塔里木盆地绿洲农田土壤水盐运动动力学模式研究

本文采用改进型Ｐｉｃａｒｄ迭代差分法求解土壤水分运动的混鸽ｉｃｈａｒｄｓ方程,避免了采用Ｐｉｃａｒｄ迭代求解ｈ型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程所现的质量平衡误差问题。     

塔里木盆地绿洲研究的又一新成果—评《塔里木盆地绿洲土壤水盐动态变化与调控》

塔里木盆地绿洲研究的又一新成果—评《塔里木盆地绿洲土壤水盐动态变化与调控》@王亚俊$中国科学院新疆生态与地理研究所!乌鲁木齐830011     

不同作物下的土壤水盐运动分析

通过１９９５，１９９６年在阿克苏水平衡试验站对不同种植作物的土壤水分，盐分取样分析，显示不同情况下盐分运动规律差异很大，呈现出干旱区土壤盐分含量高，活动强烈的特征。     

新疆湿地资源时空变异研究

新疆地区是中国西北最干旱的地区,湿地分布最少的区域之一。新疆湿地资源以天然湿地为主．按湿地特征分为南疆和北疆两大区,由于南疆和北疆所处的地理位置不同,水文条件的差异．人类活动的影响程度不同．其湿地在空间分布结构、资源类型等方面表现出不同变化特点。本文利用遥感和地理信息系统技术方法对新疆湿地类型、资源现状进行研究,再利用GIS的空间分析功能,对新疆湿地资源动态变化及时空分布特征进行分析研究。     

土壤质量时空变异及其与环境因子的时空关系

土壤质量能体现自然因素与人类活动对土地的影响,深入认识土壤质量的时空变异与环境因子的关系对 土地质量改善与土地可持续利用具有重要意义。土壤质量的时空变异是指在一定的景观内,不同时间不同地点不 同土层的土壤特征存在明显的差异性和多样性,由确定性(Deterministic)和随机性(Stochastic)两大组分构成。土壤 质量时空变异是由多重尺度上的土地利用(植被)、气象(降雨)、地形、土壤、人为活动等多因子综合作用的结果,但 是就某一具体地区而言存在重点尺度和主控因子,土壤质量时空变异的重点尺度与主控因子的时空关系因时间、 空间和尺度而异。本文首先介绍了土壤质量时空变异的概念与内涵,重点综述了土壤理化特性(尤其是黄土高原地 区)的时空变异及其与环境因子时空关系的研究进展,探讨了土壤质量时空变异的发展趋势,以期对我国土壤质量 的时空变异研究有所启迪与帮助。     

绿洲防护林不同滴灌水量下土壤水盐运移初探

为了探明滴灌滴头流量一致条件下,不同灌水量处理对绿洲防护林地土壤水盐随时间分布的影响,采用30L·株-1·次-1(处理I)、40 L·株-1·次-1(处理Ⅱ)、50 L·株-1·次-1(处理Ⅲ)不同处理对比试验,在塔里木河下游喀拉米吉镇绿洲人工栽培的防护林地进行了野外滴灌监测.结果表明:①处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的剖面平均含水量分别达6.68％、8.99％、9.92％,土壤湿润锋运移的水平距离分别为58、62、74 cm,垂直深度分别为40、50、67 cm,表明灌水量决定土壤含水量的高低,灌水量增加有利于水分在水平和垂直方向的渗透.②处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的盐分锋值水平方向位置为40、52、63 cm,垂直方向为41、45、55 cm,脱盐率分别为62.2％、67.0％、76.5％,灌水量的增加有利于土壤的脱盐.③随着时间的推移,处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ土壤0～60 cm主要根系分布层分别在第5天、第11天、第15天土壤贮水亏缺度达到23.91％～59.25％,33.38％～51.75％,39.69％～56.53％,表层积盐同时达到最大.本研究认为防护林地滴灌水量40～50 L·株-1·次-1、滴灌周期以11～15 d比较适宜,可为极端干旱区防护林的合理灌溉和防治土壤次生盐渍化提供科学依据,具有一定的现实意义.     

