近四十年河套平原土壤盐渍化时空变异及其影响因素分析

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土壤盐渍化是当前全球各地共同面临的生态环境问题之一。土壤盐渍化会引发严重的土地退化问题,导致粮食产量下降及生态环境恶化,严重威胁全球的粮食安全与生态稳定。近年随着人类活动作用加强,全球土壤盐渍化面积持续扩大,盐渍化程度不断加剧,人为因素成为加剧土壤盐渍化程度的重要因素。土壤盐分含量作为重要的土壤属性,能够在一定程度上反映土壤盐渍化程度。目前,关于土壤盐分含量分布与影响因素的相关研究多为某一时刻土壤盐分空间分布状况与自然因素之间的相关关系,而在长时序下人为因素对土壤盐渍化动态变化的影响的研究较少。因此,如何从时空角度描述土壤盐渍化的时空异质性,探究人类活动对盐渍化的影响是目前土壤盐渍化研究的首要难题。河套平原地处中国西北干旱半干旱地区,是西部重要的粮食生产基地。近年来,该地区土壤盐渍化程度不断加剧,土壤盐渍化严重制约着当地农业的高质量发展。因此,探究河套平原地区土壤盐分含量时空变异与人为影响因素之间的关系有助于准确把握土壤盐渍化的动态发展趋势,对河套平原盐渍化土壤的防范治理、促进农业高质量发展具有重要意义。本研究以河套平原为研究区域,在地形因子、气候因子等常规环境变量的基础上,加入时序NDVI数据,采用多元线性回归模型、随机森林模型、支持向量机模型预测1988年和2020年土壤盐分含量的空间分布,并分析长时序下土壤盐分时空变异特征。进一步选取经济社会指标量化人为因素,采用灰色关联度分析方法探究土壤盐渍化的影响因素。主要结果如下:(1)在研究区范围内,1988年和2020年采样点间土壤盐分含量数据差异性较大,均呈现很强的空间异质性。土壤盐分与环境变量相关性分析的结果表明,除坡度、高程外,地形因子对平原区域土壤盐分的影响较小;在气候因子中,土壤盐分含量与降水量、蒸发量的相关性均不显著;植被因子与土壤盐分含量呈负相关关系,时序NDVI能够一定程度上反映土壤盐分含量空间分布,可用于土壤盐分含量的空间分布预测。(2)选取合适的环境变量进入MLR、RF、SVM预测土壤盐分,对比模型精度发现RF模型在预测土壤盐分含量中具有更高的精度,能够更好解释河套平原两个时期土壤盐分含量的空间分布。采用MLR、RF、SVM模型分别绘制土壤盐分空间分布图。结果显示,1988年土壤盐分呈现中部、西南部多,西北、东部少的整体分布特征;2020年土壤盐分含量中部高东西部低,空间差异性较大,且盐分含量整体数值偏高;基于RF模型所得到的空间分布图能够反映出土壤盐分空间分布更多的细节特征,具有更好的制图效果。(3)自1988年到2020年,河套平原大部分地区土壤盐分含量增加了0.1%~0.3%;整体呈现出中部增量大、东西部增量较小的空间分布特征;大面积轻度盐渍化土地向中度盐渍化土地转化,盐渍化加剧发展。在五个旗县中,磴口县和乌拉特前旗土壤盐分含量的变化呈现出显著的空间异质性;五原县土壤盐分含量变化幅度较大,且土壤盐渍化问题较严重;磴口县土壤盐渍化问题有所缓解;乌拉特前旗土壤盐分变化较小,盐渍化问题相对不突出。(4)与河套平原土壤盐分平均值变化的关联性较强的5个指标为人口数量、有效灌溉面积、粮食播种面积、农作物播种面积、化肥施用量。对于人为因素,人口规模、农业发展、灌溉方式、化肥施用是与各旗县土壤盐分含量变化较相关,耕作方式与经济发展对土壤盐分含量变化影响较小。不同指标对不同地区的影响程度不同,因此在对河套平原及各旗县土壤盐渍化问题进行治理时,需因地制宜采取措施。
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