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祁连山地甘肃臭草斑块土壤水分与植被特征的空间格局分析

作　者: 史丽丽
导　师: 赵成章
学　校: 西北师范大学
专　业: 自然地理
关键词: 甘肃臭草斑块地统计学空间自相关土壤水分石羊河上游
分类号: S154.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在全球气候变化的大背景下，干旱半干旱地区的单一优势种群群落存在并且繁茂生长，植物在适应环境的同时也改变了其生境，表现出了单一优势种群极强的适应性及其可塑性。土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素，在较小尺度上，植被状况是土壤水分空间异质性的主要驱动因子。土壤水分在空间上一般存在一定的空间异质性、空间自相关，这些空间异质性及自相关包含一些有用信息。鉴于此，本文利用地传统统计学、地统计学方法以及Moran’s I系数研究了祁连山北坡甘肃臭草（Melica przewalskyi）单优种群斑块浅层剖面（0-30）土壤水分空间异质性、自相关关系、空间自相关尺度，并建立了各层土壤水分影响因子的经典线性回归模型和空间自回归模型，结果如下：（1）甘肃臭草斑块浅层剖面（0-30）土壤水分和植被盖度均符合正态分布，各层土壤水分均存在高度的空间异质性，其中80.93-87.34%的空间异质性是由空间自相关引起的，主要体现在4.09-6.91m之间的尺度上，而由1m以下尺度随机因素引起的空间异质性占12.66-19.07%；甘肃臭草斑块的土壤水分和植被盖度的空间变异函数均为非线性模型，反映了土壤水分资源空间分布的非均质性以及甘肃臭草聚集分布特征，各层土壤水分均呈现出斑块状分布格局且存在数个互不重复的高值中心和低值区域。（2）在地下0-10cm层土壤水分具有较好的空间连续性并且和甘肃臭草盖度的空间分布表现出较强相似性，这是由于本研究区土壤蒸散发较为强烈，在斑块尺度上甘肃臭草呈集群状分布，形成的密集草毡层和枯落物组成了有效的地表覆盖层，不仅减少了土壤水分的蒸发，而且改变了土壤水分的空间异质性格局。10-30cm层土壤水分空间异质性主要是由于甘肃臭草的根系主要集中在10-20cm土层，该层土壤水分与表层相比破碎化程度加强，出现了数个低值区域；20-30cm土层甘肃臭草根茎占总量的20%左右，该层土壤水分空间格局的形成机制较为复杂，小于取样尺度的随机因素引起的土壤水分异质性大于10-20cm层。（3）各层土壤水分均具有空间正相关性与空间集聚特征，10-20cm层土壤水分的空间集聚特征较0-10cm和20-30cm土层更为明显，这是由甘肃臭草特殊的生物学特性引起的。在退化草地中，甘肃臭草入侵草地后通过克隆生长调节来适应土壤水分异质性生境，而在这个过程中甘肃臭草也改变了原生草地的土壤水分格局，并能通过地下根茎对土壤水分结构形成一定的控制作用，由于植被根系层分布的差异使得土壤剖面不同深度上对水分的响应不尽相同。（4）在0-10cm土层，土壤水分主要受到群落高度的影响。在0-10cm土层，植被高度对土壤水分有正的显著影响。在10-20cm土层，甘肃臭草盖度对土壤水分有极显著的负相关，因为在盖度越高的斑块甘肃臭草分布较集中，其地下根系的密度也较高，对土壤水分的吸收利用程度也就越强，因而导致在10-20cm土层土壤水分同甘肃臭草盖度呈极显著的负相关，在20-30cm土层，西北针茅的盖度和群落高度对该层土壤水分的影响较为显著。通过本文研究发现，甘肃臭草通过克隆植物的生理整合影响并在一定程度上改变了小尺度内土壤水分的分布格局，对土壤水分空间分布进行二次分配，从而对生境资源达到更大限度的利用，同时也积极主动的向水分资源较高的空间扩展，和土壤水分相互响应，大大提高了在干旱生境中的适应能力和竞争力。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1 研究背景及意义  12-13
  2 国内外研究进展  13-22
    2.1 植被斑块的形成及其与土壤水相互关系  13-17
      2.1.1 植被斑块化研究概述  13-15
      2.1.2 植被特征与土壤水分空间结构相互关系研究  15-17
    2.2 根茎型克隆植物水资源整合研究  17-19
    2.3 甘肃臭草斑块生态过程研究进展  19-22
第二章研究方法  22-27
  1 研究区概况  22
  2 样地设置  22-23
  3 取样方法  23
    3.1 土壤水分调查方法  23
    3.2 甘肃臭草生物学特征和土壤水分调查  23
  4 数据分析  23-27
    4.1 空间结构分析  23-24
    4.2 空间结构模拟  24
    4.3 空间自相关性分析  24-27
第三章甘肃臭草群落斑块土壤水分与植被空间异质性分析  27-33
  1 土壤水分基本统计分析  27-28
  2 臭草斑块土壤水分空间异质性分析  28-30
    2.1 甘肃臭草盖度的空间异质性分析  29
    2.2 土壤水分和植被盖度空间异质性的尺度效应  29
    2.3 斑块内植被及土壤水分的空间格局及相互作用分析  29-30
  3 讨论  30-33
第四章甘肃臭草群落土壤水分空间自相关分析  33-37
  1 土壤水分全局空间自相关分析  33-34
  2 各层土壤水分空间自相关随距离的变化  34-35
  3 讨论  35-37
第五章甘肃臭草群落斑块主要物种空间结构及其土壤水分空间结构影响因素分析  37-44
  1 甘肃臭草群落斑块主要物种  37-38
  2 甘肃臭草群落斑块主要物种空间异质性分析  38-40
  3 植被特征与土壤水分的相互关系研究  40
  4 空间自回归分析  40-41
  5 土壤水分、植被盖度之间的关系探讨  41-44
第六章结论、不足与展望  44-46
  1 主要结论  44-45
  2 不足与展望  45-46
参考文献  46-54
附录  54-55
致谢  55-56

祁连山地甘肃臭草斑块土壤水分与植被特征的空间格局分析

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