蓄水条件下水体-土壤循环压盐机理试验研究

"改排为蓄"是盐碱地治理方法的重大创新,为揭示蓄水条件下蓄水沟水体与相邻土壤之间的动态循环压盐机理,进行水体与土壤之间盐分运移试验。通过对蓄水水位70cm→40cm→20cm的循环变化,研究水体和不同土层盐分运移规律。试验结果表明:蓄水水位由高到低循环变化对水体与土壤之间盐分运移有着至关重要的作用,当蓄水位以70cm→40cm→20cm的循环变化时,0-65cm土层含盐量逐渐减少,65-100cm土层含盐量逐渐增加。通过蓄水水位升降的循环变化,可以使表层土壤的盐分逐渐减少,底层土壤的盐分逐渐增大,改变土壤盐分在垂直方向的空间分布,逐步向下循环加速压盐。因此,循环压盐机理是成立的,"改排为蓄"治理模式是可行的,可以达到盐碱地改良的效果。     

孔雀河流域农业灌区土壤盐分空间分布及变异特征

为查明孔雀河流域的土壤盐分空间分布及变异特征,进而为地区盐渍化土壤改良与利用提供科学依据。在该区25个点逐层采集土壤剖面样品,测试土壤盐分含量,利用地统计学基本原理与手段,获得区内土壤盐渍化的空间变异信息参数,绘制了区域土壤盐分含量空间分布图。研究表明:0~20 cm和20~60 cm属中度盐渍土,60~100 cm属轻度盐渍土;各土层盐分含量处于强变异性范围;块基值25%,具有强空间相关性,结构性因素对其空间变异的贡献较大;土壤盐分含量存在明显的空间分布规律,水平方向上由上游至下游含盐量先增后减,随距河流距离增加含盐量缓慢增大,垂直方向随深度增加含盐量逐渐减小。     

典型绿洲区土壤盐分的空间变异特征

针对绿洲区存在的土壤盐化制约干旱区农业可持续发展问题,应用面域土壤信息调研采集,结合地统计学与GIS技术对新疆典型绿洲区土壤盐分空间变异特征进行研究。研究结果表明:0～30cm耕层土壤盐分呈现强变异性,30cm以下土层呈现中等变异。各土层土壤盐分均呈现中等空间自相关性,空间相关距离在24～28km范围内。各等级盐化土在不同深度土层的分布方位基本一致。各土层非盐化土面积均占主导地位,都占研究区总面积的69%以上;其次为轻度盐化土面积,占研究区总面积的19%～30%;各土层中度盐化土面积都在3.4%以下;重度盐化土仅在0～30cm土层有极少量分布。随着土层深度的增加,非盐化土和中度盐化土的面积逐渐减小,轻度盐化土面积逐渐增大。本研究对于指导干旱区绿洲农业生产、保障区域土壤资源可持续合理利用具有重要的理论价值和明确的实际应用前景。     

典型干旱区绿洲春季土壤盐分空间分布特征分析

干旱区绿洲春季土壤盐渍化问题十分严重。以新疆第二师31团灌区为例,在GIS技术的支持下,运用经典统计学和地统计学方法,对春季灌区内不同深度土层的盐渍化特征与空间分布格局进行分析,探讨了这一地区土壤盐渍化规律,为当地农业生产和土壤改良提供了理论依据。结果显示:春季灌区内土壤pH值范围在8.01 ~ 8.32,总体呈碱性;土壤盐分呈表聚型,盐分阳离子以K+和Na+为主,阴离子在耕地土壤以SO₄2?、在非耕地土壤以Cl?为主;盐分类型耕地以氯化物－硫酸盐型为主,非耕地以硫酸盐－氯化物型为主。不同深度土层土壤盐分含量在水平方向均具有较强的变异性且大多具良好的空间相关性;其中,40 ~ 60 cm土层土壤盐分含量空间相关性强烈,0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、80 ~ 100 cm土层空间相关性中等。在垂直方向上,0 ~ 20 cm、40 ~ 60 cm土层土壤盐分含量较高,在1.59 ~ 8.91 g kg ?1之间;20 ~ 40 cm、80 ~ 100 cm土层盐分含量相对较低,在2.44 ~ 3.95 g kg ?1之间。在水平方向上,不同深度土层的土壤盐分含量空间分布状况基本一致,研究区中部及东北部盐分含量相对较高,且由中部向两侧逐渐递减。中部荒漠化程度高,地势低洼之处盐分含量达3.00 ~ 8.91 g kg?1;西北和东南部盐分含量相对较低,在1.59 ~ 3.00 g kg ?1之间。     

