灰色评估模型定量评价于田绿洲土壤盐渍化风险

针对土壤盐渍化这一干旱区重大生态环境问题,以新疆维吾尔自治区于田绿洲为研究靶区,在野外踏探、室内试验的基础上,将土壤电导率作为评价盐渍化风险生态终点,选择地面蒸散发、地表温度、地表反照率、地面高程、地下水埋深、地下水电导率、地上生物量、叶面积指数、归一化植被指数、表层土壤pH值、表层土壤含水率、土地利用/覆被类型、人口密度和人均耕地面积共14个评价指标作为主要盐渍化风险源,通过遥感与GIS技术获取这些评价因子空间数据集,同时进行数据标准化、叠加并生成相应的栅格图层集,采用Pearson相关性分析法确定评价因子风险权重,引入灰色系统分析法构建研究区盐渍化风险灰色评价模型,构建了土壤盐渍化风险评价模型,并对研究区的盐渍化风险进行定量评价与分析。结果表明:整个研究区盐渍化风险值介于0.053～0.747之间,平均值达到0.190。总体以一般风险为主,盐渍化高度风险占23.37%,虽然分布面积不大,但对绿洲北部区域的生态环境和农业生产影响深远。研究可为干旱区绿洲的土地资源管理、农田系统的合理布局及农业可持续发展中的风险决策提供数据基础与参考依据。     

基于NDVI-SI特征空间的土壤盐渍化遥感模型

同时考虑植被和土壤信息,构建盐渍化遥感信息提取模型。选取具有长期研究基础的塔里木南缘于田绿洲为研究靶区,综合分析归一化差值植被指数（NDVI）、盐分指数（SI）二者之间的关系,在此基础之上提出NDVI-SI特征空间概念,并构建土壤盐渍化遥感监测指数模型（SDI）,结果表明：土壤表层含盐量与SDI相关性较高,其R2=0.8596。非盐渍地、轻度盐渍地、中度盐渍地、重度盐渍地的SDI平均值分别为0.399,0.763,0.974和1.201,差异较大;经差异性矩阵分析,亦表明SDI能够很好的区分研究区内不同盐渍化程度地类的分布范围。SDI能反映盐渍化土壤地表盐量组合及其变化,具有明确的生物物理意义,并且指标简单、易于获取、有利于盐渍化定量分析与监测,对今后干旱区盐渍地信息提取以及动态监测研究具有重要意义。     

于田绿洲盐渍土主要参数的空间异质性分析

通过对盐渍土主要参数的空间异质性进行分析,反映出绿洲地区各种不同的程度的土壤盐渍化的空间分布。借助地统计学、经典统计学方法,同时结合野外的实测数据,对于田绿洲2013年表层盐渍土(0~10 cm)的电导率、含盐量、p H、含水量的空间异质性进行分析。对研究区的土壤盐渍化监测采样控制在95%的置信水平、15%的相对误差的范围内。研究表明:(1)于田绿洲为重盐土类型,其均值达到7.02 g kg-1,同时表层土壤电导率,含盐量和含水量均表现为较强空间变异性。(2)表层土壤电导率、含水量和含盐量以及p H均表现出由结构性因素引起空间变异。(3)通过插值结果可以看出土壤含盐量、电导率和土壤含水量均表现为绿洲外围高于绿洲内部的空间分布,同时土壤含盐量电导率和p H值三者之间呈明显的正相关。通过分析土壤空间变异性,有利于快速诊断土壤盐渍化,也能够为提升土地的利用效率以及农田的管理提出决策的依据。     

干旱区典型植物群落土壤水盐空间差异

以渭干河—库车河三角洲绿洲—荒漠过渡带典型植物群落以及土壤因子作为研究对象,通过野外调查、样品采集和室内分析,对典型植物群落物种与土壤因子的空间关系进行了统计分析,探讨了土壤盐渍化的影响因素及其变化规律。结果表明:(1)随着土壤剖面深度的增加,土壤含水量整体逐渐升高,土壤含盐量和电导率在各层均具有较高的含量分布,土壤pH值在不同样线不同剖面整体呈碱性。(2)随着土壤的含盐量、电导率和pH值的增加,植物多样性指数与优势度指数等呈相应下降趋势,典型植物群落的物种多样性与土壤含水量和pH值具有显著的相关性(p0.05),而与土壤含盐量和电导率无明显的相关关系(p0.05)。(3)研究区土壤表层的盐渍化现象非常严重,对植物群落的物种多样性影响较大,土壤水盐空间分布呈由东向西逐渐增加的趋势。     

