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新疆渭干河三角洲绿洲土壤盐渍化影响因子特征

主题:盐渍化 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-02-11

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盐渍化土壤论文范文

盐渍化论文

目录

  1. 盐渍化:健康土壤山东行之聊城篇教你看懂大棚盐渍化

(新疆大学干旱生态环境研究所,乌鲁木齐 830046)

摘 要:以典型干旱区新疆渭干河绿洲为例,分析了自然和人为影响因素对土壤含盐量状况的相对影响力及其变化特征.结果表明,耕地开发和对地表水资源的调节是研究区土壤含盐量最显著的影响因素,土壤含盐量各个影响因子的相对影响力差别较小,土壤盐渍化治理要注重它们的综合作用.在现代全球气候变化背景下研究区的气候特征向暖湿方向发展,有利于土地盐渍化的缓解.

关键词:土地盐渍化;干旱区;影响因子;气候变化;新疆渭干河

中图分类号:S156.4 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)14-3265-06

Characteristics Factors and Soil Salinization in Weigan River Delta Oasis,

Xinjiang Province

JIANG Hong-nan,LEI Lei

(Institute for Ecology and Environment in Arid Lands, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

Abstract: In order to provide a reference for managing soil salinization of Xinjiang, China, a typical arid area of the Weigan River delta Oasis of Xinjiang was selected and the influence of natural and human factors on the soil salt content and its changing characteristics were studied. The result showed that the farmland development and the regulation of surface water resources were the most remarkable impact factors in the studying area. The difference of each impact factor on soil salinity was small. The combined effect of impact factors on the soil salinization could not be ignored. Climatic development of the studying area is to be warmer and more humid under the background of global climate change, which will facilitate the mitigation of land salinization.

Key words: soil salinazation; arid area; impact factors; climate change; Weigan River of Xinjiang

土地盐渍化是干旱区农业生产的主要障碍性因素之一.盐渍化土地的形成是区域社会-经济-环境系统综合作用的产物,受到区域气候、地质、水文、地貌及人类活动等因素综合作用的影响[1,2].

土地盐渍化发生的影响因子包括气候、水文、土壤和土地管理因子等.气候变化和人类活动对干旱、半干旱地区土地盐渍化的发生产生重要影响[3,4].从国内外研究结果看,由于气候变化和人为影响的加剧,土地盐渍化的发生变得更加复杂[5,6],因此需要加强对自然和人为因素共同作用的复杂环境下的土地盐渍化进行定量的研究.土壤盐渍化是在一定空间范围内的土壤水盐运移的结果,遥感、地理信息系统和空间定位技术等空间信息技术为土地盐渍化的研究提供了有效的技术支持[7-9],在国内外自然和人为因子共同对土壤盐渍化程度的影响进行定量分析是研究的热点之一.本研究以30年气象资料和景观格局及水文变化过程,结合土壤盐渍化动态分析研究区含盐量影响因子及其变化趋势,以期研究在现代全球气候变化和人为影响的情况下干旱区土壤盐渍化的发生过程和驱动机制.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

渭干河绿洲位于渭干河中下游,塔里木盆地中北部,塔里木河中游,地势为北高南低,由西北向东南倾斜,海拔由山前平原的1 100 m逐渐降为塔里木河谷的20 m.气候属于大陆性暖温带极端干旱气候,日照充足、降水稀少、气候干燥、气温年较差大.全年平均气温10.7 ℃,多年平均降水量51.6 mm,多年平均蒸发量2 123.7 mm,蒸降比约40∶1.本区以盐岩、石膏为主体的盐类沉积规模较大,地下水位和矿化度偏高,土壤构成物颗细,透水性差,土壤盐渍化比较普遍.盐渍地分区在中国土壤盐渍分区上属于青、新极端干旱荒漠盐渍区.土壤类型主要为亚砂土和亚粘土.盐渍化土地pH在8.0左右,盐分主要组成为氯化物.本研究土壤采样区域主要位于该灌区土壤盐渍化较严重的沙雅县和库车县的东南部.