民勤绿洲盐生草生境土壤盐分空间分布特征

通过对民勤绿洲盐生草生境土壤盐分空间分布特征进行研究,旨为其在民勤绿洲乃至全国盐碱地生物修复中的应用提供理论依据。结果表明,在距盐生草水平方向0~60 cm范围内,阴离子主要是SO42-和Cl-,阳离子主要是Na+和Ca2+,土壤盐分主要是硫酸钠、硫酸钙、氯化钠和氯化钙。其中0~40 cm土层土壤属于氯化物–硫酸盐型,40~60 cm土层土壤属于硫酸盐–氯化物型。土壤pH在垂直剖面上随土层深度的增加而降低,在水平方向上,40 cm处低于20 cm和60 cm处,其中在土壤垂直剖面0~20 cm范围内,20 cm处高于60 cm处;而土壤垂直剖面20~60 cm范围内正好相反。土壤盐渍化程度在垂直方向上随土层的加深而加重,其中在距盐生草水平方向0~40 cm范围内,垂直剖面0~20 cm土层土壤非盐渍化,20~40 cm土层土壤轻度盐渍化,40~60 cm土层土壤中度盐渍化;在距盐生草水平方向40~60 cm范围内,垂直剖面0~40 cm土层土壤非盐渍化,40~60 cm土层土壤轻度盐渍化。在水平方向上,盐生草具有一定的聚盐效果。     

艾比湖流域土壤有机质垂直空间变异特征

利用沿土壤深度方向的垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法研究了新疆艾比湖流域土壤有机质含量的垂直空间分布结构。结果表明:垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法能够有效分析空间区域土壤有机质垂直分布的相关性和空间异质性;垂直滞后空间正相关或负相关的集聚区域指示了相似或相反的有机质垂直分布模式,并且土壤有机质含量相关性随土层深度间隔增大而衰减;流域不同区域土壤有机质沿土层深度的垂直分布呈现分异特征,流域东部和西部地区有机质含量随土层深度增加而升高,但中部区域有机质含量随土层加深而降低,而且土壤有机质含量沿垂直方向递增或递减的速率在流域内亦表现出空间异质性。     

河套灌区典型示范区土壤盐分和有机质空间变异特征

为探明河套灌区盐渍化土壤盐分和有机质含量分布规律,选取巴彦淖尔市五原县盐渍化土壤典型区域作为研究区,采用区域土壤信息定点监测,选取 149个采样点,获得各土层土壤样本,并结合经典统计学、地统计学、空间插值等方法,研究盐渍化土壤盐分和有机质含量空间变异特征。结果表明:随着土层深度的增加,土壤有机质含量与土壤盐分含量的相关性逐渐增加,在深层土壤间盐分对有机质含量的影响大于表层,且在 40～ 60 cm影响最显著。研究区各层土壤盐分的最优半方差函数模型为球状模型,土壤有机质的最优半方差函数模型为高斯模型。规模化盐碱地改良后,0～ 20、20～ 40、40～ 60 cm土壤盐分结构比(表示随机因素引起的空间变异占系统总变异的比例)上升 2.35、6.72、1.94个百分点,0～ 20、20～ 40 cm土壤有机质结构比分别上升 3.54、3.93个百分点,土壤盐分和有机质结构比整体较改良前呈上升趋势,结构性增强,空间相关性增强,垂直方向上土壤盐分变异性强于有机质变异性。改良期内土壤盐分含量平均降幅为 0.574g/kg,土壤有机质含量平均增幅为 0.195 g/kg,耕层土壤盐渍化程度减弱,各层土壤有机质含量增加,作物生长安全区增大,研究区土壤环境显著改善。土壤盐分高值区(>6 g/kg)多位于地下水浅埋区的中部和东南部区域,改良后,研究区中部土壤盐分集聚特征仍十分显著,存在盐渍化加剧的风险,仍是盐碱地改良防治重点的区域。     

