灌区间盐分变迁与耕地安全特征——以三工河流域农业绿洲为例

针对目前绿洲内部土壤盐渍化问题,以新疆三工河流域农业绿洲为研究区,运用遥感、GIS和地统计学相结合的方法研究了0~20 cm土层盐分动态特征与发展趋势。结果表明:流域空间上土壤盐分的理论变异函数拟合符合指数模型,F检验达到极显著水平。Kriging差值及其与同期的土地利用类型图叠加运算表明,整个绿洲区南部阜康灌区耕地土壤盐化面积及盐渍化作用小于北部绿洲阜北灌区,耕地土壤盐分具有显著的局地地带性分布特征,随绿洲耕地南北方向距离的增加土壤盐渍化作用增强。另外南部绿洲耕地农业灌溉具有明显的脱盐作用,随时间尺度的延长,盐渍化作用减弱;而北部绿洲土壤盐渍化作用加强,表现为积盐作用。绿洲受盐害作用的区域主要为北部(阜北灌区)绿洲,通过空间概率模型预测,在长时间范围内,土壤盐渍化依旧是制约北部绿洲耕地生产力的主要因素。通过联合运用变异函数分析、线性回归分析和空间概率分析方法的优势,有效识别了三工河流域农业绿洲空间土壤盐渍化的变化特征与变化趋势,对于认识流域空间单元土壤盐分的变迁具有重要意义。     

干旱内流区尾闾绿洲土壤积盐的动态特征

运用遥感与GIS技术,结合地统计学方法研究了三工河流域下游阜北绿洲近23 a来表层土壤(0～20 cm)盐分动态特征及其主导因素。结果表明:①研究区景观类型间相互转换频繁,区域绿洲化进程的同时,荒漠化也在加重,并且绿洲化进程强于荒漠化; ②通过对1982年和2005年土壤盐分的理论模型拟合,符合指数模型,并且,F检验达到极显著水平; ③Kriging插值及其与同期的绿洲景观类型图进行叠加运算表明,在自然和人为作用下,区域土壤盐化程度加重,高盐区面积增加,低盐区面积减少,土壤盐分在20 g·kg-1以上的分布面积增加了15.36%,而在5～10 g·kg-1范围减少43.85%; ④水库输水灌溉是引发区域地下水位抬升的直接因素,间接导致土壤盐渍化程度的加重。     

开都河流域下游绿洲表层土壤盐分空间变异特征分析——以焉耆县为例

针对目前干旱区广泛存在的绿洲土壤次生盐渍化问题,基于GIS和地统计学方法,研究开都河流域下游绿洲焉耆县表层土壤的盐分空间变异特征。结果表明:1)0~10cm、10~20cm和20~30cm三层土壤盐分的半方差函数模型均符合高斯模型;随着土壤采样深度的增加,其空间变程递增,C0+C均为50%,属于中等空间相关性。2)土壤盐分在水平方向上,0~5g/kg(非盐化和轻盐化)呈片状分布,而5g/kg(中度、重度盐化和盐土)呈斑块状分布在中部和低洼地区;在垂直方向上,0~10cm土壤盐分含量最高,且随着土层深度的增加,土壤盐分递减。     

