生态学杂志 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (10): 3169-3180.doi: 10.13292/j.1000-4890.202610.035
• ·生态水文过程与系统韧性专栏·(专栏组稿专家:董建志、孙守琴、薛宝林) • 上一篇 下一篇
魏玲娜1,2,潘继旺1,董建志3,4*,高满3,4,单顾天1
WEI Lingna1,2, PAN Jiwang1, DONG Jianzhi3,4*, GAO Man3,4, SHAN Gutian1
摘要: 土壤水分时间稳定性对优化水文监测和理解生态水文过程至关重要,然而其下垫面影响作用复杂,大范围地面观测成本高,实施困难,且遥感产品在该领域的适用性仍有待验证。为此,本研究基于美国7个典型实验流域土壤水分站点实测资料,利用高分辨率(1 km)遥感土壤水分产品与多源下垫面属性数据,综合运用随机森林(RF)与结构方程模型(SEM),系统揭示流域尺度土壤水分时间稳定性的空间格局,识别主导影响因素,并解析其关联路径。结果表明:(1)站点实测数据证实流域土壤水分时间稳定性特征的空间异质性显著,而遥感产品的空间干湿格局与地面观测一致性较高(Spearman秩相关系数为0.50~0.90),能够可靠刻画流域尺度平均相对偏差(MRD)的空间分布特征,但时变幅度偏小;(2)下垫面MRD主导因素作用呈现明显层次,地形(尤其是高程)作用最广且主导,土壤(砂粒、黏粒含量与容重)次之,植被(叶面积指数)影响相对局限,各流域主导影响因子及其贡献程度存在差异;(3)MRD对下垫面因子的响应普遍表现为非线性与阈值效应,且响应模式在流域间差异显著,基于主导影响因子构建的MRD预测模型精度良好(R2为0.53~0.78);(4)结构方程模型进一步量化了主导因子的关联路径,表明高程对流域MRD具有显著且占优势的负向直接效应,同时揭示了关联路径存在明显的区域特异性,反映了局部地形-土壤-植被配置的强烈调控作用。本研究证实了遥感数据用于流域土壤水分时间稳定性研究的可行性,明确了下垫面多因子协同作用的层次性、非线性及区域差异,为优化土壤水分监测网络、发展机理导向的水文模型提供了重要科学依据。