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退耕地土壤水分綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)方法
在我國(guó)西北不封的干旱情況十分的嚴(yán)重,尤其是侵蝕嚴(yán)重的干旱半干旱黃土丘陵溝壑區(qū),土壤水分不僅是土壤侵蝕過(guò)程植物生長(zhǎng)和植被恢復(fù)的主要影響因子,也是重要的農(nóng)業(yè)水資源。
在干旱半干旱地黃土區(qū),深厚的黃土層(一般厚度達(dá)50~200m)蓄積大量的水分形成了土壤水庫(kù)”,“庫(kù)”中的初始條件,也是植被恢復(fù)的主要制約因子。不同的土壤水條件,植物種的侵入、生長(zhǎng)狀況不同,群落具體的演替方向和速率具有明顯差異。在常年使用土壤水分溫度測(cè)定儀對(duì)西北地區(qū)土壤進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控后得出結(jié)論,改良土壤水分條件可以改善植物的萌發(fā)生根條件,并啟動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的演替過(guò)程。土壤水分的有效性是評(píng)價(jià)植被對(duì)土壤水分可利用程度和水分脅迫對(duì)植被生長(zhǎng)影響的主要指標(biāo),土壤蓄水?dāng)?shù)量則是植被恢復(fù)與重建中的重要土壤環(huán)境因素。這方面的研究在國(guó)外開(kāi)展較早,研究?jī)?nèi)容已涉及到植物根系的吸水速率和土壤水分有效性動(dòng)力學(xué)和植被對(duì)土壤蓄水性能的影響上。建立科學(xué)合理實(shí)用的水資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,既是水資源的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)工作,也是水資源研究向前發(fā)展的導(dǎo)向和推動(dòng)力。我們對(duì)土壤水的概念進(jìn)行較全面的討論;從土壤水的特性及其對(duì)植物的有效性出發(fā)進(jìn)行探討,提出了土壤水資源的評(píng)價(jià)系數(shù);主要闡述了土壤水資源的定義及研究土壤水資源的重要意義,分析了土壤水資源的結(jié)構(gòu),重點(diǎn)研究了可更新的土壤水資源和可開(kāi)發(fā)利用的土壤水資源,提出了土壤水資源評(píng)價(jià)方法。在植被恢復(fù)與重建中,應(yīng)該考慮退耕地的土壤水分特性,以保證選擇理想而實(shí)用的植被恢復(fù)目標(biāo)。
現(xiàn)存不同退耕年限植物群落的土壤水分特征對(duì)有效干預(yù)和調(diào)控植被恢復(fù)有著非常重要的參考價(jià)值。因此,評(píng)價(jià)黃土高原退耕地的土壤水分現(xiàn)狀有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而,現(xiàn)有的土壤水分評(píng)價(jià)方法存在著事物識(shí)別不清、受人為因素干擾及評(píng)價(jià)結(jié)果不直觀等困難。為此,本文通過(guò)對(duì)不同土層土壤水分評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,運(yùn)用基于熵權(quán)的屬性識(shí)別模型對(duì)黃土高原不同年限退耕地土壤水分進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),為加快黃土高原退耕地植被恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
研究區(qū)概況研究區(qū)在延河流域,位于黃土高原腹地,流域全長(zhǎng)286.9km,總面積7687km?。研究區(qū)屬半干旱氣候區(qū),年降雨量500mm,年均氣溫9℃;主要土壤為粉沙質(zhì)黃綿土。土質(zhì)疏松,抗沖性差,水土流失嚴(yán)重,屬極強(qiáng)度侵蝕區(qū)。植被類型為森林草原植被---溫性草原植被。根據(jù)黃土高原植被區(qū)劃的主流觀點(diǎn),該區(qū)為森林草原帶,代表性植被有白羊草 (長(zhǎng)芒草、鐵桿蒿、茭子和達(dá)烏里胡枝子等。土地利用類型主要的水對(duì)區(qū)域第一性生產(chǎn)力的形成具有重要作用,從而成為土地資源質(zhì)量評(píng)價(jià)的主導(dǎo)因素之一。土壤水對(duì)植被恢復(fù)具有制約作用,它不僅影響植物群落的發(fā)生、發(fā)育和演替的速度,而且決定著植物群落演替的方向,因?yàn)橥寥赖乃质侵脖谎萏婊居衅赂亍⑻萏、果園、喬木林地、灌木林地、天然草地和荒坡地等類型。延河流域的地貌、土壤類型、成土母質(zhì)以及土地利用方式在黃土高原具有很好的代表性。
