西北绿洲典型盐渍土区土壤盐分的空间分布特征及淋盐需水量分析

发布时间：2020-11-23 13:33

　　 盐碱地普遍存在盐碱重,返盐强烈,盐分垂直变化明显等问题,造成土壤产出率低且不稳,农业经济效益不高,成为了影响农业生产的主要限制因素之一。当前有关土壤盐分空间分布特征的研究主要集中在二维水平方向上,对于上下土层之间的相互影响在空间上的表达较少,因此,掌握盐渍化区土壤盐分的空间分布,特别是三维土体盐分的空间分布特征有助于制定更精确的盐渍化治理措施和指导农业生产布局。本研究选取了我国西北盐渍化程度比较严重的宁夏银川平原和新疆焉耆盆地的盐渍土区作为研究对象,将电磁感应仪与田间实际取样相结合分别对宁夏银川平原4个不同套合尺度(农田、农场、通伏乡及平罗县)和新疆盐渍土改良区(面积约70hm2)的土壤盐分进行了监测,综合应用了地质统计学、三维距离反比法(3D-IDW)和GIS技术相结合的方法,分别对宁夏银川平原4个不同尺度和新疆盐渍土改良区土壤盐分的二维和三维空间分布特征进行了研究,揭示了不同区域不同尺度下土壤盐分空间分布格局的主要影响因素,探讨了应用3D-IDW法对土壤盐分进行空间插值时需要注意的问题,并利用Hydrus-1D模型模拟了新疆盐渍土改良区不同灌溉条件下0～80 cm 土体盐分的淋洗情况。全文主要结论如下:宁夏银川平原盐渍土区4个尺度的土壤剖面盐分在水平方向上均属于中等变异强度。同一土层土壤含盐量的标准差、最大和最小值均随尺度缩小而减小,4个研究尺度都存在盐分表聚现象,同一尺度下全盐量随土层加深表现为递减的趋势。农田、农场、乡及平罗县土壤盐分的空间自相关范围依次为80m,800m,1 km和23～29 km,表现出随尺度的扩大变程呈增大的趋势。另外,除平罗县土壤表层盐分的变程要大于下层外,其余尺度的变程都随土层加深而增加。银川平原土壤盐分含量的空间分布具有明显的尺度效应。平罗县土壤盐分表现为西北高东南低,土壤盐分含量高的区域主要集中在沙湖以北和高庄乡以南的区域,其中西大滩盐渍化程度最高。乡尺度土壤盐分从东南向西北递减,并随到黄河距离的增加而减少;农场尺度盐分含量从西南向东北递减。农田尺度土壤盐分含量从西向东递减。平罗县和乡尺度土壤盐分以轻度和中度盐化土为主,局部区域为重度盐化土,农场和农田尺度土壤以轻度盐化土为主,有少部分中度盐化土。平罗县主要受地势、地貌、地下水位、集中分布的灌溉排水渠及土地利用方式的影响,乡尺度受地势、灌溉排水渠的走向、排水沟中水分的侧向补给和地下水矿化度及地下水位的影响,农场尺度则与微地势和灌排渠的分布有关,农田尺度与灌排渠位置、土壤质地类型及地下水位有关。平罗县典型盐渍化区土壤表层盐分变化最剧烈,变异系数远大于下层土壤。土壤盐分在水平方向的空间相关距离为6000m,垂直方向为1.2 m。三维空间分布结果显示:土壤盐分含量西高东低,北高南低,大部分区域土壤含盐量在1～2gkg-1,为轻度盐化土,且三维克里格插值方法精度要远高于二维插值结果。另外,上层土壤盐分含量较高的区域,下层含量也较高,土壤盐分的三维空间分布主要受地形、地貌、灌溉渠走向、采样间距和土质影响。新疆盐渍土改良区土壤盐分含量可分为两个土层:0～140 cm 土层盐分平均含量较高,范围为1.84～2.11gkg-1;而140～200cm 土层平均含盐量较低,为1.75gkg-1左右。所有土层盐分含量的平均值、标准差和变异系数等均随土层加深而呈现递减的趋势,0～40 cm 土层有盐分累积的现象。土壤盐分的空间自相关距离随土层加深而增大,并具有强烈的空间相关性。研究区大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g kg-1。靠近北部和南部边界区属于非盐渍化区,而大于4 gkg-1盐渍土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻质盐渍化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐渍土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度等。采用3D-IDW方法对新疆研究区的土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,土壤盐分的实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1-0.4范围内变化。当垂向坐标扩大300倍和搜索点数为6个时插值效果较优。随后采用该参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分的空间分布格局与二维插值结果基本一致,但精度更高。因此,当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。HYDRUS-1D模型模拟结果表明:研究区连续5天每天灌水60 mm可排出0～80 cm 土体60～80%以上的盐分,小额灌溉时增加灌水量能显著降低土壤盐分,过量灌溉对盐分淋洗效果不显著。淋盐平均需水量为164 mm。灌前0～80 cm 土体平均盐分含量和淋盐需水量都具有较强的空间相关性,灌后土体平均盐分含量空间相关性变小。研究区东北、西北和东南三个角盐分较低,中轴线上有三个局部区域含盐量较高,大部分区域盐分含量为1.5～2.5g kg-1。灌后土体盐分都小于1 gkg-1,91%的研究区淋盐需水量小于等于250mm,需水量大于250mm的区域对应盐分含量较高的粘性土区。若按需灌溉,研究区需漫灌180 mm,比传统的冬灌300 mm节水40%。灌前0～80 cm 土体将近99%的研究区0～80 cm 土体储盐量在10-45 kg m-2之间,灌后0～80 cm 土体储盐量小于15 kg m-2,研究区灌前0～80 cm 土体总储盐量17647 t,灌后剩余盐分8560 t,0～80 cm土体脱盐率为51%,达到了脱盐的目的。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S156.41
【部分图文】：

