特色果品种植区土壤重金属空间变异规律研究——以河北省沧州为例

以沧县、献县、泊头和黄骅为研究区,采用地理信息系统(GIS)和地统计学相结合的方法,研究了该特色果品种植区的表层1470个样点土壤全量Cu、Zn、Pb、Ni、Cd、Cr、Hg、As元素的空间分异规律及其影响因子。结果表明:除Hg、Cr、Pb外其他5种元素的最大值均超出土壤环境质量一级标准,说明研究区还存在一定程度的重金属污染。变异系数分析表明,Cr最小,为0.10;Hg最高,为0.40。8种重金属之间均为1%水平显著正相关关系;块金效应分析结果显示Ni和Cr空间相关性较强,而其余6种重金属则呈现中等强度空间相关性。而从变程来看,Cd最大,为108.80 km,说明该元素与土壤母质关系密切,Cr最小,仅为25.99 km,说明该元素空间自相关距离大于取样间隔距离。8种重金属空间分布结果表明,整体呈现西部高于东部的特征;其原因除母质等自然因素外,人为因素如工业发达、交通尾气和农药化肥施用等也是影响其空间分布的重要原因。     

气象因素对锡林河融雪径流影响的通径分析

以锡林河流域为研究对象,针对锡林浩特、阿巴嘎旗、林西和克什克腾旗4个国家气象站,1960-2010年的逐日气象数据和锡林浩特水文站1960-2010年的实测径流数据,利用相关分析、偏相关分析和通径分析等方法,在年时间尺度和季时间尺度上研究降水、气温、最高气温、最低气温、日照时数、潜在蒸散发和有效积温等气象因素与径流的相关性、偏相关性,并通过通径分析,确定其对径流影响的直接作用和间接作用.结果表明:在年时间尺度上,日照时数、年均气温、最低气温和最高气温与径流量的相关性不显著,其对径流的直接影响和通过其他因素对径流的间接影响也较小,不是影响径流变化的主要气象驱动因素;降水、蒸发和有效积温与径流的相关性较高,这3种因素对径流的直接影响也较大,是影响流域径流的主要气象因素.在季时间尺度上,对锡林河流域径流变化影响较大的前3种因素依然是降水、蒸发和有效积温;但不同季节、不同气象因子对流域径流影响的贡献不同,春季起主要控制作用的是有效积温,夏季和秋季起主要控制作用的是降水.     

基于空间数据库和GIS的SPAC系统水分运动模型

农田SPAC系统水分空间变异通常较大,一维模型无法反应区域农田水分的运动和空间分布.该研究以空间数据库和组件式GIS为基础,结合适于北方平原农田水文过程的机理公式,开发出可以在ArcMAP(ESRITM)中加载的区域SPAC系统水分运动模拟工具,该工具结合GIS空间分析功能、空间数据库管理和水文过程数值模拟于一体,可以模拟计算SPAC系统水分的时空分布和运动,并提供二维或三维的输出结果.模型由多个数据处理和过程计算子模块组成,可模拟SPAC系统内土壤水分动态和蒸散量.验证表明,区域土壤水分模拟绝对误差在0.05(即体积含水量相差5%)以下的栅格点数达到总计算区域栅格数的95.61%;蒸散量验证显示,玉米生长季平均绝对误差为0.15 mm,平均相对误差为3.1%;小麦生长季平均绝对误差为0.13 mm,平均相对误差为5%.     

内蒙古河套灌区灌排水离子组成及淋洗盐分用水量评价

以河套灌区“盐分去向”为研究背景, 通过调查灌区土壤及各级灌排渠系水阳离子含量变化及室内模拟灌溉水淋洗土柱试验, 分析灌溉水经过土壤到排水阳离子组成的变化规律, 探讨用Na⁺浓度评价淋盐排灌水量比的可行性。结果表明, 与灌溉水相比, 各级排水干渠排水所含盐分中Na⁺所占比例明显增加, 平均约为87%; Ca²⁺所占比例减少, 平均约为7%。排水的全盐浓度(EC)和Na⁺浓度有显著相关关系, 说明Na⁺浓度对排水的全盐浓度有显著影响。灌溉水的2/3 Ca²⁺以非水溶性钙盐积聚在土壤, 排出量较少, 但灌区全年的Na⁺收支基本平衡。淋盐排灌水量比评价分析结果表明, 用Na⁺浓度评价淋盐排灌水量比要优于用全盐浓度(EC); 要维持灌区Na⁺收支平衡, 排灌水量比应保持在0.12~0.15, 针对现有灌区年引水量50 亿t, 年排水量要达到6~7 亿t。     

半干旱草原型流域土壤水分变异及其影响因素分析

土壤水分是岩石圈—生物圈—大气圈—水圈间水分循环的重要环节,是半干旱草原型流域植物生长的主要限制因子。该研究基于内蒙古锡林郭勒盟锡林河流域野外实测土壤水分数据,利用主成分分析和冗余分析等方法,对不同土壤类型垂直剖面土壤水分变化特征及其潜在环境影响因子进行了对比分析。结果表明,黑土、红砂土、栗钙土、盐土间土壤水分含量呈依次增大趋势;随着土层深度加深,土壤水分变异性减弱,且各层土壤水分变异性随时间变化受到土壤类型的影响较大;主成分分析表明海拔、植被高度和坡度等包含了解释土壤水分变异68.50%的信息;冗余分析识别出海拔和植被高度是土壤水分变异的关键潜在环境驱动因子。该研究可为半干旱草原型流域生态水文过程研究提供数据和理论支持。     

