【数据分析】林分大小动态、火灾扰动和TBA应力分析的稀树草原水资源模型附Matlab代码

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🔥 内容介绍

稀树草原作为一种独特的生态系统，兼具森林和草原的特征，其水资源动态受到植被、干扰事件和环境应力的复杂影响。林分大小动态（树木个体与群体的生长、死亡规律）、火灾扰动（频率、强度对植被和土壤的改造）以及 TBA（树木 - 灌丛 - 草本）界面的应力交互，共同构成了影响稀树草原水资源分配与循环的核心要素。通过构建整合多因素的数据分析模型，可定量揭示各因子对水资源的作用机制，为生态保护和水资源管理提供科学依据。

稀树草原水资源模型的构建框架

模型核心变量与数据基础

稀树草原水资源模型以 “水分输入 - 分配 - 消耗 - 输出” 为核心链条，关键变量包括：

• 水分输入：降雨量（月均、季节性分布）、地表径流补给、地下水浅表层渗透量；

• 植被相关变量：林分密度（树木株数 / 公顷）、平均胸径（反映林分大小）、灌丛盖度、草本生物量，以及植被蒸腾速率、根系分布深度；

• 火灾扰动参数：火灾发生频率（年次 / 10 年）、火烧强度（以可燃物消耗量或地表温度峰值表征）、火烧后植被恢复周期；

• TBA 应力指标：树木与灌丛的水分竞争强度（通过根系重叠度计算）、草本层对表层土壤水分的截留率、干旱胁迫下的植被水分利用效率（WUE）。

数据来源包括：长期生态监测站的气象与植被数据（如非洲塞伦盖蒂、南美塞拉多保护区）、遥感影像反演的植被覆盖与火灾痕迹、土壤采样分析的持水能力与渗透率，以及野外布设的土壤水分传感器数据。

模型结构与关联机制

模型采用 “驱动 - 响应” 框架，通过数据分析建立变量间的定量关系：

• 林分大小动态对水资源的影响：林分增大（胸径增加、密度提高）会增强蒸腾耗水，但成熟树木的深根系可吸收深层地下水，减少对表层水分的竞争；反之，幼龄林分以表层根系为主，可能与草本、灌丛形成水分竞争。

• 火灾扰动的双重作用：低强度火灾可清除枯落物，减少地表截留，增加雨水入渗；高强度或高频火灾会破坏土壤结构（如形成 hydrophobic 层），降低渗透能力，同时烧毁植被导致蒸腾减少，地表径流增加。

• TBA 应力的交互效应：干旱胁迫下，树木与灌丛通过化感作用或根系竞争抑制对方生长，改变水分分配比例；草本层的存在则通过快速吸收表层水分，影响树木幼苗的存活与生长。

⛳️ 运行结果

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