干旱区人类活动胁迫下绿洲水盐时空变化规律研究

The stress of human activities on the ecological environment of oasis is different, thus resulting in unbalanced regional water space and salt transport, which is one of the most significant phenomenon of ecological environment change in arid oasis. This project selects the oasis with human stress of different degree as its study area. It deals with the scientific issues of oasis water-salt environment change in terms of the human activities, water and salt changes, and highlighted ecological response, by adopting the idea of “decomposition-coupling-comprehension,” multi-source, multiphase remote sensing information and water-salt and other ecological elements of monitoring data combined with different intensity of human activities, comparative analysis the difference of the oasis water-salt elements. Through the analysis of mathematical methods, this project explores their unique hydrologic cycle and the relationship of ecological factors, underground water level and the soil salinization. The model of GIS and spatial statistical analysis is established and used to simulation of surface heat, water and salt coupling migration, spatial and temporal variation characteristics of salt water, and the influence of human activities on water and salt migration process; revealing oasis water and salt transport characteristics and its response in different degrees of human stress, for the study of space-time change of water and salt in oases of arid areas provides ideas and service for the social and economic development.

摘要：因人类活动对绿洲生态环境的胁迫不同，从而导致水、盐分输移的时空差异，是目前干旱区最为明显的生态环境变化现象之一。本项目选择受人类胁迫程度不同的区域，针对人类活动—水盐变化—响应所突显的绿洲水盐环境变化科学问题，采用“分解—耦合—综合”的思想，将多源、多期遥感信息、水盐等生态要素监测数据与不同人类活动强度相结合，对比分析不同人类活动胁迫区水盐要素的差异；通过数学方法,探究各自独特的水文循环以及生态因子、地下水位和土壤次生盐渍化的相互关系；建立GIS、空间统计分析模型模拟地表热量、水分及盐分耦合运移，揭示人类活动对水盐运移过程的影响以及水盐时空变化特征；探索不同人类胁迫程度下，绿洲水盐运移的特点及其响应，为研究干旱区绿洲水盐时空变化规律提供思路，为绿洲社会经济发展需求服务。

在人类活动胁迫下土壤发生次生盐渍化，使得盐分、养分均有较大的变化，严重影响了生态系统和农业的可持续发展。本项目采用多种探讨其变化，为土壤盐渍化的治理提供科学、有效的依据。.1.土壤主要离子变化特征。无论何种人为干扰强度，土壤中Cl-和Na+均为含量最高的阴、阳离子，且均随着人为干扰的加剧逐渐增大。其中，Cl-含量变化最显著，在中、重度人为干扰区比轻度干扰区分别增加了67%和234%。而Na+分别增加34%和86%。2土壤盐分及其离子估算模型。在不同干扰程度下，同类型的土壤含盐量预测模型中，干扰程度越小，模型精度越高；而在相同干扰程度下，均以一阶导数R′建立的模型预测效果最优，R2均超过0.983。预测土壤离子Na+、Cl-、Ca2+RF模型的R2最高，RMSE最小，RPD最大，分别为2.11、2.03、1.80，为最优预测模型。可有效提取干旱区土壤盐分的主要离子信息。3土壤养分预测模型。与R所建模型的R2相比，CWT变换所建模型的R2在三个干扰区最大分别提高了0.382、0.400、0.389，均能很好地预测土壤有机质含量。利用其所建模型预测有机质含量，不会因人类干扰程度的提高而使模型精度大幅度降低。4.土壤盐分、养分的分数阶微分模型。土壤有效磷含量回归模型的最佳分数阶为0.6阶，最佳模型的R2，RMSE和RPD，分别为0.79、3.35和2.0。研究所建立的最优分数模型对土壤有效磷含量具有良好的定量预测能力。不论何种光谱变换，各分数阶微分值与含盐量最大相关系数对应的波段均出现在589nm和618nm，且均在1.3或1.4阶。钠原子的主要谱线是589.3nm，是造成各种光谱变换与土壤含盐量相关性最佳的波段位于598和618nm最主要的原因。5.光谱数据预处理的新方法探讨.分数阶混沌方法可有效地用在光谱的定量分析中，可对复杂的土壤光谱信息有效降维，提高盐分、养分含量的定量反演模型的精度。