渭干河-库车河绿洲土壤重金属分布特征与生态风险评价

随着工业发展和城市化进程的加剧,农用化学物质种类和数量不断增加,导致土壤受到不同程度的重金属污染,农田土壤重金属污染尤为严重。该文以新疆最典型的荒漠绿洲渭库绿洲为研究区,采集土壤样本57个,测定出土壤样本中砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)和铜(Cu)6种元素的含量,分别采用地统计空间分析法、地积累指数法(I_(geo))和潜在生态风险指数(RI)等方法,对研究区土壤重金属污染和潜在生态风险程度做出科学评价,并采用多因子分析方法对重金属的来源进行了讨论。1)研究区Hg、As、Cu、Cr、Pb和Zn 6种土壤重金属平均质量分数分别为2.41、0、37.64、25.25、39.78、15.01 mg/kg,平均含量均未超过国家二级标准,其中Pb的平均含量超过了新疆土壤重金属背景值,存在一定程度的重金属积累;2)由地积累指数法(I_(geo))和潜在生态风险指数(RI)分析得出,研究区土壤重金属的I_(geo)均值As(-4.59)Hg(-3.62)Cu(-1.92)Cr(-1.44)Zn(0.59)Pb(0.73),RI均值为22.26,整体上属于无污染水平,说明研究区域土壤重金属环境质量总体优良;3)通过综合相关性分析、主成分分析和聚类分析,研究区重金属的来源可以分为两类,Cu、Zn、Cr和Pb来源于成土母质等自然背景和人类农业生产活动;As和Hg来源于研究区域地形地貌、水文环境等自然背景。4)分析研究区域综合生态风险指数RI可知,研究区整体处于无污染水平,但各分区RI指数存在差异,其中西北部(NW)和东北部(NE)分区RI值相对较高,最高值出现在东北部(NE)分区上。该研究提出的分析方法能快速、客观反映绿洲土壤重金属污染特征以及来源,可为绿洲土壤环境质量评价和管理提供依科学依据。     

基于节水灌溉技术的民勤绿洲土地利用空间布局和利用方式调整

为改善导致民勤绿洲下游地区土地次生盐化严重、土地退化和生态失衡的不合理土地利用模式,通过历史文献法研究了民勤绿洲农业开发与土地利用空间格局演变史,用遥感方法获取了2008年绿洲土地利用/覆被数据,结合对地貌、地下水和土壤的分布规律的分析,研究表明:1)绿洲农业开垦起源于水源充足、土壤持水性好的中下游区域,并逐渐向外围及上游发展;2)绿洲种植结构不合理,农业用水空间配置不合理,下游灌溉且主要用矿化度高的地下水灌溉导致严重次生盐渍化;3)传统农业模式下绿洲下游已出现生产-生活-生态环境恶化,且农民生计无法保证。为此,本研究提出通过"流"的方式重构土地利用空间布局,即农村居民点向上游迁移,使用膜下滴灌技术发展特色林果,在提高农业经济效益的同时,节约农业用水并利用上游回水为下游地区腾退的农业用地恢复耐盐植被,从而改善绿洲生态系统。     

民勤绿洲边缘地下水埋深对柽柳灌丛生长及物种多样性的影响

采用空间替代时间方法,以柽柳灌丛为研究对象,研究了民勤绿洲边缘地下水深对柽柳灌丛的生长、演变及物种多样性的影响。结果表明:随着地下水位的不断下降,柽柳灌丛逐渐衰退,以白刺、红沙为主的荒漠植物逐步发展为优势种群。柽柳生长的最适生态水位2~3 m,生态警戒水位4 m,死亡临界地下水位10 m。当地下水位10 m,降水和地下水共同作用导致组成柽柳灌丛的物种数最多。当地下水位下降到10 m以下,生长在固定沙丘上的柽柳衰退速度快于半固定沙丘。     

