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渭—库绿洲盐渍化土壤与地下水特征时空变化研究

作　者: 吐尔逊·艾山
导　师: 塔西甫拉提·特依拜
学　校: 新疆大学
专　业: 生态学
关键词: 渭-库绿洲 盐渍化土壤 地下水 特征分析
分类号: S156.4
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


由于地球上的不同地区在气候、母岩、地形、动物和植物等方面的不同，导致土壤的物理特性、化学特性、生物特性等方面存在明显的差异，形成了各种各样的土壤类型。在特定的时间和空间尺度上，某一区域的土地退化（如盐渍化等）及演变必然会导致该区域范围内土壤特性的空间变异性。因此很有必要在时间和空间序列上对土壤特性的时空变异性进行研究，以便更准确地了解土壤特性时空变异和区域生态环境之间的关系。本文运用RS/GIS技术，采用相关分析、传统统计学和地统计学相结合的方法，首先，研究渭-库绿洲盐渍化土壤为主的各景观类型的时空分布与景观格局的变化趋势；然后，分析渭-库绿洲土壤含盐量、矿化度、电导率、含水率、PH值、八大离子等土壤特性的时空变异情况，及其揭示其绿洲土壤特性的时空变异规律及相互之间的关系；最后，研究地下水埋深及地下水矿化度的变化规律及原因。这对研究区土地的合理利用、了解土壤的结构和功能、合理的水资源灌溉利用、土壤盐碱化防治、改良和有效利用提供科学依据，从而对保护渭-库绿洲生态环境的稳定性做出贡献。本研究得出以下主要结论：1)采用遥感与地理信息系统技术，对研究区1989、2001、2006和2011年4期TM/ETM+影像进行分类与统计，获得各景观类型的面积及比例。在此基础上，采用转移矩阵、LUCC分析方法，对渭干河—库车河三角洲绿洲的以盐渍化土壤为主的景观类型的数量特征、时空分布及变化趋势进行分析。结果表明，各研究时间区段，研究区景观类型发生了明显变化。在1989～2011年这22a期间，研究区各景观类型中所占面积最大的为非盐渍地，非盐渍地面积呈一直增长的趋势，面积增加了1497.126km2；重度盐渍地面积呈明显减少的趋势，累计减少了1401.7km2，是减少面积最大、减少速度最快的土地类型；中轻度盐渍化地面积的变化不大，22a来减少了39.653km2，但空间上的变化较大；水体和其它地类所占面积有增长趋势，而2001～2011年期间，均有减少趋势。研究区景观格局分析结果表明，1989～2011年期间，研究区整体斑块团聚程度有所增加，斑块类型形成了良好的连接性，景观的异质性程度、景观的复杂性程度在减少，景观破碎度逐渐下降。2)研究区7次野外考察数据的土壤盐渍化及酸碱度的分级划分分析结果表明，不同采样时间土壤样品各层的平均土壤酸碱度均属于微碱性土。研究区土壤含盐量按其含量大小在土壤剖面中均呈自上而下的垂直分异规律，表明盐分具有强烈表聚性。土壤含盐量的空间变化分析结果表明，绿洲内部土壤含盐量小于绿洲外围。表层土壤含盐量的空间、时间尺度上的研究结果表明，研究区盐渍化土壤主要集中于研究区的东部和东南部，研究区西部和西北部含盐量较低。大体上具有从研究区的西北、西边区域向研究区东南和东部区域的方向增加的趋势。从时间尺度上，研究区春季土壤含盐量大于秋季含盐量，土壤含盐量往加重方向发展。根据土壤中CL－/(2SO42-)当量比值来进行盐渍化土壤分类结果表明，不同采样时间，绝大多数情况下，各层土壤盐渍化类型主要以硫酸盐渍土和氯化物-硫酸盐型盐渍土为主；研究区土壤中的硫化物在土壤剖面中均呈自上而下增多的趋势，而氯化物呈自上而下减少的趋势。3)土壤特性间的相关性分析结果表明，不同采样时间土壤含盐量、电导率与矿化度相互间具有较高的正相关性；绝大多数采样时间，含盐量、电导率、矿化度分别与PH值、含水量之间没有显著相关性；PH值与含水量之间也基本上没有显著相关性。研究区表层土壤含盐量与Na+、Cl-、SO42-离子之间具有比较好的正相关性。含盐量与Ca2+离子之间也有一定的正相关性。不同采样时间，含盐量与HCO3-之间均没有相关性，这因为HCO3-是土壤碱化特征的表现，碱化与盐化表现为相逆关系，碱化与脱盐过程密切相关，说明研究区土壤总体上没有脱盐现象。4)灌区38眼监测井的11年的地下水埋深和矿化度数据分析结果表明：每年春季地下水埋深空间变异性比其它季节大，这反映研究区地下水埋深一定程度上受春灌的影响，并通过地下水位多年月平均值变化和地下水位季节变化分析中可以得出，研究区春季地下水位最高，秋季地下水位最低。从灌区地下水位时空变化分析结果表明，研究区的平均地下水位总体上有下降趋势，地下水位从灌区上部往下部或边缘有上升特征。灌区大部分观测井地下水矿化度属于微咸水或咸水，地下水矿化度的季节性变化不太明显。但灌区地下水矿化度时空变化分析结果表明，1997-2007年期间，渭干河灌区地下水矿化度总体上有下降趋势。地下水矿化度也有从灌区上部往下部或边缘上升特征。