我們現(xiàn)在對(duì)土壤水分進(jìn)行樣品采集和測(cè)定主要通過(guò)空間代時(shí)間的方法來(lái)測(cè)定不同年限退耕地土壤水分變化。為減少由此產(chǎn)生的誤差,對(duì)每個(gè)時(shí)間序列進(jìn)行多點(diǎn)重復(fù)調(diào)查以增加樣本數(shù)。首先通過(guò)訪談、歷史資料查證等確定退耕的時(shí)間。土壤水分采用土鉆樣,烘干法(105℃)測(cè)定,測(cè)深5m,取樣深度間隔20cm。采樣時(shí)間為2005年7-8月。對(duì)獲取資料進(jìn)行分析時(shí),剔除了由于特殊立地的影響而形成的異常值,用于分析評(píng)價(jià)的樣點(diǎn)為66個(gè)!≡u(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)所處研究區(qū)域的土壤條件和土壤水分有效性與土壤持水力、水分常數(shù)(主要是凋萎系數(shù)和田間持水量)的特征,劃分出土壤有效水分區(qū)間。一般來(lái)說(shuō),有效水被植物的利用有難易區(qū)別,愈靠近凋萎系數(shù)的水愈難被植物吸收。在黃土高原,一般以田間持水量的60%作為植被生長(zhǎng)阻滯點(diǎn),相應(yīng)地,參考有關(guān)人員對(duì)土壤水分的研究結(jié)果,將研究區(qū)土壤含水量劃分為5個(gè)等級(jí)(表1)。
通過(guò)這次抽樣調(diào)查在大多數(shù)評(píng)價(jià)問(wèn)題中,權(quán)重的確定都受到主觀因素的影響,評(píng)價(jià)結(jié)果不統(tǒng)一,也沒(méi)有可比性。屬性識(shí)別模型是以屬性集理論和屬性測(cè)度為基本概念,在有序分割類和屬性識(shí)別準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上,能對(duì)事物進(jìn)行有效的識(shí)別和比較分析。該模型在一定程度上減小主觀因素的影響,已經(jīng)在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、水質(zhì)水資源評(píng)價(jià)等問(wèn)題中得到了成功應(yīng)用。運(yùn)用基于熵權(quán)的屬性識(shí)別模型進(jìn)行土壤水分綜合評(píng)價(jià)的基本思路:首先分別計(jì)算樣本各評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性測(cè)度及其權(quán)重系數(shù),利用加乘法原則求出樣本的屬性測(cè)度,最后根據(jù)置信度準(zhǔn)則和評(píng)分準(zhǔn)則對(duì)樣本進(jìn)行分類、比較和排序。
本研究運(yùn)用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù),使用土壤水分溫度記錄儀對(duì)延河流域退耕地土壤水分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。利用統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)土壤水分的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。土壤水分評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重是指不同土層土壤水分對(duì)整體土壤水分的影響程度或貢獻(xiàn)率,表示不同土層土壤水分在土壤水分綜合評(píng)價(jià)中的作用和地位的不同。在信息論中,熵值反映了信息的無(wú)序化程度,可以用來(lái)度量信息量的大小。某項(xiàng)指標(biāo)攜帶的信息越多,表示該指標(biāo)對(duì)決策的作用就越大。熵值越小,則系統(tǒng)的無(wú)序度越小,故可用信息熵評(píng)價(jià)所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用。本文采用熵值法確定權(quán)重,即熵權(quán),它是在客觀條件下由評(píng)價(jià)指標(biāo)值構(gòu)成的判斷矩陣來(lái)計(jì)算指標(biāo)信息的效用值。
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