Characteristics of soil water and salt spatial differentiation along the Yellow River section of Ulan Buh Desert and its causes

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00111

Journal of Desert Research ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (3): 247-258.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00111

Characteristics of soil water and salt spatial differentiation along the Yellow River section of Ulan Buh Desert and its causes

Tian Yong¹(), Jinxia Zhang¹(), Lijuan Chen², Haiyang Xi², Binwu Zhang³, Kaiyuan Gan¹

^1.College of Water Resources and Hydropower Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.Alashan League Forestry and Grassland Research Institute，Alashan Left Banner 750300，Inner Mongolia，China

Received:2023-09-23 Revised:2023-12-11 Online:2024-05-20 Published:2024-06-11
Contact: Jinxia Zhang

Abstract

Abstract:

The management of soil salinization along the Yellow River section of Ulan Buh Desert is of great significance to guarantee the ecological security of the Yellow River Basin and realize high-quality development. Based on the traditional and geostatistical analysis methods， this paper analyzed the spatial differentiation characteristics of soil water and salinity， as well as the causes of soil salinization along the Yellow River section of Ulan Buh Desert based on the results of soil water and salinity surveys at 45 sampling sites along the Yellow River section of Ulan Buh Desert. The results showed that the soil water salt content along the Yellow River section of Ulan Buh Desert showed a trend of increasing gradually from west to east and from south to north， with non-saline soils accounting for 41.37% of the total area of the area， lightly， moderately， and severely saline soils accounting for 34.11%， 10.56%， and 8.74% of the total area of the area， respectively. Extremely saline soils appeared near Bayanmuren Sumu， which accounted for 5.22% of the total area of the area. Saline soils were dominated by sulfate saline soils （46.67%） and chloride saline soils （53.33%）. Soil texture had the most significant effects on soil salinity， followed by soil total carbon content and water content. Climatic drought， sparse precipitation， Yellow River diversion for irrigation and groundwater table elevation were the main reasons of soil salinization along the Yellow River section of the Ulaanbuhe Desert.

Key words: Ulan Buh Desert, soil moisture, soil salt, spatial distribution

CLC Number:

S153.4

Tian Yong, Jinxia Zhang, Lijuan Chen, Haiyang Xi, Binwu Zhang, Kaiyuan Gan. Characteristics of soil water and salt spatial differentiation along the Yellow River section of Ulan Buh Desert and its causes[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(3): 247-258.

Figures/Tables 10

Fig.1 Sampling sites and altitude of the study area

Table 1 Results of the space interpolation validation

插值方法	土壤理化指标	RMSE	MRE	MAE	R²
反距离权重	含水量/%	2.959	0.018	2.171	0.903
	电导率/（dS·m^-1）	0.231	0.442	0.021	0.977
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.142	0.748	0.126	0.787
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.185	0.343	0.128	0.950
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.748	0.844	0.436	0.962
	K⁺/（g·kg^-1）	0.121	1.501	0.015	0.945
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.119	2.344	0.102	0.842
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.692	4.817	0.538	0.941
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.076	1.280	0.053	0.869
局部多项式	含水量/%	8.754	0.930	2.795	0.743
	电导率/（dS·m^-1）	0.051	0.573	0.065	0.982
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.150	0.130	0.110	0.709
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.126	0.238	0.079	0.824
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.307	0.664	0.170	0.147
	K⁺/（g·kg^-1）	0.011	1.171	0.009	0.764
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.106	1.916	0.138	0.752
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.501	0.475	0.003	0.881
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.007	0.071	0.004	0.979
径向基函数	含水量/%	4.609	0.907	3.250	0.749
	电导率/（dS·m^-1）	0.133	0.077	0.084	0.990
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.259	0.083	0.763
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.093	0.208	0.068	0.921
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.264	0.900	0.170	0.204
	K⁺/（g·kg^-1）	0.015	0.753	0.011	0.279
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.134	1.485	0.098	0.553
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.511	0.604	1.178	0.799
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.073	0.743	0.047	0.806
普通克里金	含水量/%	3.223	0.720	7.103	0.786
	电导率/（dS·m^-1）	0.236	0.013	6.628	0.892
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.275	0.083	0.739
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.087	0.213	0.066	0.944
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.303	0.891	0.168	0.208
	K⁺/（g·kg^-1）	0.032	1.249	0.022	0.617
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.083	0.161	0.057	0.791
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.903	0.213	1.416	0.764
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.072	0.743	0.047	0.807