全文目录


摘要  3-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究目的及意义  13-14
  1.3 土壤盐渍化研究综述  14-20
    1.3.1 土壤盐渍化的相关概念  14-15
    1.3.2 土壤盐渍化遥感监测国内外研究进展  15-20
      1.3.2.1 国外研究进展  15-17
      1.3.2.2 国内研究进展  17-20
  1.4 地统计学的概念及其应用  20-24
    1.4.1 地统计学的概念  20-21
    1.4.2 地统计学的国外土壤特性空间变异性研究进展  21-22
    1.4.3 地统计学的国内土壤特性空间变异性研究进展  22-24
  1.5 研究思路、内容与技术路线  24-26
    1.5.1 研究思路  24
    1.5.2 研究内容  24-25
    1.5.3 研究方法与技术路线  25-26
  1.6 本章小结  26-28
第二章 研究区概况及数据资料  28-37
  2.1 研究区自然条件  28-30
    2.1.1 地理位置  28-29
    2.1.2 地形地貌  29
    2.1.3 气候  29
    2.1.4 土壤、植被  29-30
  2.2 水文地质  30-31
    2.2.1 地下水的埋藏分布及含水层特征  30-31
    2.2.2 地下水的补给、径流与排泄  31
  2.3 社会经济状况  31-32
  2.4 研究区土壤盐渍化现状  32-33
  2.5 数据来源与预处理  33-36
    2.5.1 研究区野外考察数据  33-34
      2.5.1.1 野外考察计划与方法  33
      2.5.1.2 历次野外考察及收集的资料  33-34
    2.5.2 研究区遥感数据及预处理  34-36
  2.6 本章小结  36-37
第三章 渭-库绿洲 LUCC 与景观格局时空变化分析  37-67
  3.1 景观类型分类系统  37-40
    3.1.1 遥感图像分类的概念及分类技术  37
    3.1.2 遥感图像的分类  37-40
      3.1.2.1 分类系统的确定  37-38
      3.1.2.2 分类方法  38-39
      3.1.2.3 分类精度检验  39-40
      3.1.2.4 分类后处理  40
  3.2 景观格局分析方法  40-48
    3.2.1 景观格局动态变化  41
    3.2.2 景观类型转移概率矩阵  41-42
    3.2.3 趋势和状态指数模型  42-43
      3.2.3.1 某一土地利用/土地覆盖类型的变化趋势和状态指数  42
      3.2.3.2 区域土地利用/土地覆盖类型的整体变化趋势和状态指数  42-43
    3.2.4 景观指标的选取及其生态学意义  43-48
  3.3 渭-库绿洲景观类型变化分析  48-58
    3.3.1 各景观类型动态变化总体特征分析  48-49
    3.3.2 转移矩阵分析  49-54
    3.3.3 单一土地利用动态度分析  54-57
    3.3.4 研究区景观类型的变化趋势分析  57-58
  3.4 渭-库绿洲景观格局分析  58-64
    3.4.1 景观要素类型的格局变化分析  58-62
    3.4.2 景观水平上的景观格局变化分析  62-64
  3.5 本章小结  64-67
第四章 盐渍化土壤特征分析  67-110
  4.1 数据来源  67-68
    4.1.1 野外土壤样本的采集  67
    4.1.2 土壤样本指标的实验室测定  67-68
    4.1.3 数据处理  68
  4.2 研究方法  68-73
    4.2.1 描述统计分析  69-70