Ｆｉｇ．２－１?Ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｓｃｈｅｍｅｓ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｃａｌｅｓ?ｉｎ?Ｙｉｎｃｈｕａｎ?Ｐｌａｉｎ??２．１．２布点采样与资料收集??在研究区采用网格化取样，农田、农场、通伏乡及平罗县四个尺度所对应的采样间距依次为??５?ｍ、１００?ｍ、５００?ｍ和３?ｋｍ?（图２－１），每个点都用电磁感应仪ＥＭ３８－ＭＫ２的水平模式和垂直??模式各测定３次以上，单点取平均值记作￡ＭＨ?（水平模式平均表观电导率）和￡ＭＶ?（垂直模式??平均表观电导率），分别测定１１４、１００、１００和４４１个点。其中平罗县、乡尺度和农场尺度采样??点用ＧＰＳ?（Ｇａｒｍｉｎ?６０）定位，农田尺度则通过网格采样。所有尺度都在原有测点基础上先随机??选点分层取样，再在表观电导率最大和最小值处补充取样，取样层次为０－１０?ｃｍ，?１０－２０?ｃｍ，以??下层次取样间隔为２０?ｃｍ，直到１．４ｍ，在该处基本可见地下水；其中平罗县共取６８３个剖面土样，??取样时间为春灌之前，于２０１０年４月１７？２６日进行。??另外，收集了平罗县第二次土壤普查时期形成的土壤类型图（平罗县国土资源局提供）、地??形地貌（黄玉霞，２０１０）、地下水埋深（宁夏农林科学院张源沛老师提供）、土地利用方式图（中??国农业大学张荣群老师提供）、灌排系统分布（平罗县水利局提供）等重要图件。??１０??

