河西地区土壤全氮及有机质空间变异特征分析——以张掖市甘州区为例

留茬覆盖免耕对土壤微生物量的影响朱亚，刘刚（甘肃农业大学食品科学与工程学院兰州 730070）摘要：2003年～2004年，在甘肃河西绿洲灌区的张掖市二十里铺乡设计4种留茬覆盖免耕方式，进行留茬覆盖免耕保护性耕作对土壤微生物量的影响研究。

结果表明：保护性耕作为土壤微生物的繁殖提供了较为有利的土壤环境，NPS40(40cm收后压倒处理)、 NS40(40cm 立杆处理)和NPS20(20cm收后压倒处理)土壤微生物量碳(SMB-C)含量分别在休闲期、播种期和收获期最大,分别是传统耕作的2.77、1.37和1.22倍。

土壤微生物量氮(SMB-N)含量的最高值分别出现在休闲期的NPS40、播种期和收获后的NPS20处理，分别是该时期传统耕作的1.59、2.58和1.18倍。

保护性耕作处理的土壤微生物量磷（SMB-P）含量与传统耕作相比变化不明显，从表层向下逐渐呈降低趋势。

关键词：免耕，留茬覆盖免耕，土壤微生物量免耕（No-tillage，NT）是近年愈来愈广泛推广和应用的一种省工耕作方法[1]。

它源于上个世纪的美国，目前在中国的发展也比较快。

特别是近一、二十年来，免耕不仅在南方水旱轮作地区试验推广，而且也在我国北方旱作地区示范推广，并取得了良好的效果，这是在我国土壤耕作管理上值得十分重视的动向，也是一场耕作技术革命，对中国农业可持续发展作用甚大。

我国的西北地区尤其是河西绿洲农业区，由于水资源的不合理利用，生态环境逐年恶化，沙尘天气，土壤盐渍化，沙化和荒漠化加剧等，严重威胁着本区的灌溉农业[2]。

人们为此也做过不少努力，但收效甚微。

当前，少免耕作为世界公认的防沙治尘保护性耕作措施之一，此项技术可减少土壤水分蒸发，达到节水的目的，同时可减轻沙尘暴，在河西地区也进入试验推广阶段。

但目前免耕技术在河西地区推广的可行性方面仍存在一些争议，所以从基础理论方面为少免耕技术在河西地区的推广提供科学的依据是十分必要的。

基于GIS的兰州市土壤全氮和有机质空间变异性研究的开题报告一、研究背景土壤是自然环境中重要的组成部分，而土壤质量的评价和管理则直接影响着农业生产和生态环境的健康发展。

土壤全氮和有机质含量是衡量土壤肥力和生产力的重要指标，其空间分布特征对于制定农业生产和土地利用政策具有重要参考价值。

GIS技术作为一种空间分析工具，已经在土壤科学研究中得到广泛应用。

通过GIS的空间分析、空间插值和空间可视化等功能，可以实现土壤数据的快速处理和分析，并进一步探索土壤的空间变异性及其影响因素，为土壤质量管理和优化提供有效的科学支撑。

本研究以兰州市为研究区域，利用GIS技术对其土壤全氮和有机质含量进行空间分析，探讨其空间分布特征，并分析其可能的影响因素，旨在为该地区土壤质量的综合评价与管理提供科学依据。

二、研究目的本研究的主要目的是：1.探究兰州市土壤全氮和有机质含量的空间分布特征，分析其空间变异性与土地利用类型、地形因素、降水等环境因素的关系。

2.构建兰州市土壤全氮和有机质含量的空间预测模型，并测试其精度和稳定性。

3.为兰州市土壤质量管理和土地利用决策提供科学依据。

三、研究内容和方法1.采集土壤全氮和有机质含量的野外调查数据。

通过现场取样和实验室分析得到合法可靠的土壤全氮和有机质含量数据。

2.建立兰州市土地利用类型、地形因素和降水等环境因素的空间数据库，包括土地利用类型图、地形图和气象数据。

3.利用ArcGIS软件进行空间分析、空间插值和空间可视化，提取土壤全氮和有机质含量的空间变异性和分布特征，分析其空间关系。

4.使用地统计学和回归分析等方法探究土壤全氮和有机质含量的空间自相关和影响因素，利用地理加权回归模型预测空间分布。

5.测试模型精度和稳定性，对模型结果进行验证和优化。

四、研究意义本研究将对兰州市土壤质量的空间分布特征和影响因素进行深入探究，为土壤质量评价和管理提供科学依据。

通过综合分析土地利用类型、地形因素和降水等环境因素对土壤全氮和有机质含量的影响，将有助于制定优化的土地利用措施，提高土壤质量和农业生产效益。

2025年高考地理复习之小题狂练300题（解答题）：农业（10题）一．解答题（共10小题）1．（2024•安徽）阅读图文材料，完成下列要求。

佛手为热带、亚热带植物，具有药用、食用和观赏价值。

喜暖湿，适合在土层深厚、疏松肥沃、排水良好的土壤中生长。

绿化村位于四川省乐山市沙湾区，喀斯特地貌广布。

近年来，绿化村采取了“土地流转+优先雇用+分红”的模式进行佛手种植，石缝里长出了“金果果”，“石缝经济”得到大力发展（如图），昔日“石山”变“青山”进而变“金山”，走出了一条山区发展富民产业的乡村振兴之路。

（1）分析该地佛手种植的限制性自然条件，并提出相应的治理工程措施。

（2）分析“土地流转+优先雇用+分红”模式对该地佛手种植业发展的重要作用。

（3）为进一步促进“石山”变“青山”进而变“金山”，从产业关联的视角为该地佛手产业发展提出建议。

2．（2024•选择性）阅读文字材料，完成下列要求。

山西省偏关县地处黄土高原沟壑丘陵区，沟壑占全县总面积的47.8%。

经近50年综合治理，全县绿化率由4%增加到40%。

2019年，国家实施黄河流域生态保护和高质量发展战略，偏关县坚持生态优先、绿色发展，推广优质杂粮种植，建设“非笼养”蛋鸡养殖基地，不断扩大养殖规模，并积极开拓国际市场。

