气候变化和灌溉方式对干旱区土壤盐渍化的复合驱动机制研究

Soil salinization is one of the main environmental problems for agriculture in arid area. Discussing the cause of soil salinization is very exigent for farmland quality in arid area. Many researches show that intense evapotransporation is the dynamic condition of salt deposit in the upper soil layer，but the research on the formation mechanism of soil salinization under change condition is still insufficient. Based on the remote sensing, field monitoring and experimental data, adopting the spaial analysis model in GIS, we would construct a remote sensing information model and a compound driving model,which can provide evidence for the soil salinization evolution. The emphasis contents in this project include: (1)the quantitative analysis of soil salinization evolution based on remote sensing; (2) the influence of climate change on the salt movement; (3) the influence of irrigation methods on soil salinization;(4)the compound driving mechanism of soil salinization evolution. Taking the quantitative criterion of remote sensing for soil salinization as point of cut-in, the cause of compound driving of climate change and human activity would be discussed. To improve the farmland quality in arid area, the theory and method system about the forcast method of soil salinization would be created.The innovative results is hopeful to be gained in the area of soil enviement.

土壤盐渍化是干旱区农业面临的主要环境问题之一，探讨土壤盐渍化的成因对改善干旱区耕地质量具有迫切的现实意义。研究表明，强烈的蒸发是土壤表层积盐的动力条件，但变化环境对土壤盐渍化演变的作用机制仍然研究不足。本研究项目拟以遥感、野外监测和实验为基础，以GIS空间分析为平台，深入剖析气候变化和灌溉方式对玛纳斯河流域平原区土壤盐渍化演变的作用机理，建立土壤盐渍化的遥感信息模型和复合驱动模型，为土壤盐渍化演变趋势预测提供依据。本项目拟重点研究：（1）基于遥感的土壤盐渍化演变定量分析；（2）气候变化对灌区土壤盐分运动的影响；（3）灌溉方式对土壤盐渍化的影响；（4）土壤盐渍化演变的复合驱动机制。本项目拟以土壤盐渍化的遥感定量化监测为切入点，以探究气候变化和人类活动对土壤盐渍化的复合驱动机制为核心，以改善干旱区耕地质量为目标，可望建立一套干旱区土壤盐渍化动态预警的理论方法体系，并取得具有创新性的研究成果。

随着干旱区土壤盐渍化问题越来越突出，基于3S技术研究大尺度土壤盐渍化的演变规律及驱动力分析逐渐成为当前研究热点。本课题主要针对气候变化和不同灌溉方式对土壤盐渍化的影响问题，选取干旱区典型流域玛纳斯河流域作为研究区，利用野外采样数据、遥感数据、DEM和室内分析数据，将宏观遥感监测与微观实验测定相结合，建立了监督分类和决策树分类相结合的盐渍化遥感提取模型，采用SEBS模型模拟研究区的蒸散发时空分布，分析流域内土壤盐分和地表蒸散发的时空变化特征，研究了气候变化对土壤盐渍化的影响。在模型分类结果的基础上充分运用ENVI、ArcMap、SPSS和 Excel对不同灌溉方式下的盐渍化进一步进行数据分析，得到以下主要结论：. （1）耕地内部25年间各个程度的盐渍化也均发生了较大的变化，1990年集中分布于安集海周边以及流域耕地边缘的重度、中度盐渍化到2015年规模大大减少。到2015年耕地内部主要分布着更广泛的非盐渍地和穿插在其中的轻度盐渍地。. （2）蒸散发量的增加与土壤盐渍化程度的加深有一定的正相关性，灌区内水分供给相对充裕，蒸发和蒸腾作用将土壤和植被中水分带走，水中可溶性盐便留在表层土壤中，导致地表盐分的累积。1995年至2015年间，非盐渍化地转为其他地类与地表蒸散发量显著性最高，重度盐渍化转为其他地类与地表蒸散发量呈负相关，重度盐渍化区域转为非盐渍化区域的相关性最高。. （3）截止2015年，玛纳斯河流域滴灌面积占到了耕地面积的90%以上，滴灌主要分布在沿玛纳斯河的中下游平原，漫灌主要分布在山麓冲积扇海拔较高、气候较冷的地区。不同灌溉方式下盐基离子在不同深度的空间差异变化各异。对不同深度不同灌溉方式下各盐基指标的空间变异性研究表明滴灌对土壤pH值、电导率、Mg2+、的影响要高于漫灌和天然降水方式。不同灌溉方式在不同深度的全盐量变异强度差异不明显，但总体上天然降水方式下的全盐量变异强度最弱，0-40cm和60-100cm渠水滴灌下全盐量的变异性最强，40-60cm渠水漫灌方式下的全盐量变异强度最强。. （4）通过气候变化和人类活动的综合驱动分析可知，人类活动对玛纳斯河流域的土壤盐渍化的影响更大。. 研究结果可为土壤盐渍化的治理与区域农业可持续发展决策提供了科学依据，为干旱区土壤盐渍化的研究工作提供了经验和方法支持。