新疆玛纳斯流域非农业种植地盐碱性空间变异特征

土壤盐渍化是导致干旱区土地退化的主要原因之一,也是影响干旱区可持续发展和环境改善的基本问题。充分挖掘不同分类体系下盐渍土空间变异性可以为实施开垦或恢复生态措施提供科学依据。以干旱区开垦近50a的玛纳斯流域为研究区,在不同分类体系下,以土壤盐度,p H值,离子类型为指标,分析该区域非农业种植地(弃耕地,盐碱地,裸地,沙地)盐渍土类型的空间分布特征。结果表明:(1)研究区68%的样本属于非盐渍化,不同类型的盐渍土主要以链状分布于泉水溢出带-冲积平原-干三角洲地带,由南向北,区域整体盐分大致遵循先升高后降低再升高趋势,半方差函数分析土壤盐分呈现弱变异,说明这种分布情况是受随机(人为)因素的影响;而p H整体由南向北递增,传统统计学和地统计学的分析结果都表明土壤碱化呈现中等变异,受结构(自然)因素和随机(人为)因素的共同影响。表层土壤除在溢出带为氯化物型盐渍土外,其他地区自南向北由硫酸-氯化物型逐渐变为氯化-硫酸盐型和硫酸盐土、苏打盐土,离子的半方差函数拟合模型结果均是弱变异和中等变异,与美国盐度实验室分类体系的变异性结果相同,此类分布特征也是结构因素和随机因素共同作用的结果。(2)分析五种典型地貌的盐渍土分布,方差分析结果表明,5种地貌类型均呈现盐分表聚特征,碱化度则由南向北递增;其中盐碱特征最为显著的是泉水溢出带。泉水溢出带的盐土垂直方向的变化趋势为由表层至深层,盐土类型由硫酸-氯化物盐土变为氯化盐土;冲积平原和干三角洲样点处全剖面为氯化物-硫酸盐土,冲积洪积扇和沙漠地区则包含所有阴离子盐土类型。对玛纳斯流域盐渍土特性的空间异质性进行分析,可以为下一步有针对性地治理与改善土壤盐渍化提供科学依据。     

干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水-土壤-植物-大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。     

干旱区土壤盐渍化特征空间建模

当前,土壤盐渍化以及因灌溉引起的土壤次生盐渍化问题是我国干旱、半干旱区所面临的主要生态环境问题。在特征空间理论的支持下,以波谱分解技术为基础,以Landsat-TM、Landsat-ETM+多光谱遥感影像和野外调查数据为基础数据源,通过分析干旱区土壤盐渍化对地表生物物理特征的影响,探讨了表征盐渍化过程与地表生物物理特征之间的规律及定量关系,进而利用土壤盐渍化遥感监测中关键的3个指标——经过波谱分解技术获得的直接表征盐渍化的土壤盐渍化光谱、间接表征盐渍化的植被覆盖度和土壤水分含量协同构建了二维特征空间支持下的土壤盐渍化遥感监测模型VSSI(Vegetation fraction and Soil fraction Soil Index)、SVSI(Soil water contents and Vegetation fraction Soil Index)、SSSI(Soil water contents and Soil salinization fraction Soil Index)和三维特征空间支持下的土壤盐渍化遥感监测模型SVWSI和SDI。研究结果表明:基于三维特征空间建立的SVWSI(Soil salinization fraction-Vegetation fraction-Water contents Soil Index)和SDI(Soil Distance Index)模型对不同盐渍化程度土壤的敏感程度要高于基于传统二维特征空间建立的VSSI、SVSI和SSSI模型。其中,SVWSI和SDI模型与实测0—10 cm土壤盐分含量决定系数分别为R2=0.8325和R2=0.8646,这充分说明基于高维数特征空间所构建的土壤盐渍化遥感监测模型能更准确地反映盐渍化土壤地表盐量组合及其变化信息,且指标简单、易于获取,对于今后干旱区区域大尺度盐渍地信息提取以及动态监测研究具有重要意义。     

