奇台绿洲地下水开采及其对地表生态环境作用分析

奇台绿洲地处我国内陆干旱区 ,其绿洲农业以开垦荒地、扩大灌溉面积来满足其自身发展的需要。随着社会经济的发展 ,农业灌溉用水中地下水超采现象导致一系列地表生态问题。本文通过分析奇台绿洲地下水资源的开采现状 ,阐明在干旱区绿洲人类对地下水的开采已对地表生态系统已构成极为不利的影响     

新疆不同植被类型土壤有机碳特征

准确评估不同植被类型的土壤有机碳库,对揭示土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用具有重要意义。通过分析新疆地区10种植被类型的土壤有机碳密度(SOCD)的分布特征,估算了该地区的土壤有机碳储量。结果表明:在10个植被类型的0~100 cm土壤剖面中,SOCD垂直分布特征明显,呈逐渐降低趋势。新疆SOCD以针叶林最大,其值为63.86 kg·m~(-2),其他植被类型依次为:草甸、阔叶林、沼泽、草原、灌丛、高山植被、栽培植被、荒漠和无植被类型。土壤有机碳储量最大值分布在草甸中,为4.89 Pg,其他植被类型依次为:荒漠、草原、高山植被、无植被(裸地)、针叶林、栽培植被、阔叶林、灌丛、沼泽。在0~100 cm的土壤层,新疆地区土壤有机碳储量为16.4Pg。     

碱化土壤的野外及实验室波谱响应特征及其转换

为了探讨不同测量环境下碱化土壤波谱相互转换的条件和规律,对新疆天山北坡奇台绿洲碱化土壤进行定点野外、实验室波谱测量及特征分析,并结合土壤理化性质,利用多元线性回归方法进行野外-实验室测量波谱之间的双向转换。结果表明:野外测量波谱与土壤pH值呈极显著的正相关关系,可有效监测土壤碱化程度。但实验室测量波谱与pH值之间不具有相关性。pH值对实验室测量波谱向野外测量波谱的转换影响最大,其次是实验室波谱的b3(630～690nm)和b2(521～600nm)波段反射率,而b1(450～520nm)、b4(760～900nm)波段反射率与野外测量波谱的各波段反射率之间均无明显对应关系。实验室测量波谱与有机质含量呈负相关关系,且对于土壤有机质具有良好的定量反演潜力。实验室波谱向野外波谱转换的模型涉及的因子较少,稳定性高且具有良好验证精度,转换效果较野外波谱向实验室波谱转换的模型理想。     

典型干旱区PRED系统生态环境指标的选择与实践——以新疆民丰县为例

本文通过选取的水资源总量、年沙尘暴天数,耕地面积,年平均降水量和年平均温度等因子,作为判断典型干旱区PRED系统状况的生态环境指标。并结合国民生产总值,总人口数量,恩格尔系数等其它因子来讨论新疆民丰县PRED系统的发展过程。结果表明这些生态环境指标用于评价工业不发达,生态环境脆弱的典型干旱区,能较好地反映其在时间序列上的发展状况和实际的区域协调发展,为其建设发展提供了评判和规划的依据。     

干旱区平原水库下游盐渍化土壤光谱时空分布特征分析

以2002年、2007年Landsat5影像和2013年Landsat8影像为数据源,通过ENVI和Arc GIS对遥感影像进行校正和处理并提取采样点的土壤反射率盐分指数对12年来柳城子水库下游土壤盐渍化时空变化特征进行分析,结果表明:12002~2013年,土壤平均反射率盐分指数逐年升高2002年(0.164)2007年(0.183)2013年(0.206);2在0~1200 m范围内土壤SI1(盐分指数)表现为201320072002年,但在1200~2400 m变幅较小,各年盐渍化趋于稳定;32002、2007、2013年SI1具有强烈空间相关性,空间自相关变化尺度逐年增加,表明区域因素(地下水)对土壤盐渍化空间变异性影响逐渐增长并向下游不断扩展;4在研究时段内,由于水库蓄水量的增加(2007年库容由2002年4×106m~3扩建为6×106m~3),水库对下游土壤盐渍化的影响不断增强,导致其盐渍化程度逐渐加剧。2013年比2002年轻度、中度盐渍化土壤面积分别减少69.44%、37.57%,而重度盐渍化、盐土则从无到有分别增加了722589.71 m~2、1941395.51 m~2。不论是空间上,还是时间上,水库下游土壤盐渍化状况总体趋于更加恶化。     

