陕北小流域坡面尺度生物结皮空间分布特征及其影响因子与建模

发布时间：2019-11-16 04:41

【摘要】：生物结皮是干旱半干旱地区普遍存在的活性地被物,在该区生态系统中发挥着重要的生态功能,同时具有良好的水土保持效益。探讨生物结皮的空间分布规律是科学管理和高效利用该资源的理论基础。陕北水蚀风蚀交错区地处黄土高原北部,风蚀水蚀作用并存,气候干旱,生态环境十分脆弱,因而生物结皮在该区的作用和地位就显得尤为特殊和重要。研究这一地区生物结皮的空间分布特征,探索其发育的影响因子,建立结皮发育特征与环境因子的关系模型,是科学评价和合理利用该区生物结皮资源、有效发挥其生态功能和水土保持效益的基础和前提。鉴于此,本文选择陕北神木县六道沟小流域内的一处典型坡面,调查了区域内生物结皮盖度、厚度和抗剪强度,以及地形、土壤、植被等指标,利用GIS等制图软件对空间分布数据进行制图和重采样提取,得到1342个样本和41个样本属性指标。利用GS+for Windows地统计软件分析了生物结皮空间分布的自相关性;并利用CANOCO生物统计学软件研究了生物结皮盖度、厚度和抗剪强度与植被群落和地形、土壤等环境因子之间的相关和对应关系;进而根据这些关系选择主要的有关环境变量建立其与生物结皮盖度和厚度的标准化逐步回归方程,通过通径分析研究这些环境变量对结皮盖度和厚度的作用路径和作用大小;另一方面,通过对结皮发育指标和主要环境因子构成的样本数据矩阵进行因子分析,提取出潜在的公共因子;根据因子分析的结果,利用AMOS统计建模软件经过反复调试和运行,最终建立出生物结皮发育指标与潜在环境因子的结构方程模型。总之,经过一系列的调查、制图和统计分析,研究了坡面尺度上生物结皮盖度、厚度、抗剪强度的空间分布特征,并探讨了影响结皮发育的关键因子、作用路径和内在机理。主要结论如下:1)沙土地上,生物结皮的空间分布呈成片的连续分布,具有明显的空间自相关性,变程为90-100m,平均盖度在30%以上;有明显的发源地,其盖度在90%以上。黄土地上呈离散的零星分布,主要在坡面的边缘和末端,盖度大都在20%以下。生物结皮厚度和抗剪强度的空间变异不大,沙土区和黄土区生物结皮的平均厚度分别为13.1 mm和12.8mm,平均抗剪强度分别为0.476 kg/cm2和0.496 kg/cm2,在发源地厚度可以达到20mm以上,抗剪强度可以达到0.7 kg/cm2以上。2)典范对应分析(CCA)表明,生物结皮具有明显的地形、土壤和植被群落选择性,偏向于生长在坡度较缓、土壤湿润、沙生阴生植物群落和郁闭度较高的小叶杨(Populus simonii Carr.)林地当中。在黄土区比较湿润的片沙部位往往与冠芒草(Enneapogon borealis)同步出现;在沙黄土质次生迹地上也常与狗娃花(Heteropappus hispidus(Thunb.))、狗尾草(Setaria viridis(L.)Beauv.)、茵陈蒿(Artemisia capillaries)等共存。3)通径分析表明,沙土、土壤含水率、海拔及沙蒿盖度(Artemisia desertorum Spreng.Syst.Veg.)是影响生物结皮盖度的主要因素,其中,沙土以直接作用为主,直接路径系数为0.720;沙蒿盖度以通过沙土的间接作用为主,间接路径系数为0.422;土壤含水率的间接负作用略大于直接正作用,路径系数分别为0.526和-0.612;海拔的直接作用和间接作用均为负,分别为-0.358和-0.244。排除时间因素,沙蒿盖度、坡向、海拔及小叶杨冠层盖度是影响生物结皮发育厚度的比较显著的环境因素,且沙蒿和小叶杨冠层盖度以直接作用为主,直接路径系数分别为0.329和0.233;坡向以间接作用为主,间接路径系数为-0.311,海拔的间接作用略大于直接作用且均为负,路径系数分别为-0.216和-0.196。4)本研究最终所得出的结构方程中,太阳辐射、侵蚀性、土壤质地和次生性是影响生物结皮发育的4个主要潜在因子。其中,土壤质地对结皮发育的作用最大,直接路径系数为-1;其次是次生性,直接路径系数为0.62,且土壤质地和次生性的交互相关性较强(相关系数为0.74);太阳辐射和侵蚀性的负作用比较接近,直接路径系数分别为-0.31和-0.27。总的来说,生物结皮在太阳辐射和侵蚀作用比较弱的沙地和次生地上发育的比较好。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154.1

【参考文献】