盐渍化灌区水盐田间尺度时空分布及关联分析

【目的】分析干旱盐渍化灌区非饱和-饱和带水盐的时空分布特征及其内部关联度,为内蒙古河套灌区盐渍化防治提供理论依据。【方法】运用经典统计学和地质统计学方法,分析了内蒙古河套灌区隆胜试验示范区作物播种前、生育期、收割后土壤水盐的时空变异特征,并利用灰色关联分析对不同地下水埋深条件下的土壤含水量、土壤含盐量、地下水埋深和地下水矿化度进行了交叉综合排序。【结果】内蒙古河套灌区隆胜试验示范区在播种前、生育期、收割后的土壤含水量和地下水埋深均呈中度偏弱变异性,而表层(0~40cm)土壤含盐量和地下水矿化度均呈中度偏强变异性。表层土壤含水量、含盐量均表现出北高南低的空间分布趋势,地下水埋深呈北浅南深趋势,地下水矿化度分布为西北高东南低。对不同地下水埋深条件下的水盐因子进行关联度分析发现,当地下水埋深年均值为1.5m时,对地下水埋深关联度最大的因子为土壤含水量(关联度为0.726 1),土壤含水量、土壤含盐量和地下水矿化度均以地下水埋深为最大关联因子(关联度依次为0.724 0,0.683 2,0.643 2);在地下水埋深年均值为2.0m条件下,各因素间灰色关联度达到相对平衡状态;当地下水埋深年均值为2.5m时,土壤含盐量与土壤含水量、地下水埋深与地下水矿化度互为关联度最大的因子。【结论】建议采取合理措施降低研究区北部地下水埋深,防止区域土壤盐渍化加剧。     

克里雅河流域不同径流变化下的地下水埋深时空分异规律

地下水是干旱、半干旱地区用水的重要来源,有时甚至是唯一的水源.利用覆盖整个克里雅河流域平原绿洲的24个地下水观测井点2012年5 ～ 10月地下水动态监测资料,运用数理统计方法和克里格（Kriging）空间插值法,分别研究了克里雅河流域绿洲不同径流变化下的地下水埋深的时间序列变化趋势和空间变异特征.结果表明,地下水埋深的变化受土地类型的影响,同时地下水埋深也影响农业的发展,而且地下水埋深与海拔高度呈正相关关系.在同一时间尺度、不同海拔高度上,相同土地类型的地下水埋深的变化幅度各不相同,区域所处的海拔与地下水埋深的变化幅度呈负相关关系;而在同一时间尺度、同一海拔高度上,东西部地下水埋深变化幅度也各不相同,东部地区的地下水埋深变化幅度大于西部的地下水埋深变化幅度.Kriging空间插值结果表明,不同径流阶段于田绿洲地下水埋深整体呈上升趋势,但并不是绝对的整体都呈上升趋势,而且在同一时间不同地区和同一地区不同时间地下水埋深的变化都各不相同.     

孕穗期地下水埋深对小麦产量及品质的影响

小麦渍害是长江中下游地区小麦生产中重要致灾害因素之一。以小麦品种鄂麦23、郑麦9023为材料,设置7个地下水埋深处理(0~90 cm)的测筒,以田间正常水分(田间持水率70%~80%)处理为对照,分别对小麦株高、千粒质量、产量、蛋白质含量、湿面筋含量等8个指标进行测定,探讨孕穗期不同地下水埋深对小麦产量及品质的影响。结果表明,渍害对小麦产量的影响主要是显著降低了穗粒数的形成;小麦蛋白质含量在地下水埋深为0~30 cm时极显著降低;淀粉含量在地下水埋深为0、15 cm时极显著降低,地下水埋深为30 cm时显著降低,其他水位处理下变化不显著;小麦湿面筋含量在地下水埋深为0~45 cm时极显著降低。因此,孕穗期渍水(0~60 cm)将导致小麦产量、品质显著降低。生产上可将地下水埋深控制在75 cm左右,以达到小麦高产优质的目的。     