“非笼养”蛋鸡养殖采用清洁化生产方式和国际先进的健康养殖技术，创造优良的养殖环境，满足消费者对产品质量和安全的需求。

产品健康、安全、可追溯，主要供给知名餐饮企业，现已获得“非笼养”国际标识许可和出口备案审核。

（1）简述偏关县发展“非笼养”蛋鸡养殖的优势条件。

（2）分析市场因素对偏关县“非笼养”蛋鸡养殖发展的影响。

（3）说明“非笼养”蛋鸡养殖对偏关县绿色发展的积极作用。

3．（2024•贵港二模）阅读图文材料，完成下列要求。

张掖位于甘肃省河西走廊中段，南靠青藏高原，北依巴丹吉林沙漠，黑河贯穿全境。

黑河从祁连山北麓奔腾而下形成了冲积扇，当地聚落多分布在祁连山山前冲积扇上。

张掖市地处甘肃省河西走廊中部,凭借得天独厚的自然条件和区位优势已成为我国最大的杂交玉米种子生产基地。

随着制种产业的发展,生产基地多年重茬耕地连作障碍凸显,制种玉米产量、质量与效益持续增长乏力,一定程度上制约了当地农民增收和农村经济的快速健康发展。

为有效缓解基地掠夺式生产经营和耕地负荷过重的问题,合力破解河西灌区玉米制种产业质量与效益增收瓶颈,有力提升制种产业综合生产能力和市场竞争力,2019年在河西灌区制种玉米主要生产基地张掖市甘州区、临泽县和高台县三县(区)开展了“水肥一体化+有机替减无机”模式试验研究,通过分析增施商品有机肥,减少化肥用量对制种玉米产量的影响,科学确定有机肥替减化肥的适宜比例,为化肥减量行动和耕地地力提升提供理论与实践支撑。

1材料与方法1.1试验地概况试验于2019年4~10月在河西走廊国家级玉米制种生产基地的张掖市甘州区党寨镇田家闸村(L 1)、临泽县鸭暖镇五泉村(L 2)、高台县巷道镇东联村(L 3)3地进行。

试验地块地势平坦,水肥一体化设施配备齐全;前茬作物为制种玉米,秋收后旋耕灭茬、灌冬水蓄墒。

供试土壤均为河西绿洲典型的灌漠土,土壤质地为壤质,肥力均匀中上水平(表1)。

1.2试验材料试验用的商品有机肥均符合农业行业标准“NY525-2002”,有机质≥45%、总养分(N+P 2O 5+K 2O )≥5%、水分≤30%、pH 5.5~8.5,褐色颗粒状;施用“水肥一体化+有机替减无机”模式对河西灌区制种玉米产量及耕地基础地力的影响摘要:在河西走廊杂交玉米种子生产基地核心区域张掖市甘、临、高三县(区)开展试验研究了“水肥一体化+有机替减无机”模式对制种玉米产量、经济效益及耕地基础地力的影响。

结果表明,在河西制种玉米水肥一体化生产区每亩增施300~500kg 商品有机肥可替减5%~10%化肥,“水肥一体化+有机替减无机”模式适合大面积推广应用。

关键词:制种玉米;水肥一体化;有机替减;耕地质量赵蕊1毛涛1付忠卫1师伟杰2毛森煜3王占海4王勤礼5(1.张掖市耕地质量建设管理站甘肃张掖734000;2.张掖市甘州区农业技术推广中心甘肃张掖734000;3.临泽县农业技术推广中心甘肃临泽734200;4.高台县农业技术推广中心甘肃高台734300;5.河西学院甘肃张掖734000)表1各试验点耕层土壤(0~20cm )养分情况试验点海拔(m )pH 有机质(g/kg )全氮(g/kg )碱解氮(mg/kg )有效磷(mg/kg )速效钾(mg/kg )L 11501.38.2016.2 1.0294.220.5178L 21408.48.3716.80.9085.029.8162L 31358.08.5715.70.9182.433.0140基金项目:祁连山(黑河流域)山水林田湖生态保护修复治理有机肥替代化肥示范推广奖补项目;张掖市耕地质量提升与化肥减量增效项目;张掖市耕地质量提升与化肥减量增效技术集成研究与示范推广项目。

工 作 研 究农业开发与装备 2020年第4期农田土壤养分的空间变异性特征分析岳惠玲（磐石市烟筒山镇农业技术推广站，吉林磐石 132302）摘要：土壤养分的空间变异性特性分析工作可以了解在一定的土壤发展空间内，各个区域的养分类型和含量的变化情况，在此基础上制定今后的肥料施放方案。

对于土壤的养分空间来说，需要管理和分析的项目包括土壤的地下深层区域养分分布装填和土壤表面的养分分布状态，采用取样调查和分析方法高精度分析。

关键词：农田系统；土壤养分；空间变异特征0 引言土壤养分的空间变异性特征分析中要考虑所有的养分类型和养分调整方法，空间上的划分包括土壤表层的养分分析和土壤底层中的养分分析工作。

考虑到土壤中的含水量会对养分含量造成不同的影响，所以要进一步分析不同含水量状态下的土壤养分状态。

1 农田土壤养分的空间变异特征研究方法1.1 土地划分工作本文选择的土地位于我国吉林省，该地区的主要粮食作物是水稻和玉米，作物栽植中农作物处于一年一熟状态，其中土地西北角区域的玉米田和水稻田接壤，沿玉米田对角线方向距离水源地距离逐渐提高。

选择的土地面积为1 hm2，把整个取样范围划分出了100个取样地块，单个地块的面积参数是10 m×10 m，一共在这些区域中定位了98个取样点。

在取样地块土壤深度上的划分中，设置了两个取样深度参数，一个是0~20 cm的深度区间内，另一个是80~100 cm的深度区间内，为了消除取样点位置偏差对于最终结果造成的负面影响，本文采取的方式是不同深度空间内的采样中心线重合，通过这一方法提高获取结果的应用价值。

另外该过程中也确定了养分的检测内容，由于含水量会对养分含量造成一定的影响，所以优先检测项目必然是土壤中的含水量，其余的养分包括NH4-N、NO3-N、Olsen-P、土壤的表面有机质和表层全氮。

在确定了不同地块含水量之后，采用相关设备检测土壤中的这类养分[1]。

1.2 养分检测工作对于土壤中的不同养分来说，为了提高检测精度要使用不同的检测技术和检测设备，其中最优先分析的参数为采样区域中土壤的含水量，该过程采用烘干法完成测量和检测工作。

彭轶楠，赵廷伟，梁燕，等.施用复合微生物菌肥对河西走廊盐碱地的改良效果［J ］.中南农业科技，2024，45（3）：3-8．土地是人类宝贵的自然资源。

甘肃省河西地区位于亚欧大陆的腹地，中国的西北内陆，占地约2700万hm 2［1］，地形狭长，气候干燥，属明显的温带大陆性季风气候［2］。

由于其降水少，蒸发强，加之当地以灌溉农业为主，致使盐分不断向土壤表层积聚［3］，形成大面积盐渍土壤，盐碱土壤面积占总面积的6.67%［4］。

当土壤含盐量过高时，会改变土壤理化性质，致使发生土壤板结、肥力降低的现象，严重时会抑制和毒害作物生长，甚至引起作物死亡［5］。

21世纪以来，土壤盐碱化得到全国各地政府及相关科研单位和企业的重视，从国家到地方都投入了大量的人力和财力，采取工程、水利、生物及化学等改良措施进行盐碱地的治理工作，取得了一定的成效［6］。

