基于3S的地下水位埋深与土地盐渍化时空动态变化关系研究——以山东省德州市齐河县为例

分析研究盐渍地产生原因、空间分布及发展变化趋势,将为优化配置水资源,改善农田土地利用现状,改良盐渍化土地具有重要意义。选取山东省德州市齐河县作为研究区,利用ERDAS对该区2002年10月、2006年10月、2009年10月和2003年4月Landsat 5卫星TM遥感影像进行处理,提取盐渍地等相关土地利用信息;采用ArcGIS生成2002-2006年、2006-2009年及2002年10月至2003年4月土地类型转移矩阵,分析该区盐渍地的来源、去向、变化速率和产生原因;运用ArcGIS空间分析模块对研究区2000-2009年及2009年播种期前后地下水位埋深数据进行分析,研究该区埋深时空变化规律;利用ArcGIS邻域统计和分类区统计分析方法对该区埋深和盐渍地时空分布进行联合分析,研究该区盐渍地变化趋势和主导因素。结果表明：该研究区盐渍地时空分布年度、季节差异明显,全县地下水位埋深较浅,大部分地区埋深2m左右,极少量地区年均最大埋深达到5m。盐渍地多分布在相对浅埋区或埋深变化波动性较强地区,埋深是该区控制盐渍地变化的主要因素。     

基于指示Kriging法的土壤盐渍化与地下水埋深关系研究

在北方干旱、半干旱的地下水浅埋区,土壤盐渍化是土地资源退化的主要原因,防治土壤盐渍化是农业和生态环境可持续发展的重要保障。该文以内蒙古河套灌区解放闸灌域为例,运用指示Kriging法绘制并比较了不同阈值下地下水位埋深和土壤表层含盐量的概率分布图,从概率空间分布的角度分析研究了土壤盐渍化与地下水位埋深之间的关系,从而将这方面的研究从通常的农田尺度扩大到灌域尺度。结果表明:1)土壤盐分和地下水位埋深空间变异强度均为中等,且具有中等的空间自相关性,球状模型拟合变异函数的效果较好;2)在灌域尺度上,解放闸灌域4月底土壤表层发生中度、轻度盐渍化时地下水位临界埋深分别为2.0、2.5m,西南及中东部地下水位埋深小于临界埋深的概率较大,是土壤返盐的高风险区;3)3月底地下水位埋深对土壤返盐的影响比4月底更大一些,这表明地下水位埋深对土壤返盐的影响具有一定滞后效应,只有地下水位埋深小于临界深度的状态维持一段时间,才会造成土壤中度或轻度盐渍化。     

农田明渠排水条件下土壤水盐运移规律研究

土壤水分、盐分、地下水埋深是表征当地土壤质量的重要状态变量,研究其动态变化过程是研究土壤质量演变规律和赖以防治土壤盐渍化的重要方面.在农田明渠排水条件下,土壤中发生的各种物理、化学和生物过程尤为复杂.因此通过对农田土壤盐分的定点实时监测,能够定量表征农田生态环境状况优劣;地下水位埋深变化,可警示农田盐渍化的演变,对调整灌溉定额采取预防措施有指导意义.同时通过实验计算确定了农田斗排的合理间距.     

2000-2020年昌吉州东部平原区地下水位埋深对土地利用及干旱时空演变的动态响应

联合土地利用与覆被变化及气象干旱综合分析区域地下水位埋深变化及其动态响应关系,明晰地下水位埋深变化的阶段性主导因素,对地下水超采地区综合治理和地下水资源有效管控具有现实意义。选取昌吉州东部平原区2000-2020年78眼地下水监测井月尺度地下水位埋深数据资料及5期遥感影像数据并结合同期多尺度标准化降水蒸散发指数SPEI,分析不同时空尺度地下水位埋深对土地利用/覆被变化及SPEI的动态响应规律,探讨研究区土地利用变化与干旱变化趋势对地下水埋深变化的综合影响。结果表明:研究区21年间地下水位埋深表现出不显著变化(2000-2005年)-显著增大(2005-2014年)-变缓(2014-2017年)-持续增大(2017-2020年)的变化特征,整体呈持续增大动态趋势,空间分布呈北向南逐渐增大特征;同期土地利用类型面积发生了显著变化,耕地为其主要的土地利用类型,面积呈持续增加趋势,分形维数呈现出先降低(2000-2005年)后升高(2005-2010年)再降低(2010-2020年)的变化特征;SPEI年际动态变化呈显著干旱趋势变化特征,年尺度序列在2012年、2017年发生突变,2016年开始气象干旱发生频次增加;2000-2015年研究区地下水位埋深动态变化对土地利用变化尤其是耕地变化响应显著,2016-2020年地下水位埋深动态变化是对土地利用变化与气候干旱因素的联合响应。     

