牛 赟, 陳 斌, 李秉新, 趙 明

(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站, 甘肅 張掖734000; 4.甘肅省張掖市林業(yè)科學(xué)研究院, 甘肅 張掖734000)

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黑河中游荒漠植物生長與降水、土壤水和地下水的關(guān)系

牛 赟1,2,3, 陳 斌4, 李秉新1,3, 趙 明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站, 甘肅 張掖734000; 4.甘肅省張掖市林業(yè)科學(xué)研究院, 甘肅 張掖734000)

摘要：[目的] 分析荒漠化防治中植物生長與降水、土壤水和地下水的關(guān)系，為荒漠區(qū)植被修復(fù)與保護提供科學(xué)依據(jù)。[方法] 在黑河中游荒漠區(qū)建立荒漠化綜合防治試驗站進行長期定位監(jiān)測，取得降水、土壤水、地下水、植物蓋度、生物量等數(shù)據(jù)，采用特征參數(shù)算法、相關(guān)分析法和逐步多元回歸方法，對植物生長和水分的年內(nèi)、年際變化特征及相關(guān)回歸模型進行分析。[結(jié)果] (1) 2006—2014年，土壤質(zhì)量含水率、生物量、蓋度變化接近且最大，降水量次之，地下水埋深最小；生物量、蓋度呈波動性增大趨勢較明顯，降水、土壤水、地下水位變化呈波動性略有降低趨勢，但不明顯。(2) 在植物生長季的3—11月期間，土壤各層含水率變化步調(diào)基本一致，植物平均生物量和蓋度變化步調(diào)基本一致，降水量和地下水埋深變化步調(diào)基本一致。(3) 建立了蓋度與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率、生物量與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率回歸方程，且均通過了R擬合檢驗，F(xiàn)方差檢驗，t回歸系數(shù)檢驗，通過模型預(yù)測蓋度、生物量的變差分別為99.0%和91.4%，預(yù)測蓋度和生物量變化的準(zhǔn)確率分別可達86.5%，78.9%。[結(jié)論] 黑河中游荒漠植被的生長與環(huán)境水分變化關(guān)系十分密切，可通過水資源管理修復(fù)植被，也可根據(jù)植被生長狀況評估水資源管理工作。

關(guān)鍵詞：生物量; 蓋度; 降水量; 土壤質(zhì)量含水率; 地下水埋深; 黑河中游地區(qū)

文獻參數(shù)： 牛赟, 陳斌, 李秉新, 等.黑河中游荒漠植物生長與降水、土壤水和地下水的關(guān)系[J].水土保持通報，2016,36(3)：98-104.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.018

全球干旱半干旱區(qū)域面積約占陸地總面積的1/3，近百年來，氣候變暖使得中緯度地區(qū)的干旱半干旱區(qū)范圍不斷擴大[1-2]。水分是植物生長的限制因子，如何讓水分滿足植物的生長，是荒漠化防治工作考慮的一個基本問題[3]。假如我們掌握了植物生長與水分變化的響應(yīng)機理，一方面，可合理科學(xué)調(diào)控水資源，如限制機井?dāng)?shù)量控制地下水埋深等方式滿足植物生長對水分的需要；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、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關(guān)系研究中，有許多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]，而本文是關(guān)于荒漠區(qū)植物生長對環(huán)境水分(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)研究發(fā)現(xiàn)2006年地下水位與黑河分水前的地下水位相比較，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[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。這些成果都為干旱區(qū)荒漠化防治提供了寶貴的資料[9-10]，但實際工作最需要圍繞植物荒漠化實際問題開展研究[11]。雖然也有一些學(xué)者也開展了相關(guān)研究，如趙良菊等[12]對黑河下游河岸林植物水分來源進行了研究，但是，總體顯得科技支撐較薄弱。正如趙文智等[13]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站”進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)。本文提取0—20，20—40，40—60，60—80 cm深土壤質(zhì)量含水率、地下水埋深、降水量、植物生物量、植物蓋度等數(shù)據(jù)進行分析，以期為荒漠化防治中的水資源管理以及生態(tài)工程對水資源影響評估等提供科技支撐和參考依據(jù)。

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1.30×104km2，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，是中國及全球物種資源庫的一個重要組成部分，也是中國西北干旱地區(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3大沙漠，風(fēng)沙線長達1 600 km。范圍為北緯37°28′—39°57′，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108.3～150.0 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(Nitrariatangutorum)、紅砂(Reaumuriasoongarica)、木本豬毛菜(Salsdaarbuscula)和泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)等荒漠植物，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是土壤貧瘠、有機質(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。