但因工程、水利措施投入大，不适合大范围推广使用；种植盐生植物投资小、可持续，但周期长，因此在西北河西走廊干旱地区难以推广应用。

添加土壤盐碱改良剂来调节土壤盐碱化是研究较多的方式，其具有易实施、成本低、效率高、适用范围广的特点，已被很多地区推广使用。

土壤盐碱改良剂在一定程度上可以改善土壤的理化性质和降低土壤含盐量。

土壤盐碱改良剂的作用机制包括生物作用、化学作用和物理作用。

不同类型的改良剂，作用机制也不相同［7］。

国内外土壤盐碱改良剂品种繁多，以其主要成分可以分为三大类，分别是以化学元素为主的化肥改良剂、有机物质为主的有机改良剂和含微生物等生命物质的生物改良剂。

不同类别的改良剂在性质、组成、作用机理及不同土壤类型上的施用效果相差较大，因此，选择合适的土壤改良剂是修复盐碱土壤的关键。

其中，以微生物为主的生物改良剂受到科研工作者的广泛关注，现已发现多种不同功能的微生物，如解磷菌、解钾菌、固氮菌、菌根菌、光合菌等多种耐盐碱微生物。

利用微生物的生命活动来增加土壤中氮、有效磷、有效钾的含量，将土壤中一些植物不能直接利用的物质转换为可被其吸收利用的营养物质，通过调节作物内含物的物质水平抑制植物病原菌，提高土壤肥力，降低盐碱地土壤盐含量与pH ，达到改善盐碱地土壤条件的目的［8］。

河西走廊中段荒漠植被组成及土壤养分空间分布特征安宁;郭彬;张东梅;杨淇越;罗维成【期刊名称】《干旱区研究》【年(卷),期】2024(41)3【摘要】荒漠植被是河西走廊绿洲生态安全防护的重要屏障,研究荒漠植被组成及土壤养分分布特征对于荒漠—绿洲过渡带荒漠植被建设及管理有重要意义。

本研究基于大量野外调查,并使用传统统计学与地统计学方法,研究了河西走廊中段及巴丹吉林沙漠南缘荒漠植被组成及土壤养分特征,并解析了其与环境因子的相关关系。

结果表明:河西走廊中段及巴丹吉林沙漠西南缘荒漠区植物组成单一,多样性较低,且植物种类集中在少数科中,出现频度高的植物均为红砂(Reaumuria songarica)和白刺(Nitraria tangutorum)等典型荒漠植物。

草本植物分布与年均降水量有较强相关性,研究区最南端的山丹县草本生物量达到108.01 g·m^(-2),在一定年降水量区间,灌木生物量随降水增加而增加,最高值出现在靠近祁连山北坡的肃州区,为134.03 g·m^(-2);降水量的增加,会显著促进草本植物的生长。

研究区表层土壤有机碳、总氮、总磷含量最高,其平均值分别为2.12 g·kg^(−1)、0.25 g·kg^(−1)、0.41 g·kg^(−1),且离散程度较底层土壤更高;水平方向上三种土壤养分变异程度高,空间自相关性弱,最高值出现在张掖绿洲附近,分别达到11.22 g·kg^(−1)、1.30 g·kg^(−1)、0.73 g·kg^(−1)。

主成分分析显示,造成研究区生境差异的首要因素是土壤属性,其次是降水,但不同环境因子之间也会互相影响,共同驱动了荒漠植被组成及分布。

【总页数】12页(P432-443)【作者】安宁;郭彬;张东梅;杨淇越;罗维成【作者单位】中国科学院西北生态环境资源研究院;中国科学院大学;甘肃农业大学【正文语种】中文【中图分类】Q94【相关文献】1.荒漠人工固沙植被区土壤性状的空间分布特征2.荒漠草原不同植被覆盖下土壤粒度组成与速效养分特征3.准噶尔盆地南缘绿洲-荒漠过渡带植被斑块格局土壤水盐及养分分布特征的分析4.黑河中游山前荒漠和绿洲荒漠过渡带土壤植被空间分布特征研究5.荒漠绿洲过渡带土壤水分空间分布特征及对植被的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

河西走廊荒漠土壤微生物多样性及其环境响应河西走廊荒漠土壤微生物多样性及其环境响应引言：河西走廊是中国北方干旱半干旱区域的代表，其特殊的地理环境和气候条件使得该地区的土壤面临巨大的生态压力。

作为土壤生态系统的重要组成部分，土壤微生物在维持生态平衡和生态功能方面起着关键作用。

因此，研究河西走廊荒漠土壤微生物多样性及其对环境的响应对于了解干旱地区土壤生态系统的变化具有重要的科学意义。

一、河西走廊荒漠土壤微生物多样性的研究现状目前，关于河西走廊荒漠土壤微生物多样性的研究主要集中在微生物群落结构、物种多样性和功能多样性等方面。

通过利用高通量测序技术，可以快速准确地获得土壤微生物的基因序列信息，从而揭示土壤微生物的多样性和结构。

研究发现，河西走廊荒漠土壤微生物多样性与环境因子存在密切关系，温度、湿度、pH值和土壤养分等因素对土壤微生物群落的组成和分布产生明显影响。

二、河西走廊荒漠土壤微生物多样性的影响因素1. 土壤干旱：河西走廊地区长期干燥少雨，土壤水分含量极低，这导致土壤微生物的分布和组成受到限制。

研究表明，土壤干旱程度越高，土壤微生物多样性越低，相关微生物丰度也会显著降低。

2. 土壤盐碱：河西走廊地区盐碱化问题严重，土壤中大量的盐分和高碱性导致土壤微生物的数量和多样性下降。

高盐环境中，土壤微生物除了耐盐或耐碱菌外，其他菌类的存活受到严重抑制。

3. 植被覆盖度：河西走廊荒漠地区植被覆盖度低，土壤表面长期暴露在阳光下，温度升高，地表土壤贫瘠，这直接影响了土壤微生物的多样性和数量。

4. 土壤养分：河西走廊荒漠土壤中养分含量普遍较低，缺乏充足的氮、磷、钾等营养物质，这对土壤微生物的生长和繁殖造成一定的限制。

三、河西走廊荒漠土壤微生物多样性的环境响应1. 群落结构的变化：河西走廊荒漠土壤微生物群落由耐干旱和耐盐碱的微生物种群为主，而富营养的土壤和水分充足的环境则有助于增加土壤微生物的多样性。

2. 物种多样性的变化：河西走廊荒漠土壤微生物多样性受土壤水分和盐碱度等环境因素的影响较大。

张掖地区农田土壤农化性状测试结果与分析
侯格平
【期刊名称】《甘肃农业科技》
【年(卷),期】1995(000)007
【摘要】１９９０年对张掖地区９２个农田土壤样品的３８个项目农化性状进行
了测试分析，与１９８６年全区土壤普查结果相比，土壤有机质消耗严重，全氮，速效氮均降低，全磷与速效磷略有提高，钾素有效含量降低，土壤微量元素（Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｎ）的有效含量较高，盐碱土阴离子组成以ＨＣＯ＾－３和ＳＯ＾２－４为主。

