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针对干旱内陆盆地下游土壤盐渍化严重问题,研究人员以青藏高原巴音河流域为对象,结合遥感分析、地理探测器(Geodetector)等技术,揭示其时空动态及机制。发现地形海拔、气候、地下水等自然因素与人类活动共同驱动盐渍化,构建概念模型,为治理提供新视角。
在干旱地区,土壤盐渍化如同一场悄无声息的生态危机,正不断侵蚀着土地的健康与生产力。全球约 8.7% 的陆地生态系统因土壤盐渍化导致生产力下降,每年以 150-200 万公顷的速度扩张,而干旱内陆盆地的下游区域更是重灾区。这里独特的水文地质条件与气候特征,使得盐分在土壤中不断累积,不仅威胁着当地的农业生产与生态安全,也对全球粮食安全和可持续发展构成挑战。然而,土壤盐渍化的形成是自然过程与人类活动交织的复杂结果,其时空变异规律与驱动机制尚未完全明晰,亟需深入研究以提供科学的治理依据。
为了破解干旱内陆盆地下游土壤盐渍化的谜题,国内研究人员以青藏高原巴音河流域下游为研究区域,开展了土壤盐渍化时空变异及驱动机制的研究。这项研究成果发表在《Agricultural Water Management》,为干旱区土壤盐渍化的防治提供了重要的理论支撑与实践指导。
研究人员综合运用了多种关键技术方法。首先,通过遥感分析获取多光谱影像数据,构建土壤盐渍化检测指数(SDI),该指数整合了归一化植被指数(NDVI)和盐分指数(SI),能够有效刻画土壤盐渍化的空间分布与时间演变趋势。其次,借助地理探测器(Geodetector)技术,分析各驱动因素对土壤盐渍化的解释力及交互作用。此外,结合目视解译、野外调查以及地下水和土壤样本的采集与实验室分析,确保了研究数据的准确性与可靠性。
土壤盐渍化时空变异特征
通过遥感影像分析发现,2023 年研究区土壤盐渍化呈现显著空间异质性。基于 SDI 分类标准,Ⅲ 级盐渍土面积最大,占比 52.63%,主要集中在东部;Ⅱ 级和 Ⅳ 级分别占 32.56% 和 14.59%。时间序列分析显示,2003-2023 年期间,研究区土壤盐渍化呈波动下降趋势,平均 SDI 值从 0.891 降至 0.836,主要表现为 Ⅳ 级向 Ⅱ、Ⅲ 级转化,表明土壤盐渍化程度有所缓解但空间差异显著。
驱动因素分析
- 地形与水文作用:海拔是影响土壤盐渍化空间格局的首要自然因素,但东西部表现迥异。东部因终端盐湖(尕海)水体停滞导致盐分累积,海拔降低 salinity 升高;西部因淡水过流湖(呼伦湖)的排盐作用,海拔降低 salinity 反而下降。地下水深度与 salinity 呈负相关,浅水区易发生毛细蒸发积盐,但地下水溢出区(如 Jingeli 等地)因水流冲刷,盐分得以稀释。
- 气候影响:标准化降水蒸散指数(SPEI)表明研究区呈干旱化趋势,但降水与 SDI 呈正相关,可能与降水引发的地下水溢出稀释盐分有关,而蒸发和温度的影响不显著。
- 人类活动:土地利用是最主要的驱动因素,其解释力高于自然因素。农业灌溉与排水工程、耐盐植被种植(如阿根廷鹅观草)以及有机肥替代化肥等措施,有效缓解了土壤盐渍化。例如,2003-2020 年草地扩张 61 km2,部分通过裸地和耕地转化而来,植被覆盖的增加增强了生态系统的抗逆性。
概念模型与治理启示
研究构建了干旱内陆盆地下游土壤盐渍化驱动机制的概念模型,强调了地下水溢出、终端湖与过流湖的水动力作用。终端湖区域因水流停滞和强烈蒸发导致盐分聚集,而过流湖通过水体流动带走盐分,抑制盐渍化。此外,模型指出人类活动虽受自然因素制约,但合理的土地管理(如优化灌溉排水系统、推广滴灌技术、利用可降解地膜)能有效调控盐渍化进程。
这项研究揭示了干旱内陆盆地下游土壤盐渍化的复杂驱动机制,证实了自然因素与人类活动的交互作用对盐渍化时空格局的决定性影响。其创新点在于明确了过流湖与终端湖在盐渍化过程中的差异化作用,以及地下水溢出的 “盐渍化缓解效应”。研究结果为干旱区土壤盐渍化的精准治理提供了科学依据,例如通过构建排水网络加速地下水排泄、利用反渗透技术实现咸水资源化利用等,对保障干旱区生态安全与农业可持续发展具有重要意义。未来研究可进一步拓展至更大尺度,探究气候变化下多因素交互作用的长期效应,为全球盐渍化治理提供更普适的解决方案。