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《山东农业大学》 2017年
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黄河三角洲典型地区土壤水盐动态规律、影响因素与预测模型

王卓然  
【摘要】:随着全球的经济快速发展和人口激增,人地矛盾越来越突出,耕地资源的开发保护和土地退化的治理逐渐成为全球高度关注的热点问题。作为土地退化主要类型之一,土壤盐碱退化也已经成为一个全球性的生态问题。黄河三角洲是我国乃至世界造陆速度最快的河口三角洲之一,具有丰富的土地资源,是我国重要的后备土地资源区,然而,近50%的土地存在不同程度的盐渍化现象。目前,该区土壤盐渍化问题的系统研究尚较缺乏,仍需进一步的探讨。本文选取黄河三角洲典型地区垦利县、无棣县和“渤海粮仓”样板区作为研究区,在春、夏、秋、冬季典型时相,采用野外调查法采集0-15 cm、15-30 cm、30-45 cm、45-60cm土层土壤含盐量数据和0-15 cm土层土壤含水量数据。通过样点数据统计分析和GIS空间插值分析,研究土壤水盐含量的空间分异规律;构建土壤盐渍化动态变化模型,研究土壤水盐含量的时间变异规律;采用定性分析、定量分析和灰色关联度法,研究土壤盐渍化的主要影响因素;采用多元线性回归分析法,筛选主要影响因子,构建不同土层土壤含盐量预测模型;从县域、区域和微域尺度提出了土壤盐渍化防治和改良利用措施。得到以下主要结论:(1)研究区土壤水盐时空变异规律垦利县、无棣县和样板区土壤含水量均为中等变异强度。垦利县含水量较高的土壤主要分布于县域西南部黄河南岸和东部滨海区;无棣县含水量较高的土壤主要分布于县域北部滨海区。自2月至次年5月,样板区土壤含水量呈先升高再降低的月际性变化规律。垦利县和无棣县土壤含水量均表现为夏季最高,春秋次之,冬季最低,而年际间差异不显著。垦利县、无棣县和样板区土壤含盐量分别以2.0-5.0 g·kg-1、2.0-4.5 g·kg-1和2.0-6.0g·kg-1为主。垂直方向上,土壤剖面盐分特征均为底聚型。水平方向上,垦利县土壤含盐量自县域西部至东部逐渐升高,无棣县和样板区则自西南至东北逐渐升高。样板区表层土壤含盐量和土壤盐渍化的月际性差异较强,而随土层深度增加,月际性差异逐渐趋弱。垦利县夏季土壤含盐量最低,春秋次之,冬季最高,但仅稍高0.1-0.3 g·kg-1;土壤盐渍化程度表现为夏季向西北大幅减轻,秋季向东南大幅加重,冬季向东北小幅加重,次年春季向西南略有减轻。无棣县土壤含盐量则为夏季最低,冬季次之,春秋相近且最高;土壤盐渍化程度表现为冬季向东北略有减轻,春季向西南略有加重,夏季向东南大幅减轻,次年秋季向西北大幅加重。另外,垦利县和无棣县土壤含盐量和土壤盐渍化程度均存在年际间差异,但差异不显著,且随土层深度增加,年际间差异逐渐趋弱。县域各时期表层土壤含水量和含盐量均呈正相关,但并不显著;春秋季相关系数大于夏冬季。(2)土壤盐渍化影响因素分析黄河三角洲地区土壤盐渍化的主要影响因素为气候条件(蒸降比)、植被类型(植被覆盖度)、离渤海(黄河)远近、地形地貌(相对高程)、表层质地和土体构型(土体粘粒含量)、潜水埋深、地下水矿化度和人类活动。其中,蒸降比和地下水矿化度与土壤含盐量呈显著正相关;植被覆盖度、离渤海远近、相对高程、土体粘粒含量和潜水埋深与土壤含盐量呈显著负相关。同时,土壤含盐量受距路边远近、不同耕作措施、地形部位等因素影响表现出微域规律性和复杂性。在不同土层中,各影响因子对土壤盐渍化的作用强度均表现为地下水矿化度植被覆盖度潜水埋深土体粘粒含量离海远近相对高程。(3)土壤盐渍化预测模型构建及改良利用垦利县不同土层土壤含盐量的主要影响因子均为地下水矿化度、植被覆盖度、潜水埋深和土体粘粒含量。以这四个影响因子为自变量构建了不同土层土壤含盐量的多元线性回归预测模型,模型的调整决定系数分别为0.7632,0.8216,0.8156和0.7727,预测值与实测值的拟合精度均大于0.78,预测分布图的精度均大于75%,模型的精度较高,拟合效果较好,能较好的反映垦利县春季不同土层土壤含盐量的空间分布特征。在县域尺度上,分别划分了垦利县和无棣县的土壤盐渍化改良利用分区,根据各分区自然状况及存在的问题,提出相应的改良利用措施。在区域尺度上,根据“渤海粮仓”样板区土壤水盐运动规律,提出了不同时期土壤水盐运动的调节模式。在微域尺度上,提出了加强土壤耕作管理、培肥改良土壤和改善农田生态环境三个方面的措施。本文系统研究了黄河三角洲典型地区土壤盐渍化问题,摸清了土壤水盐动态规律及其影响因素,初步提出了土壤盐渍化预测模型,为土壤盐渍化的可持续利用和管理提供科学依据和技术支撑。采用野外调查、GIS与定量模型构建相结合的方法,为盐渍土的定量化分析提供了有效地手段。最后,根据不同尺度土壤盐渍化的特点,提出了针对性的改良利用措施,对研究区盐渍土的改良利用具有参考价值和指导意义。
【关键词】:黄河三角洲 土壤盐渍化 时空变异规律 影响因子 预测模型
