Assessment of future climate change impacts on water-heat-salt migration in unsaturated frozen soil using CoupModel

• A model coupling water-heat-salt of unsaturated frozen soil was established. • Future temperature, precipitation, and evaporation increase in freeze–thaw period. • Soil water, heat, and salt transport are closely coupled during freeze–thaw period. • Freeze–thaw cycles and future climate change can exacerbate salinization. The transport mechanisms of water, heat, and salt in unsaturated frozen soil, as well as its response to future climate change are in urgent need of study. In this study, western Jilin Province in north-eastern China was studied to produce a model of coupled water-heat-salt in unsaturated frozen soil using CoupModel. The water, heat, and salt dynamics of unsaturated frozen soil under three representative concentration pathway (RCP) scenarios were simulated to analyze the effects of future climate change on unsaturated frozen soil. The results show that water, heat, and salt migration are tightly coupled, and the soil salt concentration in the surface layer (10 cm) exhibits explosive growth after freezing and thawing. The future (2020–2099) meteorological factors in the study area were predicted using the Statistical Downscaling Model (SDSM). For RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios, future temperatures during the freeze–thaw period increased by 2.68°C, 3.18°C, and 4.28°C, respectively; precipitation increased by 30.28 mm, 28.41 mm, and 32.17 mm, respectively; and evaporation increased by 93.57 mm, 106.95 mm, and 130.57 mm, respectively. Climate change will shorten the freeze–thaw period, advance the soil melting time from April to March, and enhance water and salt transport. Compared to the baseline period (1961–2005), future soil salt concentrations at 10 cm increased by 1547.54 mg/L, 1762.86 mg/L, and 1713.66 mg/L under RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5, respectively. The explosive salt accumulation is more obvious. Effective measures should be taken to prevent the salinization of unsaturated frozen soils and address climate change.     

荒漠绿洲农田盐渍化过程中土壤环境的演变过程

土壤环境的盐渍化演变过程是盐渍化其它过程研究的基础。采用空间代替时间的方法,在干旱绿洲区选择大麦（Hordeum vulgare L.）作物地不同盐渍化阶段农田为研究对象,并以非盐渍化农田作为对照,探讨农田盐渍化过程中土壤理化特性的演变过程。结果表明,（1）随盐渍化程度的加剧,土壤颗粒组成发生变化,沙粒含量趋于增加,黏粒含量趋于减少,粉粒含量在重度和极重度盐渍化阶段完全消失。表土层土壤容重呈显著增加趋势（P〈0-05）,但土壤温度没有显著性变化（P〉0-05）。（2）土壤有机碳、全氮、全磷和速效氮含量呈波动式降低趋势,而速效磷含量呈波动式增加的趋势。与未盐渍化农田相比,轻度、中度、重度和极重度盐渍化农田土壤表层有机碳和全氮含量分别减少了14.03%、26.26%、42.01%、48.03%;19-08%、35.63%、46.84%、56.88%。（3）随盐渍化程度的加剧,盐分表聚现象明显,除 HCO3-外,Na＋、Cl-、K＋、Mg2＋、SO42-、全盐含量均显著增加（P〈0-05）,且随着深度的增加逐渐下降。与未盐渍化农田相比,轻度、中度、重度、极重度盐渍化农田土壤电导率、全盐,SO42-,Na＋含量分别增加了31.42%、74.42%、203.95%、693.58%,6.56%、96.38%、86.36%、414.86%,5.23%、114.58%、104.00%、430.32%,31.46%、145.22%、345.11%、1797.70%;HCO3-下降了-11-31%、2.02%、3.75%、10.94%。（4）土壤电导率、全盐、SO42-、Ca2＋、Cl-、Mg2＋、K＋、Na＋之间呈极显著正相关（P〈0.01）,但与土壤含水量没有显著正负相关性,与黏粉粒含量呈显著负相关（P〈0-05）;土壤有机碳、全氮、速效氮之间呈极显著正相关（P〈0.01）,但与土壤含水量没有显著正负相关性,与土壤电导率、全盐、SO42-、Ca2＋、Cl-、Mg2＋、K＋、Na＋之间呈极显著负相关（P〈0.01）。这说明,在农田盐渍化过程中,随盐渍?     

甘肃省土壤盐渍化及其对生态环境的损害评估

介绍了甘肃省土壤盐渍化的状况,分析了引起土壤盐渍化的因素,并进行了土壤盐渍化对生态环境损害的经济评估,甘肃省的盐渍化土壤主要分布在河西走廊,其中以酒泉地区,张掖地区和武威地区最为严重。盐渍化土壤类型主要为典型盐土、沼泽盐土、碱化盐土和干旱盐土。导致盐渍化的因素有气候、地形、水文地质、土壤质地等自然因素,以及灌溉方式和耦作制度等人为因素。全省重度盐渍化土壤对生态环境损害造成的经济损失至少达140亿元（1996年币值）。由于种种原因,有关盐渍化对土壤生态环境服务功能的损害,目前还没有进行经济评估,但这方面的工作应该予以考虑。     

基于贝叶斯网络分类的土壤盐渍化遥感监测

贝叶斯网络是一种将贝叶斯概率方法和有向无环图的网络拓扑结构有机结合的概率模型。采用贝叶斯网络分类对具有典型干旱特征的库车县土壤盐渍化情况进行监测，首先应用条件独立性测试原理建立贝叶斯网络结构，把研究区遥感数据进行离散化，然后应用贝叶斯定理作为分类原则，将每个像元分为像元最大概率的类别。研究结果表明该方法分类6种地类的整体分类精度达到96％，为该区盐渍地面积、空间分布等特征监测提供了较好的依据。     

