黄河三角洲水盐时空变异及对农业土地利用的影响

The special evolution of the modern Yellow River Delta provides a good example for studying the interaction of nautral processes and human activities. In this study spatio-temporal dynamics of groundwater and soil salt at different scales will be investigated. One purpose is to apply time series analysis to investigate whether the groundwater level and quality in the Yellow River Delta are affected by the tide and runoff. Continuous and regular in situ monitoring data of electrical conductivity (EC) and groundwater level data were used for the time series analysis. Then the impact of groundwater and soil salt on the agricultural land use will be analyzed. A geographically weighted regression kriging (GWRK) will be developed in this study to examine the relationships between environmental variables and soil salt pattern. At last, land use optimization allocation model will be established through a multi-agent system, which defines respectively the decision making rules of the related agents including the central government of the region, the branches of the government, and the land users practically using the land. This project can provide auxiliary support and scientific references for the decision making associated with land salinization and sustainable regional land use in the Yellow River Delta.

黄河三角洲快速而独特的环境与生态系统演变过程，为研究人与自然交互作用提供了理想的范例。黄河三角洲生态与环境演变的重要驱动因子-水盐动态一直是国际地理学和生态学研究的热点和难点。本研究利用长时间序列的野外观测数据与采样数据，将数据挖掘方法与过程模拟相结合，从时间和空间上系统分析黄河三角洲地区水盐动态，探究黄河三角洲水盐变异的多尺度特征与驱动机制。在此基础上，将水盐过程与农业土地利用过程进行耦合，探究水盐变异与农业土地利用的协同演化，构建水盐限制条件下的黄河三角洲农业土地利用格局优化模型，为黄河三角洲地区农业开发和粮食增产提供科学支撑，也为具有相似生态条件的环渤海盐渍化地区土地资源开发提供示范。

黄河三角洲地处海陆交互带，是环渤海典型滨海盐渍化地区，区域水盐动态对农业土地利用构成了主要限制，同时水盐平衡也受农业利用过程的影响。研究农业土地利用过程与区域水盐过程的相互作用与反馈是黄河三角洲生态脆弱区可持续发展的关键。本研究利用长时间序列的野外观测数据与采样数据，结合遥感探测与模型模拟，从时间和空间上系统分析黄河三角洲水盐动态特征、驱动机制与变异模式，探究水盐变异与农业土地利用的耦合关系，提出水盐限制条件下的黄河三角洲农业土地利用格局优化模式，为区域农业开发利用提供科学支撑。研究结果如下：1）黄河三角洲地下水埋深受降水量影响大于蒸发量，对降水量、蒸发量的响应具有季节差异，降水量在夏季、秋季对地下水埋深变化影响比冬季、春季大，蒸发量在夏季影响相对较大；地下水埋深与降水量、蒸发量具有显著的共振关系，并具有时滞效应，且对降水量的时滞小于蒸发量。2）构建了基于GWR模型的非稳态形式的黄河三角洲土壤盐分空间插值模型，模拟再现了区域土壤盐分的空间分异格局。3）提出了一种新的基于对象特征的线性加权决策融合模型，将低分辨率遥感的时序信息与高分辨率遥感的空间信息进行有机融合，提高农作物遥感识别能力，实现了黄河三角洲农业土地种植模式的高精度提取。4）基于冬小麦不同物候期的15种反射率波段组合和10种植被指数组合的查找表策略，构建了不同物候期冬小麦叶面积指数LAI反演的最优方案。利用LAI作为同化变量对WOFOST作物生长模型进行同化，模拟显示冬小麦产量空间格局差异与土壤盐分的空间分异密切相关。5）基于最小数据集理论和模糊逻辑模型对黄河三角洲土壤质量现状进行了评估，基于物元可拓性模型对后备农业土地资源适宜等级进行评价。综合考虑各类型在各级别上的关联度和空间邻接关系，提出了黄河三角洲后备农业土地资源格局优化方案。