海水倒灌农田土壤盐分空间变异特征

以海南省海口市三江农场为研究区域,采集并化验海水倒灌后土壤样品191份,利用地统计学方法和空间插值法对区域土壤盐分空间变异特征进行了研究。结果表明:14个土层中土壤盐分的均值最大的为0~5 cm土层,土壤盐分平均含量达到9.63 g/kg,最小的是20~40 cm土层,盐分平均含量仅为4.36 g/kg;24个土层中第一层(0~5 cm)土壤盐分含量属弱相关性,第四层(20~40 cm)土层属于剧烈空间自相关性;3各土层土壤盐分分布格局差异明显,含盐量1 g/kg的各土层均没有分布;含盐量1~3和3~5 g/kg两个级别随着土层深度的增加面积逐渐增大,9 g/kg的级别则面积逐渐减少。不同深度土壤层土壤盐分含量差异明显,空间变异特征各不相同,总体呈现土壤盐分表聚特征。     

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。     

不同蓄水位下水体—土壤循环压盐数值模拟研究

"改排为蓄"是盐碱地治理方法的重大创新,为揭示不同蓄水位条件下蓄水沟水体与相邻土壤之间动态循环压盐的机理,自制实验装置模拟水体与土壤之间盐分运移实验,通过对蓄水水位高低的循环变化,研究不同土层盐分的运移规律。结果表明:蓄水水位的循环变化对土壤盐分迁移起着至关重要的作用,当蓄水位70 cm→40 cm→20 cm的循环变化时,表层0～65 cm土壤的盐分逐渐扩散至水体,盐分再由水体中逐渐向底层65～100 cm土壤迁移,改变盐分在垂直方向的分布,逐渐向下压盐。针对研究对象,建立盐分运移数学模型,采用Hydrus-2D软件进行数值模拟,经分析比较,不同土层盐分运移数值模拟结果与实验结果数值基本一致,模拟效果较好。因此,不同蓄水位下,水体-土壤间循环压盐机理是成立的,"改排为蓄"治理模式是可行的,可以达到盐碱地改良的效果。     

中国西南水梯田土壤水分特性研究——以哈尼梯田为例

为了研究中国西南水梯田的土壤水分特性,以云南哈尼梯田为例,选取哈尼梯田核心区全福庄小流域内林地、荒草地、旱地和水田4种土地利用类型,分层取0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm深度土样测其主要土壤理化指标和土壤水分特征曲线,分析其土壤的持水性和水分有效性。结果表明:(1)哈尼梯田4种不同土地利用类型土壤容重变化范围为0.61~1.41 g/cm³,且0—40 cm与40—100 cm差异性显著,土壤有机质含量为1.17%~9.65%;土壤总孔隙度和非毛管孔隙度变化与容重一致,土壤毛管孔隙度总体呈现林地>旱地和水田>荒草地;(2)土壤质地以粉砂壤土为主,粉粒含量最高(52.74%~82.55%),砂粒含量次之(14.44%~45.31%),黏粒含量极少(0~3.68%);(3)相同土壤水吸力下,林地各土层土壤水分特征曲线相对较高,土壤持水性最强,旱地和水田次之,荒草地最低;土壤有效水含量则表现为水田>林地>旱地>荒草地;(4)影响哈尼梯田土壤水分特性的关键因素是土壤颗粒组成和毛管孔隙度,其中土壤持水性与颗粒组成呈显著正相关,土壤有效水含量与土壤毛管孔隙度呈显著正相关。总体而言,哈尼梯田生态系统中林地具有良好的蓄排能力,而梯田在保蓄水分的同时进行水分再分配,二者在维持生态系统可持续发展上具有十分显著的作用。研究结果为进一步研究西南水梯田土壤水分和梯田灌溉管理提供了科学依据。     

艾比湖干涸湖底盐漠土壤环境特征分析

在艾比湖东南部历史时期干涸湖底上选择一块长1 500 m,宽1 000 m的植被类型较丰富的采样带,用土钻分别采集深度为0—30 cm和30—60 cm的土壤样品,研究了新疆准噶尔盆地西部艾比湖干涸湖底沉积土壤的盐分、主要离子和有机质的季节性变化和空间分布特征。结果表明:（1）干涸湖底表层（0—30 cm）沉积物盐分平均值占整个采样层（0—60 cm）沉积物盐分平均值的73.3％,沉积物盐分垂直分布呈现出强烈的表聚性。（2）5—10月份土壤盐分的空间分布发生了很大的变化,在垂直剖面上自下向上盐分增加,在水平剖面上秋季盐分大于春季,蒸发作用对干涸湖底的土壤盐分分布有很大的作用。（3）艾比湖干涸湖底不同离子空间变异的一般规律是除了Ca²⁺离子以外,表层土壤比深层土壤的变异系数大。（4）土壤的有机碳和有机质含量10月份较5月份略有升高,盐漠植物在生命活动中对其地表有机碳和有机质的调节作用使其分布格局发生了一定的变化。     