干旱胁迫输水后胡杨测树因子特征及相关分析

为研究塔里木河下游长期干旱胁迫输水后胡杨主要测树因子的响应特征及相互关系,对不同地下水埋深条件下胡杨胸径、冠幅、树高进行了实地调查。结果表明,随离河距离增加（地下水埋深下降）,胡杨冠幅、树高逐渐减小,但胸径变化没有规律性。将调查数据按径阶进行冠幅与胸径、胸径与树高间的相关分析,结果表明其显著相关。用胡杨胸径与树高模型预测树高的平均精度为90.08%,随着地下水埋深下降,模型拟合精度逐渐降低;用胡杨冠幅与胸径模型预测胸径的平均精度为81.37%,模型拟合精度随地下水埋深变化的规律性不明显,这是胡杨经历长期干旱胁迫输水后地下水埋深条件不一致的客观表征。      

克拉玛依农业开发区地下水埋深与土壤积盐空间异质性分析

[目的]分析克拉玛依农业开发区地下水作用条件下土壤的积盐规律,为研究其土壤盐渍化的成因以及制定合理改良对策提供依据.[方法]运用GIS和地统计学的原理与方法,结合地下水埋深的空间分布,对土壤盐分分布规律进行定量分析.[结果]地下水埋深、耕层土壤含盐量均属于中等变异强度,中、底层土壤含盐量属强等变异性;受结构性因素和随机性因素的共同作用,地下水埋深、底层土壤含盐量呈强空间自相关性,耕层、中层土壤含盐量具有明显的空间自相关性;对空间尺度上的地下水埋深与土壤含盐量定量分析表明,耕层、底层土壤含盐量与地下水埋深呈负相关性,中层土壤含盐量与地下水埋深相关性不明显.[结论]加强排水,制定合理灌溉定额并严格实施,从而控制并降低地下水位是当前盐碱改良主要措施.     

基于多尺度熵区域地下水资源系统复杂性测度

以黑龙江省农垦总局红兴隆管理局为例,运用多尺度熵(MSE)测度该地区12个测站12年(2000~2011年)逐月地下水埋深序列复杂性特征,分析当地气候因素和人类活动对地下水埋深影响。结果表明,江川、597、852、宝山农场逐月地下水埋深序列复杂性等级为Ⅰ级,说明这四个农场地下水埋深可预测性最低。友谊、红旗岭、饶河、291、北兴、曙光、双鸭山七个农场地下水埋深序列复杂性等级为Ⅱ级,说明这七个农场地下水埋深预测难度中等。853农场地下水埋深序列复杂性等级为Ⅲ级,表明其地下水埋深可预测性最高。通过分析降水和水田种植面积比例与地下水埋深间关系,可知二者对地下水资源系统复杂动态变化有重要影响。研究成果揭示区域地下水埋深序列复杂性空间分布特征,识别可能影响因素,为相关领域复杂性测度研究提供参考。     

利用柽柳年轮资料重建塔里木河下游英苏1958—2006年3月至6月份浅层地下水埋深

在建立1958—2008年塔里木河下游英苏地区刚毛柽柳（Tamarix hispida Willd．）年表的基础上,将STD和RES年表的年轮宽度指数与英苏监测断面的浅层地下水埋深进行相关分析,表明年轮宽度指数与3月至6月份浅层地下水埋深负相关最显著,相关系数为-0．917（P〈0．01）;利用逐步回归分析,重建了塔里木河下游英苏1958—2006年3月至6月份浅层地下水埋深,并用逐一剔除检验法进行了方程稳定性检验,统计检验参数表明估计序列与实测序列较为相近,交叉检验单相关系数达0．945（P〈0．01）,残差缩减值RE为0．393,乘积平均值丁为5．258,符号检验超过95％的置信度,说明重建方程稳定可信;对重建序列趋势分析表明,1958—2000年,英苏浅层地下水埋深序列呈波段增加的趋势,在2000年生态输水后有明显变浅趋势,且浅层地下水埋深最浅时期为20世纪50年代,埋深最深时期出现在20世纪90年代;滑动t检验分析表明,3月至6月份英苏浅层地下水埋深在1963年和1973年前后发生了由浅变深的突变,而2001年则是区域浅层地下水埋深由深变浅的起始点。     