基于典范对应分析的滨海滩涂围垦区景观格局与土壤盐渍化关系北大核心CSCDCSSCI

以江苏中部如东滩涂围垦区为研究区,利用典范对应分析探讨不同空间尺度景观格局对土壤盐渍化程度的影响和贡献度。结果表明:(1)研究区斑块密度、边缘密度、景观形状指数、聚集度指数、散布与并列指数较高,说明景观破碎化程度较高,景观结构复杂,景观分布受人为干扰的程度较大。(2)土壤中Na+和Cl-分别占阳离子总量和阴离子总量的87.4%和90.1%,土壤盐渍化指标的变异系数为53.49%~129.03%,反映了土壤盐分的非均匀分布。(3)研究区景观格局指数在100 m和200 m缓冲区尺度分别能累积解释土壤盐渍化程度变化的66.6%和80.1%,土壤盐渍化程度与农建地和水浇地面积比例呈正相关关系,与旱地面积比例呈负相关关系。(4)景观水平上的土壤盐渍化程度与最大斑块指数、蔓延度指数呈正相关关系,与斑块密度、边缘密度、景观形状指数、香农多样性指数呈负相关关系;斑块类型水平上,最大斑块面积指数、边缘密度、景观形状指数是影响研究区土壤盐渍化程度的共性指标。研究对于优化滩涂围垦区土地利用格局,降低土壤盐渍化程度具有重要意义。     

基于多光谱遥感的典型绿洲棉田春季土壤盐分反演及验证

为探索快速提取典型绿洲棉田土壤盐分的有效方法,获取区域尺度的土壤盐渍化特征及空间分布,进而为土壤盐渍化防治提供参考。以新疆兵团农二师31团为研究区域,2019、2021年春季Landsat 8 OLI多光谱影像和野外实测土壤含盐量为数据源,将波段组、光谱指数组和全变量组作为模型输入变量组,采用多元逐步回归（Multiple stepwise regression, MSR）、偏最小二乘回归（Partial least squares regression, PLSR）、极限学习机（Extreme learning machine, ELM）、支持向量机（Support vector machine, SVM）和BP神经网络（Back propagation neural network, BPNN）构建基于3个输入变量组的土壤盐分遥感反演模型,探究输入变量和建模方法对模型精度的影响效果,通过对比确定春季土壤盐分最优反演模型,定量反演地表土壤含盐量。结果表明：（1） 研究区主要为非盐化土和轻度盐化土,总样本变异系数为0.67,呈中等变异性;光谱反射率与土壤盐渍化程度的关系表现为土壤盐渍化越重,光谱反射率越高。（2） 海岸波段（b1）、蓝波段（b2）、绿波段（b3）、红波段（b4）和盐分指数（SI1、SI2、SI3、SI4、S3、S4、S5）均通过显著性检验P<0.01,相关系数均达到0.4以上。（3） 所有模型中,基于全变量组建立的BPNN反演模型精度最高,建模集R²为0.705;验证集R²为0.556。（4） 由反演结果可知,2019、2021年春季耕作区土壤主要为非盐化土,分别占耕作区总面积的55.55%和64.62%,其次为轻度盐化土,分别占44.31%和35.17%;2021年土壤盐渍化程度较2019年有所减轻。     

基于典范对应分析的滨海滩涂围垦区景观格局与土壤盐渍化关系

以江苏中部如东滩涂围垦区为研究区,利用典范对应分析探讨不同空间尺度景观格局对土壤盐渍化程度的影响和贡献度。结果表明:(1)研究区斑块密度、边缘密度、景观形状指数、聚集度指数、散布与并列指数较高,说明景观破碎化程度较高,景观结构复杂,景观分布受人为干扰的程度较大。(2)土壤中Na+和Cl-分别占阳离子总量和阴离子总量的87.4%和90.1%,土壤盐渍化指标的变异系数为53.49%~129.03%,反映了土壤盐分的非均匀分布。(3)研究区景观格局指数在100 m和200 m缓冲区尺度分别能累积解释土壤盐渍化程度变化的66.6%和80.1%,土壤盐渍化程度与农建地和水浇地面积比例呈正相关关系,与旱地面积比例呈负相关关系。(4)景观水平上的土壤盐渍化程度与最大斑块指数、蔓延度指数呈正相关关系,与斑块密度、边缘密度、景观形状指数、香农多样性指数呈负相关关系;斑块类型水平上,最大斑块面积指数、边缘密度、景观形状指数是影响研究区土壤盐渍化程度的共性指标。研究对于优化滩涂围垦区土地利用格局,降低土壤盐渍化程度具有重要意义。     