河西走廊盐碱土壤中的微生物

随着国家西部战略的推进和可持续生态农业发展的要求,开展盐碱化土壤的综合治理十分迫切。甘肃河西走廊地区地理位置特殊,由于灌溉水的增加,土体内水盐运动加快,加之蒸发量大,盐分表聚,土壤发生盐渍化现象十分普遍[1]。已有对盐碱地改良行为的研究一般只考虑土壤类型、水分、pH、施肥、植被等非微生物学因素,对于盐碱地土壤中微生物种群结构、优势菌群及在土壤盐碱化过程中     

黄河口湿地典型植物群落土壤水、盐入渗过程模拟

为探究积水条件、盐分条件对黄河三角洲河口湿地土壤水盐运移规律的影响,本研究采用实验室原位土柱实验,对芦苇、柽柳和盐地碱蓬3种典型河口湿地植被土壤的入渗过程及水盐重分布过程进行观测,并采用Hydrus-1D模型模拟水分入渗及重分布后的土壤剖面含水率、含盐量分布状况。结果表明：积水深度对土壤水分运移影响明显,不同积水深度条件下3种类型土壤的入渗速率均表现为先升高后骤降的变化趋势,并随入渗时间延长而不断衰减并趋于稳定;入渗实验结束后,0～30 cm土层含盐量基本与入渗水含盐量一致,在水盐运移末端(深度100 cm)趋近于土壤原始含盐量;水盐重分布后,剖面各层土壤含水率的差异减小,各层含盐量同入渗实验结束时含盐量相比基本保持不变;Hydrus-1D能很好地模拟土壤水盐入渗速率及土壤剖面的整体变化趋势,研究结果可为河口湿地水盐调控、湿地水文连通修复提供理论依据。     

干旱区土壤盐分积累过程研究进展

中国干旱区盐碱化土壤面积大,分布广,盐碱化作为土壤退化的一个重要方面,已严重影响了农业经济的可持续发展。中国作为土壤盐碱化危害最严重的国家之一,盐分的聚积及影响一直是干旱区研究的热点问题,全面开展土壤盐碱化的防治任重而道远。本文在分析干旱区土壤盐碱化的监测技术与方法的基础上,从土地利用、灌溉方式、自然环境因子等3个方面,综述了土壤盐分积累与运移过程及其影响因素,并认为:在盐碱化土地改良方面,应综合考虑各灌区的不同因素,探求既环保又经济的最佳组合改良模式;而在耐盐植物的筛选方面,应加强培育高效的土壤盐分改良植物。针对土壤盐分运移过程,提出了在流域或景观尺度上研究绿洲盐分运移过程的展望,以期为干旱区土壤盐碱化的防治和管理提供参考。     

基于流域尺度的土壤盐分空间变异特征——以渭干河-库车河流域三角洲绿洲为例

土壤中水溶性盐的分析,是发展研究盐渍土盐分动态监测与预报技术的重要基础工作。针对目前干旱半干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究了渭干河—库车河流域三角洲绿洲盐渍化土壤特征(土壤含盐量)的空间变异性。研究结果表明:渭-库绿洲土壤含盐量的空间变异性为中等变异,且随土壤深度增加而减弱。各层土壤的合理采样数为在95%置信水平,20%误差下的合理采样数目。高斯模型能够较好的拟合10-30cm及30-50cm层土壤含盐量的空间结构。各层土壤盐分空间变异性受到结构性与随机性因素共同作用的影响,呈强空间相关性。套合结构模型考虑到0-10cm层土壤盐分空间变异的尺度依赖性,能够更好的拟合0-10cm层土壤含盐量的空间结构。Kriging插值以及空间等值线分布趋势图能够直观的表现研究区内土壤盐分含量的空间分布状况和变化情况。研究为土壤特征变量空间变异分析与评价提供了普适性较强的实现方法,为构建盐渍土定量动态监测模型以及盐渍土的改良利用提供一定的科学依据。     