黄三角濒海区不同土层土壤盐分影响因素及预测模型

摸清土壤盐分的影响因素是盐渍化土壤改良利用的重要基础。以黄河三角洲濒海垦利区为研究区,选取地下水、植被、地貌、离海距离4个方面的影响因子,确定了地下水埋深、地下水矿化度、植被类型、植被覆盖度、地貌类型、相对高程、离海距离7个指标,分析了各指标与土壤含盐量之间的关系,通过灰色关联分析法筛选出土壤盐分的主要驱动因子,进而构建了不同深度土层土壤含盐量的多元线性回归预测模型。结果表明,地下水埋深与各土层含盐量为指数函数负相关,植被覆盖度、相对高程和离海距离与各土层含盐量均为幂函数负相关,地下水矿化度与各土层含盐量呈指数函数正相关,且随着土层深度的增加各指标与含盐量的相关性逐渐减弱;各土层土壤盐分与各影响因子关联度的排序均为地下水矿化度>植被覆盖度>地下水埋深>相对高程>离海距离,土壤盐分的主要驱动因子一是地下水矿化度和埋深,二是地表植被覆盖度;基于地下水矿化度、植被覆盖度、地下水埋深三因子构建的0～15 cm、15～30 cm、30～45 cm、45～60 cm土层土壤盐分的多元线性回归模型均为最佳盐分预测模型,模型的决定系数(R²)分别为0.74...     

基于EMD的磴口县地下水埋深动态预测

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,利用经验模态分解法(EMD)处理非线性、非稳定性复杂信号的优势,对磴口县1987—2016年共30a的年均地下水埋深时间序列进行分解,并对分解的结果进行分析;然后将降水量、气温、相对湿度、蒸发量、日照时数5种影响地下水埋深动态变化的因子与地下水埋深进行回归分析,得到其变化规律;把对磴口县地下水埋深影响最为显著的因子作为BP神经网络预测模型输入层的一部分,建立基于EMD的BP预测模型和未经过EMD处理的BP预测模型。结果表明,IMF1、IMF2和IMF3本征模态分量是影响磴口县1987—2016年地下水埋深动态变化的主要原因,方差贡献率之和为95.38%;降水量和蒸发量对磴口县地下水埋深影响最显著,且降水主要集中在秋季和夏季,秋季降水最多;蒸发主要集中在夏季和秋季,夏季蒸发量最大;EMD-BP预测值均方误差(MSE)较小且决定系数(R2)较高,均优于BP预测值,模型预测精度较高,对磴口县地下水埋深预测具有一定的实用性。     

淮北平原不同地下水埋深对作物生长发育及产量的影响

浅埋区地下水位对作物生长有较大影响，为探明不同作物最适宜的地下水埋深，在五道沟水文水资源实验站开展了系列原型观测实验，探寻砂姜黑土和黄潮土两种土壤，分别种植小麦、大豆、玉米情况下的最优地下水埋深控制。结果表明：（1）不同作物在不同土壤上种植的最优地下水埋深不同：小麦和大豆在两种土壤上种植的最优地下水埋深均为1.0m；玉米在砂姜黑土上种植的最优地下水埋深为0.8m，在黄潮土上种植的最优地下水埋深为1.0m。（2）土质对作物产量的影响：种植小麦条件下，砂姜黑土产量比黄潮土高；种植大豆条件下，砂姜黑土产量比黄潮土低；种植玉米条件下，在[0.2，0.6]埋深区间，砂姜黑土产量比黄潮土高，在[1.0，5.0]埋深区间，砂姜黑土产量比黄潮土低。     