【总页数】2页(P31-32)
【作者】侯格平
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】S153
【相关文献】
1.免耕、覆盖、深松配套技术及耕作模式的研究（之四）——试验结果与分析(对
土壤物理性状、作物生长发育和产量的影响) [J], 牟善积
2.茄子数量性状遗传力估算结果与分析 [J], 陈庆英
3.施用腐植酸和生物肥对草莓品质、产量及土壤农化性状的影响 [J], 刘继培;刘唯一;周婕;李桐;赵跃;张蒙;
4.施用腐植酸和生物肥对草莓品质、产量及土壤农化性状的影响 [J], 刘继培;刘唯
一;周婕;李桐;赵跃;张蒙
5.施用腐植酸和生物肥对草莓品质、产量及土壤农化性状的影响 [J], 刘继培;刘唯一;周婕;李桐;赵跃;张蒙
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第37卷第6期2023年12月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .6D e c .,2023收稿日期:2023-04-11资助项目:国家自然科学基金项目(51779099);河南省高校基本科研业务费专项(N S F R F 230631) 第一作者:薛华柱(1977 ),男,博士,副教授,主要从事地表参数定量反演研究㊂E -m a i l :x h z @h p u .e d u .c n 通信作者:董国涛(1982 ),男,博士,正高级工程师,主要从事水文水资源遥感研究㊂E -m a i l :d o n g g u o t a o @h k y .y r c c .go v .c n 河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征薛华柱1,金磊1,董国涛1,2,3,张浩杰1,李自闯1(1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院,河南焦作454000;2.黄河水利委员会黄河水利科学研究所,郑州450003;3.黑河水资源与生态保护研究中心,兰州730030)摘要:为探究河西走廊地区土壤冻融规律,基于E R A 5-L A N D 逐小时地表温度数据,通过划分不同冻融阶段并结合M a n n -K e n d a l l 趋势检验及线性回归法,分析河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征㊂结果表明:(1)春季过渡期发生天数呈现平原多山区少,总体年均发生天数为65天以上,完全融化期发生天数整体上为北部多于南部,在同一纬度上呈东部多于西部,且发生天数为200天以上的地区不断增加;秋季过渡期年均发生天数最少,为50天左右,完全冻结期发生天数随海拔升高而增加,其中春季过渡期发生天数的空间分布随时间变化较明显㊂(2)春季过渡期和完全融化期起始日期由北向南逐渐推迟,南北差异最大为90天以上,且不同时期完全融化期起始日期空间分布变化明显㊂秋季过渡期起始日期与前者相反,由北向南逐渐提前,不同时期空间分布无明显差异㊂绝大部分地区在12月份进入完全冻结期,高海拔山区在11月份进入完全冻结期㊂(3)研究区大部分地区春季过渡期起始日期滞后,完全融化期起始日期提前,故春季过渡期发生天数总体以0.2天/年的速率减少,而大部分地区秋季过渡期起始日期滞后,致使完全融化期发生天数以0.3天/年的速率增加㊂研究区北部完全冻结期发生天数呈增加趋势,而南部祁连山脉一带则呈现减少趋势,完全冻结期起始日期总体以0.03天/年的速率推迟㊂(4)山地㊁绿洲和荒漠地区近40年完全融化期发生天数分别以0.393,0.321,0.288天/年的速率增加,起始日期分别以0.134,0.188,0.206天/年的速率提前,完全冻结期发生天数分别以0.353,0.219,0.016天/年的速率减少,起始日期以0.06,0.10,0.01天/年的速率推迟㊂在全球变暖趋势下,年均气温每升高1ħ,完全融化期发生天数增加8.1天,起始日期提前4.53天,完全冻结期发生天数减少9.02天,起始日期推迟3.27天㊂研究结果可为土壤冻融对气候变化响应相关研究提供理论依据㊂关键词:土壤冻融状态;E R A 5-L A N D ;时空变化;河西走廊中图分类号:S 152 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)06-0065-09D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.06.009A n a l y s i s o f S p a t i o t e m po r a lV a r i a t i o n s o f F r e e z e -t h a wS t a t e o f S u r f a c e S o i l i nH e x i C o r r i d o r i nR e c e n t 40Y e a r sX U E H u a z h u 1,J I N L e i 1,D O N G G u o t a o 1,2,3,Z H A N G H a o j i e 1,L I Z i c h u a n g1(1.S c h o o l o f S u r v e y i n g a n dL a n dI n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g ,H e n a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ,J i a o z u o ,H e n a n 454000;2.Y e l l o w R i v e rC o n s e r v a n c y R e s e a r c hI n s t i t u t e ,Y e l l o w R i v e rC o n s e r v a n c yC o m m i s s i o n ,Z h e n g z h o u 450003;3.H e i h eW a t e rR e s o u r c e s a n dE c o l o gi c a lP r o t e c t i o nR e s e a r c hC e n t e r ,L a n z h o u 730030)A b s t r a c t :I no r d e rt oe x p l o r et h el a w o fs o i l f r e e z e -t h a wi n H e x iC o r r i d o r ,b a s e do nt h eh o u r l y su r f a c e t e m p e r a t u r e d a t ao fE R A 5-L A N D ,t h ec h a n g e so f s u r f a c es o i l f r e e z e -t h a ws t a t e i nt h e p a s t40y e a r sw e r e a n a l y z e db y d i v i d i n g d i f f e r e n t f r e e z e -t h a ws t a g e sa n dc o m b i n i n g M a n n -K e n d a l l t r e n dt e s ta n dl i n e a rr e g r e s s i o n m e t h o d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t :(1)T h en u m b e ro f o c c u r r e n c ed a y s i nt h es p r i n g t r a