基于地理信息系统技术的新疆焉耆绿洲农田土壤重金属污染评价和潜在生态风险预警

在新疆焉耆绿洲采集农田土壤,测定As、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn等8种重金属的含量。基于地理信息系统(GIS)技术,并采用污染负荷指数(I_(PL))、潜在生态风险指数(I_R)和生态风险预警指数(I_(ER))对焉耆绿洲农田土壤重金属污染状况进行评价。结果表明,焉耆绿洲农田土壤Cd是《土壤环境质量标准》(GB 15618—1995)二级标准限值(0.60mg/kg)的10.13倍。Cd、Cr、Ni、Pb和Zn分别是新疆灌耕土背景值的50.67、1.40、1.33、2.63、4.92倍。农田土壤Cd和Zn呈现重度污染,Pb为中度污染,Cr和Ni为轻度污染,Cu为轻微污染,As与Mn为无污染。重金属I_(PL)平均值为2.00,呈现轻度污染。重金属I_R平均值为318.38,属于较强风险。重金属I_(ER)平均值为4.83,属于中度预警。重金属I_(PL)、I_R与I_(ER)空间分布均呈现明显的地带性分布格局。Cd是污染水平与生态风险等级最高的重金属,表明焉耆绿洲农田土壤Cd污染风险必须给予关注。

2000—2018年焉耆绿洲城市扩展特征分析

以Landsat8 OLI和landsat7 ETM遥感影像为依据,利用ArcGIS 10.2和ENVI 5.1对2000、2009、2018年的遥感影像进行处理及分类,得到了焉耆盆地内土地利用变化相关数据,研究结果表明2000—2009年焉耆盆地内4个县的城镇建设面积累计增加了63.46 km^(2),2009—2018年城镇累计扩展增加面积约44.57 km^(2),扩张面积和静县>和硕县>焉耆县>博湖县;2000—2018年4个县的城市紧凑指数整体呈下降趋势,城市分型指数持续升高,绿洲内城镇呈分散扩张;2000—2009年盆地内城镇用地和耕地面积持续增加,其中绿洲北部城镇扩展面积大于中部和南部,北部山前冲积扇上的戈壁和裸地不断被开发为建设用地和耕地。焉耆绿洲城镇用地空间形态变化特征主要表现为2000—2009年绿洲北部的和硕县及和静县为外部带状扩展和内部片状填充发展模式,城镇主要沿山前冲积扇呈南北狭长带状分布,在此基础上城镇空间形态不断纵向加深加宽,绿洲中部和南部的焉耆县与博湖县为内部填充式发展,城镇以开都河为轴线,沿开都河及博斯腾湖两岸扩展。2009—2018年,绿洲北部的和静县与和硕县城镇扩展呈内部点状填充和外部横向片状扩展,绿洲中部和南部城镇从单一轴线分布变为多向分散分布。

分析现代绿洲扩张驱动力与绿洲生态风险管理研究——以新疆焉耆绿洲为例

西北干旱区是我国国土安全的重要生态屏障,必须妥善处理好西北干旱区绿洲化过程中农业生产和生态风险管理之间的关系。科学认识现代绿洲扩张的驱动力,有助于深刻理解绿洲土地利用变化的机理,为绿洲生态风险管理提供科学参考。本文运用Bio-economic模型,模拟了新疆绿洲核心区和绿洲荒漠过渡带在用水量增加、引进高效节水灌溉技术、强化水资源和土地资源管理三种情景下农户的土地利用行为决策,据此探讨现代绿洲扩张的驱动力。研究发现:正是由于水资源管理不严格,在农户追求利益最大化的利益驱动下,丰水年上游来水量的增加以及不断增加的地下水开采量,特别是高效灌溉技术推广后节约的灌溉水量,为绿洲过渡带开垦新的耕地提供了水源保障,致使绿洲耕地面积不断扩张,造成绿洲生态风险增大。因此,绿洲生态风险管理应当高度重视水土资源管理。

焉耆盆地绿洲农田不同类型土壤有机碳空间分布特征及储量估算

土壤有机碳(SOC)是生态系统稳定性和农业生产力的基础,充分了解焉耆盆地绿洲不同土壤类型SOC分布特征,对实现农业系统可持续发展具有重要意义。以新疆焉耆盆地绿洲长期定点试验的监测数据为基础,利用生物地球化学模型(DNDC)进行模拟试验,研究在当前的田间管理和气候模式下,焉耆盆地绿洲农田土壤有机碳密度(SOCD)和土壤有机碳储量(SOCS)的空间分布特征,并探究了在不同的土壤类型下SOCD和SOCS的差异性。结果表明:(1)DNDC模型能够很好的模拟该区域下SOC及其动态变化,模型相关系数(r)>92.75%,相对误差(E)介于2.98%~4.12%,<5%,模型的可靠性较高。(2)2018年焉耆盆地绿洲农田0~20 cm SOCD介于12000~28000 kg·hm^(-2),SOCS为2414 Gg,不同区域之间的差异较为明显。(3)不同的土壤类型之间,SOCD和SOCS差异明显,其中沼泽土的SOCD最大,为25136 kg·hm^(-2);石质土的SOCD最小,为13335 kg·hm^(-2)。