基于物候特征的盐渍化信息数据挖掘研究

盐渍化是影响植被和作物长势的重要因素,精确反演盐渍化的时空分布信息至关重要。基于MOD13A1-NDVI数据反演生长季开始日期(SOS)、生长季结束日期(EOS)、生长季长度(LEN)等物候参数和计算出能高精度反演盐渍化空间分布的多种植被指数、盐分指数、地形指数、干旱指数等参数后作为BP-ANN人工神经网络的输入因子来反演盐渍化信息,同时按照植被类型和地貌类型进行分区来反演盐渍化信息,以探讨盐渍化受植被和地貌类型的影响。主要结论如下:(1)盐渍化的形成受多种因素的影响,与物候参数大多呈非线性关系,不能单纯的以某拟合公式来进行表达,需要借助人工神经网络超强的非线性拟合能力来反演盐渍化信息。(2)通过深入挖掘植被物候信息,在融入物候参数后的反演精度显著提高。可决系数R2从0.68(非物候参数)增加到0.79(包括物候参数),但是需要加入地形、影像数据和土壤水分等方面的信息来更加精确的反演盐渍化信息。生物累积量指标LSI(Large seasonal integral)和SSI(Small seasonal integral)能够很好的表征盐渍化的信息。(3)划分植被类型后的盐渍化提取精度进一步提高,可决系数R~2达到了0.88。(4)以地貌特征作为类型分区后,反演结果的R~2达到了0.85,精度较高,比以植被类型作为分区的精度略小。高程较低区域的盐渍化现象普遍较重,盐渍化程度受到地形和地貌因素的影响显著。(5)农用地区域多为非盐渍化和轻度盐渍化地,稀疏植被区多为重盐渍化地。研究区的非盐渍化和轻盐渍化地、中盐渍化地和重度盐渍化地比例分别为53.42%,13.71%,32.87%。以上的研究结果提出了一种融合物候信息和非物候参数来反演盐渍化信息的方法,进行深入的协同植被物候监测盐渍化信息方面的数据挖掘,在融入了物候参数后,盐渍化的预测精度显著提高。     

干旱区不同草地土壤植物系统水盐的特征

 土壤水盐状况对干旱区草地植物群落的种类组成有直接的影响。本文通过3年对土壤水盐动态(1m土壤含盐量、潜水埋深和矿化度)的定位定点监测,系统地划分出水盐等级指标,并结合草地调查,阐述了不同草地类型与水盐状况的关系,将新疆呼图壁草地生态试验站天然草地划分为沼泽化低地草甸、盐化低地草甸、重盐化低地草甸、盐土荒漠和重盐土荒漠五个亚类。     

苏打盐渍土草原植被群落分布与土壤理化性质相互关系

对羊草、星星草、虎尾草和碱蓬4中植被类型及碱斑裸地下苏打盐渍土0～30 cm剖面的化学和物理性质进行了测定,分析了苏打盐渍土草原植被群落分布与土壤理化性质的相互关系。结果表明:按羊草、星星草、虎尾草、碱蓬和碱斑的排列顺序,苏打盐渍土理化性质不断恶化;0～10 cm剖面的土壤饱和浸提液电导率(EC e),碱化度(ESP)、pH和土壤容重是影响群落分布的决定性因素;植被群落分布情况可以定性反映土壤的盐渍化程度和物理性质;植被生长可以影响盐渍土的理化性质;植被生长改变了土壤剖面ECe和ESP的分布规律,在有植被群落分布的土壤上,ECe和ESP均随剖面深度的增加而升高,而在无植被生长的碱斑地,二者均随剖面深度的增加而降低;植物生长可在一定程度上改善土壤的结构系数和饱和导水率。     