n s i t i o n p e r i o dw e r e m o r e i n p l a i n s t h a n i nm o u n t a i n o u s a r e a s ,a n d t h e a v e r a g e a n n u a l o c c u r r e n c ed a y sw e r em o r e t h a n65d a ys .T h en u m b e r o f o c c u r r e n c e d a y s o f c o m p l e t em e l t i n gp e r i o dw a sm o r e i n t h e n o r t h t h a n i n t h e s o u t h ,m o r e i n t h e e a s t t h a n i n t h ew e s t a t t h e s a m e l a t i t u d e ,a n d t h e n u m b e r o f o c c u r r e n c e d a y s i nm o r e t h a n 200d a ysw a s i n c r e a s i n g .T h en u m b e ro fa v e r a g ea n n u a lo c c u r r e n c ed a ys i nt h ea u t u m nt r a n s i t i o n p e r i o d w a st h e l e a s t ,a b o u t50d a y s,a n d t h en u m b e ro f d a y so f c o m p l e t e f r e e z i n g i n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo f a l t i t u d e,a m o n g w h i c h t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o no f t h e n u m b e r o f d a y s i n t h e s p r i n g t r a n s i t i o n p e r i o d c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y w i t h t i m e.(2)T h es t a r td a t eo ft h es p r i n g t r a n s i t i o n p e r i o da n dt h ec o m p l e t e m e l t i n gp e r i o d w a s g r a d u a l l y p o s t p o n e d f r o mn o r t h t o s o u t h,a n d t h em a x i m u md i f f e r e n c e b e t w e e n t h e n o r t h a n d t h e s o u t hw a sm o r e t h a n 90d a y s,a n dt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no f t h es t a r td a t eo f t h ec o m p l e t e m e l t i n gp e r i o di nd i f f e r e n t p e r i o d s c h a n g e d s i g n i f i c a n t l y.T h e s t a r t d a t e o f t h e a u t u m n t r a n s i t i o n p e r i o dw a s t h e o p p o s i t eo f t h e f o r m e r,g r a d u a l l y a d v a n c i n g f r o mn o r t h t o s o u t h,a n d t h e r ew a s n oo b v i o u s d i f f e r e n c e i ns p a t i a l d i s t r i b u t i o nb e t w e e nd i f f e r e n t p e r i o d s.M o s ta r e a sw e r ec o m p l e t e l y f r o z e ni n D e c e m b e r,a n dh i g h-a l t i t u d e m o u n t a i n o u sa r e a sw e r ef u l l y f r o z e n i nN o v e m b e r.(3)T h e s t a r t d a t e o f t h e s p r i n g t r a n s i t i o n p e r i o dw a s l a g g i n g b e h i n d i nm o s t a r e a s o f t h e s t u d y a r e a,a n d t h e s t a r td a t eo f t h ec o m p l e t em e l t i n gp e r i o dw a sa d v a n c e d,s ot h en u m b e ro fd a y so f t h e s p r i n g t r a n s i t i o n p e r i o dd e c r e a s e d a t a r a t e o f0.2d/a,w h i l e t h e s t a r t d a t e o f t h e a u t u m n t r a n s i t i o n p e r i o d i n m o s t a r e a sw a s l a g g i n g,r e s u l t i n g i n t h e i n c r e a s e o f t h en u m b e r o f d a y s o f c o m p l e t em e l t i n gp e r i o d a t a r a t e o f0.3d/a.T h en u m b e r o f d a y s o f c o m p l e t e f r e e z i n gp e r i o d i n t h en o r t h e r n p a r t o f t h e s t u d y a r e a i n c r e a s e d, w h i l e t h e s o u t h e r nQ i l i a n M o u n t a i n s s h o w e d ad e c r e a s i n g t r e n d,a n d t h e s t a r t d a t eo f t h e c o m p l e t e f r e e z i n g p e r i o dw a s g e n e r a l l y d e l a y e d a t a r a t e o f0.03d/a.