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。     

基于移动窗口法的肃州绿洲化与景观破碎化时空变化

以甘肃省酒泉市肃州绿洲为例,以1990、1999和2010年3期Landsat TM/ETM同月相数据为数据源,基于Arc GIS与Fragstats软件,采用移动窗口法、转移矩阵和景观指数等开展绿洲化与景观破碎化的时空变化研究。结果表明:(1)肃州绿洲化过程主要表现为绿洲面积变化和内部土地利用类型之间的转化。绿洲面积变化以耕地、草地和城市建设用地等的增加为主;绿洲土地利用类型转换主要表现为耕地内部变化、草地与未利用地,城市建设用地与未利用地之间的转换等。(2)景观破碎化程度整体上呈减缓趋势,其剧变区多集中于绿洲边缘的银达镇、三墩镇、黄泥堡乡和下河清乡等,景观破碎化在空间上表现为由绿洲内部向边缘区转移。(3)以草地为主的绿洲荒漠过渡带是绿洲扩张和景观破碎化的多发区,更是维持绿洲稳定和可持续发展的关键子区。研究可为绿洲景观管理和可持续发展提供科学依据。     

绿洲景观空间邻接特征与生态安全分析

以金塔绿洲为例,运用Arc View3．0a计算了绿洲景观类型与沙地和盐碱沼泽地的空问邻接长度和数目比例,利用地理缓冲区分析方法计算了沙地和盐碱沼泽地对绿洲景观面积的影响,提出了绿洲生态安全受胁程度的计算方法结果表明,绿洲景观类型与沙地和盐碱沼泽地的空间邻接边长和数目的差异较大;受沙地和盐碱沼泽地影响的面积在景观类型中也存在差异;草地和耕地与沙地的邻接边长和数目较大,受沙漠化的威胁比较重,而林地和耕地受盐渍化的威胁比较严重;基于景观类型空间邻接的生态安全评价分析可以初步反映绿洲景观受沙漠化和盐渍化的威胁程度     

绿洲景观动态变化分析

以新疆石河子150团场为研究地区,对其1982－1995年景观动态及其原因进行了研究。结果表明,景观变化主要体现在以下方面：首先是景观基质由耕地转变为荒草地;其次,从嵌块体类型看,在绝对面积上,荒草地、林地和居民点是增加的,其余的嵌块体类型均呈现出减少的趋势。第三从嵌块体的转换过程看,菜地、弃耕地、园地和沙地的转化率最高,均在40％以上,而荒草地和耕地的转化率无在20％左右。就其原因而言,主要有人工绿洲垦殖过程中非人力为主观原因引起的绿洲地下水高水位区的形成,以及人口变化、粮食单产提高和经济环境变动等。     

绿洲景观中居民地空间分布特征及其影响因子分析

以张掖绿洲居民地为研究对象,用景观格局分析软件FRAGSTATS计算了5个景观格局指标,用GIS计算了形状指数、景观类型空间邻接比例、最邻近指数、最近距离以及居民地的耕作半径,借鉴聚落地理学中的居民地分布研究方法,分析了居民地的空间格局特征及其影响因子。结果表明：①耕地是张掖绿洲内的景观基质,居民地是绿洲内分布最广、斑块数最多的景观类型;居民地的平均斑块面积小、形状简单、聚集度高,与耕地的空间邻接长度和数目均最高,其空间分布类型存在空间差异;②耕地是影响居民地分布格局的重要因子。缓冲区分析方法可以从理论上确定居民地的耕作半径,耕作半径与居民地的空间分布类型紧密相关;③居民地到渠系的平均最临近距离为215m,75．6％的居民地中有渠系穿过;④居民地分布受中心城市——张掖市的影响程度极其明显,两者呈指数相关;⑤景观格局分析、居民地分布研究方法和GIS空间分析方法的有效结合,可以较好的反映居民地的空间分布特征及其影响因子的相关性;⑥借鉴聚落地理学的最近邻点指数具有明确的生态含义,可以作为量化景观聚集度的指标。     