基于遥感的塔里木盆地北缘绿洲干湿季土地盐渍化监测

土壤盐渍化是导致干旱区土地退化、抑制植被生长、影响区域农业生产的最主要的生态环境地质问题.利用遥感数据准确、快速地获取区域盐渍化土壤的动态变化信息对于土壤盐渍化监测具有重要意义.本文以盐渍化现象严重的新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,以2011年4月15日和2011年9月22日成像的两期Landsat-TM多光谱遥感数据为数据源,结合对研究区实地考察所采集的实测数据,通过提取改进型归一化差异水体指数、归一化植被指数以及K-L变换后所提取的第3主成分等参数作为特征量,利用决策树分类方法分别建立了研究区两个关键季节（干季和湿季）的土壤盐渍化信息提取模型,并绘制了两个季节的土壤盐渍化信息分类图.结果表明： 该方法对干季和湿季盐渍地信息的提取精度分别达到87.2%、85.3%,识别精度较高;采用该方法可以有效地对盐渍地变化信息及其空间分布状况进行监测,可为干旱区盐渍地的综合治理和绿洲土地资源的合理利用提供科学依据.     

天山北麓典型地段植被对景观格局和动态的指示意义

景观是由气候、地貌、水文、土壤、植被等组分构成的综合体。这些组分之间相互影响、相互作用,其中植被对其它组分的反映最为敏感。研究了天山中段北坡从中山开始,向下经准噶尔盆地南缘壤质和黏土荒漠,到古尔班通古特沙漠南缘的范围内,以典型温带荒漠植被为主的天然植被格局及其与环境梯度的关系,并以此为基础探讨了干旱区荒漠植被对于景观格局及相应的景观过程的指示意义。结果表明,土壤质地对研究区植被类型有显著的影响,白梭梭-梭梭群落、梭梭群落、琵琶柴群落对细粒物质的偏好依次增大,对粗粒物质含量则有相反的规律;研究区壤质和黏土荒漠中的白梭梭-梭梭群落可以作为景观中土壤沙化过程的指示体。在对土壤含盐量的适应性方面,琵琶柴群落高于梭梭群落,分布在总盐含量更高的生境中,柽柳群落则对土壤盐分没有明显的偏好;盐生矮半灌木群落可以作为土壤盐渍化过程的指示体。在对土壤水分与地下水位的适应性方面,柽柳群落表现出较明显的对高的土壤含水率的偏好,可以指示景观中具有优良生境的斑块。荒漠化过程是干旱区重要的景观生态过程,主要表现为土壤沙化和土壤盐渍化,而这两个过程都有非常明显的植被表征,因此,在以荒漠化动态为目标的干旱区景观动态分析中,可以通过植被的演化来推断景观格局的动态变化,进而推断荒漠化动态。     

盐渍化条件下土壤团聚体及其有机碳研究进展

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,对改善土壤结构和增加土壤固碳具有重要作用。盐渍化导致的特殊土壤性质,如高盐分离子(主要为Na⁺)浓度、低有机质含量和较差的微生物条件等因素,对团聚体的形成和稳定产生障碍作用,因此探讨盐渍化土壤团聚体特征更具有重要性和特殊性。滨海湿地和内陆盐渍化沼泽湿地是盐渍化生态系统的重要组成部分。本文系统整理和总结了国内外盐渍化土壤团聚体及其有机碳的研究进展,并对上述两种盐渍化湿地生态系统中土壤团聚体研究进行了综述。土壤有机无机改良剂添加、耕作方式、植被类型、秸秆还田以及微咸水灌溉等农业措施对盐渍化土壤团聚体及其有机碳形成和稳定具有积极影响。最后提出了目前盐渍化土壤团聚体及其有机碳研究存在的问题和不足,并对未来的研究方向和热点进行了展望,为全面了解盐渍化土壤团聚体研究的最新成果和发展方向提供参考。     