沂河径流非线性变化特征对气候变化的响应

[目的]研究沂河水文和气候因子在不同时间尺度上的非线性变化特征,为进一步了解径流对气候变化的复杂响应过程提供理论依据。[方法]采用集合经验模态分解(EEMD)、Mann-Kendall检验、相关分析和线性回归等分析方法。[结果]1951—2013年沂河径流呈显著下降态势(p0.01),下降速率为3.33×108 m3/10a,但在1976年前后径流则呈相反变化趋势。同时,径流可分解为4个经验模态分量(IMF),其中在年际尺度上(周期为3和6a)的变化对径流总体变化的贡献率较大,为58%,其次是在数年代际(周期为31a)尺度上的变化,贡献率为11%,而在年代际(周期为13a)尺度上的变化对径流总体变化的贡献较小,仅为6%。故径流变化的非线性变化趋势对径流变化的贡献率为25%。[结论]气候因子在不同时间尺度上对径流的作用方式和影响机理具有明显差异,其中在年代际和数年代际尺度上气候因素与径流关系更为密切。     

沙漠-绿洲交错带小麦地土壤养分变化特征对耕种时间的响应

利用相关分析及土壤退化指数,对比研究了古尔班通古特沙漠与奇台县绿洲交错带荒地、盐碱地、小麦地土壤的养分含量、指数的特征、变化规律和退化程度。结果表明:（1）土壤有机质与表层全氮呈相关性较高的正相关,与碱解氮相关性差。（2）土壤表层速效养分含量下降快于下层。（3）随耕种时间的延长,小麦地土壤养分的全氮、全磷、全钾含量变化较小,而速效成分均大幅度的下降。其中,速效钾下降速度最快,达-38.18 mg/（kg·a）,碱解氮其次,为-14.875 mg/（kg·a）;速效磷仅为-4.486 mg/（kg·a）。（4）未耕地的土壤养分退化指数（SNDI）为-11.30%,明显低于耕种的小麦地。（5）小麦地的年均土壤养分退化指数在最初的3年里为4.317%,随后的2年（5年）是6.485%,而后5年（10年仅为0.788%,即早期退化速度快,随着耕作年限的增加（> 5年）,土壤退化速度迅速减缓。     

干旱区玉米抽雄期叶绿素含量高光谱最佳模型选择

采用相关性、线性和非线性分析法,探讨了玉米抽雄期叶片叶绿素含量与多种高光谱参数之间的关系,并建立了叶绿素含量的定量监测模型。结果表明:(1)原始光谱反射率与叶绿素含量在713 nm处具有最大相关系数r=0.86,光谱反射率一阶微分在760 nm处与叶绿素含量具有最大相关性r=0.84。同时,最大一阶微分分别对应的波长(λr,λb,λy)、绿峰反射率(Rg)和其对应的波长λg、红边内最大一阶微分总和(SDr)、比值植被指数(SDr/SDb,SDr/SDy,(Rg-Ro)/(Rg+Ro))以及归一化植被指数(SDr-SDb)/(SDr+SDb)等10种参数分别与叶绿素含量的相关性达到极显著相关。(2)采用相关性达到极其显著的12种光谱参数进行建模,其中原始光谱、绿色反射峰以及光谱反射率一阶微分、基于红边面积与蓝边面积的比值植被指数和归一化植被指数所建立的10个模型R2都不小于0.72,前两者所建立的指数模型优于线性模型,而后三者所建立的线性模型则优于指数模型。(3)所选取的五个方程中,在760 nm处的光谱反射率一阶微分值所构建的线性模型:y叶绿素=6912x760nm+44.878因其具有最大决定系数和最小的RMSE,并且其模型表达式相对简单,因此是玉米抽雄期叶绿素含量的最佳预测模型,从模型决定系数R2来看,它比其他模型至少提高了11.4%。     