1.2 土壤含盐量影响因子分析

1.2.1 影响因子选择 根据目前公认的土壤盐渍化发生机制,对于土壤盐渍化的发生,蒸发量、降水量、地下水位、地下水矿化度、地形等是主要的自然因子[3],因此选择地形、地下水位、地下水矿化度以及蒸发量与降水量的比值即蒸降比作为土壤盐渍化程度自然影响因子(表1).

人类活动对土壤盐渍化的影响是另一个重要因素,根据实地考察,人为因素中的土地利用对研究区土壤盐渍化程度的影响很大.同时,地表的湖泊、河流和沼泽等水体是保持干旱区生态平衡的重要因子,也是土壤盐渍化的重要影响因子,土壤水、地表水和地下水组成的水文系统作用于土壤盐渍化过程[3].基于这一点,选择距离耕地和水体的远近作为影响因子,盐渍化土壤到耕地的空间距离代表了人类耕地开发对土壤盐渍化程度的影响.

土壤盐渍化是影响干旱区生态系统的主要原因之一,研究区通过灌溉保证农作物生长需要,同时利用排水系统减轻土壤盐渍化的危害,因此选择每个灌溉单元的灌溉水量与排水量的比值即灌排比作为灌排系统对土壤盐渍化的影响因子,以此因子变量代表土地管理因子对土壤盐渍化程度的影响力大小.

1.2.2 属性数据的空间化 以地下水位、地下水矿化度、地形、蒸降比等影响因子为监测数据,为了得到空间分析需要的各个空间数据,需要把各属性数据空间化.首先利用ArcGIS软件的空间统计分析模块中的半方差分析函数分别对地下水位、地下水矿化度的空间相关性进行分析,在分析得出各数据有较好空间相关性的基础上,利用克里格插值方法生成了地下水位、地下水矿化度的空间分布数据.地形数据、蒸降比数据利用ArcGIS软件的空间分析模块实现空间化.

1.2.3 空间数据生成与提取方法 利用地理信息系统(GIS)的空间分析功能,得到土壤盐渍化空间分析所需的各种空间变量.各类因子均在ArcGIS支持下进行提取(表1).其中,自然因子和土地管理因子利用空间分析方法提取,距离因子采用缓冲区分析方法提取,具体方法如下.

1)自然因子和土地管理因子.利用空间分析方法生成自然因子的地下水位、地下水矿化度、坡度和蒸降比以及土地管理因子的灌排比.将研究区38个监测井的2007年1-6月地下水位和地下水含盐量监测数据平均值进行克里格插值生成地下水位和地下水矿化度空间数据.同时将2007年1-6月蒸降比的均值利用ArcGIS空间分析方法生成空间数据.对研究区高程数据利用ArcGIS空间分析方法生成地形数据.将研究区2007年1-6月农田灌溉水量和排水渠排水量的比值利用ArcGIS空间分析方法生成空间数据.

2)距离变量.对距离耕地和水体的远近这两个空间变量按照以下方法提取,首先将2007年TM遥感图像进行分类,提取出水体和耕地,然后利用缓冲区分析方法生成距离耕地和水体的远近这两个变量.

在生成的空间数据分布图上,利用各个采样点的GPS定位坐标,提取用来分析的7种土地盐渍化程度影响因子的数据.提取的7种影响因子的数据分别为:X1—与耕地的距离;X2—与水体的距离;X3—灌排比;X4—蒸降比;X5—单元坡度;X6—地下水位;X7—地下水矿化度(表1).

1.2.4 土壤含盐量及其影响因子的相关性分析 以上对土壤盐渍化程度影响因子的选取是建立在现有土壤盐渍化发生理论上的,将以上各个影响因子和土壤含盐量进行相关分析,结果见表2.由表2可以看出,距离耕地的远近和土壤含盐量有显著的相关性,而其他影响因子和土壤含盐量的关系并不显著,说明人类的耕地开发对研究区土壤含盐量有重要的影响,是土壤含盐量最显著的影响因子.同时,因为其他的影响因子和土壤含盐量的相关关系不显著,不能仅仅利用相关系数评价它们的相对影响力大小,需要寻找其他的分析途径,为此本研究试图利用灰色关联方法定量分析土壤含盐量各个影响因子的相对影响力大小.