Table 1 Results of the space interpolation validation

插值方法	土壤理化指标	RMSE	MRE	MAE	R²
反距离权重	含水量/%	2.959	0.018	2.171	0.903
	电导率/（dS·m^-1）	0.231	0.442	0.021	0.977
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.142	0.748	0.126	0.787
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.185	0.343	0.128	0.950
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.748	0.844	0.436	0.962
	K⁺/（g·kg^-1）	0.121	1.501	0.015	0.945
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.119	2.344	0.102	0.842
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.692	4.817	0.538	0.941
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.076	1.280	0.053	0.869
局部多项式	含水量/%	8.754	0.930	2.795	0.743
	电导率/（dS·m^-1）	0.051	0.573	0.065	0.982
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.150	0.130	0.110	0.709
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.126	0.238	0.079	0.824
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.307	0.664	0.170	0.147
	K⁺/（g·kg^-1）	0.011	1.171	0.009	0.764
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.106	1.916	0.138	0.752
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	0.501	0.475	0.003	0.881
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.007	0.071	0.004	0.979
径向基函数	含水量/%	4.609	0.907	3.250	0.749
	电导率/（dS·m^-1）	0.133	0.077	0.084	0.990
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.259	0.083	0.763
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.093	0.208	0.068	0.921
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.264	0.900	0.170	0.204
	K⁺/（g·kg^-1）	0.015	0.753	0.011	0.279
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.134	1.485	0.098	0.553
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.511	0.604	1.178	0.799
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.073	0.743	0.047	0.806
普通克里金	含水量/%	3.223	0.720	7.103	0.786
	电导率/（dS·m^-1）	0.236	0.013	6.628	0.892
	Cl^-/（g·kg^-1）	0.107	0.275	0.083	0.739
	HCO $3 -$ /（g·kg^-1）	0.087	0.213	0.066	0.944
	SO $4 2 -$ /（g·kg^-1）	0.303	0.891	0.168	0.208
	K⁺/（g·kg^-1）	0.032	1.249	0.022	0.617
	Na⁺/（g·kg^-1）	0.083	0.161	0.057	0.791
	Ca²⁺/（g·kg^-1）	1.903	0.213	1.416	0.764
	Mg²⁺/（g·kg^-1）	0.072	0.743	0.047	0.807

Fig.2 The spatial distribution of soil water

Fig.3 The spatial distribution of soil salt

Fig.4 The spatial distribution of soil irons

Table 2 Relations between electrical conductivity of the saturation extract， soil salt and vegetation growth

饱和浸提液ECe/（dS·m^-1）	全盐量/（g·kg^-1）	盐碱化程度	植物反应
0~2	<1.0	非盐碱土	对植物无危害
2~4	1.0~3.0	轻度盐碱土	可能影响对盐分极敏感的植物
4~8	3.0~5.0	中度盐碱土	影响对盐分敏感的植物，不影响耐盐植物
8~16	5.0~10.0	重度盐碱土	只有耐盐植物可以存活，但影响种子发芽
>16	>10.0	极重度盐碱土	只生长极少数耐盐植物

Fig.5 Diagram of soil salinization

Fig.6 Composition and distribution of soil soluble salts for different saline soil

Table 3 Correlation analysis between soil physicochemical characteristics of different landscape types