基于电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分空间变异特性

土壤盐渍化是影响绿洲农业生产、抑制作物生长的主要生态环境问题。当前,将电磁感应技术与地面实测技术相结合是监测土壤盐渍化分布及其变化的先进方法。本文以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,以电磁感应仪在水平模式下（EM_H）和垂直模式下（EM_V）所获取的土壤表观电导率数据以及野外实测数据为基础,通过建立EM_V和EM_H与土壤盐分含量及组成元素的多元线性回归模型,采用泛克里格法（Universal Kriging）对研究区两个关键季节（干季、湿季）的土壤盐分含量及组成的空间变异特征进行了分析。结果表明：研究区干季和湿季表层盐渍土含盐量均与EM_V和EM_H具有良好的相关性,以EM_V+EM_H为自变量建立的土壤盐分解译模型的精度较高,且通过0.01水平检验;研究区干、湿两季的表层土壤含盐量数据符合P-P正态分布,空间分布均呈现强相关性;采用能够充分考虑到干旱区表层土壤盐分空间变异的球状套合模型,能够更好地拟合土壤表层含盐量的空间结构;研究采用泛克里格法将解译出的土壤盐分及其主要组成离子（Na⁺、Cl^-）含量进行空间插值分析,其变化趋势与土壤含盐量的变化趋势基本一致,因而采用电磁感应技术可以有效地监测不同季节干旱区绿洲土壤盐分及其组成的空间变化。     

中亚土库曼斯坦绿洲土壤盐渍化动态演变评估

针对土库曼斯坦广泛存在的土壤盐渍化问题,选取达绍古兹州典型盐渍地为研究区,利用1990年、2000年和2010年的Landsat TM、ETM遥感影像,获取盐分指数（SI）和反照率（Albedo）构建SI-Albedo特征空间,利用土壤盐渍化遥感监测指数（SMI）,计算并划分研究区盐渍化等级。结果表明：（1）利用SMI指数对区域土壤盐渍化状况进行统计及定量分析,有利于大尺度范围的土壤盐渍化动态监测;（2）1990-2010年间研究区盐渍化程度持续加重,其中,重度盐渍地增加1 103.9 km²,增长了5.28%;中度盐渍地增加1 716.184 km²,增长8.21%;（3）地形及气候等自然因素对研究区土壤盐渍化过程有较大影响,盲目的垦荒、不合理灌溉等人为因素更加剧了研究区盐渍化的形成,使得盐渍化现象更加严重,导致盐渍地面积的不断扩大。     

阿拉尔垦区土壤盐渍化遥感监测及时空特征分析

及时准确掌握区域土壤盐渍化信息对盐渍土治理和土地利用可持续发展有着重要意义。以阿拉尔垦区Landsat 7 ETM+/8 OLI影像为数据源,采用盐分指数（Salinity index,SI）和归一化植被指数（Normalized difference vegetation index,NDVI）构建遥感盐分监测指数（Salinization detection index,SDI）模型,对阿拉尔垦区土壤盐渍化进行反演,分析近10 a垦区土壤盐渍化空间分布特征。结果表明：SDI模型与土壤实测电导率拟合度R²=0.7579,该模型可反演阿拉尔垦区土壤盐量;2011—2021年非盐渍土和轻度盐渍土面积分别增加318.22 km²和0.80 km²,中度、重度土壤盐渍化面积减少229.87 km²,盐土面积增加68.61 km²;阿拉尔垦区北部和南部地区的土壤盐渍化程度得到明显转好,中部和东部地区土壤盐渍化程度加重,垦区土壤盐渍化总体得到较好改善。SDI模型能较好反演阿拉尔垦区土壤盐渍化时空特征,可为阿拉尔垦区经济与社会发展提供一定的参考依据。     