荒漠绿洲湿地土壤水热盐动态过程及其影响机制

以甘肃临泽荒漠绿洲湿地为研究对象,通过对土壤温度、含水量、电导率及蒸散量的野外观测,在植物生长期和冻融期分别深入分析水热盐耦合运移过程及其影响因素,探讨水热梯度对盐分运移及其分布格局的控制作用。结果表明：土壤温度整体呈现出春夏季逐渐升高、秋冬季降低趋势。在冻结期,土壤表现为脱盐状态,表层电导率由2.8 mS·cm^-1降到1.2 mS·cm^-1;而在消融期为积盐状态,表层电导率由1.2 mS·cm^-1升到3.7 mS·cm^-1。在生长期,土壤含水量和电导率波动较为剧烈,表层含水量27%~43%,表层电导率3~5.5 mS·cm^-1,土壤脱盐、积盐反复出现。全年蒸散量总体呈单峰变化趋势,年蒸散量507 mm;土壤电导率与蒸散量呈正比关系,与地下水位呈负相关关系;蒸散发作用是土壤表层积盐的主要驱动力,而地下水波动影响着湿地脱盐、洗盐过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤盐分累积过程是水分运移和热量传输过程发生变化的结果。     

黑河中游张掖绿洲地下水时空变异性分析

在干旱、半干旱区,地下水在维护生态可持续发展方面起着重要作用。地统计作为一种决策和管理工具已被许多学者应用于地下水的时空变异性研究。以黑河中游的张掖绿洲为例,运用地统计与GIS相结合的方法研究了地下水埋深的空间变异特征,绘制了各期地下水空间分布图。结果表明,主要受不同尺度的结构性因素的影响,地下水埋深具有强烈的空间相关性,变异函数为各向异性结构。对Kriging插值结果表明,张掖绿洲地下水埋深整体上从西南到东北逐渐变浅,且呈普遍下降趋势。     

塔里木河下游典型绿洲滴灌防护林地土壤水盐时空动态

通过野外定位观测,对塔里木河下游典型绿洲防护林地灌溉周期内、不同滴灌年限以及不同质地类型土壤水盐动态进行监测分析。研究结果表明:①绿洲幼龄防护林地土壤水盐变化属于灌溉周期型;灌后土壤湿润体呈“半椭球型”分布,积盐区位于湿润峰附近;当前防护林（沙壤土）滴灌周期为10 d较为合适。②实施滴灌1 a、2 a和5 a林地（沙壤土）土壤水分亏缺量逐年增大;0～20 cm土层随滴灌年限的增大先脱盐后积盐,20～120 cm土层均表现为脱盐。③滴灌5 a后,粉黏土林地表层板结层的形成显著抑制40～60 cm土壤水分蒸发,盐分呈“表聚型”分布;细沙土林地土壤持水性差,各土层盐分呈“均匀型”分布;沙壤土林地持水性较细沙土林地略高,盐分呈“波动型”分布。     

新疆耕地土壤养分时空变化

土壤养分状况是土壤肥力的重要标识,并决定着农作物产量高低,对其进行调查分析可以为今后土壤养分资源的综合评价和科学施肥管理提供基础资料。采用Meta-analysis方法,通过对1999-2005年期间有关新疆耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾的研究文献的收集分析,并与20世纪80年代全国第二次土壤普查数据对比分析,研究了近20多年来新疆耕地土壤养分的时空变化。结果表明耕地土壤有机质、速效磷和碱解氮总体呈现增加的趋势,土壤肥力在不断提高,全氮含量略有下降趋势,速效钾含量下降明显,但存在区域差异,准噶尔盆地北部区和伊犁地区具有较高的土壤肥力,塔里木盆地区域土壤肥力较低。分布于新疆的7种主要耕地土壤类型,其养分含量变化总体表现为与全疆耕地土壤养分相似的变化趋势。人类的施肥、耕作措施的改变及土地利用变化是引起土壤养分变化的主要原因。     

额济纳绿洲不同植被覆盖下土壤特性的时空变化

额济纳绿洲地处干旱内陆河地区。在分析额济纳绿洲土壤特性的基础上,以不同植被类型下的土壤作为分析对象,根据观测的土壤含水量数据及环境因子的观测数据,研究了额济纳绿洲土壤水分的时空变化规律,分析了土壤水分变化与环境因子之间的关系,建立了土壤含水量与环境因子之间的回归模型。研究结果表明,土壤剖面土壤类型及结构差异较大,土壤类型的差异主要受成土条件的制约和外部自然环境的影响,戈壁地区与其他几种植被类型下的土壤差异最为显著;土壤类型及结构的差异,土壤容重变化的特性及土壤水势、土壤含水量的变化,直接影响着植被的生长和分布;额济纳绿洲不同植被类型下的土壤含水量变化差异显著;土壤含水量的季节变化分析表明,土壤剖面中不同层的土壤含水量变化也存在着一定的差异,可以分成不同的稳定变化层,急剧变化层和相对稳定层;土壤含水量的日变化受环境因子的影响较为明显,空气温湿度、土壤温度及地下水水位埋深是影响土壤含水量最为显著的因素。     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤含水量的相关性

