中国黄土高原长期植被恢复对土壤持水能力的影响

《European Journal of Soil Science》：Impacts of Long-Term Vegetation Restoration on Soil Water Field Capacity in China's Loess Plateau

　　

摘要

植被恢复是缓解或防止土地退化最有效的措施之一。长期植被恢复必然会对土壤性质产生影响。然而，关于在区域尺度上长期植被恢复后土壤水力性质如田间持水量变化的预测研究仍然有限。本研究调查了中国黄土高原的243个采样点，在0–10厘米、10–20厘米和20–40厘米深度处测量了田间持水量值。研究利用MODIS原始图像和四种算法建立了预测模型，用于2001–2020年间的田间持水量预测及分布图绘制，并通过结构方程模型分析了影响田间持水量变化的因素。结果表明，随机森林在0–10厘米和10–20厘米深度处的预测精度最高（R²分别为0.43和0.56，RMSE分别为0.050厘米³厘米^?3和0.042厘米³厘米^?3，IQR分别为0.053厘米³厘米^?3和0.075厘米³厘米^?3），而反向传播神经网络在20–40厘米深度处的预测效果最佳（R²=0.54，RMSE=0.048厘米³厘米^?3，IQR=0.072厘米³厘米^?3）。2001年至2020年间，该地区的田间持水量总体呈上升趋势，年均增长率为0.002厘米³厘米^?3（p3厘米^?3上升到2020年的0.251厘米³厘米^?3，其中南部和东南部地区的增幅最为显著。研究还发现叶面积指数是影响田间持水量变化的主要因素，在0–40厘米深度处的直接影响路径系数为0.65。这些研究结果表明植被恢复有助于提升土壤水力性质，为黄土高原的可持续土地管理和水资源分配提供了科学依据。

要点

• 获得了2001年至2020年期间0–40厘米深度处1公里分辨率的土壤田间持水量数据。
• 中国黄土高原地区的田间持水量每年增加0.002厘米³厘米^?3。
• 植被变化是导致田间持水量变化的主要因素。
• 通过植被恢复，土壤水力性质在十年时间尺度上得到改善。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性说明

本研究的相关数据可在合理请求下向通讯作者获取。