黄河三角洲表层土壤盐分的空间分异机制及其环境效应
文献类型：学位论文
| 作者 | 周梦鸽 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 李永华 |
| 关键词 | 土壤盐分 潜在有毒元素 空间分异机制 饲草安全 盐碱地利用 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 受渤海和黄河双重动力影响，黄河三角洲地区土壤盐分的空间分布格局极为复杂，其分布差异显著影响区域土壤质量和生态环境功能。为推动黄河三角洲地区盐碱地绿色改良与高效利用，实现农业结构转型，厘清该地区盐碱地土壤盐分的空间分异机制及其环境效应是关键。本研究基于野外大面积采样，结合传统地统计模型和机器学习模型，解析了黄河三角洲表层土壤盐分的空间分布格局及其环境驱动机制，并对未来不同情境下土壤盐分的空间分布格局进行预测。此外，综合多尺度地理加权回归模型（MGWR）、冗余分析（RDA）和偏最小二乘法路径建模等时空分析方法，揭示了盐分对土壤潜在有毒元素（PTEs）含量与形态的作用机制，及其对野生饲草中PTEs的影响效应。取得的主要结论如下： （1）黄河三角洲表层土壤盐分存在显著空间异质性。CatBoost机器学习模型提升了土壤盐分绘图的精度，揭示出该区域东部和北部沿海土壤盐分含量明显高于内陆区域，呈现出从沿海向内陆递减的趋势。土壤Na2O含量和归一化植被指数（NDVI）是影响黄河三角洲土壤盐分空间分布的重要环境因子。当土壤Na2O含量大于2.44%、NDVI值小于0.32、距离1980海岸线小于8 km或者土壤有机碳含量小于2.5%时，存在较高的土壤盐渍化风险。 （2）模拟结果显示，未来气候变化情景下区域内土壤盐渍化风险显著增加，而施用有机碳有助于盐碱地改良。在SSP1-1.9和SSP5-8.5的排放情景下，至2150年黄河三角洲地区面临盐渍化风险的土壤面积占比为77.90%和88.93%。在有机碳改良情景下，增加1 g/kg有机碳对中重度盐碱地改良效果最好（面积占比减少4.49%），而有机碳增加2 g/kg对EC1:5>2 dS/m的盐土改良效果最好（面积占比减少2.25%）。 （3）盐分对土壤PTEs总量具有抑制作用，而对部分有效态PTEs表现出促进作用。CatBoost-SHAP模型结果显示，土壤盐分越高，对有效态铜（aCu）、有效态铅（aPb）和有效态硒（aSe）的促进作用越明显。在土壤盐分增长初期，可交换态钠（aNa）是影响aPb吸附的主要竞争离子。当土壤EC1:5大于6 dS/m时，竞争机制转变为以可交换态镁（aMg）和可交换态钙（aCa）为主导，其中aMg贡献更突出。此外，当aMg浓度超过1.14 mg/kg时，也可能与aPb竞争吸附位点，导致aPb含量降低。 （4）芦苇、白茅和狗牙根是黄河三角洲地区分布最广的野生饲草，在盐渍土和非盐渍土中均能生长。苣荬菜、小飞蓬和茵陈蒿可在中度盐碱地中生存，而碱蓬（Na的超富集植物）主要在高盐土壤中生长。不同饲草中PTEs含量对土壤盐分的响应存在较大种间差异，其中，铅（Pb）、镉（Cd）和铜（Cu）受土壤盐分影响尤为突出，其含量与土壤EC1:5呈显著相关（p<0.05）。 （5）芦苇中Cu的积累不仅受土壤盐分的直接影响，更显著受到EC1:5与pH、aCa之间交互作用的调控。在“土壤-芦苇”体系中，土壤EC1:5对芦苇Cu的路径系数（0.26）最大，并且土壤EC1:5与pH和aCa之间的交互作用（路径系数分别为0.363和0.393）大于其单独对芦苇Cu的影响，其中土壤EC1:5与pH之间达到显著水平（p<0.05）。此外，当pH<8.30且EC1:5＞8.26 dS/m，或当 aCa > 4.4 mg/kg 时，因子间表现出较强的协同增强效应。 通过黄河三角洲表层土壤盐分的空间分异机制及其环境效应的研究，可以为盐碱地绿色改良和高效利用提供理论依据，对突破黄河三角洲地区盐碱地资源环境瓶颈制约、保障国家粮食安全以及推进黄河流域生态保护和高质量发展战略实施具有重要意义。 |
| 学科主题 | 环境科学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 138 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217222]  |
| 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 | 周梦鸽. 黄河三角洲表层土壤盐分的空间分异机制及其环境效应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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