黑河流域酒泉绿洲景观生态安全格局分析

以1986年和2000年的酒泉市遥感数据为基础资料,利用GIS软件生成研究区的景观类型图,计算各景观斑块的面积、数目、形状等空间特征和基于景观空间邻接的绿洲生态安全指标,进而在空间格局方面对绿洲的生态安全进行评价,以了解在人类活动影响下酒泉绿洲的生态安全状况,为该地区生态环境保护提供科学依据。结果表明：（1）从1986年到2000年,绿洲不断扩张,各绿洲斑块类型面积呈增加趋势,同时强烈的人类活动也造成了沙地和裸土面积的增加;（2）从1986年到2000年,受沙化威胁程度最大的斑块类型由耕地变成了草地,而城乡居民用地始终是受胁程度最小的斑块类型;除了城乡居民用地,各绿洲斑块类型受沙化的潜在威胁程度是增加的,人类有目的性的干扰活动改变了干旱区有限水资源的分布与分配,社会经济发展的同时导致了生态环境的退化;（3）与1986年相比,2000年各绿洲斑块类型受盐碱化威胁呈减弱趋势,表明注水洗盐改良土壤使得局部地区生态系统向良性方向演替。干旱区绿洲生态环境有脆弱性和易变性的特点,加强区域景观生态建设和生态安全控制有利于将景观演化导入良性循环。     

重庆岩溶区土壤景观多样性

不同土壤发生类型塑造了异质的景观格局,而土壤类型上不同的土地利用实践又对原有景观格局进行重构。研究的目的是利用景观指数识别重庆岩溶区土壤多样性的景观特征。结果表明：重庆市岩溶区土壤景观多样化和空间异质化程度不高,各景观分布比例不均匀;土壤景观嵌块体呈现复杂的几何形状,黄壤、石灰土和黄棕壤是主要的土壤类型;除山地草甸土以林地和草地,棕壤以林地为主要景观外,其余9种土壤类型都以耕地和林地为主要景观;农、林用地在重庆岩溶区土壤景观空间格局的结构和功能中起主导作用;但因各类土壤性质和分布特点的不同,耕地和林地在各类土壤上的分配比例上存在明显差异;人类活动在诱导耕地嵌块体数急剧增多的同时,居民工矿用地、林地、未利用地嵌块体数目也相应增加;研究可为岩溶区土地利用决策与调控提供科学依据,加深人们对岩溶区土壤多样性的理解。     

基于VIC模型模拟的干旱区土壤水分及其时空变化特征

土壤水分在陆地水循环中起着十分重要的作用,大尺度、长时间及高精度的土壤水分监测是旱情预警、生态恢复与精准农业决策部署的重要指导依据,而陆面过程模式模拟在时空尺度上可获得更准确的土壤水分特征。以渭-库绿洲为目标靶区,结合VIC陆面过程模型和土地利用类型变化,探讨2009—2016年研究区年际间不同地类土壤水分时空变化规律,并用实测数据进行精度验证,结果表明:(1)东北区域土壤含水率模拟值较高,土壤含水量低值集中在研究区西部与南部区域。(2)盐渍土壤表层含水量高于耕地,每年雨季,灌丛土壤含水量高于其他3种地类,由于大量荒地转为耕地,绿洲荒地土壤含水量与耕地土壤相互接近,在28.784—53.741 mm之间。(3)渭-库绿洲近7年耕地与盐渍地面积大幅度增加,耕地与盐渍地面积增幅达35%以上,荒地面积相较2009年减少约46%,灌丛面积增幅约15%。(4)荒地土壤含水量伴随面积大幅度下降,土壤含水量数值集中在正态曲线28.6 mm以上区域。VIC模拟值与实测值均方根误差(RMSE)范围在1.4—2.80之间,RE范围在0.90—2.20之间,R²范围在0.40—0.60...     

黄河三角洲湿地不同景观类型影响下植被与土壤因子的空间分布特征

以黄河三角洲湿地为研究区,结合遥感影像和实地调查数据,构建湿地景观类型和主要影响因子的空间分布格局,解析不同景观类型下的植被及土壤因子的空间分布特征以及耦合关系.结果表明:农田、湿地植被区是研究区内面积最大的景观类型,分别占有46.87％、20.6％,而植被覆盖贡献率59.07％、37.62％,生物量贡献率59.08％...     