污灌区盐分累积对土壤汞吸附行为影响的模拟研究

以受盐渍化和重金属汞双重胁迫的天津污灌区土壤为研究对象,探讨汞在盐渍化土壤中吸附的热力学及动力学特征.研究的盐分种类为污灌区土壤盐渍化进程中的主要盐分NaCl和Na2SO4,设置的盐度梯度为7个,添加质量分数为0~5%.结果表明,Lanmguir方程和Elovich方程可以理想地拟合盐处理下土壤对Hg(Ⅱ)吸附的热力学和动力学过程.当加入的盐分为NaCl时,随着添加盐度的增长(0~5%),最大吸附量(Langmuir方程的参数qm)、吸附强度(Langmuir方程的参数k)迅速降低,分别由对照的868.64 mg·kg-1和1.32减少至添加5%NaCl的357.48 mg·kg-1和0.63,且使土壤Hg(Ⅱ)的吸附速率(Elovich方程的参数b)显著下降;当加入的盐分为Na2SO4时,随着盐度的增长,最大吸附量和吸附强度小幅下降,由对照降低至添加5%Na2SO4的739.44 mg·kg-1和1.18,对土壤Hg(Ⅱ)吸附速率影响不显著.土壤中Cl-和SO2-4含量对Hg(Ⅱ)最大吸附量之间可以用对数模型刻画,Cl-含量与Hg(Ⅱ)吸附速率之间表现为线性关系.研究表明,高浓度的NaCl环境极其不利于Hg(Ⅱ)在污灌区土壤中的吸附及固持,用含NaCl较高的污水灌溉作物很有可能会引起汞的二次污染,土壤的盐渍化趋势会使汞污染和释放趋势更趋严重.     

乌梁素海流域土壤盐分和pH值空间分布格局研究

土壤盐碱化是制约乌梁素海流域农业可持续发展的重要瓶颈之一,该文针对乌梁素海流域土壤盐碱化的空间复杂性与反复发生性,根据乌梁素海流域植被特征,采集了20个代表性样点的土壤0~30cm分层样品.利用电导法和电位法分别测定了土壤中总含盐量和pH,运用surfer插值软件克里金插值法(Kriging)得到了研究区的土壤盐分和pH值的空间分布.研究结果表明:在空间分布上乌梁素海流域土壤中盐分和pH呈现出显著地表聚趋势,而且随着土层的加深盐碱化程度呈现降低的趋势.总体上说,乌梁素海流域土壤的盐碱化现象仍较严重,除春季压盐措施外,需要进行灌溉方式改善和化学改良剂使用等盐碱化治理措施.     

渭干河-库车河三角洲绿洲土壤盐渍化现状特征及其与光谱的关系

利用遥感、土壤光谱及土壤盐分数据相结合的方法进行土壤盐渍化监测,选择2组不同特征的变量,对渭干河-库车河三角洲绿洲土壤盐渍化的现状特征进行了探讨,并计算了14个盐分因子与光谱波段(405 nm,410 nm,…,890 nm)的Pearson相关系数.结果发现,除少数光谱波段外,盐分因子与光谱波段之间的相关性并不显著. 在此基础上,利用后向多元线性回归分析,建立了部分盐分因子的预测模型,并对pH模型的精度进行了验证. 最后在野外考察,GPS定点和土壤采样分析的基础上,给出了土壤盐渍化程度及其分布范围.      

土地利用/覆被变化对土地生态系统有机碳库的影响——以吉林省通榆县为例

土地利用/覆被变化对陆地碳循环影响显著.文章基于实地采集的土壤、植物样品的测试数据和1989、2004两年8月陆地卫星TM遥感影像数据,采用生态系统类型法分析吉林省通榆县1989-2004年耕地、林地、草地、盐碱地、沙地等11 种地类之间土地利用变化对土地生态系统有机碳库的影响.计算结果表明1989-2004年通榆县土地生态系统有机碳库共损失了3.18 TgC(1Tg=106t),年均损失约为0.265 Tgc.其中,湿地、草地有机碳库分别损失5.54 TgC和3.71 TgC,盐碱地面积的增加导致有机碳库损失4.75 TgC.林地面积增加和沙地面积减少分别使有机碳库增加了4.58 TgC和3.75 TgC.研究区总体上为一个碳失汇,草地退化、湿地萎缩、土地沙化和盐碱化造成了有机碳库的碳损失,而植树造林、草地植被的恢复和重建等活动则可以显著增加土壤有机碳储量.该研究对于评估自然环境与人为活动影响下,特别是大规模土地整治与生态修复对土壤有机碳的增汇潜力和固碳效应的影响具有重要的理论意义和应用价值.     

新疆图木舒克地区土壤盐渍化空间分布特征

土壤盐渍化已成为影响图木舒克地区农业生产与生态环境的重要因素。本文以0~150 cm深度范围内土壤和地下水为研究对象,利用实际野外调查与数据统计分析的方法,研究得出:①强盐渍化主要分布于距离河流与渠道较远的地下水浅埋深区域,在纵向上表层聚盐现象明显,盐渍土类型随着土壤层深度加大从亚氯-亚硫酸盐渍土变为亚硫酸盐渍土。②土壤易溶盐含量与地下水化学类型在平面分布上吻合程度较高、与潜水矿化度呈正的高度相关性、与潜水埋藏深度呈负的中度相关性、沿潜水径流方向各层土壤盐渍化减弱。③当地下水埋深较浅时,潜水通过毛细管将易溶盐带入土壤表层,形成表层土壤盐渍化;地下水埋藏较深时,易溶盐分会随着降水淋滤和灌溉冲洗不断降低,地表盐渍化减弱。中、轻度盐渍化区域应控制灌溉用水矿化度,重度盐渍化及盐土区域可在建立排水系统的基础上采用泡田洗盐法。