土地沙化已经成为我国最严重的生态环境问题之一,而不断加剧的沙尘暴又使生态环境问题雪上加霜。流动沙丘作为沙尘暴的主要源头之一,其风蚀移动造成大面积农田掩埋、沙埋村庄、道路等,造成巨大的经济损失,因此,流动沙丘的防风固沙工作已刻不容缓,其工作的成败影响着整个沙化防治工作的进展。而土壤水分状况是决定植被治沙成败的重要条件。土壤水分作为土壤-植物-大气连续体(SPAC)的一个关键因子,它不但直接影响土壤的特性和植物的生长,而且间接影响植物分布和在一定程度上影响小气候的变化。随着固沙植被的建立、发展和演变,固沙年限的增加及人工固沙植被群落的生物类群剧增,沙丘的土壤水分呈现明显的下降趋势,土壤水分不足成了植被生长的最大阻碍,整个体系出现了不稳定现象,植被提前衰弱。因此,采取措施提高土壤水分的含量,及提高有限降水量的利用率,是长期固沙及植被恢复的关键所在,具有重要的现实意义。 基于以上背景,本试验在前人固沙模式的基础上,吸取前人固沙模式的成功经验及教训,在流动沙丘上,分别采取化学固沙及草栅格沙障生物固沙措施,并通过化学固沙区及栽植植物区不同面积搭配形成不同处理模式,以通过对降水截流,利用沙丘坡位优势,改变土壤水分径流增加生物区的土壤水分含量,以保证植被的正常生长,提高植被的成活率。 本试验利用中子水分仪长期监测流动沙丘的土壤水分状况,在时间序列上,对不同固沙模式土壤水分含量进行比较分析,优选出土壤水分含量较高的模式,并对此模式生物区表层0-30cm的土壤水分进行预测。主要结论如下: 1.中子水分仪的应用及标定方法 本研究证实了中子水分仪在流动沙丘上应用的可行性及可靠性,且就其标定方法提出了分层分段标定及线性非线性回归多种方法结合的方法,此方法标定方程精度较高,相关系数达到0.98左右,相对误差在5%左右,具有一定的推广利用价值。 2.不同化学固沙模式的土壤水分含量比较分析 通过不同化学固沙模式在时间序列上的土壤含水量比较分析,得出:整个流动沙丘,不同部位适用的最优模式不同,不同土层深度亦不同。在沙丘上部0-30cm土壤表层,化学固沙区中第一个模式(化学固沙带宽为最大8m)的土壤水分含量最高,在30-80cm土层深度,为第四个模式(化学固沙带宽为6m)的土壤水分含量最高;在沙丘中部化学固沙区的不同模式中,表层0-30cm为第六个模式(化学固沙带宽为2m)的土壤水分含量最高,而深层30-80cm为第四个模式(化学固沙带宽为6m)的土壤水分含量最高。 3.运用不同模型方法对土壤水分的动态模拟及预测 本文运用指数平滑法、自回归时间序列模型、及BP神经网络模型对土壤水分进行动态模拟预测研究。通过不同方法比较研究,得出BP神经网络方法在土壤水分模拟及预测方面精度都优于其他方法。