西北旱区土壤水空间分布及适宜植被盖度研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 祝萍 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 贾小旭 |
| 关键词 | 西北旱区 土壤含水量 土壤干燥程度 适宜植被盖度 植被超载 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 土壤水分是西北旱区植被恢复和生态治理的关键，是维持植被生长和陆地生态系统可持续的主要水源。随着大规模植被恢复工程的实施，西北旱区植被覆盖度显著增加，生态建设成效显著。然而，由于植被蒸散耗水的增加，部分地区出现了一系列负面的生态水文效应，威胁旱区生态系统的健康和可持续性。因此，揭示西北旱区土壤水分空间分布，阐明有限降水资源所能支持的合理植被覆盖度，对维持旱区植被生态系统的健康和水资源的可持续利用具有重要科学意义。 本文围绕中国西北旱区土壤水分空间分布和有限水资源可持续利用的合理植被覆盖度两个问题，利用大量野外实测的土壤含水量数据和环境变量数据，构建了土壤水分空间分布预测的集成机器学习模型，研制了西北旱区0-500 cm 土层土壤含水量空间分布数据集；进一步基于该数据集，利用土壤干燥指数和相对土壤湿度两个指标，定量评估了西北旱区土壤干燥化状况及其主要驱动因子；利用改进的Biome-BGC 模型模拟获得了西北旱区水分可持续利用的适宜植被盖度，通过对比分析模型模拟结果和遥感观测的实际植被盖度，评估了水资源植被超载、未超载和临界超载状况。取得的主要结论如下： （1）构建了西北旱区深层土壤水分空间分布预测的集成机器学习模型。具有较高的预测精度，与KNN 和随机森林模型相比，集成模型决定系数R2 分别提高了23.2%和31.2%，均方根误差RMSE 分别降低了23.2%和40.5%。研制了西北旱区深层土壤水分空间分布数据产品，阐明了土壤水分空间分异格局及驱动因子。和其他数据产品相比，本研究的土壤水分数据集准确度比其他数据产品提高了44.8%-47.5%。不同土壤深度的土壤含水量的空间分布格局相似，基本上遵循随降水梯度增加的趋势，即由西北向东南增加。从各分区来看，黄土丘陵沟壑区的土壤含水量最高，风沙区次之，西北荒漠区最低。在32 个环境变量中，年降水量是重要性最大的影响因素。 （2）揭示了西北旱区深层土壤干燥化的空间格局及驱动机制。西北旱区土壤干燥程度在空间分布上由东南向西北增加。就不同深度而言，100-200 cm 土层深度极度干燥的面积占比最大。在三个分区中，西北荒漠区的土壤干燥程度最高，风沙区次之，黄土丘陵沟壑区土壤干燥程度最低。在整个西北旱区，气候和植被是影响深层土壤干燥化的主要因子。在气候因素中，年降水量是影响区域土壤干燥程度最重要的因素，贡献率为35.1%。在三个分区中，影响深层土壤干燥程度的主要因素差异明显。在黄土丘陵沟壑区，气候因素和植被因素是最重要的影响因素。在风沙区和西北荒漠区，气候因素和土壤因素是土壤干燥的主要影响因素。 （3）基于改进的Biome-BGC 模型获得了西北旱区水分平衡利用的适宜植被及分区图。基于通量观测数据和实际蒸散量（ETa）观测数据的验证结果表明，改进的Biome-BGC 模型对三种林地（落叶阔叶林、常绿针叶林和灌木林）的模拟值与实测值具有较好的一致性。三种林地模拟的的ETa、NPP 和LAImax 的空间分布格局与年降水量相似。黄土丘陵沟壑区落叶阔叶林和灌木林适宜植被盖度分别为2.98-4.14 和0.37-1.03，风沙区常绿针叶林和灌木林的适宜植被盖度0.59-1.35 和0.18-0.72，西北荒漠区灌木林适宜植被盖度为0.08～0.48。西北旱区植被超载区、临界区和非超载区，分别占西北旱区林、灌地总面积的54.5%、28.3%和17.2%；黄土区超载最多，占林、灌地总面积的60%以上。 本文揭示了西北旱区深层土壤水分的空间分布，填补了西北旱区空间连续的深层土壤水分数据空白，为旱区土壤水分研究提供了基础数据；揭示了深层土壤干燥化的空间分布格局及驱动因子，确定了黄土区土壤干燥化是未来调控的重点；量化了旱区典型植被水分平衡利用的适宜植被盖度，为旱区恢复生态系统植被管理与土壤干层调控提供了科学依据。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 147 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209323]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 祝萍. 西北旱区土壤水空间分布及适宜植被盖度研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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