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干旱区典型绿洲土壤盐渍化及其生态效应研究

王雪梅  
【摘要】: 土壤盐渍化是当今世界上土地荒漠化和土地退化的主要类型之一,也是世界性的资源问题和生态问题,对干旱半干旱地区绿洲农业可持续发展具有重要阻碍作用,并对绿洲生态系统的稳定构成极大威胁。因此,正确评价和预防土壤盐渍化对促进干旱区绿洲农业生产和区域可持续发展具有重要的现实意义。 本研究选择具有长期研究基础的渭干河—库车三角洲绿洲作为典型研究区域,在景观生态学和可持续发展的理论指导下,以研究区多时相遥感影像数据和多年野外观测数据为基本信息源,运用空间信息技术,统计学及景观生态学等分析方法,从不同尺度对渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化的变化及其生态效应进行综合、集成的研究。通过科学把握区域土壤盐渍化动态变化和生态环境演变的过程和规律,为区域生态环境恢复与重建、土地可持续利用的决策提供科学依据。同时,对渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化及其生态效应的研究亦是全球变化的一种区域响应。通过对区域尺度的土壤盐渍化问题进行深入研究,本研究得出以下主要结论: 1)以1989年、2001年TM/ETM数据以及2007年ALOS数据为主要遥感信息源,采用遥感分析方法和地理信息系统技术相结合,建立渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化时空动态数据库。在此基础上,采用图谱模型、转移矩阵和LUCC分析模型方法,开展了渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化遥感动态变化研究,对渭干河—库车河三角洲绿洲土壤盐渍化数量特征、时空分布、变化趋势进行了探索。研究结果表明,在1989-2007年间,渭干河—库车河三角洲绿洲重度盐渍地面积呈现明显下降趋势。中度盐渍地面积虽然发生上下波动,但整体面积却有所增加。轻度盐渍地面积则呈现较为明显的下降趋势,非盐渍地面积增长显著;同时,结合盐渍土空间插值结果分析,认为该绿洲盐渍地主要分布于渭干河和库车河的下游,塔里木河的北部,绿洲的西南、南部、东部和东南部地区,可溶性盐以氯化物为主,并伴有少量的硫酸盐-氯化物类。盐渍地在绿洲内部呈条形状分布,而在绿洲外缘呈片状分布,主要分布趋势表现为由绿洲内部向外部的转移。 2)在对三期遥感影像判读分析的基础上,开展渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用/土地覆盖动态变化研究,建立研究区土地利用/土地覆盖的时空动态数据库。同时,运用多种模型方法对渭干河—库车河三角洲绿洲土地利用/土地覆盖的动态变化进行定量分析,揭示其空间分布及变化规律。在1989-2007这18年间,渭干河—库车河三角洲绿洲LUCC的总体变化趋势:绿洲面积有一定幅度的扩张;在土地利用/土地覆盖类型上主要表现为耕地和居民区面积的持续增加和天然林地、草地和盐渍地面积的减少。 3)以野外实测数据为主要数据源,通过各盐分特征量的空间分布的分析,认为在不同采样时间,土壤含盐量、电导率、TDS和八大盐离子在三层均呈T型分布:0-10cm10-30cm30-50cm,盐分表聚强烈,各盐分特征量存在一定的空间变异性;通过对电导率、TDS、土壤PH值、含水量以及盐离子与含盐量进行相关分析和回归分析,结果表明:电导率、K+ + Na+与含盐量相关关系极其显著(P0.01),回归模型拟合效果良好。TDS和Cl-与土壤含盐量之间有显著的相关关系(P0.05),回归模型拟合效果较好。而土壤PH值、含水量、CO32-、HCO3-、SO42-、Ca2+以及Mg2+与含盐量的回归模型效果并不显著;通过主成分分析认为,在该绿洲土壤系统中,以Cl-和K+ + Na+为主的第一主成分代表了土壤盐化状况,以SO42-、Mg2+和Ca2+为代表的第二主成分和第三主成分反映了土壤的结构状况,而以CO32-和HCO3-为主的第四主成分则代表了土壤的碱化特征。 4)运用数量生态学的方法对渭干河—库车河三角洲绿洲的盐生植被及其土壤化学因子进行分析,结果表明,土壤盐分和土壤PH值与丰富度指数(R)、多样性指数(H')和均匀度指数(E)负相关关系显著(P0.05),而与优势度指数(C)具有显著正相关关系(P0.05);土壤盐分是影响这一地区植被分布的关键因子,同时土壤PH值也对该区盐生植被的分布有着一定的影响;根据研究区盐生植物分布规律显示,柽柳、盐穗木和芦苇这三种盐生植物广泛分布于各种盐渍化生境,具有较宽的生态分布幅度和很高的耐盐能力。 5)以景观生态学理论为指导,参照Costanza R.的生态系统服务价值的评价方法,对渭干河—库车河三角洲绿洲生态系统服务功能价值进行了评价。认为景观结构的动态变化对生态系统服务功能价值影响显著;同时,各生态系统单位面积的服务价值对生态系统的服务总价值也有一定的影响。通过研究区土壤盐渍化对生态系统服务价值的损失分析,在1989-2007年间,土壤盐渍化对生态系统服务价值的损害作用在不断下降;由林地和草地发生土壤盐渍化造成的生态系统服务价值缺失最为严重,在总缺失价值中占有较大比例;土壤盐渍化对耕地和水域生态系统服务价值损失最小,所占比例较小;土壤盐渍化对气候调节、水源涵养和废物处理功能损失价值较大,而对气体调节、土壤形成与保护以及原材料生态功能损失价值较小。 由于区域土壤盐渍化形成机理的复杂性决定了土壤盐渍化的研究将从多层次、多角度、多方法等方面进行综合研究。因此,从景观生态学的角度,在大尺度范围内探索土壤盐渍化动态变化规律,土壤盐渍化与相关生态系统的相互关系、作用机理以及盐渍化区域生态恢复的自组织机理等方面的研究将是今后努力探索的主要方向。


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