2數(shù)據(jù)來源與方法

2.1數(shù)據(jù)來源及監(jiān)測方法

紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站位于甘肅省張掖市中心以北15 km處的甘州區(qū)龍渠鄉(xiāng)龍首灘，海拔1 450 m，地理坐標(biāo)為39°01′46″N，100°31′56″E，各試驗點位置如表1所示，降水量數(shù)據(jù)來自氣象站，設(shè)置為每晝夜0—23整點監(jiān)測1次數(shù)據(jù)；地下水埋深數(shù)據(jù)來自1和2號井，每月15號調(diào)查1次，且取2號井的平均值；土壤質(zhì)量含水量數(shù)據(jù)來自荒漠區(qū)1—5號樣地周邊隨機選取3個有代表性的樣地挖剖面取土樣，每月15號調(diào)查1次；植物平均生物量和蓋度數(shù)據(jù)來源于荒漠區(qū)1—5號，大小為20 cm×20 cm的固定樣地(表1)，每月15號調(diào)查1次。本文提取2006—2014年相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)進行研究。

表1　黑河流域中游紅沙窩荒漠化綜合試驗點位置

(1) 土壤質(zhì)量含水率數(shù)據(jù)[14]。土壤質(zhì)量含水率數(shù)據(jù)采用大環(huán)刀在試驗站固定樣地上定期取樣，取樣深度80 cm，分4個層次，各層范圍分別為0—20，20—40，40—60，60—80 cm，每層取樣重復(fù)3次。采回的土樣在實驗室中采用烘干法(105 ℃)測定其質(zhì)量含水率:

Sw=(m2-m)/100m

(1)

式中：Sw——土壤質(zhì)量含水率(%)；m2——濕土質(zhì)量(g)；m——烘干土質(zhì)量(g)。

在各樣地內(nèi)采用多剖面重復(fù)測定，從3月植物生長開始，每月15日采樣(期間若發(fā)生降水事件，觀測時間則推遲到降水后1 h，若全天降水則次日取樣)，到11月植物生長停止。

(2) 植物平均生物量和蓋度數(shù)據(jù)[15]。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物平均蓋度；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塊隨機樣地，將樣方地上部分的植被全部收割，然后帶回實驗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。

2.2分析方法

2.2.1特征值參數(shù)算法用以下公式分別計算0—20，20—40，40—60，60—80 cm深土壤質(zhì)量含水率、地下水埋深、降水量、植物平均生物量、植物平均蓋度年內(nèi)、年際變化平均值(μ)、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)、變異系數(shù)(Cv)。

(2)

(3)

(4)

式中：xi——各因子統(tǒng)計參數(shù)，N為樣本數(shù)。

2.2.2相關(guān)分析法整編紅沙窩荒漠化綜合防治試驗站2006—2014年數(shù)據(jù)，建立月份和年際尺度上的降水量(P，mm)、土壤質(zhì)量含水率(Sw，%)、地下水埋深(D，cm)、平均生物量(B，g/m2)、平均蓋度(C，%)數(shù)據(jù)表。利用以下公式求得相關(guān)系系數(shù)r。

(5)

式中：r——相關(guān)系系數(shù)；μx，μy——平均值；σx,σy——標(biāo)準(zhǔn)差;n——數(shù)據(jù)對數(shù)。

2.2.3逐步多元線性回歸分析法通過植物生長和水分系數(shù)擬合計算、方差分析、回歸模型優(yōu)度R檢驗、F檢驗、t檢驗等，最后建立植物蓋度和生物量回歸模型。

3結(jié)果與分析

3.1植物生長和水分年際變化特征分析

根據(jù)平均值(μ)、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)、變異系數(shù)(Cv)統(tǒng)計分析，2006—2014年生長季節(jié)的3—11月，研究區(qū)0—20，20—40，40—60，60—80 cm土壤質(zhì)量含水率、植物平均生物量、蓋度、地下水埋深、降水量年均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、波動范圍上下限如表2所示。由于各層次土壤水分在垂直空間變化上不明顯，所以可以將土壤各層質(zhì)量含水率的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)及波動范圍再次求得各平均值為6.51%，2.08%，0.32，4.44%～8.59%。從表2可知，土壤質(zhì)量含水率、生物量、蓋度變異系數(shù)很接近，且都較大，降水量次之，地下水埋深最小。

