灌区种植结构反演优化与土壤盐分空间分布协同解析

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2021—2022年生育期Landsat 8 OLI遥感数据与地面种植结构调查数据,分别构建决策树、支持向量机、随机森林分类模型,通过对比分析遴选出灌域适用的最优模型,准确获取灌域种植结构分布结果,同时进一步结合灌域土壤盐分实测数据及其空间异质特征,对种植结构与土壤盐分的协同关系进行深入探讨与分析。结果表明,3种模型的分类精度由大到小为随机森林、决策树、支持向量机,2021、2022年随机森林分类模型的总体精度、Kappa系数分别为92.81%、0.91,91.64%、0.89,为3种模型中精度最高,故选定随机森林模型作为最优模型;灌域内土壤盐分呈现“北部重,中、南部轻”的空间分布特征,2021、2022年土壤盐分的半方差函数适用于Gaussian模型,土壤盐分空间自相关在“中—强”等级变化;受土壤盐分制约,葵花以北部地带种植为主,玉米、小麦、小麦套种玉米(套种)和瓜菜等...     

设施辣椒需水、需肥规律及土壤盐分空间变异研究

通过对设施辣椒土壤含水量、全盐量、植株氮磷钾等进行定期监测,明确了滴灌施肥条件下设施辣椒的需水、需肥规律及盐分空间变异特征。研究结果表明:滴灌施肥条件下,设施辣椒全生育期累积耗水量为492.5mm,日均耗水量均值为2.84mm/d;每生产1 000kg设施辣椒需吸收N 3.29kg、P2O50.48kg、K2O 4.10kg,其中N∶P2O5∶K2O=6.85∶1∶8.54。设施土壤盐分含量分布总体上呈现表聚性,以50cm为分界,上层多呈半圈状分布,下层多呈面状或条块状分布。     

伊犁察南灌区土壤盐分时空变异特征与运移机理研究

以伊犁河谷察南灌区为研究区,运用磁感式电导率快速获取技术及室内分析相结合手段,通过构建盐分解译模型,获取2015年及2016年秋季0~30 cm、30~60 cm、60~100 cm土壤盐分含量。对土壤各土层进行了盐渍化分级统计和半方差函数分析及空间插值分析。对研究区高程信息进行提取,并通过调查河流影响范围对河流进行缓冲区分析。旨在构建适用于研究区及同类型灌区磁感式盐渍土地快速精量诊断评估与利用规划技术体系,了解干旱、半干旱区灌溉农田土盐时空变异特征,并对土盐时空运移机理进行研究。初步研究表明,相比于2015年秋季,2016年秋季研究区非盐化土面积显著减小,中度盐化土面积显著增加,非盐化土、轻度盐化土呈现向中度盐化土演变的趋势;研究区土壤盐分呈现向中部及东部区域运移的趋势,盐化土面积增加,且盐分含量均值增大;另外,在空间大尺度范围上,河流是影响土盐运移的主要影响因素,在局域小尺度范围内,地势是影响土盐运移的主要影响因素。     

河套灌区典型区周年内耕层土壤盐分时空变异研究

【目的】研究河套灌区典型区耕层土壤盐分在周年内的时空变异规律,分析其盐碱化风险。【方法】利用经典统计分析与地统计分析相结合的方法分析研究区周年内(2018年秋浇前到2019年秋浇前)耕层土壤盐分的空间变异性,利用指示Kriging插值法绘制出土壤盐分的概率分布图,分析其分布规律。【结果】①各时期土壤含盐量0～10 cm10～20 cm20～40 cm;耕地各土层在夏灌期处于积盐状态,荒地在三水前变化很小,之后迅速积盐,耕地和荒地各土层自下而上积盐速度逐渐增大,荒地积盐速度大于耕地。②各时期0～40 cm土壤盐分半方差模型均可以用球状模型拟合,变程在1 104～1 994 m之间,属于中等空间自相关性,秋浇前土壤盐分空间结构性略好于其他时期。③同一年内土壤盐碱化高风险区面积逐渐增大。【结论】各时期土壤盐分呈表聚型,夏灌期均处于积盐状态,盐荒地旱排盐效果显著;研究区一水前到五水前土壤盐分空间结构性变化不大;同年各时期盐碱化分布格局类似,但积盐程度和盐碱化面积都随时间逐渐增加,节水灌溉条件下秋浇压盐更为重要。     