(4)T h e n u m b e r o f d a y so f c o m p l e t em e l t i n g i n m o u n t a i n o u s a r e a s,o a s e s a n dd e s e r t a r e a s i n t h e p a s t40y e a r s i n c r e a s e da t t h e r a t e so f0.393,0.321a n d0.288d/a,t h e s t a r t d a t ew a sa d v a n c e db y0.134,0.188a n d0.206d/a,t h en u m b e ro fd a y so fc o m p l e t ef r e e z i n gp e r i o dd e c r e a s e db y0.353,0.219,a n d0.016d/a,r e s p e c t i v e l y,a n d t h e s t a r t d a t ew a sd e l a y e da t t h e r a t eo f0.06,0.1,0.01d/a.U n d e r t h e t r e n d o f g l o b a lw a r m i n g,f o r e v e r y1ʎC i n c r e a s e i n a n n u a l a v e r a g e t e m p e r a t u r e,t h e n u m b e r o f d a y s o f c o m p l e t em e l t i n g i n c r e a s e db y8.1d a y s,t h es t a r td a t ew a sa d v a n c e db y4.53d a y s,t h e n u m b e r o f d a y s o f c o m p l e t e f r e e z i n gp e r i o dd e c r e a s e db y9.02d a y s,a n d t h e s t a r td a t ew a sd e l a y e db y3.27 d a y s.T h e r e s u l t s c a n p r o v i d e a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h e s t u d y o f s o i l f r e e z e-t h a wr e s p o n s e t o c l i m a t e c h a n g e. K e y w o r d s:s o i l f r e e z e-t h a ws t a t e;E R A5-L A N D;s p a t i o t e m p o r a l v a r i a t i o n s;H e x i C o r r i d o r土壤冻融循环是指热量的季节或昼夜变化所引起土壤表层出现冻结解冻交替的过程,直接影响地表土壤水分的变化,从而改变土壤的热状况㊁结构和性质[1]㊂土壤冻融循环受气候变化㊁地形地貌以及植被覆盖等多种因素的共同影响,主要发生在高海拔或高纬度的冰冻圈㊂近年来,受气候变暖影响,冻土层的地表分布和活动层厚度发生显著变化[2]㊂目前为止,存在于北半球的多年冻土区约有2100万k m2,而多年冻土实际面积约为1400万k m2,中国作为世界冻土大区,多年冻土占国土面积的21.5%,季节冻土占53.5%[3]㊂位于中国西北部的河西走廊,存在着大面积的季节性冻土,冻结期具有不透水的特性,因此,在冻融交替变化的过程中影响融雪水下渗,进而改变土壤水热平衡状态,且对陆地生态系统㊁水文过程及碳循环㊁气候系统等也具有深刻影响[4]㊂传统土壤冻融循环研究主要利用站点监测和数值模拟等方法㊂苏玥等[5]利用22个气象观测站数据,结合M a n n-K e n d a l l法㊁多元线性回归等方法,分析内蒙古1981 2018年最大冻土时空分布特征及年际变化;张昊琛等[6]利用内蒙古45个气象站点近40年日均地表温度数据㊁全球陆面再分析产品数据及N D V I数据,研究内蒙古地表冻融指数的时空分布特征;张戈等[7]利用玛曲2017 2018年土壤温度/湿度观测资料并结合陆面模式C L M5.0模拟资料,探讨冻融过程中地表水热交换特征;蔡林彤等[8]利用实测站点数据结合G L D A S-N O-A H陆面模式数据分析青藏高原中部冻结强度变化及其与气温的关系㊂然而基于气象站点观测数据进行研究,其研究结果受站点数量及分布的影响较大,而且有一定的区域局限性,不能应用于大面积区域,数值模拟的方法虽然可以较好地反映土壤冻融的空间分布特征,但其容易受大气压迫场及模式冻融参数的影响,模拟结果仍存在一定的偏差[9]㊂遥感技术相较于站点监测具有更大的优势,使连续监测成为可能,且可以突破区域尺度局限性,沈麒凯等[10]利用F o u r i e r非线性模型对MO D I S㊁AM S R-E㊁AM S R-2等遥感数据进行融合,研究青藏高原2002 2020年近地表土壤日冻融循环时空变化;蒋雨芹等[11]利用玛曲观测场地基微波辐射计观测数据㊁浅层土壤温度和近地面气温数据,通过构建不同土壤冻结因子评估黄河源区草原下垫面土壤冻融过程;邵婉婉[12]利用被动微波遥感数据,研究北半球1979 2015年逐日地表土壤冻融状态,但遥感数据66水土保持学报第37卷受限于空间分辨率及混合像元等因素影响,研究结果仍存在一定的不确定性[13]㊂大气再分析数据产品同化大量卫星资料以及地面和高空等常规观测资料,与传统实测数据相比,具有时间序列长㊁覆盖面广㊁分辨率高㊁不受地形地貌条件限制等特点[14]㊂目前,已知的再分析数据集中E R A5-L A N D的地表温度数据与实地观测数据更接近,且支持与水资源㊁土地和环境管理相关的各种应用[15]㊂岳书平等[1]利用E R A5-L A N D地表温度数据研究中国东北地区土壤冻融状态时空变化特征;L i 等[16]利用E R A5-L A N D数据集定量分析1950 2020年中国无霜期和霜冻天数时空变化趋势㊂河西走廊是中国重要的商品粮基地,也是气候变化的敏感区和生态的脆弱区㊂研究河西走廊地区土壤冻融规律对粮食的影响具有重要意义㊂目前河西走廊地区土壤冻融的研究相对较少,因此,拟利用1981 2020年E R A5-L A N D土壤温度数据来研究河西走廊近地表冻融状态及时空变化特征㊂1材料与方法1.1研究区概况河西走廊(37ʎ15' 41ʎ30'N,92ʎ21' 104ʎ45'E)位于中国甘肃省西北部祁连山和北山之间,东起乌鞘岭,西至玉门关,南以祁连山为界,北与内蒙古毗邻[17],除山区和小部分绿洲外,广大区域为荒漠戈壁(图1),属干旱大陆性气候,年均降水量约200m m,南部祁连山地区有许多雪峰和冰川,是三大水系发源地,自西向东依次为是疏勒河㊁黑河和石羊河流域㊂疏勒河流域位于走廊的西段,发源于祁连山脉西段托来南山与疏勒南山之间,流域面积10.18万k m2;黑河流域位于走廊中段,发源于祁连山中部腹地,流域面积约14.29万k m2,是我国西北地区第二大内陆河流域;石羊河流域位于走廊东段,发源于祁连山北麓的冷龙岭,流域面积4.16万k m2,主要支流有大景河㊁古浪河㊁黄羊河等㊂近些年,河西走廊平均气温呈明显上升趋势,年均降水量较少,是气候变化的敏感区,也是我国西北地区最主要的经济作物集中产区,有 西北粮仓 之称㊂图1研究区概况1.2数据来源及预处理所用的地表0 7c m土层土壤温度数据(时间分辨率1h,空间分辨率0.1ʎ)及月平均2m气温数据(空间分辨率0.1ʎ)来自于欧洲中期天气预报中心(E C WM F)提供的E R A5-L A N D再分析数据集[18],该数据集是通过E C-WM F第五代再分析产品E R A5近地表大气场驱动的单一模拟生成的㊂再分析数据是将模型数据与来自世界各地的观测数据结合起来,利用物理学定律形成1个全球完整的㊁一致的数据集㊂Z h a o等[19]使用祁连山地区17个气象站实测地表气温数据与E R A5-L A N D再分析产品进行对比,验证E R A5-L A N D数据可以很好地再现地表气温的变化趋势㊂为检验再分析数据集地表土壤温度在河西走廊地区适用性,利用国家青藏高原科学数据中心提供的地面观测数据[20],选择3个典型气象站点(大沙龙站㊁荒漠站㊁黑河遥感站)的地表4c