淮北平原浅层地下水动态研究

[目的]研究近年淮北平原浅层地下水空间动态变化特征。[方法]参照美国地质调查局于2002年在美国宾夕法尼亚的基于数理统计学方法的地下水动态预警研究方案,利用1975~2008年淮北地区71个站点逐月地下水动态资料,研究地下水埋深的年内、年际及空间动态变化特征。[结果]淮北平原浅层地下水多年平均埋深从南部的1 m向北部的3 m逐渐增大,1990年之前地下水年均埋深较浅、变幅较小,1990年以后地下水埋深变幅加大,埋深加深,但2003~2008年埋深又趋向变浅。北部砀山县、萧县、亳州市地下水埋深较深,南部颍上县、凤台县、五河县、阜阳市地下水埋深较浅。[结论]为淮北平原农业发展提供了基础数据。     

地下水动态及与土壤盐渍化的关系——以新疆兵团二二四团场为例

分析灌区2010年4月至2011年4月地下水埋深及矿化度的动态变化,并分析地下水埋深及矿化度与土壤表层全盐量的关系.结果表明,土壤表层盐分与地下水埋深呈负相关,与地下水矿化度呈正相关.     

黄土地区不同埋深条件下潜水蒸发的研究

为分析黄土地区潜水蒸发的规律,建立适宜于本地区的数学模型。采用地中渗透仪对自然条件下的潜水蒸发进行了模拟试验,根据宝鸡峡灌区扶风县段家乡试验场地连续5年的观测资料,分析了黄土地区不同地下水埋深的蒸发蒸腾规律。结果表明,潜水蒸发量与埋深呈负相关关系,潜水蒸发量与埋深关系曲线以埋深1.0m为界,埋深小于1.0 m时曲线较陡,即埋深小于1.0 m时的潜水蒸发量大,且随埋深的变化较大;地下水埋深大于1.0 m时,潜水蒸发量小,且随埋深变化较小;裸地和玉米、小麦生育期潜水蒸发的极限埋深分别为4.5,5.3和6.3 m。最后还以5年实测资料为依据建立了潜水蒸发的指数型数学模型。     

河套灌区灌期及非灌期地下水埋深与地下水总氮浓度关系研究

为研究河套灌区灌期、非灌期地下水埋深与总氮关系,以内蒙古河套灌区乌拉特前旗北场试验区为研究区,区域内共布设了43眼地下水观测井,选取其中9眼典型井观测全年各月实测地下水埋深与总氮浓度,应用ARCGIS10.1软件反距离加权法进行空间插值,得到二者区域空间分布图,以得到其相关关系。结果表明:地下水埋深灌期在1~2m,非灌期在1.5~2.5m,秋浇期地下水埋深年内最小;地下水总氮浓度非灌期(2.5~5mg·L-1)明显大于灌期(0.5~2.5mg·L-1);灌期地下水埋深与总氮浓度满足二项式关系(R2=0.543),非灌期二者关系不明显。因此在现有条件下,应从源头上减少氮肥用量,优化施肥技术,以达到降低地下水氮污染的目的。     

绿洲-荒漠交错带浅层地下水埋深遥感反演——以库车县绿洲为例

采用经典统计学与GIS相结合的方法分析了以新疆库车县为代表的绿洲-荒漠交错带的土壤水以及地下水埋深的分布情况,在借助遥感手段结合实测数据的基础上,运用TS-VI特征空间(TS-NDVI与TS-MSAVI特征空间)反演了土壤含水量,并以此反演出地下水埋深分布状况,并对2种方法的精度进行比较,寻求适用于研究样区的反演算法。结果表明,地下水埋深与0~10 cm层的土壤相对含水量(SRWC)相关系数最高,高达0.802 4;利用2种方法提取土壤相对含水量的精度均满足研究需求,但TVDIMSAVI反演的SRWC精度高于TVDINDVI,进而使用TVDIMSAVI和0~10 cm层的SRWC反演得到了研究区的地下水埋深分布图;在缺少实测土壤相对含水量数据时,运用此方法反演地下水埋深是可行的。     

