植被覆盖条件下的解放闸灌域土壤盐分卫星遥感估算模型

为探究植被覆盖时的土壤盐分反演,以河套灌区解放闸灌域为研究区域、GF-1号影像为数据源,将盐分指数(SI2、S2、S3)、增强植被指数(EVI)和近红外NIR波段作为输入因子,分别利用多元线性回归(multivariable linear regression,MLR)、分位数回归(quantile regression,QR)和BP神经网络(back propagation neural network,BP)三种方法建立0～60 cm深度下土壤盐分反演模型。研究结果表明,MLR模型与QR模型均具有较高精度,能够较好的反演植被覆盖时的土壤盐分,其中QR模型验证精度最高,建模和验证的决定系数(coefficient of determination,R~2)分别达到0.627与0.636,均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.249,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为0.235,是本次土壤盐分估算的最优模型。BP模型效果相对较差,建模与验证R~2为0.605和0.558。采用QR模型反演研究区土壤盐分,发现模型反演的盐分趋势符合实际情况;灌区主要分布非盐土和轻度盐渍化土壤,灌域南部地区土壤盐渍化程度低,约占32%;盐渍化程度较高的区域约占灌域总面积的19%。研究为探讨植被覆盖时的土壤盐分反演提供了思路。     

内蒙古河套灌区解放闸灌域土壤水盐空间变异性研究

以河套灌区解放闸灌域的节水改造项目区作为研究对象,从统计特征值、半方差函数和克立格法绘制的分布图几个方面对比分析了节水改造前后的土壤水分和盐分的空间变异性。结果表明:2007年与2008年土壤水分和盐分可分别用球状模型和指数模型进行拟合,空间自相关距离表明二者具有中等强度的空间自相关性,且2008年土壤水分和盐分的相关性都大于2007年,2008年较2007年土壤水盐的空间变化趋于连续。对克里格插值结果分析可知:土壤水分和盐分在空间上的分布都具有明显的逐渐变化趋势,表现为相近值的局部聚集;而且2008年的土壤水分和盐分分布与2007年相比在较大的范围内颜色变化幅度小且较连续。通过对灌区节水改造前后大尺度采样分析,了解区域土壤水盐分布状况和空间变异情况,为灌区今后的节水灌溉、盐碱地分区治理、区域化水资源管理提供一定得理论依据。     

基于无人机-卫星遥感升尺度的土壤盐渍化监测方法

为提高卫星遥感对裸土期土壤盐渍化的监测精度,以河套灌区沙壕渠灌域为研究区域,利用无人机多光谱遥感和GF-1卫星遥感分别获取图像数据,并同步采集土壤表层含盐量;将实测含盐量与无人机和GF-1卫星两种数据的光谱因子进行相关性分析,引入多元线性回归模型（Multivariable linear regression,MLR）、逐步回归模型（Stepwise regression,SR）和岭回归模型（Ridge regression,RR）,分别构建盐渍化监测模型;采用改进的TsHARP尺度转换方法,将无人机数据建立的趋势面应用到GF-1卫星尺度上,经过转换残差校正,对升尺度结果进行定性和定量分析。结果表明：在两种遥感数据的光谱波段和盐分指数中,蓝波段B1、近红外波段B5、盐分指数SI、盐分指数S5和改进的光谱指数NDVI-S1与表层土壤盐分的相关性较好,相关系数均在0.3以上;在3种回归模型中,利用无人机多光谱影像数据和GF-1多光谱影像数据反演表层土壤含盐量的最优模型分别是SRU模型和MLRS模型;升尺度后土壤含盐量的反演精度高于直接采用卫星遥感数据反演的精度。本研究可为裸土期土壤盐渍化的大范围快速精准监测提供参考。     

河套灌区解放闸灌域地下水数值模拟

应用MODFLOW软件,模拟分析了解放闸灌域地下水动态的变化特征,模拟结果表明河套灌区引黄水量减小到40亿m3后,在现有耗水结构条件下,解放闸灌域地下水位6年后的降幅为0.5 m左右,而12年后降幅为1m左右,且下降主要发生在中部和东北部地区,南部相对较小.为解放闸灌域治理土壤盐碱化,合理利用地下水资源提供重要的参考依据.     