水盐梯度下荒漠植物多样性格局及其与土壤环境的关系

植物多样性格局作为生物多样性维持的一个重要方面可揭示群落构建的信息,反映物种对环境的适应性。结合样带调查和实验分析的方法,研究新疆艾比湖湿地自然保护区内水盐梯度下荒漠植物多样性格局及其与土壤环境因子间关系。结果表明:(1)高、低水盐样地(SW1,SW2)土壤容积含水量(SVWC)和电导率(EC)分别为16.65%和12.02 m S/cm及2.63%和1.91m S/cm,水盐变化主要影响草本和部分灌木群落的植物组成;(2)高水盐生境下植物群落无明显趋势性分布,低水盐生境下植物种依水盐和营养元素呈区域性分布。(3)高水盐生境下荒漠植物的多度分布呈对数正态模型,低水盐条件下符合Zipf模型,多度分布的变化反映了群落组成结构的水盐梯度响应;(4)SW1样地多样性总体显著高于SW2样地,土壤p H、SVWC和硫(S)对植物多样性有不同程度的极显著影响。综上可知,荒漠植物分布及多样性格局与土壤环境间关系呈一定的水盐梯度响应规律,本研究可为该地区植被恢复和土壤盐渍化治理提供科学依据。     

中国干旱半干旱区潜在植被演替

研究中国干旱半干旱区植被背景,成为其生态环境建设方面的基础性和指导性的工作。潜在植被作为一种与所处立地达到平衡的演替终态,反映的是无人类干扰的情况下,立地所能发育形成的最稳定成熟的一种顶极植被类型,是一个地区现状植被的发展趋势,对本地区植被生态的恢复和重建具有重要的指导意义。以综合顺序分类法为基本理论方法,在GIS研究方法支持下,采用中国干旱半干旱区119个气象观测站1961-2005年的年降水数据与115个气象观测站1961-2005的>0℃年积温数据,以15a的年平均数据为时间周期,对中国干旱半干旱区潜在植被的演替进行了分析,得出了以下结论:在中国干旱半干旱区,潜在植被类型之间发生了复杂的演替过程。1961-1975年间,分布在中国干旱半干旱区的潜在植被有10种类型,由于气候变化,到20世纪90年代后期仅剩6种类型。在潜在植被类型之间的转化特征与数量方面,表现出3种特点,稳定减少、稳定增加与波动性变化。在潜在植被类型地理分布格局变化与发展方向方面,演替明显的地区主要有:吐鲁番盆地、锡林郭勒高原北部、呼伦贝尔高原、太平岭地区;在发展方向上,潜在植被的空间变化方向(演替方向)均异。潜在植被类型演替的驱动因素主要是气候变化条件下,影响植被分布的水热条件发生了改变。     

陕西定边盐渍土土壤含盐量和pH的空间分布特征

为给陕西省定边县堆子梁镇盐渍土综合整治提供基础资料,对该地区盐渍土土壤含盐量和pH的空间分布特征进行研究。运用地统计学方法对研究区土壤含盐量和pH的空间分布特征进行分析。结果表明,研究区土壤含盐量的平均值为0.54%,高于强度盐渍化土标准（>0.4%）,属于强度盐渍化土;pH的平均值为8.90,属于碱性土壤;同时,pH空间分布格局总体呈高含盐量区域pH低的特点。分析半方差函数可知,土壤含盐量变化符合指数模型,自相关距为2 010 m,块金系数C₀/(C₀+C)为0.50,表现出中等变异程度;pH变化符合线性模型,自相关距为2 377 m,块金系数C₀/(C₀+C)为0.21,具有强烈的空间相关性。根据盐渍土土壤性质的空间分布特征,在研究区盐渍土土壤综合整治中,可采取分区域、分方法、有针对性地进行改良与利用的措施。     