岷江上游汶川县耕地景观变化及空间驱动力

基于遥感影像和地理信息系统技术,应用景观指数和Kappa指数系列方法对岷江上游耕地景观变化进行研究,并引入二项Logistic逐步回归模型,选择海拔、坡度、坡向、到道路、河流和居民点距离为驱动因子对汶川县耕地景观变化的空间驱动力进行分析.结果表明: 研究期间耕地景观面积一直处于增长趋势,1974—1986年间耕地景观面积增幅最大.1986—2000年间耕地面积增加不明显,但是耕地景观与其它景观类型相互转换频繁,空间位置变化剧烈,特别是1994—2000年期间.耕地景观面积变化的驱动力主要为政策变化.耕地景观变化的空间驱动力在不同时间段内存在较大差异.     

基于电磁感应技术的土壤剖面盐分空间分布建模研究

土壤盐渍化问题是干旱半干旱地区农业发展的主要障碍,也是制约荒漠植物生长状况的关键因素之一,严重影响到绿洲生态环境的稳定与安全。研究土壤剖面盐分的分布情况,能及时探究盐渍化对生态的影响。以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究靶区,利用电磁感应仪技术与传统采样方法获取该地区典型地块的土壤电导率,剖析其剖面分布特征,在建立磁感式表观电导率和土壤样本实测电导率之间的线性混合模型的基础上,采用自然邻近插值方法解析和评估研究区土壤剖面盐分的空间分布特征。结果表明:研究区土壤电导率具有较强的表聚性与空间变异强度,土壤主体属于中度盐渍化类型;基于各深度层土壤电导率与磁感表观电导率所构建的3种线性混合模型均能达到0.01的显著性水平,其中磁感表观电导率两种模式相结合解译模型预测精度最高;自然邻近法插值结果直观反映研究区土壤剖面盐分的空间分布状况,与水平模式和垂直模式相结合的土壤盐分解译模型相结合则能够更有效的提高土壤盐分空间分布的预测精度。研究结果表明,借助构建的土壤盐分解译模型可对研究区土壤盐渍化空间分布情况进行快速监测与评估,为该区土壤盐渍化的防治提供了一定的技术支撑。     

Effect of Land Use History and Pattern on Soil Carbon Storage in Arid Region of Central Asia

The purpose of this study is to investigate variations in soil organic carbon (SOC) in arid areas due to differences in the cultivation history, land use, and soil salinization. The study area is the lower Sangong River basin on the piedmont of the northern TianShan mountains, which experiences heavy land-use activities. In 1982 and 2005,127(152) and 74 (161) samples in old (new) oasis were collected from each site at the surface soil (i.e., 0–20 cm). The data reveal that the mean value of the surface soil organic carbon content of the old oasis was higher than that of the new oasis by 4.01 g/kg in 1982 and 3.79 g/kg in 2005. Additionally, the soil organic carbon content decreased more rapidly in the newly reclaimed oasis than in the old oasis from 1982 to 2005. The spatial pattern of the SOC content was correlated with the exploitation time in the new oasis, the agricultural land use history, and the SOC content. The decreasing trend is clearer in the high SOC content area than in the low SOC content area. Farmland is the largest carbon pool in both the new and old oases. The carbon density of the old oasis was higher than that of the new oasis by 4.01 and 3.79 g/kg in 1982 and 2005 respectively. The loss of SOC in the agricultural watershed of the arid region in NW China is obvious. Improvements of land management practices, such as no tillage, straw returning to soil, and balanced fertilization techniques, should be adopted to increase the SOC content.     