	土壤盐分指标								影响因子指标
	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	电导率	含水量	容重	黏粒	粉粒	砂粒	pH值	全氮	全碳
K⁺	1.000	0.576^**	0.681^**	0.373^**	0.675^**	0.732^**	0.443^**	0.832^**	0.385^**	-0.186^*	0.276^**	0.431^**	-0.422^**	0.092	0.381^**	0.398^**
Na⁺		1.000	0.460^**	0.795^**	0.634^**	0.551^**	0.520^**	0.697^**	0.642^**	-0.333^**	0.547^**	0.745^**	-0.737^**	0.183^*	0.593^**	0.691^**
Ca²⁺			1.000	0.242^**	0.702^**	0.903^**	0.541^**	0.778^**	0.490^**	-0.087	0.411^**	0.527^**	-0.524^**	0.161^*	0.539^**	0.531^**
Mg²⁺				1.000	0.349^**	0.267^**	0.319^**	0.452^**	0.535^**	-0.216^**	0.426^**	0.607^**	-0.598^**	0.126	0.516^**	0.569^**
Cl^-					1.000	0.820^**	0.760^**	0.838^**	0.465^**	-0.153^*	0.355^**	0.477^**	-0.472^**	0.236^**	0.324^**	0.461^**
SO $4 2 -$						1.000	0.461^**	0.942^**	0.319^**	-0.063	0.223^**	0.370^**	-0.361^**	-0.043	0.306^**	0.336^**
HCO $3 -$							1.000	0.502^**	0.519^**	-0.339^**	0.535^**	0.574^**	-0.580^**	0.553^**	0.445^**	0.637^**
电导率								1.000	0.420^**	-0.123	0.326^**	0.491^**	-0.481^**	-0.011	0.419^**	0.457^**
含水量									1.000	-0.369^**	0.715^**	0.834^**	-0.836^**	0.303^**	0.690^**	0.780^**
容重										1.000	-0.403^**	-0.471^**	0.472^**	-0.253^**	-0.379^**	-0.515^**
黏粒											1.000	0.819^**	-0.854^**	0.354^**	0.816^**	0.837^**
粉粒												1.000	-0.998^**	0.365^**	0.830^**	0.958^**
砂粒													1.000	-0.371^**	-0.844^**	-0.962^**
pH值														1.000	0.189^*	0.410^**
全氮															1.000	0.853^**
全碳																1.000

Table 3 Correlation analysis between soil physicochemical characteristics of different landscape types

	土壤盐分指标								影响因子指标
	K⁺	Na⁺	Ca²⁺	Mg²⁺	Cl^-	SO $4 2 -$	HCO $3 -$	电导率	含水量	容重	黏粒	粉粒	砂粒	pH值	全氮	全碳
K⁺	1.000	0.576^**	0.681^**	0.373^**	0.675^**	0.732^**	0.443^**	0.832^**	0.385^**	-0.186^*	0.276^**	0.431^**	-0.422^**	0.092	0.381^**	0.398^**
Na⁺		1.000	0.460^**	0.795^**	0.634^**	0.551^**	0.520^**	0.697^**	0.642^**	-0.333^**	0.547^**	0.745^**	-0.737^**	0.183^*	0.593^**	0.691^**
Ca²⁺			1.000	0.242^**	0.702^**	0.903^**	0.541^**	0.778^**	0.490^**	-0.087	0.411^**	0.527^**	-0.524^**	0.161^*	0.539^**	0.531^**
Mg²⁺				1.000	0.349^**	0.267^**	0.319^**	0.452^**	0.535^**	-0.216^**	0.426^**	0.607^**	-0.598^**	0.126	0.516^**	0.569^**
Cl^-					1.000	0.820^**	0.760^**	0.838^**	0.465^**	-0.153^*	0.355^**	0.477^**	-0.472^**	0.236^**	0.324^**	0.461^**
SO $4 2 -$						1.000	0.461^**	0.942^**	0.319^**	-0.063	0.223^**	0.370^**	-0.361^**	-0.043	0.306^**	0.336^**
HCO $3 -$							1.000	0.502^**	0.519^**	-0.339^**	0.535^**	0.574^**	-0.580^**	0.553^**	0.445^**	0.637^**
电导率								1.000	0.420^**	-0.123	0.326^**	0.491^**	-0.481^**	-0.011	0.419^**	0.457^**
含水量									1.000	-0.369^**	0.715^**	0.834^**	-0.836^**	0.303^**	0.690^**	0.780^**
容重										1.000	-0.403^**	-0.471^**	0.472^**	-0.253^**	-0.379^**	-0.515^**
黏粒											1.000	0.819^**	-0.854^**	0.354^**	0.816^**	0.837^**
粉粒												1.000	-0.998^**	0.365^**	0.830^**	0.958^**
砂粒													1.000	-0.371^**	-0.844^**	-0.962^**
pH值														1.000	0.189^*	0.410^**
全氮															1.000	0.853^**
全碳																1.000

Fig.7 Redundancy analysis for soil salt composition

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Characteristics of soil water and salt spatial differentiation along the Yellow River section of Ulan Buh Desert and its causes

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