于田绿洲土壤含盐量与地下水关系分析

在潜水蒸发强烈的干旱区,土壤含盐量与地下水埋深和矿化度有着密切的关系,确定地下水埋深和矿化度与土壤各土层含盐量的关系,有助于排水系统设计和地下水管理.根据于田绿洲实测土壤含盐量、地下水埋深及矿化度资料,分析了地下水埋深和矿化度对土壤含盐量的影响.研究结果表明,在干旱区土壤含盐量与地下水埋深和矿化度存在显著的指数相关关系,并建立了表层、20、40、60 cm土层土壤含盐量与地下水埋深和矿化度三者之间的经验公式.为盐渍化治理和地下水管理提供指导.     

河南省可实现粮食生产潜力研究

基于GIS技术,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,在确定合理试验设计的基础上,通过Kriging插值测算了在试验条件下河南省可实现粮食生产潜力。结果表明,试验区小麦、玉米和水稻产量的空间变异属中等变异性,且服从正态分布,在一定区域范围内表现为强烈的空间相关性;河南省小麦、玉米和水稻在试验条件下,最高单产的平均值分别为7 027.55、8 038.36和8 280.17 kg·hm-2;河南省在现有粮食播种面积及"小麦-玉米"或"小麦-水稻"一年两熟种植制度下,可实现粮食生产潜力达7 598.61万t,与2012年实际粮食产量比较,2012年增产潜力可达1 884.92万t,增产幅度达到32.99%;从绝对增产潜力来看,粮食增产潜力空间分布大体呈现西南高东北低的趋势;从相对增产比例来看,大体呈现西高东低的趋势。     

银北灌区地下水动态及其对土壤盐分的影响

通过对银北灌区作物生长季节地下水埋深、矿化度和田间土壤全盐含量测定,分析了地下水的动态变化及春、秋季土壤盐分的分布特征,确定土壤盐分与地下水矿化度之间呈线性正相关,与地下水埋深呈对数负相关,并建立了相关方程。     

黄河三角洲典型地区地下水位与土壤盐分空间分布的指示克立格评价

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍障碍问题,以该地区典型地块为研究对象,综合运用GIS和非参数地质统计学的指示克立格法,对地下水埋深与0～40cm深度土壤盐分这两个指标的空间分布进行了分析,并给出了地下水埋深与土壤盐分满足一定条件的概率分布图。结果表明,地下水埋深与土壤盐分均不符合正态分布且存在特异值,但采用指示克立格方法可以获得较为稳健的变异函数;受结构性因素与随机性因素共同影响,地下水埋深与土壤盐分的指示半方差均表现为中等的空间自相关性,且单元指示克立格与多元指示克立格插值结果表明,地下水埋深与土壤盐分的概率分布存在空间上的规律性与相似性。依据综合概率分布图对从农田到区域尺度上的农业水土资源利用的风险性和利用措施进行了评价。     

输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系

为检验连续7a的输水对塔里木河下游生态系统稳定性的影响,根据2006年与2010年塔里木河下游地下水埋深、地下水质以及植被调查资料,分析了2006到2010年间物种多样性、地下水位和水质变化状况,利用非参数相关和RDA排序对输水间歇物种多样性与地下水位、水质关系变化作了探讨,结果发现:塔里木河下游输水停止后地下水位不断下降,地下水矿化度也有小幅度增加;物种多样性Shannon-Weiner指数、Simpson指数、Margalef指数、Patrick指数以及Cody指数都以下降为主,表明塔里木河下游受损生态系统尚不具备自维持能力;物种多样性与地下水埋深和地下水矿化度的关系为,地下水平均埋深为5 m左右时,物种多样性主要受地下水质状况的影响,而当地下水平均埋深大于6.5m时,物种多样性的制约因子则为地下水位.因此,从物种多样性角度看,塔里木河下游的合理水位应在5 m左右,大于6.5m则是物种多样性的胁迫水位.