m土层土壤温度数据与再分析数据进行比较,站点位置见图2,对比结果见图3,E R A5-L A N D数据与站点实测数据在不同地区均表现出很好的相关性,相关系数分别为0.95,0.99, 0.96㊂土地覆盖类型数据是来自中分辨率成像光谱仪(M O D I S)土地覆盖产品M C D12Q1,空间分辨率为500m,高程数据来源于A S T G T M数据集,空间分辨率为30m㊂利用MA T L A B逐像元读取并裁剪统计得到研究区地表0 7c m逐日最高温和最低温,以10年为间隔将上述统计数据划分为4个时期,即1981 1990年逐日最高温㊁1981 1990年逐日最低温㊁1991 2000年逐日最高温㊁1991 2000年逐日最低温,以此类推,最后统计站点数据的逐日最高温㊁最低温和年平均气温㊂图2河西走廊2020年土地覆盖类型数据1.3研究方法1.3.1 M a n n-K e n d a l l(M-K)趋势检验 M a n n-K e n-d a l l(M-K)是1种非参数检验法,常用于分析降雨㊁径流㊁气温等要素的时间序列变化趋势,不需要样本服从特定的分布,而且不容易受到数据中存在的异常值干扰[21]㊂假定气候变化是稳定的,时间序列相互独立,且保持相同连续分布㊂对于具有n个样本量的时间序列(x1,x2, ,x i)76第6期薛华柱等:河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征S =ðn -1k =1ðnj =k +1S g n (x j -x k )k ʂj 且k ,j ɤn (1)S gn (x j -x k )=+1 (x j -x k )>00 (x j -x k )=0-1 (x j -x k )<0ìîíïïïï(2)S 为正态分布,其均值为0,方差为:v a r (S )=n (n -1)(2n +5)/18(3)当为长时间序列时,即n >10时,标准的正态统计变量用计算式:Z =S -1 V a r (S ) S >00 S =0S +1Va r (S ) S <0ìîíïïïïïï(4)当检验统计量Z >0表示序列呈增加趋势,Z <0表示呈减少趋势;当Z 的绝对值>1.96或>2.58时,表明趋势达到0.05或0.01显著性水平㊂图3 站点和E R A 5-L A N D 地表土壤温度数据对比1.3.2 研究区土壤冻融阶段划分 目前,界定土壤冻融状况主要通过阈值法进行判断[22]㊂根据不同研究情况,所选的阈值也不同,大多数研究均以0ħ作为判断冻融状态的阈值,但也有一部分学者把地表温度连续几天低于0ħ作为判断冻融状态的标准[23]㊂根据已有的研究[22-23]并结合研究区情况,选择0ħ作为判断土壤冻融状态的阈值㊂关于土壤冻融阶段的划分,葛俊等[24]利用平均日变化法,以13天为滑动型 时间窗口对数据进行处理,并以0ħ为阈值将1年冻土划分为完全融化㊁完全冻结㊁融化过程和冻结过程4个阶段;焦永亮等[25]根据浅层土壤的日最高温和日最低温将浅层土壤划分为土壤完全融化㊁土壤日冻融发生及土壤完全冻结3个阶段;林笠等[26]将数据进行7天滑动平均处理,并以连续5天日最低温和日最高温与0ħ比较,将冻融阶段划分为完全冻结期㊁无冻结期㊁秋冬始冻期及冬春解冻期㊂拟将地表土壤温度数据进行5天滑动平均处理,以0ħ为阈值将日最高温低于0ħ的第1天至最后1天归为完全冻结期;最低温度高于0ħ的第1天至最后1天归为完全融化期;最高温度高于0ħ且最低温度低于0ħ的时期归为冻融过渡期,并以8月份第1天为界限,冻融过渡期发生在此之前为春季过渡期,在此之后则为秋季过渡期㊂在发生冻融交替后仍然会出现完全冻结情况,考虑到地表对气候变化非常敏感,本文将第1次出现冻融交替的日期作为冻融过渡期的开始㊂为方便数据统计,将1月1日至12月31日按照时间顺序进行编号,1月1日为1年的开始,作为第1天,以此类推㊂根据确定的冻融阈值和划分的冻融阶段,将数据每10年取1次平均,分别统计各冻融阶段的发生天数和起始日期,对比其不同时期的空间分布,并对1981 2020年各冻融状态进行逐年统计,利用M K 趋势检验法分析河西走廊近40年地表不同冻融状态的变化趋势㊂2 结果与分析2.1 不同土壤冻融状态发生天数的空间差异图4为河西走廊近40年不同冻融状态发生天数分布图㊂1981 1990年的冻融变化情况与之后30年情况类似,河西走廊近地表土壤秋季过渡期发生天数最少,年均发生天数为50天;春季过渡期和完全冻结期基本相同,年均发生天数普遍为65天以上;完全融化期发生天数最多,年均发生天数为170天以上㊂由图4a 可知,河西走廊西部春季过渡期发生天数多于东部,并且呈现从东南向西北逐渐增加趋势,发生天数较少的区域位于石羊河流域上游的乌鞘岭 冷龙岭一带;发生天数较多的区域位于黑河流域和疏勒河流域下游的低海拔平原区,发生天数均为85天以上,且从整体上来看,研究区范围内大部分地区春季过渡期发生天数均为70天以上㊂通过对比4期数据发现,不同区域春季过渡期发生天数有明显变化,研究区东北部低海拔区域发生天数呈明显减少趋势,乌鞘岭 冷龙岭区域发生天数呈增加趋势㊂由图4b 可知,近地表土壤完全融化期发生天数的空间分布具有明显的纬度地带性和垂直地带性,整体上呈现由南向北逐渐增加趋势,北部各流域下游的绿洲及荒漠区发86水土保持学报 第37卷生天数普遍为160天以上㊂受海拔影响较大,祁连山脉一带的高海拔地区完全融化期发生天数最少,随着海拔下降,发生天数逐渐增加,各流域下游低海拔平原区域的发生天数最多,尤其是荒漠区,土壤水分含量低,地表温度较高,完全融化期普遍在210天以上㊂由4期数据对比发现,低海拔平原区域完全融化期发生天数呈增加趋势,各流域上游发生天数无明显变化㊂由图4c可知,秋季过渡期发生天数在空间分布上较均匀,石羊河流域上游的冷龙岭一带发生天数最少,疏勒河流域上游祁连山脉一带发生天数最多,研究区的大部分区域秋季过渡期发生天数为40~70天,主要分布在各流域下游的绿洲及荒漠区㊂通过对比4期数据,秋季过渡期发生天数为70天以上的区域逐渐减少,研究区内秋季过渡期发生天数的总体变化较小㊂由图4d可知,完全冻结期的发生天数受海拔影响较大,由北向南,随着海拔升高完全冻结期的发生天数逐渐增加,在祁连山脉高海拔区域,完全冻结期发生天数为200天以上,而研究区北部的荒漠区完全冻结期的发生天数普遍在50天以内㊂对比4期数据发现,完全冻结期在空间分布上无明显变化,只有发生天数为200天以上的区域范围呈减少趋势,是由于受近些年全球气温上升的影响㊂图4河西走廊不同冻融状态发生天数的分布2.2不同土壤冻融状态起始日期的空间差异图5为河西走廊近40年不同冻融状态起始日期的分布图㊂1981-1990年的冻融变化情况与之后30年情况类似,由图5a可知,近地表土壤春季过渡期起始日期受海拔和纬度的影响较大,由北向南随着海拔升高冻融的起始日期逐渐推迟,研究区北部各流域下游荒漠区在1月份开始冻融交替,绿洲区3月份出现冻融交替,研究区南部的高海拔地区开始冻融日期最晚,如祁连山一带高海拔山区在5月份才开始出现冻融交替㊂对比4期不同时期的数据发现,春季过渡期起始日期在90天以后的区域逐渐减少,平原地区无明显变化㊂由图5b可知,完全融化期起始日期也明显受到海拔高度的影响,研究区的大部分区域在3 4月开始进入完全融化期,主要是位于研究区北部和东部的绿洲及荒漠区,而研究区南部祁连山一带,5月中旬之后才进入完全融化期,位于疏勒河上游的高海拔地区进入完全融化期的时间最晚㊂在同一纬度上,研究区东部的平原地区比西部的山区更早进入完全融化期㊂对比4期不同时期数据可知,研究区北部进入完全融化期的日期不断提前,4月份之后进入完全融化期的区域逐渐减少,研究区南部祁连山96第6期薛华柱等:河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征附近高海拔山区开始完全融化期的起始日期无明显变化㊂由图5c 