基于C-D函数的地下水动态变化对不同农作物产量和灌溉量的响应——以新疆奇台县平原并灌区为例

根据奇台县平原井灌区的地下水埋深观测数据、野外调查数据、社会经济数据和农业气象资料,借助柯尔一道格拉斯生产函数,建立了根据不同农作物产量变化的地下水埋深变化生产函数模型.模拟结果显示:粮食作物产量对地下水埋深的影响最大,蔬菜瓜果次之,经济作物影响最小.它们每增加1%,引起的地下水位埋深平均增加的幅度分别是0.639%,0.120%和0.205%.模型通过了精度检验(r=0.987,P<0.0001),模拟结果与实测埋深值拟合较好,模拟精度的相对误差都小于5%.同时,由反映农作物灌溉耗水量与地下水埋深变化之间关系的公式得知:灌溉粮食作物引起的地下水下降幅度最大,占总下降幅度的70.4%,每年可使地下水位下降0.339 2m/a.灌溉蔬菜瓜果引起的地下水位下降的比重和速率(14.8%,0.071 5 m/a)略高于灌溉经济作物产生的变化(14.7%;0.0709 m/a).     

开都河流域下游绿洲土壤盐渍化影响因子分析

以开都河流域下游绿洲为例,应用灰色关联度方法分析了6种影响因子在土地盐渍化过程的相对影响力大小。结果表明:自然和人为因素共同作用于研究区土壤盐渍化过程。土壤含盐量与土壤盐渍化影响因子之间的关联度排序0—10cm层为:地下水埋深最近排水渠距离高程最近灌溉水渠距离最近湖岸距离地下水矿化度;10—30cm层为:地下水埋深最近湖岸距离最近排水渠距离高程最近灌溉水渠距离地下水矿化度;30—50cm层:最近灌水渠距离地下水埋深最近排水渠距离地下水矿化度最近湖岸距离高程。在3个不同土层深度上土壤盐渍化影响因子的影响力不同,土壤盐渍化防治需要综合考虑多种影响因子的作用。     

盐渍化灌区土壤水盐时空变异特征分析及地下水埋深对盐分的影响

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用统计学方法地质统计学原理分析表层土壤(0-20,20-40 cm)及深层土壤(40-100 cm)含水率与盐分(EC值)时空分布和变异规律,以及探求地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:(1)除6月0-20 cm(9.779%)外,表层土壤含水率变异系数均在12.384%~19.667%,属于中等变异性,深层土壤含水率变异系数较小,在3.513%~9.757%,属于弱变异性;表层土壤盐分(EC值)变异系数在100.845%~129.279%,属于强变异性,深层土壤盐分变异系数均在83.685%~98.853%,属于中等变异性;随着土壤深度的增加,含水率和盐分的变异性都相对减弱。(2)不同时期土壤含水率和盐分在一定范围内具有空间结构特征,均可用高斯模型模拟,各层土壤含水率空间相关度在0.038%~20.408%,各层土壤盐分空间相关度在0.043%~8.374%,均小于25%,说明具有强烈的空间相关性,可以认为主要是受结构性因素的影响,其自相关引起的空间变异性较强。(3)试验区土壤盐分主要集中在北侧盐荒地,由于蒸发强烈,包气带毛细水上升,把深层土壤以及地下水中的可溶性盐类带到土壤表层,致使盐分升高,属于典型的盐分表聚型土壤,需及时防治与治理,同时土壤盐分受地下水埋深的影响较大,随着地下水埋深减小而增大,荒地地下水埋深与土壤盐分满足线性关系,耕地地下水埋深与土壤盐分满足指数关系。荒地0-20 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较大,20-40,40-100 cm土壤盐分含量随地下水埋深变化趋势较小,耕地地下水埋深在1~1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较大,当地下水埋深大于1.6 m时,土壤盐分含量随着地下水埋深变化趋势较小。研究结果为河套灌区下游盐渍化土壤的防治与改良提供了重要的理论基础和参考依据。     

