黄河三角洲土壤盐分时空变异研究

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黄河三角洲土地资源丰富,开发前景广阔,惟土壤盐渍化严重,滨海盐渍土的面积约占土壤总面积的63.6%,盐渍化已成为制约黄河三角洲区域经济发展的主要因素。为此了解区域土壤盐分空间变异结构,掌握土壤水盐运动规律,已成为开发利用盐渍土资源、实现农业可持续发展迫切需要解决的问题。 纵观前人在该区域对土壤盐分空间变异的研究,仅利用传统统计学方法描述其在不同微地貌类型之间的分布。而传统统计学的基本假设不符合土壤特性既有随机性又有结构性的特点。地统计学由于引入区域化变量理论,满足了土壤特性的要求,成为研究土壤特性空间变异性的重要工具。虽在其它区域,利用半变异模型参数描述土壤盐分空间变异的研究已非常普遍,但土壤特性的变异是许多因素相互作用的结果,具有尺度上的相关性。怎样才能探测到土壤盐分多尺度的空间结构?如何利用半变异函数的参数揭示土壤盐分空间变异与不同环境因子之间关系?纵观国内外,对土壤特性空间变异研究大多集中在某一时刻的分析;对于土壤水盐运动规律研究,又大多采用确定性模型来进行预测预报。由于空间变异的作用,在时间上其结构特征是否稳定?又是如何变化的?只有把两者有机结合起来,即对土壤盐分时空变异性的综合研究,才能真正了解盐分的时空变异结构。虽国内外许多学者认识到了这一问题的重要性,也做了一些研究,但这些研究尚处于起步阶段,时间系列较短,尚不能用于指导生产实践。本文以多尺度采集的土壤样品、定位观测的水盐资料为基本数据源,利用地统计和数理统计等方法,探索多尺度土壤盐分空间结构,总结土壤水盐运动规律,分析土壤盐分时空变化与周围环境因子的关系。主要内容包括: (1)阐明了土壤盐分变异的空间尺度。利用半变异理论函数的参数-空间相关性(结构方差与基台值之比)探测到该区域土壤盐分的空间变异具有三个尺度,是尺度、深度和区域的函数,随着尺度的增加,空间结构性增强。通过分析不同 尺度的土壤盐分与八个环境因子空间结构性以及他们之间的相关系数,发现不同环境因子的影响是作用于不同尺度、深度和区域的。当具有高的空间相关性环境因子(如高程,土壤类型与质地,微地貌,和坡度)起主要作用时,土壤盐分空间分布结构性很强;反之,当具有低的空间相关性环境因子(如pH,有机质,和地下水位)起主要作用时,土壤盐分空间分布结构性很弱。 (2)利用cokriging提高估算土壤盐离子浓度分布的精度。选择Cl<->含量作为主变量,全盐量作为辅助变量,探讨ordinary kriging(OK)和cokriging(COK)这两种地统计方法在土壤溶质离子插值中的作用和估测精度。研究发现在采样点数目较少时,COK较之OK能明显降低均方根误差,且协同变量与主变量的相关度的大小决定了COK的预测精度。 (3)揭示了土壤水盐动态规律。地下水埋深:7~9月最小,而5~6月或1~2月最大;上层(30cm深度)土壤盐分:5~8月变化最为剧烈,9~11月变化较为平稳,12月~翌年2月出现了分化,有上升,有下降,也有变化平稳;下层(100cm深度)土壤盐分:5~8月变化较为剧烈,但不如上层的大,9月后,大部分点位变化平稳;土壤水吸力:最小值主要集中在7~9月;最大值主要集中在5、6和10月;地下水电导率:变率最小,一般5~6月最大,后渐渐降低,12月~翌年2月份有的回升。 (4)建立了土壤盐分与环境因子的相关性。分析每5日实测的土壤盐分与环境因子的相关系数,发现土壤中的盐分与地下水埋深普遍存在相关性,具有显著相关的个数最多,且上层的较之下层的高;与蒸发量、地下水电导率相关程度最高,且下层明显较之上层与地下水电导率相关度高;与降水量的相关度相对最弱;与土壤水吸力的相关性处于中间,上层较之下层与水吸力的相关度高。总结土壤盐分与环境因子的相关关系曲线发现,地下水埋深、降水量和蒸发量为某一数值时,土壤盐分最高;而下层土壤盐分一般随地下水电导率升高而升高;与土壤水吸力的关系比较复杂,无明显特点。 (5)确定了土壤盐分变化的类型。根据土壤盐分动态变化趋势,研究区盐分动态变化可分为5种类型:两头高中间低和“∽”型—盐分有两个高值区的占了40%,有的在5和2月,有的在7、8和2月盐分最高;两头低中间高-占了17%,冬、春季低,而雨季(7、8月)及其后(9、10月)的盐分则最高;上升型-占了17%,主要表现在上层;下降型-占了20%,主要在下层。 (6)分析了土壤盐分时空变异结构。上层土壤盐分在1、2、7、10~12月,块金系数(块金/基台值)为0,具有强烈空间相关性;其它月份块金系数在25%~75%之间,具有中等空间相关性。下层土壤盐分则都具有中等空间相关性, 这与其深受高矿化度地下水的影响有关。土壤盐分含量的分布总体上均是东北部最高,呈阶梯状向西南面减少。上层较之下层空间变异程度大,土壤盐分含量多呈圈状分布,空间结构性强;下层的多呈面状或块状分布,多有斑块状的高值区或低值区,空间结构性弱。
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