借助MATLAB7.0对新疆克里雅绿洲225个土壤样品的土壤含水量和28组地下水埋深数据进行处理,用线性回归法和多重回归法对土壤含水量与地下水埋深的关系进行分析。结果表明:0～5 cm、15～20 cm、45～50 cm和0～50 cm的土壤含水量与地下水埋深的相关系数分别为-0.8017、-0.8580、-0.8551和-0.8574;土壤含水量与地下水埋深之间存在显著的负相关关系,自上而下其关系逐渐增强,其中以15～20 cm土壤含水量与地下水埋深的相关性最强;由多重回归分析确定经验方程,其判定系数达到0.6631,说明地下水埋深是影响土壤含水量的重要因素,同时土壤含水量的多少可作为评估地下水开采利用与调控的依据。     

临泽绿洲农田土壤肥力质量时空变化特征

干旱区荒漠绿洲农田土壤肥力质量的研究是绿洲功能和生产力评价的一个重要方面。通过1982年和2008年临泽绿洲农田287个样点耕层土壤（0~20 cm）有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾数据,利用地理信息系统和地统计学分析手段,研究了26 a来土壤肥力质量的变化特征。结果表明,研究区土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾的含量为13.8 g·kg-1、0.81 g·kg-1、64.4 mg·kg-1、32.3 mg·kg-1、199 mg·kg-1,较1982年分别提高了13.5%、7.8％、9.3%、225.6％和26.8％;土壤肥力指标的变异性较大,变异系数均大于25%;模糊数学综合评价方法适合研究区土壤肥力质量评价,土壤肥力质量综合值由1982年的强度空间变异发展为中等空间变异;根据全国农业地力等级划分标准,研究区土壤属于4、5、6、7级,较1982年的土壤肥力呈上升趋势。土壤肥力综合值分布图可以为该区域土壤资源的合理利用提供理论依据。     

干旱区绿洲城镇化进程与水资源效益的时空分异研究

选择Global Morans I和Getis-Ord Gi*两个空间关联指数和协调发展度函数探讨新疆1990、1995、2000年和2005年水资源效益的空间格局和冷热点区域演化,在此基础上对水资源效益和城镇化的协调性进行分析。结果显示:①新疆各县市水资源效益在空间上明显呈以天山北坡为核心的集聚分布状态。②新疆水资源效益冷热点区域的演化呈现出不同的演变轨迹。③新疆水资源效益与城镇化协调发展程度的空间格局演变相对稳定,协调发展程度高的区域呈现扩张趋势,协调发展程度低的区域数量收敛态势明显。二者的协调类型可分为同步协调型、水资源效益滞后型、城镇化滞后型、逐步磨合型和低级协调型5种。     

塔里木河上游绿洲土壤表层盐分特征

土壤盐分空间分布特征及其离子组分关系是了解水盐运移规律的关键,可为提出因地制宜的盐渍土改良措施提供科学参考。在土壤聚盐高峰期,采集了塔里木河上游阿拉尔垦区64个样点的表层（0～20 cm）土样,进行盐分指标测定,并采用地统计学和灰关联分析方法研究了土壤盐分的空间分布格局及土壤盐分组成离子对盐分和pH的影响。结果表明：（1）样区土壤含盐量和碱化程度较高,土壤pH具弱变异性,电导率、总盐量和大部分离子含量均具强变异性。（2）电导率、总盐量和大部分离子含量较其他指标的空间变异程度大,结构复杂程度较高。（3）土壤总盐、电导率、Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+、Mg2+和K+分布趋势较为一致,由西北向东南方向递减,在老农区和原生荒漠地含量较高;土壤pH分布表现为从北向东南方向增加;HCO-3在土壤中含量最低,空间分布规律不明显。（4）对盐分指标间的灰关联度分析表明,对研究区盐分指标影响最大的是SO2-4、Cl-和Na+。     