Ｆｉｇ．２－２?Ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｓｃｈｅｍｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓａｌｔ－ａｆｆｅｃｔｅｄ?ｓｏｉｌ?ａｍｅｌｉｏｒａｔｉｏｎ?ａｒｅａ?ｏｆ?Ｘｉｎｊｉａｎｇ??目与方法??分测定烘干含水量，剩余土样在室内风干，过２?ｍｍ的筛，采用电水比１：５，?ｄＳｍ—１）。土壤盐分和电导率的换算关系采用相邻研究区）：?■Ｓｔ＝３．０＊￡＇Ｃ１：５＋０．９６６?（ｉ？２＝０．９６５４，《＝１１０），式中?￥为土壤全盐量（吸管法测定，水分特征曲线用沙箱法和压力膜测定。地下水埋深用和矿化度分别用便携式ｐＨ计和电导率仪测定。??法??通克里格方法??Ｋｒｉｇｉｎｇ）内插法又称为也称为空间局部估计或空间局部插值（侯景，是地统计学两大主要内容之一。地统计学是以区域化变量为基础，究在空间分布上既有结构性又有随机性自然现象的科学。若随机函准内蕴假设的前提假设，则半方差函数可以用以下方程来定义：??

?第三章银川平原土壤盐分的空间尺度效应及影响因素分析??３．２不同尺度土壤表观电导率的解译??对ＥＭ３８两种测定模式的平均表观电导率进行相关性分析，结果见图３－Ｋ从图中可以看出：??垂直测定模式￡ＭＶ和水平测定模式及＾具有很强的相关性，相关系数大于９０％，达到１％的极??显著水平。??０．１６?－１???〇－１４?－?￡Ａ？ｈ＝０．８５９?１?＊￡Ｍｖ－０．００３１??０．１２?－?Ｏｆ２＝０．８８５５，?ｎ＝６５１）?ｙ??＿?０．１０?－?？?？??＿Ｓ?＾??ｖｉ?０．０８?－?？?ｍ?＾??？。＿。６＿?ｒＸｆｉＴ??０?Ｉ??０?０２?＂??ｏ．ｏｏ?－??０．００?０．０２?０．０４?０．０６?０．０８?０．１０?０．１２?０．１４?０．１６??￡Ｍｖ／ｄＳ?ｍ＂１??图３－１表观电导率和￡ＭＨ的相关性??Ｆｉｇ．３－１?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ａｐｐａｒｅｎｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ?ＥＭｙ?ａｎｄ?ＥＭＲ??统计分析结果表明：９０％以上采样点的垂直模式表观电导率均值大于水平模式，因此剖面土??壤层次分布属于同相剖面（Ｓｌａｖｉｃｈ，１９９０），可用单个模式的表观电导率求对应土壤盐分的回归??方程。以或￡ＭＨ为自变量
【相似文献】