基于ArcGIS空间插值的河套灌区土壤水盐运移规律与地下水动态研究

为探明河套灌区盐渍化半封闭小型灌域作物生育期土壤盐分和地下水变异规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区。采用区域土壤—地下水信息定点监测法,选取149个采样点,30口地下水观测井,获得各项指标数据,并结合经典统计学、空间插值、相关性回归分析等方法,研究了土壤盐分及地下水动态空间变异性、不同深度土壤空间变化特征及其与地下水埋深相关性。结果表明:4—10月各土层土壤含盐量平均降幅为5.53%,研究区1 m深土壤处于脱盐状态,耕作层土壤盐分向深层土壤运移。地下水埋深主要影响因子为引黄灌溉水量、蒸发作用和研究区地势;在春灌期(4—6月)地下水矿化度平均值由2.81 g/L降至2.38 g/L,6—10月地下水矿化度平均值逐渐增加至2.66 g/L,地下水矿化度一般在春灌前期4—5月较大,春灌期较小,秋收后在二者之间。在春灌和作物生长双重抑盐作用影响下,0—20 cm土壤盐分平均值秋收后较春播前下降32.08%,生育期内土壤盐分向深层土壤(40—100 cm)运移,土壤盐分含量与土层深度成反比,且随土层深度增加对土壤盐分分布变化的影响逐渐减弱。0—20,20—40 cm土壤盐分在同时期大于4.0 g/kg的盐分分布面积在4月分别为85.63%,9.71%,在10月分别为42.37%,15.86%,40—100 cm随土层深度增加土壤盐分减小的趋势趋于平缓。随浅层地下水埋深的增大土壤盐分逐渐减小,采取有效措施将地下水埋深降低0.2 m,控制在1.8～2.2 m更佳。     

土壤盐渍化与地下水动态特征关系研究

以吉林省西部地区乾安县为例,应用人工神经网络模型和趋势面分析等数学方法,对该区土壤盐渍化与地下水动态特征之间的关系进行了研究。结合土壤盐渍化的预测结果及其与地下水潜水埋深之间的关系曲线,提出了防治该区土壤盐渍化的对策。     

新疆叶尔羌河流域土壤盐渍化特征研究

以新疆叶尔羌河流域为例,分析了该地区土壤盐渍化的类型、程度、特征、成因以及与地下水埋深的关系。盐渍化程度分析为该区农业发展提供了科学依据;3种土壤盐分组成剖面涵盖了新疆地区典型的土壤盐化类型,为提出针对性的解决方案提供可靠保证;剖析了土壤盐渍化成因及与地下水埋深的关系,指出控制土壤盐分的关键是合理的淋洗与排水、建立明渠排水与竖井排灌相结合的灌溉方式。为新疆及其他类似地区评价与解决土壤盐渍化问题提供了新思路。     

灌区土壤盐分空间变异及多因素响应关系

[目的]研究土壤含盐量空间特征和分布格局,分析土壤盐分空间格局与地下水、土壤物理特性参数间的空间响应关系,为灌区盐渍化防控提供理论依据。[方法]以黄河南岸灌区吉格斯太灌域为例,网格化布点,分层采样测定土壤含盐量、表层土壤含水量、颗粒组成、干容重并换算热容量及导热率,同步监测地下水埋深及含盐量,采用经典统计方法和地统计方法分析土壤含盐量空间分布特征及其与物理特性和地下水等因素间的空间相关性。[结果]灌域处于非盐化—轻度盐化状态,土壤含盐量呈中等空间变异程度,总体呈现相对独立的随机分布,空间结构特征可以用高斯模型和指数模型描述。土壤含盐量与地下水埋深呈显著负相关,与地下水含盐量呈显著正相关,地下水埋深1.6 m区域发生轻度盐渍化风险较高。0—20 cm土壤含盐量与黏粒含量、容重、含水量、导热率及热容量显著空间正相关,相关范围约2～6 km;与砂粒含量呈显著空间负相关,相关范围约2～4 km。20—60 cm土壤盐分与0—20 cm土壤黏粒、砂粒含量、导热率、热容量及含水量呈显著相关,相关范围与土壤表层略有差异。[结论]黏粒含量较高,含水率较大,地下水埋深1.6 m的区域是灌域盐渍化防控的重点区域。     

黄河三角洲地区典型地块地下水特征的空间变异性研究

以黄河三角洲地区典型地块为研究区,运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了包括埋深和含盐量的地下水性质空间变异特征,绘制了各地下水特征的随机性和结构性的半方差图和空间分布图。结果表明:受不同尺度的结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深和含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性,地下水埋深的自相关距大于含盐量。对Kriging插值结果分析表明:地下水埋深的空间变异性受微地形因素及农田工程措施影响较大,长期的农业生产措施会影响地下水含盐量的空间分布,地下水含盐量空间变异性与埋深有一定的关联。地下水特征的空间结构性和定量化研究对黄河三角洲地区地下水资源评价、土壤的次生盐碱化防治及区域水盐运动调控有着直接的现实意义。     