水盐梯度下黄河三角洲湿地植被空间分异规律的定量分析

三角洲湿地植被的形成和分布同时受水深、土壤含盐量两个环境因子的作用。采用模糊数学排序方法分析了黄河三角洲湿地植被在水深、土壤含盐量两个环境梯度下的空间分异规律。结果表明,由TWINSPAN划分而得到的8个植被类型在模糊数学排序图中有各自的分布范围,界线明显。以穗状狐尾藻(Myriophyllum spica-tum)等水生植物为优势种的群落分布在排序图的左上部,为黄河三角洲湿地高水深、低盐分地区;以柽柳(Tam-arix chinensis)、翅碱蓬(Suaeda heteroptera)等典型盐生植物为优势种的群落分布在排序图的右下部,为黄河三角洲的低水深、高盐分地区;其他以芦苇(Phragmites australis)、荻(Triarrhena sacchariflora)、旱柳(Salix matsudana)等为优势种的群落分布在排序图的中部。利用Gini-Simpson指数,在模糊数学排序图中分析了植物物种多样性随水深、土壤含盐量梯度的空间变化,结果表明,高水深、低盐分和低水深、高盐分地区植物物种多样性均较低,而二者过渡区域植物物种多样性较高。     

三工河流域绿洲土壤有机碳的空间分布

为理解大尺度下土壤有机碳的空间分异特征,运用遥感与GIS技术,结合地统计学方法研究了三工河流域农业绿洲0~20 cm土层土壤有机碳的空间格局特征。结果表明:①流域尺度的土壤有机碳含量的理论变异函数符合球形模型,F检验达到极显著水平,在2~20 km的中尺度上具有中等强度的空间变异性和自相关性;②流域空间尺度上,土壤有机碳主要变化在4.5~6 g\5kg-1和10.5~12 g\5kg-1范围中,阜康绿洲区土壤有机碳含量明显要高于阜北绿洲区。土壤有机碳平均含量耕地最高,其次为草地,最低的为裸地。流域空间土壤有机碳储量为17.07×105 t,单位面积土壤有机碳储量:阜康绿洲>全流域>阜北绿洲。     

塔里木河下游表层土壤盐分空间变异和格局分析

土壤盐化是造成塔里木河下游天然植被退化的主要因素之一,应用地统计学方法,分析了塔里木河下游表层土壤盐分的空间异质性特征。结果表明,研究区土壤含盐量普遍较高,表层土壤盐分呈现强变异性和具有较强的空间自相关格局,主要受结构性因子影响。空间插值结果表明,表层土壤盐分整体上呈现出条带状的分布格局,局部地区表现出斑块状的空间变异特征。从河流纵向看,表层土壤盐分“两头高,中间低”;从河流横向看,离河道越远,盐分越低,地下水埋深逐渐加深,物种数和植被盖度分别表现出与之相应的递减趋势。     

民勤绿洲外围不同林龄人工梭梭林的土壤水分特征

 2009年6月到9月,每月中旬在民勤绿洲边缘不同林龄(2 a,5 a,10 a,20 a,30 a)的人工梭梭林内测试不同深度(20 cm,30 cm,50 cm,100 cm,150 cm和200 cm)的土壤含水量变化情况。分析结果表明,不同林龄的梭梭林内土壤含水量与时间和深度有关。土壤表层含水量主要受自然降雨控制,8月底发生比较大的自然降雨后,9月不同林龄梭梭林内20 cm和30 cm的含水量显著高于其他3个月。土壤50 cm以下的含水量比较稳定,当降雨少,土壤表层含水量低时,可以作为梭梭利用的水分来源。在7月和8月,5 a梭梭林内土壤含水量最低,表明梭梭对土壤水分的消耗最多,栽植密度过大,因此,需要间伐减少植株数量才能维持其稳定性。     

克里雅绿洲地下水埋深与土壤盐分时空分异及耦合分析

在干旱区绿洲平原地带,地下水埋深与土壤盐分时空分异明显,且二者存在高度的交互耦合关系。为实现分时段、分区域对地下水进行综合利用及对土壤盐渍化进行有效治理,以克里雅绿洲为研究区,根据20个地下水样点及8个土壤样点的监测数据,采用经典统计学方法、地统计分析法及GIS技术对研究区地下水埋深与土壤盐分的时空分异进行了研究,并运用耦合系数模型计算了二者之间的耦合度。结果表明:地下水埋深夏秋季较深,冬春季较浅且研究区西北浅,东南深,由西北向东南递增;土壤盐分含量夏秋季快速下降,冬春季迅速上升且研究区西高东低,由西向东呈条带状递减分布;地下水埋深与土壤盐分含量之间存在交互耦合的关系。