表2　黑河中游龍首灘荒漠植物生長和水分年際變化特征

從圖1可以看出，生物量、蓋度呈波動性增大趨勢較明顯，降水、土壤水、地下水位(地下水埋深與水位相反)變化呈波動性略有降低趨勢，但不明顯。說明植物的生長不僅與水分密切相關(guān)，還與外界干擾關(guān)系緊密，近幾年退耕還林和生態(tài)保護工程力度加大，減少了人為對荒漠植物生長的干擾，雖然水分沒增加，但是植被的生長和覆蓋度是增長的。

圖1　黑河中游龍首灘荒漠植物生長和水分年際變化特征

3.2植物生長和水分年內(nèi)變化特征分析

如圖2所示，在一年植物生長季的3—11月，降水量、地下水埋深變化步調(diào)基本一致，3月降水量為4.14 mm，地下水埋深為83.56 cm，隨后均逐漸增大，直

到7月降水量為36.10 mm，地下水埋深為578.11 cm，均達到最大值，然后又逐漸降低，進入10月，地下水埋深為191.89 cm，11月份又升為300.20 cm，而降水量繼續(xù)降低至11月的0.70 mm。土壤各層含水率變化步調(diào)基本一致，3月各層土壤質(zhì)量含水率平均值為5.67%，隨著逐漸升高，直到11月份達到最大值為7.96%。

從表3可見，土壤水分垂直變化較小。生物量和蓋度變化步調(diào)基本一致，3月蓋度為15.59%，生物量為51.03 g/cm2，隨后均逐漸增大，直到9月份蓋度為23.26%，達到最大值，然后又減小，直到11月減至16.43%；而生物量9月為121.52 g/cm2，繼續(xù)逐漸增加，直到11月達到最大為187.37 g/cm2。

圖2　黑河中游龍首灘荒漠植物生長和水分年內(nèi)變化特征

年內(nèi)變化特征參數(shù)值 平均值μ標(biāo)準(zhǔn)差σ變異系數(shù)Cv波動下限波動上限降水量/mm16.5011.990.7328.54.50—20cm土壤質(zhì)量含水率/%6.450.940.157.45.520—40cm土壤質(zhì)量含水率/%6.880.940.147.85.940—60cm土壤質(zhì)量含水率/%6.641.140.177.85.560—80cm土壤質(zhì)量含水率/%6.390.800.137.25.6地下水埋深/cm306.86142.290.46449.2164.6平均蓋度/%18.863.050.1621.915.8平均生物量/(g·m-2)150.69100.300.67251.050.4

表3各層土壤質(zhì)量含水率變異系數(shù)平均為0.14，結(jié)合圖2可以看出，年內(nèi)變化幅度(變異系數(shù))從大到小依次為:降水量>生物量>地下水埋深>平均蓋度>土壤質(zhì)量含水率。

3.3植物生長和水分相關(guān)性分析

如表4所示，蓋度與0—20cm土壤質(zhì)量含水率顯著相關(guān)，與其他因子相關(guān)不顯著；生物量與0—20，20—40，40—60cm土壤質(zhì)量含水率顯著相關(guān)，與其它因子相關(guān)不顯著。同理，在年際尺度上進行相關(guān)性分析，求得相關(guān)系數(shù)臨界值r0.05為0.666，蓋度與生物量顯著相關(guān)，與其他因子相關(guān)不顯著；生物量除與蓋度顯著相關(guān)外，與其他因子相關(guān)不顯著。通過相關(guān)性分析，黑河中游植物生長與土壤水分月相關(guān)較顯著，但由于降水量極小，蒸發(fā)量極大，降水在月份尺度上或年尺度上對植物生長影響不顯著，又由于荒漠干旱區(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)達的淺層水平根系吸收各層土壤水[16]。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[17]。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，表現(xiàn)出植物生長與地下水埋深在月或年尺度上均關(guān)系極弱的現(xiàn)象。利用植物生長與水分關(guān)系分析結(jié)果，可解釋干旱荒漠區(qū)植物生長的自然現(xiàn)象，從雨季的每月看，有所生長，但從每年總體看，其生長并不顯著。綜上，可初步篩選月平均蓋度與0—20cm土壤質(zhì)量含水率，月均生物量與0—20，20—40，40—60cm土壤質(zhì)量含水率進行回歸分析。

3.4回歸模型分析

3.4.1回歸模型擬合及方差分析根據(jù)表4可知，由于月蓋度與0—20cm土壤質(zhì)量含水率，月生物量與0—20，20—40，40—60cm土壤含水量呈顯著相關(guān)，因此，將土壤質(zhì)量含水率作為因變量進行線性逐步回歸分析，可得蓋度與0—20cm土壤質(zhì)量含水率、生物量與0—20，20—40，40—60cm土壤質(zhì)量含水率回歸模型均通過R擬合檢驗、F方差檢驗、t回歸系數(shù)檢驗，結(jié)果如表5—6所示。

