典型干旱区耕地变化的环境效应——以石河子地区为例

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本文的研究区石河子垦区是指农八师/石河子市的农耕区域。通过对研究区不同利用方式下的耕地土壤样本进行实验室分析,研究了垦区耕地变化对耕地土壤盐渍化和土壤养分的影响,并对由此给耕地系统不同利益相关者带来的服务(福利)变化进行了定量评估,为垦区农业的可持续利用提供了理论依据和数据支撑。   文章首先通过遥感解译、实地访谈、统计数据分析等方法,分析石河子垦区1999年至2010年耕地的变化方式和变化过程,包括耕地数量的变化、灌溉方式的变化和作物结构的变化三方面。然后通过典型样地土壤盐分和养分的实验数据,借助于ARCGIS软件和SPSS统计分析软件,探讨了耕地的数量变化、灌溉方式变化和作物结构变化对土壤盐渍化和土壤养分的影响。最后从耕地生态服务变化的角度,对利益相关者由此所受的影响进行了定量分析。结果如下:   1)利用遥感影像解译及土地利用转移矩阵方法研究本区域耕地数量变化情况,结果表明石河子垦区自1999年至2010年,土地利用变化的总体趋势是草地的减少以及耕地、建设用地的增加,耕地和草地是垦区盐碱地的主要来源。1999年至2005年和2005年至2010年两个时期耕地变化相同的趋势表现为:草地是新增耕地的主要来源,被建设用地占用则是耕地流失的主要原因;2005年至2010年垦区的次生盐渍化现象比1999年至2005年更为严重,同时,草地在耕地来源中的主导地位也更为明显。   2)自1999年至2010年,石河子垦区的灌溉方式由原始粗放的大水漫灌逐渐转变为渠灌,最后转向膜下滴灌,近十年是膜下节水灌溉和传统灌溉方式并存的时期。垦区的作物结构变化趋势表现为棉花播种面积一直呈现逐渐上升的趋势,偶尔会有波动,但一直占据垦区农作物的主导地位;玉米和小麦是除棉花之外垦区的主要农作物,播种面积呈现先减少后波动变化的状态。多数棉花种植区出现多年连作棉花,偶尔换种小麦或玉米以改善土质的情况。   3)对土地利用图的分析得出,垦区耕地数量变化不会对垦区的盐渍化产生影响,且在盐碱地改良时,选择先恢复为草地要比直接复垦为耕地效果更好。应用SPSS软件对土壤盐分含量数据的统计分析得出:灌溉方式不仅影响土壤中的总含盐量,更重要的是会对盐分在水平和垂直方向上的分布产生明显影响,表现为漫灌条件下耕层根层含盐量较低,但是会出现表层盐分积聚的现象;水平方向上,漫灌地块盐分分布比较均匀而滴灌地块离散度较高。作物类型不同对耕层土壤中盐分含量以及盐分在水平和垂直方向上的分布影响均不显著,短期的轮作制度并不会对干旱区耕地盐渍化过程产生明显影响。   4)应用SPSS软件对土壤养分含量数据的统计分析得出:棉田地块使用滴灌施肥的方式可以很好的保持耕层土壤速效氮和速效磷的含量,且滴灌条件下,玉米地块对耕层铵态氮的需求高于棉花,而不同作物类型(棉花和玉米)对耕层速效磷含量影响并不显著,但速效磷在垂直方向的分布受作物根系分布影响比较明显,水平方向的分布受土壤水分运移与作物吸收的双重影响。棉田地块中,速效钾相对于铵态氮和速效磷来说其受灌溉方式影响并不显著,受作物类型的影响比较明显,表现为对钾需求高的玉米地块其土壤中速效钾含量低于棉花地,灌溉方式不同影响了作物对速效钾的吸收。   5)石河子垦区耕地的利益相关者包括农民、政府和外来务工人员。农民直接享受耕地生态系统所提供的供给服务、大气调节服务和土壤营养物质保持服务,以供给服务最受关注;政府直接享受耕地生态系统所带来的供给服务、大气调节服务以及土壤保持服务,并力求其协调发展;外来务工人员能直接享受耕地生态系统所带来的供给服务和大气调节服务,以供给服务为主。自1999年至2010年,石河子垦区耕地变化及其所引起的土壤盐分和养分的变化使得垦区耕地生态系统所提供的供给价值、大气调节价值和土壤保持价值分别增长了315.36%、30.90%和42.18%,单位面积价值分别增长了276.60%、18.70%和28.94%;农民、政府和外来务工人员所享受的垦区耕地生态系统服务价值增长幅度分别为255.79%、200.34%和295.11%,所享受的单位面积耕地生态服务价值增长幅度分别为222.60%、172.32%和258.25%。
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