生态风险分析用于苏北滩涂土壤盐渍化风险评估研究

针对制约苏北滩涂土壤资源开发利用的盐渍障碍因素,将生态风险理论引进该区域农田生态系统的盐渍化风险评价中,探讨了生态风险分析的方法与过程,建立了土壤盐渍化风险评价指标体系,构建了风险评价模型,并对区域土壤盐渍化风险状况进行了定量评估与分级。结果表明:研究区土壤盐渍化风险总体较高且不同部位风险差异较大,其综合风险值介于0.26～0.91之间,平均值达0.53;盐渍化风险分布表现出与土壤盐分、地下水矿化度较为相似的空间规律,受种植制度与耕作措施的影响,研究区东部水稻地盐渍化风险总体高于西部棉花地。研究区内风险较大的区域占总面积比例为63.54%,风险一般的占30.53%,风险很大的占5.01%,风险较小的仅占0.92%;其中较大风险和一般风险区分布面积最大,是土壤改良治理的重点区域。该结果可为滩涂区中、低产地改造、障碍土壤的科学管理提供参考依据。     

基于回归模型的渭-库绿洲土壤特性预测研究

区域土壤特性的时空变异及相互之间的关系研究,为了解区域土壤的结构和功能、保护和有效利用土壤资源提供科学依据。本研究以新疆典型盐渍化土壤-渭-库绿洲为研究靶区,利用研究区7次不同采样时间的土壤特性数据,采用传统统计学方法,对研究区土壤含盐量、电导率、TDS、pH值、含水量及主要盐基离子的特征值及土壤盐渍化程度进行分析,同时,对不同采样时期表层土壤电导率与含盐量、矿化度、主要盐基离子、含水量及pH值的变化进行一元线性回归分析。结果表明,研究区土壤pH值相对稳定;土壤含盐量具有不均匀分布特征;研究区土壤含盐量略有往加重方向发展,盐分具有强烈表聚性;研究区土壤中硫酸盐、氯化物在表层积聚相对强烈;土壤盐渍化类型是属于氯化物型。绝大部分采样时间,电导率与矿化度、含盐量之间所建立的回归模型的拟合效果较好,这表明用电导率值测定研究区总盐分浓度及矿化度是可行的。土壤电导率与土壤含水量、pH值之间所建立的回归模型的拟合效果不好,土壤电导率与土壤盐基离子之间的回归模型拟合效果也不好。这表明土壤电导率来反映土壤pH值、含水量以及盐基离子浓度是不准确的。     

鄱阳湖平原区农田土壤重金属Cd、Hg空间特征及潜在风险影响因素探析

为了解鄱阳湖平原区农田土壤重金属的空间特征,探析其潜在生态风险及影响风险状况的因子,采用地统计学、潜在生态风险指数法、Person相关分析及地理探测器方法,分析研究区农田土壤重金属镉(Cd)、汞(Hg)的空间分异特征、潜在生态风险评价及风险状况影响因素。结果表明,研究区土壤重金属Cd、Hg均为中等程度的变异,空间分布差异较为明显。丰城大部分地区Cd含量均在江西省土壤元素背景值与我国农田土壤污染风险筛选值之间。Hg含量由南向北逐渐升高并超过江西省土壤元素背景值,但未达到全国风险管控值水平。Cd的潜在生态风险水平以轻微级别为主,Hg则以中等级别为主。在综合潜在生态风险方面,大部分地区被划分为低风险区,而中度风险区分布较为分散。重金属Cd、Hg综合潜在生态风险指数(RI)与土壤pH值、全磷、海拔、坡度以及距河流或道路的距离具有显著相关性(P<0.05)。影响综合潜在生态风险指数的第一个显著因子为全磷≤0.4 g·kg^-1,其次为pH值5.5~6.0。本研究对鄱阳湖平原区农田土壤重金属污染的监测与治理、维护生态环境安全及人类健康具有重要的现实意义。     