新疆焉耆盆地土壤盐分空间变异特征分析研究

以新疆焉耆盆地土壤盐分为研究对象,探讨流域尺度下土壤盐分空间变异特征。在焉耆盆地大规模的土壤取样、试验分析盐分数据的基础上,采用地统计学的方法对研究区的土壤盐分进行了空间特征变异分析,并采用普通克里格插值法制作出焉耆盆地的土壤盐分空间数字地图,结果表明:研究区各层土壤盐分变异系数均大于100%,具有强空间变异性;对土壤盐分进行半方差函数计算分析,发现拟合的理论模型均为球状模型,各层土壤盐分表现出强烈的空间相关性;土壤盐渍化程度在水平方向的分布与地形地势的关系密切,在垂直方向则表现出强烈的表聚特性。制作的土壤盐分空间数字地图可以为焉耆盆地的盐碱土改良与农业生产提供可靠的数字土壤信息。     

基于GIS的土壤盐分空间变异及盐分监测样点合理布设研究

在GIS技术支持下,采用经典统计学和地统计学方法对山东省房寺镇0～20 cm土壤盐分空间变异及其监测合理采样数量进行了研究.结果表明,研究区域土壤盐分属中等强度变异,受结构因素和随机因素的共同作用,土壤盐分具有中等强度的空间相关性;Kriging插值分析表明,土壤盐分的空间分布受微地形、气候和河流水入渗的影响,在地势较...     

基于电磁感应技术的区域三维土壤盐分空间变异研究

以孔雀河流域典型地带为研究区域,利用电磁感应式大地电导率快速测定技术探测获得表观土壤电导率数据,构建了基于电磁感应技术的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,精准解译出研究区剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用三维普通克里格法解析并评估了研究区土壤盐分三维空间分布特征。研究表明,不同测量位数据的综合应用能够表征剖面土壤盐分信息,构建出的剖面分层土壤盐分解译模型具有较好的精度;研究区不同区位土壤盐分三维分布呈现明显差异;研究区土壤主体属中度以上盐渍化,局部地带属于重度以上盐渍化土壤,需采取有效治理措施对土壤盐渍化进行可靠防控。     

河套灌区节水灌溉对土壤盐分累积规律的模拟研究

在内蒙古河套实施农业节水对引黄灌区水资源可持续利用具有非常重要的意义。通过河套灌区土壤水盐动态的原位监测,并应用水盐运移和作物耦合模型HYDRUS-EPIC对不同灌溉条件下葵花土壤盐分累积规律进行分析。研究结果表明:现状滴灌条件下葵花生育期土壤表层(0~10cm)盐分呈累积趋势,全盐含量分别比传统地面灌溉和等量地面灌高115%和37%;葵花生育期0~100cm增加的全盐量(ΔC)滴灌比传统地面灌溉高305%,比等量地面灌溉低23%,淋洗是灌区滴灌不可或缺的抑盐措施;滴灌条件下葵花的产量比传统地面灌小6.5%;滴灌产量比等量地面灌高11.7%,增产效果明显。     