表4　黑河中游龍首灘荒漠植物月生長和水分相關(guān)系數(shù)及顯著性分析

注：*表示相關(guān)性顯著； 未標(biāo)注者為相關(guān)性不顯著。

表5　黑河中游龍首灘荒漠植物生長與水分?jǐn)M合參數(shù)

蓋度與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率、生物量與0—20，20—40，40—60 cm土壤質(zhì)量含水率回歸擬合及方差分析的F檢驗值及顯著水平如表5所示，根據(jù)復(fù)相關(guān)系數(shù)判讀標(biāo)準(zhǔn)，一般地，復(fù)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)。蓋度與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率、生物量與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率屬于顯著性相關(guān)，說明模型擬合效果均較理想。雖然生物量與20—40，40—60 cm土壤質(zhì)量含水率屬于高度相關(guān)，但0—20與20—40，40—60 cm土壤質(zhì)量含水率屬顯著相關(guān)(如表4)，又由于0—20 cm土壤質(zhì)量含水率與生物量顯著水平最高，因此，僅取0—20 cm土壤質(zhì)量含水率與生物量建立回歸模型。

復(fù)測定系數(shù)表明自變量可解釋因變量變差的權(quán)重，0—20 cm土壤質(zhì)量含水率可解釋蓋度變差的99.0%。0—20 cm土壤質(zhì)量含水率分別可解釋生物量變差的91.4%。調(diào)整后復(fù)測定系數(shù)表明自變量可解釋因變量變化的權(quán)重，0—20 cm土壤質(zhì)量含水率可解釋蓋度變化的86.5%。0—20 cm土壤質(zhì)量含水率可解釋生物量變化的78.9%，剩余部分需由其他因素來解釋，如陸面的微地形變化等因子。標(biāo)準(zhǔn)誤差說明預(yù)測值與實測值之間的平均誤差，此值越小，說明擬合程度越理想。表5中F值是方差分析檢驗值，是回歸均方差與剩余均方差的比值，由于我們期望回歸均方差越大越理想，剩余均方差越小越理想，所以，F(xiàn)值越大，說明模型預(yù)測結(jié)果越理想。一般地，我們期望F顯著水平a≤0.05。從表5可以看出，F(xiàn)顯著水平均小于0.05，因此，在a=0.05(p<0.05)水平上查得F0.05(1，8),F0.05(1，7)的臨界值Fa分別為5.591，5.318，F(xiàn)檢驗值遠遠大于臨界值Fa，初步確定利用土壤質(zhì)量含水率建立的模型能較理想地預(yù)測蓋度和生物量變化。

3.4.2回歸系數(shù)分析回歸系數(shù)分析主要是檢驗相關(guān)系數(shù)的顯著程度，表6中p值表示回歸系數(shù)的顯著程度，p值越小，回歸系數(shù)變化越顯著。

表6　黑河中游龍首灘荒漠植物蓋度、生物量與水分回歸系數(shù)顯性分析

采用逐步回歸分析方法，如表6中p值均小于0.05，因此，a=0.05水平上，查得t0.05(9)，t0.05(8)的臨界值分別為2.262，2.306，從表6可看出，其相對應(yīng)的t檢驗值的絕對值均大于臨界值，這說明常數(shù)、土壤質(zhì)量含水率在a=0.05(p<0.05)水平上極顯著，且置信度為95%。

綜合上述R擬合檢驗、F方差檢驗、t回歸系數(shù)檢驗，可得出生物量回歸模型為：

C=2.918Sw10(R2=0.99,p<0.05)

(6)

B=16.496Sw10(R2=0.914,p<0.05)

(7)

式中:Sw10——0—20 cm土壤質(zhì)量含水率(%)；B，C——平均生物量(g/m2)和平均蓋度(%)。

4結(jié) 論

(1) 2006—2014年際變化上，土壤質(zhì)量含水率、生物量、蓋度變化較接近且最大，降水量次之，地下水埋深最小。生物量、蓋度呈波動性增大趨勢較明顯，降水、土壤水、地下水位變化呈波動性略有降低趨勢，但不明顯。

(2) 在一年的植物生長季的3—11月，土壤各層含水率變化步調(diào)基本一致，植物平均生物量和蓋度變化步調(diào)基本一致，降水量和地下水埋深變化步調(diào)基本一致。變化幅度從大到小依次為:降水量>生物量>地下水埋深>平均蓋度>土壤質(zhì)量含水率。