渭-库绿洲多尺度景观格局与盐度关系

中国盐渍化土壤面积大,分布广,对区域农业发展构成了严重的威胁。探索土壤景观格局与盐度的关系将有助于盐渍化监测和评估。该研究选择渭-库绿洲GF-1影像为数据源,结合研究区同期38个样点不同剖面土壤盐度数据,对样点缓冲区景观格局与土壤盐度做Pearson相关分析和逐步回归分析,揭示土壤盐度空间分布格局,探讨景观格局与盐度的定量关系。结果表明:1)水平方向上,土壤盐分高值区主要集中分布在绿洲东部荒漠地带和绿洲西部农牧交错区;垂直方向上,渭-库绿洲表层土壤盐渍化现象最为严重,其他各层土壤盐渍化情况相对较轻,盐渍化程度随着深度下降呈降低趋势;2)绿洲区域易受人类活动影响,景观破碎化程度高,而同一区域不同梯度下,随着缓冲距离的增加,区域景观类型增多、均质性降低、多样性增强;3)耕地利用数量指标能较好指示土壤盐度状况,而水体面积、盐渍地面积、其他用地面积、最大斑块指数(largest patch index,LPI)、蔓延度(contagion index,CONTAG)和分维数(perimeter-area fractal dimension,PAFRAC)对盐度影响相对较弱;4)除0~10 cm层外,自10~20 cm至80~100 cm层逐步回归方程的自变量中,耕地面积、水体面积和最大斑块指数LPI为负效应,而盐渍地面积、其他用地面积、CONTAG和PAFRAC为正效应,最优回归方程决定系数为0.537。该研究确定了渭-库绿洲土壤盐度的分异规律,以及不同盐度对绿洲景观格局的影响程度。研究结果可为西北干旱区绿洲土壤盐度预警提供理论依据,同时为干旱区景观格局研究提供一定的参考价值。     

左云县店湾镇春季不同植被条件下土壤含水量研究

为了研究左云县店湾镇春季不同植被条件下0—600 cm深度范围内土壤垂直剖面水分变化特征,分别对该区乔木（白榆和小叶杨）林地、灌木（柠条和沙棘）林地和草地5种不同植被条件下土壤水分进行了研究。结果表明:研究区不同植被条件下土壤剖面含水量变化规律不同。左云县矿区春季各土层平均含水量草地最高,柠条林地次之,白榆林地最少。其中草地各土层平均含水量比柠条林地高0.3%,比白榆林地高3.8%。该区各植被条件下土壤水分主要呈难效水状态。且各植被条件下土壤在200—400 cm深度范围内都存在干层,有轻度干层、中度干层和重度干层发育。该区水循环主要是地表水循环,地下水循环基本不存在,形成了土壤—植物—大气的水分循环模式,属于异常水分循环类型。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。     

乌兰布和沙漠绿洲农田不同土地利用方式地表风蚀特征研究

土壤风蚀是干旱地区绿洲农田开发的一个突出生态问题,如何针对不同的立地单元采取保护性措施是人们长久以来关注的重点。本文选择乌兰布和沙漠绿洲农田流沙地、沙质耕地、黏质耕地、撂荒耕地及留茬地5种典型土地利用方式,对其风速特征、地表蚀积量进行野外原位测定,并分析了不同下垫面的地表粗糙度和沉积土壤粒径特征。结果表明:研究区土壤颗粒组成以细砂含量占主导地位,粉粒、中砂与粗砂含量相对较低。与对照相比,各土地利用方式均能有效增加地表粗糙度,表现为:留茬地(0.32 cm)撂荒耕地(0.29 cm)沙质耕地(0.25 cm)黏质耕地(0.19cm)流沙地(0.02 cm)。土壤风蚀深度整体表现为流沙地沙质耕地撂荒耕地黏质耕地留茬地,5种利用方式下,留茬地风蚀程度最轻,风蚀深度仅为0.04 cm/d,分别较流沙地、沙质耕地、黏质耕地及撂荒耕地降低了99.03%、96.83%、94.29%与90.24%。因而,留茬地具有较好的防风蚀效益,是一种值得推广的土壤风蚀防治措施。     