绿洲膜下滴灌调亏马铃薯水分生产函数及灌溉制度优化

通过田间试验研究了绿洲膜下滴灌调亏马铃薯各生育期耗水规律及其影响因素,建立了以Jensen模型为基础的水分生产函数并对马铃薯灌溉制度进行了优化。结果表明:块茎膨大期马铃薯水分敏感指数最大,块茎形成期次之,苗期和淀粉积累期较小;块茎形成期轻度调亏对马铃薯产量无显著影响(P0.05),而块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度和中度调亏对其产量均有显著影响(P0.05);块茎形成期轻度调亏的水分利用效率比块茎形成期中度调亏、块茎膨大期轻度调亏和全生育期充分灌水分别提高了6.2%、8.3%和6.7%;膜下滴灌调亏马铃薯产量随耗水量增加而增加,水分利用效率随之降低,全生育期充分灌水比块茎膨大期中度水分调亏耗水量增加22.4%,产量增加20.4%,水分利用效率降低14.0%。采用遗传算法并结合水分生产函数进行灌溉制度优化,结果表明:河西绿洲区膜下滴灌马铃薯全生育期灌溉定额为225 mm时,产量最高,为43.86 t·hm-2,灌溉水利用效率为19.5 kg·m-2;灌溉制度为苗期灌水20~30 mm,块茎形成期灌水70~75 mm,块茎膨大期灌水100~115mm,淀粉积累期灌水20~25 mm,灌水间隔为7 d。因此,膜下滴灌调亏在降低马铃薯耗水量的同时,提高了水分利用效率,在块茎形成期轻度水分调亏不影响产量,可达到节水增产的目的。     

基于两阶段随机规划方法的绿洲水资源优化配置

选取塔里木盆地南缘和田地区策勒绿洲作为典型研究区,以当前绿洲种植的核桃、红枣及石榴经济林种为重点研究对象,针对绿洲水资源灌溉系统中的不确定性和复杂性,引入概率密度函数和离散区间方法,构建区间两阶段模糊随机规划模型,对各经济林种在各灌季的配水目标进行优化,模拟分析不同林种在不同灌季的最优配置水量。结果表明:灌溉主要集中在夏季与秋季;在策勒河来水量不确定时,春季依然需要少部分水量进行灌溉,应优先灌溉红枣和石榴;夏秋时,主要对红枣与核桃灌溉,同时对石榴的灌溉面积进行动态调节,获得种植业最大收益,系统收益区间为[0.67×10~8,1.32×10~8]元。通过典型案例运用分析,显示该模型不仅充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,风险进行权衡并以区间形式给出优化结果从而获得较为科学的决策方案。     

1957-2007年额济纳荒漠绿洲暖干化趋势

选用1957-2007年额济纳旗气温、降水、相对湿度等资料,使用距平分析、趋势分析、累计距平、滑动t检验、Yamamoto等方法,分析额济纳旗51年来的气温、降水、相对湿度、干燥度等变化趋势以及干燥度的突变特征.结果表明:51年来额济纳旗年、季平均气温均明显上升,年降水量及夏季降水量呈明显下降趋势,干燥度亦呈逐渐下降趋势,气候暖干化趋势明显,干燥度在1989年发生了突变.在西北部分地区出现暖湿化趋势,额济纳旗则呈现明显的暖千化趋势,在气候暖干化趋势下,额济纳旗环境无疑将承受更大压力,在追求经济快速发展的同时,应考虑气候的暖干化趋势,从而制定科学的环境保护政策.     

