干旱半干旱区土壤含盐量和电导率高光谱估算

以新疆南疆地区渭干河-库车河三角洲绿洲不同盐渍化程度的土壤为研究对象, 将土壤样品的含盐量与电导率数据和使用ASD FieldSpec Pro FR光谱仪测得土壤样品高光谱数据作为本研究原始数据. 首先, 对原始土壤光谱反射率曲线进行Savitzky-Golay滤波以消除光谱曲线噪声可能引起的误差, 对得到的光谱曲线进行对数、 倒数等15种光谱变换; 其次, 对土壤样品含盐量与电导率关系进行分析, 并通过两者与土壤光谱反射率不同光谱变换形式的相关性比较分析, 遴选出一阶微分、 对数倒数一阶微分、 连续统去除和连续统去除一阶微分四种相关性较好的变换形式; 最后, 以此变换形式对含盐量和电导率进行建模, 并对二者进行了高光谱估算精度的比较. 结果表明: 渭干河-库车河三角洲绿洲的含盐量与电导率的相关性较高, 达到0.9975; 电导率与四种不同光谱变换形式之间的相关性要优于含盐量, 特别在一些土壤盐渍化的敏感波段尤为突出; 无论是含盐量还是电导率, 多元逐步回归模型均优于一元线性模型, 且以电导率建立的两种回归模型的决定系数均高于含盐量. 研究表明, 土壤电导率对高光谱信息的反应比含盐量更敏感, 同时, 以电导率建模的估算精度比含盐量更高. 因此, 以电导率替代含盐量进行土壤盐渍化高光谱估算研究是一种精度更高、 速度更快的方法, 可为提高土壤盐渍化高光谱估算提供理论依据.     

探地雷达在干旱区盐渍化土壤层定量探测中的应用

研究了在探地雷达定量探测盐渍化土壤中电磁波传播速度与土壤含盐量或电导率的相关关系,研究表明传播速度和盐渍化土壤的盐分或电导率具有显著的相关性。回归分析结果说明:利用传播速度可较好地定量表达盐渍化土壤的含盐量或电导率。     

ASTER遥感影像数据在土壤盐渍化评价中的应用

本文通过运用ASTER遥感影像数据，对不同地物进行光谱分析，根据不同地物在不同波段的光谱特征曲线，分别提取植被和水体信息，然后进行非监督分类。并结合物探试验和土样分析结果，进行聚类分析，定性和定量的评价了焉耆盆地内土壤盐渍化程度分布状况。评价结果为：在焉耆盆地的平原区内，非盐渍化土壤，457．65km^2；轻度盐渍化土壤，335．61km^2；中度-重度盐渍化土壤，580．93km^2；盐土，41．11km^2。根据野外实际调查，评价结果的精度达到了85％以上。     

浅析新疆焉耆盆地土壤次生盐渍化治理途径

新疆焉耆盆地农田土壤次生盐渍化程度严重，分布面积大，灌溉用地表水量多，排碱渠密布，排碱渠大量高矿化度水排人博斯腾湖，使湖水水质受到影响，其生态环境极其脆弱。本文试图从土壤次生盐渍化的形成机制、成因分析，采用开采地下水、竖井排灌，置换地表水，结合调整农业产业结构等综合治理方法，从根本上解决盆地土壤次生盐渍化问题，以减少高矿化度水向博斯腾湖的排放，使盆地生态环境向良性方向发展。     

