黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟.pdf

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1、第26卷第lO期382010年lO月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV01．26No．10Oct．2010黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟贾小旭1，一，邵明安2，蜮，魏孝荣1，一，李学章1’2(1．西北农林科技大学资源环境学院，杨凌712100；2．西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，杨凌712100：3．中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101)摘要：为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系，该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。

2、结果表明，状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区，其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳(膏=0．936)；多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳(彤=O．976)，可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自同归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。关键词：土壤水分，状态空间，模拟，黄土高原，经典统计，水蚀风蚀交错区doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2010．10．006中图分类号：S152．7文献标志码：A文章编号：1002—6819(2010)-

3、10—0038-07贾小旭，邵明安，魏孝荣，等．黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟[J】．农业工程学报，2010，26(10)：38—44．JiaXiaoxu，ShaoMinggn，WeiXiaorong，eta1．State—spacesimulationofsoilsurfacewatercontentingrasslandofnorthernLoessPlateau[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(10)：38—44．(inChinesewithEnglishabstract)0引言土壤水分是制约黄土高原植被恢复的关键自然因素

4、【l】，在陆地表面与大气交互作用以及水文和生态过程中起着关键作用12-51，这种作用在干旱半干旱地区更为突出【21。黄土高原北部地区是中国生态环境脆弱地区，土壤侵蚀剧烈，植被和生态系统退化严重，而风蚀水蚀二元侵蚀更加重了这一地区的环境负担。退耕还林还草是黄土高原北部地区生态环境整治的有效措施，但退耕还林还草的生态效应主要取决于土壤水分条件，因此需要准确揭示土壤水分分布的特征，从而为植被建设提供科学的依据。状态空间模型是揭示植物与土壤性质之间关系的有力工具，已被广泛用于景观尺度的农业生态系统中作物生产与土壤性质的关系睁91、土壤含水量与其他土壤性质的关系【l讲、土壤物理性质

5、与化学性质的关系⋯】等，但这些研究多限于在地形、土壤和土地利用等环境因素较为单一的区域，在多种复杂的环境因素同时存在的区域应用较少。黄土高原地区地形条件复杂，土地利用方式和土壤种类繁多，土壤侵蚀严重，这些环境因素的综合作用使区域化变量的空间分布特征更为错综复杂Il2。，也使自回归状态空间方法的应用面临一个新的尝试。本文研收稿日期：2009．12-29修订日期：2010-10-12基金项目：国家重点基础研究发展规划(2007CBi06803)；中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX-YW-Q10-5)；国家自然科学基金项目(40801111)作者简介：贾小旭(1985

6、一)，男，河北保定人，博士，研究方向为环境科学。杨凌西北农林科技大学资源环境学院，712100．Email：xxjiaa@gmail．corn※通信作者：邵明安(1956一)，男，湖南常德人，研究员，研究方向为土壤物理学。北京中国科学院地理科学与资源研究所，100101。Email：mash∞@ms．iswc．ac．c11究了位于黄土高原北部水蚀风蚀交错区的退耕草地表层土壤水分的分布特征，并对其进行了状态空间模拟，以探索状态空间方法在环境因子复杂区域的应用，同时揭示黄土高原水蚀风蚀交错区退耕草地表层土壤水分与其他土壤性质和地理特征等的关系，为该区土壤水分空间分布预测提供依

7、据。1材料与方法1．1研究区概况本研究在中国科学院水土保持研究所神木侵蚀与环境试验站进行，该区位于神木县以西14km处的六道沟小流域，北依长城，地处毛乌素沙漠的边缘，属于黄土高原水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心。该流域面积6．89km2，11026’E，38耳9’N，属于典型的半干旱地区，平均干燥度为3．1，年降水量为250～450mm，且6—9月可占全年降水量的70％～80％，年平均蒸发力785mlTl。该区地貌类型为片沙覆盖的黄土丘陵，主要土壤类型有绵沙土、硬黄土、红土、风沙土以及坝地淤土。1．2研究方法由于状态空间方程只适用