荒漠-绿洲区土壤性质过渡特征

荒漠-绿洲区是干旱区地表景观格局变化最频繁的地区,深入研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤环境的差异对揭示干旱区生态系统过程至关重要。本研究通过采集石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲土壤样品,综合运用多种分析方法,研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤理化属性的差异及其相互作用关系。结果表明：从荒漠、过渡带到绿洲景观,土壤质地和持水性能在不断好转,酸碱度和盐分状况变化不大,养分状况则表现为荒漠和过渡带具有近乎相同的有机碳和全氮含量,绿洲具有显著增加的有机碳、全氮和全磷含量。在不同深度上,荒漠景观土壤理化属性几乎没有变化;过渡带土壤质地由表层至深层不断改善,含水量逐层增大,全磷含量缓慢增加,C∶N和C∶P的值波动减小;绿洲景观土壤含水量由表层至深层显著增加,养分含量显著降低,C∶N和C∶P的值显著减小。总体而言,荒漠景观土壤理化属性的分异程度最小,绿洲景观分异程度最大,过渡带景观在土壤质地和含水量方面的分异程度较大,在土壤养分方面的分异程度较小。此外,过渡带景观土壤理化属性的自相关程度最高,且土壤质地是引起其他土壤理化属性分异的主要原因。     

基于机器学习和多光谱遥感的银川平原土壤盐分预测

快速获取区域土壤盐渍化程度信息,对于盐渍化治理与生态环境保护具有重要意义。以银川平原为研究区,以盐分影响因子和盐分指数分别作为输入参数,建立支持向量机(SVM),BP神经网络(BPNN)和贝叶斯神经网络(BNN)3种土壤盐分预测模型,选取最佳模型进行研究区不同深度的土壤盐渍化预测。结果表明：(1)0～20 cm土壤盐分预测模型中基于影响因子变量组的BNN模型效果最佳,决定系数(R²)为0.618,均方根误差(RMSE)为2.986;20～40 cm土壤盐分预测模型中基于盐分指数变量组的BNN模型效果最佳,R²为0.651,RMSE为1.947;综合对比下,BNN模型的预测效果最好,可用于研究区土壤盐渍化预测。(2)银川平原主要是以非盐渍化和轻度盐渍化为主,0～20 cm土壤重度盐渍化及盐土共占总面积的11.59%,20～40 cm土壤重度盐渍化及盐土共占总面积的7.04%,20～40 cm土壤盐渍化程度较0～20 cm土壤盐渍化轻。     

民勤绿洲不同土地利用类型下土壤水盐的空间分布特征分析

以石羊河流域下游——民勤绿洲为研究区域，通过野外采样、实地调查和实验分析，对不同土地利用类型下（耕地、林地、草地、湿地、盐碱地、撂荒地和荒漠）土壤的水盐特征进行研究，结果表明研究区土壤含水率整体偏低，范围为5.35%~20.58%，土壤含盐量的平均值为47.02 g·kg^-1，盐渍化程度严重。土壤含水率和含盐量表现为中等变异性，说明其易受到气候、地形、水文地质以及人为活动的影响。不同土地利用类型下土壤水盐的垂直分布差异显著，土壤含水率在垂直方向上的变化特征较为复杂，但含盐量在垂直方向上主要表现为“表聚型”和“振荡型”。民勤绿洲各土层土壤水盐的水平分布均呈条带状分布,土壤含水率整体表现出西高东低，南高北低，而土壤含盐量则表现出相反的趋势。     

人工智能计算技术在新疆干旱区典型绿洲土壤盐分预测中的应用

针对新疆渭干河-库车河三角洲绿洲土壤盐分动态监测中存在的方法问题,首先用灰色关联度模型分析影响形成土壤盐渍化的各因子,并确定其与土壤盐分之间的关联度,然后将人工智能计算技术引入土壤盐分的预测中,经过多次调整网络结构和参数,建立了预测表层土壤盐分的BP神经网络模型和RBF神经网络模型。结果表明：以潜在蒸散量、地下水埋深、地下水矿化度、土壤电导率、总溶解固体、pH值、坡度和土地利用类型8个因素为输入因子,以土壤含盐量为输出因子的BP网络模型和RBF网络模型可有效模拟土壤盐分与其影响因子之间的内在复杂关系,并且有较高的精度。BP网络模型预测误差略低于RBF神经网络。本研究可为分析和预测土壤盐渍化动态规律提供一种有效可行的新途径,是对传统土壤盐分动态研究的补充。     