新疆克里雅绿洲土壤盐分、pH和盐基离子空间异质性分析

以克里雅绿洲盐渍化土壤为研究对象,以野外调查与实地数据为基础,采用空间自相关分析与径向基函数插值法,定量分析了克里雅绿洲土壤的含盐量、pH及盐基离子的空间异质特征。结果表明:绿洲盐渍土表聚性强、呈碱性,土壤含盐量从南至北呈现逐渐增大趋势。土壤含盐量、Na~+、Ca(2+)、K~+、Mg2~+、Cl–、SO_4~(2-)均属于强空间变异,HCO_3~–属于中等强度的空间变异,而pH属极弱变异。土壤盐分含量、pH和盐基离子的Moran’s I指数均通过了显著性检验,研究区土壤含盐量、p H与盐基离子在空间上呈现低聚集性。Pearson相关性分析结果显示,土壤盐分含量与Na~+、K~+、Cl~–和SO_4~(2-)含量具有强正相关性(P0.01),与Ca~(2+)和Mg~(2+)含量中等程度正相关(P0.05);土壤pH与土壤含盐量及盐基离子含量极弱相关。该研究结果可为绿洲水资源合理开发与农业可持续发展提供科学依据,同时可作为盐渍土改良和沙漠化防治等环保工作的决策支撑。     

基于不同插值方法的于田绿洲盐渍化土壤特性空间变异分析

以于田绿洲为例,基于地统计学的反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、普通克里金法(OK)及局部多项式法(LPI)等4种不同插值方法,经过交叉验证对比确定了适用的方法进行插值,揭示了盐渍化土壤含盐量、电导率、PH值和含水量的空间变异特征。研究表明:(1)于田绿洲含盐量均值为9.29 g kg-1属重盐土类型,同时土壤电导率、含盐量、含水量和pH分别表现为强、中等、弱空间变异性;(2)土壤特性的结构性因子C/(C0+C)均大于75%,表现出空间自相关较强,是结构性因素主导作用的影响;(3)在电导率和含盐量的空间变异分析采用IDW法较为适合,对pH值的空间插值采用OK法精度最高,含水量则除了LPI法,其他三种方法都可以任意选用;(4)土壤含盐量和电导率空间分布表现出北高南低的分异规律,绿洲外围高于绿洲内部,pH值呈现从东部至西部递减的趋势,易受随机性因素的影响,含水量则出现南北方向明显的差异,研究区中、东部绿洲内高值存在。通过不同插值方法对于田绿洲盐渍化土壤特性的空间异质性研究,揭示了土壤特性空间变异特征及空间分布规律,可为解决土壤盐渍化问题提供基础参考。     

基于国产高分一号卫星数据的区域土壤盐渍化信息提取与建模

土壤盐渍化是干旱半干旱地区土地退化的主要原因之一,给当地生态系统和社会经济的可持续发展带来了严重的威胁,而对盐渍化空间分布信息的提取是治理盐渍化的基础。因此,选取生态脆弱区渭—库绿洲为研究区,利用2014年7月19日GF-1多光谱影像数据,提取光谱指数及波段信息,结合实际采样点的土壤表层电导率数据(0~10 cm),采用偏最小二乘回归模型(partial least squares regression,PLSR)对土壤盐渍化进行模拟,并对研究区盐渍化分布进行模拟和评估。结果表明:实测土壤表层电导率与光谱指数相关性较好;利用PLSR对渭—库绿洲土壤表层盐渍信息建模,对土壤盐渍化信息提取效果较好,精度较高;充分利用了GF-1影像包含的信息,提高了高分辨率遥感影像盐渍化信息提取的精度;非盐渍化和轻度盐渍化面积分别占总面积的42.88%和17.16%,绿洲中部偏东及东南区域,盐渍化现象稍弱,可成为今后绿洲扩张的重点方向;而中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占总面积的29.51%、8.57%和1.88%,绿洲北部/西部及西南方向的重度盐渍化区域紧挨绿洲区域,已严重威胁了绿洲经济的健康发展,亟待治理。     