基于PCA-PSO-GRNN模型的冻融期土壤蒸发预报

季节性冻融作用加剧了土壤蒸发的复杂性,准确预测冻融期大田土壤蒸发量对干旱半干旱地区水资源高效利用具有重要意义.基于2017-2018年冻融期大田土壤蒸发实测数据和影响土壤蒸发的气象资料,利用主成分分析法对气象数据进行降维,选取7个主要气象因子作为模型输入变量,采用粒子群算法选取最优光滑因子建立PCA-PSO-GRNN土...     

基于MWatNet模型的河套灌区解放闸灌域灌溉水体提取

为提高灌溉农田中灌溉水体的识别精度,以河套灌区解放闸灌域作为研究区,基于Sentinel-2遥感影像,结合灌区实际情况对地表水体提取模型(WatNet)进行改进,得到MWatNet模型并提取灌溉水体。采用总体精度（Overall accuracy,OA）、平均交并比（Mean intersection over union,MIoU）、F1值等水体提取精度指标进行综合评价。结果表明：改进后的地表水体提取模型(MWatNet)在解放闸灌域农田灌溉水体的提取上具有较好的识别精度,模型总体精度达到96%,平均交并比达到83%,F1值为80%,实地调研验证准确度为85.7%;对比原WatNet、水体语义分割模型(Deeplabv3_plus)和水体提取模型(Deepwatermapv2),MWatNet在灌溉水体提取的连结性、剔除道路和城镇干扰等方面,均表现出更好的效果和模型运行效率。利用该模型可以实现灌溉水体定量化表征,为灌溉用水调度提供了数据支撑。     

咸水灌溉浅层土壤盐分运移规律

通过三年田间土壤盐分监测试验和模拟试验,重点研究了在偏重质地粘土土层结构和偏干旱气候试验条件下,咸水灌溉后1m土体内盐分的运移规律,为作物咸水灌溉提供科学依据,对浅层咸水资源开发用于农业灌溉具有重要意义.     

新疆典型绿洲灌区土壤理化性状与盐分离子分布特征

土壤盐渍化和耕地质量下降严重制约新疆绿洲灌溉农业可持续发展,研究土壤理化性状与盐分离子分布特征是盐碱地改良与综合利用和绿洲灌溉农业高质量发展的前提和基础。以北疆玛纳斯河灌区、南疆阿克苏河灌区和喀什噶尔河灌区（阿克苏-喀什噶尔河灌区）为研究对象,定量分析了土壤（0~500cm）养分含量、含盐量及其离子组成分布特征。结果表明：玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮含量均呈现随土层深度增加而逐渐降低的趋势。玛纳斯河灌区表层土壤（0~30cm）和0~100cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量和pH值平均值高于阿克苏-喀什噶尔河灌区,100~500cm土层土壤有机质、碱解氮、速效钾、全氮含量平均值低于阿克苏-喀什噶尔河灌区。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤（0~30cm）全盐量和电导率平均值比玛纳斯河灌区分别高21.14%和8.53%,60~100cm土层比玛纳斯河灌区分别低17.55%和16.50%。玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区土壤阳离子均以Na+和Ca2+为主,阴离子均以SO2-4、Cl-为主,Na+和SO2-4分别为玛纳斯河灌区和阿克苏-喀什噶尔河灌区含量最高的盐基离子。玛纳斯河灌区表层土壤（0~30cm）53.85%属于盐渍土,30~60cm土层50.00%属于中度和重度盐渍土,60~100cm土层25.00%属于重度盐渍土,硫酸盐型盐渍土占主导地位,其次是氯化物-硫酸盐型盐渍土。阿克苏-喀什噶尔河灌区表层土壤（0~30cm）78.26%属于盐渍土,其中重度盐渍土占比最高,30~60cm土层60.86%属于轻度和重度盐渍土,60~100cm土层39.13%属于非盐渍土,氯化物-硫酸盐型盐渍土占比最高,其次是硫酸盐型盐渍土。研究结果可为新疆绿洲灌区盐碱地综合利用和作物精准施肥提供科学依据。     

河套灌区解放闸灌域盐荒地积盐量分析

以解放闸灌域为背景对盐荒地水分和盐分的变化展开研究.在田间试验的基础上,通过遥感技术对TM数据解译统计盐荒地面积,利用HYDRUS-1D模型对盐荒地土壤盐分的积聚量与流失量进行了模拟和分析.结果表明,盐分在表层土壤中积聚,解放闸灌域总面积为2 156.47 km²,盐荒地达到了总面积的16.32%.灌域盐荒地1 m深土壤层中,在作物生育期积聚盐量为10.32×10⁶ kg,在秋浇期流失盐量为9.60×10⁶ kg,占积盐量的93.01%;年度积盐量为0.72×10⁶ kg,占积盐量的6.99%.经检验,HYDRUS-1D模型对土壤水分和盐分在垂直方向运移的模拟具有较高精度,反映出盐分积聚和流失规律.盐荒地盐分的积聚与流失对灌区盐分具有重要调节作用,可为灌区水盐运移的研究提供科学依据.     