1.2.5 影响因子的关联度计算与分析 灰色关联度分析来自灰色系统理论.其基本思想是一种相对性的排序分析,根据子序列曲线几何形状与母序列曲线的相似程度来判断其联系的相对紧密性.如果一组几何曲线形状越相似,关联度越大,反之则越小[10].关联度是用来衡量两个系统或两个元素间关系密切程度的量,灰色关联分析不同于传统的相关性分析,其比相关性分析更能反映动态系统或元素的相互关系,应用这种方法,可以从所考察的复杂系统中找出主次因素,为系统决策提供合理依据.关联度分析中要有用来分析的序列数据.本研究中的序列数据就是研究区土壤样本含盐量数据和提取的各个影响因子数据.

研究区土壤盐渍化属于表聚型,盐分主要聚集在0~10 cm土层,因此将研究区2007年7月土壤样本的0~10 cm土层的含盐量数据作为关联度分析的母序列,每个土壤样本对应的7个影响因子的数据序列作为关联度分析的子序列进行关联度的计算.研究中为消除各个影响因子量纲的影响,将数据进行了归一化处理(表1).

1)将土壤样本的含盐量数据列(母序列),记作x0 ,它由不同位置L(L=1,2,3,等,N)的值所构成

x0={x0(1),x0(2),x0(3),等x0(N)} (1)

或记做:

x0={ x0(L)},L=1, 2, 3, 等N (2)

与x0 进行比较的数据列称为子序列,这里提取的7种影响因子的点集记做:

x1={x1(1),x1(2),x1(3),等,x1(N)}

x2={x2(1),x2(2),x2(3),等,x2(N)}

x7= {x7(1),x7(2),x7(3),等,x7(N)}

或简记为:xi={xi(L)},L=1,2,3,等,N,I= 1,2,3,等,7

2)关联系数计算

首先计算母序列曲线和子序列曲线各个位置的相对差值,记作ξi(k):

 ξi(k)称作数据序列xi与x0在位置K处的关联系数.

ρ为分辨系数,用来制约的值,以免过大而失真,提高关联系数之间的差异显著性,研究中取ρ值为0.5,通常情况下该值在0.1~0.5之间.

3)由关联系数的意义,若在某个位置有ζ1(k)>ζ2(k),则说明子序列x1 相对于x2更具影响力.但这里位置数据较多,对于每一类因子,为能使其相关系数的值具有代表性,通常用平均值来判断子母序列的真实靠近程度,从而确定关联度大小.由此,关联度(R)算式如下:

本研究中i =1, 2,等,7.由此可分别计算出7个影响因子土壤盐渍化程度的关联度,如表3所示.

1.2.6 排关联序 将以上影响因子的关联度从大到小进行排序,依据表3的结果.各因子的关联顺序为:x1> x6>x4>x7>x3>x2> x5,即距离耕地远近>地下水位>蒸降比>地下水矿化度>灌排比>距离水体远近>单元坡度.

2 结果与分析

2.1 关联度分析

从以上关联度排序得出,各个影响因子对土壤含盐量状况的影响力有一定的差别.

代表人类影响因子的距离耕地远近的关联度处于最高的水平,其关联度排在第一的位置,说明人类耕地开发对研究区土地盐渍化程度的影响最大,这也和相关性分析的结果一致.

地下水位、蒸降比、地下水矿化度、灌排比和距离水体远近自然因子和土地管理因子的关联度从大到小依次排列,但它们对土壤含盐量的关联度数值差别极小.地下水位在各个自然因子中排在最高的位置,说明地下水位是影响研究区土地盐渍化程度最重要的自然因子,同时,蒸降比、地下水矿化度、灌排比和距离水体远近这些自然因子也是影响研究区土地含盐量状况的因子.

单元坡度的关联度在关联序中排在最后的位置,说明在选择的影响因子中其对土壤含盐量状况的影响最小.

总体来看,所选择的各个土壤含盐量状况影响因子的关联度大小虽然有所差异,但是他们的关联度值差别很小,说明所选择的影响因子和土壤盐渍化程度都有一定的关系,他们共同作用于土壤盐渍化过程,要重视它们对土壤含盐量状况的综合作用.