张掖盆地北部地下水溢出带土壤盐分特征分析

探明张掖盆地北部地下水溢出带土壤含盐量、盐分组成及盐分离子的空间分布特征,为当地土壤盐渍化防治和土地资源管理及其可持续利用提供理论依据。土壤盐分数据分析使用了描述性统计、Kriging插值、相关性分析及主成分分析方法。结果表明:研究区土壤以强碱性为主,其阴离子以SO_4~(2-)为主,阳离子以K~++Na~+为主,全盐含量和盐分离子含量具有较强的空间变异性;研究区北部土壤大多数属于非盐渍化等级,而中部及西南部土壤以硫酸盐型轻盐渍化等级为主;SO_4~(2-)、Cl~-、Mg~(2+)、K~++Na~+、Ca~(2+)是引起全盐含量变化的主导因素,盐分离子间具有相关性,且以SO_4~(2-)与Mg~(2+)相关性最高,而Cl~-与K~++Na~+相关性最高;全盐含量、SO_4~(2-)、Cl~-、Mg~(2+)、K~++Na~+、Ca~(2+)是表征研究区土壤盐渍化现象的特征因子;土壤盐渍化的盐分主要是以镁盐为主的硫酸盐和以钠盐、钾盐为主的氯化物。     

海河低平原不同地貌土壤盐分特征研究

以河流冲积扇、河流冲积扇与滨海平原过渡带、滨海平原3种主要地貌类型,分析了海河低平原区土壤盐分含量、盐基离子组成及电导率的变化规律。结果表明:河流冲积扇耕层虽明显脱盐,但由于底土含盐量高,仍存在土壤盐渍化的威胁,阴离子以Cl-和SO42-为主;相反,河流冲积扇与滨海平原过渡带、滨海平原表土含盐量较高,而底土含盐量较低,阴离子以Cl-为主;土壤盐分中阳离子含量以Na++K+为主,盐分组成主要的可溶性盐为NaCl,其次是Na2SO4和CaCl2。     

滨海新围滩涂不同改良方式对土壤盐渍化调控效应及其主控因素

土壤盐渍化是制约滨海新围滩涂围垦区土壤质量的最主要因子,严重抑制了作物的生长和产量。试验设置了对照处理(CK)、有机肥(OM)、聚丙烯酰胺+有机肥(PAM+OM)、秸秆覆盖+有机肥(SM+OM)、秸秆深埋+有机肥(BS+OM)和生物菌肥+有机肥(BM+OM)6个处理方式,研究不同改良方式对滨海盐碱地土壤盐渍化的调控效应,明确改良过程中土壤盐渍化程度变异的主控因素。结果表明,表层土壤含盐量、钠吸附比和碱化度随着燕麦生育期的推移逐渐上升,而pH随着燕麦生育期的推移逐渐下降。与CK处理相比,PAM+OM、SM+OM、BS+OM和BM+OM措施能够显著降低0—20cm深度的土壤含盐量、pH、钠吸附比和碱化度。其中,SM+OM措施对土壤含盐量的抑制效果最好,达到68.0%~73.6%;而BM+OM措施对pH、钠吸附比和碱化度的调控效果最佳,分别降低4.5%~8.2%,61.5%~80.8%和55.5%~79.4%。主控因素分析表明环境因子中的土壤容重、土壤含水量和蒸发量对表层土壤盐渍化程度的影响均达到极显著水平(P<0.01),而风速和降水量的影响则达到显著水平(P<0.05)。     