Changes in Soil Salinity in the Ekhiin-Gol Oasis (Mongolia) According to Monitoring Data of 1977 and 2001

IntroductionNatural oases in the Gobi Desert arespecific ecosystems forming in the zones offresh(or slightly saline)groundwater dischargeconfined to tectonic faults[1].Until recently,theirenvironmental peculiarities remained poorlystudied.Before the 1980s,the only data on thenatural oases in the Transaltai Gobi and theirvegetation conditions were published by LavrenkoandYunatov[2].More ample and versatile data on the oasesecosystems were obtained by the Soviet-MongolianBiological Expeditio…     

基于MSAVI-WI特征空间的新疆渭干河-库车河流域绿洲土壤盐渍化研究

土壤盐渍化是造成干旱区土地荒漠化及生态恶化的重要原因,及时获取大尺度高精度土壤盐渍信息是防治工作的基础。选取新疆塔里木盆地北缘渭干河—库车河流域三角洲绿洲为研究区,利用Lansat-TM数据与野外实测数据分析盐渍化土壤与修改型土壤调整植被指数(MSAVI)、湿度指数(WI)之间的关系,在此基础上提出了MSAVI-WI特征空间概念,构建了土壤盐渍化遥感监测指数模型(MWI)。结果表明:MWI与土壤表层含盐量相关性较高,其相关性为0.844,精度高于土壤盐渍监测常用的盐分指数与实测数据的相关性。MWI能较好的反映盐渍化土壤地表植被及土壤水分的组合变化,具有明确的生物物理意义,并且特征参量简单,理论上易于理解,实践上易于实现,MWI模型的构建有利于干旱区大尺度土壤盐渍化定量监测与评价工作的开展。     

黄河三角洲多尺度土壤盐分的空间分异

本文利用多尺度采样数据,探索了两个深度土壤盐分的空间分异,分析了不同尺度、深度土壤盐分的变异系数和空间相关性(结构方差与基台值之比)的变化,揭示了形成这种空间变异的地貌因素,最后利用普通克立格(ordinary kriging)方法对土壤盐分的分布进行了估测。分析发现,研究区土壤盐分的空间变异具有三个尺度。随着采样间隔的增加和区域的扩大,盐分分布空间相关性增强,且下层比上层具有更高的空间相关性。地貌因素(微地貌类型、坡度和高程)均具有较高的空间相关性,当与地貌因素关系密切时,该尺度及深度的土壤盐分空间相关性就大;反之,则小,这时可能主要受具有较小空间相关性其他因子的影响(如人为活动)。最后对合理的土壤采样提出了建议。     

北疆农区土壤盐渍化遥感监测及其时空特征分析

基于MODIS数据,利用归一化植被指数和盐分指数的二维特征空间关系建立土壤盐渍化遥感监测模型,对北疆农区2000年以来的土壤盐渍化状况及其空间动态变化进行了监测分析,并探讨了典型区土壤盐渍化的主要驱动因素。结果表明：① 土壤盐渍化遥感监测指数可以从宏观上定量刻画北疆农区的土壤含盐量;② 北疆农区土壤盐渍化空间特征呈现出总体上逆转、局部严重发展的态势;③ 土壤盐渍化等级在不同时间段的发展或逆转的方向主要由中度向重度及重度向盐土间的相互转化,其中重度盐渍化农用地的转化幅度最大;④ 不同土壤盐渍化等级中盐土的形成与农区降水量和干燥程度具有较好的相关性,未盐渍化（正常）和中度盐渍化与农区有效灌溉面积和农作物播种面积分别呈相关系数较高的正相关和负相关。