2.2 灌溉措施对盐渍化影响因子的作用分析

农业是研究区的经济支柱,灌溉是保证农业生产正常进行的根本措施,而灌溉有时会带入盐分.分别将研究区1996年至2007年灌溉引水量与陆面蒸发量、灌溉引盐量与地下水矿化度、灌溉引水量与地下水位进行相关性分析,相关系数依次是0.900(在0.01显著水平下)、0.764(在0.05显著水平下)、-0.420(不显著),可以看出,研究区陆面蒸发和灌溉引水有密切的关系,地下水矿化度受灌溉引入盐分的影响显著,而地下水位与灌溉引水的关系不显著但有一定的影响,说明灌溉引水对研究区地下水含盐量和陆面蒸发的影响显著,即人类对地面水文过程的调节会影响到土壤盐渍化状况.

2.3 盐渍化土地时空变化特征

将研究区内的土壤盐渍化状况最典型和土地变化最复杂的沙雅县灌区的1989、2001、2003和2007年遥感影像进行分类,依据论文范文行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007),分别提取水体、中度盐渍地、非盐渍地、轻度盐渍地、荒漠和重度盐渍地信息,各个土地类型面积转化矩阵见表4和表5.土地类变化幅度表示在研究时间区间内某类土地转变为其他类的百分比,即

土地类变化幅度=(S终末-S初始)/S初始×100% (5)

其中,S初始为研究时间段内初始年份的土地面积,S终末为研究时间段内终末年份的土地面积.变化矩阵中行表示初始年,列表示终末年.

沙雅县灌区的土地覆被/利用在数量和空间上都发生了巨大变化.①非盐渍地面积的变化:非盐渍地面积从1989年占总面积的44.91%增加到2001年的58.06%,增加了13.15%,年平均增长率为1.01%;2001年到2007年由58.06%增加到60.28%,增加了2.22%,年平均增长率为0.32%.1989—2001年非盐渍地平均增加速度较2001—2007年的快.根据遥感图像解译非盐渍地的增加实际由耕地的增加引起.1989—2001年研究区处于土地大开发时期,大量的荒地被开垦为农田.②水体面积的变化:水体面积从1989年占总面积的3.81%减少到2001年的2.96%,再减少到2007年占总土地面积的2.15%,水体一直处于减少的趋势.从1989—2001年和2003—2006年土地转移矩阵可以看出,1989—2001年有82.14%的水体发生了变化,2003—2007年有94.17%的水体发生了变化.说明研究区水体的空间分布发生着巨大变化.尤其1989年至2001年研究区为了充分利用水资源,通过修建水库和灌溉排水渠道对水进行调配,原有地表水资源空间分布被改变,从而改变了水体的空间分布和数量,原有的低洼地区较少得到水补给,出现干旱化和盐渍化.因此该流域水循环系统具有明显的受人为调节的影响,人类对于流域水循环过程的调节,扰动流域水循环体系.而在极端干旱区水对区域生态环境安全起重要作用,水体的巨大变化改变水盐均衡体系,会影响到土壤盐渍化过程.③荒漠面积的变化:荒漠面积由1989年占总面积的2.67%减少到2001年的1.72%,然后又增加为2007年的1.75%.这说明荒漠重化程度有加的趋势.④盐渍化土地面积的变化:重度盐渍地面积占总面积的比例从1989年的1.59%上升为2001年的1.88%,然后上升为2007年的2.18%,1989—2007年重度盐渍地增加了0.59%;中度盐渍地面积占总面积的比例从1989年的26.40%上升为2001年的27.76%,然后减小为2007年的23.35%.1989—2007年中度盐渍地呈现先增加后减少的趋势;轻度盐渍地面积占总面积的比例从1989年的20.58%减少为2001年的7.63%,减少了12.95%,减少率为62.93%,2001—2007年呈现增加的趋势,2007年的面积比2001年的面积增加了2.66%.1989—2007年轻度盐渍地呈现先增加后减少的趋势.1989—2007年盐渍地总面积减少了12.57%,其中重度盐渍地增加了0.59%,轻度盐渍地减少了10.29%,中度盐渍地减少了3.05%.从转移矩阵看出重度盐渍地发生转移的比例在所有地类中最大,1989—2001年有87.47%的重度盐渍地发生了变化,2003—2007年有90.62%的重度盐渍地发生了变化;轻度盐渍地发生转化的比例也较大,1989—2001年其转移比例为86.03%,2003—2007为67.99%;而中度盐渍地转化的比例较小,1989—2001年其转移比例为39.53%,2003—2006年为33.82%.

