤質(zhì)量含水率平均值為2.4%，隨著時(shí)間逐漸降低，到5～6月份降到最低為1.65%～1.78%，然后逐漸升高，直到10份達(dá)到最大值為3.57%，然后又逐漸降低到11月份的2.16%。從土壤含水率垂直變化來看，土壤質(zhì)量含水率月均值從大到小依次為20～40 cm深土壤質(zhì)量含水率、40～60 cm深土壤質(zhì)量含水率、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率、0～10 cm深土壤質(zhì)量含水率。月際變化幅度（變異系數(shù)）從大到小依次為降水量、地下水埋深、0～10 cm、40～60 cm、20～40 cm、10～20 cm深土壤質(zhì)量含水率、平均生物量、平均蓋度，說明降水量和地下水埋深變化最劇烈，植被平均生物量和平均蓋度變化最小、最穩(wěn)定。

（3）植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率中度正相關(guān)，與降水量低度相關(guān)，與其它因子關(guān)系極弱。植被平均生物量與其它因子認(rèn)為不相關(guān)。

（4）建立了植被平均蓋度與土壤各層質(zhì)量含水率和降水量5項(xiàng)因子的回歸模型：C=2.13Sw5－1.44Sw15－0.8Sw30＋0.52Sw50＋0.03P＋10.48（R2=0.899，P＜0.1），回歸模型通過了R2擬合檢驗(yàn)、F方差檢驗(yàn)、t偏回歸系數(shù)檢驗(yàn)。通過模型計(jì)算出植被平均蓋度準(zhǔn)確率達(dá)79.2%，誤差平均為0.381，解釋植被平均蓋度的變差可達(dá)89.9%。

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The correlation analysis between plant growth and changes of water in desert areas in Heihe middle reaches

NIU Yun1,2,3, ZHANG Yong-zhe4, ZHANG Hu1,3, LIU Jian-hai1,3, ZHAO Guo-sheng1,3
(1. Academy of Ecology Science of Zhangye, Gansu Science and Technology Innovation Service Platform of Ecology in Qilian Mountains, Gansu Province, Zhangye 734000, Gansu, China; 2.Cold And Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, Gansu, China; 3.Academy of Water Resource Conservation Forests of Qilian Mountains in Gansu Province, Test Station of Desertification Control in Hongshawo, Zhangye 734000, Gansu, China; 4.South China University of Technology, Guangzhou 510641, Guangdong, China)

Land deserti fication is one of the world’s top ten environmental problems, and constitutes the serious threat for human survival and development. In order to explore response natural desert plant growth to changes of water in deserti fication control, the test station of deserti fication control in Hongshawo had been established in in Heihe middle reaches in 2006 by the academy of water resource conservation forests of Qilian mountains in Gansu province, and had been long-term location and multi-factor monitoring.At present, the data about meteorological, hydrological, soil, vegetation which related desertification and sandstorm occurrence and development had been obtained for 9 consecutive years. In this paper, extracted data about soil moisture content of each layer, vegetation biomass, coverage, groundwater depth and rainfall, which had come from test station of desertification control in Hongshawo had been set up in desert zones in Heihe middle reaches, and the algorithm of characteristic parameters, correlation and multiple regression analysis method had been used, and response characteristics of natural desert plant growth and changes of water interannual and annual variance had been studied. Results show that: (1) The average moisture content rate of soil, the average vegetation biomass, coverage,groundwater depth and precipitation respectively was 2.38%，136.13 g/m2，11.01%，271.63 cm，141.56 mm. Interannual variation order from large to small was that moisture content rate of soil＞coverage＞precipitation＞biomass＞groundwater depth. The average moisture content of soil and average vegetation coverage showed a trend of volatility increase, but the average vegetation biomass, groundwater depth and precipitation showed a trend of slightly volatility decrease in the research area. (2) In the growing season from march to November, the annual variance pace of each layer soil moisture content were resemblance, and the changes of average vegetation coverage and biomass were non-signi ficant.(3) Average vegetation coverage and soil moisture content of each layer were mezzo positive correlation, but related to precipitation was low, very weak relationship with other factors. (4) The regression model of each layer soil moisture content and precipitation had been passed by R2 test, F test and t test, and and it was applicable and expandable. Through model analysis, the five factors of soil quality of moisture content in each layer and rainfall could explain 89.9% variation of the average vegetation coverage. This study could provide technology support and reference data for water resource management and evaluation of influence of water resource by engineering of returning farmland to forest, natural forest protection,comprehensive treatment of Heihe basin in desertification control.

biomass; coverage; moisture content of soil; desertification control; Heihe river middle reaches

S761.1

A

1673-923X(2016)08-0096-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.08.017

2015-11-10

由甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目（144JTCG254、145RJIG337）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41461004）

牛 赟，高級工程師；E-mail：niuyun2028@163.com

張 虎，高級工程師

牛 赟，張永喆，張 虎，等. 黑河中游荒漠區(qū)植物生長與水分變化關(guān)系分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016, 36(8):96-103.

[本文編校：文鳳鳴]