基于BP神经网络的不同人为干扰强度下盐渍土SO42-定量分析

SO_4~(2-)是盐渍土阴离子中的主要离子,但目前针对不同人为干扰区域土壤中SO_4~(2-)反演研究却鲜有报道。土壤高光谱与土壤某元素间的关系表现为非线性,传统线性偏最小二乘模型(PLSR)对土壤元素的反演精度有限。本文以新疆昌吉回族自治州境内不同人为干扰区域的盐渍化土壤为研究对象,以土壤的野外高光谱和SO_4~(2-)含量为数据源,对原始(R)和对数(LogR)变换后的高光谱分别进行0阶、一阶和二阶微分预处理,选择通过0.05显著性水平的波段为敏感波段,将敏感波段对应的高光谱反射率作为非线性BP神经网络模型的输入变量,并设定BP的隐藏节点为300,学习速率为0.01,最大迭代次数为1 000,训练函数为trainscg。从SO_4~(2-)的真实值与预测值的散点图、拟合效果图和BP训练过程3个方面,定量分析无人为干扰(A区)和有人为干扰(B区)土壤SO_4~(2-)含量,并与PLSR对比预测精度。仿真显示, A区二阶微分后的BP预测精度优于一阶微分,而B区一阶微分后的BP预测精度优于二阶微分。且不论在A区还是B区, LogR光谱变换的反演精度均优于R。最佳BP模型的相对预测性能(RPD)、决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)和迭代次数,在A区分别为3.309、0.906、0.253和8次,在B区分别为2.234、0.844、0.786和45次,表明BP对A区SO_4~(2-)的预测能力非常强(RPD2.5),对B区SO_4~(2-)的预测能力较强(RPD为2.0～2.5)。而在A区和B区两种光谱变换的一阶和二阶微分中, PLSR的RPD值均在1.4与1.8之间,其预测性能一般;在B区的0阶微分中, PLSR的RPD值均小于1.0,其不能对SO_4~(2-)进行预测。因此, BP模型能对不同人为干扰区域的SO_4~(2-)进行有效的定量分析。     

基于分数阶微分的盐渍土电导率高光谱估算研究

传统电导率的反演模型采用整数阶微分(1阶或2阶)的预处理方法,忽略位于分数阶微分处的高光谱反射率信息。因此,本研究提出一种基于分数阶微分的盐渍土电导率高光谱估算方法,以新疆昌吉回族自治州境内的盐渍化土壤为研究靶区,于2017年5月采集0～20 cm的表层土壤样品,利用FieldSpec?3 Hi-Res光谱仪测量盐渍土的野外高光谱,并在实验室化验土壤的电导率理化参数。在Matlab2019a软件中编程实现0阶-2.0阶的Grünwald-Letnikov分数阶微分计算(阶数间隔为0.1)。分析土壤高光谱与电导率的相关系数曲线在21种微分处的变化规律,选择每阶微分的最大相关系数大于0.5时对应的波长为敏感波长,采用逐步多元线性回归模型对电导率进行预测。结果表明:分数阶微分预处理方法能够把相关系数曲线位于不同分数阶时的变化细节呈现出来,在全波段范围内出现更多的波峰和波谷信息。电导率的8个敏感波长为400 nm、418 nm、567 nm、1 667 nm、2 132 nm、2 193 nm、2 257 nm和2 258 nm。估算电导率的最佳模型位于分数阶1.5阶,其验证集的RPD值为1.99, R~2为0.81, RMSE为1.08,该模型因RPD值大于1.8对电导率的估算能力好。本研究探索了电导率在不同分数阶微分处的差异信息,为电导率的估算提供一种新的研究思路,对新疆干旱区盐渍土的改良提供了科学可靠的依据。