基于遥感及CLUE-S模型的内蒙古河套灌区土壤盐渍化时空演变与调控研究

发布时间：2020-04-28 22:39

【摘要】：在全球变化背景下,人口剧增与资源短缺的矛盾日益突出,导致土地资源利用集约程度不断提高,土地利用空间格局处于动态演变中,与此同时,土地资源开发中出现的土壤盐渍化等土地退化问题,对土地资源的可持续利用提出新的挑战,为此,寻求土地利用格局与土壤盐渍化演变分析方法、探索历史及未来发展情景下的演变特征,不仅可以详细地了解土地利用格局及盐渍化的基本属性与演变特点,而且是变化环境下对土地资源进行综合保护的基础支撑。本文基于遥感技术,在内蒙古河套灌区1986-2016年土地利用时空演变分析基础上,针对耕地土壤盐渍化问题,分别利用回归分析及光谱特征空间理论,建立耕地表层土壤含盐量反演模型,通过精度评价筛选最佳模型,并将其应用于土壤盐渍化时空演变研究中。基于土地利用及盐渍化30年历史演变,利用CLUE-S模型,将不同盐渍化等级耕地视为独立土地类型,在种植结构调整、加大节水力度等调控措施下,预测未来30年的土壤盐渍化格局。建立综合指标评价研究区土壤盐渍化程度,据此,推荐与研究区土壤盐渍化空间格局相匹配的作物种植布局。取得的主要成果如下:(1)基于光谱特征空间理论,综合植被指数和土壤盐分指数协同变化的耕地表层土壤含盐量反演模型较回归模型精度得以显著提高。利用修改型土壤调整植被指数MSAVI和土壤盐分指数SI3构建的耕地表土盐分反演模型精度最高(R2=0.76,RMSE=0.30dS/m),其在2016年耕地土壤含盐量反演中取得了较满意的结果,证明了该方法在干旱半干旱灌区耕地土壤盐渍化研究中的合理性。(2)1986-2016年土地利用及土壤盐渍化时空演变分析表明,各种土地类型在空间上呈现交叉分布格局,且以耕地占据优势地位。整个灌区耕地以非盐渍化和轻度盐渍化为主,并且在空间上呈现东部重于西部,北部重于南部的格局;盐荒地在灌区西部乌兰布和沙漠边缘地带、灌区中部以及东北部形成连续片状分布集中带。土地类型扩张幅度最大的为非盐渍化耕地,其次依次为轻度盐渍化耕地、草地和建设用地,极重度盐渍化耕地和林地扩张幅度较小;面积减小幅度最大的为未利用地,其次依次为盐荒地、水域,中度和重度盐渍化耕地减小幅度较小。灌区土壤盐渍化呈现减轻的趋势,1986-2016年表层土壤平均含盐量下降了 22.45%,特别是实施节水灌溉以来,表层土壤含盐量进入相对稳定的低值期。(3)CLUE-S模型验证结果表明,选取的高程、坡度、距主要城镇的距离、距主要道路的距离、距渠系的距离、距排水沟的距离、多年平均地下水埋深、生产总值、人口密度、农业总产值等驱动因子,对各种土地类型具有较好的解释能力,是研究区土地利用格局演变的主要驱动因子。CLUE-S模型在10年和30年尺度上的模拟精度较好。由于参与模拟的土地类型较多,且耕地土壤盐分时空变异性较大、驱动机制复杂,增加了模拟难度,是影响模拟精度的重要原因。(4)土壤盐渍化调控结果表明,扩大小麦或瓜菜种植面积均会加剧研究区土壤盐渍化,且随着时间推移和种植面积持续扩大,盐分在表层土壤中的积累速率迅速增加,尤其以小麦种植面积扩大对土壤盐渍化加剧作用最为显著。然而,通过加大节水力度、扩大玉米或葵花面积均可有效地降低研究区平均含盐量,经过30年发展,三种情景可以将平均含盐量分别降低7.59%、4.23%和3.61%。对土壤盐渍化改良最有力的为加大节水力度,扩大玉米种植面积次之。
【图文】：

河套灌区,地理位置

２．１自然地理概况逡逑２．邋１．邋１地理位置逡逑内蒙古河套灌区是全国三大特大型灌区之一，是我国最大的引黄河水自流灌区之一，逡逑也是我国重要的优质绿色农业产业基地和西北干旱半干旱地区最大的人工生态绿洲。河逡逑套灌区位于内蒙古自治区西部，黄河北岸的冲击、洪积平原，地理位置介于东经逡逑１０６°２０Ｍ０９°１９＇，北炜４０°１９＾４１°１８之间，在行政区划上横跨巴彦淖尔市的磴口县、临逡逑河区、杭锦后旗、五原县和乌拉特前旗共五个旗县区（图２．１）。河套灌区的西边界和乌逡逑兰布和沙漠相接，东边界紧挨包头市，南部为黄河，北部为阴山山脉的狼山、乌拉山洪逡逑积扇，东西跨度约２５０ｋｍ，南北宽度达５０ｋｍ，总土地面积为１１８万ｈｍ２。引黄河水灌溉逡逑面积５７．４万ｈｍ２，按地貌特征及习惯自西向东将其依次分为一干灌域、解放闸灌域、永逡逑济灌域、义长灌域和乌拉特灌域共五个灌域。灌区地势较为平坦，海拔高度介于逡逑９３８？１１５４ｍ，西部偏高，东部略低，坡降为１／６０００？１／８０００；南部偏高，北部略低，坡降逡逑为邋１／６０００。逡逑

过程图,河套灌区,丰水年,过程

２．邋１．２气象条件逡逑２．邋１．２．邋１邋降水逡逑图２．２所示为河套灌区１９８６－２０１６年降水量变化以及多年平均逐月降水量变化过程，逡逑可见，降水量呈现减小趋势。研究区１９８６－２０１６年平均降水量为１６０ｍｍ，时间和空间上逡逑分配不均衡。在空间上，降水量自东向西递减。在年际间，丰水年和枯水年出现频次基逡逑本持平，其中，１９８６－１９９３年间，丰水年和枯水年交替出现；１９９４－１９９８年为连续丰水年，逡逑平均降水量为２０２ｍｍ；邋１９９９－２０００年出现枯水年，平均降水量为１３１ｍｍ；邋２００１－２００４年逡逑又出现丰水年，降水量为１９２ｍｍ；邋２００５－２００８年丰水年和枯水年交替出现；２００９－２０１６年，逡逑除２０１２年出现一次丰水年外，其余均为枯水年，年平均降水量仅１３０ｍｍ。在年内，，降逡逑水高度集中，６－９月降水量占全年降水总量的７５％左右，其中，７月平均降雨量最大，多逡逑年平均值为３６ｍｍ
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S156.41

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