客土造林后滨海盐碱地土壤盐分分布及影响因素分析

土壤盐碱化问题严重制约着盐碱地生态绿化环境和农业可持续发展。为研究客土造林后滨海盐碱地土壤盐碱化状况的空间分布格局及影响因素，该研究开展实地调查采样，结合地统计学、经典统计学和Kriging插值等方法分析徐圩新区滨海盐碱地0～10、>10～20、>20～40、>40～60、>60～100 cm土层土壤盐分分布格局及其影响因素。结果表明：1）研究区5个土层土壤电导率均为中等强度变异，pH值是弱变异。大多数土层土壤电导率和pH表现为弱空间相关性，由随机因素引起的空间变异性较弱，自相关引起的空间变异性较强。水平方向上看，研究区从西向东盐碱程度逐步加深，垂直方向上，土壤电导率随着土层深度增加而不断变大；2）研究区客土0～100 cm土层土壤电导率均值为2.91dS/m，属于轻度盐渍化土；原土0～100 cm土层土壤电导率均值为31.00dS/m，属于极重度盐渍化土，原土上只有极少数耐盐作物能自然正常生长。客土土壤电导率明显低于原土，但pH值与原土差异不大，客土土壤盐分表聚和底聚现象明显，存在返盐返碱的问题，长期来看，客土造林并不是该地区绿化最好的方式。3）影响研究区土壤...     

基于国产高分一号卫星数据的区域土壤盐渍化信息提取与建模

土壤盐渍化是干旱半旱地区土地退化的主要原因之一,给当地生态系统和社会经济的可持续发展带来了严重的威胁,而对盐渍化空间分布信息的提取是治理盐渍化的基础。因此,选取生态脆弱区渭—库绿洲为研究区,利用2014年7月19日GF-1 多光谱影像数据,提取光谱指数及波段信息,结合实际采样点的土壤表层电导率数据（0～10 cm）,采用偏最小二乘回归模型（Partial least squares regression,PLSR）对土壤盐渍化进行模拟,并对研究区盐渍化分布进行模拟和评估。结果表明：实测土壤表层电导率与光谱指数相关性较好;利用PLSR对渭—库绿洲土壤表层盐渍信息建模,对土壤盐渍化信息提取效果较好,精度较高;充分利用了GF-1影像包含的信息,提高了高分辨率遥感影像盐渍化信息提取的精度;非盐渍化和轻度盐渍化面积分别占总面积的42.88%和17.16%,绿洲中部偏东及东南区域,盐渍化现象稍弱,可成为今后绿洲扩张的重点方向;而中度盐渍化、重度盐渍化和盐土面积分别占总面积的29.51%、8.57%和1.88%,绿洲北部/西部及西南方向的重度盐渍化区域紧挨绿洲区域,已严重威胁到了绿洲经济的健康发展,亟待治理。     

基于EM38的滨海棉田土壤表观电导率空间变异与利用研究

土壤盐渍化和次生盐碱化是制约黄河三角洲农业可持续发展的关键障碍因子,了解和评估耕地土壤盐分的时空动态是对其进行科学利用和改良的前提。本文以黄河三角洲滨海盐碱地棉田为研究对象,在降水集中月份前后用EM38-MK2大地电导率仪测量了棉花两个关键生育期土壤根系层0~0.375 m和0~0.75 m剖面的土壤表观电导率,深入分析了棉花根区土壤表观电导率在空间上的分布特征与影响因素。结果表明:1)在降雨前后,黄河三角洲滨海土壤盐分空间变异较大,达到或超过中等变异水平;2)通过对大地电导率进行校正,排除影响其读数的干扰因素影响,大地电导率能快速表征0~0.375 m/0~0.75 m两个关键层次土壤盐分状态,可有效用于滨海棉田的土壤盐渍化的监测和评估;3)结合黄河三角洲地区地形地貌特征、降水蒸发、作物综合长势等因素的区域调查,作者认为在区域尺度上,优化土地利用格局,加强农田基本水利建设;在田间尺度上,加强土地平整和灌排配套等措施是治理和改良滨海盐碱土的基础。     