可见研究区人类的耕地开发和对地表水资源的调节对区域土壤盐渍化有重大影响,这也和前面土地含盐量影响因素的分析一致[11].

2.4 研究区土地盐渍化影响因子变化特征

2.4.1 气候因子变化特征 由于所选遥感图像区域气象信息主要受沙雅气象站控制,所以对沙雅站点1971-2000年的气象数据进行了分析,得出此站点的气象因子变化趋势(图1).

可以看出研究区近几十年年降水量呈增加趋势(图1a),研究区年蒸发量也呈上升趋势(图1b).根据此站点1971—2000年的气象资料显示此地蒸发量与降水量的比值呈下降趋势(图1c),蒸降比为下降趋势,同研究时间段内局部土壤盐渍化状况加重相对照表明,气象因子并非近年该地区土壤盐渍化过程最重要的驱动因子,这与上面的分析吻合.年平均气温(图1d)显示此地区近年气温呈明显增加趋势.降水、蒸发和气温的变化表明研究区在近代全球气候变化的情况下也发生了变化,气候向暖湿和利于土地盐渍化减轻的方向发展[12].

2.4.2 地下水位和含盐量变化 表6和表7分别列出了研究区38眼地下水状况监测井的平均地下水埋深和矿化度,可知1993—1996年地下水水位呈微上升趋势,主要是由于此时新开垦荒地大都属于低产田,大水压盐作为低产田改良主要措施,因此灌溉引水较大,并造成地下水位上升.1997—2001年地下水位呈下降趋势是因为随着排水系统的完善运行,特别是骨干排水沟渠的开通运行,疏干了低洼地的积水,同时也降低了相应地域的地下水位.可以看出,灌区地下水位经历了先升后降的变化,其变化由人为活动引起,这也与研究区土壤盐渍化的变化情况一致,地下水位向有利于土地盐渍化缓解的方向发展.而研究区地下水矿化度变化不明显,其对土地盐渍化影响的趋势不明显.其他的影响因子灌排比、地形基本都是定值,不再分析其变化趋势.

3 结论与讨论

相关性分析和灰色关联分析都证明人类的耕地开发是研究区土壤含盐量最强烈的影响因素,其对土地含盐量的影响显著,受耕地开发排盐的作用,耕地开发延伸到的区域土壤含盐量会降低.灰色关联分析说明研究区土地含盐量各个影响因子的影响力从大到小依次是耕地开发、地下水位、蒸降比、地下水矿化度、灌排比、地表水和单元坡度.

1989—2007年,研究区盐渍化土地变化强烈,其主要受人类耕地开发的影响.同时,研究区土壤盐渍化程度受人为因素和自然因素共同作用,研究区土地盐渍化防治要重视它们对土壤含盐量状况的综合作用.

研究区土壤盐渍化影响因子中,蒸降比、气候因子和地下水位因子向利于土地盐渍化减弱的方向发展,地下水含盐量对土壤含盐量的影响趋势不明显,而地形在短时间内是相对稳定的背景单元,其对研究区土壤盐渍化程度的作用趋势也不明显.

在现代全球气候变化和人类影响下,研究区土壤盐渍化发生过程和驱动因子都发生了变化.土地管理因子或导致土地利用/土地覆被变化,或对流域水文过程调配,两者都影响到流域土壤盐渍化过程.研究区近年来由于耕地开发引起的水循环体系的人为调控是该地区近年来土壤盐渍化过程主要驱动因子.如何有序地组织人类活动,确定合理的耕地开发规模和灌排比,控制地下水位基本处于临界地下水位以下,有效地调节流域水文过程,发挥水文过程对研究区土壤水盐的调节功能是该区域土壤盐渍化防治需要认真研究的课题[13,14].

盐渍化:健康土壤山东行之聊城篇教你看懂大棚盐渍化

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盐渍化引用文献:

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