河套灌区解放闸灌域节水对地下水及蒸发影响研究

根据内蒙古河套灌区解放闸灌域2006-2013年水文、气象以及地下水资料,应用水量平衡对灌域实施节水后作物生育期内区域耗水、地下水贡献及水均衡变化进行了定量研究。研究结果表明2006-2013年作物生育期内灌域约有80%的地区地下水埋深呈增大趋势。在一定范围内,灌区水量输入(灌溉与降水之和)减少会明显使得灌域蒸散发减少。在实施节水灌溉的背景下,地下水对蒸散发的贡献率则呈一定幅度的上升趋势,8年平均地下水贡献率达到34%。灌区节水引起的地下水位下降及地下水对耗水贡献的改变将改变农业产出及灌区生态环境。     

环渤海微咸水区土壤盐分及盐渍化程度的空间格局

为了探求环渤海低平原区微咸水的农业利用潜力、缓解水资源危机,就需要掌握该区土壤盐分及其盐渍化程度的空间分布格局。本文通过对该平原微咸水区选取127个代表性样点,采集0～60 cm深度内的8层土样进行土壤全盐量测定,并对130个水井的水位埋深及128个地下水样的矿化度进行了测定。采用地质统计学和GIS相结合的方法研究了该区土壤全盐量及其盐渍化程度的空间分布格局。结果表明,除表层土层盐分含量属于强变异强度外,环渤海低平原区其余土层盐分含量均属于中等变异强度。土层盐分的空间自相关距离从表层（0～5 cm）的35.3 km 增加到深层（50～ 60 cm）的59.7 km。研究区各层土壤盐分含量自内陆平原向东部滨海平原逐渐增加,上下土层盐分含量呈相同的空间变化趋势。表层土层属于非盐化土、轻度盐化土和中度盐化土的比例基本相等,而重度盐化土面积较小,5～60 cm土层无重度盐化土分布。总体上,环渤海低平原以轻度盐化土和非盐化土为主,0～60 cm空间上盐分积聚不强,浅层微咸水灌溉存在很大利用空间。     

不同灌溉制度对根层土壤盐分影响的模拟

以河套灌区沙壕渠灌域为例,采用SaltMod模型探讨了不同灌溉制度对作物根层土壤盐分的影响.利用2008-2010年基础资料对模型进行率定和验证并对研究区的根层土壤盐分进行模拟和预测.结果表明:在现有灌排条件下,沙壕渠灌域的盐渍化程度基本达到较为稳定的水平,且有轻微脱盐趋势,未来10 a后作物根层土壤盐分降低3%.生育期土壤水盐垂直交换运动强烈,对于控制土壤盐分而言,灌水量越小越好;作物根层土壤盐分随冬灌灌溉定额的增大而减小,不同冬灌灌溉定额对应的根层土壤盐分最初的增加量均较大,但增加的趋势随时间逐渐降低.根据当地作物种植结构,综合考虑节水灌溉、作物产量和根层土壤水盐环境,建议研究区较优的作物生育期综合净灌溉定额为2 700~3 500 m³/hm²,冬灌净灌溉定额为2 700 m³/hm².     

设施灌溉条件下不同次生盐渍化土壤盐分离子迁移特征

通过在设施灌溉条件下的室内土柱模拟试验,研究了灌水对不同次生盐渍化水平设施土壤盐分离子迁移特征的影响.结果表明:Ca2+与NO3-在灌水后5～15d表现出随时间的推移剖面分布呈“双峰”特性,随着次生盐渍化水平的升高,Ca2+与NO3-淋洗速度变慢同时其返盐时间也较迟.地下水对K+迁移影响不显著,使得K+在灌水后剖面分布呈“单峰”特性,SO24-在所有次生盐渍化水平下一次性灌水很难将其淋洗出耕层.从环境因素看,Ca2+在土层的表层和底层以及灌水后期都表现出与水分和温度较好的耦合效应,并且两者对Ca2+运移具有协同作用.K+在0 ～ 20 cm土层运移主要受水分的影响,而30 ～ 50 cm土层主要受温度的影响,从灌水时间看,在灌水后5～15d内主要受温度影响,而灌水20 d后主要受水分影响.NO3-和SO24-不论从土层还是时间看主要受水分的影响较大.     