科尔沁沙地不同水盐处理对豆田土壤真菌群落结构和功能的影响

为揭示北方沙区典型盐碱地不同灌溉量对油莎豆(Cyperus esculentus)农田土壤真菌群落组成结构和功能群特征的影响。以吉林省松原市前郭尔罗斯灌区油莎豆农田为研究对象，开展水、盐双因素(水处理：50%、70%、100%标准灌溉定额；盐处理：非盐渍土、弱盐渍土、中盐渍土)随机区组野外控制实验，比较分析不同水盐处理下油莎豆土壤真菌群落特征。(1)油莎豆农田土壤样品共获得2354个真菌OTU,隶属于13门43纲114目224科434属，其中，子囊菌门(Ascomycota)((67.83±6.33)%)、被孢霉门(Mortierellomycota)((16.96±6.02)%)和担子菌门(Basidiomycota)((11.31±1.82)%)占绝对优势。随灌溉量增加，优势属由被孢霉属(Mortierella)变为镰孢菌属(Fusarium)和毛壳菌属(Chaetomium)。不同水盐处理下真菌多样性无显著差异(P>0.05)。(2)真菌功能群以腐生营养型为主，病理营养型次之，共生营养型占比最低。随灌溉量增加，腐生和共生营养型真菌均先减少后增加，病理营养型真菌先增加后减少；...     

盐性条件下植物内生真菌多样性及其生态学功能研究

<正>据统计,盐化土壤在地球上所占比例超过7%,我国盐渍土面积约9 900万hm2,土壤盐渍化对农业生产的影响已成为一个全球性的问题。盐生植物是盐渍化土壤中的天然植物类群,可显著降低土壤盐分,改善盐碱土壤肥力及土壤微生物种群结构。内生真菌生活在植物体内,可促进其宿主生长,增强宿主的抗干旱和抗病虫害能力。长期生活于盐渍化土壤中的盐生植物具有耐盐碱、耐旱等特性,其体内也因积累大量的Na+和Cl-成为一个高盐的微环境。有研究表明,内生真菌在盐胁迫条件下能促进盐生植物的生     

干旱区内陆河流域尾闾绿洲土壤盐渍化动态预测

针对干旱区尾闾绿洲土壤盐渍化严重发生的现状,运用遥感和GIS技术,基于天山北麓三工河流域平原尾闾绿洲农区0~20 cm耕作层土壤盐渍化特征,利用空间概率模型预测了其今后的发生状态。结果表明:经过长时间的土地利用,土壤盐渍化程度有所加剧;通过空间概率模型χ~2检验,1982—2005年的转移概率模拟值与实际值可靠性要高于1982—1999年的转移概率。模型模拟结果显示,2010年以后到达稳定状态,人工景观的面积增加,自然景观的面积减少,其中轻盐化耕地面积减少,中盐化和重盐化耕地面积增加,在长时间范围内,土壤盐渍化依旧是制约研究区绿洲耕地生产力的主要因素。     

南疆机采棉田灌溉制度对土壤水盐变化和棉花产量的影响

土壤盐渍化在南疆干旱区的持续加重威胁到棉花生产,如何通过制定精准的膜下滴灌灌溉策略控制盐分累积是目前研究的一个关键科学问题.本研究从改善土壤状况、保证棉花产量出发,在南疆主要棉花产区设置生育期不同灌水定额试验,研究灌溉定额对土壤水盐运移和棉花产量、品质的影响.结果表明: 灌溉定额的增加有助于棉花光合产物的积累,但对生殖器官分配比例无显著影响;土壤脱盐程度与灌溉定额呈正相关关系,当棉花生育期灌溉定额高于2577.83 m³·hm^-2时,土壤盐渍化程度不会加深;灌溉定额显著影响灌溉水利用效率(WUE_I),但纤维品质没有显著差异,且棉花产量随灌溉定额增加呈现先增加后减少的趋势.研究认为生育期灌溉定额4200 m³·hm^-2(蕾期灌水间隔7 d,花铃期灌水间隔5 d)是南疆干旱区较为适宜的灌溉制度.