电磁感应仪EM38用于土壤盐渍剖面分类与评价研究

结合电磁感应仪EM38测量与田间采样,文章分析了黄河三角洲典型区域土壤电导率的剖面分布特征,建立了磁感式表观电导率与土壤电导率间的(多元)回归解译模型,探讨了不同分类方法对土壤盐渍剖面分类结果的准确性,并对典型盐渍剖面类型进行了评价。结果表明:研究区土壤盐分具有较强的表聚性与变异强度;土壤电导率与磁感表观电导率EMh、EMv间呈极显著的相关关系,EMh对浅层土壤电导率的解译精度较高,而EMv对深层土壤电导率的解译精度较高;EMv/EMh法和理论函数法对土壤盐渍剖面的分类结果均具有较高的精度,且理论函数法分类结果的准确性明显优于EMv/EMh法;研究区土壤盐渍剖面可划分为表聚型、底聚型与均匀型,在数量上以表聚型及底聚型为主,其中表聚型与均匀型属于积盐型剖面,底聚型属于脱盐型剖面。该结果对研究黄河三角洲地区土壤盐渍化的发生、机理、预测与评估该地区土壤盐渍化的发生、发展具有重要意义。     

节水灌溉与农业面源污染控制研究--以新疆焉耆盆地为例

针对我国北方农业面源污染面积大、分布广、控制难的问题，通过分析新疆焉耆盆地水资源利用现状、潜水位动态、农田排水特征，认为大水漫灌不仅浪费水资源，造成肥料流失，降低产量，而且污染水体，导致土壤次生盐渍化；提出了推广节水灌溉、合理开发利用水资源、控制农业面源污染、综合治理环境的有效途径。     

电导率在土壤盐渍化研究中的应用——以张掖城市湿地为例

土壤浸出液的电导率与土壤全盐量呈正相关,含盐量越高,浸出液的渗透压越大,电导率也越大。通过张掖城市湿地盐渍化土壤分布区土壤浸出液电导率与土壤全盐量线型回归分析,其相关性十分显著。利用确定的相关关系,并可直接用电导率的数值来推测全盐量的到高低。     

焉耆盆地土壤盐分剖面特征及其与土壤颗粒组成的关系

为查明焉耆盆地土壤盐分剖面特征及其影响因素, 进行土壤样本含盐量及颗粒组成测试, 利用Spearman等级相关分析两者关系.结果表明: 土壤盐分剖面分为3种类型——均布型、表聚型和振荡型, 均布型剖面含盐量最低且分布均匀, 表聚型剖面盐分表聚特征最明显(表聚系数4.20), 振荡型剖面含盐量高且变异程度大(变异系数82.4%); 土样类型中粉质壤土最多(占70.8%), 颗粒组成中粉粒平均含量最高(57.1%); 均布型剖面盐分与粘粒含量相关程度最高(相关系数0.560), 为极显著正相关; 振荡型剖面盐分与砂粒含量相关程度最高(相关系数-0.639), 呈极显著负相关; 表聚型剖面盐分与颗粒组成无明显关系.结合各类剖面分布区域可知, 在砂粒含量与盐分含量较低的非盐渍化地带, 土壤盐分分布主要受粘粒含量影响; 砂粒含量与盐分含量较高的盐渍化地带, 土壤盐分分布主要受砂粒含量影响.      

荒漠-湿地生态系统区盐渍土特征及空间变异性

敦煌西湖国家级自然保护区地处西北极端干旱区,具有特殊的荒漠-湿地生态系统。土壤盐渍化问题突出且研究程度很低,保护区内的哈拉齐一带甚至为研究空白区。在对保护区进行详细调查以及采样测试的基础上,采用传统统计学与地统计学相结合的方法对0～120 cm深度内的土壤盐分特征及空间变异性进行了研究,填补了该区域的研究空白。研究结果表明:保护区内的土壤含盐量总体呈现随深度增加而降低的趋势,具有明显的表聚性特征;土壤盐渍化类型为中盐土和重盐土,化学类型为硫酸盐—氯化物型以及氯化物—硫酸盐型;土壤含盐量总体表现为中等变异性;受结构性因素主导,土壤含盐量总体呈现出中-强空间相关性;表层土壤含盐量具有明显的空间分布变化规律,总体呈现出西南低,东北高的特征。影响保护区表层土壤含盐量空间变化的自然因素包括极端干旱气候、地下水位埋深、与河流距离、地势条件以及土壤质地类型。研究结果可为该类型区域的土壤盐渍化防治及生态环境保护提供科学依据和参考。     