玛纳斯河灌区农田土壤次生盐渍化防治研究

土壤次生盐渍化问题长期困扰新疆农业水土资源的高效利用。在大规模进行节水灌溉的背景,如何有效遏制农田土壤环境的盐渍化是新疆很多灌区面临的现实难题。通过对轻度盐渍化有机碳含量的演变趋势,分析了不同耕作年限农田土壤有机碳的积累过程,提出轻度盐渍化农田优化种植模式;通过对灌区水盐运移规律研究,分析了盐渍化棉田土壤盐分动态变化与滴水对盐分空间分布的影响,;通过滴灌条件下浅层暗管排盐实验,证明在滴灌条件下,浅层暗管排盐拖延效果良好,平均脱盐率约为50%左右。     

盐渍化土壤剖面盐分与养分分布特征及盐分迁移估算

针对盐渍化灌区土壤盐渍化问题,以内蒙古河套灌区下游乌拉特灌域为研究区,通过野外实测与室内试验分析结合,采用冗余分析法探讨了盐渍化改良耕地与荒地春季（4月）和秋季（10月）根层土壤（0～20 cm、20～40 cm）盐分离子与全盐、pH值、养分之间的相关关系,明确了其变化特征与数量关系,并估算了试验区改良耕地和荒地间1 m土体的盐分迁移量。结果表明,改良耕地与荒地土壤阴离子均以Cl^-为主,分别占阴离子总量的45.27%、58.78%,阳离子以Na⁺为主,分别占阳离子总量的60.67%、53.94%。荒地平均全盐含量超过7.0 g/kg,土壤盐渍化程度较重。冗余分析表明,改良耕地土壤全盐含量起主导作用的是SO■、Cl^-、Ca²⁺,荒地土壤全盐含量起主导作用的是Cl^-、Mg²⁺、Na⁺。土壤pH值变化与HCO^-₃有着密切的关系。改良耕地有效磷与Na⁺呈显著负相关（P<0...     

新疆玛纳斯河流域灌溉水质对滴灌农田土壤盐分影响研究

通过测定玛纳斯河流域灌溉水矿化度,盐分离子含量以及灌区膜下滴灌棉田土壤盐分离子类型,研究灌溉水质对膜下滴灌农田土壤盐分积累的影响。结果表明流域灌溉用水均为弱矿化水,其中渠水矿化度低于井水。灌溉后,农田土壤中除HCO3-积累外,其余盐分离子含量均降低,且井水灌溉农田土壤HCO3-积累量,总盐含量均大于渠水灌溉农田,灌后灌区土壤主要盐分变为Na2SO4,盐分毒害作用降低。因此,玛纳斯河流域渠水更适于灌溉,其洗盐效果更佳,井水灌溉农田可能发生土壤碱化。     

基于遥感模型SDI的土壤盐渍化临界水位研究

【目的】基于遥感模型快速识别大尺度空间土壤盐渍化程度并及时预警,以防止土壤盐渍化。【方法】通过分析归一化植被指数（NDVI）、盐分指数（SI）和地下水埋深之间的响应关系,探讨了一种基于遥感模型SDI(Salinization Detection Index)的土壤盐渍化临界地下水位确定方法,并应用于民勤绿洲区。【结果】(1)植被NDVI与土壤盐渍化程度具有指数关系,盐渍化遥感监测指数SDI可以综合反映区域植被长势和土壤盐渍化程度。(2)SDI和地下水埋深在空间分布上呈显著负相关关系,说明SDI能够较好地反应土壤盐渍化程度。【结论】民勤绿洲区轻度盐渍化、中度盐渍化和重度盐渍化对应的地下水埋深分别为4.7、3.2、1.8 m。     

TDR在土壤盐分测试中的试验研究

提供了用TDR土壤水分测试仪在测试土壤含水率的同时可测到土壤含盐总量的方法。以黄河上游宁夏惠农县典型的黄河淤积平原的主要质地土壤为基础。利用德国产TRIME-T3管式TDR土壤水分测量系统在测试田间土壤含水率时表示出的VOL和LEVEL值．经过与电导法测定的土壤含盐总量的拟合，得出它们与土壤含盐总量的函数关系。通过统计原理对该方程的检验．表明了方程的显著性和可用性。