可知,近地表土壤秋季过渡期的起始日期空间差异相对比较明显,研究区北部各流域下游的低海拔荒漠区10月中旬开始进入秋季过渡期,祁连山高海拔山区9月份之前开始秋季过渡期,绿洲区开始秋季过渡期的时间最晚,在11月份才进入秋季过渡期㊂由4期不同时期的数据可知,祁连山高海拔地区进入秋季过渡期的时间不断推迟,8月份进入秋季过渡期的区域不断减少,研究区北部起始日期在10月和11月呈现出交替转换趋势㊂由图5d 可知,研究区大部分区域在12月份上旬进入完全冻结期,而南部祁连山一带则在11初开始完全冻结期,不同时期结果对比发现,完全冻结期起始日期在1981 2000年有较明显波动,大部分地区出现推迟的情况,主要是受到气候变化的影响㊂高振荣等[27]研究指出,河西走廊地区最高气温在1991年和1999年出现波动,呈明显增高趋势㊂图5 河西走廊不同冻融状态起始日期的分布2.3 不同土壤冻融状态发生天数和起始日期的变化趋势通过统计得到研究区近40年不同冻融状态逐年发生的天数和起始日期,利用M K 趋势分析及线性回归法研究不同冻融状态发生天数和起始日期的变化特征(图6)㊂由图6a ㊁图6i 可知,河西走廊北部的荒漠区,春季过渡期的发生天数呈显著减少趋势,变化速率均为-0.2天/年以上,而位于研究区南部的高海拔山区则呈增加趋势㊂由图6e ㊁图6m 可知,北部荒漠区春季过渡期的起始日期较明显推迟,部分地区推迟速率可达0.5天/年以上,而春季过渡期结束日期提前,春季过渡期发生天数呈减少趋势㊂由图6b ㊁图6j 可知,河西走廊全域1981 2020年完全融化期发生天数均呈现增加趋势,置信水平在90%以上,年均变化速率为0.3天/年以上㊂由图6f ㊁图6n 可知,只有小部分区域的完全融化期呈现推迟情况,主要集中在研究区北部的高海拔山区,其他地区完全融化期均有明显的提前趋势,变化速率为0.2天/年以上,与全球的气候变化密切相关㊂从秋季过渡期发生天数来看(图6c ),位于石羊河流域中下游的武威市㊁金昌市,疏勒河流域上游的祁连山一带以及下游的敦煌市,秋季过渡期发生天数呈较明显的减少趋势;沿祁连山脉自乌鞘岭至酒泉市以及黑河流域下游的荒漠区秋季过渡期的发生天数明显增加㊂由图6g 可知,除研究区东部和中部的小部分地区秋季过渡期的起07水土保持学报 第37卷始日期呈提前趋势外,其他地区秋季过渡期的起始日期均明显推迟㊂由图6d㊁图6l可知,研究区北部部分地区完全冻结期的发生天数有增加趋势,平均变化速率为0.05天/年,其余地区尤其是研究区南部乌鞘岭至酒泉市一带,完全冻结期发生天数明显减少㊂由图6h㊁图6p可知,研究区内绝大部分地区完全冻结期的起始日期呈现出推迟趋势,只有位于西部的敦煌市㊁东部武威市和金昌市以及中部的部分地区明显提前㊂图61981-2020年河西走廊不同冻融状态发生天数和起始日期变化趋势及速率的分布3讨论3.1不同区域土壤冻融发生天数及起始日期变化趋势河西走廊地形复杂,除山区和小部分绿洲外,广大区域为荒漠戈壁,为探究各区域冻融变化特征,将3个主要区域进行空间平均,得到山地㊁绿洲及荒漠区冻融发生天数及起始日期的变化趋势(图7)㊂山地㊁绿洲及荒漠区融化期发生天数均呈显著增加趋势,增加速率分别为0.393,0.321,0.288天/年㊂冻结期发生天数呈减少趋势,山地区域减少趋势最为明显,减少速率为0.355天/年,绿洲次之,减少速率为0.219天/年,荒漠区最缓,为0.016天/年㊂从融化期起始日期来看,山地㊁绿洲及荒漠区均呈现提前趋势,变化速率分别为0.134,0.188, 0.206天/年,冻结期则均呈推迟趋势,变化速率分别为0.06,0.10,0.01天/年㊂研究区冻融状态整体上呈现冻结期推迟㊁持续时间减少趋势,而融化期则呈现起始日期提前㊁持续时间增加趋势㊂受到全球气候变暖影响,且由于地表覆盖以及地形地势的变化,冻融状态在空间上的分布也呈现出一定的差异性㊂3.2气温变化趋势及其对冻融的影响近年来,由于全球变暖日益加剧,冻土面积不断减少,冻土退化导致水资源流失,地下水位下降,而土壤冻融交替影响地下水运移规律及土壤结构,进而影响植被生长状况,对生态平衡造成威胁㊂为探究河西走廊地区气候变化对土壤冻融的影响,对其年最高气温㊁年最低气温及年平均气温进行统计(图8),年最高气温㊁年最低气温及年平均气温均呈显著增加趋势,增加速率分别为0.042,0.023,0.032ħ/年,其中年最高气温增加速率最为显著㊂有研究[28]表明,浅层土壤温度对气温变化响应最大,气温变化直接影响土壤冻融㊂本文利用线性回归方法研究年平均气温变化对土壤冻融的影响(图9),随气温升高,融化期发生天数呈显著增加趋势,冻结期发生天数呈显著减少趋势,年平均气温每升高1ħ,融化期发生天数增加8.1天,冻结期发生天数减少9.02天,而冻融起始日期的变化趋17第6期薛华柱等:河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征27水土保持学报第37卷势则恰好相反,年平均气温每升高1ħ,融化期起始日期提前4.53天,冻结期起始日期推迟3.27天㊂图7河西走廊1981-2020年不同地区冻融发生天数及起始日期变化趋势图8河西走廊1981-2020年气温变化趋势图9河西走廊冻融状态与年均气温的相关性4结论(1)河西走廊土壤冻融春季过渡期发生天数呈现平原多于山区,完全融化期发生天数北部多于南部,同一纬度东部多于西部,秋季过渡期年均发生天数最少,且西部多于东部,完全冻结期发生天数由西北向东南逐渐增加㊂总体上春季过渡期发生天数不断减少,完全融化期不断增加,秋季过渡期和完全冻结期变化相对较小㊂(2)春季过渡期和完全融化期起始日期由北向南随海拔升高而推迟,秋季过渡期和完全冻结期则与之相反㊂受气候变化影响,完全冻结期起始日期在1981 2000年有较明显波动,大部分地区出现推迟现象㊂(3)大部分地区春季过渡期起始日期滞后,完全融化期起始日期提前,故春季过渡期发生天数总体以0.2天/年的速率减少,而大部分地区秋季过渡期起始日期滞后,致使完全融化期发生天数总体以0.3天/年的速率增加㊂研究区北部地区完全冻结期发生天数呈增加趋势,而南部祁连山脉一带则呈现减少趋势,完全冻结期起始日期总体以0.03天/年的速率推迟㊂(4)研究区冻融发生天数变化趋势总体一致,局部存在一定差异,变化速率为山区>绿洲>荒漠㊂完全融化期起始日期变化速率为荒漠>绿洲>山区,完全冻结期起始日期变化速率为绿洲>山区>荒漠㊂气候变化影响土壤冻融,年均气温每升高1ħ,完全融化期天数增加8.1天,起始日期提前4.53天,完全冻结期天数减少9.02天,起始日期推迟3.27天㊂参考文献:[1]岳书平,闫业超,张树文,等.基于E R A5-L A N D的中国东北地区近地表土壤冻融状态时空变化特征[J].地理学报,2021,76(11):2765-2779.[2]杨建平,杨岁桥,李曼,等.中国冻土对气候变化的脆弱性[J].冰川冻土,2013,35(6):1436-1445.[3]边晴云,吕世华,陈世强,等.黄河源区降雪对不同冻融阶段土壤温湿变化的影响[J].高原气象,2016,35(3):621-632.[4] Z h a oTJ,S h i JC,H uT X,e t a l.E s t i m a t i o no f h i g h-r e s o l u t i o nn e a r-s u r f a c e f r e e z e/t h a ws t a t e b y t h e i n t e g r a-t i o no fm i c r o w a v ea n dt h e r m a l i n f r a r e dr e m o t es e n s i n gd a t ao n t he T i b e t a n P l a t e a u[J].E a r t h a n d S p a c eS c i e n c e,2017,4(8):472-484.[5]苏玥,张存厚,阿木尔萨那,等.1981 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