民勤绿洲耕作土壤养分时空变异特征及其影响因素

参照1980年土壤普查样点布设图,利用GPS定位,2006年采集民勤绿洲耕地土样209个,应用传统统计学、地统计学和ArcGIS的空间分析模块,对民勤绿洲25年来土壤有机质、速效氮、速效磷和速效钾的时空变异特征及其影响因素进行了分析。结果表明:与1980年土壤普查结果比较,2006年土壤有机质、速效氮和速效磷含量平均分别增加了12%,4%和230%,而速效钾均值下降了26%;除有机质变异系数增加4%外,其余养分均表现为下降,且速效磷变异程度高于其他养分;1980-2006年各土壤养分块金值/基台值增加明显,在一定范围内空间相关性减弱,表明由随机部分引起的空间变异逐渐高于由自相关部分引起的空间变异。速效氮、速效磷在北偏东-南偏西方向均呈现出较强的向异性,前者主要受土壤类型影响,后者主要受石灰性土壤固磷作用的影响。土壤养分含量西南(昌宁、环河灌区)-东北(泉山、湖区)呈降低趋势,绿洲中部(坝区)呈增加趋势,表明土壤养分空间分布变化的过程主要是从西南-东北方向向中心递增,不同灌区化肥投入、种植结构的差异是引起这种空间分布特点的主要因素。     

绿洲化过程中阿拉尔垦区土壤粒径分形变化特征

通过对绿洲化过程中阿拉尔垦区的7种典型土地利用类型样地的取样,以不同土地利用方式下,不同土层深度的土壤粒径分布PSD(soil particle size distribution)数据为基础,利用单重分形方法,分析土壤粒级与分维值D(fractal dimension valus)的关系以及绿洲化过程中土壤粒级分维值[WTBX]D[WTBZ]的变化特征及机理。结果表明：研究区土壤属于砂质壤土。不同深度的分维值D介于1.88~2.41。D与<0.05 mm 和0.05~1 mm范围的颗粒体积百分含量分别存在明显的正相关和负相关。0.05 mm粒径是决定绿洲化过程中土壤粒级与分维值D关系的临界粒径。绿洲腹地的土壤粒级主要集中于0.01~0.05 mm的细粉砂粒级,沙漠边缘土壤粒级主要集中于0.05~0.25 mm的细砂粒级。绿洲化过程中土壤细粒物质增多,粗粒物质减少,分形维数呈现逐渐增大趋势。     

疏勒河中游绿洲生态环境需水研究——Ⅰ.方法与参数选取

干旱内陆河流域绿洲生态环境需水研究是内陆河流域水资源综合管理和优化配置、保护和恢复生态环境中最为关键的科学问题之一,本研究针对疏勒河中游绿洲生态环境现状以及天然植被、河流湖泊等生态需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,以期为干旱内陆河流域绿洲生态环境需水研究提供一种可借鉴方法。模型计算结果表明,疏勒河中游绿洲2013年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发和湿地生态环境需水量分别为1.90×108m3、1.00×108m3、1.11×108m3、0.83×108m3、0.68×108m3、2.70×108m3。根据目前疏勒河流域中游绿洲水资源与生态环境现状,应加强水资源的综合管理,协调农业用水与生态用水关系以及不同区域和不同部门间水资源配置量,提高水资源综合利用效率;进一步制定中游绿洲近期和远期生态保护和生态恢复目标,确定生态综合治理重点区,准确计算基于生态保护目标的流域中游绿洲生态需水量及阈值。     

黑河中游植被覆盖率变化趋势及其驱动因子分析

利用2002~2011年的黑河干流中游归一化值被指数数据获得植被覆盖率变化趋势,选取合适的NDVI阈值将整个区域划分为"绿洲区"和"荒漠区",并分别探讨了地下水埋深、中游耗水量及累积降水量对两种区域面积和植被覆盖率变化的影响。结果表明:黑河干流中游植被覆盖率整体呈增长趋势,由2002年的32%增长到了2011年的36%,对植被覆盖率增长贡献最大的因素为绿洲区扩张,10年间绿洲区面积占比增长了10%;影响绿洲扩张的主要因素为地下水位埋深和中游耗水量,绿洲区植被覆盖率变化较小,可忽略其影响。荒漠区植被覆盖率的变化主要受累积降水量影响。利用地下水位埋深、中游耗水量、累积降水量可预测区域植被覆盖率的变化趋势,区分人类活动和气候变化对区域植被覆盖率的影响是可行的。