南方典型水稻灌区肥药及废弃物空间变异规律

过量施肥、打药以及农田废弃物处理不当等造成的农田面源污染已成为水体恶化的重要成因。农田施肥、打药、秸秆处理以及养殖废弃物处理现状调查分析对于摸清农田面源污染成因、制定合理的肥料养分及农药管理制度、提高资源使用效率和减轻农业面源污染的危害具有重要指导意义。以我国南方6省(区)27个以水稻为主要作物的灌区为背景,调查收集灌区2013年施肥、打药、秸秆、养殖废料等废弃物处理的基础数据,对数据资料进行基础处理后,采用克里金插值方法绘制相关指标的空间分布等值线图,分析了其空间变异规律。结果表明:1南方典型水稻灌区单位面积平均施氮量227.50kg/hm~2,施磷量107kg/hm~2,施钾量135.10kg/hm~2;氮磷钾的空间分布特征相似,单位面积施氮量较高的区域其施磷量、施钾量一般也较高。2农药使用量的空间变异较大,其中广西低毒、中毒、高毒农药使用量同时处于高值区,分别达到2.83、1.20、0.60kg/hm~2。3秸秆处理主要以焚烧、还田为主,平均情况下焚烧率37.64%、还田率45.55%、其他处理率16.81%。广西东部秸秆采用其他处理比例较高(占比50%~70%),其他区域秸秆处理主要以焚烧、还田为主,其他处理所占比例不超过20%。4废弃物处理方面,平均情况下,养殖粪便各处理方式所占比例为:直接农业利用36.24%,生产沼气或有机肥12.03%,其他处理20.69%,无处理30.94%;养殖污水各处理方式所占比例为直接农业利用57.69%,其他处理10.93%,无处理31.38%。养殖粪便直接农业利用的空间分布与养殖污水直接利用的空间分布大体相同,整体呈现湖北、湖南、广西高,江西、江苏、浙江低的分布特征,对粪便采取直接农业利用的区域在处理农业污水时也更倾向采取直接农业利用的处理方式。     

基于ROC曲线的玛纳斯河灌区土壤盐分空间分析

选择我国干旱内陆河玛纳斯河流域平原灌区为研究对象,基于区域采样点数据,应用试验诊断评价方法——受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析了不同采样时间各土层土壤含盐量的变化以及对多种空间插值方法进行了评价,最后选择估值效果较好的空间插值方法绘制了土壤盐分空间分布图,并与传统评价方法进行了对比。结果表明,基于ROC曲线,4月、10月表层土壤盐分变化剧烈,其变化敏感于其他土层,盐分存在表聚现象,ROC曲线下面积最大且贡献均为正;传统交叉检验和ROC曲线分析均得出利用经验贝叶斯克里格方法进行表层土壤含盐量空间插值效果最优;研究区表层土壤盐分具有明显的连续变化和存在局部聚集的现象;不同采样时间土壤盐分空间分布差异显著,总体表现为低值区位于南部山区和东北部,高值区主要分布在平原水库周围以及下游地势低处。ROC曲线能够很好地应用于土壤盐分空间分析领域。     

不同水质膜下滴灌棉田盐分空间变异特征

为评价不同水质膜下滴灌棉田土壤盐分空间分布及变异性,采用EM38-MK2型电磁感应仪对微咸及淡水滴灌田块进行盐分调查。解译模型获得的土壤含盐质量比描述性统计特征表明,微咸水滴灌的积盐程度高于淡水滴灌,但其变异系数相对较小。采用GS+软件拟合最优半方差函数模型,微咸水处理为指数模型,淡水处理为高斯模型,均表现为强的空间相关性;微咸水处理变程大于淡水处理,增加了土壤盐分的空间相依性。Kriging空间插值及变异分析表明,淡水滴灌棉田土壤盐分微域及全域空间变异程度强于微咸水滴灌,二者均存在影响棉花出苗的盐斑。建议用水紧张时,可基于EM38-MK2型电磁感应仪的盐分调查结果,重点淋洗盐斑集中分布区域,以节水增产。     