相关期刊论文 前19条

1 吕小娜;;设施栽培条件下土壤盐分运移研究进展[J];农业与技术;2016年01期

2 刘庆生;刘高焕;范晓梅;;黄河三角洲土壤盐分剖面类型时空分布研究[J];山东农业科学;2010年01期

3 周复雄;吴伟峰;孙怀卫;王修贵;韩春玲;袁永坤;戴怀阔;;控制排水对大棚土壤盐分的影响[J];灌溉排水学报;2010年01期

4 石荣光;棚室种菜应防土壤盐分积聚[J];农村实用工程技术;1997年01期

5 RaafatK.Rabie;安玉麟;;土壤盐分和含水量对小麦生长养分吸收和产量的影响[J];土壤学进展;1988年04期

6 黄溪水,王国生;芦苇耐盐性的研究[J];土壤通报;1988年05期

7 陈慧选;土壤盐分积聚过程的理想稳态模型及其应用[J];土壤肥料;1988年03期

8 薛辉云,尹希笋,罗时铃;盐碱土种稻后土壤盐分的变化[J];土壤肥料;1988年03期

9 邓海华;麦迺英;;滨海咸田蔗地土壤盐分变化及咸田甘蔗生产中的若干问题[J];甘蔗糖业;1989年03期

10 龚江;赵竹青;谢海霞;侯振安;党锋华;;膜下长期滴灌棉田土壤盐分的时空变化规律[J];灌溉排水学报;2014年Z1期

11 马合木江·艾合买提;虎胆·吐马尔白;赵永诚;朱东桥;李慧;;北疆滴灌棉田冬季土壤盐分运移研究[J];新疆农业科学;2014年04期

12 麦麦提吐尔逊·艾则孜;海米提·依米提;艾尼瓦尔·买买提;王庆峰;;天山西部伊犁河流域土壤盐分特征[J];环境科学研究;2010年06期

13 罗廷彬;任崴;李彦;王宝军;;咸水灌溉条件下干旱区盐渍土壤盐分变化研究[J];土壤;2006年02期

14 韩金旭;赵焱;谷晓伟;张凤燃;程春晓;刘晶;;黄河南岸灌区土壤盐分运动及模拟[J];华北水利水电大学学报(自然科学版);2018年03期

15 陈伟;崔亚茹;孙从建;李卫红;杨洋;皇甫倩华;;西天山荒漠草原土壤盐分和组成分布研究[J];山西师范大学学报(自然科学版);2017年02期

16 杨高强;刘洋;陈新华;;保护地土壤盐分积累研究现状及成因探讨[J];现代农业科技;2007年16期

17 丁昆仑,许迪,蔡林根;黄河下游地区表层土壤盐分对作物产量的影响[J];农业工程学报;2004年02期

18 郭会荣,靳孟贵,高云福;冬小麦田咸水灌溉与土壤盐分调控试验[J];地质科技情报;2002年01期

19 闫琳,胡春元,董智,杨茂,雒金玉;额济纳绿洲土壤盐分特征的初步研究[J];干旱区资源与环境;2000年S1期

相关博士学位论文 前10条

1 云安萍;西北绿洲典型盐渍土区土壤盐分的空间分布特征及淋盐需水量分析[D];中国农业大学;2015年

2 彭军;棉纤维发育及产量品质对土壤盐分的响应[D];南京农业大学;2015年

3 郭全恩;土壤盐分离子迁移及其分异规律对环境因素的响应机制[D];西北农林科技大学;2010年

4 王金鑫;新疆石灰性土壤锌有效性及棉花对锌肥的响应[D];石河子大学;2013年

5 张国伟;土壤盐分影响棉花（Gossypium hirsutum L.）生长的生理机制研究[D];南京农业大学;2011年

6 周在明;环渤海低平原土壤盐分空间变异性及影响机制研究[D];中国地质科学院;2012年

7 王振华;典型绿洲区长期膜下滴灌棉田土壤盐分运移规律与灌溉调控研究[D];中国农业大学;2014年

8 张金霞;西北旱区碎麦秸垫式膜上灌的高效用水机理及土壤环境效应研究[D];甘肃农业大学;2013年

9 龚江;滴灌棉田水盐迁移规律及其改善棉花耐盐机制研究[D];华中农业大学;2015年

10 闵伟;咸水滴灌对棉田土壤微生物及水氮利用效率的影响[D];石河子大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈文娇;基于多源数据光谱转换的土壤盐分反演与动态分析[D];东南大学;2018年

2 盛杰;枣树压砂地土壤盐分的时空变异规律研究[D];兰州理工大学;2018年

3 张海威;艾比湖湿地自然保护区土壤盐分因子光谱诊断研究[D];新疆大学;2018年

4 李相君;河套灌区土壤盐分多源遥感数据协同反演[D];内蒙古农业大学;2017年

5 周剑虹;围垦后滨海湿地土壤盐分动态研究[D];华东师范大学;2015年

6 连胜利;土壤盐分空间分异特征及水盐运移规律现场观测研究[D];中国海洋大学;2014年

7 熊亮;江苏沿海重盐土区土壤盐分动态与耐盐植物筛选研究[D];南京林业大学;2008年

8 杜连凤;河北省日光温室土壤盐分状况及其影响因素的研究[D];河北农业大学;2002年

9 马莉;崇明土壤盐分时空分布特征研究[D];上海师范大学;2017年

10 卡地尔江·米吉提;盐生植物田菁对根层土壤盐分影响试验研究[D];新疆农业大学;2012年

本文编号：2894701