基于GIS的土壤水分运动模型

我国北方灌溉农田区土壤水分空间差异较大,一维水分模型无法计算土壤水分的空间分布,本研究在V isualBasic环境下结合ArcOb jects控件技术,利用ArcG IS的空间分析能力,开发出一个基于G IS的三维区域土壤水运动模型。该模型以R ichards方程和Van Genuchten公式为基础,通过简单的数据输入及参数设定便能快速的计算出土壤含水量、土壤导水率和土壤水势,对土壤水分空间运动进行模拟,并分别利用参考文献数据及实测数据对模型进行验证,证明计算结果可靠。     

基于3S技术的绵羊牧食行为与草地环境相互作用研究

研究绵羊牧食的时空分布特征可为草畜管理及合理利用草地资源提供科学依据。本文以内蒙古典型荒漠化草原区的主要牲畜细毛绵羊为研究对象,通过GPS项圈获取不同载畜率条件下绵羊的时空分布信息和遥感获取的植被数据,利用空间分析技术和选择性指数方法,研究绵羊牧食行为的时空分布特征及其与草地环境间的关系。研究结果表明:绵羊行走距离夏季大于秋季,且不同载畜率条件下行走距离呈现轻度放牧中度放牧重度放牧的特征。地形对绵羊牧食的影响表现为,选择性指数平地斜缓坡斜坡,不同地形选择性指数之间的差异夏季小于秋季。在上午5:30—8:30和下午16:00—17:30时间段内,绵羊的活动区域有差异,上午集中在样地北半部活动,而下午在南半部即归牧地附近活动。植被盖度对绵羊行为没有显著影响,只有在植被盖度非常低、地表裸露的区域,绵羊才会有避食行为产生。在长期不同载畜率绵羊放牧影响下,荒漠草原植被盖度随着载畜率的增加呈递减趋势。因此,在放牧管理时,可以考虑因地形和季节的不同调整饮水及收牧管理,这可以改变绵羊的时空分布,减少在退化草地的牧食频率。     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

近35a锡林河流域积雪变化及其对气候的响应

利用锡林浩特站及周边阿巴嘎旗、林西和克什克腾旗气象站1981—2016年逐日气象数据(降水量、气温等)、逐日雪深数据,分析了锡林河流域近35 a雪深、积雪日数的变化特征,以及气象因子与雪深、积雪日数之间的相关性。结果表明:近35 a来锡林河流域年平均雪深及年平均积雪日数在时间序列变化均呈微弱的上升趋势。在时间转折上,年平均雪深在1984年发生突变,而年积雪日数并没有发生明显的突变。从周期变化来看,年平均积雪10~30 a的周期变化最明显,而年平均积雪日数在12~30 a的时间尺度上的周期变化最为明显。研究区气象因子与积雪的相关性表明,雪深、积雪日数与气温、平均风速、日照时数、0℃有效积温在整个积雪期均呈极显著的负相关关系,而相对湿度与积雪深度及积雪日数变化之间呈极显著的正相关。运用通径分析发现,气温对积雪变化的影响,无论是通过直接作用,还是通过间接作用,均大于其它因素的影响。由此可见,相比其它气象因子,积雪对气温的变化更加敏感。研究积雪动态变化及其对气象因子的响应对寒旱区草原合理利用水资源、农牧业发展和灾害防御具有重要的现实意义。     

基于GEE的1982—2021年内蒙古地区植被覆盖度时空动态及气候响应特征

科学揭示植被覆盖度（fractional vegetation cover,FVC）的时空变化过程及其与气候变化的相关关系,对推进生态文明建设和农牧业可持续发展具有重要意义。以内蒙古自治区为研究区,基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）利用AVHRR NDVI数据和像元二分模型构建研究区1982—2021年FVC年尺度时间序列,并采用Sen斜率估计和Mann-Kendall检验以及相关性分析方法全面探析研究区近40 a不同土地覆被类型中FVC的时空分布、演变趋势及其与气候变化的耦合机制。结果表明：1）内蒙古地区多年平均FVC在空间分布上呈显著的条带性规律,由西部向东北部逐步递增,不同土地覆被类型中FVC差异较大。2）西部荒漠地区FVC呈极显著降低趋势,面积占比13.1%;中部山地和草地FVC无显著变化趋势,面积占比38.2%;南部、东部和东北部的农田、林地及部分草地FVC呈极显著升高趋势,面积占比38.3%。3）不同土地覆被类型的FVC变化与气象因子的相关关系具有显著差异,草地FVC变化与年降水量呈显著或极显著正相关,农田FVC变化与年均气温呈显著或极显著正相关,林地的部分区域FVC与年降水量呈显著负相关,部分裸地FVC与年均气温呈显著负相关。研究结果可为内蒙古地区生态环境保护和可持续发展提供科学依据。