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S156.4
【目录】:
  • 符号说明5-9
  • 中文摘要9-11
  • ABSTRACT11-14
  • 1 前言14-24
  • 1.1 选题背景和意义14-15
  • 1.2 国内外研究现状15-21
  • 1.2.1 盐渍土研究现状15-16
  • 1.2.2 盐渍土水盐动态规律研究现状16-19
  • 1.2.3 土壤盐渍化预测研究19-21
  • 1.3 研究内容与方法21-24
  • 1.3.1 研究内容21-22
  • 1.3.2 研究方法22
  • 1.3.3 技术路线22-24
  • 2 研究区概况24-27
  • 2.1 黄河三角洲东部典型地区垦利县24-25
  • 2.2 黄河三角洲西部典型地区无棣县25-26
  • 2.3“渤海粮仓”样板区26-27
  • 3 盐渍土壤水盐时空变异规律研究27-85
  • 3.1 研究数据与方法27-31
  • 3.1.1 数据采集27-29
  • 3.1.2 样品化验及数据处理29
  • 3.1.3 研究方法29-31
  • 3.2 土壤含水量动态变异规律31-39
  • 3.2.1 土壤含水量空间变异规律31-38
  • 3.2.1.1 垦利县土壤含水量空间变异规律32-34
  • 3.2.1.2 无棣县土壤含水量空间变异规律34-36
  • 3.2.1.3“渤海粮仓”样板区土壤含水量空间变异规律36-38
  • 3.2.2 土壤含水量时间变异规律38-39
  • 3.2.2.1 土壤含水量月际性变异规律38-39
  • 3.2.2.2 土壤含水量季节性变异规律39
  • 3.3 土壤含盐量动态变异规律39-82
  • 3.3.1 土壤含盐量空间变异规律39-57
  • 3.3.1.1 垦利县土壤含盐量空间变异规律39-44
  • 3.3.1.2 无棣县土壤含盐量空间变异规律44-50
  • 3.3.1.3“渤海粮仓”样板区土壤含盐量空间变异规律50-57
  • 3.3.2 土壤含盐量时间变异规律57-82
  • 3.3.2.1 土壤含盐量月际性变异规律57-65
  • 3.3.2.2 土壤含盐量季节性变异规律65-75
  • 3.3.2.3 土壤含盐量年际性变异规律75-82
  • 3.4 土壤水盐关系分析82-84
  • 3.5 小结84-85
  • 4 土壤盐渍化影响因素分析85-115
  • 4.1 气候条件85-88
  • 4.2 植被类型88-91
  • 4.3 离渤海远近91-93
  • 4.3.1 自黄河至渤海的样点数据91
  • 4.3.2 渤海缓冲区91-92
  • 4.3.3 黄河缓冲区92-93
  • 4.4 地形地貌93-100
  • 4.4.1 黄河三角洲地形93-95
  • 4.4.2 微地形95-100
  • 4.5 表层质地和土体构型100-105
  • 4.5.1 表层质地100-102
  • 4.5.2 土体构型102-103
  • 4.5.3 土体粘粒含量103-105
  • 4.6 地下水105-110
  • 4.6.1 潜水埋深106-108
  • 4.6.2 地下水矿化度108-110
  • 4.7 人类活动110-111
  • 4.8 影响因子作用强度定量分析111-113
  • 4.9 小结113-115
  • 5 土壤盐渍化预测模型及改良利用115-141
  • 5.1 土壤含盐量预测模型构建方法115-118
  • 5.2 不同土层土壤含盐量预测模型构建118-129
  • 5.2.1 0-15 cm土层土壤含盐量预测模型118-120
  • 5.2.2 15-30 cm土层土壤含盐量预测模型120-123
  • 5.2.3 30-45 cm土层土壤含盐量预测模型123-125
  • 5.2.4 45-60 cm土层土壤含盐量预测模型125-127
  • 5.2.5 不同土层土壤含盐量预测分布图及精度检验127-129
  • 5.3 土壤盐渍化的改良利用129-140
  • 5.3.1 垦利县土壤盐渍化改良利用分区129-134
  • 5.3.2 无棣县土壤盐渍化改良利用分区134-136
  • 5.3.3“渤海粮仓”样板区土壤水盐运动的调节136-139
  • 5.3.4 微域土壤盐渍化改良利用措施139-140
  • 5.4 小结140-141
  • 6 结论与展望141-145
  • 6.1 结论141-142
  • 6.2 研究特色142-143
  • 6.3 研究不足与展望143-145
  • 参考文献145-156
  • 致谢156-157
  • 攻读学位期间发表论文情况157-158

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