乌兹别克斯坦典型干旱区水、盐碱土与粮食安全研究
文献类型：学位论文
| 作者 | Sayidjakhon Khasanov |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李发东 |
| 关键词 | 土壤盐分 粮食安全 灌溉 干旱区 乌兹别克斯坦 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 乌兹别克斯坦水和土地资源的低效和不可持续利用，导致地下水水位及其矿化率上升，盐碱化加重。乌兹别克斯坦全国范围的总体土壤盐分分布和土壤盐分变化趋势研究不足。乌兹别克斯坦肥料和化学品应用对土壤盐化的影响研究较少。地下水动态、土壤盐分导致的粮食安全问题及其可能影响研究尚少。本项目旨在通过地理信息系统（GIS）方法，重点调查灌溉技术、灌溉量和地下水矿化以及土壤盐分之间的复杂关系，以及干旱区Sirdarya省土壤盐碱化与粮食安全之间可能关联。研究通过考察获得3800个土壤采样点和1500口地下水观测井的数据，旨在评价地下水埋深和矿化度动态，解析土壤盐分的时空分布，解析水、盐碱土壤和粮食安全的关系。获得的主要结论如下： （1）乌兹别克斯坦锡尔河省地下水埋深及矿化变化评价 地下水埋深(Groundwater Table, GWT) 和地下水矿化(Groundwater Mineralization, GWM)受多种因素的影响，包括灌溉、盐分的入渗、气候条件和排水条件等。乌兹别克斯坦锡尔河省，由于广泛使用地表水灌溉和排水系统维护不足，GWT 和GWM 有所上升。反向距离加权（IDW）插值获得的结果准确率达84.1% (p< 0.001)。弱矿化地下水(含盐量为0 - 1 g/L) 地区灌溉面积变化与夏季平均气温的相关性较弱（R=0.309）。中等矿化地下水（3-5 g/L）地区灌溉面积变化与气候因素相关性不显著。而高和严重矿化地下水（5 - 10 g/L 和> 10 g/L）地区灌溉面积变化与气候因素相关性较其他地区明显（R > 0.4）。锡尔河省土壤次生盐渍化过程发生得越快的地区，地下水埋深越浅，地下水矿化度越高，土壤表面蒸发量越大。 （2）气候变化背景下灌区土壤盐分时空分析 2000~2015年，Sirdarya全省约60%的灌溉面积以弱盐碱地区为主，非盐碱地区增加了一倍，中度盐碱地区减少了7%，严重盐碱地区缩减了6.5%。2016~ 2019年，弱盐碱地区所占面积大于其他盐碱地面积，而中度至重度土壤盐碱地面积则相对减少。IDW 插值结果刻画了锡尔河省的盐碱化危害分布，识别了土壤盐分等级，提高了土壤盐分图的准确性(76.8%；p< 0.01)，均方根误差较低(RMSE = 0.0631)。这为IDW 方法在未来使用GIS 工具评估中亚同类地区土壤盐分提供了科学参考。该省的非盐碱灌溉面积多年来增加仅占全省灌溉总面积的3%（8,500 hm2）。弱盐碱（77% 或> 220,000 hm2）和中度盐碱灌溉区（17% 或50,000 hm2）的变化已经达到临界值，今后若继续发展，则可能导致弱盐碱区发展为中度盐碱区。降水量和季节平均气温对非盐碱地影响不大（R = 0.283和0.25）。 （3）干旱区地下水埋深及矿化、土壤盐分常年时空变化评价 在GWT方面，2000-2019年Sirdarya省几乎没有发现GWT<1.0m的灌溉区，其次是GWT 1.0-1.5m扩大了8%，GWT 1.5-2.0m基本保持稳定，GWT 2.0-3.0m和>3m分别增加了1%和4%。研究区总灌溉面积的约81%主要由GWM 1-3 g/L和3-5 g/L组成，其次是GWM 5-10 g/L占15%，GWM 0-1 g/L和> 10 g/L占4%。非盐碱地的灌溉面积放大了2倍，占全省总灌溉面积的2%，其次是弱盐碱地、中度盐碱地和严重盐碱地，分别约占62%、34%和2%。近20年，研究区灌区已扩大至全省灌溉面积的5.9%。该省主要由弱和中度盐碱灌区组成，分别占54.9%和32.8%。气候变化对灌区土壤盐分的动态变化影响大（R > 0.7）。由于浅层地下水矿化高且受潜在蒸发的影响，气温升高可增加灌区土壤盐分（R = 0.651）。 （4）乌兹别克斯坦土壤盐分对作物产量的影响评价及其全球意义 尽管存在一定的局限性，基于Google Earth Engine (GEE) 的作物产量评估方法提供了一种不同于传统农业监测的方法。基于GEE 方法的评估结果准确性可达74.1%（p < 0.01；RMSE = 0.64）。乌兹别克斯坦非盐碱地和弱盐碱地面积分别逐渐减少5 万hm2和20 万hm2，严重盐碱地面积在2000-2020 年期间迅速增加了25 万hm2。这可能对乌兹别克斯坦和其他国家产生不利影响。通过对化肥消耗量的数据分析，发现乌兹别克斯坦与全球平均水平相比多消耗了约120 kg/hm2以获得稳定的作物产量。研究还发现了施磷肥对受盐分危害的农田扩张影响明显（R > 0.75）。而除草剂、杀虫剂和杀菌剂的应用对作物产量或土壤盐分影响弱（R < 0.1）。由于孟加拉国对乌兹别克斯坦棉花严重依赖，乌兹别克斯坦的棉花出口对孟加拉国39% 的国内生产总值（GDP）有重大而直接的影响。近年来，乌兹别克斯坦小麦占阿富汗国家粮食供给的37.7%。这意味着，当乌兹别克斯坦因土壤盐碱化而减少农作物产量时，其他国家可能会遭受经济困难和粮食短缺。因此，有必要制定可持续发展方案来缓解潜在的气候变化和肥料管理带来的影响，以减轻土壤盐碱化程度。 本研究利用原始数据绘制了乌兹别克斯坦Sirdarya省地下水埋深、地下水矿化度和土壤盐分随时间变化的空间图，基于GIS技术整合了实地观测数据，模拟了土壤盐分的影响，基于GEE方法使用Java脚本语言进行处理的MODIS高分辨率土壤盐分数据确定了受乌兹别克斯坦土壤盐分影响而导致国家粮食不安全的地区。对中亚干旱区土壤盐分管理和粮食安全评价具有重要参考意义。未来可使用基于地理统计和机器学习算法模型来预测土壤盐分水平，充分考虑如气候、土地利用、土地覆盖以及灌溉方式等因素，深入研究乌兹别克斯坦土壤盐碱化对区域粮食安全的影响。 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 180 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199891]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | Sayidjakhon Khasanov. 乌兹别克斯坦典型干旱区水、盐碱土与粮食安全研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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