天山北麓新人工绿洲扩张过程中的碳库格局变化与碳库迁移

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25%增加到40%以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70%,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7%,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2%,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4%,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50%,总碳储量与1996年相比微降1.2%,土壤碳库重新趋于稳定。其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应。     

干旱区不同景观单元土壤盐分的变化特征

针对内陆河流域空间土壤盐渍化问题,以新疆三工河流域为例,通过调查、取样分析,研究了冲洪积扇和冲洪积平原2个水文地质带上一个生长季5-10月0～10、10～20cm土壤盐分积聚特征及其主导因素.结果表明:冲洪积扇土壤盐分含量明显低于冲洪积平原,盐分含量的变异系数均>100%,属于强变异性;灌溉景观土壤盐分的聚积在冲洪积扇和冲洪积平原相似,盐分含量均减小,而非灌溉景观的差异较大,冲洪积扇区土壤盐分含量减小,土壤盐渍化程度减弱;而冲洪积平原区土壤盐分含量升高,盐渍化程度增强.冲洪积扇区土层间盐分变化关系紧密相关(P<0.01),降雨和灌溉对盐分都具有淋洗作用,促进了盐分含量的减少;冲洪积平原区,蒸发对非灌溉景观0～10 cm土层盐分聚积起到促进作用,而10～20 cm土层盐分聚积受上层土壤盐分和地下水位共同作用.

Abstract：

Aiming at the problem of soil salinization in inland river basin, a case study was con-ducted in the Sangong River catchment of Xinjiang, China. The characteristics and dominant af-fecting factors of salt accumulation in 0-10 cm and 10-20 cm soil layers in two hydro-geological zones, i. e. , alluvial-proluvial delta and alluvial plain, were studied in a growth season (from May to October), and the precipitation, evaporation, groundwater table, and irrigation were also taken into account. The soil salt content was obviously lower in alluvial-proluvial delta than in al-luvial plain, but its coefficient of variation in the two zones was all higher than 100%, indicating a great variability. The soil salt accumulation in irrigated landscape in the two zones had a similar decreasing trend, but that in non-irrigated landscape had greater difference, with a decreased soil salinization in alluvial-proluvial delta, and an increased soil salinization in alluvial plain. In allu-vial-proluvial delta, the salt contents in 0-10 cm and 10-20 cm soil layers had a close relation-ship (P <0. 01), and there was a clear process of salt leaching by precipitation and irrigation, leading to the decrease of soil salt content. In alluvial plain, the salt accumulation in 0-10 cm soil layer in non-irrigated landscape was promoted by evaporation, and that in 10-20 cm soil lay-er was co-affected by the salt content in 0-10 cm soil layer and the groundwater table.     

禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析

针对目前黄淮海平原盐渍土改良区存在的土壤盐碱、瘠薄等障碍问题,以该区域典型县域禹城市为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对0-20 cm深度的耕地土壤盐分和有机质的空间变异性进行了分析,并给出了土壤盐分和有机质满足一定阀值条件的概率分布图。结果表明,土壤盐分和有机质采用指示克里格方法都可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素与随机性因素共同影响,它们的指示半方差均表现为中等强度的空间自相关性,且单元指示克里格与多元指示克里格插值结果表明,土壤盐分、有机质的概率分布存在空间上的规律性与相似性;在空间分布上,研究区域土壤盐分含量高和有机质含量低的高概率区域主要分布在西北部的张庄镇、西部的房寺镇以及南部的莒镇乡等地区,该区域有一定的次生盐渍化风险;而土壤盐分含量高和有机质含量低的低概率分布区域主要分在徒骇河流经的河滩高地,土壤类型为褐土化潮土,是研究区域的主要高产区,基本无盐渍化。研究获取的综合指示概率分布图和概率风险评价对土壤可持续利用管理具有重要意义,为区域土壤质量的提高和土壤障碍因子消减提供参考。     