农田土壤含水率空间变异的时变特性研究

农田土壤含水率的空间时变特性对土壤墒情监测及灌溉预报有重要影响。在天津市武清区北靳庄和西吕村两个试区布置两套墒情监测系统,每套系统包括1台基站、3个测点,每个测点连接两个土壤水分传感器(埋设于地表下30和60 cm处)。测得两个深度的土壤含水率数据,利用线性公式计算得0～60 cm平均含水率,利用统计学方法分析土壤含水率的变异系数(C_V)随时间的变化特性,分析试区测点土壤含水率之间的相关关系。结果表明,C_V随时间有显著的变化,C_V变化较大时,相应时段的土壤含水率较小,通常为灌溉时期;C_V较小时,土壤含水率较大,普遍为降雨量较大时期;本试区C_V呈弱变异和中等变异;相关系数在一定程度上能够反映空间变异性大小,随着研究尺度的增大,测点之间土壤含水率的相关系数在减小。     

不同深度土壤中氮素的空间变异研究

对供试区分析土壤中的氨态氮和硝态氮含量,用区域化变量理论和半方差函数分析,研究结果表明不同深度土壤中氨态氮和硝态氮含量具有空间变异性,均属于中等程度变异.通过对其半方差函授进行拟合,其变异程度主要由土壤本身的空间结构引起,不同深度土壤中氨态氮和硝态氮含量的空间相关尺度不同.     

不同土层土壤粒径及有机质含量空间变异的相关性研究

为了探讨土壤粒径和有机质空间分布特点及其相互关系伴随土层的变化规律,本研究以内蒙古河套灌区沙壕渠分干渠灌域为研究目标,以灌溉区域内间隔1 km等间距77个取样点共308个样本为基础进行综合探讨,结果表明:土壤粒径及有机质不同土层及其相互之间均存在极显著的相关性(P0.01),且相关性随着土层间隔的增大而减小,同时有机质含量与黏粒含量的相关性最高,相关系数为0.583。土壤粒径及有机质在剖面上的层次组合及分布主要是成土过程和母质沉积过程所致,不同土层的空间变异性相关程度较高。而同一土层黏粒含量与有机质的空间变异性呈现出较强的正相关性;粉粒及砂粒含量体现出较强的负相关性。     

河套灌区土壤盐分时空变化特征及影响因素

为了研究河套灌区土壤含盐量演变特征及主要影响因素,以解放闸灌域为研究区,以0~100 cm深不同土层土壤含盐量及引排水量、地下水埋深、地下水矿化度、降雨量、蒸发量等数据为基础,结合研究区耕地及盐荒地面积变化情况,定量估算了2006—2016年耕地及盐荒地1 m深土层平均土壤盐分总量变化,定性分析了土壤含盐量变化动态,建立了1 m深土层土壤含盐量预测模型.结果表明:近10 a来,灌域年均积盐量为57.12万t/a,其中46.12%积累在1 m土层内,其余则迁移至1 m土层以下和地下水中积聚.1 m土层中,耕地盐分整体上减小6.34%,而盐荒地则增加86.8%;主成分分析结果表明灌区地下水埋深、排水量及年蒸发量对土壤含盐量影响最大,其次为地下水矿化度、引水量及降雨量;逐步回归分析表明采用地下水埋深单因子即可预测耕地1 m深土层土壤含盐量,相关系数可达0.732.     

山东禹城地区土壤入渗特性的空间变异研究

在中科院禹城综合试验站102 m×52 m面积内选择样点,采用经典统计学和地质统计学方法,对土壤稳渗率和入渗经验指数的空间变异性进行研究.结果表明,土壤稳渗率和入渗经验指数均服从对数正态分布,表现出空间变异结构,但不是完全的随机变异,在一定范围内存在着空间相关现象.利用克立格最优内插估值法,绘制了土壤稳渗率和入渗经验指数的等值线图,可准确、直观地了解该地区农田土壤垂向透水性的空间分布规律.     

