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盐渍土为一系列受土体盐碱成分作用的土壤,由各种盐土和碱土以及其他不同程度盐化和碱化土壤组成,包括滨海盐渍土和内陆盐渍土。土壤盐渍化的形成与地形地貌、气候、成土母质、地下水和人类活动等密切相关,而区域水盐运移的条件不当可能导致土壤次生盐渍化。土壤盐渍化危害植物的生长环境,使生态环境退化,导致土地利用和开发困难。因此,研究区域水盐分布、运移和风险评价具有重要意义。
在年轻的黄河三角洲,大约70%以上的土壤存在不同程度土壤盐渍化,严重影响了当地经济和社会发展,甚至危害人们的健康。本研究旨在通过野外调查和实验分析,并结合基础地理数据,对黄河三角洲土壤盐渍化的时空分布、空间变异和驱动力、生态风险评价和土壤退化等方面进行研究,主要内容包括:
(1)区域土壤盐渍化特征
从两次采样数据分析结果看,整个区域土壤盐分中的Cl-和Na+浓度最高,其次是SO42-、Ca2+、HCO3-和Mg2+,浓度最小的是K+,基本上没有CO32-。黄河三角地区土壤中不但含盐量高,而且碱化现象比较严重,研究区域内土壤pH值在8.12~9.62。黄河三角洲土壤盐分大部分属于表聚型,占83.16%。从离子类型看,黄河三角洲土壤盐渍化主要分为三种类型:硫酸盐-氯化物型、氯化物-硫酸盐和氯化物型,且以氯化物型(NaCl)为主。控制黄河三角洲的主要阴离子为Cl-和SO42-,主要阳离子为Na+、Ca2+与Mg2+。
(2)区域土壤盐渍化时空分布特征和空间变异
地统计分析结果表明,三角洲土壤盐分总体趋势沿着黄河尾闾摆动方向,整体趋势为北北东-南南西向,两边呈对称分布,中间低,两边高,离黄河越远,沿着河成高地方向,土壤全盐越高;Moran’s I系数较好的反映了在最邻近点的土壤全盐的自相关关系,相关性较好,随着距离增大Moran’s I系数不断减小,相关性也随着降低,24km是临界值;从两次差值结果来看,随着时间推移,轻度和中度盐渍化有所增加,重度变化不大。通过遥感技术研究区域的的土壤盐渍化时空分布,结果表明轻盐碱地面积不断增加,主要变化仍发生在轻盐碱地与耕地之间。从变化速度看,轻盐碱地面积增长的速度在减缓,前10年年均增加2133hm2,后10年年均增加1876hm2;重盐碱地面积不断减少,前10年减少了6464hm2,重盐碱地与轻盐碱地、耕地、林草苇地之间互相转化。从空间分布和土地利用类型看,轻盐碱地集中分布在平地、河成高地和岗阶地上,重盐碱地主要分布在平地和滩涂地和低洼地处,而光板地则主要分布在滩涂和平地上。在自然和人为活动共同作用下,都遵循空间上就近转化的规律,并随着人工灌区和排水渠建设而变化。
(3)土壤盐渍化驱动力分析和生态风险评价
选择海拔高程、地下水位、地下水矿化度、土壤全盐、灌溉排水状况、土壤有机质、人口密度7个指标为主要驱动因子,通过主成分分析和聚类分析进行分析。结果表明,高程和地下水埋深是最主要的控制因子,控制黄河三角洲土壤盐渍化的地下水埋深、高程等是控制土壤盐渍化的内在因素,而人类活动因素如人口密度和排水灌区等方面是人为影响过程,是土壤盐渍化发展的外在因素。引入土壤盐渍化生态评价模型,并结合黄河三角洲实际,选择海拔高程、地下水位、地下水矿化度、土壤全盐、灌溉排水状况、土壤有机质、人口密度7个要素为评价因子,选取NDVI指数为生态终点,通过ArcGIS软件和Matlab编程建立了适于黄河三角洲土壤盐渍化生态风险评价模型,并进行了评价。发现极大和重度风险区域集中分布于东南沿海区域、西北沿海、东北部的部分地区,受海洋作用强烈,面积也最大,占到总面积的58%以上;无风险、轻度风险和中度风险主要与黄河径流有关,他们随着离黄河大堤距离增大而风险增加。
(4)盐渍化土壤退化信息提取和演化规律
通过Landsat系列卫星的TM和ETM+数据的光谱特性研究和盐碱地信息模型的构建,研究了在黄河三角洲地区通过遥感手段实现对盐渍化土地退化信息提取的可行性。总体而言土地退化有加重趋势,2007年较2003年加重趋势要比2011年较2007年加重趋势要大,而2011年加重趋势趋缓,但比2003年要重,土地退化明显,即土壤盐渍化有加重趋势。