伊犁河流域土壤盐渍化对地下水特征的响应

分析土壤盐渍化与地下水特征之间的关系对区域水土资源可持续利用具有重要意义,同时也为地下水资源管理的科学化和现代化提供技术支撑。利用136个土壤剖面的540个土壤样品及相应地下水观测数据,采用对数正态分布模型,对伊犁河流域地下水埋深、矿化度对土壤盐渍化的影响进行了研究,计算分析了防止土壤盐渍化的地下水临界深度。结果表明:研究区表层土壤含盐量随地下水矿化度的增加呈指数增加的趋势;各土层含盐量随地下水埋深的增加呈对数下降的趋势;当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,盐渍化土壤出现频率峰值所对应的地下水埋深分别为1.44 m、1.65m、1.83m与1.63m。为了防止土壤次生盐渍化,当地下水矿化度介于1~3g/L、3~6g/L、6~10g/L与1~10g/L时,地下水埋深分别控制在2.06m、2.49m、2.66m与2.24m以上。地下水矿化度越大,可在较大的地下水埋深范围内发生土壤盐渍化。对数正态分布模型分析结果与对数拟合曲线分析结果基本一致,说明研究结果是可靠的。地下水埋深2.5m可作为防止土壤盐渍化的临界地下水埋深。     

Hydrostratigraphic analysis of the Darling River valley (Australia) using electromagnetic induction data and a spatially constrained algorithm for quasi-three-dimensional electrical conductivity imaging

Efforts are being made to improve the irrigation efficiency in the Murray-Darling River Basin, Australia, to deal with predicted rainfall decline and to reduce the incidence of secondary soil and water salinization. The latter commonly occurs as a result of locating water reservoirs upon relic drainage channels. To better manage irrigation, information is required about the spatial distribution of soil type and the stratigraphic features capable of redistributing deep-draining water. In previous research, electromagnetic (EM) induction instruments (e.g. EM38 and EM34) have been used to map the distribution of soil type, hydrological processes (e.g. deep drainage) and vadose-zone features. The aim of this research is to demonstrate how a joint inversion of EM38 and EM34 data, using a one-dimensional spatially constrained algorithm for quasi three-dimensional (quasi-3D) electrical conductivity imaging, can be used to infer the areal distribution of soil types and physiographic and hydrogeological units. The quasi-3D modeling of true electrical conductivity provides a framework for future environmental monitoring and management to mitigate the hydrological processes that drive localized secondary salinization in the study area.     

三工河流域222团竖井排灌区潜水动态分析

222团地处三工河流域冲洪积细土平原下游,40多年来的农业生产灌溉,使灌区大部分地区处于潜水临界埋深以上,土壤次生盐渍化加剧.分析了灌区潜水埋深动态特征及其影响因素,就竖井排灌区地下水开采量与潜水埋深关系进行回归分析计算,建立了开采量预测模型.     

Hydro-salinity balance and mobilization in oasis irrigation areas at two different scales

Decades of intensive irrigation of farmlands in the oasis irrigated areas of Xinjiang, Northwest China has caused secondary salinization of vast areas of land since the mid-1980s. Based on the systematic analysis of the monitoring data of hydrology, soil, irrigation and salinity at two different scales in the case of Weigan River Plain Oasis in Xinjiang Province, algorithms derived from hydrosalinity balance principle were developed to estimate the salt mobilization and characteristics; salt and water mobilization and distribution were closely examined both in catchment scale and in field scale. The critical ratio of drainage to irrigation of Weigan River Plain Oasis was estimated to be 9.19%. Furthermore, analysis of the relationship between the two different scaling issues was illustrated. Finally, corresponding countermeasures for secondary soil salinization were proposed according to the different developmental stages and salinization status of water and soil resources.The findings of this paper is helpful in controlling the local hydrology, in limiting or diminishing salinization trends, as well as in providing academic and instructive meaning for the sustainable development of agriculture in oasis irrigation areas.     