苏北海涂典型围垦区土壤盐渍化风险评估研究

为定量评估制约苏北海涂土壤资源开发利用的盐渍障碍因素,以苏北海涂典型围垦区江苏省大丰市金海农场为例,将灰色系统理论应用于风险评价,构建了实用的生态风险评价数学模型、指标体系与评价流程,并对区域土壤盐渍化风险状况进行了定量评估与分级。结果表明:土壤盐分、表土层容重与地下水矿化度是该区域盐渍化风险评估的重要因素;研究区土壤盐渍化风险总体较高且不同部位差异较大,其生态风险值F介于0.12～0.60之间,平均值达0.30;盐渍化风险分布表现出与土壤盐分、地下水矿化度较为相似的空间规律;受种植制度与耕作措施差异的影响,研究区东部水稻田盐渍化风险总体高于西部棉花地;研究区域不存在土壤盐渍化较小风险区,以一般风险、较大风险为主,其中较大风险区占总面积的50.11%,一般风险区占49.41%,很大风险区仅占0.48%,一般风险和较大风险区是该区土壤改良治理的重点区域。该结果可为海涂区中、低产地的质量提升、盐渍化土壤的科学改良与田间管理提供参考依据。     

南亚热带丘陵赤红壤区农业可持续发展的土壤水分管理探讨

焉耆盆地土壤盐渍化日趋严重,直接影响当地农业发展和生态环境建设。作者运用统计特征值、趋势面分析等方法,探讨了焉耆盆地土壤含盐量、盐分化学组成及其空间分布特征。结果发现:(1)除戈壁砾石带外,区内有近60%的土地处于强盐渍化和盐土状态,且主要为氯化物-硫酸盐型盐渍化;(2)荒地土壤的含盐量远大于农田区土壤;(3)表层土壤盐分具有从扇缘到湖滨逐渐增加的趋势,在灌区内土壤盐分随灌溉和排水而呈现季节性变化,但整体上处于脱盐状态。区内土壤盐渍化是在自然和人类活动共同作用下形成的,通过节水灌溉、合理开发地下水、完善灌排系统等措施可有效地改良盐渍土。     

滨海重度盐碱地改良土壤盐渍化动态特征及预测

试验设置了对照处理（CK）、有机肥（OM）、聚丙烯酰胺+有机肥（PAM+OM）、秸秆覆盖+有机肥（SM+OM）、秸秆深埋+有机肥（BS+OM）和生物菌肥+有机肥（BM+OM）6个处理方式来探讨滨海盐碱地不同改良方式对土壤含盐量、pH、钠吸附比（SAR）和碱化度（ESP）的影响,进而识别影响土壤盐渍化程度的主要因子,并构建多元线性回归模型（Multi-linear Regression, MLR）、BP神经网络模型（BP Artificial Neural Network, BP-ANN）和随机森林模型（Random Forest, RF）对滨海重度盐碱地改良背景下的土壤盐渍化参数进行模拟预测。研究结果表明：各改良措施均能有效的降低表层土壤盐渍化水平,其中SM+OM处理对于土壤含盐量的抑制效果最好,而BM+OM处理则对于土壤碱分的抑制效果最好。改良过程中气象条件和土壤性质均对表层土壤盐渍化水平产生了显著影响。在模型预测中,随机森林模型对土壤含盐量、pH、SAR和ESP的综合预测精度明显优于BP神经网络模型和多元线性回归模型,体现在随机森林模型具有较高决定系数（Coefficient of determination, R2）和纳什系数（Nash-sutcliffe efficiency, NSE）和较低的均方根误差（Root mean square error, RMSE）。     

土默川平原盐渍化土地不同利用方式的土壤质量评价

为评价盐渍化土地经不同利用方式后对土壤质量的影响,以土默川平原盐渍化土壤为研究对象,针对区域内的5种土地利用方式(盐荒地、改良地、牧草地、农田地、林地),采用主成分分析法从32项土壤物理、化学、生物学指标中选取关键指标,计算土壤质量综合指数以评价土壤质量,为该地区建立可持续的土地利用模式和区域生态恢复提供理论依据。结果表明:不同土地利用方式下的土壤物理、化学、生物性状存在一定差异。总体来看,林地、牧草地、农田地和改良地均能有效降低土壤盐渍化程度,改善土壤物理性状,增加土壤养分和微生物数量;表征土默川平原土壤质量的关键指标包括2～5 mm团聚体的有机碳、全盐量、饱和含水量、细菌、铵态氮和氯离子,其权重分别为0.35、0.23、0.17、0.10、0.08和0.06;4个土壤质量指数的结果表明,农田地、林地和牧草地的土壤质量指数均高于盐荒地、改良地。