河套灌区不同地类盐分迁移估算及与地下水埋深的关系

针对河套灌区引水量逐年减少、输入灌区的盐分无法有效排出、仅能在灌区内部重新分配的现状,以河套灌区耕地-荒地-海子为研究对象,通过野外实测和室内试验分析相结合,基于地质统计学、溶质动力学理论,研究了耕地-荒地-海子系统土壤剖面、不同土层盐分和地下水盐分的时空变化特征,定量估算了不同时期的盐分变化,揭示了系统盐分的表观平衡,分析了地下水埋深对土壤盐分的影响。结果表明:在耕地-荒地-海子系统中,灌溉期,耕地大量盐分随地下水迁移到荒地,秋浇前荒地含盐量是耕地的2倍,秋浇后荒地脱盐量是耕地的3倍。整个生育期耕地1 m土体盐分通过灌溉期淋洗,积盐率仍为56%,秋浇后盐分没有完全排出,脱盐率为44%,土壤深层有轻微积盐现象;荒地1 m土体积盐率为63%,秋浇后脱盐率为62%,荒地盐分全年基本保持平衡。地下水和海子盐分时空分布呈条带状,存在较强的空间相似性,海子是系统的储盐区。应采取有效措施将灌区目前地下水埋深降低0.2 m,研究区地下水埋深控制在1.7～2.3 m之间更佳。在生育期(5月15日—9月15日),荒地1 m土体积盐量为377 705 kg/hm~2。地下水补给荒地20～100 cm土壤盐量为17 985 kg/hm~2,占积盐量的5%; 0～20 cm土壤盐量增加202 395 kg/hm~2,占积盐量的54%;耕地地下水迁移给荒地深层土壤盐量为114 015 kg/hm~2,占积盐量的30%;耕地水平渗透给荒地的盐量为43 305 kg/hm~2,占积盐量11%。本研究可为灌区水盐运移提供理论依据。     

盐渍化灌区节水改造后土壤盐分时空变化规律研究

为探明沈乌灌域节水改造后因地下水水位变化造成的土壤盐分重分布规律,采用区域土壤信息定点监测,并结合经典统计学、空间插值、缓冲区分析和空间自相关分析方法,研究节水改造前后沈乌灌域土壤盐分空间变异、时空分布规律及不同改造年限区域土壤盐分变化差异。结果表明:节水改造后,秋浇前土壤整体含盐量平均降幅7. 30%,秋浇水量减少,秋浇后土壤盐分淋洗效果减弱9. 26%;空间上,土壤盐分高值区(大于6 g/kg)多位于地下水埋深较浅的东北和南部区域,低值区(小于2 g/kg)位于西南和东部沙区。节水改造后,秋浇前土壤盐分全局Moran’s I指数平均增幅为5%,空间相关性增强;秋浇水量减少,全局Moran’s I指数变化不显著,秋浇作用对土壤盐分空间自相关影响度减弱。由LISA集聚分析可知,改造后、秋浇前南部高-高显著区向不显著和高-低区转变,秋浇后南部集聚特征仍十分显著,存在盐渍化风险,改造后仍是盐渍化防治重点区域。针对中度耐盐作物,沈乌灌域耕层作物生长安全区和深层非盐渍土面积比例分别为49. 66%和71. 57%;改造后,秋浇前耕层作物生长安全区和深层非盐渍土分别增加4. 82、1. 85个百分点,秋浇后,耕层作物生长安全区面积增幅下降5. 02个百分点,深层变化不显著。不同距离缓冲区对平均土壤含盐量的解释能力较强,长期改造区和短期改造区受渠道影响半径分别为1. 5 km和0. 7 km,长期改造区缓冲区内平均土壤含盐量下降速率高于短期改造区,均一化程度较高。综上所述,节水改造工程实施后,土壤盐渍化程度减轻,作物生长安全区面积增加,表聚作用弱化,秋浇水量减少,土壤盐分淋洗效果减弱,土壤环境有所改善。