基于复杂网络的复垦土壤与植被交互影响研究

论文摘要

土壤与植被作为煤矿区土地复垦主要组成,在生态恢复与重建方面扮演着重要角色。土壤与植被之间存在着复杂的交互影响,了解土壤与植被交互影响的机理对矿区土地复垦和生态恢复具有重要意义。本研究选取山西省安太堡和安家岭露天煤矿中70个复垦样地的土壤和植被进行调查。运用复杂网络的方法,将10个土壤因子和5个植被因子作为节点,各因子之间的关系作为连线,利用Gephi软件构建植被-土壤交互影响复杂网络。通过计算网络的度值、聚类系数、三角形数量、介数中心度、紧密中心度和平均路径长度来分析复杂网络的结构和性质,探讨土壤与植被交互影响的机理。研究结果表明:（1）植被-土壤交互影响复杂网络的平均路径长度为1.8,平均聚类系数为0.619,节点间的信息传递速率快,联系较密切。土壤有机质的度值最大,介数中心度最高,在网络中处于核心地位。与黏粒含量、粉粒含量、郁闭度、全氮共同构成土壤-植被交互影响复杂网络的骨架。（2）植被-土壤交互影响复杂网络分为三个社团:土壤物理性质社团,土壤化学性质社团和植被社团。土壤化学性质社团具有最大的聚类系数和三角形数量,结构最稳定,集聚性最强。其次为植被社团,土壤物理性质社团的稳定性和集聚性最差。有机质、黏粒含量、郁闭度和全氮在维持网络稳定性中起关键作用。（3）删除网络节点时,网络的平均度、平均路径长度、平均聚类系数变化较小,表明植被-土壤交互影响复杂网络比较稳定。删除节点后,网络中的剩余结点仍然连通,网络连通性对结点故障具有鲁棒性。删除重要节点有机质、黏粒含量、全氮时,网络的集聚性变弱,节点之间的信息传递速率变低。（4）随着复垦时间的增加,复杂网络的平均度、平均路径长度和平均聚类系数都会发生相应的变化。平均度呈上升趋势,各土壤和植被要素之间的连接度增大,网络的规模变大。平均聚类系数呈上升趋势,复杂网络内部节点之间的关联性变大,网络变得紧密,稳定性变强。平均路径长度呈上升趋势,网络的规模变大,系统的稳定性变强。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1.绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 研究目的与意义
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 矿区复垦土壤与植被的演替规律
•     1.3.2 矿区复垦土壤与植被交互影响的方法
•     1.3.3 矿区复垦土壤与植被交互影响的机理
•     1.3.4 当前研究中存在的问题与不足
•   1.4 研究内容及技术路线
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 技术路线
• 2.研究区概况与研究方法
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 气候条件
•     2.1.4 土壤状况
•     2.1.5 植被状况
•   2.2 样品采集与测定
•     2.2.1 样点布设方案
•     2.2.2 数据采集
•     2.2.3 样品测定
•   2.3 研究方法
•     2.3.1 描述性统计分析
•     2.3.2 相关性分析
•     2.3.3 复杂网络模型
• 3.植被-土壤交互影响复杂网络模型构建
•   3.1 数据处理
•     3.1.1 植被和土壤数据的描述性统计分析
•     3.1.2 植被与土壤数据的相关性分析
•   3.2 植被-土壤交互影响复杂网络模型构建
•   3.3 植被土壤交互影响复杂网络的指标计算
• 4.植被-土壤交互影响复杂网络指标分析
•   4.1 植被-土壤交互影响复杂网络指标的描述性统计分析
•   4.2 植被-土壤交互影响复杂网络的节点重要性分析
•   4.3 植被-土壤交互影响复杂网络的集聚性分析
•   4.4 植被-土壤交互影响复杂网络的稳定性分析
•   4.5 植被与土壤指标交互影响分析
•     4.5.1 植被指标与土壤物理性质指标交互影响分析
•     4.5.2 植被指标与土壤化学性质指标交互影响分析
•   4.6 小结
• 5.植被-土壤交互影响复杂网络动态分析
•   5.1 植被-土壤交互影响复杂网络的动态模型构建
•   5.2 植被-土壤交互影响复杂网络动态模型的指标计算
•   5.3 小结
• 6.植被与土壤交互影响的机理揭示
•   6.1 植被与土壤物理性质的交互影响机理
•   6.2 植被与土壤化学性质的交互影响机理
•   6.3 矿区复垦土壤和植被恢复的措施
• 7.结论与展望
•   7.1 研究结论
•   7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张兆彤

导师: 王金满

关键词: 土地复垦,植被,土壤,交互影响,复杂网络

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: Q948

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001306

总页数: 66

文件大小: 4341K

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