新疆天山北坡人类活动影响下绿洲水盐耦合关系与环境效应

选择天山北坡奇台县为主要研究区，以地理学、水文学、生态学等学科的理论及方法为基础，利用野外考察、观测获得的气候、水分、盐分、环境、生态等观测数据，探讨绿洲水盐耦合关系及其环境效应。根据绿洲不同下垫面的蒸发特征、不同水分梯度下的水热耗散特征、蒸散发潜力，寻求其水热交换过程特点。定量讨论不同类型土地、不同灌溉量下土壤盐(碱)含量及其组分的变化规律，水盐运移特征与差异，为土壤盐(碱)累积与散失过程打下良好的基础。研究绿洲水分、盐(碱)迁移过程的耦合关系，揭示绿洲水、土、气过程及其相互作用机理。利用碱土及其反射光谱确定碱化环境的地表景观特征。通过绿洲水盐变化的自然原因和社会原因的相互关系分析，深入认识人类活动对绿洲水盐变化及其环境效应的影响，为干旱区绿洲水土资源合理开发利用及社会、经济、生态的可持续发展提供科学依据。

对研究区盐渍化土壤以及地下水的信息采集，并用多种定量方法对有关数据进行了分析。（1）野外测量波谱与土壤pH值呈极显著的正相关关系，可有效监测土壤碱化程度。实验室测量波谱与有机质含量呈负相关关系，且对于土壤有机质具有良好的定量反演潜力。植被盖度与各土壤碱化指标均呈极显著的负相关关系，其与pH的相关系数最高，达0.810，其次为ESP，植被盖度主要受土壤碱化程度的影响。植被盖度50%左右，pH＜8.0，ESP＜3%，SAR＜3，为非碱化土;植被盖度10%～40%，pH8.0～9.5，ESP3%～35%，SAR3～40，为碱化土;植被盖度＜10%，pH＞9.5，ESP＞35%，SAR＞40，为碱土。数字照片数据与端元光谱数据所建立的预测土壤pH定量模型精度无显著差异，因此，数字照片具有提取土壤碱化信息的潜力。强碱土土壤呼吸速率特征是日间为正呼吸，夜间为负呼吸。温度越高，土壤呼吸速率越大。土壤呼吸速率的最主要直接影响因子为气温。（2）绿洲荒漠过渡带各种环境因子对蒸散影响的大小排序为：净辐射>土壤热通量>空气温度>空气相对湿度>5cm土壤温度>实际水汽压>风速>5cm土壤含水率。各因子通过Rn对蒸散产生的间接作用都大于其自身直接作用，反映出净辐射是制约蒸散大小的主导因子，是决定干旱区蒸散量的关键。（3）盐碱地灌溉后1~8d，剖面土壤处于洗盐期，土壤洗盐率与灌溉量成正比；灌溉8d后，剖面进入积盐期，浅层土壤积盐率与灌溉量呈指数关系，而深层土壤积盐率与灌溉量呈线性关系。灌后1~18d，各处理土壤碱化现象明显，碱化程度与灌溉量呈正比。灌溉18d后，土壤碱化现象均减弱。综合考虑高效用水、高效洗盐和低碱化的目标，研究区在灌溉高峰期（7~8月）每次灌溉的合理灌溉量应为3600~4400m3/hm2。（4）不同光谱指标反演模型的精度各异，指标Depth和FDR的预测效果明显优于lg(1/R)和R。对Ｎ和Ｐ元素的拟合效果为：lg(1/R)＜R＜FDR＜Depth，由Depth指标建立的反演模型最佳；而对Ｋ元素的反演精度则为：lg(1/R)＜R＜Depth＜FDR，由FDR指标建立的反演模型精度最高。（5）随着外源硝酸钾施入土壤，土壤上层的全盐含量增大，并且施钾浓度越高含盐量也越高。当施钾浓度为400mg/L时上层Na+浓度显著增加，可能对作物造成危害；施钾浓度为１000mg/L时，土壤上层钠