    4.2.2 相关分析与回归分析  70-71
      4.2.2.1 相关分析  70-71
      4.2.2.2 回归分析  71
    4.2.3 主成分分析  71
    4.2.4 地统计分析  71-73
      4.2.4.1 半方差函数  71-72
      4.2.4.2 Kriging 插值法  72-73
  4.3 结果分析  73-103
    4.3.1 研究区土壤特征描述  73-89
      4.3.1.1 土壤盐渍化类型、程度分析  73-79
      4.3.1.2 土壤含盐量的时空变化分析  79-81
      4.3.1.3 CL~－/2SO_4~(2-)比值的土壤盐渍化类型分析  81-83
      4.3.1.4 土壤含盐量、电导率、TDS、PH 值及含水量特征描述  83-86
      4.3.1.5 主要盐基离子特征描述  86-89
    4.3.2 相关分析与主成份分析  89-96
      4.3.2.1 相关性分析  90-93
      4.3.2.2 土壤盐分离子间主成分分析  93-96
    4.3.3 土壤特性间的回归分析  96-103
      4.3.3.1 均方差及预测精度的计算  96
      4.3.3.2 土壤电导率、含盐量与其它特性及盐基离子间的回归分析  96-98
      4.3.3.3 模型检验  98-103
  4.4 研究区土壤盐分时空分异  103-107
    4.4.1 正态性检验  104
    4.4.2 不同采样时期表层土壤含盐量的半方差分析  104-105
    4.4.3 Kriging 插值分析  105-107
  4.5 本章小结  107-110
第五章 渭干河灌区地下水埋深与矿化度时空分布动态研究  110-127
  5.1 数据源与研究方法  110-111
    5.1.1 数据源  110
    5.1.2 研究方法  110-111
  5.2 结果分析  111-122
    5.2.1 地下水位分析  111-118
      5.2.1.1 地下水位特征分析  111-112
      5.2.1.2 地下水位多年月平均值变化  112
      5.2.1.3 地下水位季节变化  112-114
      5.2.1.4 地下水位年际变化  114-117
      5.2.1.5 地下水位空间变化  117-118
    5.2.2 地下水矿化度分析  118-122
      5.2.2.1 地下水矿化度季节性变化  118-119
      5.2.2.2 地下水矿化度年际变化  119-122
  5.3 地下水埋深、矿化度时空分异特征  122-125
    5.3.1 地下水埋深和矿化度的半方差分析  122-123
    5.3.2 Kriging 插值分析  123-125
  5.4 本章小结  125-127
第六章 结论与讨论  127-131
  6.1 主要结论  127-130
    6.1.1 景观类型动态变化总体特征分析  127
    6.1.2 研究区土壤特征分析  127-129
    6.1.3 灌区地下水埋深和矿化度分析  129-130
  6.2 创新、不足与展望  130-131
    6.2.1 特色与创新  130
    6.2.2 不足与展望  130-131
参考文献  131-143
在读期间发表的论文及参与的课题  143-144
致谢（Acknowledgement）  144

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中图分类: > 农业科学 > 农业基础科学 > 土壤学 > 土壤改良 > 盐碱土改良
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