典型毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化空间异质性及其影响因素

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化的空间异质性和生态学过程,对沙荒地整治的机理研究具有重要的意义.以毛乌素沙漠-黄土过渡带为研究区,结合布点取样和室内分析,运用经典统计学和地统计学方法对其pH、电导率、全盐含量的空间异质性进行分析.结果表明: 1)土壤pH、电导率、全盐含量的平均含量分别为8.44、5.13 mS·cm^-1和21.66 g·kg^-1,变异系数范围为6.9%～73.3%,pH属于弱变异,电导率和全盐含量属于中等程度变异.2)半方差分析结果显示,3个指标的空间变异性的最佳拟合模型均为球形模型,块金值/基台值比值范围为8.6%～14.3%,均具有强烈的空间自相关性,结构性因素对变异起主导作用;变程由小到大表现为pH＜全盐<电导率.克里金插值图显示,pH、电导率、全盐含量整体呈条带状分布,连续性较好.pH值表现出随着地势的升高而升高的特点,而电导率和全盐含量则表现出随着地势的升高而降低的特点.3)在垂直分布上,重度盐渍化区域的盐分有表聚现象,轻度盐渍化区域盐分垂直分布为先减少后增大.毛乌素沙漠-黄土过渡带土壤盐渍化的空间变异性与气候、地质条件、地形地貌、水文地质条件、植被分布等有关,以地形因素和水文地质条件的影响为主.     

盐渍化灌区土壤盐分的时空变异特征及其与地下水埋深的关系

土壤盐分空间变异特征和地下水埋深状况是指导灌区合理用水和防治土壤盐碱化的重要依据。运用经典统计学和地质统计学方法,结合GIS技术,分析了河套灌区沙壕渠灌域0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土壤EC值的空间变异特征及地下水埋深对土壤盐分分布的影响。结果表明:沙壕渠灌域土壤盐分Cv值在不同灌溉时期和不同土壤深度均大于36%,表现为强变异特征;各灌水时期和不同土壤深度土壤EC值均表现为中等强度的空间自相关性,表层0-20 cm土壤空间自相关程度最高;秋浇前不同层次土壤EC值的空间分布在灌域内从南到北呈增大趋势,秋浇后土壤含盐量的高值区在西北部或东北部;土壤盐分受地下水埋深影响显著,灌域内地下水埋深南深北浅,土壤盐分随地下水埋深的增大而减小,二者之间满足指数关系。因此,应采取合理措施控制地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。     

Spatial variability of soil salinity in Bohai Sea coastal wetlands,China: Partition into four management zones

Soil salinization constitutes an environmental hazard worldwide. The Bohai Sea coastal wetland area is experiencing dramatic soil salinization, which is affecting its economic development. This study focused on the spatial variation and distribution characteristics of soil salinity in this area using geostatistical analysis combined with the kriging interpolation method, based on a large-scale field investigation and layered soil sampling (0–30, 30–60 and 60–100 cm). The results revealed that soil salinity in these layers demonstrated strong variability, obvious spatial structure characteristics and strong spatial autocorrelation. Soil salinity displayed a significant zonal distribution, gradually decreasing with increasing distance from the coastline. Apart from the northern part of the study area, which appeared to be not affected by soil salinization, there were varying degrees of soil salinization in nearly 70% of the total area. With increasing soil depth, the areas of non-salinized and mild salinized soil gradually decreased, while those of moderate salinized and strong salinized soils increased. The area of saline soil first decreased and then increased. The study area could be divided into four management zones according to soil salinities in the top 1-m soil body, and utilization measures, adapted to local conditions, were proposed for each zone. The results of our study present an important theoretical basis for the improvement of saline soils, for wetland re-vegetation and for the sustainable utilization of soil resources in the Bohai Sea coastal wetland.     

Stream salinization is associated with reduced taxonomic,but not functional diversity in a riparian plant community

Abstract Dryland salinity presents an overwhelming threat to terrestrial and aquatic habitats in Australia, and yet there remains very little empirical evidence of the impacts of secondary salinization on the biodiversity of riparian communities. Here we describe the response of a riparian plant community to stream and soil salinization, 25 years after the experimental clearing of a catchment in south‐western Australia. Riparian plant species diversity was inversely related to soil salinity, and plant species composition was significantly altered by increased soil salinity. Despite the evidence for an impact of salinization on the taxonomic diversity and composition of the riparian plant community, there was little evidence for any effect of salinization on functional group diversity, or on ecological functioning, as measured by the percentage of above‐ground plant cover.     

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。