2000-2020年中国干旱半干旱区土壤湿度时空变化及影响因素

作     者：易成功 

作者单位：信阳师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：牛继强

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

主      题：土壤湿度 时空变化 影响因素 地理探测器 中国干旱半干旱区 

摘      要：土壤水分是影响植被生长状况和分布格局的关键因素,是农作物能够吸收和利用的最直接、最有效的水源。而我国干旱半干旱区的自然条件较为恶劣,土壤的含水量决定着该地区植被的生长和农业的生产建设。因此,研究中国干旱半干旱区土壤湿度的时空变化及影响因素,对该区在农业干旱监测、生产活动、作物布局和确保生产生活可持续发展等方面都有着重要意义。本文采用ESA CCI土壤湿度数据,结合气象要素、NDVI、海拔、人口密度、土地利用、地貌类型、土壤类型、植被类型等数据,利用Theil-Sen趋势分析、地理探测器、主成分分析等方法,定量分析了该区土壤湿度时空变化及影响因素。结果表明:(1)研究区的平均土壤湿度为0.18m/m,2000-2020年的年际变化整体上以0.0005m/m/a的变化速率呈显著上升趋势,但大部分地区土壤湿度的变化相对比较稳定。其季节变化规律表现为夏、秋两季高,冬、春两季低,具有明显的干湿季特征。在空间分布上呈“北低南高,西低东高,山地高于盆地的空间格局,整体表现为由四周向内部逐渐降低的分布特征。呈现显著上升的区域约占总面积的30.86%,呈显著下降的区域面积约占10.06%。在未来演变趋势中,呈持续性显著下降的区域约占整体的6.7%,持续性显著上升的区域约占14.5%。(2)在中国干旱半干旱区,土壤类型单因子作用对该区土壤湿度时空分异的影响最大。土壤类型和海拔之间的双因子增强交互作用对土壤湿度空间分异的影响最为明显;土壤类型和平均降水量之间非线性增强的交互作用是影响土壤湿度变化趋势的关键因素。在土壤湿度的空间分异上,通过主成分分析得出,气温和潜在蒸散发(PC1)对土壤湿度空间分异的相对贡献率为46.8%,NDVI和海拔(PC2)的相对贡献率为31.8%,降水(PC3)的相对贡献率为21.4%;在变化趋势上,气温和潜在蒸散发(PC1)的相对贡献率为59.4%,NDVI和海拔(PC2)的相对贡献率为24.8%,降水(PC3)的相对贡献率15.7%。(3)土壤湿度的时空分异是土壤类型、气温、降水、海拔、植被和潜在蒸散发等多种因素共同作用的结果。其中,以海拔高度为表现的地形是其时空分异的基础性影响因素。气温、降水和潜在蒸散发是影响中国干旱半干旱区土壤湿度时空分异的直接因素。而不同土壤类型其土壤本身的含水量和土壤的持水性也各不相同,也会间接影响该区土壤湿度的时空分异特征。