绿洲灌区固定道耕作对土壤盐分动态的影响

解决节水灌溉与控制土壤次生盐渍化的矛盾,对干旱内陆绿洲灌区农田节水、防止土壤次生盐渍化和保证绿洲农业稳定持续发展具有重要意义。本研究以传统翻耕(CT)、垄作沟灌(FRB)、固定道保护性耕作(PRB)和固定道平作(ZT)4种耕作方式为研究对象,研究了固定道耕作模式下的土壤盐分特征。结果表明:与播前相比,收获后FRB处理0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~100 cm土层土壤含盐量分别提高83.3%、77.2%、47.6%和84.0%,PRB处理分别提高62.6%、46.3%、28.2%和103.6%。ZT和CT处理0~200 cm土壤含盐量呈"脱盐"和"聚盐"交替变化趋势,0~60 cm各土层土壤含盐量随灌水显著降低,而60~200 cm各土层土壤含盐量随灌水显著增加。0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm土层是PRB和FRB处理土壤盐分的主要累积区,ZT和CT处理土壤含盐量随灌水最终积累在100~160 cm土层。从头水后至收获各个时期,PRB处理0~200 cm各土层土壤含盐量均高于FRB处理,且差异显著。ZT处理0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm和60~100 cm土层土壤含盐量均显著高于CT处理。垄床不同位置土壤盐分运动水平方向上均呈"垄边向垄中"迁移特点,但PRB处理迁移能力强于FRB处理。垂直方向上,FRB处理在土壤60~80 cm处形成积盐峰,而PRB处理在土壤40~60 cm处形成积盐峰。随灌溉水分入渗再分布后FRB处理土壤盐分向垄沟中部和垄床表层迁移,PRB处理土壤盐分在垄床40~60 cm土层处形成一个积盐层。结果说明,垄作方式能显著增加土壤剖面盐分累积。随着垄作年限增加,盐分向垄床中部积累的能力和含量均增强,由此垄作种植应考虑适时漫灌以达到淋洗土壤盐分的目的。     

艾比湖流域不同生态系统土壤水盐空间异质性分析

运用传统统计学和地统计学相结合的方法对艾比湖流域山前人工绿洲—绿洲—荒漠过渡带—湖滨湿地生态系统土壤表层(0~20 cm)盐分、含水量、pH的空间异质性特征进行分析,结果表明:(1)山前人工绿洲属中度盐化土,绿洲—荒漠过渡带和湖滨湿地均属于重度盐化土;艾比湖流域土壤pH和盐分均由山前人工绿洲向湖滨湿地逐渐增大,含水量由山前人工绿洲向湖滨湿地递减;艾比湖流域土壤pH属于弱变异性,盐分和含水量均属于中等变异强度;(2)受结构因素影响,山前人工绿洲土壤pH、绿洲—荒漠过渡带土壤盐分和含水量、湖滨湿地土壤pH和盐分具有较强的空间相关性;受结构因素和随机因素综合影响,山前人工绿洲土壤盐分和含水量以及湖滨湿地土壤含水量具有中等的空间相关性;(3)艾比湖流域土壤pH和盐分呈现斑块状分布,均由山前人工绿洲向绿洲—荒漠过渡带到湖滨湿地依次递增;土壤含水量呈现条带状分布,由山前人工绿洲向绿洲—荒漠过渡带到湖滨湿地依次递减、艾比湖北部向南部逐渐减少;土壤盐分与pH和含水量分别呈现极显著正相关、显著负相关。     

基于GIS技术的土地利用变化对表层土壤有机碳储量的影响——以富锦市为例

采用地统计学和GIS相结合的方法,利用1980年和2010年富锦市土壤有机碳数据,研究土地利用变化对表层（0—30 cm）土壤有机碳储量和空间分布的影响。研究结果表明:富锦市土壤有机碳库（0—30 cm）在1980—2010年期间呈现降低趋势,1980年富锦市土壤有机碳库为107.12 Tg C,2010年富锦市土壤有机碳库为94.39 Tg C,三十年间减少了13.49%。研究区土地利用变化主要表现为分布在中部和西南部的沼泽湿地、旱地和草地减少。而分布在北部地区水田、林地和水体的面积均有所增加。两期不同土地覆被类型土壤有机碳密度大小顺序为沼泽湿地 > 林地 > 草地 > 水田 > 旱地。沼泽湿地开垦和旱地改水田是影响富锦市土壤有机碳储量时空变化的主要因素。