(3) 蓋度與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率、生物量與0—20 cm土壤質(zhì)量含水率回歸模型為C=2.918Sw10(R2=0.99,p<0.05)，B=16.496Sw10(R2=0.914,p<0.05),通過模型可預(yù)測蓋度、生物量變差分別為99.0%和91.4%，預(yù)測蓋度和生物量變化的準(zhǔn)確率分別可達86.5%，78.9%。

黑河流域土地荒漠化面積占54.90%～64.30%[18]，土地荒漠化防治其中一項重要措施是調(diào)控土壤水能夠維持荒漠植物的正常生命。利用本研究回歸模型原理，通過對土壤含水量指標(biāo)評估，確定植物生長對水分的最低要求閥值指標(biāo)；另外，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、黑河流域綜合治理等工程對水資源的影響等方面充分考慮荒漠植物生長與水分需要是否滿足最低需求。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)和各部門實行公平合理的水資源分配問題。例如黑河流域，國家計委和水利部先后于1992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，本文研究的植物生長和水分年內(nèi)年際變化規(guī)律以及植物生物量回歸模型都可提供科技支撐和參考數(shù)據(jù)。

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收稿日期：2015-09-23修回日期：2015-10-04

通訊作者：陳斌(1977—),男(漢族),甘肅省定西市人,碩士,高級工程師,主要從事林業(yè)科學(xué)研究。E-mail: 601190075 @ qq.com。

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2016)03-0098-07

中圖分類號：Q948.1, X171.1

Relationship Between Desert Plant Growth and Precipitation, Soil Water and Groundwater in Middle Reaches of Heihe River Basin

NIU Yun1,2,3， CHEN Bin4, LI Bingxin1,3, ZHAO Ming1,3

(1.ScienceandTechnologyInnovationServicePlatformofEcologyinQilianMountains,AcademyofEcologyScienceofZhangye,GansuProvince,Zhangye,Gansu734000,China;2.ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou,Gansu730000,China; 3.HongshawoTestStationofDesertificationControl,AcademyofWaterResourceConservationForestsofQilianMountainsinGansuProvince,Zhangye,Gansu734000,China; 4.AcademyofForestryScienceResearchofGansuProvince,Zhangye,Gansu734000,China)

Abstract：[Objective] Analyzing the relationships between plant growth and precipitation, soil water and groundwater in order to provide the scientific basis for vegetation restoration and protection in desertification control. [Methods] We collected precipitation, soil water, groundwater, vegetation biomass and coverage data baseed on long-term locating monitoring in the middle reaches of Hehe river basin. The characteristic parameter algorithm, correlation and stepwise multiple regression analysis was used to investigate the response characteristics of natural desert plant growth and inter-annual and annual variation of soil water content. [Results] (1) The change of soil moisture content, biomass and coverage was the greatest, the change of precipitation was secondary, while the change of groundwater depth was minimum. The biomass and coverage showed an obvious increasing fluctuation trend, while the precipitation, soil moisture content and groundwater depth showed a slight decreasing trend. (2) In the growing season from March to November, the annual variation of soil moisture content in each layer were basically the same, and so were the variations of average vegetation coverage and biomass. (3) The regression equations were established to model the relationship between soil moisture content at 0—20 cm depth and vegetation cover and biomass. R fitting test, F test, t test was used. The partial regression coefficient for vegetation coverage and biomass was 99.0% and 91.4%, respectively. The accuracy of predicted changes in vegetation coverage and biomass was 86.5% and 78.9%, respectively. [Conclusion] There is a close relationship between the growth of desert vegetation and changes of environment water in middle reaches of Heihe river. Consequently, desert vegetation can be recovered by water resources management, and water resources management can be assessed according to the vegetation growing condition.

Keywords:biomass; coverage; precipitation; moisture content of soil; groundwater depth; the middle reaches of Heihe river basin

資助項目：甘肅省科技創(chuàng)新服務(wù)平臺“甘肅省祁連山生態(tài)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺”(144JTCG254 ); 甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體“祁連山土壤水源涵養(yǎng)功能與森林分布變化響應(yīng)關(guān)系”; 國家自然科學(xué)基金項目“祁連山大野口流域水源涵養(yǎng)功能生態(tài)水文關(guān)系分析”(41461004)

第一作者：牛赟(1974—),男(漢族),甘肅省通渭縣人,博士,高級工程師,在站博士后,主要從事生態(tài)水文學(xué)方面的研究。E-mail:niuyun2028@163.com。