黄河下游冲积平原土壤盐分的时空变异研究——个例研究

Soil salinity and hydrologic datasets were assembled to analyze the spatio-temporal variability of salinization in Fengqiu County, Henan Province, China, in the alluvial plain of the lower reaches of the Yellow River. The saline soil and groundwater depth data of the county in 1981 were obtained to serve as a historical reference. Electrical conductivity (EC) of 293 surface soil samples taken from 2 km × 2 km grids in 2007 and 40 soil profiles acquired in 2008 was analyzed and used for comparative mapping. Ordinary kriging was applied to predict EC at unobserved locations to derive the horizontal and vertical distribution patterns and variation of soil salinity. Groundwater table data from 22 observation wells in 2008 were collected and used as input for regression kriging to predict the maximum groundwater depth of the county in 2008. Changes in the groundwater level of Fengqiu County in 27 years from 1981 to 2008 was calculated. Two quantitative criteria, the mean error or bias (ME) and the mean squared error (MSE), were computed to assess the estimation accuracy of the kriging predictions. The results demonstrated that the soil salinity in the upper soil layers decreased dramatically and the taxonomically defined saline soils were present only in a few micro-landscapes after 27 years. Presently, the soils with relatively elevated salt content were mainly distributed in depressions along the Yellow River bed. The reduction in surface soil salinity corresponded to the locations with deepened maximum groundwater depth. It could be concluded that groundwater table recession allowed water to move deeper into the soil profile, transporting salts with it, and thus played an important role in reducing soil salinity in this region. Accumulation of salts in the soil profiles at various depths below the surface indicated that secondary soil salinization would occur when the groundwater was not controlled at a safe depth.     

Soil salinity development in the yellow river delta in relation to groundwater dynamics

The Yellow River Delta occupies an important position in the global ecosystem because of its valuable wetland habitat resources for migratory birds on the Eastern Pacific migration route. However, it has suffered from severe land degradation because of soil salinization. This paper assesses the distribution maps of saline soils during the past two decades, using field observations at three points in time using remote sensing images for the same periods, in combination with spatial models. Soil salinization appears to have expanded from the coastline to inland areas of the Yelow River Delta at a surprising speed during that period. The spatio‐temporal dynamics of the groundwater table and total dissolved solids (TDS) during the last 20 years were analyzed using maps based on Kriging interpolation. Kriging helped substantially to improve the accurateness of the predicted values of soil salt content, using a random subsample of the observation points as validation basis. Correlation analysis of the spatial data revealed that the distribution and evolution of saline soils are closely related to the dynamics of groundwater: the aggravation of soil salinization is associated with a rising groundwater table and increasing TDS. Insufficient recharge of the groundwater with fresh surface water due to reduced Yellow River discharge and subsequent seawater intrusion are therefore serious environmental problems in the Yellow River Delta ecosystem. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

近代黄河三角洲东营农业综合试验区的滨海盐渍土及其改良利用的研究 Ⅰ.土壤类型与性质

由中国科学院选定作为黄淮海平原农业综合开发的试验区之一的近代黄河三角洲山东省东营市的高盖镇与胜利乡，广泛分布着滨海氯化物盐渍化土壤，其土壤资源主要包括潮土、盐化潮土、潮盐土及盐化与脱盐，亟待开展改良利用的研究．     

黄河三角洲地区典型地块土壤盐分空间变异特征研究

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍化问题，以黄河三角洲地区典型地块为研究区，运用经典统计学和地统计学相结合的方法研究了不同深度土层盐分含量的空间变异特征，绘制了各土层盐分的随机性和结构性的半方差图以及空间分布图。结果表明：受内在因子和外在因子的共同作用，各土层含盐量均具有中等的变异强度和空间自相关性，自相关距差异不大。Kriging插值结果表明，研究区内各土层含盐量的空间分布表现为条带状和斑块状分布。微地形和气候条件是影响表层土壤盐分空间变化的主要因素，地下水性质是影响深层土壤盐分空间分布的主要因素。该研究为黄河三角洲地区盐渍化土壤的分区、改良、管理和合理利用提供了理论基础和参考依据。     

