荒漠绿洲过渡带斑块植被区土壤水分时空异质性研究

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4、：胡广录完成日期：2015年4月兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学硕士学位论文摘要黑河中游荒漠绿洲过渡带地处中国内陆西北干旱区，在全球气候变化的大背景下，在特殊的地理位置和气候环境的控制下，该区域降水稀少且季节性分配不均匀，蒸发量较大，水资源严重短缺是干旱地区最明显的环境特征，也是制约该地区经济与社会发展的主要瓶颈之一。过渡带上天然植被呈斑块状分布格局。近年来，随着黑河调水计划实施、工农业用水需求的日益增加以及人类活动的破坏，该过渡带出现植被退化、枯萎，甚至死亡的现象，生态环境逐步恶化，表层土壤风蚀严重，从而导致周边沙尘暴频率增多。过渡带生态系

5、统的这种脆弱性和不稳定性，就决定了土壤水分状况是该系统的重要生态因子。土壤水分是连接地气之间的纽带和中心环节，参与水分循环和能量、动量交换等陆面过程，是气候系统和生态系统中不可缺少的关键参数。尤其是对干旱荒漠区而言，土壤水分是表征干旱区土壤状况的一个至关重要的指标，影响着植被的生长与恢复、分布格局以及演变过程，同时可以反映和解释区域土壤风蚀化程度。土壤水分由于受下垫面类型、气候环境、土壤质地、地形地貌、人类活动等众多因素综合作用的影响，在时间上和空间上都具有高度的异质性。本研究采用三种方法从三个不同尺度对黑河中游荒漠绿洲过渡带斑块植被区土壤水分的时空异质性进行研究。第一，在样方尺度上

6、（面积为340m×300m样方，40m×40m等间距布样），结合统计学和地统计学方法，对典型样方10cm、20cm、40cm、60cm、80cm土层土壤水分的空间异质性组成、程度、尺度、变异函数及自相关性进行了定量分析；第二，在单点尺度上，在一定的初始条件和边界条件下，应用Hydrus-1D模型对该过渡带两种下垫面类型下，裸土样点和有植被样点处各层土壤水分在时间序列上的动态变化进行模拟，探究典型样点处各层土壤水分随时间的变化特性，并用野外实测的土壤水分数据进行验证，探究Hydrus-1D模型对该斑块植被区典型样点土壤水分在时间变化上的模拟效果，获得相应的模型参数，为向区域尺度推广和应

7、用奠定基础；第三，在区域尺度上，利用同期MODIS数据，采用热惯量的方法反演该过渡带斑块植被区表层土壤含水量，探究区域尺度表层土壤水分在时空上的变异特征，并用实测的土壤含水量数据进行验证。研究结果如下：（1）通过描述性统计分析，在样方上随着土壤深度的增加，该过渡带斑块植被区土壤水分含量均值呈现逐渐增加的趋势；且5层土壤水分含量的变异都属于强变异性，尤其是土层20cm土壤含水量的变异系数最大，达到了159.62%。（2）通过地统计学方法的分析，样方5层土壤水