黄河流域地下水资源及其开发利用对策

黄河是中国第二大河并以其含沙量特大和下游的“地上悬河”而闻名于世。黄河上游的盐碱、沙害,中游的水土流失和下游悬河段的洪涝、干旱和断流等灾害使黄河的生态环境极其脆弱。针对流域内缺水和水质问题,对流域水资源、城市工农业的供需水量平衡、地下水的开发潜力等进行了预测。通过基流分割计算和同位素技术的应用,研究了区内地下水和地表水之间的水循环规律及地下水对黄河的贡献。最后,对黄河流域地下水可更新能力及地下水可持续开发利用的对策进行了深入的研究。     

基于系统动力学的新疆焉耆县水资源需求分析

应用系统动力学方法,建立了县域水资源利用SD模型,并对焉耆县主要的水资源利用系统中的农业需水量、工业需水量、生活需水量、牲畜需水量和生态需水量进行了仿真模拟,分析了焉耆县未来20年中各用水系统的动态趋势。通过仿真模拟可以看出,农业用水是该县的主要用水,用水量高达90％以上。农业用水量决定着总需水量的变化趋势,并极大地影响着水资源的供需关系;  其他方面需水量在未来20年中虽有大幅度增长的趋势,但所占比例很小,不能对总供需水关系产生明显的影响。从供水角度讲,提高地表水和地下水联合开发比例,可以较大缓解供水压力。文章旨在运用系统动力学方法,通过建立SD模型,为认识焉耆县水资源供需现状及发展趋势提供一种途径。     

Catchment scale spatial variability of soil salt content in agricultural oasis,Northwest China

Soil salinization is a serious environmental problem in the world, especially in arid and semi-arid regions. Therefore, estimating spatial variability of soil salinity plays an important role in environmental sciences. Aiming at the problem of soil salinization inside an oasis, a case study was carried out at the Sangong River catchment in Xinjiang province, northwest China. Methods of classical statistics, geostatistics, remote sensing (RS) and geographic information system (GIS) were applied to estimate the spatial variability of soil salt content in the topsoil (0–20 cm) and its relationship with landscape structure at catchment scale. The objective of this study was to provide a scientific basis to understand the heterogeneous of spatial distribution of soil salt content at a large scale. The results revealed that (1) elevation of landform was a key factor for soil salt content’s spatial variability, and soil salt content had a strong spatial autocorrelation, which was mainly induced by structural factors. (2) Mapping of soil salt content by Kriging and comparing it with landscape maps showed that area of soil salinization in old oasis was smaller than that in new oasis, and degree of soil salinization in old oasis was also lower than that in the new one. Among all landscapes, cropland was mostly affected by salinity, with 38.8% of the cropland in new oasis moderately affected by soil salinity, and 8.54% in old oasis.     

基于电磁感应仪的表聚型土壤盐渍剖面特征解译研究

针对目前黄河三角洲地区存在的土壤盐渍化问题,以该地区分布最广泛的表聚型盐分剖面类型为研究对象,运用磁感大地电导率仪EM38,建立了磁感式表观电导率和土壤盐分之间的(多元)回归模型,在分析土壤盐分剖面分布特征的基础上提出了指数衰减模型,并运用该模型对盐分剖面进行了参数拟合和验证。结果表明:磁感式表观电导率EMh和EMv呈极显著的线性相关,土壤盐分在垂直方向上的变异主要表现在表层0~25cm的深度范围内。统计分析和Friedman检验结果表明,回归模型和指数衰减模型均具有较好的拟合结果和预测效果,二者的预测精度差异也不显著,表明本文提出的指数衰减模型不仅能降低待估参数的数量、提高土壤盐分剖面磁感式解译的实用性,同时还具有较高的预测精度。该研究结果为利用电磁感应仪快速、精确地进行土壤盐分预测以及盐分剖面解译提供了一定的理论参考和实践依据。