黄骅市土壤含盐量空间变异特征和影响因素分析

文章为了探知黄骅市土壤含盐量的空间变异及影响因素,基于样点数据,运用GIS和地统计相结合的方法对土壤含盐量的空间变异特征和空间分布进行分析和模拟。然后通过逐步回归分析对影响黄骅市土壤含盐量空间分布的主要因素进行分析。结果显示:(1)黄骅市土壤含盐量空间变异拟合于指数模型,存在各向异性,基底效应属于中等,其空间分布受到外界因素的影响。(2)黄骅市土壤含盐量整体上由沿海向内陆逐渐降低,在内陆地区的黄骅镇和南大港也出现了聚集;全市仅有8.49%的土地未出现土壤盐渍化,零星分布于黄骅市内陆边界地区;轻度盐渍化土面积最大,占全市面积的31.93%。(3)黄骅市土壤含盐量与高程、地下水矿化度、地下水埋深空间分布格局较为吻合,与土壤含盐量空间相关性最大的因素是地下水矿化度,而且更多表现为直接影响,其次为地下水埋深,高程因素相关性最小,黄骅市表层土壤与地下水之间垂直迁移交换作用比盐分水平运移作用更显著。     

基于多源数据的中原黄泛区土壤盐分空间变异分析

为研究中原黄泛区土壤盐分空间变异,以河南省封丘县为研究区,综合考虑引起土壤盐渍化的土壤盐分、地形、地下水位及矿化度、植被情况及其他影响因素,基于遥感影像和磁感式探测获得的土壤表观电导率等多源数据建立了区域土壤盐分综合评估模型,并对研究区分层土壤盐分空间变异进行评估。结果表明:对于0~60 cm土层利用多源数据进行模型构建中土壤表观电导率与光谱指数占主要比例,模型对于各层土壤盐分的评价精度0~60 cm土层优于≥60~120 cm土层。土壤盐分含量随着深度的增加而增大,变异系数在0.22~0.28之间,属中等变异强度。土壤盐分主要集中分布在研究区北部与东南部,尤其是东南角黄河沿线区域,且随着土壤剖面显示出从表现到深层逐渐增加的趋势。利用多源数据建立的分层土壤盐分综合评估模型对于区域土壤盐分解析具有较高精度。该研究为中原黄泛区土壤盐化消减与土壤质量提升提供了可靠新方法。     

垦殖与自然条件下黄河三角洲土壤盐分的时空演化特征研究

为探究人为垦殖与自然条件下黄河三角洲土壤盐分的时空演化特征,实现黄河三角洲后备土地资源的高效开发,保障生态和环境安全,利用空间变换推演时间演替,沿黄河入海方向,自利津县北宋镇至黄河三角洲保护区内黄河入海口布设采样带,研究当地典型作物(小麦、棉花、水稻)和自然条件下土壤盐分的时空演化特性,随机选取28个主采样区,采集140个样点,每个样点以20cm为1个土层,测定0—100cm土层土壤含盐量。研究表明:整个研究区域0—20cm土壤平均含盐量为3.58g/kg,显著高于60—100cm土层(p0.05),属于中度盐化土,空间表现为强变异性(CV=131%),随着土层深度的增加,不同土地利用类型间盐分空间变异减小;土壤盐分剖面的空间分布特征体现了人为垦殖和自然条件的协同影响,表聚型盐分剖面主要分布在采样带的近海端(1972年后冲积区域中此类剖面占83.3%),作物以低产棉田和自然植被为主,85.7%的自然植被和45.5%棉花为表聚型,平均型主要分布在采样带的中部及内陆区域,1855年之前及1855—1972年间的冲积区域中此类剖面各占40.0%,作物主要以水稻、小麦和滩涂为主;底聚型主要分布在采样带的内陆地区,1855年之前的区域中此类剖面占31.3%,主要以农作田为主,棉花、小麦、水稻均衡分布;人为垦殖管理、植被类型等随机因素是导致0—80cm土层土壤含盐量变异的主要原因,随着土层深度的增加,随机因素影响减弱,地形、地下水位等结构性因素影响增强;基于盐分的空间分布,绘制农作物布局区划图,可为黄河三角洲地区盐渍土资源合理开发利用提供参考。该研究揭示了垦殖与自然条件下土壤盐分时空演化特征,自滩涂至内陆,土壤盐分剖面由表聚型向底聚型过渡,人为垦殖在一定程度上可以降低土壤的盐渍化程度,但人为垦殖与土壤盐渍化之间互为因果、相互推进。